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on Automation

053 754

HesseSistemas modularesde manipulación

327,5 mm

160 mm

120 mm 42 mm7,5 mm

47,3

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88,5

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Hesse

Sistemas modulares de manipulación

Sistemas modulares de manipulación

Blue Digeston Automation

HandlingPneumatics

Stefan Hesse

Blue Digest on Automation

© 2000 by Festo AG & Co.Ruiter Straße 82D-73734 EsslingenTel. (0711) 347-0Fax (0711) 347-2155

Todos los textos, gráficos, imágenes y dibujos contenidos en esta publicaciónson propiedad de Festo AG & Co. y, en consecuencia, están sujetos a derechosde autor. Queda prohibida su reproducción, tratamiento, traducción, micro-filmación, memorización y procesamiento mediante sistemas electrónicos sinprevia autorización explícita de Festo AG & Co.

El concepto de “técnica de manipulación” incluye etimológicamente la palabra“mano”, de la que sabemos que puede ser extraordinariamente versátil. Si intentamos sustituirla por sistemas técnicos en los procesos de fabricaciónindustrial, esperamos que dichos sistemas funcionen con rapidez, precisión yfiabilidad. Sin embargo, la versatilidad no es un criterio determinante en todoslos casos. Por ejemplo, no es necesaria para cerrar botellas o para el montaje de bolígrafos. Para efectuar estas operaciones suele recurrirse a sistemas de“tomar y colocar”, denominados generalmente con la expresión Inglesa: “pick & place”. Estos sistemas se encargan principalmente de manipular piezasdurante los procesos de fabricación o de montaje de máquinas o aparatos dediversa índole. En consecuencia, no suelen utilizarse para la manipulación deherramientas en los procesos industriales. Aunque es usual utilizar robots en las fábricas y a pesar de que su cantidad aumenta constantemente, sigueninstalándose más equipos de pick & place que robots. Esto es así simplementeporque hay y seguirán habiendo muchas operaciones de tomar y colocar paralas que el uso de un sistema de manipulación libremente programable seríademasiado costoso.

Sin embargo, sobre la tecnología pick & place apenas se han publicado textosespecializados. Esta circunstancia justifica la aparición del presente libro. Sufinalidad consiste en mostrar cuáles son las posibilidades y los medios disponi-bles actualmente para resolver operaciones de manipulación sencillas. En estecontexto es especialmente importante referirnos a los sistemas que tienen unadisposición constructiva por módulos y, también, a los actuadores neumáticos,porque la sustitución de la mano por la máquina tiene que ser tanto funcionalcomo económica. En este sentido, este libro está dirigido a los técnicos relacio-nados con la práctica, que buscan ideas y soluciones concretas con el fin de ele-var el nivel de eficiencia de los procesos industriales.

Stefan Hesse

Prólogo

5

Índice

Prólogo

1 La manipulación de piezas como proceso auxiliar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.1 Tareas de la técnica de la manipulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.2 El principio del funcionamiento de los equipos de pick & place . . . . . . 111.3 Aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2 Estructura por módulos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.1 Componentes neumáticos para la automatización . . . . . . . . . . . . . . . . 202.2 Sistemas de pick & place de funcionamiento cíclico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.3 Ventajas de un diseno moderno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.4 Estructura de las unidades básicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.4.1 Funcionamiento de una unidad lineal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.4.2 Funcionamiento de una unidad giratoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342.4.3 Estructuras para el montaje de los módulos . . . . . . . . . . . . . . . . . 392.4.4 Funcionalidad, funcionalidad superflua y sincronización . . . . . . . 41

2.5 Modelos de movimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432.6 Amortiguación en las posiciones finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3 La técnica del posicionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.1 La libre programación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523.2 Ejes servoneumáticos de posicionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553.3 Ejes de posicionamiento electromecánicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563.4 Evaluación y selección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

4 El uso de los sistemas de pick & place . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

4.1 Equipos modulares de manipulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604.1.1 Utilización de unidades giratorias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604.1.2 Sistema de un eje y sistemas de varios ejes . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

4.2 Sistemas de pick & place para operaciones de montaje . . . . . . . . . . . . 674.2.1 ¿Hombre o máquina? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 674.2.2 Operaciones de montaje con neumática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .374.2.3 Medios auxiliares periféricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

4.3 Alimentación de piezas a una máquina, procedentes de un cargador . . 744.3.1 Equipos de alimentación que emulan la mano . . . . . . . . . . . . . . . 744.3.2 Accediendo a la máquina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

5 La técnica de sujeción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

5.1 La pinza y la pieza sujetada forman una unidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 815.2 Pinzas de precisión y pinzas especiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 835.3 Pinzas miniaturizadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 865.4 Pinzas magnéticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

6 Criterios, índices de referencia y componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

6.1 Combinar sin fantasear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 896.2 Evaluación y selección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 906.3 Guías y suavidad del movimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 946.4 Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

77

8

Referencias bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

Índice de términos técnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

Anexo: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

Sistemas de pick & place típicos, construidos con el sistema de componentesmodulares de Festo

1 La manipulación de piezas como proceso auxiliar

Cada generación forja su propio futuro y está orgullosa de sus progresos tecnológicos. Sin embargo, todo lo nuevo se basa en algo anterior, por lo que el origen de una novedad suele ser más antiguo de lo que se piensa. El gran físicoHeinrich Helmzoltz (1821-1894), refiriéndose al tema, dijo lo siguiente duranteun discurso que pronunció en 1854:

“Ahora no intentamos conseguir más máquinas capaces de hacerse cargo de losmiles de trabajos que realiza una sola persona; más bien buscamos lo contrario,es decir, conseguir una máquina capaz de realizar un solo trabajo y de sustituir amiles de personas.”

Sus pensamientos se anticiparon a tiempos posteriores. En cierto sentido, consus palabras hizo una comparación entre el “robot de funciones universales” yla “máquina especializada”. Los sistemas de pick & place son, sin duda alguna,equipos especializados. Sobre ellos hablaremos en este libro. Los sistemas depick & place y equipos similares sencillos no son robots en miniatura; más bienrepresentan una especie propia dentro del mundo de las técnicas industriales.Al evolucionar los sistemas de fabricación, se encontraron medios para moverlas piezas.

En vista de la existencia de una demanda de millones de piezas exactamenteiguales, los técnicos dieron rienda suelta a su fantasía con el fin de obtenermecanismos capaces de sustituir las manos por máquinas para manipular laspiezas. Así fueron surgiendo productos como las agujas, luego las bombillas yposteriormente los automóviles. En la fig. 1-1 se muestra un equipo para punzo-nar ojos de agujas, ideado en 1871 por un mecánico apellidado Kaiser, oriundode Iserlohn. En su sistema, dos agujas forman pareja debidamente posiciona-das para permitir la automatización del proceso. Después de la operación deestampado y punzonado, las dos aguas vuelven a separarse. Ello significa que, dada su configuración, el sistema ya entonces era automatizable. Tal comopuede apreciarse en el esquema, la máquina disponía de levas. Los símbolosque explican las funciones de alimentación de piezas fueron definidos hace ya

9

1

La manipulación

de piezas como

proceso auxiliar

1.1 Tareas de la técnica de la manipulación

Fig. 1-1:

Técnica de alimentación

del siglo XIX para estampar

y punzonar agujas.

Los símbolos tienen los

siguientes significados:

Cargar – Distribuir – Sujetar –

Deformar – Entregar

40 años en la directiva VDI 3239, y contribuyeron a que las operaciones de mani-pulación de piezas adquirieran una importancia específica durante la planifica-ción de proyectos.

Bajo el término “manipulación de piezas” se entienden todos los procesosdestinados al transporte de materiales y de piezas en la zona de máquinas utilizadas para la fabricación. En estos procesos, las piezas llegan en la posicióncorrecta, en la cantidad precisa y en el momento indicado para ser debidamentesujetadas en el lugar adecuado, en el que serán sometidas a una operación demecanización. Una vez concluida esta operación, el sistema de manipulaciónvuelve a soltar la pieza.

Una de las primeras aplicaciones de las técnicas de alimentación de piezasfueron las prensas para acuñar monedas, los tornos automáticos simples y, tam-bién, la fabricación de balas de fusil. Pero también en la era de los robots, haymuchas aplicaciones sencillas para las que los sistemas de pick & place son másque suficientes. No debemos olvidar que esos sistemas son los más difundidospara las operaciones de alimentación de piezas, ya que los robots industrialesúnicamente cubren una pequeña parte de esos procesos. El uso de un robot es,en la mayoría de estos casos, innecesario y, además, los robots han sido conce-bidos frecuentemente para ejecutar una operación muy específica, como porejemplo aplicar pintura a una carrocería. La evolución tecnológica y el aumentode las posibles aplicaciones han tenido como consecuencia que los sistemas depick & place se parezcan a los sistemas libremente programables. Incluso yaexisten equipos de pick & place de control numérico (NC). Su utilización depen-de de la ejecución de determinados movimientos específicos y de otras condi-ciones secundarias. En la fig. 1-2 se ofrece un esquema general al respecto. Lasactividades desplegadas, en términos generales, en el ámbito de la fabricaciónde maquinaria y en el sector electrotécnico, se reparten de la siguiente manera:• Un tercio: mecanizado• Un tercio: montaje• Un tercio: manipulación, transporte y almacenamiento

1 La manipulación de piezas como proceso auxiliar10

Fig. 1-2:

Distribución general de los

procesos técnicos industriales Manipulación deuna herramienta

Movimientos no guiados

desde la posición inicial

hasta la posición final

Movimientos guiados

por su forma o

elementos técnicos

Manipulación de piezas

Operaciones

de manipulación

Colocar una herramienta

SoldarPegar

Colocación en paletas Retirar las paletas

Unir Alimentar

En todo el mundo proliferan los términos técnicos en inglés. Concretamente, losequipos denominados de pick & place son equipos que se encargan de tomar ycolocar las piezas, por lo general para alimentarlas a las máquinas. Entre losequipos más difundidos están los de dos ejes, que ejecutan determinados movi-mientos según secuencias fijas con el fin de manipular piezas, en general detamaños y pesos pequeños y medianos.

Los equipos de pick & place ejecutan movimientos en secuencias, recorridos

y ángulos fijos, lo que significa que sus funciones cambian únicamente sustitu-

yendo sus elementos o efectuando los ajustes correspondientes.

En inglés existen muchos otros términos que, en realidad, tienen un significadoparecido, tales como loader o feeder (equipos de alimentación de piezas), non-servo robot y fixed sequence robot (concepto utilizado en Japón). En lenguajetécnico estadounidense antes se utilizaba un término muy curioso, aunque acer-tado: “bang-bang-robot”, aludiendo a los golpes sumamente duros que se pro-ducían en los finales de carrera sin amortiguación. El concepto de pick & place,es decir, tomar y colocar, es muy acertado, ya que tanto la operación de tomaruna pieza como la de colocarla se refiere a los puntos finales de una secuenciade movimientos complementarios entre sí. Para “tomar” una pieza es necesariodisponer de un dispositivo para sujetar y elevar una pieza y el término “colocar”se refiere a la entrega de la pieza en un lugar determinado. En la fig. 1-3 se indi-ca el desarrollo típico de los movimientos, también llamado ciclo de movimien-tos. Observamos que se ejecutan las siguientes secuencias de movimientos:• Tomar una pieza con una pinza (pick-up en inglés)• Trasladar la pieza (transfer en inglés)• Abrir la pinza para colocar la pieza (place en inglés)

Los equipos se diferencian entre sí según si son compactos o si están constitui-dos por módulos. Los módulos son estandarizados, pudiéndose así considerardebidamente las exigencias que plantea cada aplicación. En la fig. 1-4 se muestra un equipo compacto muy interesante, dotado de actuadores giratorioseléctricos. Los engranajes se encargan de transformar los movimientos girato-rios en movimientos lineales. El actuador de la unidad central se encarga dehacer girar toda la estructura. El ejemplo no incluye un movimiento de elevaciónen el plano vertical, aunque sería perfectamente posible incluirlo.

1 La manipulación de piezas como proceso auxiliar 11

1.2 El principio del funcionamiento de los equipos de pick & place

Fig. 1-3:

Movimientos ejecutados en

una operación de pick & place

1 Movimiento de traslación

2 Movimiento vertical

3 Sujeción

4 Soltar

1

32

2

24

La alimentación de la energía y la transmisión de datos hacia el actuador final esun problema que suele resolverse con alguna solución que difícilmente es ideal,utilizándose tubos flexibles, tubos en espiral o cadenas portadoras.

En la fig. 1-5 vemos una estructura típica de una unidad de manipulación com-puesta de varios módulos. Se trata de un equipo que retira una a una placas que se encuentran apiladas para colocarlas sobre una cinta de transporte. En elejemplo que aquí se muestra, el movimiento horizontal está a cargo de cilindrosneumáticos sin vástago unidos entre sí por un puente. Tratándose de placaspequeñas y ligeras, podría prescindirse de uno de los dos cilindros, sustituyén-dolo, por ejemplo, por una guía lineal provista de rodillos. Las ventosas sonaccionadas en función de un ciclo abierto rectangular (ciclo en C).


1

2

3

4

H

b)a)

Fig. 1-4:

Equipo de alimentación

compacto con brazo constitui-

do por elementos que forman

un paralelogramo

(Bühler Automation)

a) Vista general

b) Secuencia

de las operaciones

de manipulación

1 Brazo con paralelogramo

2 Pinza paralela

3 Plataforma giratoria

4 Cuerpo del motor y unidad

básica

H Carrera máxima

Fig. 1-5:


constituido por módulos

y provisto de ejes lineales

neumáticos

1 Cilindro normalizado

2 Puente

3 Cilindro sin émbolo

4 Ventosa

5 Estructura portante

6 Sistema de transporte

7 Pieza

1

2

3 4

56

7


Un criterio para diferenciar entre los equipos de alimentación es la energía utilizada. La energía es indispensable para el funcionamiento del sistema, pero¿qué energía utilizar?

Energía eléctrica

Las unidades electromecánicas ejecutan movimientos lineales o circulares mediante husillos o guías. En el caso de equipos dotados de varios ejes, las carreras de los movimientos individuales se suman para obtener el movimientoresultante. Este movimiento puede ser, por ejemplo, circular, y el elemento quedefine dicho movimiento puede tener una o varias curvaturas. En la fig. 1-6 puede apreciarse el principio de funcionamiento de un equipo de esta índole. El elemento curvo es, a la vez, el que define el recorrido y el que transmite laenergía. Estos equipos son muy rápidos (menos de un segundo por cada ciclode movimientos) y se utilizan únicamente para la fabricación en grandes series.Los elementos excéntricos pueden tener forma de disco, de esfera o puedentener ranuras. En la fig. 1-7 apreciamos el ejemplo de una unidad compacta conciclo de elevación y giro.

El motor, que actúa sobre una excéntrica que acciona un rodillo, permite ejecutar movimientos giratorios en vaivén. El movimiento de elevación está acargo de una excéntrica en forma de disco. La pinza funciona neumáticamente.La estructura modular permite obtener equipos debidamente adaptados a unaaplicación específica, como por ejemplo dotados de dos brazos o de una colum-na de elevación provista de elementos de apoyo o de alimentación adicionales si así lo exige la masa de las piezas.

13

Fig. 1-6:

Esquema de un equipo

eléctrico de alimentación

de piezas con movimientos

lineales controlados por un

elemento excéntrico

Fig. 1-7:

Alimentador elevador

y giratorio (Ferguson)

1 Brazo giratorio

2 Pinza

3 Unidad elevadora

y giratoria

4 Excéntrica

5 Motor reductor

y

z

1

2

3

4

5

Algunos consideran que los equipos controlados por una excéntrica ya no sonmodernos. Sin embargo, la realidad demuestra lo contrario. Estos equipos sonmuy silenciosos, sus movimientos son precisos y funcionan a gran velocidad. Si la curvatura es la correcta, es posible conseguir que el movimiento sea muyhomogéneo y se ejecute sin tirones. No obstante, por lo general sólo es posibleregular el sentido del movimiento sin modificar el recorrido definido por la curvatura del elemento. En consecuencia, la oportunidad de la aplicación de estos equipos depende de cada caso específico.

Tratándose de aplicaciones especiales, la cinemática puede llegar a ser muypeculiar. En la fig. 1-8 se aprecia cómo es posible alimentar piezas mediante un movimiento circular recurriendo a un sólo actuador que ejecuta un segundomovimiento. A pesar de que el movimiento realizado para la alimentación de la pieza a la máquina es circular, el actuador ejecuta un movimiento lineal paravolver a su posición inicial. La rueda de accionamiento actúa sobre una ruedadentada que, a su vez, actúa sobre la guía deslizante del brazo de manipulación.Sin embargo, este brazo no tiene un centro de giro fijo ya que está montadosobre un carro de movimiento lineal sin accionamiento propio. Esta cinemáticatiene como consecuencia que el extremo del brazo ejecute el movimiento queconsta en el gráfico.

Todos los módulos lineales accionados eléctricamente tienen una estructurabásica fija. Los movimientos de los carros o brazos de manipulación están acargo de husillos, cadenas o correas dentadas. En el caso de los actuadoreseléctricos directos, es posible prescindir de una unidad de tracción. Sin embar-go, estos actuadores giratorios y lineales son costosos, por lo que suelen utilizarse poco. Cabe anotar, no obstante, que sus movimientos son extremada-mente precisos y, además, muy rápidos. Las ejecuciones con carro pueden ser de yugo o de estructura básica. En el caso de los actuadores linealesneumáticos, estas ejecuciones se reparten por mitades.

Energía neumática

Las unidades lineales neumáticas corresponden a la categoría de los sistemasde accionamiento directo. Ello significa que el movimiento se realiza sin en-granajes interpuestos. Lo mismo se aplica a las bombas giratorias de aletas. No obstante, muchas veces se utiliza un sistema de piñón y cremallera paratransformar en movimiento giratorio el movimiento que ejecutan dos émbolosen sentidos opuestos. De esta manera se consigue anular la holgura en las posi-ciones finales de los actuadores giratorios.


Z

X

41

3 2

5

Z

X

6

Fig. 1-8:

Un equipo de alimentación

con cinemática peculiar

1 Rueda dentada

2 Brazo de manipulación

3 Guía deslizante

4 Rueda de accionamiento

5 Guía lineal

6 Trayectoria del recorrido

del extremo del brazo


En principio puede recurrirse a los siguientes componentes neumáticos paraconfigurar sistemas de alimentación de piezas:• Cilindros neumáticos con o sin unidad de guía• Unidad lineal con cilindros paralelos• Unidades lineales sin vástago• Actuadores giratorios y basculantes• Actuadores lineales y giratorios• Pinzas mecánicas y ventosas• Motores neumáticos

Un motor neumático de alta velocidad puede ser una solución muy adecuada,por ejemplo, en entornos con peligro de explosión. Estos motores son utilizados,entre otros, para manipular brazos que elevan cargas o pueden estar combina-dos con ruedas de fricción que se encargan del transporte de piezas planas o de placas. Los motores neumáticos pueden montarse en espacios reducidos y permiten obtener velocidades de transporte sumamente altas.

Como bien se sabe, los sistemas neumáticos son rápidos. Sin embargo, los técnicos especializados en procesos industriales están más interesados en laduración de los ciclos de, por ejemplo, un equipo de alimentación de piezas.Aunque hay quienes afirmen lo contrario, los tiempos de los ciclos no albergansecreto alguno. Existen diversas variantes que explicaremos recurriendo a unejemplo (fig. 1-9).

15

Fig. 1-9:

Alimentación de piezas

a una máquina.

Un ejemplo

1 Ejes de pórtico en cruz

2 Máquina

3 Soporte intermedio

4 Paleta de piezas en bruto

5 Paleta de piezas

mecanizadas

6 Eje giratorio

con dos pinzas

1

z

y

x2

3

45 6

Recurramos al ejemplo de un pórtico en cruz. El sistema cuenta con dos ejes deposicionamiento que ejecutan sus movimientos en los planos X e Y. Tratándosede aplicaciones sencillas, bien pueden ser unidades lineales con posicionesintermedias determinadas por topes. A modo de variante se prevé la posibilidadde incorporar un eje elevador y giratorio provisto de dos pinzas y que ejecuta un movimiento en el plano Z. Además, el sistema permite la paletización porseparado de piezas en bruto y piezas acabadas, aunque es posible prescindir de esta función. Además, debe ser posible que las piezas se encuentren tempo-ralmente en la cercanía de la zona de las pinzas hasta que queden sujetadas por ellas. Considerando todas las variantes y posibilidades obtenemos losesquemas de secuencias de movimientos de manipulación que se indican en la fig. 1-10. Sin embargo, a primera vista no se aprecian las ventajas principales.Para conseguirlo, es necesario sumar los tiempos parciales a los tiempos deinactividad de la máquina.

El tiempo de inactividad de la máquina se produce cuando la máquina no

puede mecanizar una pieza porque el sistema de manipulación está

efectuando la operación de recogida y de alimentación.

En consecuencia, la meta principal consiste en que la máquina vuelva a realizarsu trabajo lo más pronto posible. Este tiempo que transcurre hasta que lamáquina vuelva a funcionar es el “tiempo entre operaciones”. Estudiando deta-lladamente las operaciones necesarias para la alimentación de las piezas esposible reducir la duración de los ciclos. Una vez definida la meta, es posible formular lo que tienen que cumplir los componentes que se utilizarán para automatizar el sistema. Se sobreentiende que en todos los casos también tienen que considerarse diversas circunstancias marginales. En el caso de lasvariantes 3 y 5, por ejemplo, se supone que las piezas, una vez que sufren una modificación geométrica a raíz del proceso de mecanizado, pueden volver a colocarse en los lugares correspondientes de la paleta que también contienelas piezas en bruto.



