El dream team hombre-máquina

Es uno de los viejos sueños de la humanidad: humanos y robots trabajando hombro con hombro en perfecta armonía. Las habilidades motoras precisas de los humanos y la capacidad de aprender de la experiencia les dan una ventaja en términos de flexibilidad, mientras que los robots son capaces de manejar tareas tediosas y extenuantes con una calidad y repetibilidad infalibles. La combinación de lo mejor de ambos mundos puede ayudar a optimizar los procesos existentes o dar lugar a otros completamente nuevos. En su célula de demostración que muestra el montaje de un portón trasero de un coche, EngRoTec demuestra que, incluso bajo las formidables condiciones de la robótica pesada, la verdadera colaboración humano-robot (HRC) es mucho más que una simple ilusión.

La escena es impresionante de contemplar. Un robot de 2,7 metros de largo con una capacidad máxima de 220 kilogramos transporta todo el portón trasero de un auto a una instalación de montaje, mientras el ingeniero de EngRoTec Sebastian Filk observa desde atrás una franja de LEDs rojos que marca los límites de su estación de trabajo. Si pasara el límite, el robot se detendría en milisegundos o continuaría trabajando a una velocidad suficientemente reducida para no poner en peligro a su operador humano. En cuanto el "colega de acero" de Filk se detenga, las luces cambian a verde y puede entrar con seguridad. Después de abrochar dos bisagras, sale de la zona de nuevo y pulsa un botón en el siguiente terminal para completar el proceso de trabajo. El robot lleva el portón trasero pre-montado al cuerpo, posicionándolo con precisión guiada por láser. Una vez más, las luces verdes le dicen a Filk que la pieza está en la posición correcta y que es seguro entrar. Incluso mientras atornilla el portón trasero a la carrocería, el controlador ya está ocupado enviando datos de calidad al sistema ERP y solicitando la siguiente pieza de trabajo. En el futuro previsto para la Industria 4.0, este tipo de trabajo en equipo íntimo pronto se convertirá en la norma.

Los robots para el hogar y la salud han estado en los titulares durante bastante tiempo. Las colaboraciones directas entre humanos y robots son muy adecuadas para el montaje y la manipulación de piezas pequeñas. Los robots proporcionan un bienvenido alivio a los trabajadores que de otra manera tendrían que realizar tareas por encima de la cabeza o en posiciones ergonómicamente indeseables. ⁽¹⁾ Las aplicaciones de este tipo implican robótica ligera en la que las masas en movimiento son pequeñas y los motores funcionan a velocidad y fuerza reducidas para no suponer un riesgo para los humanos.

Las cosas son muy diferentes en el mundo de la robótica pesada. Hay numerosas aplicaciones en la fabricación de automóviles donde cientos de robots que trabajan en células de seguridad sueldan carrocerías de coches enteras. "La mayoría de las aplicaciones pueden ser automatizadas en estas condiciones", explica Marc Burzlaff, director general de EngRoTec. "En el futuro, la clave será traer a los humanos al proceso y combinar su inteligencia con las ventajas de la robótica". El resultado serán procesos de producción considerablemente más eficaces y flexibles y mejores condiciones de trabajo para los operadores. "Con la Industria 4.0 y el advenimiento de la personalización masiva, estas ventajas sólo ganarán en importancia", dice Burzlaff.

Habiendo ejecutado numerosos proyectos de HRC en la industria automotriz, Burzlaff sabe que el tiempo de respuesta de toda la cadena de seguridad puede ser un factor decisivo para el éxito de una aplicación de HRC. "Si se consigue que el tiempo de respuesta de seguridad sea inferior a 350 o 400 milisegundos, se pueden reducir las distancias de seguridad hasta un 50% en comparación con el estado actual de la técnica", explica. Esto a su vez reduce la huella total del equipo. Los trabajadores se benefician de distancias más cortas para viajar y estaciones de trabajo más ergonómicas.

Las soluciones convencionales de MRC se basan en robots estándar con sus propios sistemas de control, control de células separadas y tecnología de seguridad. La gestión descentralizada de los numerosos parámetros de seguridad y la comunicación entre los sistemas requieren una enorme labor de desarrollo. "Con ese nivel de complejidad, no es posible lograr tiempos de respuesta inferiores a 500 milisegundos", dice Burzlaff.

En 2015, EngRoTec desarrolló el sistema de control de robots de IA que hizo posible el montaje del portón trasero asistido por robots y optimizado para la tolerancia. Esta aplicación probada en el campo y aprobada por la asociación comercial se ha desarrollado ahora en una nueva célula de demostración de HRC. "Ser capaces de realizar estos escenarios para nuestros clientes de una manera rentable fue un foco primario de nuestro trabajo", dice Burzlaff. "Para hacerlo posible, tuvimos que reevaluar nuestra solución de automatización desde cero."

Después de un profundo estudio de mercado, los ingenieros de EngRoTec se decidieron por un robot Comau, aumentado por la tecnología de control libremente configurable de B&R. El resultado de esta cooperación se llama openROBOTICS y permite que este tipo de robot esté estrechamente integrado en el sistema global. "Comau prescindió del control de su propio robot, lo que redujo significativamente la complejidad de la tecnología de automatización. Además, la tecnología B&R utilizada para el control, el movimiento y la seguridad y el paquete tecnológico SafeROBOTICS no sólo redujeron drásticamente el coste de ingeniería, sino también el tiempo de respuesta de seguridad", dice Tobias Daniel, jefe de ventas y marketing de robótica en Comau.

Uno de esos paquetes, SafeROBOTICS, realiza una variedad de funciones importantes que pueden utilizarse para implementar aplicaciones de HRC para una amplia gama de tareas diferentes. Por ejemplo, múltiples bridas, uniones, puntos de control y centros de herramientas, así como hasta 20 cuboides o planos colocados en cualquier lugar del espacio pueden ser controlados simultáneamente de forma segura y reconfigurados en tiempo real. Para facilitar la configuración, estos datos pueden aplicarse directamente desde una herramienta de simulación.

SafeROBOTICS también incluye funciones de control de movimiento seguro que supervisan el movimiento del punto central de la herramienta del robot (TCP) y garantizan un posicionamiento, una velocidad y una orientación seguros del robot. Sin estas funciones, una aplicación de HRC sería difícil o imposible de implementar.

Con ellos, el tiempo de respuesta de la aplicación de seguridad puede reducirse drásticamente. "En esta aplicación, hemos logrado una reacción segura de 320 milisegundos desde el momento en que el escáner láser detecta una violación del espacio de trabajo hasta el momento en que las unidades se apagan de forma segura. Es un récord mundial", señala Markus Sandhöfner, director general de B&R Alemania. El rendimiento se benefició además de la experiencia de EngRoTec, que fue capaz de eliminar la necesidad de un montón de hardware y otros equipos a través de un software y un diseño de controlador inteligentes y basados en bases de datos.

⁽¹⁾ BGHM (2016) La Asociación Comercial de Madera y Metal, Fraunhofer IFF Magdeburgo lleva a cabo una investigación en nombre de la BGHM para la colaboración hombre-robot en la Industria 4.0: www.bghm.de/bghm/presseservice/pressemeldungen/detailseite/sichere-zusammenarbeit-von-mensch-und-roboter/ (visto el 14/11/2016)

⁽²⁾ Schenk (2012). Michael Schenk, Norbert Elkmann: Interacción hombre-robot segura, requisitos, condiciones, escenarios y soluciones propuestas. El cambio demográfico - un reto para la organización del trabajo y la empresa de las futuras series de la Sociedad Académica para el Trabajo y la Organización Industrial (HAB). Egon Müller (editor)