Robótica colaborativa, tendencias en la industria

Que los robots están cada vez más presentes en la industria es un hecho fácilmente contrastable, basta con visitar cualquier fábrica o instalación industrial para ver diferentes tipos de robots realizando tareas muy diversas. Sin embargo, ¿hasta dónde llega la colaboración entre el operador humano y estas máquinas inteligentes? En este artículo repasamos las tendencias de la robótica industrial en general, y de la robótica colaborativa en particular.

La robótica es hoy en día una rama de la ciencia y la tecnología fundamental en la automatización de sistemas y procesos. Al hablar de robots, nos referirnos a máquinas, sistemas mecatrónicos o incluso soluciones software que permiten automatizar procesos recurrentes que incluyen la toma inteligente de decisiones. Dentro de la industria, encontramos brazos articulados y diversas estructuras cinemáticas que realizan tareas repetitivas de manera automática y, en general, con un elevado grado de precisión. Cuando estas máquinas incorporan algún tipo de inteligencia, ya sea propia mediante por ejemplo algoritmos de planificación de trayectorias, o a través de elementos auxiliares como sensores o cámaras, hablamos de robots industriales.

Los robots industriales se han convertido en un elemento imprescindible en la mayoría de los procesos de fabricación, realizando en la actualidad labores muy diversas, desde el transporte de materiales a tareas de montaje, pintura, manipulación, mecanizado o paletizado. Así, podemos encontrar robots industriales genéricos, aptos para desempeñar varias tareas, y otros más específicos como por ejemplo robots para soldadura. Por tanto, la morfología de los robots industriales puede ser diferente en función del cometido que desempeñen, destacando los manipuladores de 6 grados de libertad o las cinemáticas tipo SCARA o DELTA, entre otras.

Al igual que la automatización, la robótica industrial juega un papel principal en el desarrollo de la Industria 4.0, donde el aumento de la productividad, la eficiencia en la producción, el ahorro energético y la digitalización son factores clave. La utilización de robots permite realizar tareas automáticas de forma ininterrumpida, eliminar errores humanos y evitar riesgos para los operarios.

Con la utilización de robots para la realización de tareas repetitivas, monótonas o peligrosas, los operadores humanos pueden centrarse en aquellas que requieren otro tipo de habilidades y que potencian el talento humano y aportan valor añadido a los productos y procesos de fabricación. Precisamente a partir de la combinación de la creatividad y la inteligencia humana y la fiabilidad de los robots para agilizar la producción, es donde aparece el concepto de robótica colaborativa, es decir, aquella cuyo objetivo es el trabajo conjunto de operadores humanos y robots.

Los robots colaborativos, o cobots, pueden trabajar de forma segura junto a los humanos compartiendo el mismo espacio físico, asistiendo a los operarios en el desempeño de tareas e interactuando con ellos durante su realización. Entre las ventajas del uso de cobots en la industria destacan la facilidad en su programación, su reducido tamaño, que permite situarlos en pequeños espacios de trabajo o cambiarlos de ubicación con facilidad, y la eliminación de elementos físicos de seguridad, tales como barreras, gracias a la incorporación de sistemas de detección de obstáculos y colisiones que garantizan la seguridad de los operarios.

Al igual que ocurre con los robots industriales, existen robots colaborativos de diferentes tipos y formas constructivas, destacando fundamentalmente los cobots manipuladores, los AGV (Automatic Guided Vehicle) y los AMR (Autonomous Mobile Robot).

Los robots colaborativos manipuladores trabajan junto a los operarios realizando tareas repetitivas o peligrosas mientras que los humanos se centran en las manuales o cognitivas. Por su parte, los AGV son vehículos autoguiados que utilizan elementos fijos como cintas magnéticas o balizas para desplazarse por un entorno estructurado y predefinido. Finalmente, los AMR son sistemas que disponen de sistemas avanzados de navegación que les permiten moverse libremente por entornos dinámicos y cambiantes y detectar la presencia de obstáculos para prevenir colisiones con humanos u otros elementos.

En los últimos años la presencia de robots y cobots en la actividad industrial se ha incrementado notablemente. La demanda creciente de productos y servicios, la aparición de mercados emergentes y dinámicos o la digitalización de la industria marcan el paso de las tendencias actuales y futuras de la robótica.

Por un lado, la existencia de mercados en desarrollo requiere que en muchas ocasiones los sistemas robóticos deban ser altamente flexibles para justificar el coste económico de su adquisición. Además, la necesidad de producir bienes de alta calidad con mayor velocidad justifica que estos sistemas deban tender hacia la utilización de estándares abiertos para su programación. En este sentido, destaca el ejemplo de la aplicación SIMATIC Robot Integrator y la SIMATIC Robot Library, de Siemens, que buscan agilizar el desarrollo de aplicaciones robóticas y unificar el lenguaje de programación utilizado para controlar robots industriales de distintos fabricantes.

Otra posibilidad para agilizar el desarrollo de aplicaciones robóticas es la explotación del conocimiento adquirido por parte de las ingenierías en tecnologías de accionamientos y algoritmos de Motion Control para controlar robots utilizando componentes y softwares con los que se encuentran familiarizados. Un ejemplo sería la integración de la parte mecánica del robot – proporcionada por fabricantes especializados en su diseño – con servomotores controlados por servo-accionamientos SINAMICS. Con un controlador SIMATIC es posible utilizar los objetos tecnológicos TO_Kinematics y herramientas como el SIMATIC Kinematics Integrator o SIMATIC Safe Kinematics para controlar robots con cinemáticas de todo tipo.

Finalmente, la digitalización de la industria contribuye a mejorar los procesos productivos. Con los denominados gemelos digitales – modelos virtuales cada vez más complejos – es posible optimizar el diseño de máquinas y sistemas, avanzar en su programación sin disponer de materiales y componentes, implementar mejoras o programar eficazmente tareas de mantenimiento. La tendencia a digitalizar las máquinas y las plantas industriales ha permitido el desarrollo de herramientas digitales de virtual commissioning, como SIMIT, NX Mechatronics Concept Designer o SINAMICS DriveSim Advanced, este último que permitirá la simulación completa de los accionamientos SINAMICS de Siemens.

La integración de sistemas de automatización y la robótica llega también a los robots colaborativos, y la tendencia a emplear cobots dentro de la industria es cada vez mayor. Un ejemplo es el sistema SIMATIC Robot Pick AI, que utiliza un controlador SIMATIC y un cobot para realizar el picking inteligente de cualquier objeto situado en el espacio de trabajo del robot a partir de un módulo de inteligencia artificial que determina el punto óptimo de agarre.

En conclusión, la robótica industrial y el uso de cobots dentro del sector industrial están cada vez más extendidos, hasta el punto en que hoy en día es impensable encontrar fábricas en las que no haya presentes máquinas inteligentes que trabajan junto a operadores humanos, que por supuesto siguen siendo fundamentales en el desarrollo de sistemas flexibles, fiables y seguros para cubrir las demandas y necesidades actuales y futuras de la industria.

Ricardo Balcells Sancho

Ingeniero en el departamento de General Motion Control 

en Siemens

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Este artículo aparece publicado en el nº 546 de Automática e Instrumentación págs. 51 a 53.