Revolucionando el lijado y pulido robótico: Tecnología de abrasión con sensor de fuerza para precisión

Sin tecnología de sensor de fuerza, no se pueden desarrollar aplicaciones de pulido y lijado. (Imagen: Flexiv)

El héroe invisible: Sensores de fuerza precisos y duraderos

Una característica clave del proceso automatizado de abrasión de materiales son los sensores de fuerza. Típicamente integrados en herramientas de lijado al final del brazo en robots colaborativos tradicionales, dan al robot la capacidad de «sentir» la superficie y ajustar la fuerza aplicada a la pieza.

Los robots adaptativos usan la misma tecnología base, pero en lugar de solo un sensor de fuerza al final del brazo, usan sensores de par precisos embebidos en cada uno de sus siete grados de libertad, más un sensor de fuerza al final del brazo. Esta configuración permite procesar datos de fuerza de múltiples entradas, ofreciendo comprensión más detallada y matizada de cómo interactúa la herramienta con la pieza.

Esto es posible gracias a tecnología propietaria de detección de desplazamiento que da dos ventajas esenciales:

• Estabilidad y precisión: Resistencia a deriva térmica mejora precisión.
• Durabilidad: Diseñados para millones de ciclos de sobrecarga, listos para industria.

Comparados con transductores de galgas extensométricas convencionales, estas características garantizan rendimiento fiable incluso ante fluctuaciones de contracción/expansión térmica que las galgas tradicionales dificultan.

Sin sensor de fuerza, no se pueden desarrollar pulido y lijado. Saber cuánta fuerza aplicar es crítico, al igual que adaptarse a variaciones de superficies cóncavas y convexas.

Flexibilidad liberada: Diseño de siete articulaciones

Con control de fuerza directo, no hace falta instalar dispositivos de cumplimiento pasivos o activos entre la brida del robot y lijadoras/amoladoras. Esto hace la solución de lijado más ligera, fiable, compacta y rentable. (Imagen: Flexiv)

Los robots deben ser tan flexibles y adaptables como humanos para reemplazar trabajo manual eficazmente. El brazo humano tiene siete puntos de articulación, por eso los robots adaptativos suelen incluir siete grados de libertad (GDL). Comparado con seis GDL de robots colaborativos tradicionales, esta dimensión extra da flexibilidad y maniobrabilidad mejoradas en entornos operativos complejos.

Con sensor de par en cada articulación, el robot tiene control preciso sobre cada GDL, mejorando precisión global. Vital en aplicaciones como lijado.

El rendimiento de control de fuerza también mejora optimizando configuraciones articulares. Con el GDL extra, el robot usa la configuración «articular» más eficiente para lograr la mejor respuesta y precisión de control de fuerza.

Para ilustrar: lijar a mano madera requiere movimientos coordinados de muñeca, codo y hombro, junto con retroalimentación táctil. Si intentas lijar con guantes gruesos o codo inmovilizado, la tarea se vuelve increíblemente difícil y lenta.

El cumplimiento omnidireccional también es crucial, especialmente con lijadoras de banda donde el robot sostiene la pieza contra la lijadora. Para mantener contacto continuo entre pieza y lijadora, el robot debe cambiar constantemente su dirección de fuerza durante el proceso abrasivo. (Imagen: Flexiv)

En esencia, incluir un séptimo grado de libertad en tareas de abrasión hace el proceso no solo más fácil de adaptar, sino también cinemáticamente más eficiente, con mayor precisión.

Revolucionando la precisión con control de fuerza directo

Central en el proceso de abrasión es la implementación de control de fuerza directo. Este método transforma instantáneamente comandos de fuerza en comandos de par articular, dando tiempos de respuesta mucho más rápidos a cambios de fuerza. Reemplaza el control de fuerza indirecto usado a menudo por robots colaborativos, donde la fuerza se convierte en comandos de velocidad articular y luego en comandos de par o corriente.

Al saltar pasos intermedios, un robot adaptativo reduce significativamente la rigidez en la dirección de la fuerza, mejorando mucho la precisión del control de fuerza. Esta mejora es crucial en lijado y pulido finos, donde mantener control meticuloso de fuerza es imperativo para acabado superficial superior.

Con control de fuerza directo, no se necesitan dispositivos de cumplimiento adicionales entre brida y lijadoras/amoladoras. La solución completa es más ligera, fiable, compacta y rentable.

Ventaja del cumplimiento omnidireccional

El cumplimiento omnidireccional dota a robots adaptativos de capacidad para controlar fuerzas en todas direcciones del espacio cartesiano. Mejora sobre soluciones tradicionales que solo gestionaban fuerza en direcciones axial o radial.

