Los robots se vuelven móviles

Aug 17, 2023

Las nuevas tecnologías permiten que los robots se desplacen fácilmente por las fábricas. Foto cortesía de KUKA Robotics Corp.

Este robot móvil se utiliza para ensamblar conectores eléctricos para sistemas de acoplamiento. Foto cortesía de Stäubli Corp.

Los robots móviles se utilizan para mejorar la productividad en una planta de bajo volumen y alta mezcla que ensambla productos eléctricos. Foto cortesía de Universal Robots USA Inc.

Este robot de 15 ejes y dos brazos, acoplado a un robot móvil autónomo, es utilizado por un proveedor automotriz de nivel 1. Foto cortesía de Otto Motors/Clearpath Robotics Inc.

Este robot colaborativo de seis ejes puede conducir y navegar de forma autónoma. Foto cortesía de Stäubli Corp.

Los robots colaborativos montados en plataformas móviles autónomas marcan el comienzo de una nueva era de automatización flexible. Foto cortesía de KUKA Robotics Corp.

La movilidad ofrece una gran flexibilidad para los pequeños fabricantes. Pueden volver a implementar fácilmente un robot a medida que cambien sus necesidades. Foto cortesía de Omni Automation/Control Electric Co.

La movilidad aumenta el alcance y la usabilidad de los robots colaborativos. Foto cortesía de Universal Robots USA Inc.

El impulso de la movilidad marca el comienzo de una nueva era en la tecnología robótica. Foto cortesía de Vicosystems

Los robots solían considerarse estrictamente como máquinas estacionarias. Se atornillaban a un piso, mesa, techo o pared y ahí se quedaban. Pero, eso está empezando a cambiar.

Hoy en día, las nuevas tecnologías permiten que los robots se desplacen fácilmente por la fábrica. Los robots se pueden montar en pedestales con ruedas, carros rodantes o incluso plataformas automatizadas. Eso permite que las máquinas trabajen más cerca de los humanos y se vuelvan más versátiles.

En la feria Automate en Chicago a principios de este año, varios robots corrieron por la sala de exposiciones. Sin embargo, la mayoría de ellos no se movieron solos; fueron transportados a bordo de vehículos inteligentes automatizados de última generación.

Los dispositivos móviles proporcionaron un marcado contraste con la mayoría de los robots que se exhibieron en McCormick Place. En lugar de que los visitantes caminaran para observar más de cerca las máquinas, los robots móviles se acercaron a las personas.

Una empresa que atrajo la atención en la feria Automate fue Universal Robots USA Inc. (UR). Mostraba un brazo UR5 conectado a una plataforma móvil MiR200 de Mobile Industrial Robots Inc. (MiR).

"La movilidad aumenta el alcance y la facilidad de uso de los robots", dice Craig Tomita, gerente de ventas del área occidental de UR. “Debido a que son de bajo voltaje, nuestros robots colaborativos pueden funcionar con la batería que ya está a bordo de un vehículo. Los robots ya no están relegados a permanecer frente a una máquina o un transportador durante toda su vida.

"La movilidad ofrece una gran flexibilidad, especialmente para los pequeños fabricantes y los fabricantes por contrato", explica Tomita. "Pueden volver a implementar fácilmente un robot a medida que cambian sus necesidades".

El MiR200 es un robot móvil autónomo (AMR), un nuevo tipo de máquina basado en tecnologías que lo hacen más rápido, más inteligente, más fácil de usar y más eficiente que los vehículos guiados automatizados (AGV) tradicionales.

"Los AMR y los robots industriales que los utilizan son individualmente colaborativos y súper flexibles", dice Ed Mullen, vicepresidente de ventas para las Américas en MiR. "Cuando coloca un robot en un AMR, obtiene aún más flexibilidad y un mayor grado de automatización.

"Puede tener la unidad AMR donde quiera que vaya a través de su sistema de navegación inteligente", agrega Mullen. “Eso lo hace capaz de conducir de manera autónoma hacia sus objetivos. Luego, puede hacer que el brazo robótico recoja algo automáticamente. Esto aumenta la eficiencia. Dado que los empleados no necesitan participar en este proceso, libera recursos.

