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Desde la típica recogida y colocación hasta los cobots de alta precisión, la robótica industrial está cambiando rápidamente.

Ha habido un progreso asombroso en el campo de la robótica, y el futuro está aquí.

En una fábrica, no verá ningún robot corriendo o saltando como los bots de Boston Dynamics. Pero los verá liberando a los humanos de tareas peligrosas, aburridas y repetitivas, y haciéndolos sin problemas y sin errores.

El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología recientemente postuló que existen cuatro tipos de robots que son más relevantes para los fabricantes. Echemos un vistazo a ellos desde la perspectiva del ingeniero eléctrico.

Robots articulados

Los robots articulados se pueden clasificar por la cantidad de puntos de rotación que tienen, con algunos dispositivos que tienen hasta siete grados de libertad. La sofisticación mecánica de estas unidades los hace relativamente caros y algo más lentos que otros tipos.

El brazo robot articulado OB7 Productive Robotics. Imagen de Kate Smith.

Sus ventajas radican en la forma en que pueden moverse alrededor de obstáculos que bloquearían otros tipos de robots. Quizás el tipo más común en uso hoy en día, estos dispositivos encuentran uso en:

• Elegir y colocar
• Dispensación
• embalaje
• Montaje
• Soldadura

En el brazo Productive Robots OB7 que se muestra arriba, cada LED indica la ubicación de un sensor de posición de Monolithic Power Systems que ayuda a guiar el brazo a través de sus tareas (en este caso, mover suavemente pequeños balones de fútbol de una bandeja a otra).

SCARA Robots

Los robots SCARA (brazo de robot articulado de cumplimiento selectivo) cumplen selectivamente. Pueden moverse a lo largo de su eje xy eje y, pero están bloqueados en su lugar a lo largo de su eje z.

Robot SCARA Imagen de FANUC

Por supuesto, menos grados de libertad significan un robot menos complejo con menos motores. Los cálculos de control y, por lo tanto, los algoritmos de control son más simples y requieren menos potencia de la computadora para implementarse. El menor número de ejes entre la base y la pieza que se está fabricando también significa que generalmente hay menos acumulación de error acumulativo.

Una consideración importante en la robótica del piso de la fábrica es qué tan lejos de su base puede trabajar un robot en comparación con el espacio del piso que ocupa la base. Aquí nada supera a un robot SCARA, a pesar de que a menudo ocupan menos espacio en el piso de una fábrica.

Todo esto se suma a un robot más rápido, más barato y más preciso que es más fácil de controlar, a pesar de sus capacidades relativamente limitadas.

Delta Robots

La base del robot delta es el triángulo con un motor en cada una de sus patas. Está situado encima del espacio de trabajo, como se muestra en la siguiente ilustración. Cada motor está articulado a una pata, el otro extremo de la pata está articulado al triángulo inferior. Los motores pueden controlarse mediante una MCU, y la naturaleza de la geometría es tal que el triángulo inferior no puede desviarse, como el motor articulado descrito anteriormente. Pero puede moverse en los ejes x, y o z.

Un ejemplo de un robot delta. Imagen utilizada por cortesía de ABB Flexible Automation

Las tres patas pueden ser muy ligeras, con el único peso real en cualquier parte de la herramienta que el robot ponga en movimiento. El peso ligero significa menos inercia, por lo que el robot delta es rápido. Un uso importante para este tipo de robots es en la impresión 3D.

Robots cartesianos

Los robots cartesianos se llaman así porque se mueven directamente a través de los tres ejes, largo, ancho y alto. Debido a la robustez inherente de esta estructura, puede usarse con las cargas más pesadas.

Gif de un robot cartesiano en el trabajo utilizado por cortesía de Yamaha

La diferencia entre los robots cartesianos y los robots SCARA es la capacidad de moverse en el eje z. Según Yamaha, estos robots industriales se pueden usar para recoger y colocar, ensamblar e incluso dispensar materiales como adhesivo.

COBOT (robots colaborativos)

Según lo descrito por la Federación Internacional de Robótica (IFR), los robots industriales colaborativos (COBOTS) están diseñados para realizar tareas en colaboración con humanos en sectores industriales. Según la IFR, esa cooperación se lleva a cabo en cuatro niveles:

• Celdas separadas: Humanos y robots trabajan cerca, pero en espacios de trabajo físicos separados. No hay contacto humano-robot o sincronización.
• Colaboración secuencial: Existe alguna intersección entre el espacio de trabajo del humano y el del robot. Sin embargo, la acción de un actor solo comienza después de que se completa la acción del otro.
• Cooperación: El ser humano y el trabajador trabajan en la misma parte al mismo tiempo.
• Cooperación receptiva: El robot responde en tiempo real a los movimientos humanos.

Estos niveles se ilustran a continuación. El área verde representa el espacio de trabajo del robot y el área amarilla el espacio de trabajo del trabajador humano.

Tipos de colaboración con robots industriales. Imagen utilizada por cortesía de la Federación Internacional de Robótica.

La colaboración secuencial es el nivel más avanzado que generalmente se practica en las fábricas de hoy. Es casi seguro que requerirá visión artificial e inteligencia artificial para su implementación. El robot podría hacer algo que una persona encontraría aburrido o que podría presentar un peligro para la salud de un humano. Una vez que el robot hace el trabajo sucio, el humano se hace cargo.

¿Que sigue? Precisión de subida

Una rama tangencial de los robots colaborativos son los utilizados en aplicaciones quirúrgicas, como la primera cirugía robótica ocular, realizada en 2016. Quizás los más famosos de estos son los sistemas de cirugía robótica da Vinci de Intuitive Surgical, que los desarrolladores no definen como de naturaleza cobótica, aunque parecen encajar perfectamente. Los robots controlan cada movimiento por el cirujano, pero con un nivel de precisión al que ninguna mano humana puede acercarse.

Un elemento de la consola de cirujano de la configuración de cirugía general para cirugía robótica. Imagen utilizada por cortesía de Intuitive Surgical

Con el control robótico, el cirujano puede operar a través de incisiones mucho más pequeñas, lo que lleva a cirugías menos invasivas y una recuperación más rápida del paciente.

Obviamente, este nivel de precisión y control fino del motor podría tener innumerables aplicaciones en entornos industriales. Sin embargo, el costo asociado con estas maravillas tecnológicas actualmente las pone fuera del alcance de la instalación de fabricación promedio.