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.

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.

Aplicaciones de los robots colaborativos (ejemplos)

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.

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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