"[Los ingenieros deberían] considerar el AMR como las piernas, el robot que lleva a cuestas los brazos y el software como el cerebro", señala Mullen. "Esto abre la solución completa para muchas aplicaciones".

Según Keith Vozel, gerente de productos de software en Motoman Robotics Div. de Yaskawa America Inc., hay tres tipos distintos de robots móviles:

"Los robots móviles enfrentan muchos de los mismos desafíos que enfrentan los robots colaborativos", dice Michael Ferguson, director de tecnología de Fetch Robotics Inc., que ha desarrollado una línea de AMR. "Hay una variedad de brazos robóticos disponibles hoy en día, pero todos ellos generalmente fueron diseñados para montarse estáticamente y conectarse a un tomacorriente de pared.

"La eficiencia energética es extremadamente importante en las aplicaciones móviles, pero rara vez se le presta atención en una instalación estática", señala Ferguson. "La estabilidad, especialmente durante los movimientos rápidos de un brazo, también puede ser un desafío, ya que atornillar un robot al suelo proporciona más estabilidad que la que puede proporcionar casi cualquier plataforma móvil".

Según Ferguson y otros observadores, el impulso de la movilidad marca el comienzo de una nueva era en la tecnología robótica. E impulsará la demanda de robots en la próxima década.

"Hemos tenido un aumento reciente en las aplicaciones relacionadas con la automatización flexible fija tradicional y su uso para la automatización flexible móvil", explica Phil Baratti, gerente de soporte técnico de ingeniería de aplicaciones en EPSON Robots. Él cree que es una parte de la tendencia emergente Industria 4.0 que está transformando a los fabricantes grandes y pequeños en una variedad de industrias.

“La robótica móvil es algo que va a explotar”, agrega Chris Blanchette, gerente de cuentas nacionales de Fanuc America Corp. “Dentro de los próximos cinco años, los veremos desplegados por todas partes.

"Los robots colaborativos son más adaptables a su entorno, lo que permite aplicaciones de movilidad", señala Blanchette. "En el pasado, los robots fijos tradicionales siempre tenían que tener jaulas de seguridad o protección a su alrededor. Eso dificultaba que las personas hicieran que los robots fueran móviles".

La tarea principal de esta nueva generación de robots serán las aplicaciones de manejo de materiales, como la entrega de materias primas, contenedores de piezas, componentes equipados o trabajo en proceso a las líneas de ensamblaje. Otras aplicaciones incluirán mantenimiento de máquinas, pintura y almacenamiento.

"Hemos visto mucho crecimiento en los robots móviles, especialmente en la industria aeroespacial", dice Blanchette. "Eso se debe a que hay mucho espacio en el piso y piezas grandes. No es fácil mover los subensamblajes; tiene más sentido llevar los robots a las piezas. Hasta ahora, la mayor parte de la actividad se ha centrado en aplicaciones de perforación".

Boeing ya ha recibido varias patentes estadounidenses relacionadas con robots móviles y plataformas robóticas móviles. Planea utilizar la tecnología avanzada para producir aviones comerciales de próxima generación, como el avión de pasajeros 777X.

Además, Boeing participa en una iniciativa de I+D con el Southwest Research Institute y el National Center for Defense Manufacturing and Machining. El objetivo es ayudar a la Fuerza Aérea de EE. UU. a desarrollar software y tecnología para hacer que la robótica avanzada sea reutilizable para una variedad de procesos de mantenimiento y fabricación aeroespacial.

"Uno de nuestros principales objetivos es promover la adaptabilidad y la flexibilidad de los sistemas robóticos", dice Rick Meyers, gerente de programa en automatización y robótica en la Dirección de Fabricación y Materiales del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea. "Este equipo ayudará a desarrollar tecnología que permita que el mismo sistema se utilice en muchas aplicaciones diferentes, incluidas las operaciones de fabricación y mantenimiento".

Los robots móviles también atraen a los ingenieros de otras industrias, como la construcción naval, los vagones, los equipos agrícolas y la maquinaria de construcción.

"Esos fabricantes se han visto atados por el tamaño y el volumen de sus productos", dice Cam Davies, gerente de marketing de productos de Otto Motors, una división de Clearpath Robotics Inc. que comercializa un vehículo autónomo. "Existe un gran potencial para aprovechar la tecnología de automatización que antes no podían justificar.

