La mayoría de los robots industriales tienen seis ejes y van anclados al piso. Los seis ejes le permiten al brazo llegar a un punto desde casi cualquier ángulo, pero el brazo mismo no se mueve de lugar. Su envolvente de trabajo es una esfera alrededor de su base, y esa esfera es fija.
Un séptimo eje es un riel lineal que mueve al robot completo. Sobre el piso, sobre un muro o en lo alto sobre un pórtico. El robot conserva sus seis ejes de articulación y gana uno de desplazamiento.
Suena como una adición menor. Cambia lo que la celda puede llegar a ser.
Alcance sin comprar un robot más grande
El uso evidente es el alcance.
Si sus piezas están repartidas a lo largo de diez metros, el instinto es un robot con un brazo más largo. Los brazos largos cuestan más, pesan más, ocupan más espacio de piso y pierden capacidad de carga conforme se extienden. Un robot de largo alcance sosteniendo una pieza pesada a plena extensión está trabajando cerca de sus límites, y ahí la precisión sufre.
Un robot más pequeño sobre un riel muchas veces llega más lejos, carga más en el extremo y cuesta menos de lo que habría costado el brazo grande. También ocupa menos lugar, porque el riel es una franja angosta en vez de un círculo barrido ancho.
Un robot haciendo varios trabajos
El uso más interesante es la cobertura.
Un robot sobre un riel puede atender varias estaciones a lo largo de una línea: carga una máquina, se desplaza, atiende la siguiente, regresa. Cuando la tasa lo permite, un robot sobre riel sustituye a dos o tres robots fijos.
Eso no es solo ahorro de inversión. Son menos controladores, menos zonas de seguridad, menos programas, menos cosas que mantener y menos espacio de piso. El retorno de un robot que hace doble trabajo es bastante más rápido.
El límite es el tiempo de ciclo. El desplazamiento toma segundos, y esos segundos están dentro de su ciclo. Si su tasa no tiene espacio para que el robot se mueva entre estaciones, necesita el segundo robot. Este es el cálculo que hay que correr temprano, porque define toda la distribución.
Trabajar en una celda que no es un círculo
La envolvente de un robot fijo es una esfera. Las celdas reales rara vez son esféricas. Son largas, o en forma de L, o están construidas alrededor de equipo existente que no se va a mover.
Un riel le permite a la envolvente del robot seguir la forma del trabajo, en lugar de forzar al trabajo a tomar la forma de la envolvente. En celdas armadas alrededor de equipo que el cliente ya tiene, con frecuencia es la única manera de que la distribución cierre.
Montaje: piso, muro o aéreo
Montado en piso es lo predeterminado. Lo más sencillo de instalar y mantener, y ocupa espacio de piso.
En muro o elevado libera el piso y puede alcanzar por encima de equipo, a cambio de una estructura más complicada y un acceso de mantenimiento más difícil.
Pórtico aéreo cubre áreas rectangulares grandes y deja el piso completamente libre. Es el más caro, y los requerimientos estructurales son reales.
Hay una cuarta opción que vale la pena conocer: poner el robot por debajo del nivel de piso. En una celda de manejo de materiales para aeroespacial corrimos el manipulador principal sobre un riel de séptimo eje desde una fosa bajo el piso, específicamente para que los vehículos y el personal de mantenimiento conservaran su acceso a la celda durante la producción, y para que el cliente pudiera seguir interviniendo de forma manual. Ese robot era un FANUC M-2000iA/2300 con capacidad de 2,300 kg, y la fosa se excavó a seis pies y se reforzó con varilla en toda su extensión para absorber las fuerzas que genera la máquina.
Lo que el riel tiene que ser
Un séptimo eje no es un carril sobre el que el robot casualmente se posa. Es un eje servoaccionado bajo el controlador del robot, coordinado con los otros seis.
Eso significa:
- Rigidez. El riel carga la masa del robot más las cargas dinámicas de aceleración y frenado. La deflexión en el riel se vuelve error de posición en la herramienta.
- Repetibilidad a todo lo largo. Un robot que es preciso en un extremo y se desvía en el otro es peor que no tener riel.
- Protección. Guías, accionamientos y manejo de cable tienen que sobrevivir al entorno. En una celda de soldadura eso significa salpicadura. En una celda de maquinado, viruta y refrigerante.
- Manejo de cable. El dress pack ahora viaja. Es un punto de falla común y conviene sobreespecificarlo.
Cuándo un riel es la respuesta equivocada
- Cuando el tiempo de ciclo no tiene espacio para el desplazamiento. Si el robot no se puede dar el lujo de moverse, compre el segundo robot.
- Cuando las estaciones están juntas. Si todo queda dentro del alcance de un robot fijo, un riel agrega costo y un punto de mantenimiento a cambio de nada.
- Cuando el entorno lo va a destruir. Hay entornos duros para el movimiento lineal. A veces un robot fijo con una distribución de celda mejor diseñada es la respuesta más limpia.
La pregunta que hay que hacer
Cuando alguien proponga un robot más grande, pregunte qué haría en su lugar uno más chico sobre un riel. Y cuando alguien proponga un segundo robot, pregunte qué haría uno sobre riel.
Ninguna de las dos es correcta de forma automática. Pero la comparación es barata de hacer en la etapa de diseño y cara de descubrir después.