Por David Miller, David Greenfield
Las tecnologías robóticas a menudo cautivan la atención humana por sus capacidades operativas autónomas amplias y aún crecientes. También atraen nuestra atención porque podemos ver cómo están cambiando la cara misma de las operaciones industriales.
Comenzamos con una descripción general de la tecnología en cuestión y luego compartimos información de los integradores de sistemas y sus pares usuarios finales en toda la industria.
Robots industriales
Los robots industriales generalmente se pueden dividir en una de cuatro categorías: articulados, cartesianos, SCARA y delta.
- Los robots articulados se asemejan al brazo humano y presentan de dos a 10 ejes de movimiento y, a menudo, están unidos a una base giratoria. Los robots articulados de cuatro a seis ejes son de este tipo los más comunes utilizados en la manufactura. En algunos casos, los robots articulados con hasta seis ejes también cuentan con un eje adicional en forma de un sistema de transporte lineal capaz de mover el robot hacia adelante y hacia atrás a lo largo de una ruta establecida. Esto a veces se denomina séptimo eje en el caso de robots de seis ejes, o unidad de transferencia de robot en caso contrario. Este eje adicional se usa para mover el robot a diferentes estaciones de trabajo a lo largo de una línea o entre estaciones de trabajo en líneas adyacentes. Los robots articulados son particularmente útiles para aplicaciones tales como ensamblaje, soldadura por arco, manejo de materiales, mantenimiento de máquinas y empaque.
- Los robots cartesianos, a veces denominados robots lineales o de pórtico, están vinculados por tres ejes lineales que están definidos por el sistema de coordenadas cartesianas como los ejes X, Y y Z; en otras palabras, estos robots se mueven hacia arriba y hacia abajo, hacia adentro y hacia afuera y de lado a lado. Los robots cartesianos permiten a los usuarios finales ajustar la velocidad, la precisión, la longitud del trazo y el tamaño de cualquier movimiento, y se usan comúnmente en máquinas CNC e impresoras 3D.
- Los robots SCARA (brazos de robot de ensamblaje de cumplimiento selectivo) funcionan en un sistema de tres ejes similar a los robots cartesianos. Sin embargo, también cuentan con movimiento giratorio, lo que les permite extenderse en áreas confinadas y luego retraerse cuando sea necesario. Esto puede resultar útil al transferir piezas de una celda de trabajo a otra o al descargar estaciones de trabajo. Los robots SCARA se utilizan a menudo para ensamblar, pintar y paletizar, así como para aplicaciones de producción biomédica.
- Los robots Delta, también llamados robots paralelos, poseen tres brazos orientados hacia abajo conectados a una sola base montada sobre el espacio de trabajo. Estos robots pueden moverse a altas velocidades manteniendo la delicadeza y la precisión porque el efector final está controlado por los tres brazos simultáneamente, lo que proporciona una mayor estabilidad. Los robots Delta se utilizan comúnmente para aplicaciones de recogida y colocación en las industrias alimentaria, farmacéutica y electrónica, así como en aplicaciones de empaque.
Robots colaborativos
Un robot colaborativo, o cobot, es un robot que puede interactuar directamente con un trabajador humano en un espacio compartido u operar junto a un trabajador humano. Por el contrario, los robots industriales típicos están aislados del contacto humano a través de una jaula de seguridad.
Si bien esta descripción general se ha utilizado durante mucho tiempo para señalar la diferencia entre los robots industriales y los cobots, esa línea se está volviendo más borrosa. Hoy en día, algunos robots industriales poseen aspectos de capacidades colaborativas como se describe en las normas ISO 10218-1 y 10218-2. Estas capacidades de colaboración (detención monitoreada de seguridad, guía manual, monitoreo de velocidad y separación, y limitación de potencia y fuerza) se pueden lograr utilizando sensores, sistemas de control y dispositivos periféricos, algunos de los cuales pueden estar ya integrados en un robot al momento de la compra, mientras que otros pueden adaptarse a un robot industrial instalado.
Una descripción de las cuatro capacidades de los robots colaborativos de ISO:
- Parada supervisada de seguridad: los robots que pueden pausar temporalmente su funcionamiento cuando se detecta un ser humano u otro objeto desconocido en la celda de trabajo realizan una parada supervisada de seguridad. En estos casos, el robot mantiene la energía pero no puede moverse, lo que significa que no será necesario apagarlo y reiniciarlo. Los reinicios del robot pueden ser un proceso largo que se requería antes del desarrollo de la función de parada supervisada de seguridad. Los robots que realizan una parada supervisada de seguridad se reinician automáticamente una vez que el espacio de trabajo está despejado.
- Guía manual: cuando un cobot se mueve a través de la entrada directa y práctica de un operador, se denomina guía manual. Cuando un operador se involucra en el guiado manual, el cobot permanece en una parada monitoreada de seguridad hasta que se activa a través de un interruptor de habilitación. La mayoría de los cobots se pueden programar mediante la enseñanza basada en puntos o rutas para realizar ciertas tareas después de ser guiados manualmente a través de los puntos o rutas.
