Fallos en el cable robótico: ¿Qué tiene que ver la flexibilidad?

Genoveva de Ros | 5 octubre, 2020

Cable para aplicaciones robóticas que admite torsión, igus

Muy a menudo, cuando visitamos a los usuarios de robots industriales de seis ejes, nos comentan que su mayor problema es el fallo del cable. Hay miles de razones por las que los cables fallan dentro de las aplicaciones en movimiento, pero son dos los motivos principales que conducen a la mayoría de los problemas: la correcta selección de los cables y la falta de alivio de la tensión. En este artículo abordaremos la primera cuestión y explicaremos las diferencias entre los cables flexibles y los de torsión.

Tipos de cable

En el mundo industrial existen muchos tipos de cables para aplicaciones en movimiento. Quizá los conozcas por cables flexibles, cables de alta flexión o cables de flexión continua. Puede que todos tengan las mismas características eléctricas en cuanto a calibre y número de conductores, pero lo cierto es que todos estos cables son diferentes.

Los cables flexibles podrían referirse simplemente a lo maleables que son y no tener ninguna propiedad mecánica para sobrevivir a los rigores de una cadena portacables. «Cable de alta flexibilidad» es un término de la industria ampliamente utilizado para describir un cable flexible continuo. Pero, podría significar simplemente un cable que es altamente flexible, por lo que hay que tener cuidado al elegir un cable específicamente denominado de alta flexibilidad. La flexibilidad continua, como su nombre indica, está diseñada para flexionarse o moverse continuamente. Estos son los cables que deben buscarse cuando se trata de movimiento lineal. Los verdaderos cables de flexión continua han sido diseñados y probados en aplicaciones de transporte por cable.

A menudo, estos tipos de cables se confunden entre sí y no se utilizan correctamente en aplicaciones dinámicas de alta exigencia. El hecho de que un cable sea flexible no significa que vaya a sobrevivir a las condiciones a las que se somete un sistema de guiado de altas dinámicas. Como siempre se dice, «¡lo importante está en el interior!».

Esta mala aplicación puede llevar a un fallo prematuro y a una parada no planificada prolongada. Lo mismo ocurre con las aplicaciones robóticas. La mayoría de los robots de seis ejes ejercen un alto grado de estrés de torsión en los cables. El uso de un cable altamente flexible en lugar del cable correcto en una aplicación como esta, con toda seguridad conlleva a un fallo prematuro y a un aumento de los costes.

Tensión: Lineal vs. Torsión

El estrés lineal se produce en los ejes X, Y o Z. Los cables en el interior de una cadena portacables, por ejemplo, experimentan un estrés lineal a medida que el sistema de suministro los mueve hacia adelante y hacia atrás en una dirección. En este tipo de aplicaciones, hay muy poca (si es que hay alguna) torsión de los cables individuales.

El estrés de torsión es el movimiento que experimenta el cable debido a la rotación del brazo robótico. Los robots de seis ejes es posible que ejerzan un alto grado de estrés de torsión en varios puntos del cable a lo largo del brazo robótico. Los ejes 4 y 6 pueden llegar a rotar más de 360° cada uno y, a veces, en direcciones opuestas. Mientras tanto, el 5º eje proporciona una tensión adicional de forma lineal, con un movimiento que puede superar los 200°.

Este malentendido sobre los cables de alta flexibilidad es la causa de una gran cantidad de paradas no planificadas y estrés innecesario. A menudo, los integradores de robots buscan cables “realmente flexibles” para sus aplicaciones con robots. De hecho, la flexibilidad del cable tiene muy poco que ver.

