Colaboración entre Humanos y Robots: Una Solución de Fabricación para la Industria 5.0
Los robots colaborativos, conocidos como cobots, están dando vida a la Industria 5.0. Estos brazos robóticos interactivos están satisfaciendo la creciente demanda de tecnologías de fabricación que van más allá de optimizar la automatización para priorizar las relaciones entre humanos y robots. Mientras que la Industria 4.0 dependía en gran medida de soluciones complejas como el big data y la Internet de las cosas, la Industria 5.0 coloca tecnologías sofisticadas directamente en manos de los operadores. Adoptando esta tendencia, los cobots están diseñados para operar junto con los humanos, a diferencia de los robots industriales tradicionales que estaban aislados de sus compañeros de trabajo. Los cobots se destacan por trabajar en espacios compartidos para automatizar tareas repetitivas como "pick and place", paletización, operaciones de ensamblaje delicadas y aplicaciones que requieren planificación de rutas.
La popularidad de los cobots aumentó durante la pandemia de COVID-19 cuando los fabricantes experimentaron una escasez repentina de trabajadores calificados. Las fábricas que sentían curiosidad por la automatización pero que aún no habían implementado soluciones recurrieron a los cobots como un primer punto de automatización fácilmente programable y de rápida implementación. Ante circunstancias sin precedentes, los cobots ofrecieron una solución rentable a la escasez de mano de obra, ya que ofrecían resultados rápidos y una automatización flexible al tiempo que garantizaban la seguridad de los trabajadores humanos. Desde entonces, la integración ha cobrado impulso debido a los valiosos beneficios de los cobots, que incluyen la capacitación de los trabajadores, la mejora de la producción, la garantía de la seguridad de los empleados y la simplificación de aplicaciones y programación complejas.
Capacitación de los Trabajadores y Mejora de la Producción
Los cobots encarnan el enfoque de la Industria 5.0 de colaboración entre humanos y robots, y su integración proporciona a los fabricantes capacidades operativas avanzadas. Con una fuerza laboral más pequeña, las fábricas pueden producir bienes de mayor calidad y aumentar la capacidad de producción, lo que permite a los gerentes redirigir recursos humanos adicionales a funciones más estratégicas. Esto es particularmente beneficioso en instalaciones que manejan tareas de bajo rendimiento y alta variabilidad, donde la flexibilidad y la maniobrabilidad de los cobots mejoran significativamente la eficiencia operativa.
Por ejemplo, una instalación para ensamblar accesorios de tuberías de plomería empleó una gran fuerza laboral humana para pintar sellador en las roscas de cada tubo antes de conectarlo a otro componente. Este proceso esencial garantizaba conexiones herméticas entre las piezas. La fábrica manejaba miles de tuberías de distintos tamaños, espesores y combinaciones.
La introducción de cobots para manejar una parte importante de esta tarea permitió a la planta reposicionar a sus trabajadores para un proceso más eficiente y orientado al valor. El empleador asignó algunos operadores para supervisar los cobots, asegurando la aplicación precisa del espesor del adhesivo en las roscas. Otros operadores colaboraron directamente con los cobots, compartiendo la tarea y recubriendo manualmente las tuberías que no eran aptas para ser sujetadas por el dispositivo de tuberías. Los gerentes capacitaron a trabajadores adicionales para funciones más estratégicas, como la programación de cobots para su redistribución o una mejor inspección de calidad.
A lo largo de este proceso, el éxito dependió de operadores expertos con un profundo conocimiento del proceso de recubrimiento para desarrollar el programa de cobots y supervisar el funcionamiento de los cobots. En última instancia, lo que antes era una tarea rutinaria realizada por una gran fuerza de trabajo evolucionó a un esfuerzo colaborativo entre una fuerza más pequeña de operadores y cobots, lo que resultó en un mayor valor para el personal y una mejor calidad y capacidad del producto.
Garantizar la Seguridad de los Empleados
Los robots industriales tradicionales son un tipo diferente de compañero de trabajo. Superan a sus homólogos humanos en cuanto a capacidad de fuerza y --potencia. En el pasado, los fabricantes aislaban a los robots industriales de los humanos por razones de seguridad, eliminando así la posibilidad de colaboración. Hoy, en cumplimiento de los estándares de la industria, los cobots están equipados con tecnologías avanzadas para garantizar interacciones seguras con trabajadores humanos en entornos compartidos.
