Cobots: potenciando los negocios

En un período de robotización, la forma en que los humanos trabajan con robots marca la diferencia en el mundo. Los robots colaborativos (cobots) ofrecen a los fabricantes una amplia gama de competencias en la industria. Están diseñados para trabajar con humanos y son dignos de inversión.

Los robots se han utilizado en la industria desde los años 70. La adaptación a las soluciones robóticas fue fácil durante esos días ya que los casos de uso estaban bien definidos, estructurados y estables en términos de flujo de trabajo, procesos y secuencias de operación. A diferencia de antes, para ponerse al día con las demandas actuales del mercado, se requieren cambios frecuentes a lo largo del ciclo de vida del producto. Por lo tanto, las soluciones robóticas convencionales que abordan problemas repetitivos ya no son adecuadas para adaptarse a estos cambios.

La cuarta revolución industrial es la respuesta a los problemas anteriores. Permite el entorno de fabricación conectado donde las máquinas, el inventario, las herramientas, los trabajos, la logística, los últimos requisitos del mercado, etc., se comunican entre sí a través de una red y toman las decisiones necesarias para mejorar la calidad y la productividad. También es posible realizar un mantenimiento preventivo ya que los fallos se pueden predecir con mucha antelación.

De hecho, el COVID ha funcionado como catalizador para la adopción de Industria 4.0. Dado que la pandemia ha afectado la cercanía física y la cooperación de la fuerza laboral humana, los robots colaborativos cobraron mucha importancia. La oportunidad de la robotización industrial posterior al COVID se extiende por el diseño, la adquisición, la fabricación, la cadena de suministro, la gestión del ciclo de vida del producto, la logística, el aseguramiento de la calidad, etc.

Próximas tendencias para tener en cuenta en robótica industrial

Incluso antes de la pandemia, la robótica se estaba preparando para transformar el mundo mediante la introducción de una fuerza de trabajo digital que combinaba los principales cambios de juego, como robots colaborativos, análisis de Big Data, IoT, 5G y computación en la nube. El hecho interesante es que la participación de IoT y 5G lo ha hecho más accesible para el hombre común y, por lo tanto, esta revolución ya no se limita a la industria manufacturera. La automatización se convertirá en parte de nuestras actividades diarias, llevando a los robots de las jaulas de hierro al lado de los seres humanos, de las tareas repetitivas a los trabajos inteligentes.

A medida que los robots se acerquen cada vez más a los seres humanos en forma de fuerza de trabajo asistida o colaborativa o como compañeros, podrán brindar servicios altamente personalizados, incluso mejores que los seres humanos. La fabricación, la logística, el comercio minorista, la hostelería, la seguridad, la medicina y la educación son las industrias clave para experimentar este avance en primer lugar. La robótica también seguirá viendo avances en aplicaciones militares y espaciales.

Robótica en aplicaciones de fabricación

Si observamos de cerca, podemos observar un cambio de paradigma en las prioridades de fabricación, de la productividad a la calidad y, más recientemente, la velocidad de adopción de las necesidades cambiantes de los clientes a lo largo de estos años. Habiendo dicho esto, la reducción del tiempo de ciclo en términos de refinamiento y optimización para el costo de calidad y la adición de valor permanece como los requisitos estándar y, por lo tanto, mejora la experiencia general del cliente.

Un ecosistema de fabricación de este tipo debe tener tres aspectos básicos: predicción, corrección y adaptación. Esta filosofía también se conoce popularmente como Sistema de fabricación flexible (FMS), en el que la robótica y la IA desempeñan sus funciones vitales.

El auge de los cobots

Los cobots son la categoría más útil de robots en un entorno FMS para ayudar a los seres humanos a realizar tareas repetitivas, pesadas y arriesgadas. Un estudio reciente sobre la eficiencia de la fuerza de trabajo colaborativa reveló un hecho interesante de que la fuerza de trabajo colaborativa hombre-máquina es el arreglo más eficiente en contraste con las combinaciones de fuerza de trabajo humano-humano y máquina-máquina.

Sin embargo, el desarrollo de robots colaborativos es un trabajo tecnológicamente desafiante. Para comportarse de manera inteligente, estos robots deben recopilar información continua del entorno a través de una amplia variedad de sensores y sistemas de visión. Estos datos deben interpretarse para obtener decisiones significativas para que los humanos y los robots puedan trabajar juntos sin problemas sin lastimarse físicamente o dañarse mutuamente mientras realizan una tarea colaborativa.

Tipos de cobots

Como su nombre indica, los cobots son robots colaborativos que coexisten y cooperan con la fuerza laboral humana, a diferencia de sus versiones anteriores que trabajan dentro de jaulas de hierro. Aunque los manipuladores de brazo colaborativos que trabajan con humanos se conocen popularmente como cobots, una cierta categoría de robots móviles autónomos (AMR) y vehículos guiados autónomos (AGV), que pueden trabajar sin problemas con la fuerza laboral humana, también pueden considerarse cobots por definición.

