Si alguna vez ha incursionado en las pruebas de robótica, probablemente se haya topado con ese extraño problema en el que un robot que funciona perfectamente en su laboratorio falla aleatoriamente cuando se traslada a una planta de fabricación o a un almacén concurrido. Las luces parpadean, otras máquinas zumban y, de repente, la pinza de su robot pierde una pieza o su sistema de navegación se bloquea sin motivo aparente. Eso es una interferencia eléctrica transitoria/ráfaga rápida (EFT/Burst) para usted, y si está probando hardware robótico, debe simular ese tipo de caos para asegurarse de que su robot pueda manejarlo. La pregunta que recibo todo el tiempo como proveedor de generadores de ráfagas es: "¿Se puede utilizar un generador de ráfagas para pruebas de robótica?" ¿Respuesta corta? Absolutamente. Pero analicemos por qué, cómo y qué herramientas hacen el corte.
Primero, estemos en la misma página sobre lo que hace un generador de ráfagas, porque mucha gente lo mezcla con otros equipos de prueba de EMC (compatibilidad electromagnética). Los generadores de ráfagas producen impulsos eléctricos de corta duración y alto voltaje que imitan los transitorios rápidos que aparecen en entornos del mundo real. Piense en cuando un relé se enciende o apaga, o un motor se activa: esos eventos crean pequeñas y rápidas perturbaciones eléctricas que pueden colarse en las líneas eléctricas, los puertos de E/S o los cables de comunicación de un robot y provocar todo tipo de comportamientos extraños. A diferencia de las grandes y lentas sobretensiones, estas ráfagas son rápidas, agudas y ocurren en grupos, por lo que están diseñadas para apuntar a los pequeños y sensibles componentes electrónicos dentro de los robots en los que la mayoría de la gente ni siquiera piensa, como los microcontroladores que ejecutan la navegación, los sensores que detectan obstáculos o los módulos Wi-Fi que permiten que los robots hablen con sus sistemas de control.
Los robots, especialmente los robots industriales colaborativos (cobots) y los robots autónomos móviles (AMR), están llenos de piezas delicadas que odian el ruido eléctrico no planificado. He visto a muchos equipos de robótica omitir este paso porque piensan "nuestro robot funciona bien en el laboratorio, ¿por qué probar esto?" Pero luego terminan con fallas en el campo que tardan semanas en solucionarse, lo que les cuesta miles de dólares en tiempo de inactividad. Los generadores de ráfagas le permiten replicar esos eventos transitorios exactos en un entorno de laboratorio controlado, para que pueda detectar fallas en el diseño de su robot antes de que llegue a producción. Por ejemplo, si el controlador del motor de su robot se bloquea cuando se activa una cinta transportadora cercana, un generador de ráfagas puede simular esa interferencia y permitirle probar soluciones como agregar un mejor blindaje o actualizar el filtrado de su fuente de alimentación.
Ahora, cuando se prueban robots, no se trata sólo de energía monofásica como lo haría en un pequeño dispositivo de laboratorio. La mayoría de robots industriales son trifásicos, ¿verdad? Obtienen energía de tres líneas separadas para hacer funcionar sus grandes motores y maquinaria pesada. Eso significa que necesita un generador de ráfagas que pueda manejar configuraciones monofásicas y trifásicas, porque los transitorios llegan a cada línea de manera diferente. Hablemos de las opciones aquí. Si está probando robots más pequeños, como cobots de mesa para ensamblaje de luces, nuestro generador de ráfagas/EFT monofásico de 5 kV es un sólido punto de partida. Emite hasta 5.000 voltios de ráfagas, lo que es más que suficiente para simular los transitorios de pequeños relés, sensores y motores de baja potencia que utilizan estos robots. Para robots monofásicos un poco más grandes, o si necesita un poco más de empuje, el generador de ráfagas/EFT monofásico de 6 kV aumenta hasta 6000 voltios, perfecto para simular entornos más hostiles, como líneas de fabricación ocupadas.
Pero cuando se pasa a robots industriales de tamaño completo, AMR que funcionan con energía trifásica o robots que se conectan a líneas de servicios públicos trifásicas, se necesitan equipos que puedan probar las tres líneas a la vez. Un generador monofásico solo puede llegar a una línea, por lo que se perderán las interferencias entre líneas que ocurren cuando las ráfagas saltan entre fases, y esa es una causa común de fallas aleatorias en los robots grandes. Para pruebas trifásicas, tenemos el generador de ráfagas/EFT trifásico de 5 kV y el generador de ráfagas/EFT trifásico de 6 kV, ambos diseñados para aplicar ráfagas a las tres líneas (además de la línea neutra, si lo necesita) para imitar las condiciones del mundo real con precisión. Esto no es negociable para probar robótica industrial pesada, porque su consumo de energía es mucho mayor y los transitorios que producen son más grandes y es más probable que crucen líneas.
