El creciente papel de los cobots en la automatización de fábricas

Si bien los robots se han utilizado de manera constante en el escenario industrial durante muchas décadas, las innovaciones tecnológicas están impulsando una nueva ola de automatización de las fábricas. El surgimiento de robots colaborativos, o cobots, así como de robots más pequeños del tamaño de un cobot brinda nuevos niveles de eficiencia y productividad a las empresas más pequeñas que no pueden darse el lujo de contar con las capacidades de los robots industriales (y no las necesitan).

Los cobots son más pequeños, más económicos y más fáciles de programar que los robots industriales tradicionales, y son mucho más flexibles. A los robots modernos se les puede reasignar la realización de nuevas tareas según sea necesario, o se los puede trasladar a otra área de una fábrica o almacén con rapidez. Los cobots también están diseñados para operar de forma segura junto a las personas, lo que los hace adecuados para tareas peligrosas o repetitivas, o para ayudar a los operadores humanos en tareas que requieren una precisión extrema.

No es de extrañar, entonces, que esos cobots sean uno de los segmentos de más rápido crecimiento de la industria de la robótica. Se espera que los envíos de cobots a nivel mundial superen las 47.000 unidades al año para 2026, lo que supone un aumento frente a las 10.000 unidades que se enviaron en 2021^[1], una tasa de crecimiento que supera el aumento previsto para los robots industriales^[2].

Para ayudar a los diseñadores de cobots a satisfacer esta demanda, TE Connectivity se centra en las tendencias clave que definen el futuro de la automatización de fábricas: mayor flexibilidad, menor costo total de propiedad, mayor seguridad y durabilidad.

A diferencia de los robots industriales, que están diseñados para realizar la misma tarea repetidamente durante décadas, un solo cobot debe poderse adaptar para múltiples trabajos. Por ejemplo, es posible que una empresa necesite un cobot que pueda pasar fácilmente de una simple tarea de recogida y colocación a un rol de supervisión de máquinas que requiere más precisión.

El desafío para los diseñadores de cobots es crear un brazo que proporcione el rango de movimiento necesario para completar diferentes tareas y que, al mismo tiempo, permita mantener los costos bajos. Cada movimiento potencial requiere un eje separado con su propio conjunto de motores, sensores, cables y conectores, lo que aumenta el costo. Por esa razón, los fabricantes de cobots han optado por adoptar una configuración estándar de seis ejes para lograr robots flexibles. Esta configuración imita el rango de movimiento del brazo humano, por lo que es adecuada para la mayoría de las tareas de colaboración.

Sin embargo, dentro de esta configuración estándar, los diseñadores incluso deben equilibrar las necesidades contrapuestas de durabilidad, sensibilidad y costo al elegir los componentes internos. Por ejemplo, los transformadores (sistemas que miden el ángulo de rotación) ofrecen un bajo costo y una alta durabilidad, pero es posible que no ofrezcan la precisión necesaria para tareas de motricidad fina. En el otro extremo del espectro, los codificadores ópticos pueden ofrecer una mayor precisión, pero son más frágiles y costosos. Para ayudar a que los cobots sean más accesibles para una amplia gama de usuarios, TE también ofrece un término medio entre estas dos opciones: codificadores magnéticos que permiten una mayor precisión que los transformadores, pero son significativamente menos costosos y más robustos que los sensores ópticos. 

Por definición, los cobots están diseñados para trabajar junto a los humanos. Se pueden instalar sin jaulas de seguridad, lo que ayuda a mantener bajos los costos de instalación y reduce el espacio que ocupan en la fábrica o el piso del almacén. Sin embargo, esta configuración requiere otras características de seguridad para proteger a los trabajadores cercanos.

Los avances en los sensores de par han ayudado a incrementar la seguridad y confiabilidad de los cobots. Instalados en cada eje del brazo de los cobots, los sensores de par miden la cantidad de tensión mecánica dentro del motor del eje y la caja de engranajes. Se pueden programar para mantener el par por debajo de un umbral específico, y se apagan automáticamente antes de que se produzcan riesgos de lesiones a un operador humano o daños en el brazo del propio cobot.

