El centro tecnológico Eurecat participa en el proyecto europeo Free4Lib, que tiene como objetivo desarrollar seis procesos sostenibles y eficientes para el reciclaje de baterías de iones de litio al final de su vida útil, como son el desmantelamiento, el pretratamiento y cuatro procesos de recuperación de materiales. Se trata de procesos que ofrecen soluciones de reciclaje altamente innovadoras, que alcanzan una alta eficiencia en la recuperación de materiales y mejoran la oferta de recursos secundarios de materias primas a nivel de la Unión Europea.
La Unidad Tecnológica de Robótica y Automatización de Eurecat se encarga del estudio y desarrollo de las distintas tecnologías robot que se pueden encontrar en el proceso de desmantelado de baterías.
Estudio previo y estado del arte
Hoy en día, cada vez es más común encontrarse con dispositivos alimentados con baterías de litio. A medida que las baterías llegan al final de su vida útil son necesarias estrategias de reciclado eficientes desde el punto de vista medioambiental, por lo que el proyecto reconoce la importancia de los procesos de desmontaje, pretratamiento y clasificación de las baterías. Estos procesos son cruciales para garantizar la extracción segura de los materiales valiosos, minimizando el impacto ambiental y aprovechando los diferentes recursos que aún contienen las pilas.
El proyecto Free4Lib busca dar respuesta a la creciente necesidad de desarrollar procesos eficientes y seguros para el desmantelamiento y la clasificación de las baterías de iones de litio (LIB) fuera de uso ya que, debido al aumento exponencial de la demanda de este elemento en diversos sectores, existe una creciente preocupación por la correcta manipulación de estas baterías cuando llegan al final de su vida útil. Esta fase de estudio previo del proyecto pretende conocer en detalle los procesos de desmantelamiento y clasificación de LIB EOL (End of Life) para identificar oportunidades de mejora de la eficiencia y la seguridad en estos procesos con la colaboración humano-robot (HRC).
Estado del arte de la robótica en el desmantelamiento
El desmontaje robotizado de baterías de vehículos eléctricos (EV) presenta desafíos significativos debido a la falta de estandarización en el diseño mecánico y estructural de las baterías. Cada batería de vehículo eléctrico es única, incluso entre distintos paquetes del mismo fabricante, lo que dificulta el desarrollo de robots que puedan desmontar cualquier tipo de batería. Además, las baterías de vehículo eléctrico contienen una alta carga energética, lo que plantea riesgos de seguridad durante su manipulación, como posibles incendios o explosiones si no se manejan adecuadamente [1].
En la producción industrial convencional, los robots suelen programarse para realizar tareas repetitivas en entornos controlados y con objetos estandarizados. En contraste, el desmontaje de baterías EV usadas requiere una adaptación continua a las variaciones en el estado, tipo y diseño estructural de cada batería. Este proceso de adaptación implica ajustes específicos de parámetros y el uso de tecnologías avanzadas como la visión artificial para garantizar un desmontaje preciso y no destructivo, crucial para la recuperación eficiente de los materiales que contienen.
De este modo, el desarrollo de tecnologías robóticas para el desmontaje y clasificación de baterías representa una oportunidad para mejorar la gestión de estos recursos. La implementación de soluciones robóticas busca incrementar la eficiencia y precisión del desmontaje, minimizar el impacto ambiental y mejorar la seguridad reduciendo los riesgos de exposición a sustancias peligrosas durante el proceso. Así, aunque aún no existen procesos totalmente automatizados para el desmantelamiento completo de baterías con robots, la integración de diversas tecnologías ofrece soluciones para lograr este objetivo de manera eficiente y segura.
[1]. Robotised disassembly of electric vehicle batteries: A systematic literature review.
1. Introduction https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0278612524001109
Objetivos de Eurecat: soluciones tecnológicas escalables
En el proyecto, Eurecat tiene por objetivo examinar distintas tecnologías relacionadas con el reciclaje de las baterías de litio para conseguir una solución que sea independiente del tipo de batería, escalable y reutilizable en otros escenarios sin necesitar una información predefinida, como el fichero CAD (Computer-Aided Design) del modelo de la batería, utilizando programación online automática.
La robótica se presenta como la solución ideal para el desmantelamiento de baterías EV debido a varios factores clave:
- Escalabilidad: Capacidad para manejar el gran volumen de baterías previsto con el aumento de los vehículos eléctricos.
- Falta de personal cualificado: Escasez y alto costo del personal especializado.
- Capacidad de clasificación: Habilidad para clasificar los componentes sin dañarlos, maximizando la valorización de los residuos y reduciendo el impacto ambiental.
