Robótica industrial, del concepto futurista a la realidad

La robótica industrial avanza rápidamente con nuevas prestaciones y soluciones. Robots colaborativos pero también articulados, scara, delta, para soldadura, pintado… Del concepto futurista a la realidad. Máquinas complejas cada vez más versátiles, potentes, comunicadas y fáciles de programar. En el siguiente informe, revisamos el estado del arte de estos valiosos componentes del ecosistema productivo industrial.

PREGUNTAS

1. ¿Cuáles son las prestaciones y características imprescindibles que se requieren en un robot de última generación? (easy to use, capacidad colaborativa, tamaño reducido /potencia, peso…)

2. ¿Cuáles son las mecánicas más avanzadas y qué caso de uso habilitan?

3. ¿Es el diseño de la mano del robot la clave para un buen desempeño?

4. ¿Cuáles son las novedades y características más relevantes del catálogo de producto de su compañía?

1. La dificultad de cubrir ciertos puestos de trabajo y la necesidad de reindustrializar en las economías avanzadas es cada vez mayor y esto va a hacer que se incremente la robotización de procesos industriales aunque el ritmo de crecimiento variará por zonas/países y por tipos de empresas. Los avances recientes, tanto en robótica industrial tradicional como en robótica, colaborativa están dando respuesta a las necesidades de los nuevos usuarios e integradores que actualmente se incorporan al sector de la robótica, destacando entro los más importantes una mayor facilidad de integración y programación. Estas nuevas prestaciones están atrayendo a muchos nuevos usuarios a la robótica, especialmente en empresas pequeñas y medianas que anteriormente veían la robótica como algo muy complejo. La robótica colaborativa se ha introducido de forma importante entre ese tipo de usuarios. El tema de la sostenibilidad y optimización del consumo energético de las unidades mecánicas es otro tema que cada vez está teniendo mayor relevancia y eso está dando lugar a unidades mecánicas más optimizadas en prestaciones, velocidades y capacidades de carga.

2. Se han desarrollado nuevos modelos de robots colaborativos CRX que utilizan la misma mecánica industrial robusta y fiable que nuestros tradicionales robots industriales. Se han dotado de funciones como guiado manual, detección por contacto, visión y control de fuerza e interfaces amigables de programación en tablets PC. Hemos ampliado la gama hasta capacidades de carga de 30kg y ahora contamos con los modelos CRX-5iA, CRX-10iA, CRX-10iAL, CRX-20iA y CRX-25iA. Se han desarrollado también nuevos modelos de alta precisión y rigidez pensando en aplicaciones típicas del sector aeronáutico como el taladrado, entre los que destacamos el M800iA/60 y R-2000iC/190S.

Se ha presentado el nuevo robot tipo Delta DR-3iB/6 STAINLESS, en Acero Inoxidable para aplicaciones del sector alimentario. Por último, destacar los nuevos modelos para Pintura en ambiente ATEX, entre los que destacamos el modelo P-50iB/10L.

3. El diseño de la garra del robot es clave para una aplicación. Cada vez más fabricantes de garras desarrollan dispositivos ya preparados para acoplarse directamente al robot, e incluso, proporcionan programas de gestión de esas garras que se ejecutan directamente desde las instrucciones de programación de los robots. Para nuestra gama de robots colaborativos CRX, diferentes fabricantes han desarrollado aplicaciones propias mediante los kits de desarrollado suministrados por Fanuc para que los operadores e integradores no tengan que desarrollar código para poder gestionar las aplicaciones de las garras. Esta tendencia va en aumento y la mayoría de los fabricantes de garras disponen de esas librerías para robots Fanuc. Esas librerías están disponibles para poder ser descargadas directamente desde la web de Fanuc.

