Lo Que Podemos Lograr con los Cobots: Un Análisis Profundo de sus Múltiples Aplicaciones en la Manufactura Moderna

Los cobots están redefiniendo las posibilidades de la manufactura moderna, permitiendo una automatización flexible a una escala sin precedentes. Un informe de IDTechEx muestra que los robots colaborativos están experimentando un fuerte crecimiento, con ingresos que se espera que pasen de 1,200 millones de dólares a casi 30,000 millones en poco más de una década. Este rápido crecimiento plantea una pregunta crucial para los fabricantes: ¿qué nuevas posibilidades abren los cobots en las plantas de producción hoy y en los próximos años?

¿Qué es un robot colaborativo?

¿Qué es exactamente un robot colaborativo? En pocas palabras, un cobot es un robot diseñado para trabajar con humanos en un entorno de trabajo compartido sin puertas d protección, ni vallas de seguridad. Los cobots son más ligeros y pequeños que los robots industriales tradicionales, y están equipados con sensores y programación que los detienen si detectan un obstáculo (o una persona) en su camino. Suelen estar diseñados con bordes redondeados y amplios controles que monitorizan la velocidad, la dirección y el entorno en tiempo real. Además, los cobots son más pequeños, más flexibles y adaptables, y a menudo pueden trabajar en áreas demasiado pequeñas para los robots industriales tradicionales. Los cobots pueden montarse en carros o plataformas que se pueden mover de una estación a otra y suelen funcionar con corriente de 110 V.

En la práctica, muchos cobots, especialmente los que se emplean en operaciones de paletizado/despaletizado, o de recogida y colocación, incorporan algún tipo de protección o valla. "Calculo que hasta el 50 % de los cobots incorporan algún tipo de valla o sensores adicionales, ya sea durante la instalación o posteriormente. No se trata de un fallo de diseño, sino de una cuestión de seguridad. Por ejemplo, en tareas como paletizado/despaletizado, el brazo opera a la altura de la cabeza del empleado, o la función de soldadura se encuentra a la altura de sus ojos. Una mayor seguridad no lo hace menos colaborativo; hoy en día, es la facilidad de uso, más que la simple proximidad, lo que hace que el robot sea colaborativo ", afirmó Jerry Perez, de desarrollo de negocio de FANUC.

Los robots industriales generalmente requieren un ingeniero de aplicaciones robóticas para programarlos, solucionar problemas y operarlos de forma segura, mientras que los cobots están diseñados para una operación sencilla. Son más fáciles de programar y operar, lo que ofrece oportunidades de mayor valor para los empleados que los operan. Si el cobot incorpora tecnología inteligente, aprendizaje automático o inteligencia artificial (IA), puede solucionar problemas automáticamente y enviar informes en tiempo real. Además, la programación y la operación pueden realizarse mediante una consola de programación o una tableta, que se pueden conectar con una aplicación en un teléfono inteligente o tableta.

Industria 4.0 vs. Industria 5.0

La Industria 4.0 enfatizó los avances tecnológicos que transformaron la manufactura. Estos avances incluyeron la computación perimetral y en la nube, las tecnologías inteligentes y la analítica avanzada basada en datos en tiempo real.

La Industria 5.0 se basa en estos cimientos al centrar la atención en la colaboración entre humanos y tecnología. La IA, el aprendizaje automático y el procesamiento del lenguaje natural permiten que la automatización se encargue de tareas rutinarias y repetitivas que requieren velocidad y precisión, así como de trabajos peligrosos. Esto permite a los empleados humanos centrarse en tareas de mayor valor, más creativas y estratégicas.

Las tecnologías de computación perimetral y en la nube permiten la resolución de problemas a través de una conexión virtual. El técnico de servicio puede ver en tiempo real lo que ve el operador. De esta forma, la realidad virtual y la inteligencia artificial permiten solucionar muchos problemas rápidamente, en lugar de que una línea de producción se detenga durante días hasta que llegue un técnico.

Además, la computación perimetral y en la nube cuentan con medidas de ciberseguridad integradas que protegen los datos contra hackers y ciberataques. Algunos de los mayores ciberataques se dirigieron a proveedores externos cuya protección cibernética era más vulnerable.

Así como la automatización industrial transformó la industria automotriz, los cobots ahora lideran la transformación en varias industrias, incluidas la biomédica, la logística, el manejo de materiales, la agricultura y el procesamiento de alimentos.

