robot fanuc y Kawasaki paletizando

La automatización de un proceso de paletizado reduce los riesgos de salud del operario, y permite aumentar la carga y eficiencia del proceso.

Una de las aplicaciones más populares y con mayor crecimiento de la robótica industrial es el paletizado, pero antes de hablar de la robotización es fundamental saber qué queremos decir con “paletizar”.

1. ¿Qué es un palé?

Si bien en años anteriores ya se empezaba a utilizar, fue durante la segunda guerra mundial cuando el uso del palé (o pallet, si bien comunmente se denomina palet) de madera se empezó a popularizar como plataforma de transporte de armas y municiones. Su uso permitía el aprovechamiento del espacio, una mejora de la estabilidad de la mercancía y la reducción de los tiempos de carga, factores esenciales a la hora de simplificar y optimizar el transporte por ferrocarril. Siendo el ancho de los vagones de 2400 mm, se tomó la lógica decisión de dividir ese espacio en dos, resultando, por lo tanto, en palés de 1200 mm de ancho.

 

La construcción del palé es aparentemente sencilla y eficiente, dado que cada elemento que lo conforma responde a una función. Hoy en día, los dos tipos de palés más utilizados son el europeo (también denominado europalet y de 1200 x 800 mm) y el americano (1200 x 1000 mm). El europalet tiene unas dimensiones de 1200x800x144 mm, un peso propio de 25 kg y capacidad de soportar hasta 1500 kg en movimiento. En España, las características de los palés están normalizadas según la UNE-EN-13698-1, y el aspecto del europalet viene a ser el siguiente:

 

europalet medidas palé

El palé está diseñado para ser fácilmente transportable en caminos de rodillos o por medio de transportadores de uñas (carretillas, transpaletas, AGV) que se introducen por los alojamientos diseñados a su efecto. Estas características hacen posible una automatización sencilla y rentable del manejo de palés, bien por medio de alimentadores de paletas, como de transportadores o robots.

2. ¿A qué le llamamos “paletizar”?

Denominamos “paletizar” al hecho de colocar productos sobre un palé de forma estructurada (un anglicismo no recogido en la RAE), es decir, consiste en recoger producto desde un punto o varios puntos de entrada y trasladarlo sobre el palé. Habitualmente se preparan varios palés al mismo tiempo, de esta manera una vez el primer palé está lleno ya se dispone un segundo palé listo, haciendo que su reposición no suponga una parada.

 

La frecuencia con la que tenemos que mover la carga de productos se denomina “ciclo PTP” (point to point), es decir, el número de idas y vueltas por hora, un parámetro decisivo que puede alcanzar miles de movimientos.

 

Cuando este proceso se hace de manera manual se requiere de varias personas y relevos para dar salida a la entrada de producto, ya que es un trabajo físicamente muy exigente y que genera lesiones por repetividad en las distintas articulaciones y músculos que entran en juego. A continuación, podemos ver un ejemplo de paletizado manual que requiere de dos trabajadores, resultando en un proceso peligroso y poco eficiente.

 

La normativa de riesgos laborales define que carga es cualquier objeto susceptible de ser movido cuyo peso exceda los 3 kg, y establece una limitación máxima de peso de 25 kg, que baja a 15 kg para mujeres o trabajadores jóvenes o mayores, y que se reduce en función de las características del trabajo, como la altura a la que se coloque la carga y la frecuencia del trabajo. Para productos de mayor peso, estos deberían trasladarse con ayuda de medios mecánicos o procesos de automatización que aminoren o anulen la carga. Mover 20 kg 2000 veces en una hora supondría 40 000 kg de producto.

Peso teórico recomendado en función de la zona de manipulación de palés
Peso teórico recomendado en función de la zona de manipulación

3. ¿Cómo se apilan los productos?

La distribución del producto o mosaico no se hace al azar, sino que se busca aquella manera que permita el mayor aprovechamiento del espacio del palé. También puede haber otros criterios como, por ejemplo, que la cara del producto que se muestre al exterior sea una específica, como aquella que lleva la marca. Esto implicaría detectar la posición del producto y orientarlo adecuadamente para que obtenga la vista requerida una vez paletizado.

 

El conjunto de mosaico completo lo denominamos “capa” o “piso”. Por cuestiones de estabilidad de la carga estática, habitualmente, los mosaicos de las capas pares e impares son distintos. Asimismo, en ocasiones, para mejorar la estabilidad, se colocan láminas “separadoras” de cartón o plástico entre las distintas capas.

