Las sinergias entre el hombre y la máquina

Como ya anticipábamos en nuestro artículo de tendencias para 2021, el uso de los robots colaborativos se ha extendido muy rápidamente hasta su uso masivo mano a mano con el ser humano, ayudando en procesos de fabricación mixtos (humano-robot) a lo largo de la planta de producción y alcanzando el ámbito doméstico y de servicio. Lejos de visiones futuristas y bajando al plano de la realidad, es un hecho que el impacto inminente sobre la forma de producir, la economía, la sociedad y el empleo es inevitable. Sobre todos estos aspectos hablamos con los especialistas del sector.

Aunque la llegada de los robots colaborativos a las fábricas suscitó en su momento recelo por el miedo a que supusiera la destrucción de puestos de trabajo, lo cierto es que ese miedo se ha superado. Tanto es así que su uso mano a mano con el ser humano se está extendiendo de manera continuada en una tendencia al alza. En este punto nos preguntamos: ¿Cuáles son las aplicaciones habituales susceptibles de ser ayudadas o totalmente automatizadas por un robot de este tipo? “A nivel general, podemos decir que cualquier tarea repetitiva en un entorno de producción se puede automatizar con robots colaborativos”, explica Jordi Pelegrí, director general de Universal Robots en España y Portugal, “es especialmente recomendable si la labor en cuestión es arriesgada, fatigante o inconfortable para el trabajador, o si buscamos aumentar la productividad, la precisión y calidad, la uniformidad en los resultados, una menor generación de desperdicio o un ahorro de costes”. Así, entre las aplicaciones más habituales podemos destacar el montaje (p.e. atornillado o inserción de piezas), dispensado (pegado, sellado, pintura...), acabado de superficies (pulido, abrillantado, lijado...), alimentación de máquinas, manipulación de materiales (empaquetado, paletizado, bin picking...), extracción de material (como rectificado, desbarbado, fresado o perforación), control de calidad y soldadura. “Me gustaría destacar –continúa– que la consolidación del mercado de la robótica colaborativa está haciendo que incorporemos nuevas aplicaciones periódicamente. En nuestro ecosistema de aplicaciones se están incorporando ingenierías punteras y startups muy especializadas en industrias específicas que están aportando su know how para expandir el horizonte de accesorios y efectores finales, los cuales aportan a los robots colaborativos nuevas funcionalidades.

“Cualquier aplicación donde el trabajador tenga que realizar un trabajo repetitivo es susceptible de ser automatizada”, añade en la misma línea Francesc Segarra, responsable de Ventas Robots: Zona Levante/Sur/Cataluña de Fanuc Iberia, “hay que tener en cuenta que existen muchos procesos productivos donde la ergonomía propia del lugar de trabajo hace que la automatización mediante un robot sea del todo rentable”. Según sus declaraciones, los robots colaborativos entraron con fuerza en las instalaciones denominadas ‘finales de línea’ para paletizado de cajas; esta operación cumple con todos los requisitos que demanda una automatización:

• Seguridad y ergonomía para asegurar la salud del operario.
• Espacio físico (Huella): espacio reducido que ocupa la instalación en la fábrica.
• Flexibilidad en la ubicación del punto de trabajo, posibilidad de mover la instalación dentro de la fábrica.

“Con estos tres pilares hemos definido los puntos de inicio para el estudio de una nueva automatización y son aplicables a cualquier sector industrial. Los principales sectores que actualmente están demandando esta tecnología son el sector Farmacéutico, el Cosmético, y el Alimentario”, puntualiza Segarra. Desde Staübli, Josep M Serra, Stäubli Robotics Division Manager, opina que se puede evaluar cualquier aplicación en la que el robot trabaje ‘codo a codo’ con el operador y donde las velocidades de trabajo sean determinadas por propio trabajo manual del operario. Todo ello sin olvidar la importancia de evaluar adecuadamente el análisis de riesgos correspondiente. Un robot seguro no implica necesariamente que la aplicación lo sea.  “Partiendo de este escenario donde la utilización del robot no busca un aumento de productividad, podemos pasar a imaginar aplicaciones donde la interacción entre Operador y Robot no sea permanente, donde el robot trabaje prácticamente solo y la interacción con el operador sea puntual para operaciones de carga / descarga o supervisión. En este imaginario, la gama Stäubli TX2 CS9 permite crear estas instalaciones de forma segura y eficiente gracias a que podemos ajustar la velocidad y accesibilidad del robot de forma dinámica y de acuerdo a la presencia de personas a su alrededor. Gracias a ello, alcanzaremos el mejor equilibrio entre productividad y colaboración, dos conceptos que no necesariamente van unidos”.