4. Fanuc sigue apostando por los robots industriales tradicionales para la mayoría de las aplicaciones industriales, que exigen grandes velocidades y capacidad de carga, y por esos seguimos desarrollando modelos de robots y aplicaciones para ese sector de aplicaciones. Destacar los nuevos modelos de alta precisión y rigidez M800iA/60 y R-2000iC/190S. Igualmente, vemos un mercado creciente en el sector de la robótica colaborativa en la que es importante estar con nuevos modelos de robots, funciones y aplicaciones. Actualmente, Fanuc posee una de las más amplias gamas de producto con los modelos CRX-5iA, CRX-10iA, CRX-10iAL, CRX-20iA y CRX-25iA.

Para simplificar las tareas de programación, Fanuc ha desarrollado una interface basada en iconos gráficos que permite una sencilla programación para el personal no experto mediante Tablet aplicable a cualquier modelo de robot. Para aplicaciones complejas de visión se ha lanzado un PC industrial propio iPC Box y funciones de software especiales para despaletizado de cajas, seguimiento por visión y Bin Picking complejo con funciones de simplificación de programación a partir de modelos de CAD en 3D. 

Para soluciones menos complejas el propio controlador de robot puede incluir software de visión (IRVision) dando solución a aplicaciones en 2D y 3DV incluyendo funciones de tracking (seguimiento de piezas en movimiento). Tener robots con la posibilidad de incorporar visión en una misma plataforma es una ventaja importante a la hora de simplificar la instalación y programación de las aplicaciones. Y, por último, destacar que en nuestra reciente inauguración de nuevas oficinas en Sant Cugat hemos presentado nuestro nuevo simulador Roboguide con funciones de realidad virtual que ha sido muy valorado por los usuarios (VR Experience) y que se lanzará en breve al mercado.

1. Las prestaciones y características esenciales que deben tener los robots de última generación son variadas y están adaptadas a las necesidades que tiene la industria en la actualidad (escasez de mano de obra cualificada, calidad en el producto, trazabilidad, sostenibilidad, rapidez, entre otras) Entre ellas podríamos destacar:
 

• Tecnología avanzada: los robots deben de estar equipados con tecnologías de vanguardia. Algunos ejemplos de tecnología que implementan los robots son algoritmos de inteligencia artificial, visión artificial, para adaptarse a las necesidades cambiantes de la industria y optimizar su rendimiento.
• Flexibilidad y adaptabilidad: los robots van a tener la capacidad de realizar varias tareas y adaptarse a diferentes entornos de trabajo, sin requerir una reprogramación. Ejemplo de ello es nuestro robot FORPHEUS, un entrenador de pingpong, con aprendizaje impulsado por IA, que ilustra un enfoque de automatización armonizado por el que una máquina puede aprender de los humanos y enseñarles a desarrollar y potenciar sus habilidades.
• Sostenibilidad: nuestros clientes tienen que producir de una manera más eficaz, más flexible, pero además de una manera más sostenible (regulaciones, cambios en los materiales a utilizar, …). Así pues, nosotros diseñamos nuestros equipos, en este caso los robots, teniendo en cuenta consideraciones de eficiencia energética y reducción de residuos para minimizar su impacto ambiental y cumplir con los objetivos de sostenibilidad como el ‘Shaping the future 2030’ de Omron.
• Integración: en muchos casos un robot no es un elemento aislado, sino que es parte de un proceso productivo, con lo que debe de estar perfectamente integrado con el resto de los elementos o máquinas de la cadena de producción.
• Facilidad en la Programación: desgraciadamente vivimos en una época en la que hay escasez de mano de obra cualificada, con lo que se debe de prestar especial atención a dotar de herramientas a los robots para que puedan hacer más en menos tiempo.
   

Estas características son fundamentales para asegurar que los robots de última generación sean herramientas eficaces y eficientes en el entorno industrial actual.

2. La introducción de los robots colaborativos ha simplificado la automatización industrial al hacerlo más accesible y fácil de implementar. Estos cobots pueden utilizarse en diversas aplicaciones dentro de una fábrica, permitiendo a los operarios realizar modificaciones en el programa y supervisar eficazmente las operaciones. Además, ayudan a mitigar la escasez de mano de obra cualificada al liberar a los trabajadores para tareas más especializadas.
 

