El origen de los robots colaborativos

Los robots colaborativos en su forma actual surgieron hace relativamente poco tiempo. El primero fue inventado en 1996 por J.Edward Volgate y Michael Peshkin.

Las primeras formas de cobot surgieron en la década de 1990, la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) se preocupó por la forma en que se manejaban los problemas ergonómicos en las instalaciones automotrices. El trabajo difícil y repetitivo estaba ejerciendo una gran presión sobre los cuerpos de los trabajadores humanos cuando las soluciones mecánicas y automatizadas podrían resolver estos problemas.

Los fabricantes de automóviles, después de una intensa presión de OSHA, recurrieron a la Universidad Northwestern y UC Berkeley en busca de ayuda. Los dispositivos resultantes de esta colaboración se consideraron dispositivos de asistencia inteligente (IAD). Eran esencialmente máquinas colaborativas que operaban bajo el control de una computadora y ayudaban a los trabajadores humanos a realizar sus funciones diarias con un esfuerzo físico significativamente menor. Estas fueron las primeras formas de robots colaborativos.

El primer robot colaborativo se instaló en 2008 en las instalaciones de un proveedor de caucho y plásticos técnicos, y la industria nunca ha sido la misma desde entonces. Una vez que la gente vio que los brazos robóticos se podían usar de manera segura junto con trabajadores humanos sin jaulas ni equipo de seguridad física, los robots colaborativos se convirtieron en un producto muy deseado.

Los robots colaborativos o cobot

Los robots colaborativos son de la última tecnología en robótica. La robótica colaborativa nace por la necesidad de adaptación de las tecnologías existentes al nuevo paradigma del mercado. Actualmente las necesidades industriales se enfocan en avanzar hacia la industria 4.0. Factorías con mayor interconectividad entre los distintos elementos, mayor flexibilidad y adaptabilidad respecto a la demanda en cada momento.

Estos cobots son destacados por su capacidad de actuación al lado de un trabajador sin el peligro que conllevaría un robot industrial. Gracias a su diseño y desarrollo un robot colaborativo trabaja mano a mano con operarios humanos. Su instalación y operativa en el proceso industrial no requiere del uso de vallas de seguridad, ni de otros sistemas de seguridad a priori (dependiendo de la aplicación sí que necesitan). Logran esto gracias a que están equipados con sensores que les hacen robots “sensitivos”. Si el robot es interrumpido en su trabajo, el pasará a modo seguro, reduciendo la velocidad o parándose. En cambio un robot industrial seguiría con su proceso.

Por otra parte, los robots colaborativos tienen desventajas para ciertas aplicaciones industriales en comparación a los robots industriales a los que estábamos acostumbrados. La velocidad de movimiento de los robots colaborativos es mucho más reducida por lo tanto no están enfocados a trabajar en procesos con tiempos de ciclo muy ajustados. A tener en cuenta también su capacidad de carga y fuerza a la hora de trabajar. Muchos cobots no están diseñados para realizar cargas pesadas ni manipular grandes objetos. Aunque actualmente se han desarrollado ciertos avances en estos temas, lo cuales comentaremos en un apartado más adelante.

Los principales beneficios de la robótica colaborativa.

Reducir costes productivos:

• Programación más simple
• Flexibilidad
• Ahorro de espacio sin pérdida de la seguridad

Mejorar la calidad de los puestos de trabajo:

• Colaboración en trabajos repetitivos
• Herramienta para tareas ergonómicamente perjudiciales
• Incrementar la seguridad en espacios compartidos

Comparativa entre robot colaborativo e industrial: beneficios y desventajas

Beneficios: robótica colaborativa vs industrial

Desventajas: robótica colaborativa vs industrial

No olvidar la seguridad aunque sean colaborativos

Estos pequeños robots industriales logran su faceta colaborativa gracias a sensores integrados. Así son capaces de detectar señales exteriores y generar una respuesta autónoma para ser seguros. Pero hay que tener en cuenta ciertos aspectos antes de instalarlos, aunque estén diseñados expresamente para trabajar de la mano con un humano.

