Cómo encontrar el mejor robot para una fábrica inteligente

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Por Raul Nicolás, Robotics Solution Engineer en Omron

Omron Opinion

Si estás pensando en llevar a cabo una estrategia para desarrollar una fábrica inteligente, ¿cómo decidir cuáles son las mejores soluciones de robótica? ¿Un robot industrial o un robot colaborativo (cobot)? ¿Tecnología de robots móviles autónomos (AMR)? No es fácil encontrar la solución ideal para las necesidades específicas de cada empresa. Se debe contar con un catálogo de requisitos como guía para la selección de los robots y, en definitiva, para lograr el éxito en el futuro.

Los nuevos requisitos de producción, el aumento de la automatización, las iniciativas de innovación y los mercados globales han contribuido a que la cantidad de robots industriales a nivel mundial durante los últimos cinco años haya aumentado en un 85%. Esta es la conclusión a la que ha llegado en el informe de World Robotics 2020, Industrial Robots Report. Además, a pesar del impacto de la pandemia del coronavirus en las ventas globales de robots que se habían previsto, las cifras reales de ventas siguen siendo elevadas.

Otra tendencia que se ha identificado en el informe es un mayor uso de robots. La cooperación entre personas y máquinas (o robots) ocupa un lugar prioritario en la agenda de muchos directores ejecutivos en un intento por reducir las cargas de trabajo de los empleados, aumentar la eficiencia y la seguridad, y mejorar los procesos. Como parte de esta tendencia, muchas empresas se preguntan: “¿Qué sistema debemos elegir para cubrir nuestras necesidades?”.

Diferentes soluciones robóticas y cinemáticas

Los robots varían según la tecnología, el tipo y la estructura, así como el campo de aplicación. Pueden ser desde robots fijos hasta AMR, que actualmente están sustituyendo a los sistemas de guiado en muchas fábricas. Además, existen tanto los robots industriales estándar como los famosos cobots. Estos últimos son cada vez más recurrentes en aplicaciones que les permiten proporcionar una ayuda concreta a las personas como, por ejemplo, extraer productos de las cajas o rellenarlas. Por otra parte, los robots industriales convencionales suelen funcionar de forma independiente en lugar de interactuar con compañeros humanos. En cuanto a las construcciones de tipo cinemático, estas incluyen las cuatro categorías principales de robots: cartesiano, SCARA, antropomórfico y delta/paralelo. Por lo tanto, la elección de cada empresa dependerá en gran medida de su ubicación y situación específicas.

La cinemática cartesiana permite un enfoque ampliamente configurable, ya que incluye desde el grado de libertad a través de un solo eje hasta múltiples ejes de movimiento. Los robots cartesianos cuentan con diversos drives optimizados que utilizan o bien un mecanismo de husillo de bolas o bien un sistema de transmisión por correa. Estos robots se pueden utilizar para el montaje de piezas pequeñas, pero también para transferencias de piezas muy largas, como es el caso de las grúas suspendidas que se encuentran en el techo de las salas de producción.

Por su parte, los robots SCARA son “robots de brazo articulado horizontal” que cuentan con un área de trabajo cilíndrica y trabajan mucho más rápido que los robots cartesianos y los antropomórficos. Los SCARA son adecuados para aplicaciones de pick and place, además de para otros procesos de manipulación con cargas útiles pequeñas: por ejemplo, en aplicaciones de montaje, packaging o manipulación de materiales.

A diferencia de los sistemas SCARA, los robots antropomórficos tienen un área de trabajo esférica y, además, se trata del segmento robótico más amplio, ya que abarca una gran variedad de posibilidades de aplicación. Los robots antropomórficos se suelen utilizar en aplicaciones de procesos intensivos como la soldadura, la pintura, la aplicación de adhesivo, el montaje o la manipulación de materiales, puesto que se le puede sacar el máximo partido a su agilidad y destreza.

Los robots delta o paralelos tienen un área de trabajo cilíndrica y suelen servir de ayuda en las aplicaciones en las que los productos permanecen en la misma superficie durante el proceso de recogida y colocación. El robot paralelo requiere poco mantenimiento. Es una solución de montaje en el techo que maximiza el acceso y reduce el espacio ocupado en el suelo: resulta especialmente apropiado para aplicaciones de alta velocidad y productos ligeros.

 Selección de un robot

En función de la ubicación, el enfoque de producción y las necesidades individuales, existen diferentes parámetros que pueden jugar un papel importante a la hora de elegir el robot apropiado.

Algunos ejemplos son el alcance, la capacidad de carga, las necesidades de movimiento, la capacidad de expansión flexible y la interacción, junto con otras tecnologías como la inteligencia artificial (IA) o el procesamiento de imágenes. Por lo tanto, antes tomar una decisión, siempre es necesario definir de forma precisa los requisitos para el proceso, ya que solo entonces se podrá determinar el rendimiento y las funciones que busca en una solución robótica.

¿Qué productos necesita producir o procesar y cómo? ¿Qué movimientos debe realizar el robot? ¿Qué distancias debe ser capaz de cubrir? ¿Las tareas cambian con frecuencia? ¿Hay algún experto en la plantilla o necesita un operador para controlar el robot? No solo se trata del simple movimiento que se lleva a cabo en una aplicación de recogida y colocación, sino también de las interferencias existentes entre el robot y su cinemática, así como de otras piezas que podrían moverse en el interior de la celda.

