Selección de robots colaborativos: Usos y aplicaciones industriales

Los robots colaborativos o cobots están construidos para trabajar junto a los humanos, aumentando la automatización y la productividad. A continuación veremos qué aspectos hay que tener en cuenta en la selección de robots colaborativos.

¿Qué es un robot colaborativo?

La principal diferencia con los robots industriales estacionarios es que el robot colaborativo se desarrolló con la finalidad de realizar tareas automatizadas junto a operadores humanos. Los robots industriales están pensados para estar aislados de los humanos mediante barreras físicas y otros dispositivos de seguridad. Sin embargo, los robots colaborativos incluyen funcionalidades únicas que los hacen apropiados para trabajar cerca de las personas. Estas características pueden incluir:

• Limitaciones de velocidad
• Limitaciones de la capacidad de carga
• Detección de 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 son más fáciles de manejar por personal no experto. Esto incluye la reprogramación y el ajuste de parámetros en el robot. El entorno de desarrollo suele ser gráfico e intuitivo.

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 mantenimiento de máquinas durante un tiempo. Luego, cuando se necesite en otro lugar, el robot móvil transportará el cobot a otra zona para realizar otra 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). De esta manera, existe seguridad, 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:

• Limitación de potencia y fuerza

  Este método dicta las limitaciones de fuerza a través de un sistema de retroalimentación de fuerza para que si el robot entra en contacto con una persona u objeto, detenga su movimiento. Teniendo en cuenta la inercia del robot, es necesario limitar su fuerza y su velocidad para que se detenga cuando sea necesario. La velocidad de colaboración se define como un máximo de 250 mm por segundo. Hay que tener en cuenta que esto no significa que no haya ningún peligro al utilizar un robot colaborativo. Para cada aplicación 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. Descubre más sobre la Evaluación de riesgos de los robots industriales y normativa de seguridad.

  La limitación de potencia y fuerza es el método más común de funcionamiento de los cobots. Permite un trabajo lo más cercano posible entre los operadores humanos y los robóticos. Este modo admite mínimas limitaciones o interrupciones de la productividad. Este método tampoco requiere un equipo externo 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.

• Monitorización de la velocidad y la separación

  Este método utiliza equipos de detección para supervisar el área circundante para controlar el movimiento del robot. Esta zona se conoce a veces como el 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.

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

• Parada con control de seguridad

  La parada supervisada de seguridad es un modo de colaboración que se ve a menudo, incluso para los robots industriales. Siempre que un humano entre en el área de trabajo del robot, éste se detendrá 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, lo que 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.

¿Qué industrias realizan una selección de robots colaborativos?

Existe una amplia gama de aplicaciones en muchos sectores que se benefician de la selección de robots colaborativos gracias a su diseño de uso general. Las industrias que suelen aprovechar la tecnología de los cobots son:

• Emballage
• Farmacéutica
• Alimentation et boissons
• Électronique
• Logística
• Metales
• Plastiques
• Automoción
• Aeroespacial

Los cobots pueden encontrarse en casi cualquier industria importante. Su diseño incluye características que permiten una amplia gama de aplicaciones.

Selección de robots colaborativos para diferentes aplicaciones

Los cobots están presentes en las siguientes aplicaciones:

• Tareas de recogida y colocación
• Montaje y desmontaje
• Manipulación de materiales
• Soldadura
• Soldadura de placas de circuito impreso
• Inspección
• Dispensación
• Cuidado de las máquinas

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Existe una amplia gama de aplicaciones, lo que es una de las ventajas de los robots colaborativos. Son una tecnología versátil que 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 inteligentes ya que un operario puede guiar al robot a través de una tarea para enseñarle. A partir de ahí, el robot puede realizar esa tarea repetidamente y si la tarea cambia, puede volver a ser enseñado y reutilizado.

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 cerca de las personas también limitan su capacidad para realizar algunas tareas que requieran alta velocidad y gran capacidad de carga.  Esto se debe a que su menor capacidad de carga útil limitará su capacidad para maniobrar la carga y 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.

Cuándo automatizar con robots colaborativos

Los factores que indican que es el momento de hacer una selección de robots colaborativos incluyen algunas de las siguientes características:

• Los técnicos tienen poca experiencia con los robots

  Los robots son equipos complejos que requieren de técnicos experimentados para manejarlos y mantenerlos. Una gran parte de esta experiencia está en la reprogramación. Los cobots tienen la capacidad de ser controlados de forma sencilla porque su  interfaz de programación es mucho más intuitiva lo que significa que los operadores y técnicos menos experimentados pueden manejar y reprogramarlos. 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 los robots industriales.

• El control de calidad es clave

  Los cobots son repetibles y precisos y son ideales para las aplicaciones de alta precisión. Los errores de control de calidad conducen a un mal funcionamiento o a productos inaceptables que conduce a procesos de producción menos eficientes y una pérdida de ingresos para la empresa. La robótica en general ayuda a reducir estos problemas gracias a su naturaleza precisa y programable.

• La tarea podría cambiar en el futuro

  Los cobots tienen la capacidad única de que se les puede enseñar fácilmente las tareas. Los técnicos inexpertos suelen encontrar útil la herramienta de enseñanza manual cuando se inician. Sin embargo, el verdadero valor de la reutilización del cobot reside en la interfaz de programación que 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 y un retorno de la inversión más rápido.

• La tarea requiere la colaboración con trabajadores humanos

  La característica que define a los robots colaborativos es su capacidad para trabajar con personas. Ciertas tareas pueden optimizarse incluyendo algo de automatización con el trabajo humano. Los robots son buenos para realizar tareas sencillas mientras que 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 el potencial de producción que se refleja en un aumento de la eficiencia y un incremento de los ingresos.

• La tarea no requiere ni gran velocidad ni gran fuerza

  Las principales limitaciones de los robots colaborativos se encuentran en las especificaciones de fuerza y velocidad. Esto se debe a que su enfoque está centrado en el ser humano. Las tareas que requieren una mecánica de alta velocidad no son ideales para los robots colaborativos. Esto incluye tareas como el pick and place o el ensamblaje de gran volumen. Además, las limitaciones de 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.

Las aplicaciones de los cobots suelen estar dentro de la capacidad de fuerza y velocidad de los humanos con la diferencia de que los cobots ofrecen un mayor tiempo de actividad porque no requieren descansos, cambios de turno o días de baja por enfermedad. También proporcionan una mayor consistencia porque no sufren fatiga o lesiones debido al movimiento de cargas a velocidad.

La realidad de la selección de robots colaborativos

Los cobots están cambiando el sector de la robótica pero sus limitaciones de rendimiento y su elevado precio pueden crear dudas sobre su uso en el mercado. Se ha observado en los últimos años que la facilidad de uso es el principal motor de crecimiento y de mayor accesibilidad para las empresas. Aunque la colaboración real hombre-robot no es muy común a día de hoy, los cobots han abierto el mundo a nuevas posibilidades porque son más fáciles de aprender y usar.

Consideraciones sobre el coste de la selección de robots colaborativos

El coste del equipo es siempre un factor importante en el cálculo del retorno de la inversión y los robots colaborativos suelen ser más caros que un brazo robótico industrial de similares características. Sin embargo, los robots industriales conllevan costes secundarios más elevados que suelen ser innecesarios para las aplicaciones colaborativas. Por ejemplo, los robots industriales siempre requerirán un equipo de seguridad adicional que incluya:

• Cortinas de luz
• Escáneres de seguridad
• Cercas
• 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, sobre todo 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.

Aprende más sobre las Principales diferencias entre cobots y robots industriales.