Desarrollo de robots colaborativos para maximizar la seguridad y la productividad

Los robots colaborativos son cada vez más importantes para diversas industrias, ya que aumentan la seguridad y la productividad. Dado que estas unidades comparten el mismo espacio de trabajo con los humanos, se requieren nuevas técnicas para mantener la seguridad al tiempo que se aumenta la productividad. Siga leyendo para comprender las pautas de diseño del sistema robótico colaborativo.

Los principios básicos del diseño de robots colaborativos pueden describirse como la capacidad de lograr:

• Interacción segura con equipos de montaje frágiles y trabajadores humanos.
• Tareas robóticas a un ritmo compatible con el potencial humano
• Programación rápida y sencilla por parte de personal no técnico para gestionar la producción de alto rendimiento
• Factores de forma ligeros y compactos
• Funcionamiento limpio y silencioso
• Reducción del coste de validación del uso continuado de las capacidades de trabajo de los robots

Directrices de diseño para el sistema robótico colaborativo

El factor clave que deben entender los fabricantes de robots es que la unidad comparte el mismo espacio de trabajo con los humanos. El diseñador debe tener en cuenta que el robot puede reconocer movimientos imprevisibles y reaccionar con seguridad para evitar lesiones sin comprometer su eficacia.

Además, el diseñador debe evitar que el robot ejerza una fuerza excesiva cuando se produzca el contacto entre humanos. Este proceso puede añadir complejidad al proceso de diseño. Recuerde que los sistemas de seguridad no están integrados en un robot industrial. Sin embargo, los robots colaborativos tienen sistemas de seguridad incorporados en su estructura. Los sistemas del robot lo controlan.

Las normas internacionales de seguridad para robots colaborativos ofrecen orientación sobre los posibles problemas de diseño. Estas normas se crearon con la rápida introducción de los robots en la línea de producción. Por ejemplo, la ISO (Organización Internacional de Normalización) ofrece directrices para las especificaciones técnicas y el diseño de los robots colaborativos en su documento 10218.

La TS/ISP 15066 se especializa en la seguridad de los robots colaborativos, al tiempo que destaca la importancia de un principio de sistema de control basado en la seguridad para regular las especificaciones del proceso, como la fuerza y la velocidad. Cabe señalar que la TS/ISO 15066 es un documento voluntario pero no una norma. Sin embargo, podría constituir una base normativa en el futuro.

• Información general sobre los robots colaborativos

La norma TS/ISO 15066 también proporciona datos comunes sobre robots colaborativos para que los diseñadores los utilicen. Dichos datos subrayan la importancia de realizar una evaluación de riesgos de los posibles peligros en el lugar de trabajo.

Por ejemplo, ningún robot puede considerarse seguro si sigue trabajando a gran velocidad en presencia de un objeto. De nuevo, el espacio de trabajo podría suponer un riesgo si contiene objetos sólidos que puedan impedir el funcionamiento integral entre el robot y los trabajadores humanos. Las secciones principales de TS/ISO 15066 abordan el diseño de los procesos de un robot, el espacio de trabajo y el cambio entre las operaciones no colaborativas y colaborativas de un robot.

El documento proporciona amplios detalles para facilitar la aplicación de los siguientes factores operativos de colaboración que crean soluciones eficientes y seguras que cumplen con los objetivos de diseño discutidos anteriormente.

Parada de seguridad supervisada

Una parada supervisada por seguridad es una parada garantizada del robot que se produce automáticamente cuando el dispositivo detecta la presencia de personas en un espacio de trabajo colaborativo. El sistema garantiza que los humanos y los robots no se muevan al mismo tiempo. Suele utilizarse cuando la máquina mueve cargas pesadas rápidamente por el área de trabajo.