Hay que estudiar su aplicación y distintos factores relativos al proceso a automatizar. Un robot colaborativo sigue siendo una herramienta industrial que ejerce una gran fuerza a velocidades considerables. Por esa razón, si por ejemplo manipula objetos punzantes o que corten, puede seguir siendo peligroso. Aunque cada vez más se están implementando nuevas tecnologías y hay una gran actividad en investigación para lograr avances en este aspecto. Se debe monitorizar y controlar la fuerza y la potencia ejercidas en todo momento por el robot para detenerse antes de rebasar los límites establecidos. Además, muchos procesos o aplicaciones requieren de  otras tecnologías y sensores que complementen los sensores del cobot y delimiten áreas o zonas donde el trabajo no es colaborativo.

En tal caso el asesoramiento del instalador de robótica es muy importante. El cliente definirá el proceso e informará al mismo. Una vez el integrador recopile la información necesaria, realizará un estudio para implementar la mejor solución posible, evaluando riesgos, definiendo el nivel de colaboración y zonas de trabajo.

La robótica colaborativa es un avance natural a la robótica industrial que conocíamos hasta hora. Y es una opción muy válida a tener en cuenta para la automatización de procesos, dado los beneficios que aporta. Eso sí, siempre atendiendo a la seguridad como factor clave para integrar esta tecnología en nuestra fabrica. En relación, la normativa en seguridad UNE-EN-ISO 10218-1 y UNE-EN-ISO 10218-2 deben aplicarse, además de otras especificaciones técnicas recopiladas en ISO/TS 15066:2016.

Precio de los robots colaborativos

El precio es uno de los factores más importantes a al hora de tomar las decisiones de inversión en bienes de capital. Y en muchos otros sitios los cobots se presentan como una alternativa a los robot industriales más baratos, más fáciles de instalar y en definitiva con un retorno de la inversión mayor. Pero esas afirmaciones hay que tomarlas con cautela.

Un cobot puede ser más barato ya que se comercializan versiones pequeñas. Pero si comparas robots colaborativos con industriales, teniendo en cuenta la mismas características de alcance y capacidad de carga, el robot colaborativo es más caro. Además, funcionará más lento y es menos robusto que el otro, lo que conlleva tiempos de ciclo mayores, menos unidades producidas y a la larga más paradas por mantenimiento. Por otra parte, hay quien afirma que te ahorras en seguridades y vallados. Pero después resulta que no, porque al final tienes que poner seguridad como hemos explicado en el aportado anterior. Y finalmente, su programación es sencilla. Es cierto que son mas intuitivos y cada vez se mejoran las aplicaciones o interfaces para una gestión sencilla. Pero si al final hay que integrarlo en una isla o en una línea con otros procesos, así como con herramientas o manos algo complejas y añadiendo los dispositivos de seguridad periféricos, la cosa se complica. Al final tendrás que contar con una empresa instaladora, que también será la que te aconsejará sobre su uso e implementación. Lo que aumenta el coste y la sencillez.

Principales fabricantes y sus  robots colaborativos

OMRON. Robot TM

Omron entra en el mercado de los cobots con sus robots TM series. Unos robots sencillos de configurar y una de las opciones más seguras del mercado. Con todos sus modelos consigue adaptarse a las necesidades de cada fabrica y proceso productivo. Omron da un paso adelante hacia un entorno de fabricación inteligente y colaborativo entre humanos y máquinas.

Las ventajas a destacar de los robots colaborativos de Omron son :

• Todos los modelos cuentan con cámara de visión artificial integrada de la propia marca.
• Ese hecho facilita y agiliza su configuración.
• Integración en AGV o sistema de transporte y ajuste automático a punto cero.
• Versalitidad de integración en distintos procesos y fabricación.
• Tiempos de puesta en marcha reducidos.

Los cobots de Universal Robot están articulados por seis ejes, siendo estos los siguientes modelos:

• UR3 que puede manejar cargas de hasta 3 kg y con un radio de trabajo de 50 cm
• UR5 para manejar cargas como máximo de 5 kg en un radio de 85 cm
• UR10 opera con cargas máximas de 10 kg en un radio de 130 cm con una velocidad típica de TCP de 1 m/s, precisión en la repetibilidad de los movimientos de +- 0,05 mm con carga.