Por ejemplo, los sensores de par de articulación están integrados estratégicamente en cada articulación del eje del cobot para proporcionar señales de retroalimentación en las interacciones entre humanos y robots. Estos sensores desempeñan un papel fundamental para permitir que los operadores trabajen de forma segura con y alrededor de un cobot. Por ejemplo, si un humano entra inesperadamente en contacto con un cobot, los sensores de par detectarán el contacto y reducirán inmediatamente el nivel de fuerza y --velocidad del cobot. El control de posición y cumplimiento de un cobot le permite manipular componentes delicados sin crear peligros de aplastamiento y cizallamiento.
Sin embargo, la integración de tecnologías futuras podría introducir nuevas consideraciones de seguridad al tiempo que mejora la interactividad del cobot. La integración de inteligencia artificial, que puede ofrecer sugerencias valiosas a los operadores, abre la puerta a amenazas de ciberseguridad, como el acceso no autorizado a datos comerciales personales o confidenciales.
En general, si bien los cobots ofrecen ventajas significativas en términos de capacidades y eficiencia, su integración segura en entornos de trabajo humanos requiere avances tecnológicos continuos.
Simplificando g Aplicaciones y programación complejas
En comparación con las soluciones de robots industriales anteriores, los cobots ofrecen a los fabricantes una solución de automatización más fácil de usar y programable. El hardware y el software avanzados de los cobots hacen que incluso las aplicaciones y la programación más complejas sean accesibles para una amplia gama de instalaciones, desde pequeñas líneas de producción hasta grandes plantas de fabricación.
Una tarea notoriamente desafiante para los robots es la selección de contenedores, en la que se retira un artículo específico de un contenedor en una posición aleatoria. Si bien esta tarea parece sencilla para los humanos, presenta un desafío "intelectual" significativo para los robots. Los ingenieros equipan a los cobots de selección de contenedores con una cámara superior que captura imágenes del contenido del contenedor. El sistema de cámara emplea técnicas y algoritmos avanzados de aprendizaje automático para identificar la ubicación precisa de la pieza deseada dentro del contenedor y transmite estos datos de posición al cobot. Luego, el cobot usa una pinza u otro efector final para extraer la pieza del contenedor y transferirla a su siguiente ubicación.
El desarrollo de cobots también da un paso hacia la simplificación de la programación sofisticada, lo que hace que las soluciones de automatización industrial sean más accesibles para los operadores. Tradicionalmente, la complejidad de los robots y sus aplicaciones ha requerido una codificación especializada por parte de técnicos expertos. En cambio, los ingenieros diseñan cobots para que cualquier operador los pueda programar, lo que permite una implementación rápida. Los cobots utilizan un lenguaje de programación basado en árboles con un sistema de arrastrar y soltar en una interfaz de usuario intuitiva, lo que permite una fácil creación de programas y tiempos de implementación cortos. El operador puede programar y reparar el cobot a través de una interfaz hombre-máquina llamada teach pendant (Figura 1).
Figura 1: Un operador puede usar un teach pendant para programar o reparar un cobot controlándolo a través de un proceso paso a paso. (Fuente: Ridvan /stock.adobe.com)
Un ejemplo de un teach pendant que los operadores pueden usar para crear un programa es el “Commander”, desarrollado por KUKA, que es una caja sensible a la presión del tamaño de una mano ubicada en el cobot. Este proceso implica que el operador agarre el “Commander” de enseñanza, posicione el brazo del robot y seleccione los puntos que definen una ruta para la aplicación deseada. Esta característica es conveniente cuando se requiere que un robot siga una ruta para una aplicación como soldar o pegar. En el futuro, la programación de un cobot podría no requerir codificación en absoluto. En cambio, los operadores podrían aprovechar un sistema de íconos y plantillas para ejecutar funciones preprogramadas, lo que hace que el proceso de implementación sea aún más eficiente e intuitivo.
Conclusión
Un cobot es una tecnología transformadora de la Industria 5.0 que mejora las habilidades de la fuerza laboral, eleva la calidad y la capacidad del producto, prioriza la seguridad de los empleados y simplifica los desafíos de hardware y software. Al integrar cobots en configuraciones de fábrica, los fabricantes pueden reasignar a los trabajadores a roles más estratégicos y optimizar aún más la producción. Para garantizar una colaboración segura, los cobots están equipados con tecnologías de seguridad avanzadas.
Además, los cobots muestran facilidad de uso al aprovechar nuevas tecnologías de hardware y software para abordar desafíos de aplicaciones complejas y permitir la programación por parte de cualquier operador. A medida que la evolución de las tecnologías de la Industria 5.0 impulsa a los fabricantes a buscar soluciones de automatización más inteligentes que mejoren la relación entre humanos y máquinas, los cobots seguirán atrayendo a los usuarios con seguridad, adaptabilidad y facilidad de uso.