 

Por lo tanto, cada producto en cada capa tiene una ubicación determinada (coordenadas XY) y una orientación angular respecto al plano horizontal. Cada caja se posiciona según un sistema cartesiano de coordenadas (XYZ) y una rotación angular respecto al eje Z, lo que implica un sistema de posicionado de 4 grados de libertad. Además, al paletizado se le pueden añadir otros procesos que frecuentemente se automatizan en conjunto, como el flejado, el añadir cantoneras y tapas, o proteger el conjunto con un film plástico (enfardado).

como se apilan los productos en paletizado
como se apilan los productos en paletizado
como se apilan los productos en paletizado

La altura máxima del palé vendrá dada por la limitación de carga del propio palé, la estabilidad entre las distintas capas, el número de piezas requeridas y la carga que puede soportar el producto apilado sobre sí mismo. Como referencia, normalmente las alturas oscilan entre 2000 mm y 2600 mm.

 

Para entender cómo debe ser la máquina que realice este trabajo, debemos fijarnos en la secuencia para manipular las cargas que sigue:

  1. Coger el producto.
  2. Subirlo verticalmente para librar el transportador.
  3. Moverse horizontalmente hasta llegar al palé que corresponda, al mismo tiempo que se eleva verticalmente el producto hasta la altura de la capa correspondiente.
  4. Orientar el producto.
  5. Bajarlo a su posición correspondiente.
  6. Soltarlo con la suficiente delicadeza para que no se rompa, marque o deforme.
  7. Subir por encima de la caja colocada en el palé.
  8. Volver al punto de recogida del producto.

Por lo tanto, se realizan movimientos lineales horizontales y verticales, y algún giro sobre el eje Z.

 

La utilización del palé como pequeña unidad de almacenaje posibilita una fácil automatización de un proceso manual que resulta tan lesivo para las personas. Es destacable mencionar que, por lo general, las personas que se encuentran atendiendo el sistema de paletizado no son técnicos, sino operarios de baja cualificación, luego se deberá tener en cuenta esta circunstancia.

4. Características de un puesto de paletizado

Las características habituales que reúne un puesto susceptible a ser automatizado ventajosamente respecto a un puesto manual son, de forma esquemática, las siguientes:

  1. Una o varias entradas de material.
  2. Uno o varios puestos de paletizado.
  3. Altas frecuencias de llegada de producto que es necesario evacuar rápidamente.
  4. Un peso de la carga unitaria máxima superior a 25 kg por limitaciones reglamentarias, ya que un puesto de paletizado manual requeriría de dos personas para manipular la carga.
  5. En algunos casos se pueden llegar hasta los 600 kg por capa paletizada.
  6. Volumen de paletizado máximo de 1200 x 800 (1000) x 2600 mm.
  7. Capacidad de mover las cargas en el espacio (XYZ) y orientarlas angularmente (R), es decir, con 4 grados de libertad.
  8. Movimientos sencillos y rápidos para transportar el producto en forma de trayectorias lineales.
  9. No es necesaria la complejidad de la muñeca humana, es decir, no hacen falta 6 grados de libertad.
  10. Control preciso de la posición, velocidad y aceleración para evitar dañar los productos.
  11. Colocación de las cargas formando distintos mosaicos por capas y a distintas alturas (XYZ).
  12. Capacidad de colocación de separadores de capas.
  13. Adaptable a distintos formatos de producto (cajas, envases, botellas, sacos, …).
  14. Debe suponer la misma sencillez de uso que el propio palé, al ser manipulado por operarios de baja cualificación.
imagen 3d de robot kawasaki paletizando

5. ¿Cómo son las máquinas que “paletizan”?

Estos requisitos dan lugar a tres tipos de arquitecturas de sistemas mecatrónicos:

 

  1. Robots cartesianos con 4 grados de libertad (4 ejes).
  2. Robots industriales antropomórficos con cuatro grados de libertad.
  3. Robots industriales antropomórficos con cuatro grados de libertad montados sobre carros, lo que les permite desplazarse linealmente por distintos puestos de paletizado o de entrada.

 

La elección de una arquitectura u otra vendrá técnicamente dada por el costo de operación, capacidades dinámicas, volumen de trabajo total, software, conocimientos previos, layout, puestos a atender, … y, por supuesto, el retorno de inversión. Otro factor a considerar será el coste que suponen las bajas tomadas por los operarios como consecuencia de las lesiones por repetición o accidentes en la manipulación del producto.

6. Robots industriales paletizadores

Hasta ahora, los robots cartesianos eran la solución más eficiente y racional para realizar este tipo de tareas. Conforme los robots industriales antropomórficos paletizadores han ido reduciendo su precio y aumentando sus prestaciones (velocidad, alcance, carga, fiabilidad), los cartesianos se han ido relegando para otro tipo de aplicaciones especiales. Por lo tanto, a partir de ahora, cuando hablemos de robots paletizadores, nos centraremos en los robots paletizadores antropormóficos.

