Introducción a los Cobots

Los cobots, o robots colaborativos, son robots que pueden trabajar conjuntamente con operadores humanos a través de interacción directa, sin barreras convencionales. Entre las ventajas de la interacción directa entre operadores humanos y cobots, se incluyen las siguientes:

• Ejecución de tareas complejas de manera segura
• Alta calidad de producción
• Aprendizaje y programación de cobots intuitivos y sencillos

El concepto de cobots, o "dispositivos de asistencia inteligentes", surgió en proyectos de investigación y empresas de la industria de la automoción, donde los cobots proporcionaban la capacidad para mover objetos pesados bajo control humano. Estos sistemas garantizaban el uso seguro de las prestaciones de asistencia de los cobots. Con el correr de los años, se han desarrollado cobots para realizar tareas tales como:

• Pick-and-place
• Inspección de calidad
• Ensamblaje y acabado finales

Ventajas del uso de cobots

En la automatización industrial convencional, es importante que los robots estén alejados de los operadores humanos para evitar daños físicos y garantizar un funcionamiento fiable. En estos sistemas, los robots operan dentro de armazones o en áreas sin presencia humana.

Automatización flexible

Restringir a los robots en armazones limita sus capacidades. Hoy en día, el mercado comercial exige personalización y plazos de entrega acelerados. Estas exigencias han despertado interés en sistemas de fabricación flexibles y polivalentes donde haya una colaboración entre operadores humanos y robots, y se garantice en todo momento la seguridad de los trabajadores. En la automatización flexible y colaborativa, los cobots expanden y optimizan las aptitudes humanas aportando prestaciones de potencia, precisión y análisis de datos que generan valor añadido para usuarios finales. Con los cobots se intenta lograr:

• Coexistencia: Área de trabajo compartido con operadores humanos para optimizar procesos
• Colaboración: Automatización flexible para diversas tareas con participación humana

Sistema de seguridad

Las barreras de seguridad suponen un obstáculo tecnológico que dificulta una mayor adopción de robots. Los cobots están diseñados para cumplir requisitos con seguridad intrínseca (estándar ISO^® 10218-1) que permite una interacción segura entre el cobot y los objetos de su área de trabajo. Los cobots reducen la inercia cuando se exponen a posibles colisiones mediante componentes compatibles, como sensores de par motor articulares, para absorber la energía de colisiones no deseadas. Además, los desarrolladores de cobots emplean una gran variedad de sensores externos, como cámaras, láser y sensores de profundidad, y combinan los datos capturados para que el robot pueda reconocer fiablemente la proximidad y los gestos de operadores humanos.

Programación de cobots con IA y algoritmos avanzados

Aún existen lagunas tecnológicas que impiden el desarrollo de cobots que cumplan todos los requisitos. Se necesitan algoritmos avanzados para que los cobots alcancen su potencial de fabricación en entornos de producción de gran variedad y bajo volumen. Los cobots deben poder desempeñarse en situaciones desconocidas sin instrucciones explícitas utilizando Deep Learning para percibir su entorno independientemente. El planificador de movimiento permite al cobot alcanzar una posición objetivo, y los algoritmos de evasión de colisiones generan un comportamiento reactivo en entornos dinámicos, a través de sensores que informan sobre el entorno actual conforme el cobot se desplaza.

Aplicaciones de cobots

Los cobots impulsan la transformación de varios sectores al operar conjuntamente con trabajadores humanos, algoritmos robóticos avanzados e IA, lo que mejora la productividad y reduce los costes. Entre sus ámbitos de aplicación, se incluyen:

• Automoción: Los cobots ayudan a ensamblar, extraer e inspeccionar objetos, lo que optimiza la calidad y velocidad de producción.
• Automatización de fábricas y almacenes: Los cobots automatizan las tareas de clasificación, selección y empaquetado, lo que mejora la eficacia en el cumplimiento de pedidos.
• Fabricación de componentes electrónicos: Los cobots ensamblan componentes delicados y realizan pruebas de precisión, por lo que se adaptan a la producción de alta variedad y bajo volumen.
• Procesamiento de alimentos y bebidas: Los cobots se utilizan para envasar, paletizar, despaletizar y controlar la calidad, minimizando los daños al producto.
• Producción farmacéutica: Los cobots manipulan materiales delicados y ayudan en el envasado, lo que garantiza el cumplimiento de estándares regulatorios.

Estas aplicaciones demuestran la versatilidad de los cobots y su contribución a los avances en los procesos de fabricación y producción.

Diseño de cobots con MATLAB y Simulink

MATLAB^® y Simulink^® ofrecen un conjunto completo de herramientas que permiten:

• Utilizar modelos de sensores, cámaras, LiDAR e IMU, para analizar cómo un cobot detecta un entorno mediante prototipado.
• Percibir el entorno del cobot mediante Deep Learning y visión artificial.
• Enseñar trayectorias a un cobot con Inverse Kinematics Designer y planificación de movimiento.
• Diseñar, realizar iteraciones y optimizar controladores de movimiento para permitir una interacción segura con cobots.
• Modelar lógica de control de sistemas y evaluar algoritmos autónomos para aplicaciones de cobots.
• Conectar y controlar cobots de Kinova^® y Universal Robots con MATLAB.
• Generar código de producción automáticamente para desplegarlo en controladores de cobots y placas de cálculo integradas.