“La pinza tiene que adaptarse al ser humano, no al revés”

Según los expertos en automatización, en la producción del mañana se darán escenarios de colaboración al igual que los PCs se encuentran hoy en día en el lugar de trabajo. Además de los robots colaborativos, los llamados cobots, las herramientas de sujeción también desempeñan un papel central en las aplicaciones colaborativas. Es el caso de las pinzas Co-act certificadas DGUV, de Schunk. El profesor Dr. Ing. Markus Glück, director general de Investigación y Desarrollo, nos explica los retos y oportunidades de esta tecnología.

En nuestra etapa actual, un gran número de usuarios están buscando en HRC, aunque hasta ahora sólo se han implementado unas pocas aplicaciones en entornos operativos. El tema es relativamente nuevo para todas las partes implicadas, entre las que se incluyen los fabricantes de robots o herramientas y sensores de final de brazo, los usuarios, así como la DGUV. Nuestra experiencia demuestra que el camino hacia la certificación a veces puede ser desafiante, especialmente para las primeras aplicaciones que no tienen el beneficio de la experiencia. Esto es exactamente lo que estamos tratando: apoyamos a los usuarios con la experiencia interdisciplinaria de nuestro equipo de coactuación Schunk y minimizamos los esfuerzos necesarios para certificar sistemas completos con la ayuda de nuestros componentes certificados.

Para que la DGUV pueda certificar un sistema automatizado completo para las operaciones de HRC, primero es necesario asegurarse de que los operadores no puedan resultar heridos si se produce un contacto. Aquí es donde entran en juego los principios de protección de las normas DIN EN ISO 10218-1/-2 y DIN EN ISO/TS 15066 y la Directiva de Máquinas, que estipulan que siempre se debe considerar y evaluar cualquier peligro para las personas y cualquier riesgo asociado. Esto significa que es importante hacer una evaluación muy precisa de factores tales como: ¿qué espacios de trabajo están presentes? ¿Cuáles son los riesgos? ¿Dónde hay que restringir los espacios de trabajo para evitar lesiones? Esto sólo es posible cuando cada aplicación se considera a un nivel individual: cada componente, tarea, pieza de trabajo y sistema de seguridad. Eso simplemente requiere tiempo y atención cuidadosa.

Hasta ahora no hemos encontrado grandes temores entre los usuarios con respecto a las pinzas utilizadas en aplicaciones colaborativas. Por el contrario, la curiosidad y el entusiasmo son mucho mayores, sobre todo cuando se trata de sistemas inteligentes como la pinza de agarre Schunk Co-act JL1. La gente ve su encuentro con el sistema como un juego: prueban intuitivamente lo que desencadena las tecnologías de seguridad y cómo se comporta el sistema. Comienzan a ganar confianza, lo que rápidamente disipa cualquier temor asociado con el contacto.

Muchos aspectos de la colaboración entre humanos y robots son tan complejos como los humanos mismos. A diferencia de los sistemas convencionales, el simple cumplimiento de las normas no es suficiente. En primer lugar, las normas sólo exigen que no se puedan causar lesiones o daños graves a la máquina o al operador. Sin embargo, esto no es suficiente cuando se trata del uso diario. Imagínese si un sistema HRC se encontrara con un operador 100 veces al día. Incluso si esto no violara ninguna norma, el sistema no tendría ninguna posibilidad de ser aceptado. Es mucho más importante hacer de las personas, más que del sistema técnico, el foco principal de todas las consideraciones. El trabajador tiene que confiar en el robot. La pinza tiene que adaptarse al ser humano, no al revés.

Los sistemas complejos no tienen por qué parecer complicados hoy en día. Tomemos el smartphone: a partir de la escuela secundaria a más tardar, la interacción con las tecnologías incorporadas es completamente natural para los niños: escriben mensajes, navegan por Internet, ven películas, fotografían notas en la pizarra, hacen vídeos de experimentos, hacen pagos o utilizan el teléfono como calculadora, horario o agenda escolar. Hacen todo esto sin pensar en cómo funciona el dispositivo. Simplemente prueban nuevas aplicaciones intuitivamente, especialmente si sus compañeros de clase las muestran primero, y luego ya son prácticamente parte de su colección de aplicaciones estándar. Este es exactamente el escenario que perseguimos con el estudio de la tecnología de pinzas Schunk Co-act JL1: a pesar —o mejor aún— de su complejidad tanto por dentro como por fuera, su uso debería ser lo más intuitivo posible.