- Monitoreo de velocidad y separación: esta tecnología permite que un robot opere con un humano cerca si se puede mantener una distancia predeterminada entre el robot y el humano. Esto se puede lograr utilizando alfombras de seguridad sensibles a la presión, cortinas de luz o escáneres de área láser, así como a través de una combinación de sensores y sistemas de visión, para alertar a los robots cuando algo ha entrado en su entorno de peligro.
- Limitación de potencia y fuerza: las limitaciones de potencia y fuerza se pueden lograr a través del diseño o mediante la adición de elementos de control externos. Por lo general, requiere un robot con potencia o retroalimentación de fuerza incorporada. Estos robots son generalmente más pequeños, más lentos y menos potentes que otros robots, lo que les permite adaptarse más fácilmente para trabajar de forma segura junto a los humanos. En los casos en que se utiliza un robot que solo posee capacidades de colaboración que limitan la potencia y la fuerza, se requieren evaluaciones de riesgo exhaustivas para garantizar un funcionamiento seguro.
Robots móviles autónomos
Los robots móviles autónomos (AMR) son carros robóticos que pueden navegar a través de un entorno sin necesidad de guía humana para transportar una variedad de materiales entre ubicaciones. A menudo, los AMR se consideran un reemplazo de los vehículos guiados automatizados (AGV), que se han utilizado durante mucho tiempo para automatizar el movimiento de materiales en la industria. Mientras que un AGV navega siguiendo tiras de cables o pistas magnéticas a lo largo del piso, los AMR usan una tecnología llamada detección y alcance de luz (LiDAR). LiDAR funciona mediante el uso de un sensor láser para medir la distancia entre el AMR y otros objetos. La falta de infraestructura fija requerida para implementar AMR los hace ideales para aplicaciones donde se necesita flexibilidad. Además de usarse para tareas de manejo de materiales, los AMR pueden tener robots articulados montados en ellos para permitir su uso en aplicaciones como recolección de contenedores y mantenimiento de máquinas.
Perspectivas de usuarios finales e integradores
Pocas tecnologías avanzadas están tan asociadas con la automatización como la robótica. De hecho, para muchos, los dos términos, robótica y automatización, son sinónimos. Pero la verdad es que los robots son solo un ejemplo de un sistema automatizado, aunque a menudo es complejo y muy flexible. Como tal, los robots son cada vez más parte del ecosistema automatizado que comprende la fabricación moderna. Y con los avances que se están haciendo en los robots que los hacen más flexibles, más capaces y más fáciles de programar, ahora estamos viendo un nivel de adopción de robots que supera el apogeo de la adopción de robots en la industria automotriz en la década de 1980.
Para evaluar mejor el estado de las actitudes actuales de la industria hacia los robots, encuestamos a casi 60 usuarios finales industriales e integradores de sistemas que trabajan en todas las industrias de fabricación vertical: fabricación discreta, fabricación por lotes y procesamiento continuo. La mayoría de los encuestados pertenecían, por supuesto, a las industrias de fabricación discreta y por lotes (96 %), ya que los robots no se usan tan ampliamente en las industrias de procesos continuos debido a la naturaleza de sus operaciones de producción a menudo cerradas (es decir, dentro de tuberías).
Los encuestados indicaron que, de los tipos de robots utilizados en sus operaciones de producción, el 73 % son robots industriales, el 39 % son robots colaborativos y, sorprendentemente, el 30 % son robots móviles autónomos (AMR). Nota del editor: A los encuestados se les permitió seleccionar todos los tipos de robots utilizados en sus instalaciones, por lo que las cantidades totales superan el 100 %.
Curiosamente, el 83% de los lectores dijeron que buscan agregar robots, o más robots, en los próximos dos años. Lo que ayuda a impulsar esta cifra es el hecho de que el 29 % de los encuestados actualmente no usa ningún robot, y solo el 13 % señala que más del 50 % de sus operaciones de producción involucran el uso de robots.
De esos usuarios finales que aplican robots en sus operaciones de producción, los robots industriales han estado en uso en sus plantas durante un promedio de 11 años, mientras que los cobots y los AMR han estado en uso durante un promedio de seis años.
Los usuarios finales también señalaron los principales impulsores de su decisión de utilizar robots. Cuando se les pidió que clasificaran los problemas que afectan el uso de los robots, el 45 % señaló los problemas laborales como el factor principal, mientras que el 30 % dijo que la velocidad/rendimiento y el 20 % mencionaron la calidad como las principales razones que impulsaron sus decisiones.
Preferencias de cobots
La popularidad de los robots colaborativos (cobots) en esta encuesta destaca la rapidez con la que se han aceptado en la industria. Las impresionantes cifras indicadas para el uso de AMR y cobots resaltan dos factores claros: 1) la creciente aceptación de las tecnologías robóticas por parte de la industria; y 2) los problemas laborales en curso que enfrenta cada vertical industrial.
