Robótica diseñada para entornos hostiles

En el siguiente artículo descubriremos cómo una empresa utiliza técnicas creativas de diseño y herramientas de configuración online para proporcionar motores y reductores personalizados para su último brazo y pinza robóticos, adecuados para una gran diversidad de aplicaciones.

El CEO de Blueprint Lab, Paul Phillips, ha combinado su pasión por la ingeniería mecatrónica con su amor por el surf y el buceo en el mar. La empresa, ubicada en las afueras de Sídney (Australia) diseña y fabrica productos que funcionan en el entorno hostil del fondo oceánico. Paul explica: «Me di cuenta bien temprano de que los fabricantes de vehículos submarinos necesitaban hardware especializado para realizar tareas remotas de manipulación. El desarrollo de este tipo de herramientas era prohibitivamente caro y complejo. El equipo de Blueprint Lab "ama la tecnología por encima de todo", motivo por el que es nuestra intención inventar productos tecnológicamente innovadores. Nos apasiona lo que hacemos».

El Reach Alpha 5 es el manipulador subacuático de cinco funciones más ligero del mundo.

El argumento de venta exclusivo de los manipuladores y pinzas robóticos de la empresa es su tamaño. El Reach Alpha 5 es el manipulador ROV más pequeño del mundo, según Paul. Plegado tiene unas dimensiones de tan solo ~23 x 15 x 4 cm (~9 x 6x 1,5 pulgadas) y de ~58 cm (~23 pulgadas) completamente extendido, con un alcance dinámico de ~40 cm (~16 pulgadas). El brazo puede levantar 2 kg (~4,4 libras) de peso a su máxima extensión y una carga axial nominal de 100 kg (~220 libras). La fuerza de cierre del efector final es de unos 600 N. Las unidades han sido diseñadas para funcionar a profundidades de hasta 300 metros (cerca de 1000 pies).

Como un práctico complemento para cualquier ROV, el Reach Alpha 5 es un dispositivo completamente eléctrico que funciona con 18-30 V DC. El sistema es rápido y puede integrarse fácilmente mediante los protocolos RS232/RS485 estándar. La unidad ofrece detección de fugas, que ofrece una mayor tranquilidad antes de sumergir el vehículo. Los efectores finales intercambiables incluyen pinzas estándar, así como garras cuádruples, garras especiales de recuperación, pinzas en punta, garras blandas, garras paralelas y tenazas para cortar cuerdas y cables. Las unidades están hechas principalmente de aluminio AL6061 con anodización dura. Ambos brazos y efectores finales pueden fabricarse con acero inoxidable para ambientes más hostiles y condiciones en las que se requiere una mayor resistencia.

El Reach Alpha 5 está accionado por motores DCX de 16 mm y reductores planetarios de maxon. Los motores se integran de forma consecutiva, de manera que se pueden accionar en ambos sentidos con eficiencia. Entre los motores hay instalado un controlador de diseño propio para ahorrar espacio. Un engranaje espiroidal, también diseñado en la empresa, se utiliza como elemento final de transmisión. Un encoder absoluto integrado, que funciona utilizando el efecto Hall, suministra el feedback para el sistema. «Para las articulaciones con mayor par, utilizamos reductores de alto par debido a que su capacidad de carga es más elevada. Para otras articulaciones, como la pinza y los motores de giro en línea, bastó con los componentes DCS estándar», afirma Paul. 

«Dado que hemos desarrollado en la propia empresa el hardware, el firmware y el software para nuestros productos, hemos logrado ofrecer niveles mucho más altos de optimización, mantenimiento y asistencia técnica para nuestros clientes», dice Paul. El mayor reto para la empresa ha sido el de llevar un producto desde la fase de desarrollo de prototipo a la de producción. Es esencial que todo salga perfecto cada vez para poder ofrecer la conformidad, la capacidad de proceso y la repetibilidad que los clientes requieren en la producción. Por ello, Blueprint Lab opina que una de las mayores ventajas de maxon es su configurador online para personalizar motores —con producción en 11 días—, que permite a los clientes pedir motores las 24 horas del día, y que permite enviar el producto en las cantidades de producción que requiere el mercado.

