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Lo creas o no, la industria robótica está arrasando en la economía manufacturera. Todas las estadísticas indican que nuestros compañeros de trabajo, conductores y asistentes personales pronto serán sofisticados robots.
¿Sabes que anualmente 500.000 puestos de trabajo en el sector manufacturero se quedan sin cubrirsemanales 70.000 baby boomers se jubilan y los millennials, la generación del futuro, no están tan entusiasmados por incorporarse al sector manufacturero? En consecuencia, no es de extrañar que las tecnologías de automatización, incluida la robótica, estén creciendo a una velocidad vertiginosa.
Con la llegada de las tecnologías 5G, edge computing, aprendizaje automático, inteligencia artificial y avances en las tecnologías de visión, el sector de la robótica se encuentra en el punto óptimo para cumplir las promesas de la Industria 4.0. Pero crear robots autónomos y flexibles que puedan realizar pequeños lotes de trabajo con gran precisión sin comprometer la seguridad es todo un reto.
Tanto los fabricantes de equipos originales como las empresas emergentes se enfrentan a los mismos retos de ingeniería robótica: equilibrar las complejas compensaciones entre rendimiento, fiabilidad, precisión, seguridad y eficiencia energética.
Un robot no es sólo un brazo mecánico. Tampoco es un coche. Aunque ambos son máquinas dinámicas, un robot es un sistema profundamente integrado en el que cada decisión crea un efecto dominó en otros ámbitos. Un cambio en el motor (electromagnetismo de baja frecuencia) impacta en el brazo de vibración (mecánica)que genera un exceso de calor (fluido y humedad; térmico) y fuerza cambios en el algoritmo de control (automatización).
Resolver estos problemas en silos aislados con un planteamiento de «constrúyelo y pruébalo» es una receta para el fracaso. Este método tradicional, basado en costosos prototipos físicos, conduce inevitablemente a descubrimientos tardíos que pueden hacer descarrilar los proyectos, inflar los presupuestos y paralizar el desarrollo.
Hay una forma ingeniosa. Utilizando un par de robots industriales como ejemplo, vamos a explorar cómo un enfoque de simulación multifísica ayuda a dominar estos retos interconectados antes de de construir un prototipo.
1. Domar la dinámica: De la vibración a la precisión
En un robot de alta velocidad, la precisión no se pierde, sino que la roba la dinámica descontrolada. Aquí es donde los conocimientos de Simcenter se convierten en esenciales. Para volver a controlar las vibraciones, primero hay que comprender las complejas fuerzas y aceleraciones que actúan no sólo sobre los brazos principales del robot, sino también sobre las articulaciones, los motores y las cajas de engranajes.
Simcenter permite simular el funcionamiento completo del robot. ciclo de funcionamiento a:
- Calcular con precisión el cargas dinámicas y aceleraciones en cada parte del robot.
- Analice cómo los componentes flexibles, como los brazos y las cajas de engranajes, se doblarán y vibrarán bajo esas cargas.
- Predecir y neutralizar las frecuencias resonantes que acaban con el rendimiento y provocan fatiga mecánica a largo plazo.
- Optimice el diseño estructural para una rigidez máxima y un peso mínimo, lo que garantiza que el robot se asiente instantáneamente para maximizar el rendimiento y la precisión.
2. Dimensionamiento correcto de los actuadores para obtener el máximo rendimiento y eficiencia
El cálculo tradicional de «ensayo y error» o de un solo punto para el dimensionamiento de actuadores es notoriamente ineficiente. A menudo conduce a dos malos resultados:
- Tamaño insuficiente: El robot no alcanza los objetivos de rendimiento.
- Sobredimensionamiento: Una elección «segura» habitual que aumenta el coste, el peso y, lo que es más importante, el consumo de energía y el calor.
En lugar de adivinar, Simcenter le permite simular el perfil completo de la misión del robot. Al proporcionar las trayectorias de movimiento como entrada, calcula con precisión la velocidad, el par y la potencia necesarios. Esto le permite seleccionar el actuador óptimo de un catálogo-uno que se adapte perfectamente a la tarea, minimizando tanto el coste como el derroche de energía.
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