En primer término cabe destacar que las aplicaciones principales se limitan a lamanipulación de piezas pequeñas. Claro está que también existen empresas queofrecen módulos para la manipulación de piezas que pesan varias toneladas,pero dichos sistemas son la excepción. En el sector de fabricación de maquina-ria, en la electrónica, en la mecánica de precisión y en las fábricas de automóvi-les, las piezas que no pasan de 5 kg cubren aproximadamente un 80 por cientodel total. Este dato explica la existencia de una cantidad ingente de móduloslineales y giratorios que se ofrecen en el mercado para cubrir esa gran demanda.

17

Fig. 1-10:

Influencia que tienen la pinza,

los depósitos y la secuencia

de los movimientos en el

tiempo inactivo de la máquina

tB y en los tiempos de los

ciclos de manipulación tH

M Máquina

W Posición de espera del

sistema de manipulación

o posición de espera

de la pieza en la cercanía

de la pinza

R Mecanizado de la pieza

F Manipulación de la pieza

mecanizada

L Movimiento sin pieza

1.3Aplicaciones

Variante de solución Esquema de las secuencias Tiempo

1 Pinza simple recoge pieza,colocación temporal en W,colocación de piezas aca-badas en paleta1L– 2F – 3R – 4L– 5F – 6L– 7R

2 Pinza simple recoge pieza,colocación en paleta parapiezas acabadas1L – 2F – 3L – 4R – 5L

3 Pinza simple recoge pieza,colocación de las piezasacabas en la paleta de piezas en bruto1L – 2F – 3L – 4R – 5L

4 Pinza doble recoge pieza,dos paletas: una para piezas en bruto,otra para piezas acabadas 1L – 2FR – 3F – 4L – 5R

5 Pinza doble recoge pieza,colocación de las piezasacabadas en la paleta depiezas en bruto1R – 2FR – 3F – 4L – 5R

Para el montaje de piezas pequeñas se utilizan muchos tipos de equipos de alimentación (equipos de pick & place). Las aplicaciones son muy diversas,desde la unión de piezas a presión, pasando por la alimentación de circuitosimpresos, embalaje de productos acabados, paletización de casquillos, manipu-lación de tablas de aglomerado para muebles (fig. 1-11) hasta la lubricación derelojes mecánicos, para dar sólo algunos ejemplos. Las tablas de aglomeradopesan mucho, por lo que es necesario utilizar varias ventosas para manipularlasy, además, para no dañarlas, es recomendable usar poco vacío. Las tablas tienenuna estructura muy porosa, con lo que si el vacío es grande, la aspiración de airepuede atravesar toda la tabla, aunque sean gruesas, con lo que disminuye lafuerza de adherencia.

Muchos afirman que los sistemas de manipulación de piezas representan unaamenaza para los puestos de trabajo. No cabe duda de que cualquier sistemaautomático pone en tela de juicio la presencia del ser humano, tanto en lasnaves de las fábricas como en las oficinas administrativas. En consecuencia, hay quienes, preocupados, se preguntan si los equipos automáticos de mani-pulación de piezas ponen en peligro la subsistencia de los operarios de las fábricas. Es evidente que los equipos automáticos ejecutan las operaciones de manipulación mucho más rápidamente que el hombre y, en consecuencia,aumentan considerablemente el volumen de la producción. Sin embargo, el progreso siempre ha provocado evoluciones de este tipo. Cuando el cinemudo se transformó en cine sonoro, todos los músicos que tocaban el piano en los cines perdieron su trabajo. También se quedaron sin trabajo los que estaban a cargo del accionamiento de los frenos en cada uno de los vagones de los trenes cuando apareció el sistema de frenos neumáticos que actuabasimultáneamente sobre los frenos de todos los vagones.


Fig. 1-11:

Recoger tablas

de aglomerado apiladas

1 Ventosa

2 Cilindro elevador

3 Cilindro sin vástago

4 Tablas apiladas

5 Apoyo

6 Seguro antigiro

7 Sistema de mecanizado

8 Carro para las tablas

9 Cilindro neumático

o hidráulico

10 Medidor del recorrido

1 2 3

4

5

87

6

109


¿Cómo se adapta el ser humano a estos cambios? Él es parte del sistema y, en consecuencia, dicho sistema tiene que ser configurado de tal modo que nosuponga un peligro para su subsistencia. Si en los niveles más fatigosos ya nose necesita la mano de obra, los operarios tienen que promocionarse profesio-nalmente para que asuman funciones de mayor nivel. Si ya no hay trabajo paratodos, tiene que reducirse el tiempo laboral (disminuyendo las horas diarias,semanales o anuales). La mecanización del trabajo en la agricultura tuvo comoconsecuencia una migración masiva de los campesinos hacia las ciudades paratrabajar en las fábricas. Las personas cambian sus puestos de trabajo en lasfábricas y acuden al sector de los servicios. En resumen: se trata de un procesocontinuo y complejo. El progreso y los cambios estructurales son factoresintrínsecos del sistema social. Por ello, la sociedad tiene que adoptar las medi-das necesarias para mantener el equilibrio. Así como sería una equivocaciónprohibir la electricidad porque con ella mueren seres humanos electrocutados,también lo sería el intento de limitar los robots industriales por ley, una pro-puesta que por cierto ya fue planteada en cierta ocasión.

19

Los sistemas de manipulación son en muchos casos un accesorio indispensablepara automatizar procesos de fabricación completos. Simplificando puede afirmarse que el sistema de mecanizado o de montaje y el sistema de manipu-lación de piezas forman un proceso de fabricación automatizado (debiéndoseagregar, claro está, las estaciones de control y embalaje). Es frecuente que la mitad de las inversiones se dediquen a las operaciones de manipular y trans-portar piezas. Los encargados de planificar los proyectos correspondientes suelen disponer de poco tiempo, por lo que necesariamente tienen que recurrira componentes periféricos estándar, robots industriales y módulos para lossistemas de manipulación y transporte. Estos sistemas se ocupan de hacer llegar las piezas:• al lugar y• en el estado previstos• en la posición y orientación correctas• con la calidad exigida y• en el momento preciso

Ello es posible utilizando sistemas constituidos por módulos y dotados demodernos sistemas de control.

Aproximadamente a partir del año 1960 empieza a imponerse la neumáticaindustrial. Poco a poco van apareciendo diversos componentes estándar, talescomo los cilindros neumáticos, que forman parte de sistemas constituidos pormódulos. Antes, cada usuario confeccionaba sus propios cilindros en función desus aplicaciones específicas. En la fig. 2-1 puede apreciarse cómo los actuado-res neumáticos ocupan un lugar privilegiado en todas las fases de los procesosde fabricación, correspondiéndoles el máximo protagonismo en los procesos demanipulación.

Los actuadores neumáticos se distinguen por su sencillez y diseño compacto. No obstante, debe tenerse en cuenta que su grado de eficacia es claramenteinferior al de los actuadores eléctricos, a pesar de que éstos tienen que con-vertir varias veces los movimientos según el tipo de engranaje y su capacidadreductora. Por su parte, el accionamiento directo de la neumática ofrece ventajas, especialmente si se trata de actuadores pequeños de simple efectoque consumen poco aire comprimido y si, además, ya se dispone de una red de

2 Estructura por módulos20

2

Estructura

por módulos

2.1 Componentes neumáticos para la automatización

Fig. 2-1:

Proceso de manipulación

y mecanizado de piezas

individuales y fuentes

energéticas correspondientes

1 Electricidad Neumática Electricidad Neumática Electricidad

2 Neumática Electricidad Hidráulica Electricidad Neumática

3 Hidráulica Hidráulica Neumática Hidráulica Hidráulica

Máquina de trabajo

2 Estructura por módulos 21

Fig. 2-2:

Los módulos tienen que

ser compatibles entre sí en

función de varios criterios

Tabla 2-1:

Algunas diferencias

entre módulos eléctricos

y neumáticos (* válido única-

mente en el caso de ejes de

posicionamiento eléctricos

o servoneumáticos)

aire comprimido en la fábrica. Además, también existen guías excelentes quejunto con actuadores neumáticos forman módulos de manipulación sumamenteeficientes.

Los módulos de manipulación son grupos de fabricación estándar destinados

a ejecutar movimientos. Estos módulos permiten configurar sistemas de varios

ejes, según las necesidades de cada caso. El recorrido se limita mediante

elementos regulables. Únicamente los ejes de posicionamiento pueden

programarse libremente.

Para combinar módulos es necesario que sean compatibles entre sí. Y no bastacon que coincida la distribución de taladros o se disponga de un adaptador. La compatibilidad abarca muchos otros criterios, tal como puede apreciarse en la fig. 2-2. Además, existen otras diferencias adicionales entre los módulosaccionados eléctricamente y los accionados neumáticamente. En la tabla 2-1 seindican algunas de esas diferencias.

Accionamiento neumático eléctrico

Frecuencia del uso de unidades lineales aprox. 60% aprox. 40%

Frecuencia del uso de unidades giratorias aprox. 95% aprox. 5%

Capacidad de aceleración mayor menor

Recorrido lineal (aplicaciones típicas) hasta aprox. 800 mm hasta 3000 mm

Velocidad del movimiento alta menos alta

Precisión de repetición (movimiento lineal) < ± 0,05 mm < ± 0,05 mm

Precisión de repetición (movimiento giratorio) aprox. 0,02° aprox. 0,02°

Posiciones intermedias (movimiento lineal) hasta 4 indistintas *)

Posiciones intermedias (movimiento giratorio) hasta 2 indistintas *)

tecnológicos geométricos

funcionales

de control

económicos

técnicos

El aire comprimido es un medio muy interesante. Es capaz de transportar energía y de transmitir señales a distancias considerables. Sin embargo, no entodos los casos es posible utilizar el aire comprimido para el accionamientodirecto, ya que en diversas aplicaciones es necesario convertir los movimientos.En la fig. 2-3 se muestra cómo se convierten movimientos lineales en giratorios y viceversa. Todas las variantes posibles también se aprovechan en la técnica de la manipulación.

Si es necesario desglosar los movimientos, es necesario recurrir a los correspon-dientes elementos funcionales. La fig. 2-4 muestra las posibilidades que existenen principio. Cada una de las variantes también representa el margen de lasposiciones posibles. Tal como puede apreciarse, la escala alcanza desde 3 posi-ciones hasta una cantidad indistinta de posiciones, aunque en este caso esnecesario conectar sistemas de medición de recorridos y de ángulos. Los ejesservoneumáticos pueden utilizarse, por ejemplo, como pórticos en cruz para la alimentación rápida de componentes electrónicos para placas impresas.

Estas posibilidades técnicas permiten configurar sistemas de pick & place capaces de realizar una amplia gama de movimientos. La fig. 2-5 muestra unaselección de movimientos posibles. Los movimientos se ejecutan a lo largo derecorridos que vuelven en sí mismos o que forman un circuito. Los movimientos


2.2 Sistemas de pick &place de funcionamien-to cíclico

Fig. 2-3:

Conversión de movimientos

(esquema del principio

de funcionamiento)

1 De giratorio a lineal

2 De giratorio a giratorio

3 De lineal a giratorio

4 De lineal a lineal

Fig. 2-4:

Movimiento con pasos

definidos

1 Combinación de cilindros

de varias posiciones

2 Topes en posiciones

intermedias

3 Tope revolver

4 Control de posicionamiento

1

2

3

4

42

31

2 Estructura por módulos

pueden interrumpirse en determinadas posiciones. Aproximadamente una cuarta parte de los actuadores giratorios permiten el montaje de topes en posiciones intermedias. El porcentaje es algo menor en el caso de las unidadeslineales. Las unidades lineales con revolver son una excepción, ya que puedenavanzar, por ejemplo, hasta 13 posiciones distintas. Los tornillos de tope deltambor pueden ajustarse de modo muy preciso. El tambor es accionado neu-máticamente y gira intermitentemente (unidad giratoria). El tambor como talestá provisto de un amortiguador, con lo que en cada posición se amortigua el avance del actuador. Sin embargo, en vista de la gran cantidad de posicionesintermedias factibles en este caso, posiblemente un eje de posicionamientosería una solución más recomendable.

De vez en cuando no se opta por las soluciones fáciles por desconocerlas. En la fig. 2-6 vemos un equipo de alimentación de tubos a una máquina. Los tubos vienen en grupos de 4x4 y el equipo se encarga de retirar siempre un tubo cada vez. Esta operación está a cargo de varios cilindros de trabajo que ejecutan movimientos en varias posiciones. El cargador está ligeramenteinclinado para evitar que los tubos vayan cayendo en los lugares que van quedando libres.

23

Fig. 2-5:

Muestra de posibles

movimientos ejecutados

por equipos de alimentación

de dos ejes

1 Trayectoria del movimiento

2 Punto de parada

(de espera)

Fig. 2-6:

Retirar tubos apilados

1 Cilindro empujador

2 Detector de proximidad

3 Tubo

4 Rodillo motorizado

5 Cilindro elevador de varias

posiciones

6 Estructura del cargador

7 Guía lineal

8 Conjunto de montaje

9 Cilindro de varias

posiciones

2

1

5

498

7

6

2 3

1

Para conseguir las 4 posiciones puede recurrirse a 2 cilindros de carreras diferentes. En la fig. 2-7 se muestran las posiciones de los cilindros que de estamanera se obtienen. Cada émbolo se mueve únicamente entre sus respectivasposiciones finales. Dado que los cilindros como tales también ejecutan un movimiento, los conductos conectados a ellos también tienen que ser móviles.Los cilindros pueden acoplarse mediante conjuntos de unión estándar, por loque no es necesario improvisar.

Adicionalmente hay que tener en cuenta las fuerzas. ¿Qué posibilidades exis-ten para realizar las adaptaciones necesarias? En la fig. 2-8 pueden apreciarse 4 variantes. Además del aprovechamiento de la fuerza de palanca, también pueden utilizarse elementos en forma de cuña, especialmente en la técnica desujeción. El aumento de la fuerza va en detrimento de la carrera. En el mercadoexisten diversos tipos de “cilindros de multiplicación de las fuerzas” que llevanintegrados el émbolo neumático y diversos elementos mecánicos en forma de cuña.


Fig. 2-7:

Combinación de cilindros

neumáticos que forman

un sistema de accionamiento

de 4 posiciones

Fig. 2-8:

Multiplicación de fuerzas

dinámicas neumáticas

1 Cilindros conectados

en serie

2 Cilindros conectados

en paralelo

3 Conversión

neumática-hidráulica

4 Transmisión mecánica

1 432

4321


Incluso para los ciclos más sencillos existen variantes, tal como lo muestra la fig. 2-9. Tanto la posición normal (adelante, atrás) como las posiciones intermedias son variables en función de la tarea que se ejecuta en cada caso. En consecuencia, se obtiene un ciclo completo o un semiciclo con parada inter-media. Un sistema modular para la técnica de manipulación y montaje permiteconfigurar y controlar fácilmente todas las variantes.

La dinámica de un sistema de manipulación viene determinado por sus masasmóviles. En consecuencia, es necesario que éstas sean lo más pequeñas posible. Los motores de accionamiento que se mueven con el sistema son los que mayores masas aportan. En la fig. 2-9 se aprecia cómo la unidad deaccionamiento vertical tiene que transportarse siempre que el sistema ejecutaun movimiento. En consecuencia, bien puede ser que la masa propia del sistemasea mayor que la masa útil. Para resolver esta situación se han desarrolladosistemas de accionamiento en los que los motores que actúan sobre los ejesestán unidos a la estructura básica del sistema, con lo que no se mueven. En la fig. 2-10 se aprecia un sistema de manipulación con motores eléctricosfijos (motores paso a paso de 5 fases). Para ejecutar el movimiento vertical de elevación se recurre a un eje ranurado que actúa sobre el carro.

25

2.3 Ventajas de un disenomoderno

Fig. 2-9:

Los ciclos estándar

pueden ser variables

H Posición inicial

(posición normal)

Z Posición intermedia

(tiempo de espera)

Fig. 2-10:

Sistema lineal

de posicionamiento

(Berger Lahr/Positek)

¿Es factible conseguir algo similar con actuadores neumáticos? En primer lugar cabe anotar que una configuración como la que se acaba de describir es más necesaria en el caso de los motores eléctricos, ya que pesan más que los cilindros neumáticos. Al margen de ello, sí es posible realizar algo similar utilizando componentes neumáticos, tal como lo muestra el ejemplo de la fig. 2-11. En este caso, el actuador es una unidad lineal y giratoria combinadacon un carro accionado por piñón y cremallera guiado paralelamente al vástagodel cilindro.

La capacidad de movimiento de un sistema de pick & place, a menudo se expre-sa como el “grado de libertad de movimientos”. Pero, ¿qué significa concreta-mente este término? Para ser precisos, se trata más bien del grado de movimien-to del sistema de transmisión. Sin embargo, esta definición puede causar malen-tendidos, por lo que la capacidad de movimiento, incluyendo la de los robots, seexpresa en función de la “cantidad de ejes móviles”.

En una cadena cinemática, el grado F de libertad de movimiento del sistema,

se refiere a la cantidad de ejes móviles que ejecutan movimientos indepen-

dientes entre sí. Mientras que la pieza tiene un grado de libertad de movimien-

to de F = 6, una cadena cinemática puede tener un grado de libertad mayor.

Para solucionar una tarea tienen que ejecutarse determinados movimientos.Estos movimientos pueden estar a cargo completamente de un equipo de mani-pulación programable, aunque también es posible que diversos componentesperiféricos se encarguen de ejecutar algunos de ellos. En la fig. 2-12 se mues-tran esquemáticamente esas alternativas, con lo que llegamos a la siguienteconclusión:


Fig. 2-11:

Variante de unidad lineal y

giratoria (Festo) de poca masa

propia, para alimentación de

piezas pequeñas

1 Guía

2 Carro

3 Tubo de elevación

mediante barra dentada

4 Ventosa

5 Rueda dentada

6 Unidad lineal y giratoria

7 Mordaza de sujeción

7

6

5

43

2

1


Regla de oro de la técnica de la manipulación: la ejecución de los movimientos

puede repartirse entre diversos equipos. Los movimientos que no están a cargo

del equipo de manipulación, tienen que ejecutarse por los equipos periféricos.

Si en la periferia se dispone, por ejemplo, de cargadores montados sobre mesasdeslizantes o en cruz, el equipo de manipulación de piezas puede ser más sencillo, siendo posible utilizar en ese caso un equipo de alimentación menoscostoso. En términos generales se optará por montar los ejes de tal manera que su ejecución sea la más económica. Se sobreentiende que las decisiones en torno a la configuración de un sistema dependen también de la versatilidadque debe tener dicho sistema para su uso en posibles aplicaciones futuras.

Para explicar lo dicho analicemos el siguiente ejemplo concreto: la tarea con-siste en recoger placas de un cargador y colocarlas siempre en el mismo lugarde un soporte para piezas (fig. 2-13). El equipo de manipulación dispone de ungrado de libertad de movimientos F = 2, mientras que el de la mesa es de F = 1.En este sistema es suficiente utilizar un eje de posicionamiento para realizar lasoperaciones necesarias. La mesa avanza línea por línea, detenida por los respec-tivos topes externos ubicados en las posiciones correspondientes. Para retirarlas placas del cargador es necesario elevarlas muy poco (10 hasta 30 mm), porlo que no es necesario utilizar un eje elevador, siendo suficiente una ventosamontada en un émbolo de elevación. Desconectando el vacío, el émbolo avanzapor acción de un muelle. Una vez que la ventosa contacta la pieza se genera elvacío necesario para sujetarla y el émbolo vuelve de inmediato a su posición ini-cial sin que sea necesario un control especial para esta función. La ventosa reti-ene la pieza hasta que se desconecta el vacío.

La gran difusión que han experimentado los equipos de manipulación constitui-dos por módulos se explica por su nivel de rendimiento y su disponibilidad in-mediata. Estos modernos equipos permiten montar sistemas complejos en muypoco tiempo, algo que hasta hace tan sólo 20 años era el sueño de quienesestaban a cargo del diseño de equipos de esta índole. Hoy en día se dispone de una enorme cantidad de componentes modulares.

27

Fig. 2-12:

Los grados de libertad

de los movimientos F pueden

trasladarse del equipo de

manipulación a la periferia

Robot RobotPeriferia Periferia

La demanda de estos equipos también es grande como periféricos de los robotsindustriales, aunque no solamente para ejecutar operaciones tales como orde-nar, distribuir y colocar piezas en cargadores. Ciertos equipos de alimentaciónde piezas ya se han transformado en unidades auxiliares de robots industriales.

Ejemplo: Un robot atiende una máquina encargada de la fabricación de piezasde materiales mixtos (plástico y metal). El robot no solamente se encarga derecoger las piezas acabadas, sino que también coloca en la herramienta las piezas de plástico que deberán insertarse a presión. Los componentes periféri-cos separan y ordenan las piezas. A continuación, un elemento de alimentaciónse encarga de entregar a las pinzas del robot las piezas que serán insertadas apresión. En consecuencia, en este sistema existe una clara separación entre lasoperaciones de manipulación necesarias para cambiar la herramienta y aquellasque son repetitivas y que se ocupan de entregar las piezas de metal.