Aunque los integradores encuestados estuvieron en gran medida de acuerdo con los números señalados por los usuarios finales, los integradores dijeron que el interés en los cobots en los últimos cinco años ha crecido en aproximadamente un tercio, aunque la mayoría de los usuarios finales aún prefieren los robots industriales. De hecho, los integradores señalan que el 33,3% de sus clientes actualmente prefieren los cobots, y el resto prefiere los robots industriales.
Esta información sobre las preferencias por los robots industriales sobre los cobots podría conducir a una adopción más rápida y generalizada de las nuevas tecnologías de control de robots industriales que ahora están llegando al mercado. Estas tecnologías, que pueden transformar los robots industriales en cobots, aplican capacidades como el control de la velocidad y la separación para ayudar a los robots industriales a moverse fuera de los entornos enjaulados o protegidos en los que tradicionalmente han operado. Hemos visto esto demostrado tanto con grandes robots paletizadores como con robots industriales más pequeños de recogida y colocación.
La mayoría de los integradores (60 %) que respondieron a nuestra encuesta dicen que aún es demasiado pronto para saber si estas nuevas capacidades de control de robots reducirán el reciente aumento en el interés por los cobots. Sin embargo, dada la preferencia existente de la industria por los robots industriales sobre los cobots, cualquier tecnología que pueda permitir que los robots industriales operen como cobots tiene un gran potencial incorporado. Esto no significa que los cobots vayan a desaparecer, por supuesto, sino que su uso estará más dirigido a los tipos de aplicaciones para las que son más adecuados, es decir, aquellas aplicaciones en las que un robot industrial podría considerarse una exageración.
Robots móviles en auge
Si bien gran parte de la atención sobre las tecnologías robóticas en la industria tiende a centrarse en los robots articulados que pueden agarrar y mover objetos, los robots móviles autónomos (AMR) también han ganado mucha atención. De hecho, el 100% de los integradores que respondieron a esta encuesta dijeron que han visto un aumento en el interés por los AMR entre sus clientes durante los últimos cinco años.
Dos factores tienden a figurar en el creciente interés en las AMR:
- El hecho de que sean vehículos autónomos y no de guiado automático (AGV) que requieran guías empotradas o fijas en el suelo de la fábrica para que el AGV los siga.
- La flexibilidad de los AMR para ir a cualquier lugar con características de seguridad similares a las de los cobots que evitan que colisionen con personas u objetos significa que los AMR pueden manejar muchas de las tareas de manejo de materiales que comúnmente realizan los humanos con camiones manuales y de plataforma o montacargas.
Los integradores notaron que el interés en los AMR entre los usuarios se divide equitativamente entre las industrias de manufactura discreta y por lotes, que comprenden aproximadamente el 80% del mercado que busca usar AMR.
Aunque los robots industriales y los cobots todavía lideran el camino en términos del tipo de robots que los usuarios finales buscan implementar, con un 78 % y un 44 %, respectivamente, el 22 % de los usuarios finales buscan implementar AMR en el corto plazo.
Recomendaciones de selección e instalación
Entre los conocimientos más valiosos arrojados por esta investigación se encuentran los consejos directos de los usuarios finales e integradores.
Un usuario final encuestado dijo que el consejo más importante que pueden compartir es que los usuarios comprendan la importancia de sus propios procesos de producción antes de instalar un robot. “Si se compra un robot sin una buena comprensión de la tecnología o los requisitos de mantenimiento para convertir un proceso manual en un método robótico, esto puede conducir, en muchos casos, a que el robot termine en una esquina y no se use”. Para evitar este resultado, este encuestado recomienda realizar un estudio antes de comprar un robot para ayudar a dirigir la implementación correcta de ese robot para garantizar que brinde los resultados esperados.
Otro encuestado sugiere que, antes de cualquier compra de robot, los usuarios deben crear y ejecutar una simulación realista de la aplicación para garantizar que funcione según lo previsto. "Consulte con el fabricante para ver qué tan realista es su software de simulación y también verifique los tiempos de ciclo", dijo este encuestado. “La integración y comunicación con componentes de terceros también es un factor importante para tomar una decisión final”.
"De pequeños pasos al integrar la automatización [robótica] en las operaciones de manufactura heredadas y realice una evaluación de 'diseño para la automatización' en las primeras etapas", aconsejó otro encuestado.
Algunas otras piezas clave de selección de robots y consejos de aplicación de los usuarios finales incluyen:
- Gaste el dinero extra para obtener un robot que realmente funcione a su entera satisfacción;
- Utilice un fabricante e integrador confiable; y
- Haga su tarea: asegúrese de que la operación del robot sea lo suficientemente robusta para manejar su aplicación.
Las recomendaciones del integrador incluyen:
- Compre un robot que pueda superar lo que necesita hoy; se verá recompensado con dividendos más adelante a medida que aprenda y amplíe su uso de robots.
- Recuerde que el apoyo del proveedor es clave al instalar un robot para reducir la curva de aprendizaje y poner el robot en funcionamiento más rápido.
- Infórmese sobre soporte de servicio, plazos de entrega y una interfaz fácil de usar.
