Robots colaborativos: qué son y qué hacen

Cobots: ¡10 preguntas para conocerlos mejor!

Los robots colaborativos son un invento relativamente reciente: el primero del mundo en llegar al mercado fue el UR5 de Universal Robots, en 2008.

A pesar del creciente éxito de los cobots y de la robótica colaborativa en general, su potencial sigue estando en gran medida inexplorado: para saber más sobre estos temas hemos analizado algunas de las principales preguntas y sus respuestas. ¿Estás preparado? Comencemos.

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¿Qué es un robot colaborativo?

Empecemos por la definición: según Wikipedia, un robot colaborativo es:

un robot que colabora de alguna manera con los trabajadores humanos, ya sea como asistente en un proceso o una tarea específica, o bien guiando esta operación.

Precisamente por eso, los robots colaborativos no necesitan barreras ni jaulas perimetrales, sino todo lo contrario: su principal innovación reside en su capacidad para compartir el espacio de trabajo con los operarios.

Los robots colaborativos también se denominan cobots, un término que tiene su origen en la fusión de las palabras inglesas «collaborative robot» y que está ganando terreno en el lenguaje de un número cada vez mayor de empresas de todos los tamaños.

Los co-robots también se mencionan más raramente, aunque este término no se ha abierto paso tanto como sus alternativas (más famosas): no obstante, si lo oye mencionar, recuerde que está hablando de lo mismo.

El robot colaborativo se desarrolló y lanzó al mercado a principios de siglo. Su finalidad es realizar tareas automatizadas en torno a operadores humanos. Esto difiere de otros robots industriales estacionarios. Esos robots están pensados para estar aislados de los humanos. Esto se consigue mediante barreras físicas y otros dispositivos de seguridad. Los robots colaborativos incluyen funcionalidades únicas que los hacen apropiados para trabajar cerca de las personas. Estas características pueden incluir cosas como

  • Limitaciones de velocidad
  • Limitaciones de la capacidad de carga útil
  • Detección de la fuerza

Técnicamente, los robots colaborativos pueden tener cualquier forma. Sin embargo, el diseño de seis ejes es la forma en la que están disponibles comercialmente casi todos los robots colaborativos. Este diseño hace que el robot colaborativo esté preparado para una amplia gama de aplicaciones.

Los robots colaborativos tienen algunas diferencias notables con el robot industrial de seis ejes. Están diseñados para trabajar cerca de las personas, a diferencia del tipo industrial. Además, los robots colaborativos son más fáciles de manejar para los no expertos. Esto incluye la reprogramación y el ajuste de parámetros en el robot. El entorno de desarrollo suele ser gráfico e intuitivo. Esto se opone al entorno de desarrollo más complejo de los robots industriales.

Los cobots también son ligeros en comparación con sus primos industriales. Esto permite emparejarlos con robots móviles para que actúen en entornos dinámicos. Un cobot puede realizar una tarea de cuidado de máquinas durante un periodo de tiempo. Luego, cuando se necesite en otro lugar, el robot móvil transportará el cobot a otra zona. En ese momento, puede realizar su siguiente tarea. Esto da al cobot mucha más flexibilidad para tener un impacto en su entorno de fabricación.

Los cobots tienen estrictas limitaciones de diseño definidas por la Organización Internacional de Normalización (ISO). Así que puedes estar seguro de que, de una marca a otra, existe un nivel básico de «colaboración» y unas especificaciones de seguridad que se respetan.

La ISO define 4 tipos de modos de funcionamiento de los robots colaborativos:

1. Limitación de potencia y fuerza

Este método establece limitaciones de fuerza mediante un sistema de retroalimentación de fuerza. Esto significa que si el robot entra en contacto con una persona o un objeto, detendrá su movimiento. Teniendo en cuenta la inercia del robot, hay que limitar su fuerza y su velocidad para que se detenga cuando sea necesario. La «velocidad de colaboración» se define como no más de 250 mm por segundo. Hay que tener en cuenta que esto no significa que no haya ningún peligro al utilizar un robot colaborativo. Cada aplicación es única. Debe realizarse una evaluación de riesgos y aplicarse adecuadamente para garantizar un entorno de trabajo seguro.

Es necesario realizar una evaluación de riesgos para cualquier tipo de robot en toda su aplicación y cuando se reubica en una nueva estación o en una nueva tarea. En resumen, consiste en evaluar los riesgos y abordarlos.

La limitación de potencia y fuerza es el método más común de funcionamiento de los cobots. Permite el entorno de trabajo más cercano entre los operadores humanos y los robóticos. Este modo admite mínimas limitaciones o interrupciones de la productividad. Este método tampoco requiere equipos externos para ser funcional. Esto se debe a que el sistema de retroalimentación de fuerza es inherente al robot. Este sistema es una combinación de hardware y programación.