3. El diseño de la garra es muy importante para permitir que los robots puedan realizar su tarea de manera eficaz. De nada te sirve si tienes la mejor mecánica (rápida, precisa) pero lo pierdes con una garra lenta o poco precisa. Hay que invertir tiempo en el desarrollo y elección de la garra: que no se deteriore el producto, que sea rápida, que sea precisa, que sea versátil y me permita manipular la mayor parte de productos…
 

4. En la parte de robótica colaborativa fija, se ha trabajado en 2 líneas: por una parte, ampliar el rango de mecánicas de nuestros robots colaborativos. Ahora podemos abordar con el TM25S, aplicaciones de paletizado y manipulación de cargas elevadas, gracias a su capacidad de gestionar hasta 25Kg y sus 1906mm de alcance. Pero también se ha trabajado en la integración de estos robots en distintos sectores. Las pymes son las que en muchos casos están sufriendo esta escasez de mano de obra. En ese sentido se han desarrollado aplicaciones plug & play para poder resolver esas aplicaciones donde nos encontramos con poco personal o tareas de poco valor añadido. Las soluciones de soldadura con robot colaborativo o la solución de paletizado son ejemplos de ello.

La intralogística es uno de los aspectos clave que los clientes están prestando atención para mejorar sus procesos productivos. El llevar algo de un punto A a un punto B no se aporta valor. Aquí la solución de robots móviles AMR juega un papel clave en mejorar los procesos productivos. Durante este año, hemos incorporado 2 modelos nuevos MD650 y MD900 que nos permiten dar una solución total a nuestros clientes. Además, recientemente hemos llegado a un acuerdo con la compañía Lowpad, y estamos trabajando en la integración de sus equipos dentro de nuestro gestor de flotas. Entre la solución de LD, MD, HD y Lowpad podremos resolver los retos que nos planteen los clientes.

Respecto a la robótica fija: durante este año se ha trabajado duramente en mejorar todo el tema de software. Todos hemos oído hablar de gemelos digitales y las ventajas que las simulaciones offline nos van a dar para resolver problemas antes de la puesta en marcha y ahorro de costos. Durante este año se ha desarrollado la integración de la robótica fija (con todas sus mecánicas: scaras, delta, 6 ejes,) dentro de nuestra plataforma Sysmac. Disponemos de un único entorno de programación en la que no solo programamos y configuramos sensores, servos, variadores, seguridad, visión. Sino también los robots. Todo ello desde el mismo entorno y bajo estándares de programación de la IEC. Reducimos los tiempos de programación y puesta en marcha, así como los recursos invertidos en el proyecto. Nos vamos olvidando del robotero en favor del ‘automatista’.

1. Si bien la automatización siempre ha consistido en aumentar la productividad y la calidad, hoy en día la flexibilidad y la facilidad de uso se han convertido en prestaciones imprescindibles para los robots de última generación. Los cambios significativos en el comportamiento de los consumidores, incluido el auge del comercio electrónico y la demanda de más opciones de productos, con ciclos de vida más cortos y productos personalizados, están impulsando a que nuestros clientes necesiten aumentar la flexibilidad de sus procesos. 
 

La aceleración de los avances en IA está redefiniendo las posibilidades de la robótica industrial otorgándole una flexibilidad sin precedentes ya que los robots se pueden adaptar a los cambios en su entorno, pudiendo automatizar procesos como la preparación de pedidos en e-commerce, o en el caso de la robótica móvil para navegar por entornos dinámicos. Desde los robots móviles hasta los cobots y más allá, la IA está dotando a los robots de niveles de velocidad, precisión y capacidad de carga sin precedentes, lo que les permite asumir más tareas en entornos como fábricas flexibles, almacenes, centros logísticos y laboratorios. 