Universal Robot

Universal Robot una de las empresas de robótica que más se ha expandido a nivel mundial en los últimos años. Han revolucionado el mercado con un brazo robótico flexible y ligero.

Con su oferta de pequeños robot colaborativos ha conseguido crear una herramienta amigable y accesible para trabajar al lado de operarios humanos en la industria.

Los cobots de Omron están articulados por seis ejes, siendo estos los siguientes modelos:

• TM 5 – 700. Alcance de 700mm, carga máxima de 6 kg y velocidad de 1.1m/s
• TM5 – 900. Alcance de 900 mm, carga máxima de 4 Kg y velocidad máxima de 1.4 m/s
• TM12 con un alcance de 1300 mm, carga de 12 kg y velocidad máxima de 1.3 m/s
• TM14. Cobot con 1100 mm de alcance máximo, 14 kg de carga y velocidad de 1.1m/s

La última novedad en cuestión de robot como tal ha sido la e-series (UR3e, UR5e, UR10e). Visiblemente iguales que sus antecesores pero con mejoras en cuanto a la facilidad de uso.

La nueva e-Series incluye avances tecnológicos que permiten un desarrollo más rápido para una variedad más amplia de aplicaciones, además ofrece una programación incluso aún más sencilla y cumple con los últimos estándares de seguridad ISO.

• Interfaz de usuario más intuitiva simplifica la programación
• 17 funciones de seguridad además de poder personalizar el tiempo y la distancia de parda.
• Cambio de articulaciones se pueden reemplazar en 2 a 6 minutos
• Cambio de herramienta más sencillo debido a su comunicación con la articulación de muñeca.
• Adaptación y cumplimiento con todas las normas EN ISO 13849-1 y EN iSO 10218-1

KUKA

El LBR iiwa robot colaborativo de KUKA disponible en dos versiones con capacidades de 7 y 14 Kg y un alcance de 800 a 820 mm. De entre las características de esta tecnología colaborativa cabe destacar.

• Capacidad de aprendizaje: el robot es capaz de memorizar trayectorias y coordenadas al mostrarle la posición deseada
• Sensitivo: el LBR iiwa, con sus sensores de esfuerzo articulados, regula la fuerza para adecuarse al tipo de pieza. Detecta contornos y la posición correcta de montaje sin dejar marcas en los componentes más sensibles.
• Siete ejes: otorgan mayor flexibilidad y libertad de movimientos en comparación con los de seis ejes.

Por otra lado, el KMR iiwa (KUKA Mobile Robotics) surge de la combinación del robot colaborativo LBR iiwa y una plataforma móvil. Dicha unidad dota de flexibilidad a la célula  y autonomía para poder desplazarla a distintas localizaciones de la planta y utilizarla en distintos procesos. Para ello dispone de ruedas Mecanum, desarrolladas para un movimiento en cualquier dirección partiendo de cero. Además los escáneres ambientales y sensores de ultrasonido que permiten detectar y evitar obstáculos. Por otro lado, tanto robot como plataforma operan con el controlador KUKa sunrise. Y la autonomía del sistema colaborativo se logra gracias baterías Li-ion, evitándose el uso de cables.

Bosch Rexroth

El primer robot colaborativo desarrollado por Bosch. La tecnología utilizada es un recubrimiento de cuero que convierte a un robot industrial en un robot colaborativo con grandes prestaciones y máxima seguridad. El cuero es una piel táctil y sensible que detecta impactos. Los 118 sensores que contiene la piel detectan fuerzas y envían un feedbak inmediato al controlador. De esta manera el robot es capaz de detectar personas cuando están muy cerca y detenerse antes de llegar a tocarlos.

El sistema APAS integra cámaras 2D o 3D para el reconocimiento de objetos y una adecuada funcionalidad ante la aplicación a realizar.

Por supuesto, el robot viene con una consola de programación que es fácil de usar e interface amigable. Este tipo de consola ahora es muy común en la industria del robot colaborativo. El robot también se puede mover y reprogramar en unos segundos utilizando la guía manual.