2. Control de la velocidad y la separación

Este método utiliza equipos de detección para controlar el área circundante. Esto se hace para controlar el movimiento del robot. Esta zona se denomina a veces «área de trabajo ampliada». Por lo general, este equipo vigila la zona en busca de personas o equipos. Cuando un operario o una carretilla elevadora se acercan a la célula de trabajo, el robot reacciona en consecuencia. Reducirá la velocidad, restringirá su rango de movimiento, o ambas cosas, hasta que la persona o el objeto entren en la zona de parada. En este punto, el robot detendrá todo movimiento. Una vez que el obstáculo se haya retirado de la zona definida, el robot comenzará a moverse de nuevo. Este tipo de colaboración entre humanos y robots también puede llevarse a cabo con robots industriales.

3. Guiado manual

El guiado manual es esencialmente la operación remota de un robot por un operador con el uso de un módulo de control. Esto se ve a menudo en aplicaciones de elevación de materiales pesados y peligrosos. Tradicionalmente, esto requería que un operador se hiciera cargo del control del movimiento.

Esta tecnología se utiliza ahora en la capacidad de «enseñar a mano». Esta funcionalidad viene con muchos robots colaborativos modernos. Un operario puede guiar al robot con los controles del mismo para enseñarle los pasos de un proceso. Un robot industrial necesitaría un dispositivo de detección de fuerza para tener capacidad de enseñanza.

4. Parada con control de seguridad

La parada supervisada de seguridad es un modo de colaboración que vemos a menudo, incluso para los robots industriales. Cuando un humano entra en la zona de trabajo del robot, éste se detiene por completo. Se utilizan sistemas como cortinas láser, paradas de emergencia o cerraduras especiales en las puertas de las celdas para detectar si un humano entra en la zona. Los equipos de mantenimiento también utilizan este modo de colaboración para trabajar con los robots.

Muchos robots colaborativos utilizan más de uno de estos métodos. Esto les permite ser flexibles y operar en entornos dinámicos. Hay que tener en cuenta que cada aplicación es única. Debe realizarse una evaluación de riesgos y aplicarse adecuadamente para garantizar un entorno de trabajo seguro, independientemente del tipo de robot.

Historia de los Cobots o Robots Colaborativos

La primera definición de un cobot procede de una patente estadounidense registrada en 1999 para «un aparato y un método de integración directa entre una persona y un manipulador genérico controlado por ordenador«.

La descripción se refiere a lo que ahora llamaríamos un dispositivo de asistencia inteligente (DAI), el ancestro de los cobots modernos, resultado de los esfuerzos de General Motors por implantar la robótica en la industria del automóvil. El nuevo dispositivo podía moverse en un entorno no enjaulado para ayudar a los trabajadores en las operaciones de montaje pero, por razones de seguridad, carecía de una fuente interna de energía de movimiento.

En 2004, KUKA, una empresa de robótica pionera con sede en Alemania, lanzó el LBR3, el primer cobot ligero con su propia fuente de alimentación de movimiento. Este cobot fue el resultado de una larga colaboración entre la empresa y el Instituto Central Aeroespacial Alemán, y sus capacidades de control de movimiento se perfeccionaron posteriormente en los dos modelos actualizados lanzados en 2008 y 2013, respectivamente.

Como ya hemos apuntado en el comienzo del artículo en 2008, el fabricante danés Universal Robot lanzó el UR5, el primer cobot capaz de operar con seguridad junto a la mano de obra, eliminando la necesidad de jaulas o barreras. El nuevo robot inauguró oficialmente la era de los robots colaborativos flexibles, fáciles de usar y rentables, ofreciendo a las PYME la oportunidad de automatizar sus fábricas sin tener que invertir en una tecnología prohibitiva o en una actualización completa de sus instalaciones de producción. En la actualidad, Universal Robot sigue siendo el líder mundial del sector y vende más cobots que todos sus competidores juntos.

robot colaborativo - Robots colaborativos: qué son y qué hacen

Como todas las tecnologías revolucionarias, los cobots fueron recibidos inicialmente por el sector manufacturero con bastante escepticismo. En 2012, el periodista especializado en tecnología Travis Hessman informó de que un gran número de directores de planta consideraban los cobots como una maravilla de la tecnología, pero dudaban de que pudieran integrarse en los entornos de trabajo del mundo real. Sin embargo, hoy en día el mercado de los cobots industriales crece un 50% anualmente y se espera que alcance unos ingresos globales de 3.000 millones de dólares en 2020.

¿Cuál es la diferencia entre los robots tradicionales y los cobots?

Lo que diferencia a los robots colaborativos de los robots «normales» (también llamados tradicionales o autónomos) es, en primer lugar, el hecho de que, mientras los robots tradicionales trabajan la mayor parte del tiempo por su cuenta, sin necesidad de supervisión, los robots colaborativos están diseñados y programados tanto para trabajar siguiendo las instrucciones de los operadores humanos como para poder interactuar con sus acciones y comportamientos (por ejemplo, deteniéndose en caso de colisión accidental).

