La tecnología lleva a la robótica a la línea de empaque

Actualmente, los robots y sus beneficios están superando sus primeros usos en la paletización y están avanzando para llegar a una mayor cantidad de aplicaciones de empaque primario y secundario.

Durante mucho tiempo, el uso de tecnologías de robótica ha brindado a los fabricantes las ventajas de una mayor productividad, mejor calidad de producto, costos de producción reducidos y ahorros en mano de obra. La “Evaluación de las Tendencias del Mercado de Robótica 2014” publicada por la Asociación para Tecnologías de Procesamiento y Empaque (PMMI) —propietaria y productora de la cartera de ferias comerciales Pack Expo— ilustró el crecimiento del uso de la robótica.

De acuerdo con el estudio, el 75 % de los usuarios finales empleaban robots en algún punto de sus líneas de fabricación hacia 2014, en comparación con solo un 20 % en 2008. Actualmente, los robots y sus beneficios están superando sus primeros usos en la paletización y están avanzando para llegar a una mayor cantidad de aplicaciones de empaque primario y secundario.

PLC integrados y conectados en red

Las empresas están tomando dos enfoques distintos para integrar la robótica en sus operaciones de empaque. El enfoque conectado en red implementa software fácil de usar de controladores lógicos programables (PLC) que envía órdenes a un controlador del robot separado. El otro enfoque, preferido por los constructores de máquinas, es un modelo de solución de control unificado o integrado en el que un controlador se encarga del movimiento de la máquina y del robot. Estas plataformas PLC multitarea coordinan estrechamente los movimientos de los robots con los movimientos lineales de las cintas transportadoras y otros dispositivos móviles en la línea, lo que produce una manipulación más precisa del producto. Los beneficios del modelo integrado incluyen una mayor facilidad de programación del software y reducciones en los costos y el espacio superficial ocupado.

“Cuando Rockwell Automation analizó el mercado, descubrió que la integración del software era la preocupación principal entre los constructores de máquinas de empaque y los fabricantes de robots”, comentó Amy Peters, Gerente de Planificación comercial de Rockwell Automation, que patrocina el Center for Trends and Technology a través de su programa PartnerNetwork.

“Los clientes nos indicaron que debíamos mejorar nuestra integración. El costo de todo lo demás es relativamente pequeño comparado con el tiempo que lleva programar, diagnosticar, solucionar problemas e integrar en el nivel del software. Los clientes desean una solución independiente del proveedor que funcione con todas las marcas de robots en el entorno de programación al que ya están acostumbrados”, señaló Peters.

En el enfoque conectado en red, el controlador Logix de Rockwell Automation envía órdenes a un controlador del robot separado a través de Ethernet/IP. Los clientes utilizan la interfaz del front-end Studio 5000 Logix Designer con software de Instrucciones para complemento (AOI) y Perfil de complemento (AOP) para comunicarse con el controlador del robot y configurarlo a medida que se traduce la programación con lógica de escalera a un código apto para el robot.

“A los fabricantes les gusta este enfoque porque la programación del front-end, la interfaz del operador y las herramientas de diagnóstico son comunes con respecto al control en el resto de sus operaciones, y los operadores y el personal de mantenimiento se sienten muy cómodos con la interfaz de software Studio 5000”, indicó Peters.

Agregó que la interfaz hace parecer que el robot estuviera controlado por su controlador, pero en realidad, el control pasa al controlador del robot a través de EtherNet/IP. Además, los servicios de red Ethernet/IP son comunes al resto de sus operaciones por motivos de seguridad, energía y tiempo.

Integración robot-máquina

Si bien los fabricantes han favorecido el enfoque conectado en red, los constructores de máquinas están llevando a los proveedores de tecnología de automatización hacia el enfoque integrado, mediante la combinación de controles de robots y máquinas en un solo controlador. Con la tecnología integrada, un controlador único manipulará directamente las unidades impulsoras y los motores del robot.

“Los constructores de máquinas nos están conduciendo hacia este enfoque porque es más fácil para los integradores de sistemas y los usuarios finales programar y mantener un paquete de software cuando se integra un robot con una línea de fabricación. La estandarización del hardware y el software reduce el costo total del sistema y simplifica sistemas que podrían ser muy complejos”, indicó Peters.