"Los robots móviles pueden conectar islas de automatización", explica Davies. "También permiten a los fabricantes optimizar el espacio de piso".

Los ingenieros de Otto Motors desarrollaron recientemente un dispositivo autónomo de manejo de materiales llamado OTTO 1500. La máquina, que cuenta con una capacidad de carga útil de 1,500 libras, está equipada con seis ruedas, cuatro ruedas giratorias y dos motores de tracción.

Hay cuatro puntos de montaje estándar para brazos robóticos, además de puertos de alimentación y conexiones de comunicación digital. El OTTO 1500 mide 47 pulgadas de ancho, 71 pulgadas de largo y puede viajar hasta a 5 mph.

Otto Motors ha estado trabajando con varios proveedores de robots e integradores de sistemas para desarrollar nuevas aplicaciones. Por ejemplo, la compañía equipó recientemente uno de sus vehículos autónomos con un robot Yaskawa de 15 ejes y dos brazos.

La máquina se envió a la planta de Hirotec America Inc. en Auburn Hills, MI. El proveedor de nivel 1 utiliza el dispositivo para recoger y sumergir piezas en óxido negro para protección contra la corrosión.

"También están buscando nuevas formas de automatizar el mantenimiento de la línea de ensamblaje, como el reabastecimiento de cargadores de pistolas de soldadura robóticas", dice Davies. "Los robots móviles son una excelente manera de lograr eso".

Muchos fabricantes no pueden justificar el uso de múltiples robots fijos para realizar múltiples tareas en múltiples ubicaciones. Es por eso que un solo robot móvil que puede moverse de una celda de trabajo a otra realizando múltiples tareas es atractivo para los ingenieros.

Omni Automation, una división de Control Electric Co. que es un integrador de sistemas para Fanuc, MiR y UR, ha desarrollado un módulo equipado con un brazo robótico que se puede utilizar para recuperar productos, realizar tareas de fabricación o trabajar con humanos en las líneas de montaje. El TMROR cuenta con un robot colaborativo de seis ejes con una capacidad de carga útil de 10 kilogramos.

Cuando llega a una estación de acoplamiento, el robot móvil se comunica con la automatización fija a través de Wi-Fi o Bluetooth para señalar el inicio del proceso de producción. Funciona con baterías de iones de litio y puede realizar tareas con una precisión de ±1 milímetro. Una vez que se completa el proceso, se indica al robot que continúe su misión a otros lugares de la fábrica.

"Llamamos a estos dispositivos 'robots en robots' (ROR)", dice Michael Vogt, presidente de Control Electric. "Actualmente estamos trabajando en un robot móvil que se usará para recolectar piezas de un área de producción, cargarlas en bandejas y luego entregarlas a una lavadora de piezas.

"Un beneficio [de esta tecnología] es que se puede usar un solo robot en múltiples ubicaciones para manipular el producto", explica Vogt. "De lo contrario, se requerirían múltiples robots en múltiples ubicaciones para cargar y descargar [plataformas] móviles. Otra ventaja es que los brazos robóticos montados en AMR pueden realizar múltiples tareas en una instalación, según sea necesario, en lugar de tener robots dedicados para cada tarea.

"En el futuro, habrá más crecimiento en robots móviles que en máquinas fijas convencionales", predice Vogt. "Los robots móviles todavía están en pañales. Sin embargo, la mayoría de los fabricantes de robots convencionales están gastando una cantidad considerable de dólares en investigación para hacer que sus brazos robóticos sean móviles y mejorar la seguridad de los robots móviles.

"Los integradores, como nosotros, también están [invirtiendo] dinero para crear aplicaciones y usos para los robots móviles", agrega Vogt. "A medida que se encuentren estas aplicaciones y se vuelvan más conocidas y aceptadas, espero ver un rápido crecimiento en las ventas de robots móviles".

Los ingenieros de Stäubli Robotics Corp. desarrollaron recientemente una máquina móvil llamada HelMO. El robot se encuentra actualmente en uso en la fábrica de la empresa en Bayreuth, Alemania. Se utiliza para ensamblar conectores eléctricos para sistemas de acoplamiento.

