Robots, personas colaboran en el ensamblaje de productos

Jul 04, 2023

En la línea de montaje de Weidmüller, los robots colaborativos presionan los elementos de contacto eléctrico, unen la carcasa del conector y atornillan los contactos de conexión. Foto cortesía del Grupo Zimmer

La pinza paralela de dos mordazas HRC-02 fue diseñada específicamente para su uso con cobots. La pinza servo totalmente eléctrica no tiene bordes afilados y su longitud de carrera y fuerza de agarre son ajustables. Foto cortesía del Grupo Zimmer

La pinza HRC-02 cumple con los requisitos de seguridad establecidos en la norma ISO/TS 15066 para la colaboración entre humanos y robots, y está certificada por DGUV, el equivalente alemán de OSHA. Foto cortesía del Grupo Zimmer

Los fabricantes de Alemania, al igual que los de Estados Unidos, se enfrentan a tres problemas principales: un mercado muy dinámico, una competencia cada vez mayor debido a la globalización y escasez de trabajadores cualificados. Estos problemas son particularmente desafiantes para el ensamblaje de productos, ya que es el último eslabón de la cadena de valor.

Muchos fabricantes creen que la colaboración entre humanos y robots puede ayudarlos a superar estos desafíos. Sin embargo, muchos fabricantes aún tienen que implementar proyectos de colaboración entre humanos y robots debido a preocupaciones sobre el costo y el personal. Para que la colaboración humano-robot realmente despegue, se necesitarán métodos simples y flexibles que permitan a las empresas de una variedad de industrias con una variedad de necesidades configurar estaciones de trabajo de ensamblaje colaborativas.

Esta es la premisa detrás del proyecto de investigación SafeMate, financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania. El objetivo es crear lugares de trabajo seguros y aceptados donde los empleados reconozcan un alto beneficio de la automatización robótica. Varios fabricantes alemanes importantes de una variedad de industrias están participando en el proyecto, incluido Lenze, un fabricante de tecnología de control de movimiento; Lufthansa Sky Chefs, fabricante de alimentos para aviones; Miele, fabricante de electrodomésticos; y Sennheiser, un fabricante de equipos de audio.

Otra empresa participante es Weidmüller, un fabricante de tecnología de conexión eléctrica y electrónica con sede en Detmold, Alemania. Los productos de la empresa se utilizan en las industrias de procesos, equipos de transporte, generación de energía e infraestructura de construcción.

Hasta hace poco, el proceso de montaje de un determinado componente electromecánico en Weidmüller se realizaba de forma completamente manual. Como parte de SafeMate, un equipo de ingeniería de Weidmüller, dirigido por el ingeniero de procesos Tobias Stuke, realizó un análisis para determinar qué tareas se realizaban mejor de forma manual y cuáles se podían realizar con una máquina. Entre otras cosas, el equipo encontró que los robots son muy buenos para realizar las tareas monótonas, repetitivas y de uso intensivo de energía del proceso de colocación sin fatiga. Y pueden hacerlo con una precisión constante.

Sin embargo, el montaje no se puede hacer completamente sin personas. Por ejemplo, las personas son mejores para agarrar y quitar piezas pequeñas de diferentes dimensiones de una pila o caja. Pueden reconocerlos y clasificarlos mejor. Las personas también son superiores a sus colegas robóticos en el proceso de inspección.

En base a estos hallazgos, el proceso de ensamblaje manual se automatizó parcialmente siguiendo un modelo de colaboración humano-robot. El resultado fue un lugar de trabajo de montaje híbrido en el que personas y robots trabajan en paralelo. Las tareas monótonas y de uso intensivo de fuerza las realiza el robot, mientras que las tareas cognitivamente exigentes las realizan personas.