5 diferencias clave entre: resistencia a la flexión y resistencia a la torsión

Cable robótico para torsión de igus

Revestimiento exterior

Mientras que el PVC es, con diferencia, el material de revestimiento exterior más común para las aplicaciones lineales, el PUR y el TPE se utilizan para los movimientos robóticos debido a su alto grado de resistencia a la abrasión. Con los movimientos tridimensionales, los patrones de abrasión son mucho menos predecibles, y el contacto con otros materiales dentro del sistema de guiado para los cables es casi imposible de prevenir. Los revestimientos de otros cables o tubos a menudo pueden ser abrasivos al ser diferentes, y cuando se colocan en un paquete energético, no se pueden separar. Además, los cables entran en contacto con el sistema de guiado de cables que cuenta con unas cualidades abrasivas propias

Apantallamiento

Las aplicaciones lineales utilizan un apantallamiento trenzado que tiene hasta un 95% de cobertura óptica. Este trenzado ajustado se opone a la torsión que se produce en los robots y puede causar que los extremos del trenzado se rompan y perforen el revestimiento exterior, así como los elementos internos para el alivio de tensión. Esto puede llevar a la rotura del conductor debido a la falta de seguridad posicional. El apantallamiento en un cable para torsión utiliza una técnica de trenzado diferente que alivia el problema de la resistencia a la torsión, manteniendo al mismo tiempo una cobertura óptica del 85 %. Como protección adicional, en el apantallamiento se añade una película de PTFE para ayudar a reducir las fuerzas de torsión.

Material de relleno

En los cables para torsión, entre las capas se incorporan materiales de relleno. Estos absorben la fuerza que se genera cuando el cable se dobla, pero lo más importante es que absorben el estrés del cable cuando está bajo torsión. La torsión conlleva cambios en el diámetro del cable (como ocurre cuando se escurre una toalla mojada) y, sin estos materiales de amortiguación, los otros elementos del cable sufrirían daños significativos debido a la compresión.

Trenzado entre filamentos

Este se refiere a la manera en que los filamentos de cobre individuales se trenzan para formar un conductor. Los cables convencionales de alta flexibilidad utilizan un paso corto o ajustado para ayudar al cable a soportar las tensiones creadas por la constante flexión dentro de una cadena portacables (piensa en un colgador de alambre frente a docenas de cables trenzados juntos de forma ajustada). Un cable para torsión requiere un paso mucho más largo para que pueda soportar la torsión asociada a los movimientos robóticos.

Trenzado individual de los conductores

El número de filamentos de cobre dentro de los conductores individuales puede variar de un cable a otro. La diferencia empieza con el conductor. Un cable de flexión lineal puede tener un trenzado más grueso para obtener el mejor rendimiento lineal. Un cable de torsión requiere un conductor especialmente diseñado, sobre todo, para ofrecer una mayor flexibilidad y longitudes de paso. Todos los atributos de diseño deben permitir el movimiento de torsión, mientras se mantiene la estructura y la fuerza mecánica del cable.

Cables de torsión para aplicaciones robóticas

Conclusión

Los puntos anteriores muestran claramente que hay diferencias entre un cable de alta flexibilidad y un cable para torsión. No hay duda de que los costes iniciales serán ligeramente mayores, pero está claro en qué se invierte el dinero. Si se tiene en cuenta el coste de las paradas no planificadas, que puede alcanzar los 9.000 € por minuto, pagar unos pocos euros por el cable correcto vale la pena.

Las prestaciones de los cables CFROBOT se verifican en nuestro laboratorio de pruebas, que ha sido recientemente certificado por UL. igus va un paso más allá y también ofrece el ensamblaje de conectores para ofrecer cables listos para conectar.

En el caso de tratarse de aplicaciones donde los grados de torsión no son tan exigentes, por ejemplo, en aplicaciones de paletizado, podríamos utilizar cables para aplicación lineal cuya torsión se ajuste a nuestras maniobras y poder economizar la aplicación hasta en un 70 %.

La gama de cables chainflex CFROBOT de igus incluye una gran variedad de tipos de cables, tales como cables Ethernet, eléctricos, de sensor, servo, encoder y fibra óptica. Si tienes problemas con los cables de tu robot, contacta nuestros técnicos especialistas de producto.

Enrique Garate, PM chainflex de igus

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