Separación y aplicación de la velocidad

Esta es una de las estrategias de trabajo colaborativo más relevantes. Permite que el robot y un operario humano se muevan simultáneamente en el mismo entorno de trabajo mediante la instalación de sensores en el robot para comprobar lo cerca que está el humano de la unidad. La unidad puede seguir trabajando cuando hay una gran distancia entre ella y las personas. Sin embargo, esto ocurre a una velocidad moderada y activa la parada supervisada de seguridad cuando el trabajador está muy cerca.

Funcionamiento manual

Antes de que pueda comenzar una aplicación manual, un robot debe realizar una parada supervisada relacionada con la seguridad. Durante la operación, el humano entra en contacto directo con el brazo robótico y puede moverlo utilizando los controles manuales. Esta aplicación se utiliza en aplicaciones de herramientas muy variables y ayudas a la elevación.

Limitación de fuerza y potencia

La limitación de la fuerza y la potencia son necesarias en aplicaciones en las que puede haber un contacto involuntario o intencionado entre un humano y un robot colaborativo cuando ambos están funcionando en el mismo espacio de trabajo colaborativo. El contacto puede ser transitorio o cuasiestático. El primero consiste en golpear una parte del cuerpo humano donde pueda retirarse. El segundo consiste en agarrar una parte del cuerpo humano entre un objeto sólido y el manipulador de un robot.

Retos de seguridad en el diseño

Al realizar modificaciones para limitar la complejidad, el tamaño y el coste, los diseñadores de robots colaborativos pueden utilizar la tecnología robótica existente en algunos sistemas y seguir aplicando las estrategias de trabajo comentadas anteriormente. Por ejemplo, la parada de seguridad supervisada es una tecnología reconocida para los robots industriales que utiliza barreras de seguridad para realizar una parada de emergencia cuando los humanos entran en el área de trabajo.

La separación y el cumplimiento de la velocidad requieren nuevos enfoques técnicos, ya que los robots industriales están diseñados para detenerse inmediatamente cuando las personas entran en el área de trabajo. En cambio, los robots colaborativos siguen moviéndose incluso con los humanos en el mismo espacio de trabajo, pero a una velocidad reducida cuando los humanos entran en el espacio de trabajo.

El secreto para construir este tipo de sistemas reside en la integración de los sensores en los sistemas de control del robot. La evaluación en bucle cerrado facilita la respuesta rápida del motor para activar la reducción de velocidad. La limitación de la fuerza y la potencia puede ser el reto más complejo. Los diseñadores pueden aprender del diseño de los robots industriales, ya que hacen hincapié en la velocidad y la resistencia.

• Investigación continuada

La investigación sobre los umbrales de lesión y dolor está en curso. Sin embargo, las directrices existentes recomiendan reducir los riesgos de pellizco asegurando que la velocidad del robot se mantenga en 250 mm/s y que su fuerza sea inferior a 150 N en aplicaciones de desconexión y control de velocidad. Las fuerzas transitorias pueden ser el doble de estas especificaciones, pero no deben aplicarse durante más de 500 ms.

El documento de la ISO incluye instrucciones adicionales:

• Eliminación de los puntos de aplastamiento y de trituración en el robot
• Disminución de la velocidad del robot en cuanto se acerca a un objeto fijo, lo que le permite detenerse rápidamente
• Reducir la masa y la inercia del robot

Finalmente

Los robots colaborativos aumentan la productividad en diversos espacios de trabajo combinando la destreza humana con el rendimiento robótico y la capacidad de análisis. El diseño de robots colaborativos es un campo en evolución, lo que significa que no hay suficientes guías en las que basarse. Se han establecido principios internacionales de seguridad para los robots.

Los proveedores encadenan sensores y componentes electrónicos en conjuntos mecánicos avanzados para desarrollar nuevos componentes integrales, como articulaciones exclusivas, que respondan a las necesidades únicas que los robots colaborativos deben satisfacer durante las operaciones, tareas e interacciones cotidianas.

Una nueva estructura de construcción resultará útil para garantizar que los robots sean seguros en torno a los trabajadores, al tiempo que se mantienen las ventajas de manipulación de cargas, precisión y velocidad.

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