“Los robots colaborativos han permitido el acceso a la robótica a un gran número de aplicaciones comunes de nuestras fábricas, en las que la flexibilidad, la alta variación en los lotes de producción y la necesidad de compartir los procesos productivos con humanos, requieren sistemas muy flexibles”, afirma, por su parte, Jordi Carafí Mauri, Sales Support Team Manager de Kuka Iberia, S.A.U. Y añade: “Entre las aplicaciones habituales destacan las aplicaciones de manipulado, ‘Pick&Place’, carga – descarga de piezas de máquina, empaquetado, paletizado, inspección y test de componentes, entre muchas otras”. Finalmente, Fernando Vaquerizo, European Robotics Product Marketing Manager de Omron, explica que hoy en día “los robots colaborativos de Omron se están utilizando en muchos tipos de aplicaciones diferentes. Las más habituales son Material Handling, Pick&Place, Ensamblaje, Paletizado, Alimentación de máquina… pero no existe un límite, pues cada día aparecen nuevas herramientas (grippers) que habilitan nuevas aplicaciones donde estos robots tienen cabida”.

Seguridad, principal etiqueta de los ‘cobots’

Para que un robot se pueda definir como colaborativo debe cumplir una serie de condiciones. “En primer lugar debe cumplir unos requerimientos de seguridad. Es decir, debe contar con sensores que permitan disminuir la fuerza y la velocidad del equipo cuando un operario está cerca, o detenerse en caso de contacto”, asegura Pelegrí, “en segundo lugar, y relacionado con lo anterior, un robot colaborativo no necesita vallado de seguridad. Por tanto, ocupa menos espacio, no implica cambios sustanciales en la cadena de producción y tampoco supone grandes inversiones de infraestructura”. En consonancia con estas características que hacen que un robot sea colaborativo, en Universal Robots han apostado por unos elementos adicionales que aportan un valor añadido a los usuarios: la accesibilidad, la facilidad de programación y la flexibilidad. El hecho de que el robot esté preprogramado y de permitir que cualquier trabajador no especializado lo pueda configurar en función de las necesidades cambiantes de producción, hace que la colaboración entre el robot y los empleados sea muy cercana. Eso conduce a que actualmente la figura del operario en la industria se encuentre en un momento de transición: “Estamos pasando de una prevalencia de esfuerzos físicos y fatigantes a una mayor presencia de labores de supervisión, creatividad y resolución de problemas”, añaden desde Universal Robots. “Entre las características principales que definen un robot colaborativo destaca por encima del resto la capacidad de ser instalado en entornos ‘fenceless’, sin un vallado material de seguridad que limite la colaboración con humanos”, coincide también en este punto Jordi Carafí Mauri desde Kuka, aunque también son características fundamentales que le definen, además del precio, “la sencillez en el uso, el manejo manual guiado ‘hand-guiding’, una construcción ligera y fácil de instalar, capacidad sensitiva, arquitectura de sistema flexible y conectable a ecosistemas software”.

Sin embargo, para Segarra la primera característica y la más importante la encontramos en el mismo término: Colaborativo. “La colaboración entre operario y robot puede definirse como la tarea y/o actividad en la que la persona y el robot trabajan juntos”. Eso sí, a partir de esta colaboración Persona-Robot la siguiente característica en importancia es la Seguridad, reconocen en Fanuc. “Un robot colaborativo debe ser un elemento seguro para el trabajador, el robot ha de formar parte del entorno de trabajo, ejecutando las tareas por las cuales ha sido programado. En cualquier momento si existe un mínimo contacto entre ellos el robot debe detenerse, sin causar ningún daño físico al trabajador”. Según el responsable de Ventas, para garantizar la seguridad teniendo en cuenta la ausencia de vallados y protecciones físicas en el entorno de trabajo, un robot colaborativo tiene la capacidad de detenerse frente a un contacto con un elemento externo, con lo cual no es necesario instalar Vallados de Seguridad y Protecciones Físicas. Para tal, el robot colaborativo tiene que cumplir con la Normativa de Seguridad y Certificación ISO 10218-1 (todos los robots colaborativos de Fanuc cumplen con esta norma). Existe un bloque de características en las que Fanuc ha querido implementar en sus modelos colaborativos:

• Guiado manual: El trabajador puede modificar la programación del robot en cualquier momento del proceso productivo.
• Ergonomía: El diseño del brazo permite trabajar en espacios reducidos y pequeños.
• Programación Drag&Drop: Con una Tablet y/o periférico tipo PC Portátil se puede realizar una programación de ‘arrastrar y soltar’ (Iconos), esto facilita la interface entre trabajador y robot.