En conclusión, cabe preguntarse cuáles son las ventajas que ofrecen los módulos. Resumiendo, se trata de las siguientes:• Ciclos rápidos y cortos• Ausencia de unidades funcionales inactivas, ya que la configuración

del sistema se realiza en función de la tarea específica• Distribución clara del sistema• Utilización en diversos ámbitos, no sólo restringidos a la fabricación

de máquinas• Relativamente insensibles a la suciedad causada por virutas• Escalonamiento de los módulos según el grado de rendimiento necesario• Unidades funcionales fiables y de rendimiento comprobado• Facilidad de obtener piezas de recambio• Accionamiento de las unidades de posicionamiento también mediante

ejes eléctricos o servoneumáticos


Fig. 2-13:

Equipo de alimentación para

la manipulación de piezas

repartidas en una superficie

1 Sistema de transporte

2 Soporte para las piezas

3 Unidad giratoria de 90°

4 Cargador

5 Unidad lineal con topes

en posiciones intermedios

(no visibles en el dibujo)

6 Rodillos

7 Eje de posicionamiento

8 Ventosa con émbolo

elevador

9 Brazo giratorio

5

7

8

9

6

4

32

1


Cualquier cuerpo puede orientarse en cualquier sentido en el espacio despla-zándolo 3 veces y girándolo 3 veces. La traslación y el giro son, pues, los movi-mientos básicos que siempre hay que tener en cuenta. A continuación analiza-remos las unidades funcionales típicas recurriendo a ejemplos concretos. Dicho sea de paso que desde la perspectiva de la cinemática los movimientoshelicoidales pueden ser considerados como concepto general superior. Ello significa que si el paso de la rosca es igual a cero, el movimiento es únicamentegiratorio, mientras que si el paso es infinito, el movimiento es únicamente deavance.

Las unidades lineales modernas son mucho más que el simple movimiento de avance y retroceso de una barra. Para explicar el funcionamiento de lasunidades lineales actuales, utilizaremos el ejemplo de la unidad lineal HMP deFesto. En la fig. 2-14 puede apreciarse un esquema simplificado de los sistemasparciales:

Sistema de accionamiento (fig. 2-14a)

Un émbolo diferencial se desplaza dentro de un cilindro de camisa doble. En consecuencia, la alimentación de aire se realiza por un solo lado.

Sistema de guía (fig. 2-14b)

El actuador y la guía están separados. Un tubo se desliza sobre una guía con rodamiento de bolas sin holguras. Este tipo de guía consigue que la defor-mación bajo carga sea mínima. La unión entre el vástago y la guía está a cargode un elemento orientable. De esta manera se evita que las fuerzas transversa-les (que podrían surgir al más mínimo error de distancia o paralelismo) actúensobre el cilindro neumático.

29

2.4 Estructura de las unidades básicas

2.4.1 Funcionamiento de una unidad lineal

Fig. 2-14:

Sistemas parciales de una

unidad lineal moderna (Festo)

a) Sistema de accionamiento

b) Sistema de guías

c) Sistema de topes

d) Sistema de detectores

e) Sistema de topes

intermedios

f) Sistema de sujeción

1 Cilindro de trabajo

de camisa doble

2 Acoplamiento

compensador

3 Brida plana

4 Guía de rodillos

5 Perfil de guía

6 Amortiguador

7 Tope tipo horquilla

8 Disco de tope

9 Barra roscada

10 Detector

11 Barra giratoria

12 Tope intermedio

13 Unidad de sujeción

14 Barra de sujeción

15 Cuerpo

c)

b)

a)

123

576

Carrera54

f )

e)

d)

698

1551413

11128

10

Sistema de topes (fig. 2-14c)

Los topes se utilizan para definir el avance y las posiciones. En este caso se tratade discos fácilmente regulables. La duración y la suavidad de los movimientosaumentan mediante el uso de amortiguadores neumáticos que detienen suave-mente el husillo roscado cuando éste llega a la posición definida. Los amorti-guadores tienen la función de minimizar las vibraciones en las posiciones finalesy de evitar un rebote. Al regular la posición de los discos de tope, no esnecesario ajustar nuevamente los amortiguadores y detectores.

Sistema de detectores (fig. 2-14d)

El sistema de control necesita recibir señales de confirmación cuando el actua-dor llega a determinada posición. Para ello se montan detectores de proximidadelectrónicos en las correspondientes ranuras. Los detectores reaccionanmagnéticamente.

Sistema de topes intermedios (fig. 2-14e)

Las modernas unidades lineales, utilizadas en sistemas de pick & place, suelenpermitir el ajuste de posiciones intermedias. En el ejemplo que aquí se explica,es posible montar hasta 3 levas de tope en el husillo roscado, a su vez acciona-das por un actuador neumático giratorio fijado a la pared interior del cuerpo.Según la orientación de los topes intermedios, éstos permiten el paso o lo cie-rran (fig. 2-15).

Sistema de bloqueo (Fig. 2-14f)

En determinados casos resulta ventajoso poder bloquear la unidad móvil. Paraconseguirlo puede recurrirse a una mordaza. Se trata de una unidad que sujetauna barra. En la fig. 2-16 consta el principio de funcionamiento. El sistema debloqueo funciona de tal manera que al producirse una caída de presión neu-mática, un muelle actúa sobre las mordazas que por su efecto de cuña sujetan la barra inmovilizándola.

Un equipo dotado de todos estos sistemas parciales es sumamente compacto ysu diseño técnico es bastante sofisticado.


Fig. 2-15:

Ejemplo de tope intermedio

(HMB; Festo)

1 Tope intermedio

2 Barra roscada

3 Tope en horquilla

Carrera

1

3

2


Además hay otros tipos de topes, por lo que a continuación analizaremos otro ejemplo. En la fig. 2-17 se muestra un sistema de topes externos para posiciones intermedias para una unidad lineal con cilindro de trabajo sin vásta-go. Bien podría tratarse de un pórtico o del eje 1 de un equipo de manipulaciónde varios ejes. La cantidad de topes intermedios únicamente depende del espacio disponible y del recorrido. En el ejemplo, el tope (fig. 2-18) puede montarse a la izquierda o a la derecha.

31

Fig. 2-16:

Funcionamiento del sistema

de bloqueo (Festo)

1 Pulsador tipo hongo

del sistema de bloqueo

2 Émbolo neumático

3 Mordaza

4 Barra

Fig. 2-17:

Sistema de topes para una

unidad lineal

1 Tope en la posición final

2 Tope en posición

intermedia

3 Cilindro de trabajo

sin vástago y con guía

integrada

4 Amortiguador

5 Carro

Fig. 2-18:

Ejemplo de un sistema

de topes intermedios

1 Cilindro de carrera corta

2 Corredera de topes

3 Amortiguador

4 Soporte del amortiguador

5 Soporte del tope final

6 Tornillo para ajuste fino

7 Carro

43

2

1

5

3

24

Carrera1

5 6 7Carrera

4321

Sin embargo, entre los topes debe haber una distancia mínima, incluso utilizan-do un cilindro plano. La distancia mínima depende del ancho del tope. Si lasdistancias tienen que ser más pequeñas, debe disponerse de un segundo carrilpara los topes de posiciones intermedias, tal como se aprecia en la fig. 2-19. De esta manera es posible ampliar considerablemente la cantidad de secuenciasde los movimientos. No obstante, esta configuración no es muy frecuente ensistemas de pick & place, aunque permite llegar a cada una de las posicionescon gran precisión.

¿Cómo se accionan las unidades que ejecutan los movimientos?La unidad lineal de la fig. 2-14 únicamente es capaz de ejecutar ciclos entre el tope final (E) y el tope intermedio (Z). Esto significa que siempre debe regresar a la posición inicial. Sin embargo, esta característica, determinada porla configuración técnica de la unidad, no es necesariamente una desventaja, ya que los movimientos se ejecutan rápidamente, aunque sí que lo es si, porrazones técnicas, no es posible ejecutar los movimientos de esta manera. En la fig. 2-20 puede apreciarse un ejemplo de configuración de los ciclos. El accionamiento puede realizarse con válvulas de 4/2 vías o de 5/2 vías.


Fig. 2-19:

Ejemplo de un sistema

de topes con dos carriles

1 Amortiguador

2 Tope intermedio

Fig. 2-20:

Ejemplo de ciclos

de movimientos entre

un tope en posición final (E)

y topes intermedios (Z)

a) Desarrollo

de los movimientos

b) Válvula de 4/2 vías

o de 5/2 vías

A, B Conexión con el cilindro

2

1Carrera

b)

BA

BA

a)

EZZZE


El sistema de topes que muestra la fig. 2-18 permite realizar un ciclo en el que el carro avanza de un tope intermedio al siguiente. El carro se detiene en el topeintermedio estando bajo presión. Si debe avanzar hasta el siguiente tope, es necesario anular la presión que el carro ejerce sobre el tope, ya que de locontrario éste no se podría retirarse. Para conseguirlo hay dos posibilidades:

• Retirar la presión en ambos lados del émbolo del cilindro sin vástago median-te centro a descarga de la válvula de 5/3 vías (fig. 2-21). Esta alternativa tienela desventaja que “se pierde el aire”, con lo que la estrangulación del escapeya no funciona al continuar el avance del carro.

• Someter ambos lados del émbolo a la presión del sistema. Dado que la super-ficie del émbolo es grande, la presión aplicada sobre el tope es casi igual acero. Para ello es necesario utilizar una válvula de 5/3 vías o una combinaciónde dos válvulas de 3/2 vías (fig. 2-22).

33

Fig. 2-21:

Ejemplo de ciclos para

movimientos entre topes

intermedios

Fig. 2-22:

Control del movimiento entre

topes intermedios con una

válvula de 5/3 vías o dos

de 3/2 vías

A, B Conexión con el cilindro

EZZZE BA

BA

BA

Se sobreentiende que también existen otros sistemas de topes. En vez de utili-zar una corredera, también es posible recurrir a un tope intermedio orientable.En la solución que se muestra en la fig. 2-23, el recorrido del carro se reduceactivando una unidad giratoria que se interpone en el recorrido. El alcancepuede regularse exactamente. La unidad giratoria avanza con el carro. Sin embargo, considerando que las líneas de conexión tienen que moverse también, esta solución sólo es viable tratándose de recorridos cortos.

Las unidades giratorias tienen la misma importancia que las unidades lineales.En los sistemas de automatización de los procesos de fabricación suelen utilizar-se ángulos de giro de hasta 360° y sólo en casos excepcionales de hasta 375°.Aproximadamente la mitad de las unidades giratorias disponibles en el mer-cado alcanzan los 5 Nm. En muchos casos el giro solamente se realiza entre lasposiciones finales, siendo normal que estén provistas de amortiguadores. En lafig. 2-24 constan las ejecuciones neumáticas más importantes. Concretamente,se trata de las siguientes:

Aletas giratorias de doble efecto para ángulos entre 0° y 270°. Para activar los pasos entre los ángulos puede intercalarse un sistema de piñones libres.

Émbolo dentado: Los movimientos del émbolo son transformados en un movimiento giratorio mediante un conjunto de piñón y cremallera.

Cilindro giratorio de doble efecto. El movimiento del émbolo es transformado en un movimiento giratorio mediante una ranura helicoidal en el interior de lacamisa del cilindro. Los rodillos están montados de forma permanente en elcilindro. En la salida del eje hay otro sistema de rosca y rodillos, aunque conmenos ascendencia. De esta manera se suman los dos ángulos de giro.

Actuador de doble émbolo para ángulos desde 0° hasta 360°. La transformacióndel movimiento lineal se consigue también en este caso con un sistema de piñóny cremallera.


Fig. 2-23:

Tope orientable

1 Carro

2 Unidad giratoria

3 Brazo orientable

4 Tornillo para el ajuste fino

5 Tope

6 Amortiguador

7 Soporte

2.4.2 Funcionamiento de una unidad giratoria

5

Carrera

S

7

6

4321


En el caso de los sistemas con piñón y cremallera, es importante que las posicio-nes no tengan holguras. Cualquier holgura, incluso si es mínima, puede ocasio-nar errores de posición considerables si el sistema está dotado de brazos giratorios. Es posible montar elementos de fijación adicionales para compensareste efecto (casquillo/pasador, ranura en cuña/corredera en cuña), pero estasolución complica el sistema. Para conseguir eliminar las holguras hay 4 posibi-lidades:

Dientes cónicos y desplazamiento axial entre el piñón y la cremallera (por ejemplo, aplicando la fuerza de un muelle).

Aplicación de presión radial sobre los elementos engranados. Para presionar lacremallera sobre el piñón mediante un muelle es necesario que la barra dentadadisponga de la correspondiente libertad de movimientos.

Aplicar presión mecánica en la cremallera. Utilizando émbolos dobles dentados(fig. 2-24d), los movimientos se ejecutan de tal manera que siempre sólo unémbolo dentado se encuentra en la posición final. El otro émbolo dentado puedemoverse libremente accionando el piñón, con lo que se produce la deformacióncorrespondiente.

División de la cremallera para obtener dos tramos paralelos y conseguir aplicaruna presión mecánica sobre el piñón.

En la fig. 2-25 se muestra un ejemplo para este caso. La ausencia de holgura seobtiene únicamente en la posición elegida, lo que es perfectamente suficiente.La parte central de la cremallera está suelta. El sistema está expuesto a una presión mecánica al llegar al amortiguador (tope), con lo que el piñón quedaaprisionado sin holguras. Este sistema también funciona en posiciones inter-medias. Los detalles técnicos correspondientes no constan en el esquema.

35

Fig. 2-24:

Ejemplos

de actuadores giratorios

a) Aleta giratoria

b) Émbolo dentado

c) Cilindro giratorio

d) Actuador de dos émbolos

dentados

d)c)

b)a)

Algunos actuadores neumáticos giratorios también pueden dotarse de topesintermedios. Sin embargo, los sistemas de pick & place no suelen necesitar másde 2 puntos de parada adicionales. En la fig. 2-26 puede apreciarse una unidadgiratoria que dispone de una posición intermedia además de las dos posicionesfinales. Los topes correspondientes se encuentran en un sistema de émboloauxiliar. Cuando este émbolo avanza, queda activada la posición intermedia. El control lo realiza una válvula de 3/2 vías y una válvula de 5/3 vías se encargade los movimientos del émbolo dentado. La posición intermedia puede definirsemuy exactamente. El tope para la posición intermedia es un elemento comple-mentario de la unidad giratoria de 2 posiciones.


a) b)

5

3

4

1

2

Fig. 2-25:

Compensación de holgura

mediante cremallera dividida

(Montech)

1 Eje giratorio

2 Parte central

de la cremallera

3 Émbolo dentado

4 Amortiguador

5 Piñón

6 Pestaña de tope

Fig. 2-26:

Actuador neumático giratorio

con posición intermedia

adicional (Festo)

a) Funcionamiento

b) Accionamiento

1 Elemento de control

2 Émbolo para la activación

del tope

3 Émbolo dentado

4 Piñón

5 Culata

6

5

4

3

2

1


En las soluciones que se explican a continuación, los émbolos de tope juegan un papel decisivo. El actuador giratorio que aparece en la fig. 2-27 tiene en total4 posiciones. Cada émbolo es de simple efecto. Los émbolos dentados estánunidos entre sí mediante el piñón. El diámetro permite que en las posicionesintermedias siempre se disponga suficiente fuerza para la retención.

Si es necesario que el diámetro del émbolo de tope no sea mayor que el delémbolo dentado, deberá repartirse la superficie necesaria entre dos émbolos,tal como se muestra en la fig. 2-28. La unidad constituida por los émbolos detope puede montarse en un lado (con lo que se obtienen 3 posiciones) o en los dos lados. Este cambio también puede hacerse posteriormente. Si se opta por una configuración con émbolos en ambos lados, el conjunto resultabastante voluminoso y los cantos pueden inhibir los movimientos, especial-mente tratándose de aplicaciones de eje giratorio con pinza.

37

Fig. 2-27:

Funcionamiento

de un actuador neumático

giratorio de 4 posiciones

1 Émbolo dentado

2 Émbolo de tope

p Aire a presión

Fig. 2-28:

Unidad giratoria con 2 topes

intermedios (Montech)

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

Pero también existen unidades que son completamente diferentes a las que se utilizan normalmente, tal como se mostrará a continuación. Bien sabemosque las reglas válidas para la configuración de sistemas varían con el transcursodel tiempo. Lo que ayer se consideró bueno, bien puede ser que mañana seasustituido por algo mejor (o, al menos, diferente), especialmente si surgen nuevos componentes en el mercado. Lo dicho también es válido en el ámbito de la neumática. Un buen ejemplo de esta evolución es el músculo neumático.

En principio, los músculos neumáticos funcionan como los músculos contráctilesnaturales. Se trata de sistemas de membranas contráctiles, similares a los tubosflexibles de la neumática. En la fig. 2-29 se muestra un músculo segmentado degoma que ya fue desarrollado por McKibben (EE.UU.) en los años cincuenta paraconfeccionar un sistema de accionamiento de una prótesis. Este músculo estuvocompuesto por un tubo de goma cuyas paredes disponían longitudinalmente dehilos no extensibles.

Dado que los músculos de esta índole únicamente son capaces de ofrecer fuerzas de tracción, es necesario disponer de dos actuadores para el movimien-to de retroceso. Los seres vivientes tienen un sistema similar, ya que disponende músculos extensibles y contráctiles. En la fig. 2-30 se aprecia que aplicandoeste sistema es posible obtener un brazo para operaciones de manipulación.Para que los movimientos sean precisos, es necesario contar con un sistema de medición de recorridos. Festo ofrece un músculo neumático (“fluidic muscle”)de esta índole. Su principio de funcionamiento es ampliamente conocido, peroeste músculo moderno es capaz de ejecutar las más diversas operaciones en el ámbito industrial y, además, se fabrica con los materiales y procesos más modernos.


Fig. 2-29:

Mano protésica con músculo

segmentado de goma según

McKibben (EE.UU.)

Mano protésicaCables de tracción

Músculo de goma


Las unidades modulares son como hormigas sin hormiguero. Es decir, para montarlas se necesitan diversos elementos auxiliares. A continuación, estos elementos auxiliares se resumen en el concepto de “estructuras”.

Una estructura es un grupo básico que constituye el cuerpo de un equipo o

máquina. En ese sentido, es el primer eslabón de una cadena cinemática en

el que se fijan las unidades que ejecutan los movimientos.

Los sistemas parciales más importantes son los siguientes:• Elementos básicos (columnas perfiladas, placas básicas y placas angulares)• Elementos de base (piezas angulares básicas, pies, elementos de unión

y ángulos de adaptación) para sujetar columnas, placas y módulos móviles,incluyendo los tornillos y las tuercas ranuradas correspondientes)

• Conjuntos de componentes (elementos de unión para el montaje directo, en paralelo o en ángulo de noventa grados mediante cola de milano para la sujeción de módulos lineales)

• Conjuntos de elementos para el ajuste de precisión (elementos auxiliares para el montaje exacto del módulo lineal en un elemento angular de unión)

• Conjunto de elementos de unión (juego de elementos para el montaje de componentes en actuadores y módulos lineales)

• Conjuntos de adaptadores (piezas intermedias para la sujeción de componentes a carros miniaturizados y actuadores giratorios)

• Elementos para la instalación (tubos de protección, cajas de distribución,canales para el paso de cables, elementos de unión, etc.)

La estructura básica propiamente dicha de una unidad de manipulación de pie-zas, tiene que ser capaz de absorber las fuerzas y transmitirlas al suelo. En lapráctica se han impuesto las estructuras de aluminio de gran resistencia y conperfiles de alta precisión. Estas estructuras de aluminio pueden ser de colormetalizado natural o anodizadas en color negro, resistentes a arañazos y prote-gidas contra la corrosión. Los perfiles ranurados tienen diversas aplicaciones,

39

Fig. 2-30:

Actuador giratorio

de un sistema de mani-

pulación dotado de músculos

neumáticos

1 Brazo con pinza

2 Correa para la transmisión

de la fuerza

3 Músculo neumático

4 Aire comprimido

controlado

2.4.3 Estructuras para el montaje de los módulos

4

3

2

1

ya que son utilizados para tender cables y tubos flexibles o para sujetar diversoselementos y equipos de control. Los fabricantes de sistemas perfilados suelenofrecer numerosos accesorios, como por ejemplo bisagras y piezas de soporteen forma de pies o de ángulos.

Existen diversos sistemas para unir piezas perfiladas, algunos más complicadosy otros relativamente sencillos. En la fig. 2-31 se muestran algunos elementosde unión. Los sistemas de unión por cola de milano ofrecen la ventaja que no es necesario mecanizar las piezas para montarlas y, además, dichos sistemaspermiten efectuar correcciones posteriores (por ejemplo, efectuando los ajustesnecesarios para adaptar el sistema en función de la máquina que mecanizará las piezas).

Las bridas para cola de milano son piezas que soportan cargas considerables,son resistentes a las vibraciones y son apropiadas para utilizarlas en elementosestáticos y dinámicos. En la fig. 2-32 se muestra el desglose de las fuerzas deapriete en una aplicación específica.


