Unidad N°1 Procesos industriales y manipulación robótica Objetivos Analizar la utilización de los robots en los procesos industriales y sus implicancias, permitiendo visualizar diversos campos de aplicación. Temas ● Los robots en procesos industriales. ● Origen y evolución de la robótica. ● Definición de un robot industrial. ● Conformación mecánica de un robot. ● Clasificación de los robots. ● Aplicaciones de la robótica industrial. ● Impacto de la robótica. Introducción Estimado docente, en la presente unidad daremos los primeros pasos en el mundo de la robótica industrial, conoceremos diferentes tipos de robots y 0 comprenderemos la revolución e importancia que generó la llegada de este avance tecnológico a la industria y posteriormente a nuestras vidas cotidianas. En la actualidad podemos encontrar robots no solo en la industria sino también en nuestras casas siendo cada día más frecuente encontrar en un hogar una aspiradora robot, un robot de cocina, un asistente multimedia, etc. 1.1 La robotización de los procesos industriales Los robots han sido introducidos en los procesos industriales desde hace décadas. En un inicio, sólo industrias dedicadas a producciones de gran escala iniciaron su utilización, siendo pionera su incorporación en la industria automotriz. La construcción de equipos complejos, con ensamble de múltiples componentes mediante tareas simples y repetitivas, permitió alcanzar el concepto de producción seriada. Luego, este modelo resultó propicio para incorporar, en primer lugar, la automatización y, a continuación, la robotización. Hoy, múltiples y diversas industrias manufactureras han introducido robots en sus procesos, iniciando una carrera que pareciera no tener una meta definida a la hora de lograr sobrevivir en un mundo altamente competitivo. Porque, como es sabido, la competitividad es sinónimo de supervivencia. La utilización de los robots es, a menudo, entendida como el simple reemplazo de la fuerza de trabajo humana a fin de reducir costos de producción, aumentando la rentabilidad de un negocio. Pero no es realmente así. En el mundo industrial, la tendencia es avanzar en la integración hombre-máquina para automatizar los procesos productivos. Estableciendo de forma cotidiana el uso de sensores, actuadores, controladores y robots intercomunicados en tiempo real con el trabajador en planta y los supervisores. Esta cooperación redunda en la mejora de la eficacia y eficiencia, tanto a nivel de los productos, como de la gestión de las empresas, permitiendo mantener o ampliar el plantel laboral. Los robots aportan, entre otros beneficios: la optimización de los tiempos de ciclo, el aumento de los parámetros de calidad, la reducción de accidentes de trabajo en tareas peligrosas, el aumento en el grado de tecnificación de una empresa, el reemplazo de operarios en tareas altamente repetitivas y de bajo requerimiento de desarrollo profesional. En lo que hace al personal desplazado, origina fuentes alternativas de trabajo que requieren mayor grado de capacitación y profesionalización, relegando eventualmente personal que cuente simplemente con aptitudes manuales. 1 Robots soldando carrocerías de autos en una línea de producción Adentrémonos un poco más en el concepto de robótica industrial: Seguramente hemos escuchado hablar de la industria 4.0 o de la automatización y robótica industrial. Lo cierto es que la industria actual se automatiza cada vez más y realiza procesos de forma más eficiente aumentando la productividad de las empresas. No es un sueño, es el futuro que comienza a ser presente. La automatización y robótica industrial se aplican en numerosos ámbitos de la industria, más allá de las cadenas de producción. Uno de los ejemplos más conocidos es el de los depósitos de Amazon que fueron automatizados para ser más eficientes. ¿En qué consiste la automatización y robótica industrial? La automatización y robótica industrial son un proceso a través del cual una máquina (un robot o un software robot) realiza una determinada actividad en una industria sin que sea necesaria la intervención de las personas. El robot no sustituye a la persona, sino que trabaja con ella Una de las objeciones más importantes que se encuentra la industria a la hora de incluir la automatización y robótica industrial en sus procesos es que se piensa que los robots sustituyen a las personas. Sin embargo, es importante poner en evidencia que el desarrollo de la robótica tiene como finalidad que los robots y los humanos colaboren a la hora de trabajar, no que los primeros sustituyan a los segundos. ¿Qué ventajas aportan la automatización y robótica industrial? Las industrias que quieran aplicar la automatización y robótica industrial se podrán beneficiar de las siguientes ventajas: 2 Versatilidad: La automatización