La facilidad de uso es otra característica fundamental en los robots de última generación que han experimentado avances significativos en términos de facilidad de uso, instalación y programación, sin requerir conocimientos ni formación previa. Es el caso de la robótica colaborativa y de los cobots de ABB. Gracias a la FlexPendant y al software de fácil programación Wizard Easy Programming, es posible manejar el cobot en tan solo unos minutos, sin necesidad de conocimientos de programación de robots. 

Todas estas características contribuyen a la creación de robots versátiles, inteligentes y capaces de desempeñar diversas tareas en entornos colaborativos y dinámicos.
 

2. • Sistemas de visión artificial y sensores: permiten a los robots ‘ver’ y comprender su entorno mediante cámaras y algoritmos, lo que es crucial para la interacción segura y eficiente con el entorno. Por ejemplo en la automatización logística, los robots de almacén utilizan sistemas de visión artificial para identificar y clasificar objetos, optimizando la gestión de inventario.

•  Machine Learning para potenciar la eficiencia operativa: los algoritmos de aprendizaje automático (machine learning) están transformando la forma en que los robots operan. La capacidad de analizar datos de múltiples robots realizando tareas similares permite la optimización de procesos. En este contexto, se destaca que la mejora del rendimiento de los algoritmos está directamente relacionada con la cantidad de datos proporcionados, consolidando la importancia de una amplia recopilación de información para una eficiencia operativa máxima. Los ejemplos en metrología robotizada de ABB, mediante soluciones 3Dqi, ya son un ejemplo de estas tecnologías.
•  Predictive AI para optimizar el mantenimiento y ahorrar costos: la IA predictiva está demostrando ser una herramienta valiosa al analizar datos de rendimiento de robots para prever el futuro estado del equipo. Este enfoque no solo permite una planificación más eficiente del mantenimiento, sino que también tiene el potencial de ahorrar considerables costos asociados con el tiempo de inactividad. En industrias críticas como la de automoción o logística, donde cada hora de inactividad no planificada se traduce en costos significativos, la IA predictiva se presenta como un salvavidas. 
• Digital Twins: optimización a Través de la Replicación Virtual. La tecnología de gemelos digitales está transformando la forma en que optimizamos el rendimiento de sistemas físicos, incluidos los robots. Al crear réplicas virtuales basadas en datos operativos del mundo real, los gemelos digitales permiten simulaciones y predicciones precisas sin comprometer la seguridad. Este enfoque de replicación virtual está reduciendo costos y acelerando la innovación al permitir pruebas exhaustivas antes de implementaciones físicas.
• Células 3DQI para Análisis Dimensional y Medición de Calidad: el sistema de inspección de calidad 3D, basado en luz estructurada y fotogrametría, simplifica la medición en productos fabricados, ya que puede medir fallas que son menos de la mitad del ancho de un cabello humano a un ritmo más rápido que las herramientas de inspección de medición tradicionales. 3DQI ofrece controles de calidad rápidos y preciso, reduciendo los costosos reprocesos y desechos.

3. El diseño de la mano de un robot influye en su capacidad para realizar tareas de manipulación de manera eficiente y amigable, por lo que es un aspecto clave para lograr un buen desempeño en aplicaciones robóticas. Para que un brazo robótico sea eficiente tiene que combinar diseño inteligente, actuadores precisos, control avanzado y materiales adecuados para lograr un equilibrio entre precisión, flexibilidad, rendimiento y consumo de energía.

• Diseño ergonómico para permitir un amplio rango de movimiento y acceso a diferentes posiciones, además compacto y con las articulaciones bien ubicadas para facilitar la eficiencia en el desempeño de las tareas requeridas. 
• Precisión y repetibilidad para minimizar errores en la posición y poder realizar la misma tarea con alta precisión, mejorando así el rendimiento. 
• Algoritmos de control adaptativo para ajustar automáticamente los parámetros del brazo según las condiciones cambiantes.
• La planificación de trayectorias optimiza los movimientos para minimizar el tiempo y la energía requeridos.
• Los sensores proporcionan información en tiempo real sobre la posición, la fuerza y otros parámetros. Esto permite ajustar el control y mejorar la precisión.
• Los actuadores deben ser rápidos, precisos y energéticamente eficientes. La elección de actuadores afecta la velocidad de movimiento, la carga máxima y la vida útil del brazo.
• Sistemas de seguridad para evitar colisiones con objetos o personas, sobre todo en entornos colaborativos el brazo debe poder trabajar junto a humanos de manera segura.