También debe tener en cuenta el tipo de producción de piezas y el rendimiento. Además, algunas de las características del robot que considerar son la repetibilidad, que muestra su capacidad (una vez aprendida) de regresar desde la misma posición a la posición deseada; la precisión, que consiste en especificar una posición determinada y mover al robot hasta ese punto exacto, y, por último, el procesamiento de imágenes, ya que es cada vez más importante para mejorar la productividad de la automatización robótica.

El procesamiento de imágenes permite que el sistema tome imágenes, calcule la ubicación y orientación de las piezas correspondientes y guíe al robot hasta ellas mediante la transformación de robot a cámara. Por lo tanto, los sistemas de visión aumentan la flexibilidad y reducen los costes gracias a que las piezas no tienen que estar fijas. Además, una solución de visión integrada en el sistema del robot también permite inspeccionar de manera simultánea las piezas durante el proceso de mecanizado, lo que reduce los tiempos de ciclo y aumenta el rendimiento.

¿Un sistema montado permanentemente o un cobot flexible?

Una pregunta que muchas empresas se están planteando actualmente es si un cobot podría satisfacer sus requisitos específicos y la respuesta depende de la situación. Los robots de montaje fijo presentan la ventaja de ofrecer una alta velocidad, precisión, reprogramación, seguridad y tecnología de alto rendimiento y, aunque con estos sistemas también se pueden conseguir líneas de producción flexibles, se necesitan expertos para reprogramar los robots, así como una cantidad considerable de espacio adicional.

Los cobots, por otra parte, son más fáciles de usar y son el aliado ideal para producciones de lotes reducidos y muy variados. También ofrecen seguridad integrada, pueden cooperar con los empleados y son más flexibles y móviles, así como mucho más fáciles de programar. Además, su software es más intuitivo, incluso los operadores de máquinas normales pueden implementar una nueva aplicación, por lo que no suele ser necesario recurrir a especialistas externos y también se pueden montar en robots móviles.

Pero ¿qué tecnología es la más adecuada para cada aplicación? A las empresas con tiempos y ciclos de producción cortos les podrían resultar más útiles los robots de montaje tradicionales, ya que trabajan más rápido. Los cobots son bastante más lentos, especialmente cuando trabajan directamente con personas. Sin embargo, en cuestión de seguridad, los robots estándar deben estar en espacios separados de los compañeros humanos, mientras que los cobots pueden trabajar codo con codo junto a ellos y cuentan con un modo de colaboración que permite aumentar la rapidez en función de la aplicación.

Otro aspecto que puede servir de ayuda a la hora de elegir entre los robots industriales tradicionales y los cobots es la conectividad. Los dispositivos de Omron se pueden conectar fácilmente a controladores de máquinas y disponen de tecnología de visión integrada con varias opciones de cámara.

Además, tanto las tecnologías fijas como las colaborativas de Omron TM son compatibles con nuestros controladores programables en IEC 61131-3. Por lo tanto, se puede acceder a toda la información de la máquina a través del controlador. Sin embargo, el cobot también es capaz de interactuar con tecnologías de terceros para proporcionar una mayor flexibilidad como, por ejemplo, sistemas de visión, accesorios, etc., lo que ofrece un mayor número de posibilidades.

También es importante tener en cuenta el retorno de la inversión. Mientras los robots fijos y más complejos suelen necesitar formación y experiencia externa, un cobot como el de la serie TM de Omron ofrece tutoriales online más sencillos y una puesta en marcha rápida. Es decir, los sistemas tradicionales debe manipularlos un experto especialista en robótica, mientras que en el caso de los cobots pueden encargase los propios usuarios. Por otro lado, las soluciones fijas requieren hardware adicional para una mayor protección (como vallas ligeras o jaulas) y para la ampliación de tareas, mientras que los cobots suelen ser más sencillos y menos costosos si se quieren ampliar. Es por eso que estos últimos ofrecen la ventaja de un retorno de la inversión a más corto plazo.

Conclusión

En resumen, los robots industriales tradicionales suelen adaptarse mejor a numerosas aplicaciones en el campo del montaje a alta velocidad y de gran precisión. Sin embargo, los cobots son mejores para la paletización, la atención de maquinaria y la manipulación de materiales, además de otras aplicaciones como la carga de máquinas, la recogida de pedidos, el packaging y la realización de pruebas. Los cobots también son mucho más flexibles y versátiles cuando se combinan con dispositivos móviles (como los de la serie LD de Omron) y, actualmente, estos dispositivos están disponibles, por ejemplo, con accesorios de luz UV especial para la desinfección de salas.

Asimismo, los cobots cubren el espacio del mercado de la robótica que ocupan las aplicaciones en las que la flexibilidad es más importante que la velocidad, gracias a las herramientas de software y a las funciones de sensores integrados como son el procesamiento de imágenes, la determinación de la ubicación y la integración en los sistemas de almacenamiento.

Sin embargo, no existe ninguna tecnología que se adapte a todas las aplicaciones. Por lo tanto, es fundamental contar con un catálogo detallado de requisitos y objetivos fijos para que cualquier proyecto de robótica de una fábrica moderna e inteligente sea exitoso. En este ámbito, el uso de la inteligencia artificial también es cada vez más importante. Por ejemplo, a nivel de máquina, la IA es fundamental para las aplicaciones en tiempo real. Los dispositivos y las líneas de producción se monitorizan con sensores en tiempo real, y los datos se recopilan y procesan a alta velocidad para detectar rápidamente cualquier anomalía.

Por lo tanto, las empresas que quieran superar con éxito los retos que se presenten en el futuro de la producción, deben comenzar evaluando qué robot es el compañero ideal para adaptarse a sus necesidades; el hecho de que sea móvil o fijo, montado o flexible, dependerá totalmente del tipo de aplicación.

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