y robótica industrial se pueden aplicar a muchos ámbitos de las empresas industriales. Sin embargo, para que la implantación tenga éxito, es necesario realizar un estudio previo, de manera que el proceso de producción no se vea afectado por el cambio. Continuidad de la producción: Los robots pueden trabajar a cualquier hora del día y de la noche, por lo que la fabricación no se interrumpe. Además, los robots pueden ser programados para seguir trabajando mientras las personas descansan. Incremento de la productividad: Todo lo anterior supone un incremento de la productividad en la empresa y, por lo tanto, un aumento de la rentabilidad. Realización de tareas repetitivas y tediosas: Cuando los robots realizan tareas repetitivas y tediosas lo hacen de forma continua y sin reducir su eficacia. Esto supone que los empleados pueden dejar de hacer esas tareas y aportar valor real a la empresa. Ahorro de energía y de materiales: Los robots pueden ser muy meticulosos a la hora de trabajar, por lo que se desperdician menos materiales y se ahorra energía. El ahorro de energía permite a las empresas ser más eficientes y más respetuosas con el medioambiente. Reducción de accidentes y de errores: La automatización y robótica industrial no solo trabaja 24 horas al día todos los días del año, sino que no comete errores y tiene sensores para evitar accidentes, por lo que aumentará la satisfacción de los trabajadores y de los clientes. ¿Qué pasos se deben seguir para implantar la automatización y robótica industrial? Aunque cada industria es diferente, tiene necesidades distintas y es difícil generalizar cómo puede ser el proceso de implantación de la automatización y robótica industrial, a grandes rasgos podemos definir los siguientes pasos: ● Análisis de la situación: Para que el proceso tenga éxito, lo primero que hay que hacer es analizar la industria en la que se quiere implantar. ● Establecimiento de objetivos: Es necesario pensar en la respuesta a esta pregunta: ¿qué quieres lograr con la automatización y robótica industrial?,¿aumentar la productividad, reducir errores? ● Selección de un partner tecnológico adecuado: La selección de la tecnología adecuada y de la empresa que la sepa instalar en la industria concreta puede ser la clave del éxito o del fracaso del proceso. ● Medición de resultados: La automatización permite medir los resultados que se están obteniendo para compararlos con los objetivos que se han fijado. ¿Cuáles son los elementos fundamentales de un proceso industrial automatizado? 3 La automatización de procesos industriales fundamentales que pueden ser los siguientes: conlleva varios elementos ● Obtención de datos: El robot capta datos mediante sensores o cámaras. Por ejemplo, en un almacén puede recabar datos relativos al peso y volumen de los paquetes a transportar de un lugar a otro. ● Procesamiento de datos: La información obtenida con los sensores se analiza mediante inteligencia artificial. El robot que transporta el paquete procesa la información que recibe. ● Toma de decisiones: Según los datos que el robot tiene y la programación que se haya hecho, el robot decide de forma automatizada. En conclusión, la clave está en saber aprovechar todas las tecnologías que existen en la actualidad, como la automatización y robótica industrial. 1.2 Los tipos de robots utilizados en la industria Ahora que ya nos familiarizamos con el concepto de robótica industrial, veamos algunos videos en los que podemos ver la robótica industrial en acción: Título: Robot Delta o Paralelo. Descripción: Robot tipo paralelo marca FANUC en industria alimenticia. Video: https://youtu.be/QFZMhsVn_CE Título: Robot Angular. Descripción: Robot tipo angular marca ABB en la industria de la fundición de aluminio. Video: https://youtu.be/vDzqxlGLIDc Título: Robot Angular. Descripción: Robot tipo angular marca KUKA en proceso de soldadura continua. Video: https://www.youtube.com/watch?v=EVbDFi5Gg3k Título: Robot Scara. Descripción: Robot Scara marca FANUC – Video comercial. 4 Video: https://youtu.be/z8mqyH3rej4 Título: Robot colaborativo (Cobot). Descripción: Robot electrónicas. Video: colaborativo marca KUKA en armado de plaquetas https://youtu.be/ym64NFCWORY 1.3 Robots Delta Dentro de todos los tipos de robots que hemos mencionado en el apartado anterior, cabe destacar a los Robots Delta, ya que fueron de los primeros robots de alta eficiencia y velocidad que se desarrollaron. Veamos en más detalle las características que presentan: ¿Qué es un robot Delta? Por definición, es un robot paralelo que puede llegar a disponer de hasta cinco grados de libertad y que, en función del modelo, tiene hasta 6 ejes. El cuerpo y el efector final se encuentran unidos por unas bielas o cadenas cinemáticas basadas en la aplicación de paralelogramas. Son robots que pueden llegar a realizar hasta 300 movimientos por minuto (Omron Quatro). Marcas de los mejores robots Delta del mercado Robots Delta de Fanuc A continuación, les presentamos la serie M-3iA de Fanuc. Fiabilidad, rapidez y versatilidad son algunos de los aspectos que los definen. M-3iA/6A 3 ejes Carga: 12 kg Alcance: 1350 mm M-3iA/6S 6 ejes Carga: 6 kg Alcance: 1350 mm M-3iA/6H 4 ejes Carga: 6 (8) kg Alcance: 1350 mm Fanuc pone a su disposición el software iR PickTool para controlar y configurar la interacción entre varios robots trabajando. Los robots Delta de Fanuc disponen de la protección de Clase IP67 para poder trabajar en la industria alimentaria. 