 

Para entender mejor qué es un robot paletizador vamos a recurrir a un par de máquinas ejemplo. Para ello, hemos seleccionado a dos de los mayores fabricantes de robots que cuentan con una experiencia de décadas en el desarrollo exitoso de robots industriales que, casualmente, comparten procedencia (Japón): FANUC y KAWASAKI ROBOTICS.

 

Ambos fabricantes disponen de una gama muy extensa de robots de tipo universal y otros optimizados desde la fase de diseño para una tarea específica a realizar, como son los robots de picking, pintura, soldadura por arco, soldadura por puntos, paletizado o para la industria farmacéutica. Nos centraremos en las máquinas específicas para paletizado de cargas medias y altas, por ser las más habituales y con mayores capacidades.

 

En caso de querer ampliar información sobre estos robots, os invitamos a visitar las páginas de las empresas que comercializan en España tanto FANUC como KAWASAKI ROBOTICS.

 

A partir de ahora nos centraremos en una serie específica de cada uno de estos fabricantes:

 

 

Empecemos viendo qué aspecto tienen:

KAWASAKI ROBOTICS CP Series

robot CP180L de paletizado kawasaki
Brazo de paletizado kawasaki CP180L
Sistema de control Kawasaki E03
consola teach pendant de kawasaki robotics
k-sparc software paletizado kawasaki

FANUC M-410 Series

robot fanuc m-410ic
r-30iB plus fanuc controlador
teach pendant de fanuc
software de paletizado palletpro fanuc

Más información sobre robots de paletizado paletizado kawasaki

7. Prestaciones de un brazo robótico paletizador

Como ya hemos visto el robot tiene un solo propósito: paletizar. Así que, necesariamente, deberá cumplir los requisitos definidos a continuación de la forma más eficiente.

REQUISITOS PRESTACIONES DEL ROBOT
Atender una o varias entradas de material Alcance horizontal de 3200 mm o más
Ocupación en planta reducida no más de 800 x 800 mm
Atender uno o varios puesto de paletizado
Altas frecuencias de llegada de producto que es necesario evacuar rápidamente Alta velocidad de hasta 140 º/s y alta aceleración que implica un peso de brazo contenido
Peso de la carga unitaria máxima desde 20 kg Carga útil mínima de 80 kg para permitir garras complejas
En algunos casos se pueden llegar hasta los 600 kg por capa paletizada Carga útil hasta 700 kg para permitir garras robustas y complejas
Volumen de paletizado máximo de 1200 mm x 800mm (1000 mm) x 2600 mm Volumen de trabajo muy vertical de hasta 3200 mm en altura para alcanzar los 2200 mm / 2600 mm de altura del palé formado
Capacidad de mover las cargas en el espacio (XYZ) y orientarlas angularmente (R), es decir, con 4 grados de libertad Arquitectura de brazo con doble paralelogramo que mecánicamente produce el movimiento necesario
Ligereza del brazo
Interpolaciones lineales sin puntos singulares
Un eje de rotación en muñeca para orientar la carga
Movimientos sencillos pero rápidos para transportar el producto en forma de trayectorias lineales
No es necesaria la complejidad de la muñeca humana, es decir, no hacen falta 6 grados de libertad
Control preciso de la posición, velocidad y aceleración para evitar dañar los productos Sistema de control de última generación
Encoders de alta resolución
Motores de alta dinámica
CPU y sistema multitarea
Colocación de las cargas formando mosaicos distintos por capas y en distintas alturas (XYZ) Teach pendant ergonómico
Teach pendant personalizable con controles táctiles
Lenguaje de alto nivel para desarrolladores
Sotware de programación offline
Suite de generación de programas de paletizado
Comunicación con sensores o sistemas de visión no limitada a equipos propietarios o seleccionados por el fabricante del robot
Buses de campo Master o Slave para comunicaciones con máquinas o sistemas de automatización
Puertos Ethernet abiertos para comunicarse con sistemas de gestión
Capacidad de colocación de separadores de capas
Adaptable a distintos formatos de producto (cajas, envases, botellas, sacos,…)
Misma sencillez de uso que con el propio palé por operarios de baja cualificación
Comunicable con su entorno de máquinas, sistemas informáticos y sensores
Operativo 24h x 365 días Mecánica robusta
Autodiagnóstico con sistemas de predicción de fallos
Ciberseguros
Mantenimientos sencillos y rápidos de ejecutar
Tiempo medio entre fallos sobre 100 000 H
Tecnologías fiables, ampliamente testeadas y no disruptivas
Seguro de operar Cumplimiento de las directivas de seguridad de máquinas europeas
Sistemas de seguridad aumentada en zonas de coexistencia con humanos

Los robots industriales de las marcas FANUC y KAWASAKI ROBOTICS cumplen con lo anterior.