Además, las diferencias entre los robots tradicionales y los cobots son muchas:

  • Los robots tradicionales sólo pueden realizar una tarea específica; los cobots, en cambio, se prestan a realizar varias tareas diferentes;
  • Para trabajar con seguridad, el cobot debe moverse más lentamente que un robot tradicional, que siempre realiza la misma tarea siguiendo una trayectoria predefinida y, por tanto, es capaz de realizarla a mayor velocidad;
  • La programación de un robot tradicional es una actividad que suele requerir mucho tiempo y un alto nivel de especialización, así como la intervención de especialistas. Los cobots, en cambio, se pueden programar muy fácilmente: se pueden entrenar con un software, también disponible en línea, o se les puede enseñar a reconocer puntos en el espacio simplemente moviéndolos de una posición (waypoint) a otra, en el llamado modo de «conducción libre», en un proceso que puede ser muy rápido;
  • Rápidos y repetitivos en sus movimientos, los robots tradicionales son especialmente adecuados para ayudar en la producción de grandes series, es decir, grandes cantidades de los mismos productos. Sin embargo, debido a los elevados costes de puesta en marcha de la producción, la producción de pequeñas series no suele ser rentable. Los cobots, en cambio, son capaces de pasar rápidamente de una producción a otra, gracias a unos tiempos de puesta en marcha extremadamente cortos, por lo que, aunque pueden trabajar las 24 horas del día en cualquier producción, son ideales para tiradas pequeñas. Dada su capacidad para adaptarse a múltiples tareas, los cobots se utilizan cada vez más como apoyo a los robots tradicionales, interactuando tanto con éstos como, en caso necesario, con los trabajadores;
  • Por lo general, los robots tradicionales no pueden ser trasladados (si no es con gran esfuerzo) y reprogramados en otras tareas, salvo tras intervenciones que requieren largos tiempos de inactividad y altos costes. Los cobots, en cambio, pueden ser trasladados varias veces a diferentes tareas incluso durante una misma jornada de trabajo: una vez que el cobot ha sido instruido sobre las operaciones a realizar, su reprogramación es muy rápida porque puede ser recuperado a partir de los distintos modelos guardados;
  • Los cobots no son simples objetos mecánicos que realizan operaciones repetitivas, como los robots tradicionales, sino que son capaces de reconocer el espacio en el que se mueven y las interacciones que realizan con otros objetos o personas, gracias a los numerosos sensores con los que pueden estar equipados, incluyendo, si es necesario para la aplicación, cámaras especiales.

Resumiendo,

Los robots tradicionales ocupan posiciones fijas, son (casi siempre) más pesados, más grandes (por lo que ocupan más espacio) y, como se utilizan regularmente para la misma tarea, se mueven por el espacio de forma automática, a gran velocidad: esto hace necesario delimitar su área de trabajo encerrándolos en jaulas metálicas de seguridad.

ur5 primer robot colaborativo - Robots colaborativos: qué son y qué hacen

Los cobots son más ligeros: pesan entre 10 y 30 kg. Son más pequeños, transportables (¡incluso pueden caber en una maleta!) y especialmente versátiles. Además, no necesitan jaulas perimetrales, sino que están equipadas con sensores que les permiten interactuar con los objetos y los empleados con seguridad. Por todo ello, pueden integrarse en cualquier línea de producción sin necesidad de modificar su disposición específica.

Brazo robótico y célula robótica, ¿cuál es la diferencia?

El brazo robótico es el motor del robot colaborativo: suele estar formado por «módulos», es decir, tubos metálicos conectados por articulaciones que, al igual que las humanas, permiten una gran variedad de movimientos, en seis o incluso siete ejes diferentes (también se habla de «grados de libertad»).

Las juntas son muy fáciles de cambiar en caso de necesidad y cualquiera puede hacerlo, lo que reduce drásticamente los costes de mantenimiento y los tiempos de inactividad.

Cuando hablamos de una célula robótica, en cambio, nos referimos a un sistema completo, que además del robot incluye sus terminales, cualquier periférico, un sistema de control y (para los robots tradicionales y sólo en algunos casos para los cobots) la jaula perimetral.

Para los que quieran saber más, hemos dedicado un post detallado a la célula robótica.

