Movimiento DELTA y su aplicación en la robótica

La biomimetismo es la estrategia de modelar diseños y estructuras en tecnología basandose en la observacion y copia de la naturaleza. Un buen ejemplo es el diseño de un robot de ensamblaje de dos brazos que tiene articulaciones como las de una ser humano asi pues dispone de muñeca, codo y hombro. Muchas veces a la hora de diseñar un robot los ingenieros se basan en estructuras musculoesqueléticas de animales y humanos para desarrollar sus ronots. La idea es que, si estámos diseñando un robot para realizar tareas que sustituiran a brazos y manos humanos, estos son un buen punto de partida.

Robot con sistema DELTA

Lo mas interesante del robot delta es que no se basa en ningún organismo vivo y va mas allá del concepto de biomimetismo. El sistema delta es eficiente y esta optimizado no inspirandose en la naturaleza sino en geometria y matematicas.

La invención del robot Delta

Dr Reymond Clavel inventor del robot delta. derechos de imagen EPFL

Los robots delta están ampliamente establecidos en la industria de la automatización. Hoy en día los robots de brazos articulados de grandes dimensiones son la referencia en todas las industrias. Pero a principios de los años 80 no había muchas opciones de robots que pudieran automatizar tareas ligeras “pick and place” con rapidez y precision.

Una investigacion liderada por Reymond Clavel en el Laboratorio de Sistemas Robóticos de la Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) dio lugar al robot delta tras su visita a una fabrica de chocolate. La idea era poder automatizar el empaquetado de bombones ya que era una tareas con una carga baja y una alta velocidad.

El comienzo del diseño se basaba en establecer la velicidad y las restricciones de movimientos. La velocidad se establecio en 3 selecciones por segundo. Respecto a la movilidad establecierón unos requerimientos de 4 grados de libertad: 3 ejes para las traslaciones y rotatacion del eje vertical. Después para aumentar la velocidad se establecierón otras dos restricciones: los actuadores se establecen en el marco y la parte móvil del robot tendria que ser muy ligera.  

Unos meses después de la visita a la fabrica de chocolate el prototipo estaba terminado; y en diciembre, presentaron una patente del robot.  Y en un par de años el robot delata se comercializo por la empresa Demaurex Robotics and Microtechnology.

A pesar del gran adelanto y las primeras reacciones no fueron de gran entusiasmo. La clave para la comercializacion a gran escala, como otros productos consistia en demostrar comerci. Al igual que con cualquier nueva tecnología, los clientes potenciales necesitan saber como mejorara sus procesos o como los facilitara o reducira costos. ¿Cuál es el ROI?

Movimiento de un robot con Sistema DELTA

Tras mas de treinta años en el mercado, ya nadie duda que los robots con “forma de paraguas” son la mejor alternativa para tareas tales como el pick-and-place, clasificación y otras aplicaciones de alta velocidad y baja masa. 

El funcionamiento de una robot delta típico se basa: tres servomotores de alto par montados en un marco rígido. En cada eje del motor, se monta un brazo perpendicular al eje de rotación del eje. Algunos robots usan transmisión directa, en la que el brazo se monta directamente en el eje, y algunos usan una caja de cambios. Estos brazos de “bíceps” están conectados a varillas de enlace livianas dispuestas en paralelogramos para restringir el movimiento de torsión. Estos brazos están conectados a una plataforma central. Las juntas en ambos extremos de cada barra paralela se mueven libremente, típicamente en juntas esféricas. En la plataforma inferior, se puede colocar el efector final, así como varias otras opciones, incluidos motores para ejes de libertad adicionales. La mayoría de los robots delta tienen, al menos, un cuarto eje, que permite rotar los objetos.

El mayor beneficio de los robots delta se basa en que los motores pesados estan situados en los marcos, permitiendo que las partes móviles sean muy ligeras. Esto a diferencia de los brazos roboticos que cada articulación sopota el peso de los motores sucesivos. 

Debido a este diseño basado en palanca, los motores deben entregar un par elevado para contrarrestar el aumento de apalancamiento aplicado por la carga útil en el eje. Esto contribuye a las bajas cargas útiles de la mayoría de los deltas.

No solo existen robots delta con tres brazos y cuatro ejes de libertad, hay otras configuraciones. Por ejemplo, el robot paralelo Quattro. 

OMRON tiene un robot delta que permite transportar 15 k de peso sin rotacion o 6 k con rotacion.

Los robots delta mas modernos pueden añadir un nuevo movimiento o cuarto eje de libertad theta alrededor del eje z. Hay dos posibilidade de diseño, la solución tradicional tener tres motores montados arriba y luego un motor separado para hacer la rotación o ponerlo en la plataforma. El motor en la parte superior necesita un eje de trasmision, y el motor en la plataforma necesita un motor pequeño ya que aumentará la inercia.

La configuración con eje permite una mayor carga útil evita la inercia y el problema de tenr un cable que lleva hasta el motor.

El diseño con eje tiene como inconveniente, añadir otro elemento al mantenimiento y un desgaste que requerira reemplazo.

Robot delta y ejes de movimiento.

