Prodintec participa en proyectos europeos para la implantación de robótica en la industria

La industria y los procesos de fabricación han cambiado y evolucionado significativamente a lo largo de las diferentes revoluciones industriales. Las condiciones de trabajo y la productividad han mejorado gracias a la introducción de nuevas tecnologías, como los procesos y tecnologías de fabricación avanzada, los sistemas mecatrónicos incluyendo la robótica, las tecnologías de la información y las comunicaciones, la simulación, etc. Hoy en día, estamos inmersos en la Cuarta Revolución Industrial o Industria 4.0, basada en los sistemas de producción ciberfísicos, la automatización inteligente, el intercambio de datos y las nuevas tecnologías de fabricación. Las automatizaciones basadas en robots han experimentado sus propias revoluciones. La primera fue la aparación de las automatizaciones en la industria, la segunda fue la introducción de los robots con sensores para mejorar la seguridad, la tercera fue la movilidad de los robots y la cuarta y última, los robots inteligentes (con sistemas de percepción) para el trabajo colaborativo.

La Comisión Europea ha identificado la robótica como una de las claves para la economía europea, estableciendo como uno de los objetivos del Programa Marco Horizonte 2020 alcanzar el liderazgo en las tecnologías industriales. Para este propósito, la automatización de procesos y la reducción de las tasas de accidente son fundamentales. La productividad y la seguridad estaban limitadas por los procesos manuales en la industria tradicional. La automatización y los robots conducirán a la industria moderna hacia la eficiencia, resultando en una rápido incremento de la productividad, un mayor ahorro de materiales y energía y, lo que es más importante, unas condiciones de trabajo más seguras.

Los robots industriales están diseñados para realizar operaciones de forma rápida y repetitiva. Por otra parte, los sistemas de visión son ampliamente utilizados en la industria, principalmente para inspección de procesos y controles de calidad. Es en este punto donde los robots y los sistemas de visión artificial se convierten en los actores principales de la escena industrial. En los últimos tiempos se ha incrementado el uso de las tecnologías de visión artificial en aplicaciones relativas a la mejora de la seguridad de los trabajadores en el entorno industrial y al guiado de robots, integrándose todas estas aplicaciones en una sola para el guiado de robots colaborativos. La industria europea requiere de un nuevo tipo de robots colaborativos que sean capaces de realizar sus tareas con exactitud garantizando la seguridad de las personas. Es precisamente la seguridad, lo que ha limitado el uso de los robots hasta ahora, ya que había que mantenerlos separados de las personas.

Sin embargo, hay muchas industrias que son reacias a la implantación de soluciones robóticas porque perciben sus tareas y procesos como muy complejos para ser totalmente automatizados. Para algunas aplicaciones industriales, particularmente aquellas que conllevan fabricación de piezas grandes o específicas (no seriadas), como en el sector aeronáutico, las soluciones robóticas estándar no son, en general, económicas, siendo necesario un robot específico.

Estos nuevos retos implican el desarrollo de nuevos sistemas de control para los robots, más flexibles y fácilmente programables y que permitan que los robots cooperen en condiciones de seguridad con los trabajadores. En esta línea trabajan varios consorcios europeos como, entre otros, los de los proyectos Valeri y Symbio-Tic.

En el proyecto Valeri (Validación de la utilización de robótica colaborativa en aplicaciones industriales) del 7º Programa Marco, se ha desarrollado un robot móvil colaborativo para la industria aeronáutica, concretamente para realizar las tareas de aplicación de cordón de sellante y de inspección de piezas, reduciendo la manipulación de productos químicos, las posturas poco ergonómicas y las tareas repetitivas.

Figura 1: Robot Valeri.

Aeronáutica 4.0

El proyecto Valeri nació con el objetivo de incorporar el concepto de fábrica de futuro a la industria aeroespacial. Un consorcio europeo de centros de investigación y empresas, entre los cuales está el centro tecnológico Prodintec, ha desarrollado un nuevo concepto de robot móvil y de movimiento autónomo para ayudar a los trabajadores en el ensamblaje de componentes aeroespaciales, trabajando mano a mano con ellos en la planta de producción con total seguridad. Un ambicioso proyecto coordinado por Fraunhofer IFF que cuenta además con la participación de Kuka Laboratories, Prodintec, Profactor e IDPSA, como desarrolladores e integradores de tecnología, y de Airbus Defence & Space y FACC, como usuarios finales.