Ventajas de los robots colaborativos

Aquí volvemos, al menos en parte, a lo que ya hemos escrito anteriormente; pero también hay otras ventajas que las empresas pueden aprovechar al elegir cobots:

  • Interactúan con los operadores y no requieren jaulas perimetrales «reales»;
  • Gracias a su pequeño tamaño, pueden integrarse en cualquier línea de producción sin tener que modificar sustancialmente el diseño;
  • Su peso, que varía de 10 a 30 kg, permite transportarlas fácilmente de un puesto de trabajo a otro gracias a unos sencillos carros;
  • Son fáciles de programar la primera vez que se utilizan gracias a un software específico y al modo «free drive», que permite enseñarles una ruta simplemente moviéndolos «a mano» en el espacio para establecer un número mínimo de waypoints;
  • La reprogramación es muy rápida, ya que es posible recuperar las rutas ya guardadas con un «toque» en la pantalla de conducción (teach pendant);
  • pueden ser programados por cualquier empleado con la formación adecuada: no es necesario el asesoramiento de un experto;
  • son capaces de «aprender de la experiencia» que hacen durante su actividad, para optimizar la eficacia del trabajo que realizan;
  • un mismo brazo robótico, convenientemente equipado con diferentes efectores finales en función de la situación, puede realizar las tareas más variadas;
  • no requieren un diseño específico, que suele llevar mucho tiempo;
  • sus costes parten de unas decenas de miles de euros;
  • el ROI (acrónimo de Return on Investment) suele ser muy rápido, del orden de 12 meses, pero a menudo incluso más corto.

Los robots colaborativos son flexibles, fáciles de instalar y reubicar

Su pequeño tamaño hace que sea fácil de montar, desmontar y reubicar, moverlo por la fábrica sin cambiar la disposición de la producción. En cuanto a la programación, el guiado cinestésico (guiado manual) hace que la programación de los robots sea accesible para todos, no sólo para los ingenieros. Con sólo pulsar un botón en el teaching pendant (el controlador del robot), el guiado manual permite al usuario mover el brazo en el espacio libremente, asignando él mismo la tarea. La trayectoria demostrada se graba y se puede acceder a ella desde el teaching pendant para su posterior programación, que suele ser intuitiva.

Este proceso puede durar hasta una hora.

El rápido tiempo de cambio hace que los robots colaborativos sean especialmente interesantes para las PYMES (pequeñas y medianas empresas) que tienen muchos tipos de productos diferentes producidos en un volumen bajo.

Los cobots son más seguros que los robots industriales

Una de las principales ventajas de un cobot frente a un robot de seis ejes es que no necesitan una célula de trabajo dedicada, lo que significa que no hay necesidad de vallas o cortinas de luz (dependiendo de la aplicación, esto no siempre es así). Esto se debe a que las articulaciones del robot están limitadas por la fuerza. Esto significa que cada articulación está equipada con un sensor de fuerza que añade una reacción rápida en caso de colisión, haciendo que el robot se detenga. Además, pueden añadirse sensores externos, como sensores láser, para ralentizar o detener el robot cuando una persona se acerque a él.

Los cobots son rentables

Los robots colaborativos pueden ser más baratos que un robot industrial (principalmente por su diferencia de tamaño), aunque no se trata sólo del coste de los robots, sino de la inversión en su conjunto. Si se tienen en cuenta todos los factores secundarios, la diferencia de coste es aún mayor. Por ejemplo, como se ha mencionado anteriormente, la ausencia de necesidad de una célula de trabajo, con todo lo que ello implica (hardware, mano de obra humana y tiempo) es rentable. Además, no es necesario que los empleados reciban formación ni que un experto en robótica esté presente para supervisar o mantener. Es opcional, a diferencia de los robots industriales. El ROI (retorno de la inversión) tarda menos de un año en el caso de los cobots, mientras que en el caso de los robots de seis ejes puede tardar hasta 18 meses.

Los cobots pueden tener dos brazos y realizar tareas más rápidamente

Una característica que algunas empresas han añadido a los cobots es un segundo brazo, algo que no está disponible en los robots industriales tradicionales. La idea es que los dos brazos pueden resultar útiles en tareas delicadas como el montaje de piezas pequeñas (por ejemplo, piezas electrónicas) o el apriete de tornillos, aumentando así la velocidad y la flexibilidad. Otra aplicación podría ser la recogida de contenedores en paralelo. El bin picking, el proceso de recogida de piezas pequeñas en posiciones aleatorias de un contenedor, puede ejecutarse más rápidamente con dos brazos robóticos. Una de las razones por las que los cobots de dos brazos aún no son tan populares es la complejidad de coordinar los dos brazos para que funcionen en tándem.

Desventajas de los robots colaborativos o cobots

Los cobots no son una buena opción cuando se trata de cargas mayores

La flexibilidad tiene un precio. Los cobots suelen manipular cargas pequeñas de entre 3 y 10 kg, aunque algunos modelos pueden manejar hasta 35 kg. Por el contrario, algunos robots de seis ejes tienen una capacidad de manipulación de hasta 2 toneladas, pero también depende de la aplicación. Una cosa es segura: Los cobots no están pensados para aplicaciones de trabajo pesado.