“En general, la industria del empaque no desea aprender sobre un controlador de robot. Desea saber cómo puede usar sus PLC para comunicarse con el controlador del robot sin tener que lidiar con software exclusivo. Con el controlador RC8, se puede utilizar el lenguaje y la lógica que se prefiera”, indicó Mark Anderson, Gerente ingeniero de Ventas regionales de la Costa Este de DENSO Robotics.

Añade que se puede utilizar cualquier software de uso general para escribir programas de software de proveedor para controlar la comunicación con un dispositivo.

Control unificado

Yaskawa Motoman ofrece una solución de control unificado que se encarga de la programación y del control del robot con un mismo controlador que hace funcionar el sistema de empaque en cajas, fabricación de cajas de cartón o paletización. Los clientes pueden utilizar un paquete de software con un sistema de control para controlar el movimiento del robot y configurar las funciones de movimiento lineal de las levas y los servomecanismos de la línea de empaque.

“El controlador unificado se convierte en un medio para eliminar los procesadores y simplificar el lenguaje, donde el control del robot se convierte en el núcleo de la solución de control general”, indicó Dean Elkins, Gerente general sénior de Yaskawa Motoman.

Agregó que muchos ingenieros de movimiento comprenden la programación de bloques de función, ya sea en un dispositivo IEC o cuando se programa con RSLogix.

Para la despaletización, Yaskawa implementó la solución de visión con inteligencia artificial Neocortex de Universal Robotics. El software de aprendizaje se integra con el software de programación de robots INFORM 3 de Yaskawa y se programa a través de este. El software Neocortex aprovecha una matriz de sensores de Kinect para aprender y guardar puntos de datos sobre tamaños de cajas y sus posiciones en un pallet. Luego, genera un modelo en 3D de la geometría de la caja y lo almacena en la solución basada en la nube. A continuación, el modelo guía al robot hasta su posición “informando la diferencia de desplazamiento entre un punto indicado y un punto observado”, continuó Elkins.

El sistema simplifica el desapilado en un entorno en el cual una gran variedad de cajas pueden encontrarse descentradas y desordenadas. Gracias a la identificación de cualquier número de unidades de mantenimiento de stock (SKU), el sistema evita la necesidad de una configuración de cámara compleja.

“Neocortex le proporciona reconocimiento espacial y de orientación del producto, por lo que puede determinar si algo existe en el espacio y ayudar a impulsar el robot hasta ese punto. El sistema puede tomar decisiones de software importantes respecto de qué cajas deben salir del pallet desde el punto de vista de la prioridad”, explicó Elkins.

Para la recolección y colocación de productos, y el empaque de cajas en aplicaciones de empaque de alimentos, JLS Automation está desarrollando máquinas de empaque con robots integrados de ABB Robotics. Los operadores controlan y monitorean los empacadores de cajas JLS Osprey y los sistemas de selección Talon de las plataformas PLC de Rockwell, conectadas en red con controladores IRB 360 FlexPicker de ABB, sistemas de visión y otros dispositivos.

Programación dedicada

Para optimizar el rendimiento de los robots, los ingenieros de JLS desarrollaron el software de seguimiento de cinta transportadora y de selección por visión EyeQTrak que utiliza algoritmos propietarios escritos en el lenguaje de programación RapidCode de ABB Robotics.

“Gracias a la potente plataforma de robots de ABB, hemos obtenido un mejor rendimiento que realizando nuestra propia programación para evitar restricciones. Nuestros programadores configuran una aplicación con EyeQTrak sin necesidad de ingresar a su núcleo”, expresó Craig Souser, Presidente y Director ejecutivo de JLS Automation.

Añadió que sus clientes se interconecten a través de nuestra interfaz humano-máquina (HMI) para obtener información del sistema sin tener que preocuparse por el control del robot subyacente.

“Los clientes nos dicen que quieren dejar la programación de robots a las compañías de robots. Con las altas velocidades y la cinemática de los robots de nuestras aplicaciones, realizar todo el procesamiento en un control común se vuelve una tarea muy restrictiva. Con nuestras soluciones, no es necesario generar un código para el robot y, desde nuestro punto de vista, el código no es algo que los clientes deberían tocar”, agregó Souser.