Las soluciones robóticas tradicionales están limitadas por su dependencia de dispositivos de cumplimiento. Su diseño inherente las confina a movimientos lineales o rotacionales a lo largo o alrededor de ejes específicos. Aunque esta tecnología sirve para tareas abrasivas básicas, el control de fuerza multidireccional es a menudo necesario en fabricación real.

El cumplimiento omnidireccional es vital para tareas intrincadas de abrasión que requieren control simultáneo de fuerza en múltiples direcciones. Imagina un robot lijando objeto con curvas complejas y superficies irregulares: se necesita más que control axial o radial. Formas complejas requieren destreza en control de fuerza en todas direcciones del espacio cartesiano 3D.

Robots con cumplimiento omnidireccional pueden definir precisamente adaptabilidad de fuerza en cualquier marco de Punto Central de Herramienta (TCP). Esto permite ajuste dinámico de la fuerza ejercida, relativa al efector final del robot, mejorando versatilidad en tareas complejas.

La reducción de vibración es esencial para tareas de abrasión. Vibraciones excesivas dañan piezas y acortan vida útil de sistemas mecánicos, especialmente en aplicaciones de alta vibración como rectificado. (Imagen: Flexiv)

El cumplimiento omnidireccional también es crucial con lijadoras de banda donde el robot sostiene la pieza. Para mantener contacto continuo, el robot debe cambiar constantemente su dirección de fuerza. Para lograrlo, se puede establecer un TCP externo respecto a la lijadora, resultando en dirección de cumplimiento consistente, incluso al cambiar la pose del robot durante la operación.

El cumplimiento omnidireccional amplía la gama de tareas de abrasión que un robot puede realizar. La integración de control de fuerza avanzado con cumplimiento omnidireccional no solo mejora flexibilidad, sino que agiliza calibración y ajuste fino, reduciendo tiempo y esfuerzo en despliegue y ajuste.

Ángulo de contacto y seguimiento de contorno

Ángulos de contacto programables permiten a operadores definir la fuerza media ejercida sobre una superficie directamente, mejora sobre métodos convencionales donde el ángulo de contacto afecta la fuerza. Implicaciones significativas para tareas de rectificado industrial, permitiendo variar ángulos de contacto a lo largo de la trayectoria sin alterar ajustes de control de fuerza, manteniendo presión constante.

Seguimiento de contorno, otro avance que aprovecha el cumplimiento omnidireccional, contrasta con sistemas tradicionales que luchan para mantener fuerza constante contra formas irregulares. El seguimiento de contorno permite ajustes automáticos en tiempo real de la dirección de fuerza, asegurando esfuerzo consistente, independientemente de contornos o movimientos del robot.

Estas dos características aumentan calidad de la tarea de abrasión y reducen tiempo de ajuste de trayectoria. En resumen, ángulo de contacto y seguimiento de contorno reducen tiempo de despliegue de horas a minutos. Facilita el proceso y minimiza necesidad de ajustes constantes, permitiendo completar piezas más rápido y con mayor estándar.

Durabilidad mejorada con reducción de vibración

Reducción de vibración es esencial para tareas de abrasión. Vibraciones excesivas dañan piezas y acortan vida operativa de sistemas mecánicos, especialmente en rectificado de alta vibración.

Flexiv aborda esto reduciendo vibraciones aproximadamente 25-50 % mediante control de par articular. Esto no solo alarga vida operativa del equipo usado por el robot, sino que mejora calidad general de la pieza al eliminar «remolinos y giros» en superficies que la vibración causa durante remoción de material.

Perspectiva futura

La robótica avanza rápido, y desarrollos recientes en robótica adaptativa han permitido soluciones innovadoras imposibles con tecnología colaborativa tradicional.

La abrasión robótica aún presenta desafíos formidables; sin embargo, control de fuerza directo, cumplimiento omnidireccional y reducción de vibración hacen soluciones efectivas factibles y prácticas.

Poder sentir con más precisión abre nueva gama de posibilidades de automatización. Al acoplar esto con plataformas como el sistema de IA NOEMA, prácticamente no hay límites a qué procesos pueden automatizarse.

La automatización de abrasión evoluciona en tándem con avances en hardware y soluciones de software inteligente, marcando un cambio desde enfoques intensivos en mano de obra y métodos de ejecución comunes hace solo unos años.

Mirando al futuro, la abrasión automatizada podría volverse tan común como el atornillado automatizado o aplicaciones pick-and-place.

Artículo de Ran Xu, Gerente de Ingeniería Robótica, Flexiv Robotics (Santa Clara, CA). Más info: aquí.