Tendencias en cobots

Una de las ventajas de los cobots es su menor tamaño en comparación con los robots industriales tradicionales. Los robots industriales ocupan un gran espacio para su funcionamiento, y si una empresa ha crecido mediante adquisiciones, puede haber una variedad de robots. Uno de los mayores desafíos que enfrenta un integrador es diseñar un sistema que pueda "comunicarse" con la automatización existente; las soluciones deben ser independientes del sistema y capaces de funcionar con robots de cualquier otro fabricante.

Cobots con mayor carga útil

Dieter Pletscher, gerente global de ventas de Kassow Robotics, comparte que una de las tendencias en la industria en los últimos años es la demanda de robots con mayor carga útil, mayor alcance y mayor capacidad. "Si bien es menos colaborativo que los cobots tradicionales, sigue siendo más ligero y fácil de programar que las soluciones industriales tradicionales. Combina la facilidad de programación y uso de un cobot con mayor capacidad y alcance, sin requerir tanto espacio como un robot industrial tradicional".

Soluciones Pre-Ingeniería

Las soluciones pre-ingeniería son otra tendencia en cobots. Se trata de una solución "cobot and go" fácil de usar, rápida de implementar y enfocada en operaciones estándar como paletizado, soldadura y manejo de maquinaria. "Hemos visto cómo las ventas de estas soluciones pre-ingeniería se han duplicado o triplicado en los últimos dos años. Es un enfoque de robots para todos, dirigido a personas que no entienden el lenguaje de los robots ni tienen 10 años de experiencia en automatización robótica. Requiere una interfaz realmente buena; sin coordenadas XYZ, sin estructura, sin movimientos lineales articulares; está en el lenguaje de la solución. Los robots son el motor, pero la gente quiere comprar el vehículo completo. Las soluciones pre-ingeniería son el vehículo", dijo Perez.

Cobots para Inspección

Un área donde los cobots destacan es la inspección de piezas de precisión, especialmente en las industrias biomédica y aeroespacial. Puede haber piezas con múltiples facetas que deben ser correctas, o pueden ocurrir problemas, y los estándares y tolerancias deben ser exactos. Perez puso como ejemplo a un cliente del sector aeroespacial que tenía una operación de inspección que tardaba 12 horas en realizarse manualmente. Tras modernizar los cobots con soluciones prediseñadas, incluyendo herramientas de escaneo avanzadas y el montaje del cobot en un carro, la misma inspección se pudo realizar en 10 minutos. El cliente podía tener varias máquinas alimentando un sistema de inspección central, lo que se traducía en una mayor precisión.

Robots Móviles con Manipuladores

Otra tendencia en cobots es incorporar manipuladores a robots móviles, como la línea Edge Edition de Kassow Robotics. El controlador está integrado en la base del brazo robótico y está diseñado para montarse en una plataforma móvil o acoplarse a un robot guiado automatizado (AGR). "Es ideal para soluciones logísticas. La integración es más sencilla, funciona con conexión directa a una batería y puede moverse de una estación a otra para completar diversas tareas con diversas herramientas de extremo de brazo [EOAT]. Es otra tendencia hacia la robótica simplificada", afirmó Pletscher.

Nuevas Industrias

Con la combinación de las aplicaciones de la Industria 5.0 y AGR, nuevos sectores están explorando los cobots. Por ejemplo, el uso de cobots de propósito general es cada vez mayor. Si bien son más económicos y menos precisos que los cobots de propósito especial, ofrecen facilidad de uso y programación. Perez describió un cobot que se utiliza para el mantenimiento de máquinas en una empresa de impresión 3D. Dependiendo del tipo de producto que la impresora 3D esté creando, la operación puede durar horas. "Con un cobot a cargo del mantenimiento de máquinas, los empleados pueden apagar las luces e irse a casa, y las impresoras seguirán funcionando durante la noche, ya que los cobots supervisan y cargan las materias primas, recogen y colocan las piezas terminadas, garantizando que estén listas para la fabricación adicional al día siguiente".

Una colaboración entre Inbolt y Fanuc ha combinado un robot con visión 3D impulsada por IA que permite la creación de trayectorias dinámicas adaptativas en tiempo real. La inteligencia artificial, combinada con el aprendizaje automático, posibilita al robot generar automáticamente una trayectoria que permite la inserción de tornillos, el ajuste de pernos, la aplicación de pegamento y otras tareas de alta precisión en las piezas que se mueven por la línea de producción. La visión con IA proporciona un análisis en tiempo real de la orientación de la pieza, lo que permite al robot adaptar la trayectoria de una pieza a otra sin cambiar la herramienta de extremo de brazo ni detener la línea de producción. "Lo lanzamos en Automate 2025 en Detroit. La innovación está cambiando la percepción de la automatización, a la vez que ofrece soluciones más económicas y eficientes", afirmó Perez.