La velocidad del cobot es limitada

Dado que la seguridad es el objetivo principal de un cobot, no puede combinarse con la alta velocidad, especialmente cuando se toman medidas de seguridad adicionales, como las mencionadas anteriormente. La velocidad típica de un cobot es de 250 mm por segundo, cuatro veces menos que la de un robot industrial tradicional. Cuando los usuarios interactúan con el cobot, su velocidad se reduce para abrazar la seguridad, a expensas del tiempo de ciclo. Por tanto, las aplicaciones que exigen una gran velocidad no suelen ser recomendables para los cobots.

Los cobots pueden no ser tan eficientes como los robots de seis ejes

La programación con guía manual puede ser cómoda, pero también se traduce en movimientos humanos (demostrados por el empleado), lo que podría no ser la solución óptima en algunos casos. Por ejemplo, si la tarea requiere movimientos muy precisos y delicados, es posible que los usuarios humanos no puedan dar las instrucciones adecuadas al cobot. Por otro lado, los robots industriales crean las trayectorias internamente a través de la programación, produciendo como resultado trayectorias más rápidas y suaves, más optimizadas.

Los cobots no son totalmente independientes

La sinergia robot-humano tiene sus inconvenientes. Aunque un cobot puede trabajar 24 horas al día, 7 días a la semana (al menos en principio), su necesidad de asistencia o supervisión humana sigue existiendo cuando todos salen de la fábrica por la noche. En cambio, los robots industriales pueden trabajar a pleno rendimiento sin empleados humanos.

La homologación de seguridad de los cobots puede ser problemática

La homologación de seguridad de un cobot puede ser problemática, no sólo porque existe una gran variedad de normativas de seguridad, sino también por el hecho de que la reubicación y los cambios en las tareas del cobot y/o el cambio de herramienta pueden exigir una nueva certificación de seguridad. Esto debe hacerlo un organismo notificado como documentación del marcado CE. Por ejemplo, si al cobot se le instala una nueva pinza con bordes puntiagudos, se considera que su función original ha cambiado. Por lo tanto, hay que obtener una nueva aprobación de seguridad, lo que cuesta tiempo y dinero.

Aplicaciones de los robots colaborativos (ejemplos)

Ha aprendido que los robots colaborativos se encuentran habitualmente en diferentes industrias. ¿De qué tipo de aplicaciones se encargan los cobots? Dichas aplicaciones incluyen:

  • Tareas de selección y colocación
  • Montaje y desmontaje
  • Manipulación de materiales
  • Soldadura
  • Soldadura de PCB
  • Inspección
  • Dispensación
  • Cuidado de las máquinas

Verá que se trata de un amplio abanico de aplicaciones. Esta es una de las ventajas de los robots colaborativos. Son una tecnología versátil. Pueden desplegarse y volverse a desplegar para realizar muchas tareas diferentes en una misma instalación.

Los robots colaborativos tienen puntos fuertes que los convierten en una buena opción para muchas aplicaciones. Por un lado, tienen sistemas internos que los hacen apropiados para trabajar cerca de las personas. Además, comparten el diseño de seis ejes con el robot industrial de seis ejes. Esto les proporciona un buen equilibrio entre velocidad, amplitud de movimiento y capacidad de carga. La libertad de movimiento del diseño de seis ejes aporta ventajas específicas. Su excelente rango de movimiento no le limitará para realizar aplicaciones específicas. También son enseñables. Esto significa que un operario puede guiar al robot a través de su tarea para enseñarle. A partir de ahí, el robot puede realizar esa tarea repetidamente. Si la tarea cambia, se puede volver a enseñar y a desplegar.

Por supuesto, los cobots no son adecuados para todas las aplicaciones. El principal factor para ello es que esas mismas características que les permiten trabajar alrededor de las personas también limitan su capacidad para realizar algunas tareas. Por ejemplo, consideremos una tarea que requiera alta velocidad y gran capacidad de carga. Podría tratarse de una aplicación de montaje de automóviles de gran volumen. En este caso, el cobot no sería la opción óptima. Esto se debe a que su menor capacidad de carga útil limitará su capacidad para maniobrar la carga. Esto hará que el robot falle durante su funcionamiento. Los fallos provocarán interrupciones en el flujo de trabajo y detendrán la línea. Además, la velocidad necesaria para maximizar el rendimiento podría no ser alcanzable con un cobot. Sus velocidades más bajas podrían dejar sin realizar mayores ganancias de eficiencia. En este caso, un robot industrial tradicional de seis ejes sería la mejor opción. Así pues, ¿cuándo debería buscar la automatización con un robot colaborativo?