Fig. 2-31:

Ejemplos de elementos

de unión típicos

a) Elemento para unir piezas

perfiladas

b) Unión mediante tuerca

deslizante

c) Fijación con listones

o casquillos para centrar

d) Unión mediante tornillo

y pasador

e) Brida para cola de milano

Fig. 2-32:

Fuerzas que actúan en una

brida para uniones de cola

de milano

1 Perfil de la estructura

del grupo

2 Pieza prensada

3 Tornillo tensor

FS Fuerza tensora

a) b) c)

d)

e)

FS

FS/2

FS/2

3

2

1


En un sistema hay que resolver la forma de transportar la energía (eléctrica,neumática) y de transmitir las señales hacia los componentes móviles. Usandotubos insertables (sistema telescópico) se evita la presencia de tubos flexiblesen el exterior, pero este sistema no ha podido imponerse en el mercado (por serdemasiado costoso y poco fiable). Las cadenas portadoras, por lo contrario, síhan demostrado ser útiles en combinación con unidades lineales, especialmentetratándose de unidades grandes o de módulos lineales de carreras largas. En la fig. 2-33 puede apreciarse un sistema de tubos flexibles protectores. Estos tubos tienen una ranura longitudinal que permite introducir los cables ylos tubos flexibles neumáticos. Adicionalmente puede montarse una caja de distribución con varias entradas de diverso tipo, con acanaladura para tender loscables y los elementos atornillables correspondientes. Esta solución ofrece lasventajas que se indican a continuación:

• Montaje y desmontaje sencillo para el mantenimiento y las reparaciones• el sistema es más silencioso que las cadenas de arrastre• ocupa poco espacio y, además• ofrece una buena protección

¿Qué significa funcionalidad superflua? Es un término que se emplea en algunasocasiones en el ámbito de la cinemática. Aparece cuando se colocan piezasguiadas que producen una funcionalidad mayor a la estrictamente necesaria. En consecuencia, las propiedades de la guía son tantas, que superan las carac-terísticas que teóricamente son necesarias. Concretamente, las guías de lasunidades lineales, más aún si son guías paralelas, suelen tener una funcionali-dad superflua. Sin embargo, su funcionamiento sólo es seguro si se respetan lasrespectivas dimensiones y tolerancias, ya que de lo contrario pueden atascarse.Pero este tipo de unidades no crean dificultades si pueden utilizarse aislada-mente. El problema más bien estriba en su acoplamiento con otros elementosguiados de estructura mecánica. Si los ejes no se montan perfectamente

41

Fig. 2-33:

Unidad lineal con elementos

de instalación (Festo)

2.4.4 Funcionalidad, funcionalidad superfluay sincronización

alineados (lo que teóricamente casi siempre sucede), los rodamientos, las guíasdeslizantes y las juntas están expuestas a esfuerzos mayores, con lo que dis-minuye considerablemente su duración. En consecuencia, es necesario recurrir aelementos complementarios, tal como se muestra en la fig. 2-34. Con frecuenciatambién es posible solucionar este acoplamiento si el cilindro de trabajo no semonta antornillándolo de forma rígida, sino fijándolo por medio de un elementomóvil, como por ejemplo un caballete con superficie de apoyo esférica.

La sincronización de los actuadores constituye otra dificultad, por ejemplo en el caso de unidades lineales dispuestas en paralelo, como sucede en el caso desistemas de pórtico. En la fig. 2-35 puede apreciarse el principio del acoplamien-to. En la fig. 2-35a podrían haberse previsto dos motores eléctricos separados.Sin embargo, en ese caso tendría que recurrirse a sistemas de medición derecorridos para detectar en todo momento cualquier diferencia del recorridoocasionada por el deslizamiento o por la variación de la fricción, con el fin derealizar las correcciones correspondientes. Por esta razón y con el fin de simpli-ficar el sistema, suele sincronizarse el movimiento mediante un árbol de trans-misión por torsión, de un lado al otro. Tratándose de unidades lineales neumáti-cas, es posible conseguir la sincronización de los dos movimientos mediante unpuente de unión.

En la configuración que se aprecia en la fig. 2-35 la finalidad no consiste en conseguir la sincronización de los movimientos. En este caso, el eje de accio-namiento (neumático o eléctrico) está unido a un eje de guía sin accionamiento.Esta variante es muy frecuente cuando se quiere obtener un sistema extremada-mente rígido, capaz de soportar momentos mayores.


Fig. 2-34:

Al montar las estructuras

deberá evitarse que tengan

funcionalidades superfluas

a) Unión por eje fijo con

funcionalidad superflua

b) Acoplamiento con com-

pensación de desviaciones

radiales y angulares,

por ejemplo de ± 4° y ± 1°


o vástago

2 Acoplamiento fijo

mediante casquillo

3 Caballete

4 Elemento elastómero

5 Acoplamiento

de compensación (rótula)

6 Barra conectada

Fig. 2-35:

Sincronización

de movimientos lineales

a) Accionamiento eléctrico

b) Accionamiento neumático

c) Accionamiento

con eje de guía

1 Eje de sincronización

2 Eje de accionamiento

principal

3 Motor

4 Puente de unión

5 Carro

6 Unidad de guía

sin accionamiento

7 Eje de accionamiento

a) c)b)

1 2 3

5

4

2

46

7 5

1

1

5

b)

6

3a)

4

2

1

43

El progreso de la tecnología y los ciclos de vida cada vez más cortos de los pro-ductos han propiciado el desarrollo de unidades de manipulación constituidaspor módulos. Con el fin de reducir considerablemente la fase de diseño y de pruebas en el ámbito de la construcción de máquinas especiales, fue necesariodesglosar las funciones para definir funciones parciales. De esta manera fueposible diseñar unidades funcionales más económicas para cada una de ellas.En consecuencia, la planificación de las posibles combinaciones ha ido sustitu-yendo poco a poco el trabajo convencional de la planificación de proyectos decorte tradicional. Así fueron apareciendo módulos para los sistemas de control.A fin de cuentas, la existencia de componentes modulares fue necesaria para eldesarrollo del software de los sistemas de diseño asistido por ordenador (CAD),para la simulación en tres dimensiones y para la documentación de las caracte-rísticas de los productos. Los robots industriales y los componentes modularesde la técnica de manipulación han tenido como consecuencia un cambio radicalde los métodos utilizados para el diseño y la fabricación de máquinas.

Las unidades que ejecutan los movimientos determinan la configuración de lossistemas y el criterio principal para elegirlas es el tipo de movimientos necesariospara resolver una tarea de manipulación de piezas. No obstante, existen ciertasconfusiones en relación con la definición de los tipos y formas de movimientos.La fig. 2-36 muestra una representación esquemática de los movimientos típicos.Todos los movimientos representados en dicha figura aparecen en la técnica dela manipulación. Una cinta de transporte puede ejecutar, por ejemplo, un movi-miento de paso a paso, es decir, un movimiento interrumpido por fases de esperatemporal. También los movimientos helicoidales pueden tener esta característica.

Ejemplo: Fijar un tornillo aplicando un momento determinado. Una vez conclui-da esta operación, el sistema se detiene brevemente y ejecuta un giro en senti-do contrario según un ángulo determinado definido previamente. De este modose consigue automáticamente una holgura específica entre dos piezas atornilla-das entre sí, independientemente de las tolerancias de su grosor.

Los movimientos típicos de los sistemas pick & place son movimientos ininter-rumpidos en sentidos opuestos.


2.5 Modelos de movimientos

Fig. 2-36:

Representación esquemática

de los tipos de movimientos

más importantes

lineal curvo helicoidal

Sin

cam

bio

de s

enti

doCa

mbi

o de

sen

tido

Movimiento

sin descanso

Paso a paso

sin descanso

con descanso

sin descanso

con descanso

Con

retr

oces

o

44 2 Estructura por módulos

Para la manipulación de piezas se necesitan normalmente varios ejes. Si supo-nemos que un equipo tiene 3 ejes (k = 3), y considerando además que cada uno de ellos puede ejecutar movimientos lineales o giratorios (cantidad “n” de elementos) y si, adicionalmente, partimos del supuesto que cada unidad queejecuta un movimiento puede asumir una de 3 orientaciones posibles en elespacio, obtenemos las variantes V:

V = nk = (2 x 3)3 = 216 variantes

No obstante, no tenemos que analizar todas las 216 variantes, ya que muchasde las cadenas cinemáticas que representan no interesan para las aplicacionesde manipulación. Unas veces porque no aprovechan debidamente el espacio detrabajo y otras porque sólo se diferencian por su denominación cinemática. Noobstante, muchas variantes sí nos interesan y las configuraciones más usualesse muestran en los esquemas de la fig. 2-37. Todas ellas pueden componerserecurriendo a componentes modulares. Según la frecuencia de sus aplicacionespueden clasificarse de la siguiente manera: variante 2 aprox. 50%, variante 2/1aprox. 10% hasta 15%, variante 4 aprox. 3%, variante 6 aprox. 15% hasta 20%,variante 6/2 aprox. 5%, variante 11/1 aprox. 5% y variante 11/2 aprox. 2%.Dependiendo del sistema modular, el montaje puede realizarse directamente ocon la ayuda de adaptadores, con lo que la operación puede resultar sencilla en

Fig. 2-37:

Algunas combinaciones

posibles entre unidades

lineales (L) y giratorias (D)

a Unidad lineal

b Unidad de movimiento

transversal

c Unidad giratoria

y basculante

A Eje

45

algunos casos y, en otros, más complicada (dependiendo del tiempo necesario,los trabajos de adaptación, el escalonamiento de los tamaños de los módulos, el tipo de sistema de sujeción, etc.).

Se sobreentiende que primero tendrá que averiguarse si en el mercado existealgún equipo compacto que ofrezca precisamente las secuencias de movi-mientos necesarias. No obstante, la dificultad consiste en que siempre hay que tener en cuenta el conjunto completo, ya que la variante deberá elegirsetambién en función del sistema de sujeción que se piensa utilizar. En la fig. 2-38a constan algunas variantes de configuración de las pinzas. Las pinzas dobles, por ejemplo, pueden resultar ventajosas en las operacionesde montaje y alimentación y, además, pueden permitir ahorrar tiempo. Sin embargo, al elegir una pinza de esta índole, es necesario disponer de un eje con unidad giratoria. Pero este tipo de eje significa un aumento de las masasmóviles, lo que por su parte repercute en la elección del tamaño de la unidadinmediatamente anterior (ya que el tamaño influye en el rendimiento). En com-paración con los equipos compactos, los sistemas modulares ofrecen la ventajade poder seleccionar cada uno de los ejes de movimientos en función del rendimiento y considerando las combinaciones necesarias.

En la fig. 2-38 puede apreciarse, además, el uso de pinzas dispuestas en para-lelo que de este modo se transforman en un sistema de sujeción y transporte depiezas. Concretamente se trata de un sistema de montaje por ciclos con variasestaciones. Las pinzas ejecutan un ciclo rectangular abierto y de este modo laspiezas avanzan de estación en estación. La unidad de manipulación consta casiúnicamente de piezas modulares. Dado que la operación de montaje incluyeoperaciones de embutir a presión y de atornillamiento (también ejecutablesneumáticamente), esta pequeña unidad puede funcionar recurriendo a un solotipo de fuente de energía.


Fig. 2-38:

Variantes de la disposición

de las pinzas

a) Pinzas sobre placas,

tipo revólver y tipo

revólver/corona

b) Pinzas combinadas para

formar un sistema

de sujeción y traslado

1 Disco de base

2 Unidad orientable

3 Segmento de disco

4 Pinza paralela

5 Unidad lineal gemela

6 Unidad de carrera corta

7 Placa base

8 Pieza

9 Sistema de alimentación

M Operación de montaje

b)

M M

84 9 4

75

8

6

4

2

180°23

180°1

±45°

a)

180°

5

46

Fig. 2-39:

Alimentación de un torno

automático con un cargador

de doble brazo

1 Unidad giratoria/lineal

2 Pieza

3 Canal de salida

4 Canal de alimentación

5 Pinza de tres dedos

6 Doble brazo

7 Torno automático

2.6 Amortiguación en las posiciones finales


En el siguiente ejemplo explicaremos un sistema para alimentar piezas a una máquina. Si la variante 4 de la fig. 2-37 es dotada de un eje principal enposición horizontal o si se utiliza la variante 11/1, es posible diseñar un sistemade alimentación sencillo con brazo doble. Tal como se indica en la fig. 2-39, losmódulos que ejecutan el movimiento se encuentran en la parte superior de lamáquina-herramienta. La unidad giratoria tiene que poder ejecutar movimientoshacia 3 posiciones. El brazo doble se detiene en la posición intermedia a laespera del siguiente ciclo. La alimentación de las piezas es sencilla:• Pinza G1 en posición del cargador, pinza G2 en posición del portabrocas• Movimiento lineal: sujeción de la pieza en bruto con G1, sujeción

de la pieza acabada con G2• Avance: retirar las piezas• Movimiento giratorio: G1 en posición del portabrocas, G2 en el canal de salida• Movimiento lineal: introducir las piezas• Abrir las pinzas, retroceso• Giro hasta la posición de espera• Inicio del mecanizado de la pieza

A pesar de que las secuencias son numerosas, son suficientes dos posicionesfinales (movimiento lineal) y tres posiciones intermedias (movimiento giratorio).

Todos los movimientos tienen que ejecutarse con el debido cuidado, inclusoaunque cambien las cargas. En consecuencia, los movimientos tienen que serrápidos y la parada en las posiciones finales tiene que ser suave. Para evitar unimpacto fuerte contra topes fijos se utilizan amortiguadores. El efecto tiene queser similar al de una mano que recoge una pelota al vuelo, adaptándose a sumasa y velocidad. Así, la mano termina deteniéndose con suavidad. La opera-ción de frenado no debe empezar de golpe ya que de lo que se trata es que elobjeto no rebote ni vibre. Los dispositivos técnicos utilizados como amortigua-dores pueden tener diversas características. En la fig. 2-40 se muestran las cur-vas características de los sistemas más difundidos.

652

1

7

6

5

4

32

Fig. 2-40:

Curvas características

del desarrollo del efecto

de amortiguación

1 Amortiguación neumática

en las posiciones finales

(“colchón de aire”)

2 Tornillo con muelle

o con goma

3 Amortiguación

de efecto progresivo

4 Amortiguador industrial

5 Cilindro hidráulico

de amortiguación

47

Los muelles y los topes elásticos tienen una línea característica de amortigua-ción muy ascendente y tienden a almacenar más energía de la que absorben. En consecuencia, provocan un rebote del objeto, con lo que los componentesson sometidos a esfuerzos considerables.

Los frenos hidráulicos (cilindros de freno) actúan repentinamente (al menos lasversiones más simples). El pico de la capacidad de amortiguación se encuentraal principio de su recorrido y a continuación desciende rápidamente. Ello signifi-ca que la mayor parte de la energía se anula al principio del recorrido del cilin-dro. Esta característica tiene como consecuencia que la fuerza de frenado essuperior a la necesaria.

Los amortiguadores neumáticos en las posiciones finales ofrecen la mayorresistencia al final de la carrera porque el aire se comprime. En consecuencia,la mayor parte de la energía cinética se anula al final de la carrera, lo que puede

significar un gran esfuerzo para los componentes, dependiendo de su masa y dela velocidad de su movimiento.

Los amortiguadores industriales son capaces de anular toda la energía demodo constante, con lo que no se produce un impacto y se evita el rebote. De esta manera, los componentes se someten a un esfuerzo mínimo ya que la masa se amortigua suavemente desde un principio.

En la fig. 2-41 se muestra una comparación entre dos amortiguadores típicos. La superficie debajo de la curvas que expresan la relación entre la fuerza y elrecorrido, representa el trabajo necesario para la operación de frenado (fig. 2-41a). Suponiendo que las superficies son iguales, entonces vemos en la fig. 2-41b que con el amortiguador industrial es posible alcanzar un tiempo de frenado aproximadamente un 60% más corto comparado con un amortigua-dor hidráulico. Por esta razón suelen utilizarse amortiguadores industriales en la técnica de manipulación.


Fuer

za

1

2

3

4

5

Distancia de frenado


Festo ha desarrollado amortiguadores de acción progresiva para sus actuadoresHMP y HMPL de la serie YSRW... . Estos amortiguadores tienen un efecto defrenado inicial suave. En la fig. 2-42 se muestra una comparación de las líneascaracterísticas de los amortiguadores nuevos y de los amortiguadores utilizadoshasta ahora (autorregulados, hidráulicos, con muelle de reposición). Comopuede apreciarse, el transcurso progresivo de la línea característica de fuerza/carrera tiene como consecuencia que el aumento de la fuerza de frenado porunidad de recorrido dF/ds es mucho menos acentuado. Ello significa que conestos amortiguadores se consiguen fuerzas de amortiguación menores que conlos amortiguadores utilizados hasta ahora (siendo igual el rendimiento con fuerzas de amortiguación máximas admisibles y bajo plena carga). Además, los nuevos amortiguadores provocan un rebote menor si la carga es superior a la máxima admitida. Adicionalmente cabe anotar que los amortiguadores deefecto progresivo consiguen reducir las vibraciones.

Fuer

zaDistancia de frenado Tiempo

de frenado

Velo

cida

d

a) b)

1

2

1

2

t1 t2

Fig. 2-41:

Comparación entre

un amortiguador hidráulico

(1) y un amortiguador

industrial (2)

a) Línea característica

de fuerza/recorrido

b) Línea característica

velocidad/tiempo

Fig. 2-42:

Líneas características de las

fuerzas válidas en dos tipos

diferentes de amortiguadores

(Festo)

YSR-...-C

Amortiguador

Distancia

YSRW

Fuer

za

Amortiguador

49

Los amortiguadores por lo general también pueden utilizarse como topes, tal como se aprecia en la fig. 2-43. En este caso, los amortiguadores están montados en el exterior. Al elegir los amortiguadores no deben sobrepasarsedeterminados valores máximos:• Absorción máxima de energía• Energía residual máxima• Fuerza máxima del impacto en la posición final

Para respetar estos valores máximos es necesario conocer los parámetros válidos en cada caso en relación con la fuerza, la masa y la velocidad del im-pacto. Estos valores constan en los diagramas correspondientes y en función de ellos deberá elegirse el amortiguador más adecuado. Además, tiene que considerarse cuál es el rendimiento en función del tiempo, ya que la energía de la amortiguación se convierte en calor que debe cederse al entorno.

Éjemplo: Un cilindro se encarga de mover en el plano horizontal una masa “m”con una fuerza “F” hasta un tope en la posición final = amortiguador (fig. 2-44).Paso a paso se determinan los valores característicos importantes para la selec-ción del amortiguador adecuado. Para realizar esta operación puede recurrirse a programas informáticos. Una vez conseguidos los datos hay que consultar la documentación técnica de los amortiguadores para elegir aquél que cumplamejor las condiciones exigidas en cada caso. Se sobreentiende que también hayque comprobar si el amortiguador elegido tiene las dimensiones apropiadaspara montarlo de manera que tenga un fácil acceso.


Fig. 2-43:

Unidad lineal

con amortiguadores

1 Vástago

2 Yugo

3 Tornillo de tope

y de ajuste fino

4 Amortiguador


4

3

2

1

3

4

5


Si las condiciones son diferentes de las que muestra la fig. 2-44 (por ejemplo,disposición oblicua, palanca orientable o disco giratorio), deberán modificarselas fórmulas respectivas, para lo cual también puede recurrirse al software co-rrespondiente. En la fig. 2-45 puede apreciarse la imagen que aparece en panta-lla al utilizar uno de esos programas.

Fig. 2-44:

Ejemplo de los pasos a seguir

para elegir un amortiguador

Fig. 2-45:

El programa “Selección

de amortiguadores”

Tablas y diagramas de rendimiento

Energía cinética

w = v2m/2Tiempo efectivo de la fuerza WA

WA = Fs

Trabajo de amortiguación total Wtot

Wtot = W + WA

Masa de sustitución

ME = 2Wtot/V2

Trabajo de amortiguación

por hora Wh

Wh = Wtot m

Tipo de amor-tiguadorTamaño

v

mE

F

V s

2

1

m

4

2

1

3


Fig. 2-46:

Sistema Soft-Stop (Festo)

1 Potenciómetro lineal

2 Regulador

de posiciones finales

3 Tope fijo

de posición regulable

4 Válvula posicionadora

Sin embargo, también existen otras posibilidades para llegar a las posicionesfinales rápida y suavemente. Supongamos el caso de un módulo lineal utilizadocomo carro de pórtico para llevar piezas desde la periferia hacia la zona de tra-bajo. El transporte de las piezas (puede tratarse de recorridos relativamente largos) tiene que coordinarse con la estación de montaje. Lo esencial es llegar a la estación de montaje rápidamente, aunque con suavidad. El sistema queaparece en la fig. 2-46 dispone de reguladores en las posiciones finales, por loque se trata de una solución de tecnología relativamente sofisticada. Además de conseguir una mayor suavidad de marcha, también permite ahorrar tiempo.En este caso puede prescindirse de amortiguadores de final de carrera que tendrían que soportar una carga considerable. Si la masa móvil es de, por ejemplo, 30 kg, se necesita algo más de un segundo para recorrer un tramode 1200 mm. La velocidad máxima de 3 m/s se alcanza sólo durante una ínfimaparte del tiempo total. El regulador tiene que disponer de diversos datos relacio-nados con el equipo, tales como la masa móvil y el comportamiento del cilindroneumático. Teniendo esos datos básicos, el regulador aprende por sí solo elrecorrido y garantiza siempre una posición final precisa, incluso si cambian lamasa o la carga. La precisión de repetición de este equipo es de 0,01 mm.

52 3 La técnica del posicionamiento

La tecnología del pasado constituye la base para la tecnología del presente. Este planteamiento resulta evidente especialmente en el caso de la mecánica y la neumática. La neumática es una asignatura más de las escuelas de ingeniería desde la época de Herón de Alejandría (75 D.C.). En la actualidad,muchas fábricas disponen de sistemas de aire comprimido, ya que los actua-dores neumáticos son sencillos y económicos. Los movimientos son rápidos ysumamente precisos si se ejecutan contra topes fijos. Pero, ¿cómo se consiguefrenar con precisión en una posición intermedia a pesar de la compresibilidaddel aire? ¿Cuándo es preferible utilizar ejes de posicionamiento electro-mecánicos?

