Robots y personas colaboran en el ensamblaje de productos

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

La pinza paralela de dos mandíbulas HRC-02 fue diseñada específicamente para su uso con cobots. La servopinza 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 la DGUV, el equivalente alemán de OSHA. Foto cortesía del Grupo Zimmer

Los fabricantes en Alemania, al igual que los de Estados Unidos, están enfrentando tres problemas principales: un mercado altamente dinámico, una competencia cada vez mayor debido a la globalización y una escasez de trabajadores calificados. 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 ayudarles a superar estos desafíos. Sin embargo, muchos fabricantes aún tienen que implementar proyectos de colaboración entre humanos y robots debido a preocupaciones sobre costos y personal. Para que la colaboración entre humanos y robots realmente despegue, serán necesarios métodos simples y flexibles que permitan a empresas de una variedad de industrias con diversas 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 los grandes beneficios de la automatización robótica. En el proyecto participan varios fabricantes alemanes importantes de diversos sectores, entre ellos 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 conexiones eléctricas 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 edificios.

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

Sin embargo, la asamblea no se puede realizar enteramente sin personas. Por ejemplo, las personas son mejores para agarrar y retirar 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.

A partir de estos hallazgos, el proceso de montaje manual se automatizó parcialmente siguiendo un modelo de colaboración entre humanos y robots. El resultado fue un lugar de montaje híbrido en el que personas y robots trabajan en paralelo. Las tareas monótonas y que requieren mucha fuerza las realiza el robot, mientras que las tareas cognitivamente exigentes las realizan las personas.

En la robótica colaborativa, las personas y los robots trabajan codo con codo en un mismo lugar de trabajo. Gracias a su tecnología de control sensible, los cobots pueden trabajar en estrecha colaboración con personas sin vallas protectoras. Estas aplicaciones requieren validación para garantizar que los peligros se hayan 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 todo tipo. tipos para minimizar los peligros y prevenir daños. De esta forma también se pueden validar herramientas de extremo de brazo, como por ejemplo pinzas.

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

El cobot está equipado con la pinza paralela de dos mandíbulas HRC-02 del grupo Zimmer, un especialista en pinzas con sede en Rheinau, Alemania. La pinza es segura y armoniza perfectamente con el cobot. La servopinza totalmente eléctrica no tiene bordes afilados. Su forma redondeada en todos sus lados garantiza que sea prácticamente imposible que se enganche accidentalmente. 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 entre humanos y robots y está certificada por la DGUV, el equivalente alemán de OSHA.

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

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

La pinza se acciona mediante señales digitales: una señal para cerrar las mordazas y una segunda señal para abrir las mordazas. La detección analógica proporciona una señal parcialmente presente. La pinza puede detectar diferentes dimensiones de la pieza de trabajo sin reposicionar el sensor.

La pinza permite un fácil aprendizaje del robot gracias a un botón de accionamiento libre integrado. 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 autobloqueo protege la pieza de trabajo contra caídas incluso en caso de una parada de emergencia o un corte de energía.

El proyecto piloto de Weidmüller tuvo éxito y abrió nuevas posibilidades para el fabricante. Además de aumentar la productividad, el proyecto produjo beneficios no monetarios. Por ejemplo, el cobot se encarga ahora de tareas monótonas y que requieren mucha fuerza, como presionar los elementos de contacto. Eso ayudó a lograr la aceptación de los trabajadores, que participaron 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 cualificados donde más se necesitan.

"Uno de los motivos por los que elegimos la pinza Zimmer, además de sus características técnicas, fue que ya había sido probada y certificada como segura para sistemas de colaboración entre humanos y robots", dice Stuke. “Para la empresa es especialmente importante que sus empleados se beneficien del trabajo colaborativo. Los cobots con sus pinzas están destinados a brindar alivio”.