Trabajo realizado
La primera tarea realizada en el proyecto fue analizar el proceso de desmantelado manual de una batería. Se desglosó el flujo de trabajo de forma detallada, considerando tiempos, herramientas usadas y riesgos identificados, entre otros. Esta fase permitió identificar las diferentes etapas del proceso de desmontaje de baterías, y se pudieron seleccionar aquellas que presentaban un mayor riesgo de causar daño o lesión a los operarios, implicaban tareas más repetitivas y llevaban a cabo procesos insalubres.
Con esta información, se simularon las distintas tareas identificadas para ser realizadas por el robot: inspección visual de fugas, vaciado del líquido refrigerante, desatornillado y manipulación de la tapa, desconexión de cables, desmontaje de componentes y extracción de celdas de la batería.
A continuación, se trabajó en la integración de dos tareas de desmantelamiento robotizado en instalaciones de laboratorio, permitiendo la verificación del concepto y la tecnología desarrollada.
Solución de robótica colaborativa desarrollada
Los métodos convencionales de programación de robots industriales se basan en enseñar las trayectorias punto por punto de manera offline utilizando teach pendants, que son los dispositivos que permiten controlar a los robots. Este enfoque es común en la industria manufacturera, especialmente para la producción en masa de productos idénticos, porque resulta eficaz para crear programas repetitivos en la línea de montaje, facilitando la automatización de procesos de ensamblaje en lotes de nuevos productos. Para el desmontaje de las baterías de vehículo eléctrico, los métodos de programación tradicionales son ineficaces y se requiere un control de nivel superior capaz de adaptarse a la variación del producto. [2]
Los robots para el desmontaje de las baterías requieren un largo período de tiempo de programación debido a la gran variabilidad del diseño de los paquetes de baterías. Por ello, se investiga en nuevos métodos de programación para ahorrar tiempo y conseguir soluciones agnósticas al modelo de la batería. Así, para desarrollar las distintas soluciones de la aplicación, el centro tecnológico ha tenido que analizar las operaciones e investigar sobre las tecnologías y hardware más adecuados para su aplicación en el proyecto Free4Lib y, gracias a su amplio conocimiento y know-how, Eurecat ha hecho posible el desarrollo de una solución robótica.
[2]. Robotised disassembly of electric vehicle batteries: A systematic literature review. 4.1 Advanced robotics for EVB disassembly https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0278612524001109
En este caso, se ha decidido utilizar una solución de robótica colaborativa. Este tipo de solución permite no tener que cerrar los espacios de trabajo y, dado que las operaciones no representan un riesgo significativo para el operario, éste puede realizar tareas de mayor valor añadido en el mismo espacio de trabajo relacionado con el desmontaje de las baterías de coche eléctrico.
Debido a que el robot necesita al menos una herramienta distinta para realizar cada fase del desmontaje, se le ha acoplado a su efector final un desatornillador industrial, el cual, mediante señales del robot, actúa y detecta el correcto desatornillado. El robot identifica la posición de los tornillos usando una cámara de profundidad embarcada y detecta los tornillos mediante un entrenamiento realizado con el algoritmo You Only Look Once (YOLO).
Además, para la tarea de manipulación de objetos voluminosos, como la tapa de las baterías, se ha fabricado una herramienta a medida con múltiples pinzas de espuma que se adaptan a cualquier superficie, permitiendo un agarre seguro del elemento.
Adicionalmente, para cubrir toda el área de la batería, se ha montado el robot sobre un eje lineal externo. Este dispositivo le proporciona al robot la capacidad de moverse a lo largo de toda la batería, asegurando un desmantelamiento eficiente y completo.
Eurecat ha implementado el manipulador conjunto del eje lineal y del robot creando un puente con Robot Operating System (ROS) que permite planificar y ejecutar trayectorias con este conjunto de elementos, como si de un solo robot se tratase.
Por otra parte, el desarrollo del comportamiento del robot se ha realizado mediante BehaviorTree, una biblioteca de C++ diseñada para crear árboles de comportamiento enfocados a la planificación de tareas de los sistemas robóticos, desarrollada en Eurecat.
A la vanguardia del proceso de desmontaje de baterías con robots
Con estos desarrollos, la Unidad de Robótica y Automatización de Eurecat busca estar a la vanguardia del proceso de desmontaje de baterías con robots, abarcando todas las etapas desde la llegada de la batería para su análisis hasta la manipulación del último componente. Las soluciones implementadas serán escalables y reutilizables en diferentes escenarios y permitirán mejorar la eficiencia y la seguridad en el desmantelamiento de baterías, reducir costos operativos y minimizar el impacto ambiental asociado.
Más información y contacto con la Unidad de Robótica y Automatización de Eurecat
Noticia enviada por Eurecat.