Para muchas tareas de la técnica de manipulación de piezas no es necesario uti-lizar un robot industrial, ya que la funcionalidad de los sistemas de pick & placesuele ser suficiente. Además, el ingenio de los técnicos ha permitido diseñarsistemas que son capaces de ejecutar movimientos entre posiciones librementeprogramables, en vez de limitarse a realizar simples movimientos de avance yretroceso. Tales ejes se denominan ejes de posicionamiento. Combinando variosde esos ejes se obtienen equipos de manipulación cuya tecnología suele serperfectamente suficiente para conseguir soluciones adecuadas y económicas.Para conseguir frenar en las posiciones necesarias puede recurrirse a dos sistemas:• Sistema de control (en bucle abierto)• Sistema de regulación (en bucle cerrado)

Un eje controlado (fig. 3-1a) ejecuta el movimiento según un recorrido o ángulo previamente definido, aunque sin verificar si efectivamente se alcanza la posición requerida. Un motor de paso a paso se encarga, por ejemplo, de girar su rotor un ángulo de 2592 grados. Si el husillo, que está conectado directamente, tiene un paso de rosca de, por ejemplo, 3 mm, el carro avanza 2592 x 3/360 = 21,6 mm. Sin embargo, el sistema no detectaerrores de posicionamiento y, en consecuencia, tampoco los corrige. Si, por locontrario, se dispone de un sistema de regulación (fig. 3-1b), se efectúa conti-nuamente una comparación entre el valor real y el valor programado. Cuandocoinciden los dos valores, el eje se detiene. Para conseguirlo es necesario dis-poner de un sistema de medición de recorridos y un comparador. Una con-figuración de este tipo también se denomina circuito de regulación en bucle cerrado. Para mejorar el comportamiento dinámico del proceso de regulación del eje puede recurrirse además a los datos correspondientes al consumo decorriente y a la velocidad. Si el sistema de regulación dispone de estos datos, se crea un circuito de regulación interno, uno medio y otro externo, con lo que dicho sistema recibe el nombre de regulación en cascada. En principio es posible que el eje avance hasta una cantidad indistinta de posiciones inter-medias mientras ejecuta sus movimientos y, además, las posiciones intermediaspueden estar muy cerca entre sí.

3

La técnica

del posicionamiento

3.1 La libre programación

53

La precisión depende de la sensibilidad del sistema de medición, es decir, de-pende de su resolución. La unidad mínima detectable decide sobre la exactitudcon la que puede llegarse a una posición determinada. El factor decisivo es la precisión de repetición. Esta precisión se refiere al grado de coincidencia existente al alcanzar una misma posición en diversos momentos bajo las mis-mas órdenes de control.

¿Cómo pueden medirse recorridos o ángulos? Existen muchas posibilidades para hacerlo y los sistemas de medición pueden tener diversos grados de sen-sibilidad. Los sistemas de medición se clasifican básicamente en sistemas demedición absoluta y relativa (incremental). Los sistemas de medición absolutaindican siempre la distancia en relación con un punto cero. Los sistemas de medición relativa efectúan una suma o resta incremental en función de la posición anterior. La distancia frente al punto cero o punto de referencia es, en consecuencia, el resultado de una operación de cálculo. Los sistemas demedición de recorrido más importantes se indican en la fig. 3-2. Hay disponiblesmuchos sistemas, tanto lineales como circulares.

3 La técnica del posicionamiento

Fig. 3-1:

Control y regulación

de ejes de posicionamiento

a) Control abierto

b) Circuito de regulación

1 Motor paso a paso

2 Carro


4 Unidad de programación

y control

5 Sistema de medición

de recorrido

6 Servomotor

Fig. 3-2:

Ejecuciones de sistemas de

medición de recorridos

1 Regla codificada

2 Escala graduada,

transmisor incremental

3 Potenciómetro,

por ejemplo potenciómetro

de plástico conductor

4 Resolver

1. Absoluto – Digital 2. Incremental

3. Absoluto – Analógico 4. Cíclico por fases

a) b)

3

25

641


Si el actuador es giratorio (por lo que lleva engranajes intermedios), también es posible detectar los dientes de un engranaje, considerando cada diente comouna unidad incremental. En la fig. 3-3 se muestra un ejemplo al respecto. Los dientes se detectan sin establecer un contacto mecánico. Considerando el paso del husillo y el desarrollo del sistema de engranajes es posible calcularla resolución. Sin embargo, con ello todavía no se conoce el sentido del giro.Para conseguirlo es necesario disponer de elementos adicionales.

En el caso de motores de corriente continua sin escobillas, también es posibleprocesar las señales del transmisor del cojinete del rotor para detectar la posi-ción, ya que dicho transmisor emite las señales necesarias para la conmutaciónde las espiras. Además, este sistema también permite calcular la velocidad.

Los potenciómetros de plástico conductor, utilizados para la medición de re-corridos, nada tienen que ver con los reguladores del volumen de las radios de antaño que hacían crujir los altavoces. Los potenciómetros modernos soncapaces de ejecutar hasta 100 millones de movimientos y pueden ser calificadosde sistemas de medición de alta tecnología.

Los medidores magnéticos funcionan sin contacto y sus características físicasson sumamente interesantes. Para determinar la posición del carro se aprovechael tiempo que necesita un impulso de ultrasonido. En la fig. 3-4 se muestra elprincipio de funcionamiento de estos medidores. El impulso de ultrasonidoavanza desde la parte frontal hacia un «cable conductor» sobre el que se mueveun imán permanente (montado, por ejemplo, sobre un carro). Al pasar por lazona magnetizada, cambian las propiedades acústicas, con lo que se produceuna reflexión del impulso. En consecuencia, la medición de la distancia es, enrealidad, una medición del tiempo (que transcurre entre los dos impulsos) utilizando medios digitales.

Fig. 3-3:

Detección de dientes

para el cálculo incremental

de recorridos

1 Sensor inductivo

2 Soporte

3 Rueda dentada

3

2

1

55

El montaje del sistema de medición es otro tema a tener en cuenta. Existenunidades que llevan integrado el sistema de medición (con lo que no es visibledesde fuera) y otras lo llevan montado en su exterior. Además, también es posible montar el sistema de medición en un lugar adecuado de la estructura de la máquina.

Los ejes servoneumáticos de posicionamiento aparecieron en el mercado aproximadamente desde el año 1985. A diferencia de los sistemas hidráulicosque funcionan con líquidos que casi no se comprimen, los sistemas neumáticosutilizan aire que sí se comprime con facilidad, con lo que el volumen no puededefinirse con precisión. Por ello durante mucho tiempo se creyó que no era posible construir ejes neumáticos libremente programables. Sin embargo, con el tiempo fue posible demostrar lo contrario. El desarrollo de los ejes servoneumáticos fue impulsado principalmente por la técnica de montaje, ya que en ella es necesario realizar operaciones de posicionamiento rápidas y precisas, especialmente cuando se trata de equipos que tienen que soportarcargas pequeñas o medianas.

Los ejes servoneumáticos de posicionamiento tienen los componentes que seindican a continuación:• Cilindro neumático (por ejemplo cilindro sin vástago)• Sistema de medición del recorrido• Válvula proporcional• Bloqueo (si procede)• Controlador de ejes (es decir, la unidad de control)

Cuando fue posible coordinar debidamente todos los componentes individualesentre sí; cuando se dispuso de las unidades de computación miniaturizadas y se desarrollaron los algoritmos de regulación en bucle cerrado, fue posibleobtener resultados aceptables. En la fig. 3-5 puede apreciarse el principio de funcionamiento de la regulación servoneumática de las posiciones.


Fig. 3-4:

Medición magnética

del recorrido

1 Tubo

2 Conductor de ondas

de sonido

3 Transmisor de posición

4 Imán permanente

5 Movimiento

de posicionamiento

3.2 Ejes servoneumáticosde posicionamiento

1

2

3

4

5


Estos ejes se distinguen por tener, como mínimo, una cadena de acción en dos etapas con el fin de conseguir un movimiento lineal de determinadascaracterísticas mediante un husillo o una correa dentada de movimiento continuo. Los sistemas neumáticos, por lo contrario, tienen una sola etapa y, en consecuencia, también son calificados de actuadores directos. Un eje electro-mecánico de posicionamiento consta de las siguientes partes:• Eje que ejecuta el movimiento, con motor, brida del motor y acoplamiento• Sistema de medición del recorrido, integrado o externo• Electrónica funcional, por ejemplo servo-amplificador según tipo del motor,

de uno o varios ejes• Conjuntos de cables preconfeccionados

Los sistemas de accionamiento por husillo y por cadena dentada son los másdifundidos. Su funcionamiento se explica en la fig. 3-6.

Los ejes de posicionamiento pueden estar dotados de diversos tipos de moto-res. Los motores de paso a paso con un rendimiento < 1 kW son ideales para las aplicaciones de la técnica de manipulación. El motor es el eslabón de uniónentre la información digital y el movimiento incremental. Si la resolución del girodel rotor es de, por ejemplo 500 ó 1000 pasos por giro, el posicionamiento esmuy preciso. La aceleración del motor se rige por determinadas funciones derampa.

A modo de alternativa también pueden utilizarse servomotores. Se trata demotores eléctricos que están incluidos en un circuito cerrado de regulación,debiéndose detectar los parámetros correspondientes (revoluciones, posición o ángulo). Estos motores pueden seguir con precisión los valores teóricos o de consigna y son muy versátiles al cambiar dichos valores.

Fig. 3-5:

El principio

de funcionamiento de la

regulación servoneumática

de posiciones

1 Bloqueo

2 Válvula posicionadora

3 Unidad de control

y programación

4 Sistema de medición

del recorrido

3.3 Ejes de posicionamien-to electromecánicos

32

1

4

57

Los ejes de posicionamiento accionados por husillo se utilizan preferentementecuando se exige la máxima precisión y cuando se necesitan elevadas fuerzasaxiales durante el avance. Los ejes de accionamiento por correa dentada ofrecenventajas cuando es necesario llegar con rapidez a determinadas posicionesrecorriendo tramos más largos.

Siempre llega el momento en el que el usuario tiene que decidirse en favor de determinado tipo de eje de posicionamiento. En primer término, tiene quecumplir los requisitos técnicos. Si existen diversas variantes que los cumplen,entonces el criterio decisivo está determinado por los costos.

En principio puede afirmarse que, suponiendo la misma dinámica, los ejes de posicionamiento servoneumáticos son mucho más económicos que los eléctricos. El accionamiento de un eje servoneumático lo realiza una válvulaposicionadora que con una capacidad de conmutación de 5 milésimas de segun-do ofrece una dinámica muy elevada. Los ejes neumáticos son capaces de acele-rar con hasta 10 g.

¿Qué variantes incluye el conjunto de módulos de Festo para la técnica de posicionamiento? En la fig. 3-7 se incluye un esquema general.Los criterios que determinan la elección de un eje de posicionamiento son lamasa, la velocidad del movimiento, la precisión de repetición y la carrera útil.Para hacer una primera selección puede recurrirse, por ejemplo, a diagramas deconfiguración de ejes que en pocos pasos ofrecen una primera información.Asimismo, también es posible efectuar primero una comparación entre las exi-gencias y el rendimiento de los ejes. La fig. 3-8 muestra una clasificación decarácter general. Los recuadros “a” hasta “k” representan la característica derendimiento de una unidad funcional típica. Las superficies negras correspondena la tabla 3 x 3 que consta encima de los recuadros.


Fig. 3-6:

Formas constructivas

de ejes electromecánicos

de posicionamiento

a) Eje de accionamiento

por husillo; velocidad

máxima 1,7 m/s; carrera

de hasta 2 m; precisión del

posicionamiento: ± 0,2 mm

b) Eje de accionamiento

por correa dentada:

velocidad máxima 5 m/s;

carrera de hasta 5;

precisión del

posicionamiento: ± 0,1 mm

3.4 Evaluación y selección

6

5

12

a)

3

4

b)


Fig. 3-7:

Sistema de módulos para

la técnica de posicionamiento

(Festo)

Fig. 3-8:

Características de rendi-

miento típico de ejes y guías

seleccionados

a) Accionamiento por correa

dentada con guía

de geometría prismática

b) Accionamiento por correa

dentada con guía

de rodamiento de bolas

c) Accionamiento de bola

y rosca con guía


d) Eje servoneumático

con guía de fricción

e) Accionamiento

por cadena vertical

con guía prismática

f ) Accionamiento electro-

mecánico por correa den-

tada con guía para cargas

pesadas

g) Eje electromecánico de

accionamiento por husillo

h) Eje electromecánico

de accionamiento

por correa dentada

i) Eje servoneumático con

guía para cargas pesadas

k) Accionamiento roscado

anular con guía


Nivel Velocidad Carga Precisión de repetición

alto 0,5…5 m/s 100…500 N ±0,05…±0,0005 mm

mediano 0,02…0,5 m/s 20…100 N ±0,1…±0,05 mm

bajo menos de 0,02 m/s menos de 20 N ±0,5…±0,1 mm

Electromecánico

Guía interna Guía externa

Guía interna Guía externa

Accionamiento por husillo o correa dentada

Motor de paso a paso o servomotor

Absoluto-Digital Incremental

Integrado o montaje externo

Absoluto-Analógico

Controlador de ejes

Uni

dad

de c

ontr

olM

edic

ión

del r

ecor

rido

Act

uado

r y

guía

Mando sencillo Control de ejes múltiples

Cíclico por fases

Neumático

Fig. 3-9:

Momentos de giro y fuerzas

que inciden en las unidades

lineales

1 Punto cero

de las coordenadas

2 Carro de guía

3 Guía perfilada

F Fuerza

M Momento

Fig. 3-10:

Combinación de dos ejes

neumáticos para formar

una unidad gemela (Univer)

59

En cada caso individual deberá analizarse si el rendimiento corresponde al queexige la aplicación concreta, especialmente en lo que se refiere a las fuerzas y los momentos de giro y a los puntos en los que éstos inciden. Los esfuerzosindividuales que aparecen la fig. 3-9 se utilizan para determinar el esfuerzo com-binado con el fin de compararlo con los valores máximos admitidos en relacióncon las fuerzas y los momentos. Los diagramas con sus criterios de aplicaciónsiempre tienen el origen de las coordenadas en el carro. Si los valores superan alos máximos admitidos, deberá pensarse en la posibilidad de reducir las fuerzasy los momentos (por ejemplo, modificando los puntos en los que incide la fuer-za, acercándolos más al centro de gravedad de la masa); si ello no es posible,deberá recurrirse a guías más resistentes. También pueden utilizarse guías quetienen un efecto de apoyo adicional, tales como guías de rodillos.

Los sistemas de varios ejes están expuestos a un gran esfuerzo dinámico porquela carga representa un sistema en movimiento que cambia constantemente. Porello, en algunos casos se combinan los módulos lineales para formar una unidadparalela, tal como puede apreciarse en la fig. 3-10. Concretamente se trata deuna unidad de pórtico en calidad de eje básico, capaz de soportar fuerzas mayo-res y que, además, tiene una flexión menor incluso si los puntos de apoyo estándistanciados entre sí. El carro de material compuesto está unido sin holguras allos émbolos de los cilindros sin vástago. La guía de rodillos es parte integrantedel conjunto y se encarga de compensar los momentos de giro.

Finalmente debe tenerse en cuenta que si los puntos de unión mecánicos (cuerpos perfilados) son compatibles, es posible combinar ejes eléctricos y neumáticos, incluyendo los ejes de posicionamiento y de posiciones finales. Si un sistema funciona con dos tipos de energía, es necesario disponer de sis-temas de alimentación y de control separados, lo que puede ser desfavorable.


1

32

60 4 El uso de los sistemas de pick & place

Primero simplificar y luego automatizar. Este es un criterio que también es válido en la técnica de la manipulación. Si la elección es precipitada, el equiposuele no ser óptimo. Pero, ¿cómo automatizar? ¿Acaso necesariamente tieneque ser un robot industrial? ¿No es suficiente utilizar un equipo de alimentaciónde piezas?

De hecho, en algunos casos ni siquiera se necesita un equipo de alimentaciónde dos ejes. Existen muchas operaciones de alimentación de piezas que puedenrealizarse perfectamente con medios muy sencillos y, desde luego, utilizandocomponentes estándar de neumática industrial. Pero ello no significa que esosequipos deban menospreciarse, ya que cuanto más sencillo es un equipo, tanto mejor. Lo que no existe, no puede fallar. Por esta razón, en este capítuloanalizaremos este tipo de soluciones.

Las unidades giratorias permiten hacer girar los objetos a lo largo de un determinado ángulo y sus aplicaciones son múltiples. En determinados casoslas unidades giratorias se accionan con cilindros lineales, tal como muestra el ejemplo de la fig. 4-1. Las piezas se transportan mediante una cinta (que pro-viene del fondo del dibujo) y, a continuación, se desvían hacia la derecha o laizquierda. Para conseguirlo, la placa de entrega debe tener tres posiciones. Laplaca asume su posición intermedia por efecto de un muelle cuando no se aplicapresión a ninguno de los dos cilindros. La precisión del sistema es más que suficiente para esta aplicación. Esta operación de desviación de piezas es muyfrecuente y también podría solucionarse con un actuador giratorio capaz deavanzar hasta tres posiciones.

La solución esquematizada en la fig. 4-2 demuestra la distribución selectiva del avance de las piezas. Las placas avanzan por cintas de transporte y al finalllegan a una placa basculante. Normalmente las piezas son distribuidas equi-tativamente hacia dos estaciones de trabajo; sin embargo, si una de ellas nofunciona, las piezas se desvían hacia un solo lado. El actuador giratorio simpli-fica la configuración de los componentes mecánicos y, además, es económico.De esta misma manera también pueden diseñarse unidades para invertir elsentido del avance de piezas planas en 180°. En ese caso, los portapiezasdeberían ser del tipo adecuado.

4

El uso de los sistemas

de pick & place

4.1 Equipos modulares de manipulación

4.1.1 Utilización de unidades giratorias

Fig. 4-1:

Cilindro lineal combinado

con una unidad giratoria

1 Pieza, paquete

2 Placa de desviación

3 Rodillo

4 Cilindro de simple efecto

5 Cinta de transporte

45

3

2

1

61

Al utilizar unidades giratorias hay que saber cuál es la carga que soportan. Paraello puede recurrirse a los diagramas de rendimiento correspondientes a cadaunidad. En dichos diagramas consta el momento de inercia de la masa, el ángulode giro y el tiempo del giro. El momento de inercia de la masa de las piezas ado-sadas al actuador giratorio tiene que calcularse adicionalmente. En la fig. 4-3vemos un ejemplo. Debe tenerse en cuenta que únicamente la placa de conexiónestá montada directamente sobre el actuador giratorio y, en algunos casos,incluso es parte integrante del mismo. Todas las demás masas que no se en-cuentran sobre el eje son consideradas puntos de masas que se encuentran a una determinada distancia del punto de gravedad de la masa, reduciendo elmomento de inercia del actuador giratorio. Sólo considerando este factor pueden sumarse los momentos de inercia. Este procedimiento lleva el nombrede “regla de Steiner”.

El momento de inercia total se calcula según la siguiente fórmula:

Jtot = JZ1 (Placa) + JZ2 (Brazo) + JZ3 (Pinza) + JZ4 (Pieza)

Jtot = JZ1 + JS2 + m2 · r22 + JS3 + m3 · r1

2 + JS4 + m4 · r12

Conociendo el valor de Jtot puede utilizarse el diagrama de rendimiento paradeterminar el tiempo de giro factible y admisible suponiendo un ángulo de girode, por ejemplo, 180°. En el ejemplo aquí explicado, tendría que comprobarseademás si el equipo soporta las fuerzas de gravedad ocasionadas por lasmasas, es decir, si dichas fuerzas son inferiores a la carga máxima que soportael eje Z.

Dicho sea de paso, Festo dispone de un programa de fácil uso para calcular los momentos de inercia de las masas. Dicho programa contiene los valores correspondientes a diversos objetos básicos y a los componentes estándar deFesto. Después de introducir las dimensiones, el material y la excentricidad, el programa se encarga de calcular el momento de inercia y la masa total.

4 El uso de los sistemas de pick & place

Fig. 4-2:

Desviación del sentido

de avance de piezas

1 Unidad giratoria

2 Estación de trabajo


4 Pieza

5 Cinta de alimentación

de piezas

6 Tramo de desviación

o segunda estación

de trabajo


Esos resultados pueden memorizarse e imprimirse. En la fig. 4-4 vemos el aspecto que en la pantalla tiene ese programa.

Fig. 4-3:

Unidad giratoria con brazo

y pinza. Un ejemplo para

calcular el momento

de inercia de la masa J

1 Actuador giratorio

2 Placa de conexión

3 Brazo

4 Pinza

5 Pieza

Fig. 4-4:

Captura de pantalla

del programa “Cálculo

de momentos de inercia

de las masas”

m1

ÚAcero = 7850 kg/m3

ÚAluminio = 2700 kg/m3

Cilindro macizo

JZ1 = · D4 · L · Ú/32 kgm2

Paralelepípedo

JS = h · b3 · a · Ú/12 kgm2

Punto de masa (reducido)

JZ = JS + mr2 kgm2

m3

x

m2JS2

3

2

r21

r1z

JS4

m4

JS3

5

4

r JS

zm

h

ab

L

D

63

La unidad con brazo giratorio de la fig. 4-5 tiene aproximadamente las mismasproporciones que aparecen en la fig. 4-3. El eje giratorio hueco es un detalleinteresante, ya que permite el paso de vacío o de aire comprimido (si se utilizaun generador de vacío tipo Venturi).