A medida que aumente el uso de los cobots, anticipamos nuevas mejoras en otras funciones de seguridad, como los sensores de proximidad y posicionamiento absoluto.  Mediante el uso de diversos sensores ópticos y de presión, los propietarios de fábricas pueden construir una cerca invisible alrededor de los cobots, lo que hace que las máquinas disminuyan la velocidad o se detengan de inmediato cuando un humano ingresa al espacio de trabajo. 

La reducción del tiempo de inactividad y de los costos de reparación es esencial para mantener la asequibilidad de los cobots, lo que presenta un desafío porque los cobots generalmente operan en entornos en los que los componentes electrónicos y las piezas móviles no son fáciles de usar. El polvo, la humedad, el aceite, el calor, la vibración y la interferencia electromagnética son comunes en las fábricas y los almacenes.

Es por eso que TE diseña nuestros componentes, como sensores de posición y angulares, de manera específica para estas condiciones adversas. Pero los diseñadores de cobots a menudo pasan por alto  otra área en la que la confiabilidad es primordial: los cables y conectores.

Los cables y conectores para los componentes de los ejes, como sensores y motores, a menudo se encuentran dentro del brazo del cobot. Incluso con esta protección, se deben utilizar conjuntos de cables de grado industrial diseñados específicamente para proporcionar el rango de movimiento necesario para cada articulación del brazo y, al mismo tiempo, eliminar los movimientos no deseados a medida que el brazo realiza sus tareas repetidamente.

La conectividad se vuelve aún más complicada cuando una tarea tiene que adaptarse a la variabilidad en las herramientas y la detección en el extremo del brazo. Para cambiar de una tarea a otra, a menudo se requiere un nuevo conjunto de herramientas en el extremo del brazo del cobot, como pinzas, sensores, cámaras y luces. Cada uno de esos componentes necesita conectividad de alimentación y datos fuera del ámbito de protección del brazo del cobot.

Debido a que la adaptabilidad es uno de los principales beneficios de los cobots, nos centramos en ayudar a los diseñadores a reducir la complejidad en los cables y conectores, preservando la funcionalidad. Por ejemplo, estamos trabajando en soluciones que combinan la conectividad de alimentación y datos en un solo cable, como Ethernet de un solo par (SPE). Este cable proporciona suficientes velocidades de transferencia de energía y datos para cualquier periférico que se encuentre en el extremo del brazo. 

El auge de los cobots ya ha introducido nuevos niveles de automatización en entornos donde hace solo unos años no era viable ni asequible.  A medida que los cobots continúen realizando más tareas, también ayudarán a los fabricantes a optimizar el proceso de producción para lograr mayores niveles de eficiencia y flexibilidad.

Vemos un futuro en el que los pisos de fabricación se organizarán en torno a celdas modulares, cada una de las cuales ofrecerá la flexibilidad de cambiar entre tareas discretas o procesos personalizados. Además, los avances en la conectividad inalámbrica ayudarán a los propietarios de instalaciones a monitorear y analizar el rendimiento de cada una de estas celdas semiautónomas. Al mismo tiempo, la inteligencia artificial (IA) y el aprendizaje automático evolucionarán para ayudar a los cobots a aprender a realizar nuevas tareas más rápidamente.

Estos avances en la automatización de las fábricas ayudarán a los fabricantes a adaptarse a la creciente demanda de velocidad, eficiencia y personalización, al tiempo que serán parte de una solución para otros desafíos como la constante escasez de mano de obra. Si bien la progresión de la producción semiautónoma a la totalmente autónoma llevará muchos años, la combinación de los cobots con la conectividad sin interrupciones y la inteligencia mejorada es la hoja de ruta que nos permitirá lograrla.