Fernando Vaquerizo vuelve a apuntar de nuevo al término seguridad para definir a este tipo de robots: “La principal característica es que es un robot que gracias a su seguridad intrínseca está capacitado para compartir al mismo tiempo el mismo espacio de trabajo que un humano. Además, es sencillo de programar y muy fácil de implementar, incluso en una línea de producción existente, ahorrando espacio y aportando una gran flexibilidad para cambiar la tarea a la que están destinados. No se necesita ser un experto en robótica para programar un robot colaborativo de Omron TM”. “Debemos diferenciar las características de seguridad que ofrece un robot de las que requiere una aplicación”, aclaran desde Staübli, “por ello, lo primero que debemos determinar es el grado de colaboración que, en términos de seguridad, nos va a permitir la aplicación que pretendemos automatizar y analizar los parámetros de productividad y colaboración que queremos alcanzar”. De esta manera, según explica Josep M Serra, robots diseñados intrínsecamente para un trabajo colaborativo se caracterizan por mecánicas livianas y velocidades máximas reducidas que garanticen que su actuación sea segura frente a los diversos riesgos que puedan sucederse en una interacción hombre – robot. El uso de estos equipos fuera de este marco puede representar una pérdida innecesaria en términos de eficiencia por las limitaciones del propio equipo. “Desde Stäubli, y gracias a la generación TX2-CS9, planteamos una robótica industrial rápida, precisa y durable, que a la vez puede ser colaborativa y con un nivel de seguridad certificada PLe SIL3; lo que nos permite abordar las más diversas necesidades dentro del marco de Colaboración Hombre Robot. Vemos y proponemos una robótica capaz de realizar una transición segura y eficiente desde la clásica instalación con vallados perimetrales hacia una robótica abierta y colaborativa donde destaca nuestra gama TX2Touch”.

Avanzando hacia la colaboratividad

Por el momento, parece que este tipo de robots se limita a aplicaciones para el movimiento de cargas de peso reducido a velocidades relativamente bajas, ¿qué podemos esperar en el futuro? Desde Universal Robots nos responden: “A nivel tecnológico, ya es posible asumir con robots colaborativos velocidades elevadas, pero el aumento de la velocidad va en detrimento del carácter colaborativo de la celda robotizada. Es importante efectuar un análisis de riesgos antes de implementar una aplicación colaborativa para cerciorarse del cumplimiento de los requerimientos de seguridad”. En cuanto a la capacidad de carga, “en los últimos años ya hemos experimentado un aumento notable. El lanzamiento de nuestro cobot UR16e supuso alcanzar una capacidad de carga de 16 kilos, lo que nos permite cubrir muchas de las tareas que se dan en una cadena de producción. Es un hecho que el mercado de la robótica en general está tendiendo hacia la colaboratividad, es decir, a una interacción entre operario y máquina. No obstante, el concepto de robot colaborativo va ligado a la ligereza, un tamaño compacto, etc. Por tanto, no incluiría la manipulación de cargas muy elevadas”. “Sin duda estos robots son el futuro y se espera un gran incremento en los próximos años en la industria”, contesta tajante Fernando Vaquerizo, “si hablamos del performance actual, estos robots cumplen a la perfección en las aplicaciones a las que están destinados, obteniéndose un aumento de la producción en el 100% de los casos. Si hablamos de la carga, desde mi punto de vista, un robot debería manejar la capacidad de carga que hoy en día tiene un operario; digamos que deberían ser un tándem perfecto. Aumentar la carga podría ser contraproducente de cara al operario y este seguramente no es el camino. Por otro lado, la comunidad económica europea ya está trabajando en nuevas regulaciones para asegurar la seguridad de la próxima generación de tecnología usada en este tipo de robots con lo que se espera un aumento en el número de aplicaciones que estos robots podrán desarrollar siempre de forma segura”.