A continuación explicaremos el ejemplo de un sistema utilizado en la técnica de procesos. Las unidades giratorias también son una buena solución para controlar el flujo de material a granel, tal como muestra el ejemplo de la fig. 4-6. El truco consiste en colocar correctamente los canales en el tambor. La funciónde manipulación es en este caso la bifurcación del flujo del material, es decir,dividir un flujo en dos flujos parciales. Dicho sea de paso que si el material esinflamable, el uso de actuadores neumáticos contribuye a reducir el riesgo deexplosión. Esta misma solución también podría utilizarse para distribuir piezaspequeñas que no se traban entre sí, utilizando vacío. En el mercado puedenadquirirse diversas variantes de equipos de alimentación o dosificación porvacío.


Fig. 4-5:

Unidad con brazo giratorio,

un componente clásico

de Festo

Fig. 4-6:

Desvío del flujo de material

1 Canal de alimentación

2 Unidad giratoria

(ángulo de giro de 180°)

3 Canales de distribución

4 Tambor de distribución

3

14

3

4

21


Para finalizar el tema del uso de actuadores giratorios, explicaremos el funcio-namiento de un equipo de alimentación que se usa, por ejemplo, en sistemas demontaje automático. Se trata de un equipo que retira piezas individuales (distri-bución de piezas). En la fig. 4-7 se aprecia un alimentador doble para conseguirun flujo doble de las piezas. Ambos empujadores giratorios están conectadosentre sí mediante ruedas dentadas, de modo que funcionan de modo sincroni-zado. Claro está que también podrían utilizarse unidades de aletas giratorias,con las que la mecánica sería algo más sencilla, pero el conjunto ocuparía másespacio.

Hay muchas tareas de manipulación de piezas que pueden resolverse tanto con soluciones complicadas como con soluciones sencillas. Por esta razón nos parece oportuno ofrecer algunos ejemplos. En estaciones de embalaje amenudo es necesario dividir el flujo de las piezas. Para ello puede recurrirse a cintas de transporte especiales que en la parte superior tienen chapas de deslizamiento y elementos curvos en la parte inferior, de modo que las piezasavanzan en posición transversal. En la fig. 4-8 vemos que con ese fin se utilizaun cilindro multiposicional (dos cilindros unidos) que permite obtener tres posiciones fijas. Los movimientos pueden ejecutarse según determinadas secuencias, mediante señales externas o, también de modo aleatorio. La velo-cidad de la cinta de transporte de salida permite separar las piezas entre sí; algo indispensable en esta aplicación concreta.

En máquinas deformadoras de material y en diversas máquinas especiales, laspiezas tienen que alimentarse secuencialmente desde una cinta. En la fig. 4-9 se muestra un equipo de alimentación que consta de un cilindro neumático sin vástago y de dos pinzas paralelas. Si bien es cierto que para este tipo deaplicaciones existen alimentadores especiales, en determinados casos y tratán-dose de máquinas especiales es posible ahorrar espacio con una solución deconfección propia. El trayecto de avance se limita de modo preciso con topes o amortiguadores externos. En el movimiento de retorno, las pinzas están

Fig. 4-7:

Alimentador doble

para la distribución

de piezas de montaje

1 Unidad de aletas giratorias

2 Rueda dentada

3 Cargador

4 Eje

5 Canal hacia la máquina

de montaje

6 Pieza

7 Empujador giratorio

4.1.2 Sistema de un eje ysistemas de varios ejes

7 6

54

3 2 1

65

abiertas. En el caso concreto que aquí se explica no se utiliza una mordaza que sujete la cinta en esta fase ya que se supone que durante la fase de retornola cinta todavía se encuentra prensada por la máquina de deformación o cortedel material. El control está a cargo de una leva del eje central (eje principal).Modificando la posición de la leva es posible regular el momento más adecuadopara el movimiento de avance.

Las unidades giratorias también pueden utilizarse para confeccionar equipos de alto rendimiento de un solo eje. Analicemos un ejemplo. En la fig. 4-10 puedeapreciarse un equipo para trasladar piezas. Las placas se recogen mediante ventosas y a continuación el sistema se encarga de transportarlas de una cinta a la otra. Los vástagos pasan entre las vías de rodillos y en la configuración que aquí se explica hay suficiente tiempo para la entrega de las placas, ya queel actuador giratorio se mueve lentamente y de modo homogéneo. El ángulo de giro es inferior a 180°. Sin embargo, los sistemas neumáticos no son muyapropiados para ejecutar movimientos lentos. En consecuencia, no basta conhacer pasar el aire de escape por una válvula reguladora de caudal. Por ello esrecomendable recurrir a dos válvulas de regulación (fig. 4-11). En este caso, laregulación es más precisa, ya que es posible regular el aire de alimentación y el aire de escape. La generación más lenta de la presión permite acelerar máslentamente y, además, así se consigue evitar impactos demasiado fuertes en losfinales de carrera.


Fig. 4-8:

Cinta distribuidora

adecuada para velocidades

de transporte bajas

1 Cinta de alimentación

2 Pieza, producto

3 Borde de guía

4 Guía giratoria

5 Conjunto de unión


multiposicional

7 Sensor óptico de reflexión

Fig. 4-9:

Alimentación de placas

o flejes mediante pinzas

paralelas

1 Prensa

2 Placa o fleje

3 Pinza paralela

4 Soporte

5 Unidad lineal

6 Tope externo

7 Leva de regulación en el

sistema de accionamiento

de la prensa

v1 > v2

v13 4

6

75

v2

21

Abrir

7

Retorno63

G2G1

5

G2

4

3G1 2

1


Si el momento de giro de un solo actuador giratorio es insuficiente, también esposible montar un actuador giratorio en cada lado del acoplamiento. En esecaso, los dos actuadores están unidos mecánicamente.

Finalmente vemos en la fig. 4-12 un equipo de manipulación con 4 ejes móviles.Sin embargo, tan sólo el eje A1 tiene que ser un eje de posicionamiento. Los demás ejes simplemente ejecutan movimientos entre topes amortiguados.En ese caso, la pieza que es objeto de la manipulación es un CD. Éste se recogemediante ventosas, se eleva ligeramente y a continuación se produce un giro en 90° para entregarlo en un cargador. Una vez entregado el CD en la ranura delcargador, el eje A1 se encarga de retirar ligeramente las ventosas. Entonces el brazo vuelve a girar hasta llegar a su posición inicial para recoger el siguienteCD. Como puede apreciarse, buena parte del equipo de manipulación está constituido por componentes de probada eficiencia, lo que significa que es perfectamente posible prescindir de un robot industrial en este caso.

Fig. 4-10:

Equipo para transportar

piezas planas de una posición

a otra

1 Acoplamiento

2 Pieza

3 Vía de rodillos

4 Ventosa

5 Unidad giratoria

Fig. 4-11:

Válvula doble

de regulación de caudal

4

5 3

2

1

67

El progreso tecnológico ha producido un acercamiento entre la “neumática avan-zada” y la electrónica. Así han surgido nuevas aplicaciones y la neumática se hatransformado en una alternativa siempre interesante para la automatización delas operaciones de montaje, especialmente si es necesario realizar movimientoslineales rápidos y si las exigencias relacionadas con la precisión no sondemasiado estrictas. Se sobreentiende que el aspecto económico también es un factor importante. Además, existen numerosos accesorios de neumática quefacilitan la planificación de proyectos y permiten realizar un montaje sencillo.

Aunque por lo general el criterio principal para automatizar es la racionalización,existen piezas que por su pequeño tamaño tienen que montarse necesariamentea máquina, independientemente del factor económico. Por otro lado, aunque el tamaño de las piezas permitiera un montaje automatizado, podría sucederque su forma, el carácter complejo de la operación o las cantidades previstas no justifiquen el uso de una máquina. El cuadro 4-13 incluye una tabla generalque muestra diversos criterios y su grado de dificultad. La automatización de operaciones complicadas siempre implica un mayor riesgo técnico y lasinstalaciones son más costosas.


Fig. 4-12:

Introducir CDs en un cargador

1 Unidad lineal



4 Brazo giratorio

5 Unidad giratoria

6 CD

7 Ventosa

8 Tramo de alimentación

9 Cargador

10 Cilindro de tope

4.2 Sistemas de pick &place para operacionesde montaje

4.2.1 ¿Hombre o máquina?

Fig. 4-13:

Grados de dificultad

de las operaciones

de montaje

A3

1

2

A2

3

A1

109

6

5

A4

5

8

4

Difficult for machineEasy for humans

Difficult for both

Easy for both

Easy Difficult

Easy

Ma

chin

e

Humans

Diff

icul

t

Easy for machineDifficult for humans


Fig. 4-14:

Transmisión de movimientos

mediante elementos

de tracción y compresión

desde la excéntrica hasta

el módulo que ejecuta los

movimientos

1 Carro

2 Estructura

3 Pinza

4 Elemento de tracción

y compresión

5 Bloque rodillo-leva

6 Excéntrica

4.2.2 Operaciones de montaje con neumática

6

3

2

5

4

1

69

Ello significa que deben considerarse numerosos factores y, tratándose de productos fabricados en grandes series, adquiere mayor peso el criterio de lavelocidad de los procesos. En ese tipo de aplicaciones, las máquinas de montajecontroladas en función de la forma de una excéntrica son idóneas. Las excéntri-cas no solamente determinan el accionamiento de las unidades que ejecutan losmovimientos, sino que su forma también contiene de modo definitivo datos correspondientes a los recorridos o ángulos (memoria del programa). Así, losmovimientos y sus características siempre son precisos e iguales. Por lo generallos engranajes funcionan en un baño de aceite, por lo que son muy silenciosos.Los movimientos se transmiten de modo directo mediante varillaje o palancasacodadas hacia las unidades que ejecutan los movimientos. Utilizando elemen-tos de presión o tracción para transmitir los movimientos se dispone de mayoreslibertades al planificar, tal como lo muestra de modo simplificado la fig. 4-14.Por su velocidad, los actuadores neumáticos están en desventaja. Sin embargo,un robot rápido del tipo SCARA es capaz de moverse 25 mm en altura, 150 mmen el plano horizontal y 25 mm hacia abajo en tan sólo 0,32 segundos (ciclo depick & place).

Al planificar equipos de montaje suele recurrirse a numerosos componentes de la neumática industrial:• Actuadores para instalaciones encargadas de unir piezas (prensas,

equipos de avance, etc.)• Actuadores para distribuir, fijar y para mecanismos secuenciadores• Actuadores para pinzas y sistemas de sujeción• Componentes de vacío para sujetar por adherencia • Cilindros de tope para detener movimientos en determinadas posiciones• Componentes móviles para ejecutar movimientos giratorios o combinar

movimientos giratorios y de elevación• Unidades servoneumáticas para movimientos lineales hasta posiciones

finales, posiciones intermedias o posiciones libremente programables


Fig. 4-15:

Taladrar y montar mediante

un plato divisor

1 Alimentación de los pernos

2 Pieza completa

3 Plato divisor

4 Pieza de base

5 Equipo doble

de embutición

6 Unidad de avance

de la taladradora

7 Corredera


8

7

6

5

4

3

2

1


A continuación comentaremos algunos ejemplos para ilustrar las posibles aplicaciones.

Un módulo funcional está compuesto por la unidad de accionamiento y la guía.Estos componentes son suficientes para ejecutar numerosas tareas para las que un robot sería una solución desorbitada. En la fig. 4-15 se muestra un plato divisor para embutir pernos en una pieza de base. En la estación anterior se realizan varios taladros en la pieza. La taladradora se encuentra montada sobreun carro que avanza hasta las posiciones correspondientes. Los movimientosestán a cargo de un cilindro neumático.

Normalmente no se utiliza una sola máquina para ejecutar las operaciones de mecanizado y montaje debido al problema de la suciedad causada por las virutas. Sin embargo, si la máquina está dotada de un sistema de aspiracióneficiente y si las exigencias de calidad no son demasiado estrictas, es factiblerealizar las dos operaciones en una sola máquina. La ventaja consiste en que de esta manera coinciden exactamente los centros de la unidad encargada de introducir los pernos y de la que aplica presión sobre ellos para embutirlos.

La unidad de montaje que aparece en la fig. 4-16 consta de varios módulos giratorios. Las piezas de base se trasladan desde el cargador hacia el soporteque avanza por una cinta de transporte hacia una máquina de montaje. Dadoque la velocidad del mecanismo tipo cigüeñal se rige por el movimiento linealsegún la derivada de una función sinusoidal, este sistema ofrece ventajas duran-te los movimientos de retorno hacia las posiciones finales correspondientes ya que en la aproximación la velocidad del carro baja hasta casi cero.

1

2

3

45 6 7

Desplazamiento

Carrera del cilindro

Fig. 4-16:

Colocación de una pieza

de base (Festo)

a) El equipo completo

b) Características del movi-

miento mediante cigüeñal

c) Representación esque-

mática de las funciones

de manipulación


2 Empujador

3 Carro

4 Columna

5 Soporte para la pieza

6 Cinta de transporte doble

7 Pinza

8 Biela

9 Pieza de base

10 Acanaladura

de alimentación

s Recorrido

v Velocidad

Fig. 4-17:

Equipo de pick & place

placas de circuito impreso

1 Pieza (placa de circuito

impreso)

2 Pinza

3 Pinza paralela

4 Placa de adaptación

5 Unidad giratoria

6 Actuador neumático lineal

7 Tope fijo

5

10

974

81

3

21

6

a) c)

b)

v

71

Considerando que el tiempo necesario para ejecutar los movimientos es un criterio decisivo a la hora de diseñar equipos para el montaje de piezas, puederesultar recomendable utilizar un actuador lineal neumático sin vástago con «soft-stop» rápido. El funcionamiento del “soft-stop” ya fue explicado en la fig. 2-44. La amortiguación se controla por software, lo que significa que el avance hasta las posiciones finales se realiza mediante regulación electrónica,para lo cual se utiliza un conjunto que incluye una combinación de cilindro, válvula y potenciómetro. Así es posible reducir en hasta un 30% el tiemponecesario para ejecutar el movimiento desde A hacia B. Debe tenerse en cuentaque las propiedades del sistema únicamente son óptimas dentro de un margenestablecido por la carrera del cilindro. En consecuencia, el movimiento debe limitarse de tal manera que corresponda al movimiento del cilindro entre sustopes fijos (fig. 4-17). El equipo de manipulación de la fig. 4-17 recoge una placade circuito impreso, la gira y, ejecutando un movimiento de avance rápido, la deposita.

En la fig. 4-18 puede verse otro ejemplo. Se trata de una estación para el mon-taje de tapas de plástico. Para ejecutar esta tarea son suficientes dos elementosneumáticos. Una pinza paralela se encarga de alimentar las piezas una a una. La tapa cae por su propio peso en posición vertical y se mantiene en esa


Fig. 4-18:

Montaje de tapas

a) Recogida de una pieza

del cargador

b) Montaje

1 Cargador

2 Pieza

3 Pieza a unir

4 Pinza para alimentar

las piezas

5 Tope para alimentación

de piezas individuales

6 Vástago

7 Conducto de vacío

8 Cadena de transporte con

soportes para las piezas

9 Pieza básica

10 Guía del cabezal


Fig. 4-19:

Giro de paquetes en posición

vertical. Operación previa al

embalaje


de piezas

2 Paquete o cualquier pieza

3 Bloqueo de retención

de piezas

4 Módulo giratorio


1

11

10987

b)a)

63

2

5

4

54

3

2

1


posición por acción del vacío. La operación de giro en 90° es un movimientoderivado ejecutado mecánicamente. Una vez concluida la operación de cierre de la tapa, el vacío conmuta a chorro de aire comprimido para soltar la tapa.

Cuando las piezas llegan al final de una línea de montaje suele ser necesario girarlas para conseguir colocarlas de tal manera que ocupen menos espacio en los embalajes o las paletas. En la fig. 4-19 se muestra una posible solución.En este caso, el accionamiento lo realiza un actuador giratorio. Durante el movimiento de giro debe evitarse que avance la pieza siguiente. Para lograrlose utiliza un brazo amortiguado provisto de rodillo. No es necesario prever un sistema de control especial para el funcionamiento del brazo de retención. La cinta de salida es doble y entre ambas se intercala el brazo giratorio.

4.2.3 Medios auxiliaresperiféricos

Fig. 4-20:

Preparación de arandelas

de presión para su montaje

1 Robot industrial

2 Cabezal de montaje

3 Cargador de arandelas

de presión

4 Empujador

5 Pinza de tres dedos

6 Dedo de la pinza

7 Placa elevadora

8 Válvula reguladora

de la fuerza necesaria

para abrir la arandela

6

7

5

14

23

8

73

Las operaciones mediante una unidad de pick & place suelen ser eficientes únicamente si los elementos previos se encargan de posicionar correctamentelas piezas. Analicemos un ejemplo para explicarlo. El ejemplo en cuestión se refiere al montaje de arandelas de presión para ejes. En primer término, unempujador se encarga de retirar las arandelas de un cargador (fig. 4-20). A continuación, una pinza neumática de tres dedos entra en la arandela paraabrirla de tal modo que quepa sobre el eje. Estando abierta la arandela, la recoge la unidad de pick & place. Para que la arandela no se vuelva a cerrar,se interpone una cuña en su ranura. A continuación, un robot coloca la arandelaen la posición adecuada para su montaje sobre el eje. La operación para abrir laarandela debe controlarse mediante un regulador de presión, ya que de ningúnmodo debe superarse el límite de la deformación plástica. Este complicado procedimiento únicamente se aplica si la operación de montaje afecta a compo-nentes que son relevantes para la seguridad.

En la fig. 4-21 podemos apreciar otro sistema de preparación de piezas para elmontaje. Las piezas se encuentran en pequeñas paletas que, a su vez, están enun cargador. Las piezas se retiran paso a paso y las paletas vacías se empujanhacia un cargador adjunto donde quedan apiladas. Las paletas contienen piezasdispuestas en varias filas, por lo que, al retirarse, son desviadas hacia variasvías.


Fig. 4-21:


provenientes de un cargador

1 Peso sobre las paletas

2 Cargador

3 Paletas

4 Pieza

5 Rueda de alineación

6 Pared de chapa

del cargador

7 Paleta vacía

8 Bloqueo de antirretorno

9 Trinquete empujador

Fig. 4-22:

Entrega de piezas planas

a) Operación de separación

de las piezas

b) Operación de empujar

las piezas

1 Cargador

2 Actuador de aletas

giratorias

3 Elemento giratorio

4 Empujador

5 Cilindro plano o pequeño

6 Pieza

7

6

9

8

5

4

3

2

1

b)

4

6

5

a)

3

2

1


Estos ejemplos demuestran que para ejecutar movimientos auxiliares de operaciones de montaje bien puede recurrirse a elementos neumáticos.

Finalmente explicaremos un ejemplo de preparación de piezas pequeñas planaspara su montaje posterior. Tal como se aprecia en la fig. 4-22, las piezas se encuentran en un cargador inclinado. Una unidad neumática se encarga de separar las piezas y un módulo de aletas las gira para que asuman la posiciónnecesaria para las operaciones posteriores. Una vez que las piezas se encuen-tran en posición horizontal, una unidad neumática lineal las empuja hacia lazona de trabajo (en dirección vertical en relación con el plano del esquema). En determinadas aplicaciones, esta última operación puede ser la operación de montaje.

4.3 Alimentación de piezas a una má-quina, procedentes de un cargador

4.3.1 Equipos de alimentación que emulan la mano

75

La manipulación de piezas es una operación fundamental en los procesos industriales automatizados. La manipulación se complica a raíz de la gran can-tidad de formas, tamaños, masas y estructuras que pueden tener las piezas.Además, otra dificultad consiste en tener que entregar las piezas en la posiciónadecuada efectuando los movimientos en espacios muy reducidos. En principiotienen que realizarse dos tareas:• La manipulación de piezas como tal y• la inclusión de esta operación en el conjunto de funciones que ejecuta

la máquina (incluyendo el control de todas las acciones mediante detectores)

Las “manos de hierro” son un buen ejemplo. Se trata de un sistema que surgió a principios de la década de los años cincuenta, utilizado para sujetar las piezasque eran deformadas en las prensas. En la actualidad existen numerosos equipos automáticos y manuales de carga y alimentación para una cantidadrelativamente amplia de aplicaciones.

En la actualidad siguen funcionando muchas máquinas que tienen que ser ali-mentadas a mano. Ello puede resultar sorprendente en vista de la disponibilidadde equipos técnicos muy modernos. Sin embargo, hay diversas razones quejustifican en trabajo manual:• El operario lleva a cabo un control visual adicional, de modo

que no es posible prescindir de la alimentación de las piezas a mano• La pieza es difícil de manipular y el uso de un sistema automático sería

una fuente inaceptable de fallos• Hay que cambiar frecuentemente de piezas, lo que afectaría también

al ajuste del manipulador• No se dispone de personal debidamente cualificado, considerando que los

sistemas de alimentación de piezas tienen que ajustarse debidamente y,además, tienen que realizarse trabajos de mantenimiento. Además, puede ser que la máquina a la que se alimentan las piezas no sea apropiada paradotarla de equipos automáticos

• Bien puede ser que simplemente no se haya siquiera pensado en la posibilidad de automatizar el proceso de alimentación de piezas mediante componentes automáticos

Todos estos argumentos por supuesto son, al mismo tiempo, temas a debatircuando se analiza el funcionamiento de aplicaciones específicas. No cabe duda alguna que entretanto resulta cada vez más sencillo encontrar una solución para todo el conjunto, lo que también implica el reequipamiento de lasmáquinas. Existen muchos ejemplos que demuestran cómo es posible reequiparmáquinas convencionales dotándolas de un sistema de manipulación eficiente.Sin embargo, ello únicamente tiene sentido si la máquina como tal puede funcionar ejecutando ciclos automáticos. En algunos casos es necesario primerocrear las conexiones mecánicas entre la máquina y el sistema de manipulación.En la fig. 4-23 se muestra el ejemplo de un torno combinado posteriormente conun equipo de manipulación. El sistema avanza solamente hasta dos posiciones:el mandril y el cargador.