No hay un robot con movimiento mas simple que un robot delta. Un robot delta se mueve libremente dentro del espacio XY, sin embargo el movimiento en Z es mas limitado.

A veces hay aplicaciones que requieren de rotaciones en los ejes X, Y y Z y entonces será necesario otro tipo de robot.

¿Qué tipo de robot elegir?

Esta es la pregunta en un principio difícil y que se puede simplificar respondiendo a unas simples preguntas:

  • Factor de forma y envolvente de trabajo
  • Requisitos del sistema de visión
  • Programación y controles

Principalmente el factor principal para elegir un robot es la frecuencia de ciclo que se va a necesitar y el peso que hay que manipular. Información fácil de conseguir ya que esta en las hojas de caracterisitcas de los robots.

Los robots Delta sobresalen en tareas de pick-and-place a alta velocidad. La gran aceleracion de estos robots algunos pueden llegar a 12-15 g hace que el agarre del material que mueven sea un factor importante o puede salir despedido.

En el caso de que efector elegir hay dos posibilidades principales, pinzas que añaden peso a la solicion fianal y restan velocidad al tener que abrirse y cerrarse cada vez que recogen o sueltan un producto y las pinzas de ventosa que son muy rapidas y con alta repetibilidad, pero no todos los objetos pueden manipularse con succión.

¿Robot DELTA?

Es la mejor alternativa para aplicaciones de pick and place y expande la posibilidades de los robots de brazo limitados en velocidad. El robot delta es definitivamente la solución mas rápida debida a su arquitectura cinemática y tienen una ventaja mecánica en rendimiento y flexibilidad sobre los robots articulados.

Los robots Delta están diseñados específicamente para pick-and-place, ningún otro robot puede moverse sin sobrecalentarse a velocidades parecidas.

Cada día se están extendiendo mas gracias a sus cualidades y nuevas aplicaciones como la máquina de medicion ABERLINK EXTOL.

Industria de la alimentacion y envasado

Muchas de las aplicaciones mas allá del pick and place se encuentran en al industria alimentaria, de donde surgio la idea de su creación. Esta industria se caracteriza por un alto volumen y estrictas normas de salud y seguridad. Los fabricantes de alimentos tienen que cumplir con estándares de lavado de equipos y evitar la exposición del producto a contaminantes potenciales como lubricantes, fragmentos de metal o plástico o polvo. Debido a la arquitectura del robot delta, los motores se pueden aislar bien en gabinetes, y muchos modelos están disponibles con una clasificación de protección de ingreso IP69K, lo que permite que el robot sea explotado por lavado a alta presión y alta temperatura.

Programar el robot Delta

Cualquier técnico programador de robots industriales podra programar un robot delta fácilmente en ciertos aspectos sera mas fácil y en otros no.

Trabajando a altas velocidades, los robots delta están cuidadosamente programados para trabajar en sincronización con el movimiento de las partes de los transportadores. El transportador puede estar equipado con un codificador para pasar información al PLC. Para organizar un picking eficiente de estas piezas, se utiliza un sistema de visión para entregar las piezas correctas a los robots, que también es controlado por el PLC.

Donde se vuelve realmente interesante es en los casos en que varios robots trabajan juntos para elegir de la misma línea. El software utiliza los datos de visión para programar selecciones entre los robots para optimizar el trabajo de cada robot.

Además de estas complejidades, los robots, al final, se programan de acuerdo con sus coordenadas espaciales, en x, y y z. La mayoría de los fabricantes utilizan el mismo lenguaje e incluso el mismo entorno para programar y controlar los robots delta que utilizan para todos sus robots industriales. 

Un sistema de visión identifica los productos buenos de los malos, una variedad de algoritmos filtran los buenos productos y se los dan a los robots. Ofrecemos una amplia gama de cámaras, incluidas cámaras 3D. La visión 3D es emocionante porque puede brindar beneficios particulares para el análisis de datos de productos. Hubo un tiempo en el que solo usábamos cámaras en escala de grises, ahora somos predominantemente de color y, en el futuro, avanzaremos aún más hacia las cámaras 3D “.

Los sistemas de visión actuales pueden identificar objetos de diferentes formas, tamaños e incluso colores, lo que permite operaciones de clasificación y calidad.

Mantenimiento de robot delta.

Al ser un robot de diseño abierto, facilita la reparacion y mantenimiento.

El desgaste de este tipo de robots se centra en las articulaciones efericas que son fácilmente reemplazables.

Según Massoud de Omron, esos anillos suelen durar hasta un millón de ciclos antes de necesitar un reemplazo.

Seguridad

La seguridad de los robots delta difiere de los requisitos de otros robots industriales dada su tamaño mas reducido al mover pequeños objetos o de masa reducida asi como su limitacion de movimientos principalmente en XY. Esto hace que sean menos problematios a la hora de delimitar su contorno de seguridad.

Por otra parte dada su alta aceleracion es importante asegurarse de proteger la posibilidad de que algunos de los objetos salga despedido.

Le puede interesar: EXTOL máquina tridimensional basada en robot DELTA

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