El software de PLC programado con lógica de escalera toma decisiones de aprobación/rechazo sobre los paquetes inspeccionados por el Sistema de tecnologías de validación de integridad del paquete (Package Integrity Validation Tecnologies, PIVT). JLS desarrolló el sistema PIVT para una línea de Dietz & Watson que, con el Sistema de empaque de cajas Osprey, empaca embutidos cortados en rodajas. Los robots inspeccionan los paquetes transportados desde una máquina de sellado de llenado de alta velocidad e identifica los productos con pérdidas mediante tecnologías de vacío, visión y sensores. La solución automatizada de inspección y selección le permitió a Dietz & Watson hacer funcionar la línea entre un 30 % y un 40 % más rápido, al mismo tiempo que se redujo el personal de inspección manual.

JLS utiliza las convenciones de PackML para estandarizar los informes de estado de la máquina y la comunicación de la máquina con diseños de HMI consistentes de manera genérica.

“Estamos migrando hacia un cumplimiento de las normas de programación PackML, no porque tengamos clientes que lo exijan o lo especifiquen, sino porque es un enfoque estándar existente para la utilización de plantillas de software, lo que nos beneficiará para el desarrollo de ingeniería. Y, fundamentalmente, beneficiará a nuestros clientes”, declaró Souser.

Tecnología en evolución

Las soluciones de robótica de paletización y despaletización de carga parcial y mixta Alvey de Intelligrated utilizan los avances más recientes en tecnología robótica de integración, software, controles y visión.

“Hemos utilizado la plataforma MLX de Motoman en distintos trabajos con buenos resultados. El PLC Allen-Bradley ejecuta toda la programación, las funciones y los controles, lo que simplifica la integración con las AOI desarrolladas por Motoman”, explicó Earl Wohlrab, Gerente de productos de sistemas robóticos y de paletización de Intelligrated.

“Integramos nuestra solución de cumplimiento de pedidos de GoKart con un robot móvil de Adept y aplicamos su tecnología de movilización autónoma a un entorno de distribución y cumplimiento. La mejora de la selección de carros a través de la movilidad robótica reduce el tiempo de pedido en tránsito en todo el centro de distribución y libera a la mano de obra para que se centre en tareas más complejas sin necesidad de supervisar el flujo de trabajo existente”, indicó Wohlrab.

El robot integrado Adept utiliza tecnología de mapeo y láseres incorporados para navegar a través de una instalación de depósito o fabricación, y ajusta su trayectoria para moverse alrededor de las obstrucciones.

El don de la visión

Los robots están avanzando en muchos frentes adicionales. Los sensores de visión brindan a los robots la capacidad de clasificar por color y permiten utilizar una amplia variedad de herramientas ligeras en el extremo del brazo. Además, los fabricantes de equipos originales (OEM) están equipando los robots con características diseñadas para mejorar la conciencia espacial, lo que permitirá que el personal trabaje con seguridad junto a los robots. Sin necesidad de jaulas, cercas ni protecciones adicionales, y con la capacidad de moverse entre distintas ubicaciones, estos robots aportan flexibilidad en las operaciones.

Los fabricantes de bienes de consumo también han visto diseños de robots que permiten el manejo higiénico de alimentos y el procesamiento aséptico de productos farmacéuticos. Los robots que aprenden de la experiencia y se ajustan según corresponda para ejecutar las aplicaciones permiten una producción más rápida y flexible.

En un mundo de mayor intercambio ininterrumpido de datos entre las máquinas de empaque y sus compañeros robots, los nuevos factores de forma de las máquinas con sistemas de control comunes brindan diseños simplificados y de menor costo.

Los OEM están trascendiendo los límites al integrar la robótica en formas nuevas y diferentes. Por ejemplo, iTRAK de Rockwell Automation es un robot de dos ejes con forma de una cinta transportadora circular en la que las paletas del efector final en la cinta transportadora controlan el producto en lugar de los brazos robóticos tradicionales. Dentro del entorno de programación de Rockwell Automation, el movimiento puede modificarse en distintas áreas de la línea, ya que las unidades robóticas funcionan de manera independiente o coordinada.

“El robot está estrechamente integrado desde el punto de vista de la arquitectura de control y del software, por lo que no existen problemas con la integración y la sincronización entre máquinas”, afirmó Peters.

La robótica continuará evolucionando a medida que los proveedores de robots y automatización colaboren para cumplir con las exigencias de los empacadores para tener un sistema de control estándar unificado que sea simple, flexible y fácil de mantener.