Los sistemas de producción en los que está pensado utilizar el robot se dedican a la fabricación de grandes piezas aeroespaciales y consisten en estaciones de producción en las cuales trabajan diferentes turnos de operarios durante varios días, hasta que completan todas las tareas de montaje e inspección de las mismas. Para estos entornos de producción, los sistemas robóticos estacionarios especializados no son económicos. Por ello, el empleo de manipuladores móviles que puedan llevar a cabo tareas similares en múltiples estaciones se presenta como una alternativa económica de elevado interés. Además, este nuevo robot también presenta, en comparación con los tradicionales robots industriales, una reducción de los tiempos de programación, situación que conduce a aumentos en la velocidad y la flexibilidad de trabajo.

En el proyecto Symbio-Tic (Nuevas tecnologías para una industria europea más automatizada) del Programa H2020, se desarrollan nuevos entornos de trabajo colaborativo persona-robot para incrementar el nivel de automatización en la industria manufacturera, con demostradores en tres industrias: alimentación, aeronáutica y automóvil.

El proyecto Symbio-Tic, que tiene una duración de cuatro años, tiene como objetivo el desarrollo de soluciones para un nuevo entorno de trabajo colaborativo entre seres humanos y robots, lo que permitirá una mayor rentabilidad y competitividad en la industria. El consorcio del proyecto está formado por 15 entidades de 8 países diferentes: Real Instituto de Tecnología de Suecia, Academia de Ciencias de Hungría, Universidad de Patras, Profactor, Universidad de Skövde, VTT, Fraunhofer IPA, Volvo, Sanxo, ABB, Amorph Systems, Robomotion, IK4-Ideko, Aciturri y Prodintec.

Symbio-Tic se enfrenta a varios desafíos entre los que destaca la falta de adaptabilidad, flexibilidad e integración vertical de las soluciones automatizadas, lo que actualmente constituye una barrera para su uso más amplio especialmente en la industria manufacturera.

La protección de las personas para evitar colisiones con un robot se lleva a cabo, normalmente, mediante la utilización de barreras o sensores certificados, incluyendo barreras físicas de seguridad, alfombras de seguridad, limites sensorizados, etc. Con estos dispositivos se consigue una parada controlada en el robot cuando una persona entra en la zona designada como área de seguridad. Sin embargo, estos sistemas pueden requerir una amplia zona alrededor del espacio de trabajo del robot, es decir, dentro de aquellas zonas que el robot puede llegar a alcanzar.

El campo de los sensores ópticos de seguridad avanzada para la interacción persona-robot está ganando cada vez más atención (visión artificial, escáneres láser…). Las investigaciones actuales se centran en la adquisición de datos relativos a personas y los obstáculos existentes dentro del área de trabajo del robot y en el diseño zonas de seguridad virtuales para la detección y prevención temprana de posibles colisiones.

Para permitir interacciones seguras persona-robot también se emplea piel sensible en el robot para detectar las fuerzas de contacto. El robot está cubierto de un sensor táctil cuya salida se utiliza para generar una reacción apropiada a la situación detectada, como detener el robot, reducir su velocidad o moverlo en sentido contrario, de forma controlada en todos los casos. Además, algunos robots ya incluyen en las articulaciones de sus ejes cinemáticos sensores de posición y de par, de forma que las fuerzas que actúan sobre el robot generan momentos que son detectados en las articulaciones.

Grupo de trabajo del proyecto Valeri.

Dada la complejidad y la necesidad de precisión de algunas tareas, es necesario que los robots trabajen de forma colaborativa y segura con las personas, por lo que los robots colaborativos se han convertido en uno de los elementos centrales de la Industria 4.0, haciendo que la mejora de la productividad, la eficiencia y la seguridad formen parte del mismo objetivo.