La tecnología de Bosch cuenta con tres dispositivos. Por un lado el APAS assistant inline: robot cinemático sin valla de seguridad diseñado para la colaboración humano-robot en la industria 4.0. Está diseñado principalmente para integradores de sistemas e ingenierías, que desean ampliar su alcance de soluciones a través de la robótica colaborativa sin tener que renunciar al entorno de construcción y programación de siempre. Por otra parte, encontramos el APAS inspector: un kit de construcción integral de hardware y software para la realización de soluciones individuales en inspección visual y control de calidad. Ya sea que se utilicen como sistema completo o se integren en máquinas y líneas existentes, las tecnologías innovadoras y los métodos de imágenes en 3D garantizan resultados confiables, incluso en entornos de producción difíciles.

Y finamente el conjunto de las dos tecnologías anteriores, el APAS assistant mobile: el asistente móvil APAS es un robot colaborativo, flexible y móvil para la industria del futuro. Se puede usar independientemente de la ubicación y se puede adaptar a diferentes tareas.

FANUC

La excepción de los colaborativos si se trata de cargas máximas y distancias operativas. El CR-35iA de Fanuc funciona con cargas de hasta 35 kg y un alcance superior a 1800 mm. Pero su peso de casi una tonelada le resta flexibilidad y movilidad, por tanto no es adecuado para cambios frecuentes en su ubicación.

Dentro del área de trabajo del robot se podrán definir zonas de seguridad con diferentes niveles de seguridad utilizando el software y hardware DCS (Dual Check Safety). También cuenta con las funciones “Contact Stop” y “Push to Escape”, está ultima permite que el robot colaborativo sea empujado por el operario en cualquier dirección.

Otros modelos de la marca son el CR-4Ai y el CR-7Ai. Robots colaborativos mucho más compactos que el anterior, obteniendo por ello la ventaja de ser más flexibles en su colocación y ocupar menor espacio.  Pero perdiendo en factor fuerza, lo que los destina a trabajos con piezas más pequeñas.

Y por ultimo para completar el abanico de posibilidades, Fanuc pone en el mercado el CR-15iA. La versión media entre los pequeños robots colaborativos mencionados con anterioridad y el CR-35iA. Un cobot de seis ejes capaz de actuar con cargas de 15 kg y en un rango de 1441 mm.

ABB

Yumi, tecnología de colaboración hombre-máquina desarrollada por ABB. Se trata de un robot con dos brazos y manos flexibles especialmente diseñado para el ensamblaje de piezas pequeñas. Manos servocontroladas que incluyen cámara de visión y dos vacuostatos. El diseño y la composición de los brazos los hace ligeros y seguros, paran en milésimas de segundo antes de golpear al operario. Asimismo está acolchado y pensado para no tener ninguna posibilidad de pinzamiento. Otro factor es la programación sin necesidad de código. El robot colaborativo de ABB también tiene capacidad de aprendizaje, guiándolo de manera manual para mostrarle la trayectoria a seguir.

Su rango de trabajo es de 559 mm y su capacidad de carga es de 0.5 kg en cada brazo. Especialmente útil en el manipulado, montaje y ensamblaje de componentes pequeños y productos 3C, electrónica, juguetes, relojes…  todo ello de forma colaborativa dejando al operario trabajar cerca de el en otras operaciones menos tediosas o más complicadas.

La novedad en cobots para 2018 de ABB es un nuevo miembro de la familia YUMI. Esta vez un robot colaborativo de un solo brazo articulado. La versión “single arm” de YUMI cuenta con características similares a la versión anterior de doble brazo. El IRB 14050 Single-arm YuMi es un robot colaborativo de seis ejes con una capacidad de carga de 500 gr. Este robot compacto está especialmente diseñado para  el montaje de piezas pequeñas.

Instaladores de las principales marcas de robot colaborativo

En movicontrol somos instaladores de robótica en procesos y líneas de diferentes sectores productivos. Con experiencia en programación e integración de las principales marcas de robótica industrial y robots colaborativos. Estudiamos su proceso e implementamos la mejor solución atendiendo a la seguridad necesaria y cumpliendo normativa.

Como ingeniería mecatrónica somos especialistas en el desarrollo integral de tecnología de automatización y robótica a medida para múltiples sectores. A destacar nuestra madurez en proyectos para la industria del automóvil, el plástico, los electrodomésticos, la electrónica y la iluminación.