Los robots colaborativos pueden utilizarse en una amplia gama de aplicaciones. He aquí algunos ejemplos:

  • pintura automática (como el denim, el tejido de los vaqueros)
  • robots colaborativos para el envasado de alimentos
  • montaje de piezas
  • para apretar el tapón y cerrar la botella

Aun así, entre las aplicaciones de los robots colaborativos podemos tener:

  • envasado
  • encolado
  • moldeo por inyección
  • análisis de laboratorio
  • control de calidad
  • atornillado

También hay necesidades que son comunes a varias empresas y que pueden resolverse fácilmente con verticalizaciones estándar como las que hemos creado para ellas:

  • paletización
  • Mantenimiento de máquinas CNC
  • lijado y pulido

Hemos dedicado una página en profundidad a cada una de estas tres situaciones, donde podrá descubrirlas con más detalle.

robotica colaborativa y seguridad - Robots colaborativos: qué son y qué hacen

¿Cómo se programa un cobot? ¿Quién puede hacerlo?

Tras unas horas de formación, la programación de un robot colaborativo es una operación muy sencilla, al alcance de muchos operarios de máquinas.

Normalmente, los cobots están equipados con un «teach pendant», es decir, un ordenador, normalmente similar a una tableta (aunque un poco más grande y pesado), con una interfaz intuitiva: en el caso de los modelos de Universal Robots, esta interfaz está disponible en varios idiomas, incluido el español.

No hay que «escribir código», sino sólo pulsar botones para definir secuencias de acciones a realizar: con el teach pendant se pueden fijar puntos en el espacio y programar el brazo robótico para que se mueva siguiendo la trayectoria indicada por el operador.

La fijación de estos puntos puede realizarse mediante el uso de un software, o en modo «free drive», moviendo con sus propias manos el brazo robótico en el espacio que desee y «fijando» los puntos límite (los llamados waypoints).

Robótica colaborativa y seguridad: ¿son seguros los cobots?

La cuestión de la «seguridad de los operarios» es, con razón, una de las que más preocupan a las empresas a la hora de evaluar la conveniencia de empezar a utilizar un cobot en sus líneas de producción.

Para quienes ya tienen experiencia en el uso de robots tradicionales, la idea de utilizar modelos colaborativos puede ser una fuente de mayor preocupación porque supone que el robot trabaja en estrecho contacto con los operadores, compartiendo el mismo espacio y, en algunos casos, interactuando muy estrechamente.

Debido a la naturaleza particular de los robots colaborativos y de la convivencia entre humanos y robots, existe una Especificación Técnica (ISO/TS 15066) que regula los requisitos de seguridad que deben tener los cobots para ser utilizados de acuerdo con la Norma Técnica UNI EN ISO 10218-2:2011.

Las certificaciones de seguridad se refieren al propio brazo robótico, pero cuando se utiliza un robot colaborativo es necesario hacer una evaluación global del nivel de seguridad de la célula robótica que se está diseñando, teniendo en cuenta también las interacciones previstas: sobre este aspecto hay algunas indicaciones a seguir que deben ser evaluadas junto con un especialista ya en la fase de diseño de la aplicación.

¿Cuánto cuestan los robots colaborativos?

En este punto es difícil dar una respuesta inequívoca, porque son muchas las aplicaciones que se pueden crear.

Sin embargo, es importante recordar que un brazo robótico «por sí solo» es una herramienta bastante limitada y que el máximo de su -enorme- potencial se expresa cuando está equipado con los terminales (efectores finales) más adecuados para la aplicación concreta que se va a crear.

Además, en determinadas situaciones es necesario prever, por ejemplo, el uso de sistemas de visión para que la actividad sea lo más autónoma posible; en otros casos el brazo trabaja con la ayuda de transportadores de rodillos y cintas transportadoras; otras situaciones son aquellas en las que es necesario crear una jaula perimetral física, con los relativos costes, etc.

Sin embargo, en el caso de Universal Robots, el «único» brazo robótico tiene unos costes que parten de unas pocas decenas de miles de euros y, en general, garantizan un rápido retorno de la inversión.

Hablamos de hiperdepreciación cuando se ofrece la oportunidad de atribuir al presupuesto un valor incrementado en un 150% respecto al coste de compra de un bien no instrumental (para un total, de hecho, del 250% de depreciación).

Las «aplicaciones productivas» para las que se prevé esta facilitación son las máquinas con control CNC (Control Numérico por Ordenador) y/o PLC (Controlador Lógico Programable) que tienen una interfaz hombre-máquina sencilla e intuitiva, están interconectadas con los sistemas informáticos de la fábrica, están integradas con el sistema logístico de la misma y cumplen las normas de seguridad exigidas.

Robótica colaborativa, tendencias y previsiones

Aunque los cobots se están desarrollando rápidamente, todavía es difícil prever su aplicación en la mayoría de las plantas de fabricación. Los retos más importantes son la necesidad de perfeccionar la destreza manual, por ejemplo a la hora de recoger piezas pequeñas y delicadas, y la capacidad de tomar decisiones rápidamente para evitar obstáculos sin interrumpir la producción.