8. El robot como un componente más

La prensa, el cine y los medios de comunicación, en general, llevan tiempo lanzando el mensaje de que los robots son máquinas capaces de sustituir ventajosamente a los humanos: más rápidos, más fuertes, más listos e, incluso, malvados. En otras palabras: son humanizados.

 

Realmente nada de eso es acertado: sin un equipo multidisciplinar de personas detrás de los mismos, sin un equipo de integradores, los robots son máquinas inútiles.

Son los integradores los que están detrás de esas increíbles escenas en las que los robots hacen cosas que nos parecen increíbles. Los integradores son los verdaderos protagonistas; es suya la inteligencia de los robots y son ellos los que les dan un propósito y una vida. Sin ellos no serían nada más que un conjunto de metal con cables y circuitos electrónicos.

 

Por ello, en Larraioz Elektronika, siendo expertos en producto, decidimos no abarcar más allá y dedicarnos exclusivamente a nuestras especialidades, es decir, al producto en caja, la asesoría, formación y postventa (recambios, reparaciones y mantenimiento). Como el mercado demanda soluciones llave en mano decidimos que debíamos colaborar con otras empresas y dejar estas cuestiones en manos expertas, con experiencia y con capacidad de aportar las soluciones que los clientes nos plantean, y sumando fuerzas con nuestros colaboradores formamos el equipo LMT (Larraioz Mechatronic Team).

logo lmt larraioz mechatronic team official collaborator

Ahora, gracias a nuestro equipo LMT, formamos parte de la solución. Cada vez somos más en este equipo formado por empresas que son especialistas en sacos, latas, botellas, cajas, etc. en pequeñas instalaciones, grandes instalaciones, con materiales delicados, condiciones de trabajo especiales, …


Más información sobre el LMT LMT Larraioz Mechatronic Team

9. Y, ¿por qué automatizar?

Este punto lo dejamos para el final ya que puede haber varios motivos detrás de una decisión de automatizar un proceso de paletizado. Cada motivo tiene su peso en función de la empresa y los materiales a manejar, por lo que no se puede establecer un orden de importancia:

 

  • Cuando el mover materiales no aporta valor, es una operación que solo encarece el producto.
  • Es origen de lesiones.
  • Si no tiene sobrecapacidad y se convierte en un cuello de botella.
  • Requiere de mucho personal que podría realizar trabajos de mayor valor para la empresa.
  • El aspecto final del palé es mejor, por lo que el cliente lo percibe como un mejor producto.
  • Las cargas están colocadas de forma regular y precisa, lo que evitará problemas de estabilidad.
  • No requiere de operarios cualificados ni de personal a tiempo completo.
  • Su retorno de inversión es muy rápido.
  • La instalación bien mantenida durará hasta 20 años, con lo que es una excelente inversión.

 

Todos estos puntos son, por supuesto, cuantificables y cualquier empresa dedicada a automatizar finales de línea realizará el estudio justificativo.

 

Animamos a todas las empresas que no incorporan robótica en sus procesos a empezar precisamente por el paletizado, dado que la oferta de valor es sólida y el manejo de estas instalaciones muy sencillo: es la mejor forma de iniciarse en la robótica.

10. Larraioz Elektronika

En nuestros 30 años automatizando la industria y colaborando con fabricantes de maquinaria hemos aprendido que el éxito para integrar las últimas tecnologías en la automatización de procesos, necesariamente, requiere experiencia en el proceso de automatizar, una selección y utilización óptima de los componentes, la detección de las dificultades y los imposibles en la fase de la oferta, y, naturalmente, una ejecución impecable.

 

Desde 2016 somos servicio técnico, consultoría, training y canal de ventas oficial de KAWASAKI ROBOTICS para el mercado español. El amplio portafolio de productos da servicio a un gran rango de aplicaciones industriales, desde el ensamblaje de componentes miniatura hasta robots capaces de manipular cargas de 1500 kg con extrema rigidez y precisión, con un rango de producto de robot de 4 a 7 ejes que ofrece una funcionalidad completa a la vez que gran facilidad de uso.

 

Para más información podéis contactarnos a través de nuestros medios de contacto habituales. ¡Os esperamos!

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