La gama DCX de maxon incluye motores que ofrecen una alta densidad de potencia y gran eficiencia, y que funcionan sin problemas. Los motores están disponibles para su configuración online en tamaños desde 6 mm hasta 35 mm. Los clientes pueden elegir entre escobillas de metal precioso o de grafito, rodamientos de bolas o cojinetes sinterizados, y muchas más opciones, en un paquete con contenedor o sin bastidor. maxon permite a los usuarios configurar y combinar motores DC o BLDC y reductores planetarios y sensores de acuerdo con sus especificaciones individuales. En las diferentes generaciones del producto, el motor y la relación de transmisión se han mejorado para satisfacer mejor los requisitos de los clientes y optimizar su resistencia. Según Paul, «la gama DCX permitió que estos cambios se realizaran sin problemas y sin necesidad de diseños mecánicos. 

Durante la fase de desarrollo de un actuador, por ejemplo, la empresa puede pedir online hasta 20 variantes de motor antes de decidirse por el producto adecuado. Esto realmente ahorra dinero a la empresa, ya que el tiempo dedicado a la investigación sale mucho más caro. Además, Blueprint puede así probar todas las opciones disponibles antes de tomar una decisión.

Los motores DCX de 16 mm de maxon se utilizan en todo el manipulador Reach Alpha 5.

Durante una sesión de lluvia de ideas con Bianca Braun y Brett Motum de maxon, surgieron nuevas ideas. Durante la sesión, Paul y su equipo sacaron el tema de los controladores maxon. Uno de los deseos iniciales de la empresa era incorporar una versión reducida del servoamplificador ESCON de maxon para adaptarse a los diámetros de los motores. La conversación derivó entonces hacia métodos que permitieran a un ingeniero configurar un controlador. El diseñador seleccionaría características de las que ya dispone el hardware del controlador de motor y configuraría online en consecuencia la forma del controlador. «Es importante el hecho de que maxon esté abierto a nuevas ideas», dice Paul.

La mayoría de las aplicaciones de los manipuladores robóticos de la empresa se realizan en ubicaciones peligrosas o de difícil acceso. Las unidades se utilizan en ROV para operaciones de búsqueda y salvamento, inspección de infraestructuras marítimas en instalaciones de petróleo y gas, recogida de muestras para investigación científica marina y para operaciones especiales de salvamento de equipos militares y civiles de primera intervención. Además de funcionar bajo el océano en la investigación, el Reach Alpha 5 puede utilizarse para misiones policiales y militares, como en robots de desactivación de explosivos, y para la inspección visual detallada de instalaciones petroquímicas y nucleares.

El desarrollo de tecnologías esenciales en la propia empresa para el Reach Alpha 5 ofrece a Blueprint Lab una gran ventaja tecnológica en comparación con otras empresas, al tiempo que la empresa se expande a otros mercados más amplios, como el nuclear y el petroquímico, así como a aplicaciones terrestres y aeroespaciales. «Siempre estamos pensando en nuevos desarrollos», explica Paul. Los algoritmos de aprendizaje automático son, por ejemplo, un tema candente en la empresa, ya que en los últimos productos se está implementado hardware que ayudará a guiarles hacia el futuro de la inteligencia artificial.

Blueprint Lab es una empresa experta en tecnología y con visión de futuro, en la que trabajan 20 ingenieros creativos a los que les apasiona lo que hacen. Paul admite que le gustaría ver más candidatas ingenieras en la empresa. «Sería fantástico contar con más ingenieras mecatrónicas en Australia», dice. «Siempre estamos buscando personas dinámicas y lo cierto es que actualmente no hay suficientes mujeres tituladas para la industria de la robótica». 

Es sorprendente lo que es posible conseguir cuando reúnes a los ingenieros adecuados y los productos correctos. Blueprint Lab se ha propuesto como misión incorporar en sus productos componentes de precisión de maxon. Con el crecimiento de la demanda de vehículos operados por control remoto de todo tipo, que utilizan brazos y pinzas robóticos, en los años venideros siempre habrá un espacio en el mercado para Blueprint Lab.