4. Nuestro portfolio completo de soluciones para la fabricación automatizada flexible abarca desde robots industriales y colaborativos, robots móviles autónomos hasta soluciones digitales, con la integración de IA, que están permitiendo reemplazar las líneas de producción lineales actuales con redes totalmente flexibles. 

• Software RobotStudio de ABB: es la herramienta de simulación, optimización de trayectorias y detección de colisiones robóticas, que permite construir, probar y perfeccionar la instalación del robot en un entorno virtual 3D, acelerando el tiempo de puesta en marcha y la productividad, sin tener que interrumpir la línea de producción real. 
• En cuanto a robótica colaborativa, ABB dispone de dos principales gamas: GoFa y Swifti. 
• Hemos ampliado recientemente nuestra familia GoFa con los nuevos cobots GoFa 10 y GoFa 12, que ofrecen a las empresas nuevas posibilidades de aprovechar la automatización mediante cobot para mejorar la eficiencia. 
• VSlam para la navegación de AMRs: navegación eficiente con Visual Simultaneous Localization and Mapping basada en IA. La aplicación de la tecnología VSlam mejora la capacidad de los AMRs para navegar de manera autónoma y precisa en entornos dinámicos de gran complejidad junto a las personas. 
• DEPAL: despaletizado Inteligente. La solución de despaletizado robótico de ABB combina robots con visión artificial y software patentados por ABB para permitir la manipulación de tareas complejas de despaletizado en aplicaciones logísticas, comercio electrónico, venta al por menor, bienes de consumo envasados y sanidad. Mediante el uso de un software de visión con inteligencia artificial, puede evaluar rápidamente la posición de una amplia variedad de tipos de cajas, lo que permite a los clientes despaletizar eficazmente cargas variadas de manera rápida y precisa. 
• ROBOTIC ITEM PICKER: una nueva solución basada en IA y visión que puede detectar y recoger artículos con precisión en entornos no estructurados en almacenes y centros logísticos de cumplimiento. Gracias a su capacidad para aprender y adaptarse en entornos de almacén en constante cambio, nuestro Robotic Item Picker con IA ve los artículos y decide cómo recogerlos, a una velocidad que puede recoger hasta 1.400 artículos sin clasificar por hora y con una eficiencia superior al 99,5 %, ofreciendo la flexibilidad necesaria para satisfacer muchas necesidades diferentes en la preparación y clasificación de pedidos.

1. La flexibilidad de los cobots facilita una adaptación a cada aplicación y sector industrial. Desde el punto de vista de la robótica colaborativa, las características imprescindibles de los cobots giran precisamente en torno a su carácter colaborativo entre humano y máquina. Este componente colaborativo tiene muchas derivadas: la facilidad de uso hace que sea accesible para operarios sin experiencia previa en robótica; su tamaño compacto posibilita que se instale en espacios reducidos y al lado de los operarios; su ligereza hace que trasladar el equipo a otra estación de trabajo sea más sencillo, y los sensores de seguridad permiten que robots y humanos trabajen en el mismo espacio sin necesidad de barreras de seguridad (siempre tras una evaluación de riesgos). En la última generación de cobots UR (UR20 y UR30), estas características de colaboración se han compatibilizado con un rendimiento superior que posibilita la manipulación de grandes cargas.