Desde Staübli tampoco dudan y consideran que a medida de que las aplicaciones ‘ayudadas’ por un robot pasen a ser completamente automatizadas, “podremos mejorar las prestaciones y obtener mayores niveles de productividad. Desde Stäubli buscamos la flexibilidad, aspecto que debe caracterizar a la robótica frente a sistemas más rígidos”. De esta manera, la gama de robots Stäubli TX2 CS9 dispone de un rango de brazos desde los 510 mm hasta los 2010 mm y permite cargas de hasta 40 kg. “Nuestra última propuesta es utilizar la tecnología de los AGV para trasladar un robot”, continúa Serra, “así pues, pasamos de pensar en temas logísticos, como por ejemplo, trasladar productos entre un almacén y una línea de producción, a trasladar la unidad productiva, en nuestro caso el robot móvil denominado Stäubli Helmo”. También en Fanuc han trabajado mucho este aspecto, ya que “somos el único fabricante de robots colaborativos industriales con dos líneas de producto diferenciadas”:

• Robots Colaborativos Industriales – robots de carga: 5-7-15-35 Kg
• Robots Colaborativos ligeros Industriales – robots de carga 10-20 Kg.

Y velocidades cartesianas dependiendo del modelo de 750mm/segundo a 2000 mm/seg. A mayor carga, menor velocidad de movimiento y viceversa a menor carga más velocidad de movimiento. “Esto viene determinado porque un robot cuanta más carga y más velocidad lleve, más tiempo necesita para efectuar una parada”, detalla Segarra. Y añade: “Al realizar la Evaluación de riesgo también hemos de tener en cuenta la zona del cuerpo del trabajador susceptible de recibir un impacto, no es lo mismo un impacto en una pierna, en un brazo o en la cabeza. El Análisis de riesgo nos validará la velocidad máxima a la que puede moverse el robot. Así, a corto plazo, y con la tecnología actual, las características de los robots no van a variar mucho, los momentos de inercia que relacionan carga/velocidad con tiempo de parada están prefijados”. “Los constantes avances tecnológicos están más presentes que nunca cuando hablamos de aplicaciones colaborativas”, responde también a la pregunta Carafí Mauri desde Kuka,  “mirando atrás venimos de unas limitaciones de carga y alcances pequeños, mientras que las nuevas tendencias ya permiten cubrir aplicaciones con capacidades de carga de hasta 20Kg de peso y radios de alcance de más de 1800mm”. Así las cosas, en Kuka apuestan por los nuevos sistemas colaborativos de altas capacidades, compuestos del binomio de robots industriales con la adición de pieles sensorizadas, que los convierten en sistemas con un alto nivel de colaboración segura hombre – máquina ‘PLe/SIL3’ acorde a normas ISO/TS 15066.

Diseño de útiles tecnológicos y a medida

Por otra parte, existe también una tendencia al alza en el diseño de útiles muy tecnológicos y a medida para este tipo de robots (pinzas, garras, manos…). “Nuestro ecosistema UR+ acoge software, accesorios y herramientas de final de brazo certificados que han sido desarrollados por fabricantes y startups punteros de todo el mundo”, responde Jordi Pelegrí respecto a las principales novedades en ese sentido;   “para nosotros, es una apuesta fundamental. En este escaparate internacional de soluciones para aplicaciones colaborativas ya contamos con más de 300 productos. Una de las novedades en este ámbito son los Application Kits, en los que reunimos todos los componentes necesarios para poner en marcha una aplicación. Con ello queremos ayudar a las empresas a agilizar y facilitar la implementación, para una rápida puesta en marcha de las celdas colaborativas y un rápido retorno de la inversión”. Para Kuka, este aspecto también es muy importante en el conjunto de aplicaciones colaborativas donde se requieren cortos tiempos de puesta en marcha. “Son muchos los fabricantes que crean útiles para cubrir el gran número de aplicaciones existentes, ya sean sencillas, con requerimientos de par y fuerza, sensorizadas, con visión artificial…”, resalta su Sales Support Team Manager, “las arquitecturas modulares y de código abierto de los sistemas operativos de los robots Kuka permiten el desarrollo flexible de los software de integración de sistemas, tanto de útiles como de otros dispositivos, mediante desarrollos con ‘Application Programming Interfaces (APIs)’ y ‘Software Development Kits (SDKs)’.