Para resolver estos retos, los líderes del sector están desarrollando cobots con procesadores más rápidos y sistemas de visión integrados. Esto permitirá procesar los datos espaciales a una velocidad que genere un control del movimiento inalcanzable para las soluciones tradicionales que se basan en hardware básico.

Estas innovaciones permiten que los cobots sean más productivos. A diferencia de las soluciones tradicionales, que se limitan a detenerse por razones de seguridad cuando detectan un obstáculo, como el brazo de un operario, los cobots innovadores son capaces de sortear el obstáculo y encontrar el mejor camino sin interrumpir su actividad.

Los cobots presentados en Automate 2019 por Realtime Robotics, por ejemplo, están equipados con sistemas de visión integrados que les permiten adaptarse a los cambios del entorno, incluidos los obstáculos de distinta naturaleza, cambiando la posición de los objetos que deben recoger y el lugar en el que deben depositarse.

Esta nueva tecnología no sólo elimina la necesidad de un posicionamiento preciso, sino que también permite a los fabricantes combinar por fin la seguridad con la máxima productividad. De hecho, los nuevos cobots no se limitarán a detenerse, sino que buscarán activamente un camino abierto y seguro para continuar sus operaciones. La mayor sensibilidad a los obstáculos permitirá que diferentes cobots trabajen juntos de forma independiente, realizando diferentes tareas sin llegar a colisionar.

Los cobots de próxima generación combinan la necesidad de seguridad con la capacidad de operar a toda velocidad. Ahora que por fin se ha alcanzado este compromiso, la robótica colaborativa no tiene límites.

De las plataformas al código abierto

Como líderes del sector, las empresas examinadas por ABI Research se mueven ya en la lógica de las plataformas y soluciones del ecosistema que completan el hardware básico, mientras que hay quienes pretenden rebajar el umbral de entrada a los nuevos actores, centrándose en el middleware de código abierto.

Las perspectivas de los grandes actores de la automatización industrial, como ABB, FANUC, KUKA AG y Yaskawa Motoman, son interesantes.

Por el momento parecen estar un poco penalizados en términos de coste y facilidad de uso, pero a largo plazo, con la llegada de los cobots de nueva generación, las mejoras serán apreciables tanto en términos de coste como de flexibilidad.

Con una ventaja nada desdeñable: la posibilidad de reequipar los robots existentes en producción, para dotarlos de capacidades colaborativas.

Cuándo automatizar (y cuándo no) con robots colaborativos

Como ha aprendido, los cobots tienen muchas aplicaciones y ventajas. ¿Cómo saber si su aplicación es adecuada para la automatización con un cobot? Los buenos proyectos candidatos para los cobots incluyen algunas de las siguientes características:

  • Los técnicos tienen poca experiencia con los robots
  • El control de calidad es clave
  • La tarea podría cambiar en el futuro
  • La tarea requiere la colaboración de trabajadores humanos
  • La tarea no es de alta velocidad y no requiere gran fuerza

Los técnicos tienen poca experiencia con los robots

Los robots son equipos complejos. Como tales, requieren técnicos experimentados para su manejo y mantenimiento. Una gran parte de esta experiencia consiste en la reprogramación. Los cobots tienen la capacidad de ser controlados de forma sencilla e intuitiva. Su interfaz de programación es mucho más atractiva para los profanos. Esto significa que los operadores y técnicos menos experimentados pueden manejar y reprogramar estos equipos. Aunque las tareas de nivel básico son fáciles y accesibles para las personas menos experimentadas, estas tecnologías pueden alcanzar la complejidad y la eficacia de sus primos los robots industriales. Por ello, su equipo debe seguir buscando expertos de los que aprender. Así podrán desarrollar sus habilidades de programación y desplegar células robóticas más completas.

El control de calidad es clave

Como muchos otros tipos de robots, los cobots son repetibles y precisos. Esto es especialmente cierto cuando se comparan con sus homólogos humanos. Por ello, las aplicaciones de alta precisión pueden ser buenas candidatas para la automatización con cobots. Los errores de control de calidad conducen a un mal funcionamiento o a productos inaceptables. Esto suele significar procesos de producción menos eficientes. Esto supone una pérdida de ingresos para su empresa. La robótica en general ayuda a reducir estos problemas. Lo consiguen gracias a su naturaleza precisa y programable. Los cobots se emplean habitualmente en estas aplicaciones.

La tarea podría cambiar en el futuro

Los cobots tienen la capacidad única de que se les «enseñe» fácilmente las tareas. Los técnicos inexpertos suelen encontrar útil la herramienta de enseñanza manual cuando se inician. Sin embargo, el verdadero valor del cobot reside en la interfaz de programación. Su programación gráfica hace que sea fácil de entender para aquellos robots nuevos y sin formación. Esto significa que si una tarea cambia ligeramente, el programa del cobot puede modificarse rápida y fácilmente. Esto reduce en gran medida la frecuencia con la que se llama a un integrador para que lo reprograme. Esta reducción de costes se traduce en más ingresos en su bolsillo y un retorno de la inversión más rápido.