2. Tanto el UR20 como el UR30 se basan en una nueva arquitectura de articulaciones. Mantienen el tamaño compacto que caracteriza a los robots colaborativos, pero además están diseñados para alcanzar un alto rendimiento con el que levantar y manipular cargas pesadas (20 y 30 kg, respectivamente) y obtener ciclos más rápidos. Nuestro último modelo, el UR30, ofrece prestaciones como un control de movimiento superior para la perfecta colocación de grandes cargas a una velocidad elevada o el atornillado de alto par con herramientas de torsión de mayor tamaño, entre otros.
 

3. Es una pieza clave, sin duda, aunque no la única. Es la combinación del brazo robótico y su interfaz, el software, las herramientas de final de brazo y la comunicación con otros dispositivos y maquinaria lo que resultará en una aplicación exitosa. Lo importante es contar con una tecnología abierta y compatible con la tecnología de otros fabricantes, que nos permita el desarrollo de soluciones de alto rendimiento adaptadas a cada necesidad productiva. Los cobots UR están diseñados para que la instalación y la sustitución de pinzas o garras puedan efectuarse con agilidad. Incluso modelos como el UR30 pueden usar distintas pinzas al mismo tiempo para trabajar a una mayor velocidad. Asimismo, contamos con la plataforma de accesorios UR+, un espacio de innovación en el que los desarrolladores de tecnología pueden poner a disposición de los fabricantes garras y otros componentes compatibles con nuestros cobots para dar con soluciones consistentes y adaptadas a cada mercado.
 

4. Tal y como hemos comentado anteriormente, nuestras novedades más relevantes son el UR20 y el UR30. El UR20 tiene una capacidad de carga de 20kg y un alcance de 1.750 milímetros, de modo que puede trabajar hasta la altura completa de dos europalés estándar o incluso hasta cuatro pallets americanos con altura reducida. Permite, además, tiempos de ciclo más rápidos. Sus mejoras en software ofrecen un control de movimiento sin precedentes.

El UR30 sigue la senda innovadora del modelo anterior y se basa en su misma arquitectura. Pese a su tamaño compacto, proporciona una carga útil de 30 kg, lo que se traduce en una extraordinaria capacidad de elevación. Aplicaciones como la alimentación de máquinas, la manipulación de materiales y el atornillado de alto par se ven especialmente beneficiados de esta capacidad de carga. Por ejemplo, el nuevo cobot puede retirar piezas ya terminadas y cargar material en un solo movimiento, lo que maximiza la productividad. Cuenta también con una función de modo constante para un atornillado firme y consistente.

1. Los robots deben realizar movimientos precisos, especialmente en tareas de repetición, y ser capaces de conectarse sin problemas a diversos sensores externos, como el caso más habitual de las cámaras. Epson y sus partners en las distintas regiones, como Sinerges tecmon s.a. con sede en Barcelona, ofrecen a sus empresas-clientes diversas soluciones de automatización personalizadas.

2. La robótica en Epson es siempre avanzada y de última generación. Pero, si tengo que detenerme a destacar algún ejemplo, diría el robot suspendido Scara ‘Spider’, que no tiene zona muerta y por tanto se adapta a la perfección a cualquier caso de uso. Además de los robots plegables de 6 ejes, que resultan especialmente compactos para incluirse en cualquier línea de producción.

3. Por supuesto, las pinzas de los robots también son un elemento clave del buen rendimiento general, unido al movimiento preciso de los ejes.

4. Uno de nuestros últimos lanzamientos es un sensor especial (QMEMS) que permite a los robots realizar trayectorias especialmente precisas. Asimismo, también se amplió a finales de 2023 la gama de robots SCARA con dos nuevos modelos: el GX10 y el GX20. Tras la buena experiencia de las series GX4 y GX8, los dos nuevos robots SCARA se han diseñado para ofrecer una productividad, velocidad, alcance y precisión óptimas en espacios limitados, y son ideales para aplicaciones de una amplia gama de sectores, desde la producción de componentes automovilísticos a la dosificación y la alimentación.

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Este artículo aparece publicado en el nº 554 de Automática e Instrumentación págs. 54 a 61.