“Cuando un cliente se plantea instalar un robot colaborativo, el primer reto que se encuentra es poder instalar en su aplicación pinzas y/o garras con funcionalidad colaborativa”, añaden desde Fanuc, “actualmente los principales fabricantes de pinzas convencionales ya tienen en sus catálogos pinzas con funcionalidad colaborativa. Las principales características son que no hay posibilidad de atrapamiento y que tenga un diseño amigable (bordes redondeados) para evitar riesgos de cortes y daños al trabajador. Después de cumplir estas dos premisas que son las más importantes, podemos encontrar pinzas servo-controladas, pinzas con presencia de objetos desconocidos, etc”. Por lo que respecta a las garras, “vivimos una revolución en la que pinzas que hasta hace poco veíamos en laboratorios están saltando a la industria. Podemos encontrar garras eléctricas con un control de presión, posición y sensibilidad que hasta hace poco se consideraban inaccesibles”, añade Josep M Serra, mientras que Vaquerizo confirma que “es verdad que están apareciendo muchas empresas especialistas en el diseño de pinzas, garras, manos etc. De hecho, hace unos años se seleccionaba el robot y después se desarrollaba la pinza. Hoy en día a menudo se selecciona primero la pinza y después se selecciona el robot. Y es que hay veces que es más importante la tecnología de agarre de la pieza que el propio robot”. El robot colaborativo de Omron es 100% compatible con los desarrollos de empresas especialistas como Robotiq, nRobot, Schunk y muchas otras… “y la parte buena es que estas empresas están sacando tecnologías enfocadas a cubrir las necesidades específicas de las diferentes aplicaciones donde van teniendo cabida los robots colaborativos”. Las últimas novedades son soluciones para atornillado, pulido, desbarrado etc… que se añaden al TCP del robot y proporcionan una solución colaborativa segura y que aporta gran calidad a la fabricación del producto final.

Alta productividad y rentabilidad

Como último interrogante, esclarecer cuál es el impacto esperado de esta tecnología en el aumento de productividad de una planta. “En general la automatización, y la robótica en particular, aporta mayor calidad al producto final, al mismo tiempo que permite incrementar la productividad, reducir stocks intermedios y tener una total trazabilidad de la planta”, continúa explicando Vaquerizo desde Omron. Y asegura: “Teniendo en cuenta que se estima que casi el 40% del tiempo de fabricación se invierte en mover el producto de un sitio a otro, y que esta es una tarea monótona y tediosa para el humano, estimamos que todas estas tareas van a pasar a ser realizadas por robots colaborativos dejando más espacio al humano para la creación y el desarrollo personal”. En su opinión, todo esto se traduce en una mejora de la productividad, pero además añade una reducción de costos (TCO) y una mayor flexibilidad al proceso de producción. En definitiva, “estos robots están destinados a mejorar el ‘Time to market’ y, por tanto, a mejorar la competitividad de todos aquellos que empiecen a utilizarlos desde hoy”. “El impacto de esta tecnología vendrá determinado por la necesidad de los clientes en automatizar sus procesos”, añade Francesc Segarra, “desde Fanuc somos conscientes que no todos los procesos son automatizables con robots colaborativos, pero existe una parte del proceso productivo, que bien por su tiempo de ciclo, ergonomía del puesto de trabajo, ayuda al operario, etc. un robot colaborativo encaja perfectamente y el retorno de inversión es relativamente corto”. De hecho, Fanuc lleva vendidos actualmente más de 700.000 robots no colaborativos en todo el mundo, y actualmente “tenemos la misma ilusión que el primer día con el nuevo reto que tenemos delante, abriéndonos al mundo de la Robótica Colaborativa Industrial”.

Jordi Carafí Mauri también lo tiene claro: “La alta flexibilidad, la sencillez en el uso de este tipo de robots y las constantes innovaciones tecnológicas permiten resolver aplicaciones colaborativas en sectores donde anteriormente no existían, en cualquiera de las modalidades conocidas como las tres ‘C’ de las aplicaciones colaborativas: Coexistencia, Cooperación y Colaboración. Esto se traduce en un aumento directo en la productividad de los procesos productivos de nuestro tejido industrial”. Y, por último, Jordi Pelegrí considera que el retorno de la inversión en la mayoría de proyectos de automatización colaborativa es inferior a un año, lo que da cuenta de la alta productividad y rentabilidad de esta tecnología. “Puesto que cada industria y proceso tiene sus particularidades, vale la pena destacar algunos casos concretos que demuestran el impacto de la robótica colaborativa”. En este sentido, la compañía ha lanzado recientemente el ebook ‘Descubriendo a los integradores de Universal Robots’ para dar visibilidad a los proyectos que llevan a cabo con su tecnología las ingenierías con las que colabora. “Por ejemplo, WeCobots ayudó a la empresa NG Brake a automatizar la colocación de discos de freno en una máquina de rectificado con robots colaborativos.  Con ello consiguió liberar el 94% del tiempo que los operarios destinaban a dicha tarea”. Otro caso es el de M&C Aplicaciones, quien ayudó a una empresa de Vizcaya a automatizar la alimentación de dos centros de mecanizado. El resultado, un incremento del 35% en la producción.

Págs. 54 a 61