5 Robots Delta de Omron Los robots de la serie X-Delta de Omron son una de las aplicaciones más fiables del mercado. Disponen del controlador Sysmac NJ que permite controlar hasta 8 robots a la vez. Las versiones X-Delta 2+1 y 3+1 alcanzan los 200 ciclos por minuto, lo que los convierte en una solución perfecta para rendimientos exigentes. X-Delta 5 5 ejes Carga: 1 Kg Alcance: 1300 mm X-Delta 2+1 2 ejes (+1) Carga: 35 kg Alcance: 1500 mm X-Delta 3+1 3 ejes (+1) Carga: 8 kg Alcance: 1600 mm Todos los robots incorporan la Clase IP65, mientras que el X-Delta 3+1 tiene la garantía de protección IP67 e IP69K para el sector alimentario. Robot Delta de ABB El robot Delta de la serie IRB 360 de ABB tiene una aceleración de hasta 10 G, lo que lo convierte en uno de los más rápidos del sector, pudiendo realizar 200 ciclos por minuto (en función de la carga). Dispone del Software de control QuickMove para poder ejecutar los programas y realizar la comunicación entre robots. Además se puede incorporar un software opcional de control por visión llamado PickMaster. IRB 360 1 3/4 Ejes Carga: 1 kg Alcance: 800/1600 mm IRB 360 3 3/4 Ejes Carga: 3 kg Alcance: 1130 mm IRB 360 6 4 Ejes Carga: 6 kg Alcance: 1600 mm IRB 360 8 4 Ejes Carga: 8 kg Alcance: 1130 mm Cabe destacar que los cuatro modelos garantizan la certificación Clase IP54, IP65, IP67, IP69K Robots Delta de Yaskawa Las dos versiones de la serie MPP3 de Motoman de Yaskawa son capaces de realizar 150 ciclos por minuto con 3 kg y hasta 185 ciclos con 1 kg. MPP3S 4 ejes Carga: 3 kg Alcance: 800 mm MPP3H 4 ejes Carga: 3 kg Alcance 1300 mm Cuentan con la protección de clasificación IP65 para ambos modelos. 6 Robots Delta Maxon para microcomponentes Maxon ha desarrollado robots Delta para la manipulación Pick & Place de microcomponentes o microsistemas. Estos microrobots han sido diseñados principalmente para la manipulación de componentes electrónicos. Otras opciones Existen alternativas más económicas que realizan trabajos de Pick & Place más sencillos, como es el caso de los robots Delta del fabricante Igus, con capacidad de carga de 5 kg y un alcance máximo de 360 mm. Ventajas que ofrecen las aplicaciones con robots Delta ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● Garantizan la productividad y la eficiencia de un proceso Mejoran la competitividad de una empresa Permiten realizar control de calidad con alta precisión Realizan clasificación automática de los productos Reducen el tamaño de las líneas de producción Con diseño anti goteo y anti polvo pueden trabajar en los sectores más exigentes Ofrecen instalaciones de líneas “llave en mano”, lo que facilita su instalación Se les puede acoplar alimentadores laterales de piezas Utilizan lubricantes aptos para trabajar en el sector alimentario Requieren un mínimo mantenimiento Características de los robots Delta Este tipo de robots industriales destacan por abarcar una amplia superficie de trabajo y por ofrecer una gran velocidad y aceleración. Ofrecen la seguridad de realizar trabajos repetitivos y posicionados con alta precisión. Integran tecnologías avanzadas como la Visión Artificial y un software controlado por Deep Learning. Los fabricantes han desarrollado softwares que permiten configuraciones para que puedan interaccionar hasta 8 robots en una misma línea de producción. La gran mayoría de ellos dispone de una categoría de protección IP65 e IP67 que les permite trabajar en el sector alimentario. ¿Para qué sirve automatizar un proceso con robots Delta? 