En la robótica colaborativa, las personas y los robots trabajan codo con codo en un lugar de trabajo. Debido a su tecnología de control sensible, los cobots pueden trabajar de cerca con personas sin cercas protectoras. Tales aplicaciones requieren validación para asegurar que los peligros se han minimizado lo suficiente. Esto lo pueden hacer asociaciones profesionales, proveedores de servicios externos, integradores de sistemas o Technischer Überwachungsverein (TÜV), o asociaciones de inspección técnica, que son empresas de servicios internacionales independientes de Alemania y Austria que prueban, inspeccionan y certifican sistemas técnicos, instalaciones y máquinas de todos los tipos. tipos para minimizar los peligros y prevenir daños. Las herramientas de final de brazo, como las pinzas, también se pueden validar de esta manera.

Para ensamblar componentes electromecánicos, Weidmüller implementó un cobot de Universal Robots. Primero, la persona ensambla los elementos conectores. Luego, el cobot presiona los elementos de contacto eléctrico, une la carcasa del conector y atornilla los contactos de conexión. El objetivo de esta automatización parcial es liberar al trabajador de los largos y monótonos pasos intermedios y lograr así una división equilibrada del trabajo entre personas y robots. La productividad también ha aumentado.

El cobot está equipado con la pinza paralela de dos mordazas HRC-02 de Zimmer Group, un especialista en pinzas con sede en Rheinau, Alemania. La pinza es segura y armoniza perfectamente con el cobot. La pinza servo totalmente eléctrica no tiene bordes afilados. Su forma redondeada en todos los lados asegura que el enganche accidental sea prácticamente imposible. La longitud de carrera y la fuerza de agarre de la pinza son ajustables, lo que le permite agarrar con mucha más sensibilidad que una pinza convencional. La pinza cumple con los requisitos de seguridad establecidos en la norma ISO/TS 15066 para la colaboración humano-robot, y está certificada por DGUV, el equivalente alemán de OSHA.

Además de la ergonomía, otro enfoque del proyecto fue determinar si el cobot podría usarse de manera eficiente y flexible. Los ingenieros prestaron especial atención al manejo y la programación del cobot. Los resultados fueron convincentes, especialmente en combinación con la pinza HRC-02.

No es casualidad que las pinzas de Zimmer funcionen a la perfección con los cobots UR. Zimmer ha sido socio de UR+ durante varios años. UR+ es una plataforma de componentes y kits de aplicaciones de terceros que han sido certificados por Universal Robots para trabajar con sus productos. La plataforma UR+ ahora incluye más de 300 socios y 400 componentes certificados y kits de aplicaciones. Debido a que cuenta con la certificación UR+, la pinza de Zimmer se puede programar directamente a través del panel de control del cobot. No se requieren habilidades de programación complejas.

La pinza es operada por señales digitales: una señal para cerrar las mordazas y una segunda señal para abrir las mordazas. La detección analógica proporciona una señal de presencia parcial. La pinza puede detectar diferentes dimensiones de la pieza de trabajo sin cambiar la posición del sensor.

La pinza permite un fácil aprendizaje del robot gracias a un botón integrado de conducción libre. La conexión directa a la E/S de la herramienta y el montaje directo a la brida del robot simplifican la instalación y el funcionamiento de la pinza. El bloqueo automático evita que la pieza de trabajo se caiga, incluso en caso de una parada de emergencia o un corte de energía.

El proyecto piloto de Weidmüller fue un éxito y ha abierto nuevas posibilidades para el fabricante. Además de aumentar la productividad, el proyecto generó beneficios no monetarios. Por ejemplo, las tareas monótonas y que requieren mucha fuerza, como presionar los elementos de contacto, ahora son manejadas por el cobot. Eso ayudó a lograr el compromiso y la aceptación de los trabajadores, quienes estuvieron involucrados en el proceso de cambio desde el principio. La automatización también significa que Weidmüller puede hacer frente mejor a la escasez de trabajadores cualificados. La automatización de tareas monótonas y estresantes permite a Weidmüller redistribuir trabajadores calificados donde más se necesitan.

"Uno de los motivos por los que elegimos la pinza de Zimmer, además de sus características técnicas, fue que ya había sido probado y certificado como seguro para los sistemas de colaboración entre humanos y robots", dice Stuke. "Es particularmente importante para la empresa que sus empleados se beneficien del trabajo colaborativo. Los cobots con sus pinzas están destinados a brindar alivio".