Espera, pero ¿cómo se aplican realmente estas ráfagas a un robot? No puedes simplemente conectar el generador directamente al cable de alimentación del robot, ¿verdad? Ahí es donde entra en juego la abrazadera de acoplamiento capacitiva. Este pequeño dispositivo cambia las reglas del juego para las pruebas de robótica porque le permite inyectar ráfagas en cables sin tener que cortarlos o empalmarlos. La mayoría de los cables de robótica ya están blindados, y si los empalmas, arruinas ese blindaje, que es exactamente lo que estás probando en primer lugar. La abrazadera de acoplamiento se sujeta alrededor del exterior de un cable de alimentación, cable de sensor o cable de comunicación y utiliza capacitancia para enviar la señal de ráfaga al cable sin realizar una conexión física. Eso significa que puedes probar el robot en su totalidad, tal como funcionaría en la vida real, no en una versión simplificada. He visto equipos arruinar esto al intentar conectarse directamente a puertos internos y terminar con resultados de pruebas que no coinciden con las condiciones del campo; no hagas eso. La abrazadera de acoplamiento es la forma de obtener datos de prueba precisos y reales.
Hablemos de un caso de uso común para concretar esto. El año pasado, trabajamos con una pequeña startup de robótica para construir una línea de AMR para almacenes de supermercados. Sus robots tenían fallas aleatorias de navegación: se detenían a mitad de la misión, a veces solo por un segundo, a veces durante un minuto completo. No pudieron entender por qué, porque todos sus sensores funcionaron, la batería estaba bien y el mapa era correcto. Cuando los trajeron a nuestro laboratorio, utilizamos el generador de ráfagas/EFT trifásico de 5 kV para simular los transitorios de los transportadores aéreos del almacén, que funcionan con energía trifásica. Conectamos la abrazadera de acoplamiento capacitivo al cable de alimentación de su módulo de navegación, comenzamos a golpearlo con grupos explosivos y, en 10 minutos, replicamos la falla exacta que estaban viendo en el campo. Resulta que su microcontrolador de navegación no tenía suficiente filtrado para manejar las ráfagas del transportador y, aunque funcionaba en el laboratorio silencioso, no podía manejar el ruido eléctrico del almacén. Agregaron un filtro simple a la entrada de energía, volvieron a probar con el generador de ráfagas y la falla desapareció. Se salvaron de un gran retiro del mercado y de meses de inactividad, todo porque usaron un generador de ráfagas para las pruebas.
Otro caso de uso: probar cobots que trabajan junto con trabajadores humanos. Estos robots tienen que ser súper confiables y, a menudo, se encuentran en espacios con muchos otros equipos, como máquinas de soldar, herramientas eléctricas y cintas transportadoras, todos los cuales generan ruido eléctrico. Un generador de ráfagas puede simular las ráfagas de ese equipo y garantizar que los sistemas de seguridad del cobot no fallen. Imagine un cobot que recoge una pieza metálica y la traslada a una estación de embalaje; si una ráfaga de un soldador cercano hace que el motor falle, podría dejar caer la pieza o, peor aún, golpear a un trabajador humano. Probar esto con un generador de ráfagas detecta esos problemas de seguridad antes de su implementación, lo cual es fundamental para los cobots que deben cumplir estrictos estándares de seguridad ISO.
Ahora, seamos realistas acerca de algunos conceptos erróneos. Algunos ingenieros en robótica con los que hablo dicen "en su lugar usamos probadores de ESD, ¿verdad?" ESD (descarga electrostática) es para descargas estáticas, como cuando alguien toca un robot y lo golpea. Pero las ráfagas son totalmente diferentes: son pulsos rápidos y repetidos, no un solo zaps estático. ESD no simula la interferencia rápida y continua de la maquinaria que funciona todo el día, todos los días. Los generadores de ráfagas están diseñados exactamente para ese tipo de entorno. Otros dicen que "nuestro laboratorio de pruebas no tiene potencia industrial, por lo que no podemos utilizar estas herramientas". Pero no importa qué tipo de energía tengas, puedes usar un generador de ráfagas para inyectar ráfagas directamente en las líneas del robot, independientemente de la fuente de energía. No necesita un panel industrial trifásico en su banco de pruebas; solo necesita una forma de conectar la abrazadera de acoplamiento a los cables del robot y el generador hace el resto.
Espera, pero ¿qué pasa con los pequeños robots aficionados o los robots académicos? ¿Necesitan también pruebas de explosión? Claro, si desea que funcionen de manera confiable fuera de un aula silenciosa. He hablado con equipos de robótica de universidades que construyeron robots de competición, sólo para que fallaran durante una competición debido al sistema de sonido o la iluminación de la arena cercana. Un generador de ráfagas del tamaño de robots pequeños monofásicos les permitiría probar sus robots contra ese tipo de interferencia antes del gran evento. No es sólo para la robótica industrial, es para cualquier robot que se vaya a utilizar fuera de un espacio silencioso y controlado.