7 Está especialmente indicado su uso para automatizar trabajos de ensamblaje, montaje y manipulaciones versátiles, mediante operaciones a gran velocidad. Se utilizan cuando el producto o proceso no puede ser realizado por un robot Scara convencional. Su uso es muy recomendable en procesos de Pick & Place en el sector electrónico y farmacéutico, así como de picking y packaging dentro del sector alimentario. No obstante sus aplicaciones son infinitas dadas las altas velocidades que alcanzan y la capacidad de manipulación que tienen en líneas de envasado y de embalaje. Partes de un robot Delta Un robot Delta dispone de una estructura compuesta por diferentes partes muy bien definidas. El cuerpo o base superior, los brazos mecánicos y el efector final o muñeca. En el cuerpo, manipulador o cabezal suelen estar divididos por carcasas en donde se encuentran integrados los servomotores y el equipo electromecánico. Los brazos mecánicos o bielas son cadenas cinemáticas que se encargan de desplazar el efector final, siempre en paralelo a la base. Pueden integrar tanto actuadores rotacionales como lineales, en función del uso al que vaya a ser sometido. En su interior pueden ir integrados los tubos neumáticos. El efector final o muñeca es donde se ubica el gripper o pinza de vacío con la que se manipulan los materiales. Existe la posibilidad de seleccionarlo con muñeca hueca en función de los requerimientos. Habitualmente, los robots Delta trabajan en células o líneas de producción que disponen de cintas transportadoras encargadas de suministrar el material. 1.4 Ventajas y desventajas de la utilización de robots en los procesos industriales Ventajas de los robots Los beneficios de emplear robots en procesos productivos son muy variados, entre los cuales se destaca, sin duda, su capacidad para realizar acciones complejas y tomar decisiones según los parámetros establecidos por su programador. Esta característica abre significativamente el campo de posibilidades de los robots, ya que les permite llevar a cabo tareas que hasta hace no muchos años se consideraban demasiado complejas para no ser asumidas por trabajadores humanos. 8 La segunda ventaja es su autonomía con respecto a las personas, ya que pueden ser programados para trabajar en momentos determinados o en forma continua (incluso 24 horas al día), sin necesidad de ser operados manualmente. Este punto constituye un salto cualitativo para las empresas con respecto a las máquinas que tradicionalmente se han empleado en la industria, necesitadas en su mayoría de una acción humana para controlarlas. Otro de los motivos que explican el éxito de los robots es su flexibilidad, es decir, su habilidad para cambiar las tareas que desempeñan o los parámetros bajo los cuales toman decisiones, con un cambio en la programación; algo que es prácticamente imposible en la mayor parte de máquinas tradicionales. Dependiendo de la complejidad del robot, esta capacidad de adaptación a cambios en el entorno o en la propia naturaleza de su trabajo llega, en algunos casos, al extremo de ser un sistema autodidacta, es decir, que toma decisiones de acuerdo a parámetros que va adquiriendo con la experiencia diaria. Por último, los avances de la tecnología han permitido reducir sensiblemente el coste de la producción de robots, aumentando de esta manera los incentivos para que los empresarios inviertan en este tipo de automatización. Podemos decir, por tanto, que se trata de un proceso de mejora con un coste inicial relativamente bajo con respecto a la automatización tradicional (maquinaria industrial, aplicaciones informáticas, etc.) y con un impacto relativamente rápido en la producción, lo que incide en una mejora visible en los índices de productividad en las empresas. Desventajas de los robots Del lado contrario no faltan objeciones a la aplicación de robots en la economía, siendo la más destacable entre ellas la creciente preocupación con respecto al impacto de la robotización sobre el empleo. En este sentido, son muchos los analistas que vaticinan una destrucción de puestos de trabajo como consecuencia de la sustitución de empleados humanos por robots, con el consiguiente crecimiento del desempleo y caída del consumo, así como de un deterioro de las arcas públicas (al reducirse la base de contribuyentes activos y aumentar la de beneficiarios de ayudas sociales). Según este punto de vista, la robotización de la economía podría constituir el germen de crisis económicas en el futuro, ya que la destrucción de puestos de trabajo daría lugar a mayores tasas de desempleo e incluso a una reducción de los salarios, a la vez que aumentaría la producción de las empresas, lo que generaría un desajuste entre oferta y demanda que podría desestabilizar las economías. La preocupación es tan grande que algunos analistas han propuesto la creación de impuestos especiales e incluso cotizaciones sociales para los robots, con el objetivo de desincentivar su implantación y a la vez obtener recursos adicionales con los que compensar a los trabajadores desplazados por ellos. 9 Otra desventaja de los robots es que su coste directo de producción puede ser reducido. En ocasiones, el hecho de insertarlos en un sistema productivo complejo requiere una serie de costes indirectos mucho más difíciles de estimar y orientados a adaptar las partes que interactúan con el nuevo sistema automatizado. 10