"A diferencia de otras aplicaciones robóticas móviles que implican llevar a cuestas, HelMo puede conducir y navegar de forma autónoma", dice Sebastien Schmitt, gerente de la división de robótica de Stäubli. "Supervisa continuamente su entorno utilizando tres escáneres láser integrados. El sistema de robot puede realizar tareas de forma totalmente automática a alta velocidad o colaborar con humanos si es necesario".

El robot móvil navega de forma independiente a su lugar de trabajo, reduce su velocidad o se detiene cuando los humanos se acercan demasiado y luego vuelve a ponerse en marcha.

HelMo se basa en un robot colaborativo TX2 de seis ejes, que cuenta con una capacidad de carga útil máxima de 15 kilogramos y un alcance de 1200 milímetros. Una superficie sensible al tacto detiene los movimientos inmediatamente en caso de contacto directo con humanos.

"Entre las diversas tareas asignadas al sistema, el complejo trabajo de montaje requiere un alto grado de precisión", dice Schmitt. "El robot se posiciona a sí mismo con una precisión de una décima de milímetro, calibrando su posición a través de tres puntos de medición instalados permanentemente en la estación de trabajo.

"HelMo es el primer robot industrial [móvil] para aplicaciones de ensamblaje", afirma Schmitt. "La idea básica era usar un robot industrial en diferentes aplicaciones y diferentes lugares de trabajo. Para [crear] no solo un robot industrial en un sistema AGV, nuestro objetivo era desarrollar una unidad robótica móvil completa que constara de diferentes herramientas y características de seguridad.

"El principal beneficio del sistema robótico móvil es la flexibilidad", agrega Schmitt. "El robot se puede utilizar para aplicaciones de recogida y colocación, logística y manipulación de materiales. Además, se puede integrar fácilmente en los entornos de producción existentes. La máquina no necesita ninguna guía, como reflectores, cables o bandas magnéticas".

Otra empresa a la vanguardia de la revolución de la movilidad es KUKA Robotics Corp. De hecho, lleva más de 10 años desarrollando la tecnología.

KUKA Robotics Corp. lleva más de 10 años desarrollando tecnología de robots móviles. El primer producto comercial que lanzó hace unos años fue omniMove, una plataforma modular para transportar cargas pesadas en espacios reducidos. El dispositivo de ocho ruedas cuenta con una movilidad sin restricciones. Ya está en uso en fabricantes como Airbus y Siemens.

Cada rueda puede moverse independientemente de las demás. Consisten en rodillos individuales en forma de barril encapsulados por dos llantas fijas que no tocan el suelo. Como resultado, la máquina puede maniobrar de lado, en diagonal o en círculo. En la plataforma se puede montar un robot de seis ejes de la serie KUKA KR Quantec.

"El omniMove sentó las bases para futuros conceptos de robótica móvil", dice Denise Ebenhoech, directora regional de aplicaciones robóticas avanzadas de KUKA Robotics. "Hoy en día, las plataformas omniMove se usan ampliamente y manejan cargas útiles desde 3 toneladas hasta casi 100 toneladas.

"La tecnología de ruedas omnidireccionales permite movimientos muy precisos en todas las direcciones, lo que reduce el espacio en el piso", señala Ebenhoech. "La aplicación principal es el transporte de piezas grandes y pesadas como las que se encuentran en la industria aeroespacial.

"Además del trabajo en las plataformas omniMove, también comenzamos a investigar conceptos de navegación flexibles y seguros para robots móviles", agrega Ebenhoech. "Esto condujo al desarrollo de nuestro software de navegación KUKA, que se puede utilizar con todos los productos móviles".

El software utiliza datos de escáner láser para crear un mapa 2D del entorno, similar a un mapa de calles. Usando este mapa, un robot móvil puede localizarse, navegar y operar de manera segura.

"No hay necesidad de marcadores, reflectores u otros dispositivos fijos adicionales, lo que permite que la plataforma móvil se integre fácilmente en los diseños de producción existentes", afirma Ebenhoech. "El sistema puede funcionar donde hay otros obstáculos en movimiento, vitales para su uso en entornos de producción reales, donde se cargan o descargan tarimas o carros".