Fig. 4-23

Torno con manipulador

acoplado

1 Unidad giratoria

2 Pieza

3 Torno

4 Accionamiento

para distribuir las piezas

5 Plano inclinado

6 Cargador de piezas

acabadas

7 Cilindro elevador

8 Unidad elevadora

9 Mordaza de carrera corta

10 Pinza

Fig. 4-24:

Colocar piezas mediante

un giro superior

1 Sensor de reflexión directa

2 Mesa elevadora

3 Unidad de giro

4 Máquina

5 Cinta de avance por ciclos

81

7

210

6

5

4

3

2

9

54

2

31


Una unidad de carrera corta introduce las piezas en el mandril. Las posicionesde recepción y entrega de las piezas son idénticas. Para que la pieza torneadallegue efectivamente al cargador correspondiente, éste se eleva ligeramente. A continuación, el distribuidor se encarga de entregar la siguiente pieza enbruto. Ello significa que todos los movimientos están a cargo de componentesperiféricos y del equipo de pick & place.

En la fig. 4-24 podemos apreciar la alimentación de una máquina mediante unsistema de giro superior. Sin embargo, esta configuración sólo es recomendablesi las piezas son planas y ligeras. El brazo giratorio se coloca entre las cintas detransporte o junto a ellas al retirar la pieza. Se sobreentiende que las cintas tie-nen que configurarse de tal modo que sea posible ejecutar este movimiento.Este sistema de alimentación de piezas sustituye a una persona que podria rea-lizar esta operación a mano.

Fig. 4-25:

Alimentador giratorio

1 Pinza para centrar

2 Máquina

3 Cargador para

la alimentación de piezas

4 Pieza en bruto

5 Brazo

6 Unidad giratoria

7 Unidad elevadora

8 Acanaladura de salida

9 Pieza acabada

4

5

7

9

8

3

2

1

6

77

El alimentador giratorio que aparece en la fig. 4-25 también funciona con componentes neumáticos. La unidad giratoria tiene que ser capaz de avanzarhasta 3 posiciones. En el ejemplo que aquí se comenta, el equipo se encarga de colocar un tubo en un elemento de sujeción que puede ser, por ejemplo, una pinza. Después de la operación de mecanizado, la pieza se coloca en unaacanaladura de salida. El brazo se retira para no estorbar la operación de mecanizado. Por ejemplo, puede retirarse hacia la posición de entrega. Losbrazos giratorios tienen la ventaja de necesitar un espacio muy reducido pararecoger las piezas y, además, son capaces de retirarse rápidamente de la zonade trabajo.

La característica principal de las máquinas utilizadas para mecanizar piezas esque sólo pueden recibir una pieza en bruto nueva después de haberse recogidola pieza acabada. Estas operaciones se suman en serie en función del tiempo si el equipo de manipulación tiene un solo brazo y si, además, no está dotado de una pinza doble. Para evitar movimientos sin transportar piezas tiene que recurrirse a un sistema de doble brazo. En la fig. 4-26 vemos un ejemplo al respecto. De la máquina sólo se ve el elemento de sujeción. Las piezas sesujetan en sus extremos y, a continuación, empieza la operación de mecanizado(aplanar, centrar, rebajar, etc.). Las dos pinzas comparten un carro a unadistancia “A”. En este caso puede prescindirse de un distribuidor al recoger las piezas, ya que la propia pinza se encarga de esta función. La pinza tiene un dedo fijo y otro móvil.


Fig. 4-26:

Equipo de alimentación de

una máquina para rebajar

y centrar

1 Carro

2 Unidad lineal

3 Unidad vertical

4 Pinza

5 Sistema de sujeción

de la máquina

6 Plano inclinado de salida

7 Pieza acabada

8 Pieza en bruto


Fig. 4-27:

Plano inclinado escalonado

7

AA

89

3

4

65

2

1


Es recomendable que el cargador sea escalonado, tal como se muestra en la fig. 4-27. Así, las piezas que avanzan rodando se frenan algo en cadaescalón, orientándose debidamente. De esta manera se evita que las piezas lleguen torcidas provocando un fallo.

Tratándose de máquinas de funcionamiento continuo puede ser que el equipode pick & place sea demasiado lento. Una posible solución sería el uso de doscargadores para recoger las piezas de modo alterno (fig. 4-28). La máquina tieneuna cinta de entrada en la que deben colocarse las piezas. También en este caso se evitan movimientos inútiles ya que mientras que una de las unidadesverticales deposita una pieza, la otra recoge la siguiente. A pesar de ello, tansólo se necesitan tres unidades lineales. Si las piezas son de mayor tamaño, las distancias son mayores y, en consecuencia, también es más grande la carrera

Fig. 4-28:


provenientes de dos car-

gadores

1 Unidad elevadora

2 Carro

3 Unidad lineal

con Soft-Stop

4 Pieza

5 Cinta de entrada

6 Cargador

Fig. 4-29:

Alimentación de piezas a una

prensa utilizando dos equipos

de manipulación

1 Unidad elevadora

2 Pórtico con cilindro

neumático sin vástago

3 Herramienta

de deformación

4 Unidad giratoria

5 Pinza doble

6 Pinza

7 Brazo giratorio

8 Unidad de giro y elevación

9 Cargador de los soportes

para piezas en bruto

y piezas acabadas

2

8

9

7

3

65

4

1

79

de elevación. En ese caso podría ahorrarse tiempo adicional utilizando un ejelineal con Soft-Stop para el movimiento horizontal.

El sistema de alimentación que se muestra en la fig. 4-29 también está dotadode varios brazos. Sin embargo, en este caso el ahorro de tiempo no es el criterioprincipal, sino más bien la solución como tal para alimentar la prensa. Las prensas ofrecen poco espacio para las operaciones de alimentación ya quela herramienta superior está en posición de espera encima de la herramientainferior. En consecuencia, no es posible recurrir a una solución de pórtico para la alimentación. Por ello, en el caso que aquí se explica se utilizan dos equiposde manipulación.


4.3.2 Accediendo a la máquina

Fig. 4-30:

Equipo para retirar piezas

inyectadas

1 Pieza fundida

por inyección

2 Pinza

3 Unidad giratoria

4 Brazo giratorio

5 Estructura


6

1

5

4

3

2


Los movimientos están a cargo de un brazo giratorio. Un pórtico retira las piezas en bruto del cargador. A continuación, el brazo giratorio se hace cargode la pieza. Acto seguido, la pieza acabada se transporta hacia la pinza doble.Ésta gira en 180° y se encarga de entregar de inmediato la siguiente pieza enbruto. Durante la operación de deformación el pórtico avanza hacia el cargador,coloca la pieza acabada y recoge una nueva pieza en bruto. Ello significa que los dos equipos de pick & place funcionan de modo sincronizado.

Los equipos encargados de recoger piezas se utilizan principalmente en com-binación con máquinas inyectoras o de fundición por inyección. Las piezasobtenidas mediante estos procesos tienen que manipularse con sumo cuidado y, en algunos casos, tienen que depositarse en un molde para evitar que sedeformen al enfriarse. Asimismo, también existen aplicaciones en las que laspiezas tienen que entregarse en equipos que se encargan de girarlas. Estas operaciones suelen estar a cargo de equipos de manipulación relativamentesencillos. Se trata de pórticos formados por componentes estándar, de brazosconcebidos especialmente para un tipo de máquina concreto o de equipos especiales de manipulación. En la fig. 4-30 se muestra un ejemplo.

Tal como puede apreciarse, bastan dos actuadores para retirar las piezas. La cantidad de ejes móviles se limita a lo absolutamente indispensable. Se sobreentiende que un sistema de dos ejes no ejecuta las operaciones de manipulación en tres dimensiones, pudiendo aprovechar sólo un plano detrabajo. En el ejemplo que aquí se explica, se trata de una superficie perfilada en la que tienen que estar tanto la posición de tomar como la de colocar.

El expulsor de la fig. 4-31 también tiene un diseño relativamente sencillo. Unahorquilla de expulsión se desplaza hacia la vía una vez que el carro se retira

Fig. 4-31:

Expulsor de piezas

1 Horquilla de expulsión

2 Parte inferior de la

herramienta (desplazable)

3 Guía

4 Módulo giratorio

y elevador

5 Corredera

6 Pieza

7 Acanaladura inclinada

Fig. 4-32:

Estación con giro de 180°

1 Módulo giratorio

y elevador

2 Pieza

3 Mordaza giratorias


5 Mordaza fija


I hasta IV

Secuencias del movimiento

giratorio

7

6

5

4

3

2

1

IV

II

III

I

6

54

32

1

5

La técnica de sujeción

5.1 La pinza y la piezasujetada forman una unidad

81

de la zona de trabajo. En este caso se optó por un sistema de accionamientocompacto mediante un módulo neumático giratorio y elevador.

Los tornos frecuentemente realizan la operación de mecanizado en ambos extremos de las piezas. Ello significa que hay que sujetar la pieza, mecanizarla,girarla para volver a sujetarla y mecanizarla por el otro extremo. Si bien existenpinzas que giran sin soltar las piezas, suelen utilizarse en estaciones de giroperiféricas. Estas unidades pueden utilizarse para la manipulación de piezas de diversos tamaños sin que sea necesario reequiparlas. En la fig. 4-32 puedeapreciarse un ejemplo con actuadores neumáticos.

En primer lugar, una plataforma acoge la pieza depositada por un robot. A continuación, se sujeta la pieza. La plataforma desciende, con lo que la piezapuede girar. Entonces la plataforma vuelve a subir, y las mordazas se retiran.Así, la pieza queda libre con lo que puede sujetarse nuevamente.

5 La técnica de sujeción

82 5 La técnica de sujeción

Las pinzas son manos mecánicas utilizadas para fabricar piezas, montarlas, controlar su calidad o para embalarlas. Tratándose de operaciones automáticas,es fundamental que las piezas se sujeten correctamente.

La evolución de los procesos automatizados ha tenido como consecuencia una disminución del trabajo manual en las fábricas. La mano humana, capaz de realizar unos 1000 movimientos de sujeción diferentes, ya no es capaz deejecutar los movimientos necesarios en el ámbito del micromontaje. Es evidenteque la tendencia en favor de la miniaturización de productos, componentes y equipos de manipulación va en aumento. La serie de ventosas estándar, por ejemplo, empieza por un diámetro de 1,2 mm y su altura es de 1,6 mm. Con estas ventosas es posible aplicar fuerzas de sujeción de 0,03 N.

La configuración de las pinzas depende fundamentalmente del esfuerzo que tienen que soportar para que la operación de sujeción sea segura. Durante las operaciones de manipulación cambian las fuerzas y momentos en funcióndel lugar, del sentido del movimiento y del tiempo. En determinados casos incluso se producen vibraciones. En consecuencia, la pinza y la pieza tienen que entenderse como una sola unidad. La transmisión de las fuerzas dependede los factores que se indican a continuación:• Disposición de la pinza en el espacio en función del equipo de manipulación• Fuerza resultante de la masa, la inercia y la fuerza centrífuga• Geometría y superficies de la pieza• Diseño de los dedos de la pinza y la consecuente distribución de la fuerza por

sus formas y efecto recíproco• Características de las superficies de la pieza y de las pinzas• Condiciones ambientales (polvo, taladrina, temperatura y vibraciones)

En la fig. 5-1 se muestran algunas posibles formas de sujetar piezas. El grado demovilidad F se refiere a los ejes de movimientos giratorios y lineales aseguradospor emparejamiento de fuerzas. Las piezas únicamente pueden desplazarse enesos sentidos si las fuerzas ocasionadas por la operación de manipulación sonsuperiores a la fuerza de fricción aplicada en las pinzas.

Fig. 5-1:

¿Emparejamiento por formas

o fuerzas?

Algunos ejemplos

de combinaciones posibles

1 Pinza

2 Pieza

F Grados de libertad

de los movimientos

Fig. 5-2:

Sujeción de placas (ejemplos)

1 Pieza

2 Dedos de la pinza

3 Pinza paralela

p Aire a presión

Contacto en puntos Contacto en superficie Sin contacto

F=5F=4F=3

F=2F=1F=0

21

3 1

p

12

83

5.2 Pinzas de precisión y pinzas especiales

Fig. 5-3:

Pinza de precisión (Festo)

1 Dedo de la pinza

2 Guía de bolas

3 Clavija de arrastre

4 Corredera

5 Junta

6 Émbolo

7 Rueda dentada

8 Muelle de presión

9 Cuerpo de la pinza

D Diámetro del émbolo

(12, 16 ó 20 mm)

H Carrera total

(5, 10 ó 15 mm,

según tamaño)

L Distancia útil

Fig. 5-4:

Aplicación de la fuerza

en pinzas de precisión (Festo)

1 Dedo de la pinza

2 Pieza

3 Émbolo neumático


FG Fuerza de sujeción

FF Fuerza del muelle

FP Presión aplicada

por el émbolo

Debe tenerse en cuenta que no es posible aumentar ilimitadamente las fuerzasde sujeción, ya que las piezas huecas de paredes delgadas o las piezas de mate-riales sensibles podrían sufrir daños. Por esta razón es recomendable utilizarelementos de sujeción de formas adaptadas a la pieza en la zona de aplicaciónde la fuerza principal. Las piezas de material poroso no soportan presión en suscantos, por lo que es necesario sujetarlas por su superficie plana (fig. 5-2). Si laspiezas son planas y ligeras, incluso es posible sujetarlas sin establecer contactocon ellas (por ejemplo con gotas de agua microscópicas que forman una capa de hielo capaz de sujetar la pieza. En este caso, la fuerza de sujeción llega a ser desde 50 hasta 100 veces superior a la fuerza que son capaces de aplicarlas ventosas. Otra solución consiste en aprovechar la paradoja aerodinámica(fig. 5-2, derecha). Este elemento de sujeción por chorro de aire es muy sencilloy, además, no tiene piezas móviles. El aire saliente crea un pequeño vacío entrela placa de sujeción y la parte superior de la pieza.


H38

D12

60

L

43

21FG

FG

FG

Fig. 5-5:

Sistema de sujeción y mani-

pulación para montar cajas

1 Base del sistema

de sujeción


3 Cartón ondulado apilado

4 Conducto de vacío

5 Base orientable

de la ventosa

6 Ventosa

7 Uno de los lados de la caja

8 Placa de base

con articulación giratoria


En la técnica de montaje se necesitan pinzas que cierren con precisión aunquesus dedos sean largos y que, además, dispongan de guías que permitan que los dedos ejecuten los movimientos con suavidad. Estas pinzas de precisiónestán dotadas de guías de bolas sin holguras. En la fig. 5-3 puede apreciarse el esquema simplificado de una pinza de esta índole. Los dedos de la pinzaparalela se accionan mediante émbolos neumáticos. Para que los dedos cierrenexactamente en el punto céntrico, están unidos por un sistema de piñón y cremallera. La fuerza de sujeción puede regularse mediante la presión de trabajo y en la práctica se aplican fuerzas de aproximadamente 56 N, siendola presión de 6 bar, el diámetro del émbolo de 12 mm y la distancia L de 20 mm.Los muelles mantienen cerrados los dientes en caso de una caída de presión.

La fuerza de sujeción depende del funcionamiento de la pinza (de simple o de doble efecto) y del tipo de sujeción (interior o exterior). En la fig. 5-4 vemos la superposición de cada una de las fuerzas en función de la variante de aplicación.

1

8

7

6

5

4

3

2

85

Existen muchas pinzas especiales, diseñadas para determinadas piezas o procesos. En numerosas ocasiones se intenta combinar la operación de sujecióncon otras operaciones. En la fig. 5-5 vemos el esquema simplificado de un sistema de sujeción por vacío para cartón ondulado. Los cartones apilados serecogen uno a uno mediante ventosas. A continuación, las ventosas exterioresgiran hacia el interior para doblar el cartón. Las ventosas giratorias se encuen-tran en los cuatro lados para doblar el cartón con el fin de obtener una caja. El equipo ejecuta las siguientes secuencias:• Separar un cartón de la pila de cartones• Doblar los cuatros costados• Colocar la caja en un punto determinado de la vía que lleva

a la estación de embalaje

Otro ejemplo: manipulación de flejes en secuencias rápidas. Esta aplicaciónpuede resolverse mediante dos unidades de sujeción que se mueven de modoalternativo. En la fig. 5-6 se muestra la configuración del sistema. Mientras unade las pinzas se encarga de hacer avanzar el fleje, la otra vuelve a su posicióninicial con los dedos abiertos. Esta configuración es adecuada si el recorrido de avance es largo y si los ciclos son cortos. En el diagrama se aprecia que losmovimientos son opuestos y simultáneos. Para evitar un deslizamiento delmaterial, es posible aplicar un material antideslizante en los dedos de las pinzaspor ejemplo una capa de elastómero con puntos salientes. Otra alternativa consiste en ranurar los dedos en milésimas de milímetro para que su superficiesea menos lisa. El uso de sistemas de adherencia sin contacto es indispensablesi las piezas tienen superficies muy sensibles. Si el fleje es de acero, puedeobtenerse un coeficiente de fricción de aproximadamente 0,5, un valor bastantesatisfactorio.


Fig. 5-6:


de fleje con accionamiento

neumático

a) Esquema del sistema

completo

b) Diagrama del avance

por ciclos

1 Fleje

2 Pinza

3 Rodillos de guía lateral

4 Placa de base

G Pinzas

L Unidad lineal

t Tiempo

Fig. 5-7:

Equipo de dos ejes para

el transporte por pinzas

1 Prensa

2 Pieza

3 Parte inferior de la prensa

4 Pinza

5 Carril de transporte

6 Unidad lineal

7 Unidad de carrera corta

b)a)

4

3

2

1

1

7

6

5

4

3

2


Para las operaciones de deformación se utilizan prensas que van modificando la forma de una pieza en varias fases. Ello significa que las piezas tienen quetransportarse de una prensa a la siguiente. Si las prensas son grandes, es posible que lleven integradas el sistema de pinzas de transporte. Tratándosede pinzas más pequeñas o de soluciones especiales, es posible recurrir a unsistema de pinzas múltiples utilizando componentes neumáticos estándar, tal como se muestra en la fig. 5-7. Para ello tienen que montarse algunas pinzas individuales sobre un carril de transporte. En algunos casos es posibleprescindir del eje de movimiento transversal si se utilizan pinzas que abrenampliamente sus dedos. Las prensas, al abrir, dejan al descubierto una super-ficie grande y plana, de modo que por lo general no es necesario elevar las piezas para retirarlas. Si, por lo contrario, hay que elevar las piezas, tiene que instalarse como eje 1 un eje vertical de carrera corta.

5.3 Pinzas miniaturizadas

Fig. 5-8:

Pinza angular

miniaturizada (Festo)

a) Dibujo en sección

de la pinza

b) Variante de sujeción

1 Cuerpo

2 Émbolo con diámetro

de 8 mm

3 Mordaza

4 Pasador cilíndrico


6 Dedo de la pinza

7 Pieza

8 Guía de plástico

para las mordazas

9 Brida de sujeción

con muelle de presión

integrado

H Compensación de altura

8

H

937

b)a)

76

5

4

3

2

1

3

Fig. 5-9:

Variantes de pinzas

angulares Micro (Festo)

a) Pinzas tipo revólver

b) Diversas ejecuciones

de pinzas

1 Dedos de la pinza

2 Mordaza

3 Cuerpo de la pinza

4 Brida de sujeción

5 Revólver de disco

6 Ángulo de soporte

para el montaje

7 Unidad giratoria

Fig. 5-10:

Pinza con unidad

de accionamiento separado


2 Muelle de reposición

3 Acoplamiento

4 Barra de presión

5 Mordaza

6 Dedo de la pinza

7 Pieza

p Aire a presión

5.4 Pinzas magnéticas

87

Las pinzas miniaturizadas se utilizan en la electrotecnia, la electrónica, la mecánica de precisión, la automatización de equipos de laboratorio, la ópticay en la fabricación de aparatos médicos. Cuando hace 10 años se hizo una encuesta en la industria eléctrica/electrónica para descubrir los elementos queimpedían el uso generalizado de los robots, las pinzas fueron uno de ellos. Ellosignifica que las pinzas entonces disponibles no eran apropiadas para efectuaroperaciones de manipulación en esos sectores industriales. Sin embargo actual-mente, muchos productos y componentes tienden a la miniaturización, lo quedificulta su manipulación. Además, las piezas pequeñas tienen comportamien-tos característicos diferentes a los de las piezas de mayor tamaño. Adicional-mente, dichas características adquieren una importancia que no tenían en laspiezas grandes. Las cargas electrostáticas, por ejemplo, pueden ocasionar quela pieza miniaturizada se quede adherida a la pinza. En consecuencia, esnecesario recurrir a otros sistemas de sujeción, tales como los de fijación poradherencia. Cabe anotar, sin embargo, que también las pinzas son cada vez máspequeñas. En la fig. 5-8 vemos la estructura de una pinza angular miniaturizada.En este caso, un simple émbolo neumático de extremo cónico aplica la fuerzanecesaria sobre los dedos que sujetan la pieza.