Ahora, entremos en el meollo de la cuestión de cómo configurar esto, porque sé que mucha gente se siente abrumada por los equipos de prueba de EMC. Primero, averigua qué tipo de energía utiliza tu robot: monofásica o trifásica. Esto reducirá la elección de su generador: siga con el modelo correcto para su configuración para obtener resultados precisos. A continuación, determine qué cables probar. Para la mayoría de los robots, comience con el cable de alimentación, los cables de los sensores principales (como LIDAR o cables de cámara) y los cables de comunicación (como Ethernet o Wi-Fi). Para cada cable, use la abrazadera de acoplamiento capacitivo; simplemente sujétela alrededor del cable, generalmente a un pie de distancia del puerto del robot, y asegúrese de que esté conectado a tierra correctamente (siga las instrucciones de configuración del generador, esa parte es importante para la seguridad y precisión). Luego, configure los parámetros de ráfaga: la mayoría de los generadores le permiten ajustar el voltaje, la duración del pulso y la tasa de repetición. Comience con un nivel bajo, como 1 kV, y vaya subiendo hasta que vea fallos o fallos: eso le indicará qué tan robusto es el diseño de su robot.
Un consejo que siempre les doy a los equipos: no prueben solo en un nivel de ráfaga. Los robots pueden soportar niveles bajos de interferencia, pero si se encuentran en un entorno hostil, enfrentarán ráfagas más altas. Pruebe en diferentes niveles para encontrar el punto de falla, luego ajuste su diseño para cumplir con el estándar; la mayoría de los robots industriales deben cumplir con IEC 61000-4-4, que especifica niveles de prueba EFT/Burst. Nuestros generadores de ráfagas están calibrados para cumplir con ese estándar exacto, por lo que los resultados de sus pruebas cumplirán, lo cual es muy importante si vende robots a clientes que requieren certificación EMC.
Lo sé, lo sé: las pruebas de EMC parecen una molestia. Es un paso adicional, es nuevo para muchos equipos de robótica y puede parecer una distracción a la hora de llevar el robot al mercado rápidamente. Pero aquí está la cuestión: arreglar un defecto de diseño en el laboratorio cuesta una fracción de arreglarlo después de haber enviado 1.000 robots. Un generador de ráfagas no es sólo una herramienta de prueba: es una herramienta de gestión de riesgos. Le permite detectar problemas a tiempo, para no terminar con un montón de robots devueltos, clientes descontentos y pérdida de ingresos.
Permítanme volver a la pregunta original: ¿Se puede utilizar un generador de ráfagas en pruebas de robótica? La respuesta es un rotundo sí. No es sólo que pueda usarse, sino que es una de las herramientas más efectivas que tiene para asegurarse de que su robot funcione de manera confiable en el mundo real, no solo en su silencioso laboratorio. Ya sea que esté probando un cobot de mesa pequeño o un AMR industrial pesado, hay un generador de ráfagas que se adapta a sus necesidades y la abrazadera de acoplamiento capacitiva simplifica el proceso de prueba, sin necesidad de empalmes.
Si está listo para agregar pruebas de ráfaga a su flujo de trabajo de robótica o tiene preguntas sobre qué generador es el adecuado para su configuración, comuníquese con nosotros. Hemos trabajado con todo tipo de equipos de robótica, desde nuevas empresas hasta grandes fabricantes, y podemos ayudarlo a elegir la herramienta adecuada, guiarlo durante la configuración o incluso ayudarlo a solucionar problemas de prueba específicos. No espere hasta tener fallas en el campo: pruebe ahora, construya un robot más robusto y ahórrese el dolor de cabeza más adelante.
Referencias
- Comisión Electrotécnica Internacional. (2012). IEC 61000-4-4: Compatibilidad electromagnética (EMC) – Parte 4-4: Técnicas de prueba y medición – Prueba de inmunidad a transitorios rápidos/ráfagas eléctricas. Ginebra, Suiza: IEC.
- Asociación de Industrias de Robots. (2021). Directrices de prueba de EMC para robots industriales y colaborativos. Arlington, VA: RIA.
- Instrumentos de Texas. (2020). Diseño de electrónica robótica robusta: mitigación de interferencias eléctricas transitorias. Dallas, TX: Instrumentos de Texas.
- Electrónica Mouser. (2022). Pruebas 101 de EMC: transitorios rápidos eléctricos (EFT) y pruebas de ráfagas para sistemas integrados. Mansfield, TX: Mouser Electronics.