Cobots en logística

En la actualidad, casi todos los principales actores del comercio electrónico utilizan ampliamente los AMR y los AGV para transportar mercancías. Sin embargo, debido a un entorno de trabajo bien estructurado y a las mínimas intervenciones humanas, estos robots no se consideran cobots, a pesar de su naturaleza autónoma. Mientras que, si tomamos el caso de los requisitos logísticos dentro de hospitales, hoteles o lugares de trabajo concurridos, la interacción humana no puede reemplazarse por completo con robots.

Por otro lado, los robots deben funcionar cumpliendo con el flujo de trabajo humano para mejorar el rendimiento y el rendimiento finales. Al mismo tiempo, nunca deberían representar un desafío para las acciones humanas durante su funcionamiento. Los cobots logísticos se utilizan en tales casos para complementar el flujo de trabajo humano. Se pueden implementar uno o más cobots para manejar todos los requisitos logísticos dentro de una organización o departamentos según el tipo y volumen de material a transportar.

AMR y AGV se convierten en cobots

Los AMR y AGV se pueden transformar en cobots agregando una capa adicional de control en la parte superior de la arquitectura de software existente para la navegación autónoma de punto a punto. Un robot móvil autónomo típico tiene una arquitectura de software de tres capas para controlar el hardware del robot, como:

• El control de velocidad del motor de bajo nivel.
• Control lineal de velocidad y dirección para avance, retroceso y dirección de acuerdo con el sistema de propulsión utilizado.
• Navegación autónoma de punto a punto con localización y mapeo simultáneos (SLAM).

Además, la mayoría de los robots móviles autónomos también tienen una función para evitar obstáculos. Según el terreno y el caso de uso, el sistema de propulsión se puede elegir entre:

• Diferencial de dos ruedas con ruedas giratorias.
• Tracción a las cuatro ruedas con dirección diferencial o dirección independiente.
• Configuración de rueda Mechanum u Omni o cualquier otra configuración holonómica para sorterar las características del terreno dadas.

Todos estos robots hacen uso selectivo de un grupo de sensores, como odometría, Lidar, unidades de medición inercial (IMU), GPS interior, cámaras de profundidad, telémetros de sonar y otros sensores de proximidad, según el caso de uso. Estos datos del sensor se infunden e interpretan en tiempo real para realizar la autolocalización y la navegación dentro de un área específica.

La introducción de la cuarta capa de control, que generalmente se basa en el comportamiento, permite al robot comprender el comportamiento humano dentro de un lugar de trabajo y le ayuda a ajustar los objetivos de navegación de vez en cuando. El esquema de control de comportamiento hace uso de la información recopilada mediante el seguimiento de los movimientos humanos en tiempo real utilizando cámaras globales y dispositivos portátiles pasivos o activos en los recursos humanos.

En la mayoría de los casos, además de la información instantánea, los datos recopilados durante un período prolongado también ayudarán al robot a funcionar de manera más inteligente y fácil de usar a través de técnicas de Machine Learning.

Manipuladores de brazo cobot

Los manipuladores de Cobot son el componente clave del hardware de la Industria 4.0 y es posible que necesiten tener el mismo nivel de destreza que un ser humano. Por lo tanto, la mayoría de los manipuladores de cobot vienen con seis a siete grados de libertad (DOF) o más. Junto con una mayor destreza, la capacidad de ejecutar una tarea tiene múltiples posibilidades y, por lo tanto, el control se vuelve complejo.

Sin embargo, el aspecto más importante del control de un manipulador de cobot es el control de fuerza. El control de fuerza permite al manipulador realizar la conducción hacia atrás y la antigravedad para que pueda trabajar de forma segura al interactuar físicamente con los seres humanos. La capacidad de conducción hacia atrás es la capacidad de transmisión interactiva de fuerza entre el eje de entrada y el eje de salida.

El control de fuerza también habilita el brazo del robot compensando el peso propio para que el operador pueda volar el efector final del manipulador dentro del volumen de trabajo con la facilidad de manejar una pluma al cambiar las tres posiciones de grado de libertad (DOF, por sus siglas en inglés) ​​y tres orientaciones DOF ​simultáneamente.

Los conjuntos de habilidades complementarias de humanos y cobots

Dicho esto, los cobots son extremadamente capaces de realizar operaciones precisas y permiten que los colegas humanos trabajen de forma segura junto a ellos. Actualmente no pueden responder de manera significativa a situaciones inusuales y también requieren una configuración mínima para prepararse para una nueva tarea. Al mismo tiempo, los trabajadores humanos pueden compensar estas limitaciones simplemente proporcionando un alto nivel de supervisión mientras se enfocan en tareas más complejas.

Con estos conjuntos de habilidades complementarias, los humanos y las máquinas trabajando juntos abrirán infinitas posibilidades para realizar tareas difíciles y mundanas de manera más segura y cómoda durante la era post-COVID de la automatización industrial.