La tecnología de sensores instalada en la pinza de agarre Schunk Co-act JL1 detecta cuando los seres humanos se acercan y facilita una reacción independiente de la situación, sin que los seres humanos y los robots entren en contacto. Está dividido en tres zonas: cada dedo y la carcasa forman una zona cada uno y pueden detectar cuando un ser humano se está acercando independientemente el uno del otro. Esto permite, por ejemplo, activar sucesivamente el sistema de sensores con ambos dedos para determinar la dirección desde la que se aproxima el ser humano y utilizar esta información para determinar inmediatamente un movimiento evasivo del robot. Gracias a los controles de libre programación integrados en la pinza, las reacciones correspondientes pueden preprocesarse y enviarse como señal al PLC. Por ejemplo, recibe el comando para reducir la velocidad en un 25, 50 o 75 por ciento, o para detenerse. Una estrategia de evasión predefinida es incluso posible, siempre y cuando la dirección del enfoque sea clara. Cada mecanismo de reacción puede definirse individualmente y adaptarse a la aplicación correspondiente.

Técnicamente, utilizamos varios sistemas en paralelo: Primero, hay un sensor capacitivo, es decir, un campo eléctrico construido alrededor de la pinza. Tan pronto como algo que contiene mucha agua entra en este campo, se detecta, por ejemplo, una mano humana. Esto permite distinguir entre la aproximación de un componente u otra pinza y la aproximación de dedos, manos o brazos. En contraste con las opciones establecidas en el mercado para la monitorización del espacio de trabajo, que generalmente cubren un área más amplia, el sistema de sensor capacitivo permite detectar inmediatamente objetos dentro de un radio estrecho de 20 cm, acercándose realmente al ser humano antes de entrar en contacto. El segundo nivel es el sensor de momento de fuerza, que se instala en la brida. Esto registra la aparición de efectos de fuerza inesperados. Detecta una colisión efectiva y detiene el robot. Además, permite realizar funciones adicionales, por ejemplo, podemos determinar si un vaso está lleno o vacío. Si y cómo se agarran las piezas de trabajo. Finalmente, los sensores táctiles forman el tercer nivel: Comparables con el sentido del tacto humano, capturan los contactos individuales, así como la presión distribuida a través de una gran área de forma controlada por el espacio. Utilizando algoritmos inteligentes para el reconocimiento de patrones, los objetos pueden ser identificados durante el agarre y el agarre puede ser ajustado reactivamente. También es posible saber si el objeto está siendo agarrado óptimamente o si necesita ser corregido porque, por ejemplo, en lugar de un objeto, está agarrando una mano humana.

Específicamente, hay dos aspectos principales: ayudar a los seres humanos y alternar su manejo de diferentes tipos de componentes. Con la ayuda de estrategias de sujeción especialmente desarrolladas, la delicada pinza Schunk Co-act JL1 ajusta su comportamiento en tiempo real dependiendo de si se trata de una pieza de trabajo o de una mano humana. Para ello, la pinza utiliza una arquitectura de control descentralizada con funciones de diagnóstico y seguridad realizadas en paralelo. A largo plazo, creemos que los agarradores, al igual que las manos humanas, podrán manipular independientemente la posición y orientación de los componentes agarrados en seis grados de libertad. Esto se puede denominar tecnología de calibración manual. Permitirá la realización de escenarios de agarre extremadamente flexibles y autónomos.

Trabajo en equipo entre humanos y robots en la industria electrónica

Tras una primera aplicación piloto en su propio ensamblaje de pinzas, Schunk está demostrando ahora cómo las máquinas de separación de paneles para la industria electrónica pueden fabricarse en colaboración y las ventajas que esto conlleva, utilizando un sistema de demostración de su filial Schunk Electronic Solutions. El automatismo está compuesto por la máquina de separación SAR 1700 y un brazo robótico de seis ejes UR5 de Universal Robots equipado con una pinza Schunk Co-act EGP-C.

Mientras que los empleados solían tener que cargar manualmente máquinas autónomas como el SAR 1700 con ensamblajes eléctricos, ahora sólo tienen que rellenar manualmente el bastidor de almacenamiento de paneles para el robot. La máquina se encarga de todo lo demás. El robot introduce la mano en la estantería de almacenamiento, toma un panel, lo coloca en la máquina, cierra la puerta y pulsa el botón de arranque. Una vez que el router ha separado las placas de circuitos, el brazo del robot coloca las piezas en una cinta transportadora y el proceso comienza de nuevo. El estante de almacenamiento puede acomodar hasta 32 paneles. Si es necesario, los empleados pueden hacerse cargo y cargar la máquina manualmente en cualquier momento. “Aplicando el concepto de colaboración, se puede aumentar significativamente la eficiencia en la producción electrónica”, explica Henrik A. Schunk. “En lugar de una o dos máquinas, los operadores ahora pueden operar cinco máquinas de separación de paneles al mismo tiempo, por ejemplo. Eso significa que la solución se amortiza en muy poco tiempo”. Dado que el SAR 1700 está especialmente diseñado para empresas más pequeñas y representa una inversión comparativamente baja, la producción electrónica puede ampliarse gradualmente con máquinas adicionales. Cada uno tiene la opción de ser equipado manual o automáticamente según las necesidades individuales.