La tarea requiere la colaboración de trabajadores humanos

La característica que define a los robots colaborativos es su capacidad para trabajar con las personas. Ciertas tareas pueden optimizarse incluyendo algo de automatización con el trabajo humano. Los robots son buenos para realizar tareas sencillas y mundanas. Las personas destacan en tareas que incluyen características como la toma de decisiones complejas. Combinando los dos para que trabajen juntos se aprovechan los puntos fuertes de ambos. Su rendimiento de esta manera supera lo que cualquiera de los dos podría hacer por sí solo. Esta optimización maximiza su potencial de producción. Este aumento de la eficiencia proporciona un incremento de los ingresos y del rendimiento de la inversión.

La tarea no es de alta velocidad y no requiere gran fuerza

Las principales limitaciones de los robots colaborativos se encuentran en las especificaciones de fuerza y velocidad. Esto se debe a su diseño y a su enfoque centrado en el ser humano. Las tareas que requieren una mecánica de alta velocidad son malas candidatas para los robots colaborativos. Esto incluye tareas como la recogida y colocación de grandes volúmenes o el montaje. El despliegue de un cobot en estas aplicaciones podría dejar sobre la mesa ganancias de eficiencia no realizadas. Además, las limitaciones de la carga útil dificultarán la capacidad de los cobots para asumir todas las tareas. Las tareas pesadas, como las aplicaciones de manipulación de materiales de gran tamaño, pueden no ser posibles para un cobot. Los robots industriales tradicionales serían una mejor opción para estas aplicaciones.

Las aplicaciones de los cobots suelen estar dentro de la capacidad de fuerza y velocidad de los humanos. Sin embargo, los cobots proporcionan un mayor tiempo de actividad que los humanos. Los robots no requieren descansos, cambios de turno o días de enfermedad. También proporcionan una mayor consistencia. Esto se debe a que no sufren fatiga o lesiones debido al movimiento de cargas a velocidad. Esto proporciona una mayor eficiencia y potencial de rendimiento que los operadores humanos solos.

El verdadero negocio de los cobots

Los cobots están cambiando la industria de la robótica y puede que todavía no se les entienda bien. Sus limitaciones de rendimiento y su elevado precio pueden crear dudas sobre su uso en el mercado. A partir de su creciente presencia en los últimos años, hemos comprendido que la «facilidad de uso» es el principal motor de crecimiento y de mayor accesibilidad para las PYME. Han abierto un nuevo mercado para la robótica, el que no dispone de recursos para una automatización compleja. Aunque la colaboración «real» hombre-robot es rara a día de hoy, los cobots han abierto el mundo a nuevas posibilidades; robots más fáciles de aprender y usar y una futura colaboración real hombre-robot. Dicho esto, el futuro aún está por escribir.

Consideraciones sobre los costes

El coste del equipo es siempre un factor importante en el cálculo del ROI. Quizá le sorprenda saber que los robots colaborativos suelen ser más caros que un brazo robótico industrial comparable. Sin embargo, los robots industriales conllevan costes secundarios más elevados. Estos suelen ser innecesarios para las aplicaciones colaborativas. Por ejemplo, los robots industriales siempre requerirán equipo de seguridad adicional. Este equipo de seguridad incluye cosas como

  • Cortinas de luz
  • Escáneres de seguridad
  • Esgrima
  • Escudos
  • Botones de parada de emergencia

Además, el tipo industrial no colaborativo es más difícil de integrar. Esto se debe en gran medida a su entorno de programación más complejo. Estos robots requieren técnicos y programadores experimentados para su instalación y puesta en marcha. Los costes de mantenimiento también son más elevados en el caso de los robots industriales. Los robots industriales suelen ser más caros después de la integración en comparación con los robots colaborativos. Este es el caso incluso si el cobot por sí mismo es inicialmente más caro. Un coste razonable para un cobot medio en una aplicación estándar será de unos 35.000 – 60.000 dólares.

En conclusión

Facilidad de uso, versatilidad, costes de acceso cada vez más bajos, aumento de la calidad de la producción y reducción drástica de los tiempos de inactividad, incentivos gubernamentales…

Todo contribuye a que los robots colaborativos sean una inversión cada vez más conveniente, capaz de aumentar -hasta un 85% más que el trabajo puramente manual, según un estudio del MIT de Boston- la productividad de los empleados y con un retorno de la inversión que estadísticamente es inferior a 12 meses: una ayuda que permite seguir siendo competitivo en mercados donde la atención a la calidad y la personalización sigue siendo alta.

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