Disponiendo de una presión de trabajo de 6 bar y siendo de 8 mm el diámetrodel émbolo, se obtiene una fuerza de sujeción de aproximadamente 5,5 N. A modo de comparación debe saberse que una ventosa de 11 mm de diámetrogenera una fuerza de adherencia de unos 1,2 N. Para sujetar las pinzaspequeñas puede recurrirse a diversos elementos complementarios (bridas desujeción y tuercas de ajuste) (fig. 5-9b). La brida de sujeción lleva un elementointegrado para compensación de altura. Su tamaño es de 5 mm para una pinzacon diámetro de 8 mm.


123

4

5

6

7

a) b)

2

p

D

3

76541


Separando los dedos de la unidad de accionamiento es posible obtener fuerzasde sujeción mucho mayores. En ese caso, la unidad de accionamiento puedeestar en otro lugar o puede ser suficientemente grande. Ello significa que elpequeño émbolo es sustituido por una barra de presión de punta cónica, talcomo se muestra en la fig. 5-10. Dicho sea de paso que la barra de presión bien podría ser un vástago hueco de una pequeña unidad lineal. El diámetro Dde la pinza puede ser, por ejemplo, de 12 mm.

Las pinzas magnéticas son muy sencillas y se utilizan frecuentemente para lamanipulación de piezas ferromagnéticas, especialmente piezas planas de chapa.Sin embargo, cabe anotar que suele necesitarse una fuerza de expulsión paraseparar las piezas del imán. Puede prescindirse de esta fuerza únicamente si es posible retirar la pieza lateralmente (para retirar la pieza elevándola vertical-mente del imán se necesita una fuerza mucho mayor). Para evitar este problemaexisten diversas soluciones que consiguen desplazar el campo magnético mediante un movimiento relativo, es decir, aumentando la distancia entre lapieza y el imán. Este desplazamiento puede conseguirse muy bien utilizando

Fig. 5-11:

Pinza magnética

con traslado neumático

del campo magnético

a) Corte en sección

de la pinza magnética

b) Cilindro con perfil

en función de la forma

de las piezas

c) Traslado del imán

en combinación con chorro

de aire para expulsar

la pieza

d) Secuencias de la operación

de manipulación

1 Émbolo

2 Imán permanente

3 Cilindro

4 Pieza

5 Cilindro perfilado

en función de la forma

de las piezas

6 Taladro para tobera

p Alimentación de aire

a presión

p

1

2

3

4

p

p

p

p4

2

1

4

5 6

a) b) c)

d)

Acercar Sujetar Transportar Posicionar Soltar

89

un émbolo neumático. En la fig. 5-11 se muestra un ejemplo. La separación de la pieza resulta más fácil si el fondo del cilindro está provisto de toberas para aplicar chorros de aire (fig. 5-11c). Si el «salto» que da la pieza al acercarseel imán no constituye un problema (ya que la precisión de la posición es algomenor), no es necesario que el cilindro sea de doble efecto. El movimiento descendente del émbolo podría sustituirse por la fuerza de un muelle. La pinzamagnética que aquí se muestra confirma una vez más que con la neumática esposible conseguir soluciones muy eficientes y sencillas a la vez.

También es posible imaginar una variante en la que en vez del imán permanentese use un electroimán. Al subir el émbolo con la bobina, se establece el contactoeléctrico a tierra para conectar el electroimán. Con esta solución es posible regular eléctricamente la fuerza de sujeción y se evita casi completamente elproblema del campo magnético residual.

6 Criterios, índices de referencia y componentes

6

Criterios, índices

de referencia

y componentes

6.1 Combinar sin fantasear

Fig. 6-1:

Discos de Arquímedes

de Siracusa

Soporteve

rtic

alSo

porte

horizontal Soporte inclinadoM

arcodesoporte

Plat

afor

ma

2 ruedas 4 ruedas

PatínRodillo

Yugoconcabestrillo

Cuerdaentrele

zada

Cuerda tensa

Fig. 6-2: Ejemplo de unesquema morfológicobidimensional

6.2 Evaluación y selección

Es fundamental tomar una decisión en relación con las posibles variantes, soluciones y componentes. No todo lo que teóricamente puede combinarse para formar un equipo de manipulación ofrece buenos resultados. Por otro lado,sabiendo que la sinergia tiene como consecuencia que el todo es más que suspartes, una combinación de componentes bien puede resultar muy eficiente.Además, la situación se complica en la medida en que suelen haber varias soluciones para la ejecución de una tarea específica. Por ello, el último capítulose dedica al tema de las combinaciones, su evaluación y selección.

Arquímedes (aproximadamente 287-212 a. C.) ya reconoció en su época las ven-tajas que ofrece el método de la combinación. Para mejorar las característicasde nuevos tipos de armas utilizó discos de madera debidamente identificadoscon inscripciones en función de sus características (fig. 6-1). Girando los discos,aparecen combinaciones de características correspondientes a ejecuciones diferentes, surgiendo así posibles nuevas soluciones.

Los fabricantes de sistemas modulares para la técnica de manipulación suelenidentificar los módulos de tal manera que resulta visible su compatibilidadrecíproca. Además, también expresan recomendaciones sobre los adaptadoresdisponibles para efectuar las conexiones necesarias. Utilizando adaptadores esposible, al menos en principio, conectar entre sí componentes pertenecientes a conjuntos de módulos diferentes. Sin embargo, pocas veces se hace uso deellos. Para no cometer errores al combinar, es recomendable confeccionar prime-ro un esquema gráfico de combinaciones posibles. Para solucionar problemastécnicos suele aplicarse un planteamiento morfológico. En la fig. 6-2 vemos unejemplo simplificado de un esquema morfológico bidimensional de un equipo de pick & place. Para cada operación que puede resultar compleja debe incluirsela mayor cantidad de elementos. Considerando las compatibilidades es posibledefinir soluciones estableciendo una relación entre los elementos desde arribahacia abajo. El esquema no es más que un ejemplo que demuestra cómo proceder sistemáticamente para encontrar una solución. Se sobreentiende que hay muchos otros métodos, tales como por ejemplo esquemas ramificados,catálogos de soluciones o distribuciones matriciales. Por lo general podrá com-probarse que existen varias soluciones diferentes para una tarea determinada.En consecuencia, el siguiente paso consiste en evaluar las posibles soluciones.

6 Criterios, índices de referencia y componentes90

Soluciones

Solución

Tare

as

Empujar

Acoplar

Girar

Acoplar

Sujetar

Detectar

Husillo Émbolo Correa

Ángulo Disco Placa Adaptador

Corona Adaptador Brazo Ángulo

Tenaza

Pinza paralela

Ventosa Pinza doble

Luz Imán Chorro de aire Inducción

Émbolo Rueda dentada Aleta giratoria


Para encontrar la variante más ade-cuada, es necesario analizar de modo sistemático las características de loscomponentes, especialmente aquellas relacionadas con la cinemática y ladinámica. Al final del proceso de sel-ección se realiza una comparación entre loque se espera del equipo y lo que éstees capaz de rendir. Ello significa quees necesario disponer de criterios ade-cuados para elegir entre las posiblesvariantes. Sin embargo, no es fácildefinir esos

criterios, ya que tienenque formularse de talmanera que sean inde-pendientes entre sí, seexpresen en términoscuantitativos y siempretienen que expresar algopositivo. (es decir, nodeben emplearse, porejemplo, términos como

“ruidos” sino “ausenciade ruidos”). Los criteriosdeben cubrir los siguien-tes campos:• Funcionamiento técni-

co y físico• Viabilidad construc-

tiva• Economía• Relación hombre-

máquinaEl proceso de evalua-

ción incluye todos los

pasos que tienen que

darse para elegir entre

muchas alternativas la

más apropiada aplican-

do determinados

criterios de evaluación.

91

Tabla 6-1:

Algunas referencias y criterios

para evaluar soluciones

y componentes

Parámetros de rendimiento

Al evaluar no es posible separar nítidamente los factores técnicos y económicos,ya que muchos factores económicos que están relacionados directamente con la fabricación tienen que describirse en términos técnicos. Una posibilidad

En la tabla 6-1 se incluyen diversos planteamientos, características y criteriosimportantes para la evaluación. Según la aplicación, primero deben selec-cionarse los criterios aplicables y, en caso necesario, tienen que formularse criterios adicionales.

AccesoriosAjuste automático de la holguraAusencia de deslizamientoAusencia de ruidosCertificación (del fabricante)Compatibilidad electromagnéticaConexión a unidad de controlDocumentaciónDuraciónEconomíaErrores de montajeEscalonamiento de los tamaños Estándar de calidadEstándar de seguridadEstanqueidadExento de mantenimientoFacilidad de manejoFacilidad del montajeFacilidad del ajusteInsensibilidad frente a vibraciones

IntercambiabilidadMomento de giro admisibleParámetros de rendimiento

Posibilidad de ajustar y programarPosibilidad de controlPosibilidad de integraciónPosibilidad de montar detectoresPosibilidad de montar válvulasPosibilidad de reequiparPotencial innovadorPrecisión y características de las guíasPrograma de localización de fallosProtección contra la corrosiónProtección de la superficieReservas del sistemaResistencia a temperaturasResistencia a sobrecargaRigidezSoftwareUso en salas limpias

AceleraciónAmortiguaciónCaracterísticas de arranque y frenadoCiclo de manteni-miento


Fig. 6-3:

El diagrama “S” (trascen-

dencia de una solución)

puede facilitar la elección

de componentes

1 Línea ideal

2 Línea de desarrollo

(supuesto)

si Trascendencian de la

solución de un problema

expresado en valor total Valor técnicoVa

lor

econ

ómic

o

Sideal


Coeficiente de cargaConexiones

- mecánicas- eléctricas

- neumáticas- técnica de control

Desviación de las posicionesEspacio y superficie de trabajo, carreraFlexiónFricciónFuerza del avanceFuerzas y momentosGrado de eficienciaMargen de inversiónMasa propiaPerfil de la velocidadRelación precio/rendimientoTasa de fallosVelocidad

93

Fig. 6-4:

Las deformaciones provocan

un desplazamiento del punto

de aplicación de la fuerza TCP

de unidades lineales

a) Un apoyo

b) Pórtico

Fig. 6-5:

Comportamiento

de la amplitud.

Diagrama espacio/tiempo

sin carga sin carga

con carga con carga

TCPTCP

Tiempo de recorrido con carga nominal

Tiempo

Re

corr

ido

(entre muchas otras) consiste en la confección de diagramas para efectuar unacomparación entre lo técnico y lo económico. En la fig. 6-3 se muestra el métodocorrespondiente.

El valor económico incluye, de modo resumido, el valor de todas las cualidadeseconómicas, mientras que el valor técnico es el resumen de las propiedades técnicas (especialmente aquellas relacionadas con el funcionamiento y el uso).La trascendencia «S» que tiene una posible solución «i» se identifica con elpunto Si. En consecuencia, en el diagrama los mejores componentes (solucio-nes) aparecen en el lado derecho en la parte superior. Un buen desarrollo de las posibles alternativas se ubica en las cercanías de la línea ideal y se acercapaulatinamente al valor ideal Sideal. Los criterios de mayor relevancia son la flexión, la resistencia a vibraciones y las propiedades de la guía.

Algunos fallos se explican por la elasticidad de las partes mecánicas. Las estruc-turas mecánicas, los equipos de manipulación y los módulos de ejes se sometena esfuerzos y momentos estáticos y dinámicos. Además, en ellos inciden fuerzasy cargas variables desde el exterior y desde el interior actúa la masa propia,además de otros factores, tales como las temperaturas. Todos estos factoresprovocan deformaciones a las que el componente se opone ofreciendo una resistencia determinada. Esta resistencia lleva el nombre de rigidez.

Las deformaciones tienen como consecuencia un desplazamiento del punto de aplicación de la fuerza de sujeción (TCP, tool center point), con lo que dis-minuye la precisión del posicionamiento. Para conseguir que la operación deposicionamiento sea precisa, únicamente pueden utilizarse equipos de mani-pulación de gran rigidez. La flexión depende principalmente de la carga, de ladistancia del punto de apoyo y de la sección transversal de la guía. En la fig. 6-4podemos apreciar las deformaciones correspondientes comparando un equipode manipulación sometido a una carga con otro que no está expuesto a dichoesfuerzo. Claro está que la representación gráfica está simplificada porque también sin carga útil hay fuerzas que por el peso actúan sobre el elemento en cuestión y que por sí solas pueden ocasionar una deformación. Las deforma-ciones ocasionadas por las cargas pueden manifestarse en diversos ángulos y su cuantía puede variar en función de la configuración de la estructura. Lospórticos tienen propiedades diferentes a las ejecuciones menos rígidas. La rigi-dez de los pórticos depende fundamentalmente de la distancia entre los apoyos.


6.3 Guías y suavidad del movimiento

Fig. 6-6:

Relación coste/rendimiento

en las guías lineales

1 Rodamiento lineal de bolas

2 Guía perfilada

3 Guía de precisión

Rendimiento

Pre

cio

1

2

3

6 Criterios, índices de referencia y componentes 95

6.4 Conclusiones

96 Bibliografía

Bibliografía

Para evaluar los tiempos de los ciclos hay que considerar las vibraciones. Por logeneral se provocan vibraciones libres que desaparecen rápidamente a causa delas fricciones externas e internas. La amplitud y la frecuencia de las vibracionesdependen de la velocidad, de la carga y de la distancia del punto de apoyo.

La amplitud y el tiempo de las vibraciones se resumen en el concepto de “com-portamiento de la amplitud”. Si un componente avanza a gran velocidad hastauna posición determinada (con lo que la deceleración es grande), el sistemavibra y el componente tiende a avanzar más allá de la posición debida (fig. 6-5).La amplitud “Ü” expresa la desviación más grande de la pinza en un sentidodeterminado al alcanzar la posición. El tiempo “T” que transcurre hasta que concluyen las vibraciones es parte del tiempo funcional total. Dicho tiempo “T”es el que transcurre hasta que el equipo de manipulación (que ya se encuentraen la posición debida) se detiene totalmente dentro de un margen admisible “P”de la posición. Lo que aquí se explica es aplicable análogamente a los actua-dores giratorios.

Bibliografía

Una unidad lineal está compuesta por la guía, el carro, el actuador, el sistema de medición (opcional) y la unidad de control. Todos estos componentes deben estar perfectamente coordinados entre sí. El usuario exige que módulosde este tipo sean capaces de ejecutar por lo menos 100 millones de ciclos de movimientos. Los equipos de manipulación de piezas suelen tener una precisión de repetición de ± 0,5 hasta ± 0,1 mm, siendo las carreras normales de 100 hasta 1000 mm. No obstante, los sistemas de montaje automatizadobien puede ser que necesiten una precisión mayor. Las diferencias económicasentre las unidades lineales se explican por el tipo de posicionamiento (topesfijos, topes en posiciones finales e intermedias, libre programación de las posi-ciones) y por la calidad de las guías (fig. 6-6). En el diagrama se entiende por“rendimiento” la combinación de capacidad de carga, rigidez y precisión de lasguías.

La calidad técnica de los elementos de movimiento lineal varía en función de las aplicaciones: • Ejes de manipulación• Máquinas herramienta y máquinas de trabajo• Equipos de alta precisión

Dado que existen numerosos componentes que pueden montarse o incor-porarse en sistemas de manipulación de piezas, es necesario tener especial cuidado con las cargas ocasionadas por las fuerzas y momentos que actúansobre el eje. La rigidez de una guía lineal depende de la configuración de sucuerpo, del carril de soporte, de los rodamientos (tipo, cantidad y superficie decontacto) y de la pretensión del sistema. En cuanto a los rodamientos de bolas o de rodillos, cabría constatar lo siguiente: las guías de rodamientos de bolasson adecuadas para soportar cargas pequeñas y medianas en sistemas de rigidez mediana. Estos rodamientos tienen poca fricción y, en consecuencia, permiten alcanzar velocidades relativamente altas. Por lo tanto, son muy apropiadas para equipos de manipulación de piezas. Las guías de rodillos son más precisas, rígidas y soportan cargas mayores. Por lo tanto, su uso es especialmente recomendable en máquinas herramienta y en máquinas especiales.

97

98 Índice de términos técnicos

A Accionamiento directo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Accionamiento por correa dentada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57Accionamiento por husillo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57Actuador de doble émbolo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34Aletas giratorias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34Alimentación de flejes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65Alimentación de piezas a una máquina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Alimentación de piezas a una prensa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78Alimentación de piezas provenientes de un cargador . . . . . . . . . . . . . . . . 73Alimentador doble . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Alimentador elevador y giratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Alimentador giratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76Amortiguación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46Amortiguación en las posiciones finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46Amortiguadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46Amortiguadores industriales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

B Bombas giratorias de aletas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Brazo con paralelogramo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Brazo giratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

C Cadenas cinemáticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44Características de rendimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Cargador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Carro de material compuesto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59Ciclo en C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Ciclos estándar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Cilindro de tope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67Cilindro giratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34Combinaciones posibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44Compatibilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Criterios de evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

D Deformaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93Desarrollo del efecto de amortiguación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47Duración de los ciclos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15, 16

E Eje servoneumático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57Ejes de posicionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Elegir un amortiguador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50Elemento de tracción y compresión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68Elemento para unir piezas perfiladas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40Elementos de instalación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41Émbolo dentado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34Emparejamiento por formas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82Emparejamiento por fuerzas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

Índice de términos

técnicos

99

Empujadores giratorios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Equipo de alimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77Equipo de alimentación compacto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Equipo de alimentación de fleje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85Equipo de pick & place . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11, 70Equipo para retirar piezas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79Equipo para transportar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66Equipo de alimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74Esquema morfológico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89Estación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80Estructura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39Excéntrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68Expulsor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79Expulsor de piezas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

F Fluidic muscle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38Funcionalidad superflua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

G Giratoria con brazo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62Giratorio de 4 posiciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37Giro superior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75Grado de libertad de movimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Grado de libertad de movimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Guías . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Guías lineales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

M Manipulación de piezas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9Mano protésica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38Medición magnética del recorrido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55Modelos de movimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43Módulo de aletas giratorias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73Módulos de manipulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Momento de inercia de la masa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61Motor de paso a paso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Movimiento circular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Movimiento entre topes intermedios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33Movimientos en varias posiciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Muestra de posibles movimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

O Operación de separación de las piezas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

P Periferia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Piezas en bruto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Pinza angular miniaturizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86Pinza de precisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83Pinza paralela . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

Índice de términos técnicos

100 Índice de términos técnicos

Pinzas magnéticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87Pinzas miniaturizadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86Pinzas tipo revólver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87Plano inclinado escalonado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77Posición inicia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Posiciones no tengan holguras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35Potenciómetro, potenciómetro de plástico conductor . . . . . . . . . . . . . . . 53

R Rebote . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46Recoger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18Recoger las piezas de modo alterno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77Regla codificada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53Regla de Steiner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61Regulación servoneumática de posiciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Regulador de posiciones finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51Representación esquemática de las funciones de manipulación . . . . . . . 70Rigidez . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

S Sincronización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42Sistema de accionamiento de 4 posiciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Sistema de alimentación con brazo doble . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46Sistema de doble brazo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76Sistema de guía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Sistema de módulos de posicionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Sistema de pinzas múltiples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85Sistema de regulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Sistema de rosca y rodillos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34Sistema de bloqueo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Sistema de tope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Sistema de topes intermedios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Sistema de tubos flexibles protectores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41Sistema de unión por cola de milano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40Sistema lineal de posicionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Sistema Soft-Stop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51, 70Sujeción por chorro de aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

T Tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Tope revolver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Tope orientable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34Topes en posiciones intermedias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Transmisor del cojinete del rotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54Transmisor incremental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

U Unidad con brazo giratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63Unidad de sujeción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Unidad gemela . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

101

Unidad giratoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34, 60Unidad lineal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Unidad lineal y giratoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Unidades básicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Unión mediante tuerca deslizante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

V Válvulas de regulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65Ventosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Ventosa montada en un émbolo de elevación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Índice de términos técnicos

Anexo102

1

13

12

11

16

17

18

8

9

7

4

3

6

15

14

5

2

19

10

Anexo:

Equipos de pick &

place típicos (conjun-

tos modulares de

Festo)

Equipos de pick & place.

Modalidad voladizo

(HMP/HMP/DRQD/HGR)

1 Conjunto de piezas

de unión

2 Columna perfilada


de unión


de unión

5 Accesorios

6 Tapa de protección

7 Módulo lineal


de unión

9 Módulo lineal


de unión



de unión

13 Pinza radial

14 Caja de distribución

15 Tubo flexible

de protección

16 Racor

17 Contratuerca


19 Distribuidor multipolo

para entradas y salidas

Anexo 103

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1


Modalidad voladizo


de unión

2 Columna perfilada


4 Ángulo de unión, ángulo

de base, conjunto

de piezas de unión


de unión

6 Módulo lineal


de unión

8 Minicarro


de unión

10 Pinza paralelas

Anexo104

4

5

36

8

7

2

1

12

11

10

9


Modalidad de pórtico


de unión

2 Columna perfilada


de unión

4 Columna perfilada



de unión

7 Actuador lineal

8 Eje de guía


de unión

10 Módulo lineal

11 Pinza paralela

Anexo 105

1

2

3

5

4

8

9

10

11


Modalidad de pórtico


de unión

2 Columna perfilada



de unión

5 Actuador lineal

(6 Amortiguador)

(7 Soporte

del amortiguador)


9 Minicarro


de unión

11 Pinza paralela

sistemas modulares de manipulación

Documents

eje y sistemas

fbricas y

pinza y

los equipos

tomar y colocar para

evaluacin y seleccin

los mdulos

precisin y fiabilidad