Robot colaborativo - Jeff Green/Rethink Robotics

Los robots colaborativos y sus beneficios

Una vuelta de tuerca más, una innovación más, un desarrollo más. Los robots colaborativos se extienden en el mercado de la robótica a pasos agigantados. Cada vez se ven más robot de esta índole en aplicaciones industriales.

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 robots 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 los cobots trabajan 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).

Pero no solo destacan en ese aspecto, sino también por su facilidad de uso e instalación, lo que los hace más accesible a medianas o incluso pequeñas empresas. Además, la ausencia de vallado de seguridad y su forma compacta hacen de estos robots una herramienta ideal para lugares reducidos. Ahorrando espacio por ejemplo en el manipulado de piezas entre el resto de maquinaria de la planta.

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:

  • Rápida implementación
  • Flexibilidad
  • Ahorro de espacio sin pérdida de la seguridad
  • Retorno rápido de la inversión

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

Robot industrial Robot colaborativo
Instalación más fija Mayor facilidad de relocalización
Sin interacción humana Con interacción frecuente
Separación del espacio Espacio compartido
Programación compleja Programación más intuitiva
Vallado completo obligatorio Seguridad definida por la aplicación

 

Desventajas

Robot industrial Robot colaborativo
Alta velocidad (4m/s) Velocidad colaborativa de 0.25 m/s aprox (1 m/s máximo)
Gran fuerza y capacidad de mover grandes pesos Puede mover máximo 10 – 14 kg
Diseño según alcance necesario Alcance máximo de 1300 mm

 

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.

 

Principales fabricantes y sus  robots colaborativos

 

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 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.

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.

Rethink Robotics

Sawyer, el nuevo robot de Rethink Robotics tiene un único brazo que es más fuerte, rápido y preciso que los del primer producto de la empresa, Baxter. Alcance garantizado de 900 mm con un peso de 4 kg, precisión de +- 0.1 mm y una velocidad típica de herramienta de 1.5 m/s. Y a su nueva cámara se le da mejor distinguir entre partes y puede leer códigos de barra

Baxter se diseñó para ser seguro, intuitivo y fácil de programar. Los ojos en la pantalla táctil le dicen a los trabajadores dónde moverá los brazos a continuación. Sawyer tiene la misma cara que Baxter, pero su cuerpo es un único brazo diseñado para hacer trabajo más complejo.

Rethink Robotics, pionero de la robótica industrial colaborativa, ha aplicado una increíble mejora a sus robots Sawyer. Se trata del nuevo software Intera 5, diseñado para ayudar al robot a diseñar rutinas para ejecutar tareas complejas.

Las versiones anteriores de Intera ocultaban gran parte del árbol de decisiones del robot frente a los ojos de los usuarios. Por el contrario, Intera 5 utiliza una interfaz gráfica para demostrar a los usuarios exactamente por qué Sawyer se comporta como se comporta.

 

Comparativa de características

Fabricante Modelo Alcance (mm) Carga máxima (kg) Velocidad típica de TCP (m/s) Precisión de repetibilidad de movimientos (mm) Nº de ejes
Universal Robots UR3e 500 3 1 (+-)0,03 6
Universal Robots UR5e 850 5 1 (+-)0,03 6
Universal Robots UR10e 1300 10 1 (+-) 0,05 6
KUKA LBR iiwa 7 800 7 (+-)0,1 7
KUKA LBR iiwa 14 820 14 (+-)0,1 7
FANUC CR-4iA 550 4 1 (+-)0,013 6
FANUC CR-7iA 717 7 1 (+-)0,018 6
FANUC CR-4iA/L 911 7 1 (+-)0,018 6
FANUC CR-35iA 1813 35 0,75 (+-)0,04 6
ABB Yumi 559 0,5 1,5 (+-)0,02 7 x2
Rethink Robotics Sawyer 1260 4 1,5 (+-) 0,1 7

 

 

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.