La experiencia del usuario siempre impulsa la innovación, y la IA está impulsando un ecosistema completamente nuevo. Por ejemplo, en el sector agrícola se está utilizando un cobot equipado con una cámara de visión 3D impulsada por IA para cosechar productos. Se trata de una industria que se ha visto afectada por la escasez de mano de obra. La IA y el aprendizaje automático permiten al robot "aprender" qué producto está listo para la cosecha y recolecta únicamente ese producto. La incorporación de un brazo robótico equipado con un extremo del brazo (EOAT) con sensores que ajustan el agarre al tipo de producto, montado en un robot móvil autónomo (RAM), permite completar la cosecha de forma más eficiente y con menos desperdicio. "Este era un sector que tradicionalmente no había podido automatizar muchas de las tareas. Incluso hace tres años, este tipo de solución no habría sido posible. La inteligencia artificial y el análisis de datos en tiempo real, para enviar las señales correctas a las máquinas, están abriendo nuevas vías", afirmó Pletscher.

Continúa la escasez de mano de obra

La Sociedad Americana de Soldadura estima que para 2029 se necesitarán aproximadamente 320,500 empleados en puestos de soldadura. Los oficios especializados atraen a menos jóvenes, mientras que más de 157,000 profesionales de la soldadura se acercan a la jubilación. Otros oficios especializados experimentan una escasez similar.

Los cobots son ideales para tareas repetitivas como la soldadura, especialmente en entornos peligrosos. "Si tiene 10,000 piezas que requieren soldaduras sencillas, añadir una solución de automatización colaborativa puede completar la tarea de forma eficiente, lo que libera a los empleados para tareas de mayor valor. Su facilidad de uso permite la colaboración entre humanos y robots sin necesidad de un ingeniero de aplicaciones. Por ejemplo, un cobot de 7 ejes puede completar una soldadura de 380° en una sola pasada, eliminando problemas de singularidad y consistencia. El integrador puede colocar el codo en la ubicación de operación más segura, y los cobots pueden operar en entornos peligrosos para los empleados", afirmó Pletscher.

¿Cuál es el futuro de los cobots?

A medida que los avances en IA y ML continúan impulsando la innovación, nuevos sectores se beneficiarán de las soluciones de automatización con cobots. En sectores como la agricultura, el ecosistema impulsado por una visión, cámaras y sensores mejorados con IA, junto con los avances en EAOT y la continua escasez de mano de obra, seguirá brindando oportunidades que no eran posibles hace unos años. La industria farmacéutica es otra que aún no está altamente automatizada; muchas operaciones aún se realizan manualmente", afirmó Petscher.

“Hay varios sectores no manufactureros, como el sector restaurantero, que nunca han tenido cobots. Las startups están utilizando la IA para impulsar todo un ecosistema de aplicaciones, sensores y cámaras diseñados para cobots que caben en espacios reducidos, como la trastienda de una pizzería. Las pymes buscan soluciones de automatización que funcionen, sean rentables, se adapten a los espacios existentes y ofrezcan resultados eficientes y consistentes” —afirmó Perez—. “Muchos sectores buscan soluciones llave en mano listas para usar”.

Las tensiones geopolíticas globales, incluyendo guerras comerciales, conflictos geográficos en curso e incertidumbre económica, están impactando las decisiones de inversión de capital. Si bien los cobots son más económicos que sus homólogos industriales de mayor tamaño, aún representan una inversión financiera significativa. “Los fabricantes de equipos originales (OEM) y los integradores se han visto desafiados a encontrar nuevas formas de operar en tiempos de incertidumbre económica. En lugar del pago completo al momento de la instalación, los integradores pueden ofrecer una opción de "alquiler o arrendamiento", que permite al usuario final pagar en cuotas mensuales o por hora. Necesitamos encontrar nuevas formas de operar, tal vez siguiendo el ejemplo del modelo B2C (empresa a consumidor), donde el costo de la automatización se amortiza con el tiempo. Necesitamos simplificar la gestión de negocios con nosotros”, afirmó Perez.

Los robots colaborativos, en combinación con la IA y el aprendizaje automático, seguirán abriendo soluciones de automatización, a nuevos sectores, que antes no estaban disponibles. La tecnología seguirá impulsando la innovación, estimulando tanto a la industria de los cobots como al ecosistema relacionado para explorar aún más las posibilidades de las soluciones de automatización.

Fuente original: https://www.automate.org/robotics/industry-insights/cobot-applications-modern-manufacturing