El equipo de investigación de navegación trabajó en estrecha colaboración con los ingenieros responsables del desarrollo del primer robot colaborativo de KUKA, el LBR iiwa.

"Ligero y seguro, este robot fue la elección perfecta para montar en una plataforma móvil autónoma, lo que permitió el siguiente paso tecnológico: el robot móvil", dice Ebenhoech. "El KMR iiwa es el resultado de combinar todas las mejores tecnologías disponibles".

Las versiones prototipo del KMR iiwa ya están instaladas y funcionando en varios sitios de fabricación diferentes. La producción comercial de la máquina comenzó recientemente y algunos fabricantes están en proceso de integrar la tecnología en sus líneas de producción.

"Además, ofrecemos KUKA flexFELLOW, una unidad de robot independiente de la ubicación para el LBR iiwa que se puede mover a mano a cualquier lugar donde se necesite automatización", explica Ebenhoech. "Sirve como armario eléctrico para el controlador y ofrece espacio para la integración de componentes específicos del cliente, así como varias conexiones de medios".

El flexFELLOW está diseñado para ser una solución móvil y versátil para aplicaciones de ensamblaje. Se puede maniobrar fácilmente en el lugar donde está listo para usar rápidamente. Y la máquina puede trabajar de forma segura con humanos, incluso en espacios reducidos.

La unidad de robot móvil también se puede integrar en las líneas de montaje existentes. Por ejemplo, Bosch Siemens Hausgerate GmbH utiliza flexFELLOW en su planta de ensamblaje de lavavajillas en Dillingen, Alemania, en una aplicación de atornillado.

Los ingenieros de Kawasaki Robotics han desarrollado un dispositivo similar. El robot colaborativo duAro está equipado con ruedas que permiten que la máquina se reubique manualmente en diferentes estaciones de trabajo.

"Esta característica se adapta a ciclos de producción cortos", dice Samir Patel, director de producto e ingeniería avanzada de Kawasaki Robotics (EE. UU.) Inc. "El brazo doble tipo SCARA [es ideal] para manipular y transferir piezas entre estaciones de ensamblaje".

Ese tipo de movilidad manual flexible es actualmente más popular y menos costosa que las alternativas totalmente automatizadas.

De hecho, algunos robots colaborativos, como Baxter de Rethink Robotics, se pueden montar en pedestales equipados con ruedas para moverse rápidamente entre las estaciones de trabajo. Los pedestales móviles ofrecen alturas ajustables y patas niveladoras, y permiten una gestión sencilla de los cables para un entorno de trabajo seguro y despejado.

Proveedores como Cross Co. comercializan pedestales con ruedas que permiten tiempos de cambio reducidos. Hay múltiples opciones para hacer ajustes de altura precisos. La empresa también vende carros que se pueden utilizar como plataformas de trabajo móviles. Los pedestales y carros móviles suelen estar equipados con pernos o pasadores que se bloquean en su lugar mientras los robots están en uso.

"Ese tipo de movilidad manual es el uso más frecuente de nuestros robots", dice Tomita de UR. "De hecho, uno de nuestros clientes en realidad llama a su robot Waldo, porque se usa en ubicaciones en toda la planta".

Scott Fetzer Electrical Group (SFEG), una división de Scott Fetzer Co. que produce motores pequeños, recurrió recientemente a los robots móviles para mejorar la productividad en su planta de ensamblaje de bajo volumen y alta combinación en Fairview, TN.

"La mayoría de nuestras líneas de ensamblaje no funcionan todo el tiempo, por lo que tratar de encontrar una manera de poner robots en la línea en el sentido tradicional fue un gran desafío", dice Matthew Bush, director de operaciones de SFEG. "Queríamos construir una fuerza robótica móvil y flexible".

Bush y sus colegas colocaron los robots UR5 y UR10 en pedestales con ruedas que les permiten desplegar las máquinas en toda la fábrica para diversas aplicaciones. Por ejemplo, una máquina corta 16 000 cables al día, un trabajo que solía realizarse manualmente. Otro robot se coloca en su lugar para llenar con epoxi las placas de circuito.

"Queremos tener robots listos, esperando que hagan un trabajo", explica Bush. "Cuando el personal llega por la mañana, tenemos órdenes de trabajo impresas para que los empleados lleven los robots a las tareas del día".