Navegando el Futuro de la Robótica en la Manufactura: Tendencias y Oportunidades

La robótica manufacturera sigue en cierta medida un camino similar de avances al de los sistemas de mecanizado y automatización fija. Aunque el ROI se mide más fácilmente en eficiencia y ahorro de costos, los fabricantes buscan tecnología robótica para ayudarles a resolver un punto de dolor en su operación o para crear nuevas oportunidades. Podría ser vincular procesos de manera más eficiente o eliminar la necesidad de subcontratar una función o dos específicas.

El camino de crecimiento para pequeños y medianos fabricantes (SMMs) con robótica se enfoca cada vez más en aplicaciones y capacidades añadidas, no solo en eficiencia y mejora continua. La clave para aumentar la adopción de robótica en SMMs es hacer que los robots sean más fáciles de usar y reutilizar.

En esencia, la adopción depende de que los robots tengan más destreza y autocontrol similares a los humanos.

Los Laboratorios de NIST Tienen Diseños para Hacer Robots Más Fáciles de Usar

Científicos e ingenieros en los Laboratorios de NIST están trabajando para cerrar una brecha significativa entre tecnología de vanguardia y lo que se implementa actualmente en muchas plantas manufactureras. Esto se debe en gran medida a la falta de ciencia de medición para verificar y validar investigaciones novedosas emergentes y así reducir el riesgo de adopción.

Una de las prioridades de la División de Sistemas Inteligentes de NIST es el avance del agarre, manipulación y rendimiento de seguridad que permitirá a los SMMs implementar soluciones robóticas efectivamente. Este trabajo incluye métricas de rendimiento, métodos de prueba y herramientas de medición asociadas que pueden convertirse en estándares de la industria.

La investigación está avanzando la robótica en manufactura al proporcionar:

• Mejor repetibilidad para que los robots puedan realizar movimientos y acciones de manera confiable dentro de un espacio de coordenadas X, Y, Z
• Interfaces hombre-máquina (HMI) más fáciles de usar para que operadores programen tareas e interactúen con robótica
• Nuevos diseños de pinzas que permiten movimientos más precisos y similares a los humanos
• Mejor seguridad y conciencia situacional

Entre los avances que ahora llegan a la planta está el software en dispositivos HMI portátiles que traduce referencias de coordenadas humanas (derecha/izquierda, hacia/lejos) en coordenadas cartesianas X, Y, Z convencionales. Esto permite a los operadores programar robots colaborativos más fácilmente.

Mejoras en la programación con HMI han permitido que algunos robots sean programados por soldadores que modelan los movimientos y acciones para el proceso en cuestión.

Habiendo Conquistado la Paletización, la Robótica Apunta Hacia el Ensamblaje

La adopción temprana de robótica en manufactura se ha centrado en tareas repetitivas que no requieren habilidades especiales ni proporcionan valor agregado. Las aplicaciones robóticas más populares por uso:

El ensamblaje representa solo el 2 por ciento del uso robótico, aunque investigadores de NIST y expertos de la industria creen que tiene mucha promesa para adopción generalizada entre SMMs a medida que la tecnología de manipulación mejora.

Áreas probables para expandir el trabajo de ensamblaje:

• Conectores eléctricos
• Rosca e inserción de sujetadores
• Enrutamiento de cables

Uno de los desafíos para el ensamblaje robótico es la multitud de variables que deben tenerse en cuenta al realizar operaciones complejas. Por ejemplo, la fuerza óptima para que una pinza recoja y mueva una pieza puede no ser la misma que la fuerza necesaria para una operación de roscado más adelante en la producción.

A medida que la detección táctil mejora, los robots podrán agarrar todo usando la fuerza adecuada, potencialmente reduciendo los pasos necesarios para ese proceso de producción.

Diseños de Agarre Muestran Mejoras en Destreza y Versatilidad

Los Laboratorios de NIST están trabajando en aproximadamente una docena de métodos de prueba para agarre y manipulación usando la plataforma de estándares del Institute of Electrical and Electronics Engineers.

Los cuatro tipos más comunes de pinzas robóticas:

• Vacío — una herramienta estándar de extremo de brazo usada para superficies planas y lisas, a menudo usada en paletizado y empaquetado
• Neumática — también conocida como "pinzas bang bang" por el ruido que hacen en operaciones industriales, este tipo versátil a menudo se usa para objetos pequeños en operaciones de recoger y colocar
• Hidráulica — la más fuerte — y sucia — de las pinzas industriales
• Servo-Eléctrica — altamente flexible y rentable, estas permiten diferentes tolerancias de material al manipular piezas

Diseños innovadores utilizando sensores de fuerza y par de seis ejes están floreciendo para tecnologías de agarre, incluyendo mecanismos que imitan manos humanas.

Estos avances están emergiendo cada vez más en plantas:

• Effectores finales personalizables que pueden removerse y reemplazarse fácilmente
• Mejor destreza con pinzas adaptativas de tres dedos, capaces de manipular artículos frágiles y minimizar cambios de herramienta
• Robótica usando aprendizaje automático de sensores inteligentes en pinzas para enseñarse a sí mismas cómo abordar objetos
• Pinzas combinando múltiples tecnologías. Esto podría ser una pinza de vacío con dedos o dos brazos separados y configuraciones de pinza en la misma estación de trabajo para permitir múltiples tareas, aumentando tanto velocidad como fiabilidad

Claves para el Éxito al Iniciar su Viaje Robótico

A diferencia de los sistemas de automatización fija, hay un intercambio entre funcionalidad robótica y facilidad de uso. Uno de los atractivos de la robótica es que un robot puede construirse y programarse para hacer casi cualquier cosa. Sin embargo, cuanta más funcionalidad construya en un robot, más consideraciones ambientales deben tomarse en los requisitos condicionales, lo que lo hace más difícil de programar e integrar en operaciones para tareas adicionales.

La planificación de lotes pequeños puede ser difícil con robótica si los fabricantes no tienen el sistema de apoyo adecuado. Habrá más adopción cuando los SMMs puedan ver cómo la robótica ahorrará costos de reequipamiento cuando estén listos para contratar personal con la robótica en mente. No está fuera de cuestión que un fabricante con 10 o menos empleados pronto tenga un experto en robótica para asegurar la efectividad general del equipo.

Catalyst Connection, parte de la MEP National Network™, ha elaborado una guía fácil de entender sobre robótica. Identificó estas claves para el éxito al explorar el uso de robótica en manufactura:

• Identifique recursos, incluyendo un campeón interno, para obtener el nivel de apoyo que necesita
• Identifique sus necesidades o puntos de dolor
  • Priorice herramientas de apoyo
  • Identifique ejemplos manufactureros; empiece pequeño y manténgalo simple
• Construya un caso de negocio; considere costos de hardware 2x–4x para herramientas, accesorios y complejidad de integración

Expertos en su Centro MEP local están listos para ayudarle a explorar — y potencialmente adoptar — robótica. Conéctese con ellos para ver cómo la robótica puede ayudarle a expandir su negocio añadiendo nueva funcionalidad.

Información sobre investigación de Laboratorios de NIST proporcionada por Elena Messina, Jeremy Marvel y Joseph Falco.