Evolución y futuro de la robótica en la fabricación

Los trabajos industriales suelen implicar repetir una y otra vez las mismas tareas físicas, como levantar y ensamblar piezas pesadas. Este tipo de tareas manuales pueden entrañar riesgos. Solo en Estados Unidos, en 2023 se notificaron 5.283 lesiones laborales mortales.

Sin embargo, con la creciente implantación de robots industriales inteligentes y tecnologías como la inteligencia artificial (AI) y la visión artificial, muchas de estas tareas de alto riesgo ahora las realizan máquinas. Actualmente, los robots de fabricación pueden levantar materiales pesados, inspeccionar equipos para detectar problemas y trabajar junto a las personas para mejorar la seguridad y la eficiencia en la planta de producción.

En este artículo veremos cómo los robots industriales están cambiando el funcionamiento de las fábricas y contribuyendo a crear entornos de trabajo más seguros y productivos.

¿Qué son los robots industriales?#

Los robots industriales son máquinas inteligentes diseñadas específicamente para ayudar en tareas de fabricación. En concreto, los robots de fabricación suelen estar construidos para levantar componentes pesados de productos, como piezas de coches o aviones, o para realizar con gran rapidez tareas minuciosas y detalladas, como ensamblar circuitos electrónicos o empaquetar productos.

A diferencia de los robots humanoides que solemos ver en películas de ciencia ficción como Terminator o Yo, robot, los robots industriales suelen ser fijos y estar construidos con un único brazo robótico. Normalmente, este brazo robótico puede moverse en varias direcciones y programarse para realizar diferentes trabajos de fabricación, como soldar, ensamblar o trasladar materiales.

Los robots industriales son especialmente buenos realizando trabajos repetitivos con rapidez y precisión, sin necesidad de descansos, por lo que son ideales para fábricas y almacenes. Por eso, se utilizan más de 4 millones de robots en fábricas de todo el mundo.

Tipos de robots industriales#

Los robots son cada vez más habituales en las fábricas y asumen una amplia variedad de tareas. Estos son algunos tipos de robots industriales y sus usos para que el trabajo en las fábricas sea más eficiente y seguro:

• Robots cartesianos: También conocidos como robots de pórtico, se desplazan en línea recta mediante tres articulaciones deslizantes a lo largo de los ejes X, Y y Z. Su diseño sencillo permite una gran precisión, por lo que son ideales para tareas de fabricación y automatización.
• Robots articulados: Estos robots de brazo articulado imitan el movimiento de un brazo humano mediante varias articulaciones rotativas. Ofrecen flexibilidad y un amplio rango de movimiento, y se utilizan habitualmente en tareas de montaje, pintura y embalaje.
• Robots delta: Con tres brazos ligeros conectados a una base triangular, los robots delta están diseñados para ofrecer velocidad y agilidad. Son adecuados para operaciones de recogida y colocación a alta velocidad, especialmente en la industria del embalaje.
• Robots polares: Entre los primeros tipos de robots industriales, los robots polares combinan articulaciones rotativas y lineales para ofrecer un rango de movimiento esférico. Son útiles para tareas que requieren un amplio alcance en varias direcciones.
• Robots SCARA: SCARA es el acrónimo en inglés de brazo robótico de montaje de cumplimiento selectivo. Estos robots utilizan dos articulaciones rotativas y una lineal. Son ideales para tareas que requieren movimientos horizontales y verticales rápidos y precisos, como el montaje de componentes electrónicos y el procesamiento de alimentos.

Historia de la robótica en la fabricación#

Antes de ver ejemplos concretos de cómo los robots industriales están marcando la diferencia, repasemos la evolución de los robots en la fabricación y comprendamos mejor cómo ha cambiado la robótica industrial a lo largo de los años:

• Primeras etapas de la fabricación (antes de la robótica): Antes de la robótica, la fabricación dependía por completo del trabajo manual y de herramientas básicas. La Revolución Industrial introdujo la energía de vapor, la maquinaria y las cadenas de montaje, lo que impulsó la productividad, aunque muchas tareas seguían siendo repetitivas, peligrosas o requerían mucha mano de obra.
• Introducción de los robots industriales (décadas de 1950 a 1980): En 1954, George Devol inventó Unimate, el primer robot programable. En 1961, General Motors ya lo utilizaba para la fundición a presión y la soldadura, y se convirtió en el primer robot industrial en uso. Esto supuso un gran cambio: se automatizaron tareas peligrosas y repetitivas, especialmente en la fabricación de coches.
• Expansión y perfeccionamiento (décadas de 1990 y 2000): Los robots se volvieron más rápidos, precisos y asequibles. Su uso se extendió a sectores como la electrónica, la industria farmacéutica y el procesamiento de alimentos. La automatización flexible permitió que los robots realizaran varias tareas con una reprogramación mínima.
• Auge de los robots colaborativos (de la década de 2010 hasta la actualidad): Los robots colaborativos, o cobots, surgieron para trabajar de forma segura junto a las personas. Gracias a sus sensores integrados, la IA y los sistemas de cámaras, pueden adaptarse a su entorno y ayudar con tareas complejas o delicadas.

Fig. 1. Robot Unimate de George Devol. (Fuente)

De cara al futuro, es probable que los robots industriales sean aún más inteligentes y adaptables. Investigadores e ingenieros trabajan activamente en tecnologías que permitan a los robots aprender, adaptarse a nuevas situaciones y colaborar más estrechamente con las personas de forma útil y dinámica.

Ejemplos de robótica industrial#

A continuación, veremos ejemplos reales de robots de fabricación y cómo se utilizan en las plantas de producción.

Robots industriales en la fabricación de aviones#

La fabricación de aviones implica procesos complejos y delicados, sobre todo en aeronaves grandes como el Boeing 777. Por ejemplo, para ensamblar un solo 777 se necesitan más de 60.000 remaches. Tradicionalmente, esta tarea requería dos trabajadores: uno manejaba la remachadora y el otro sujetaba una barra de acero detrás del panel para fijar el remache.

Este tipo de tareas puede exigir un gran esfuerzo físico y provocar lesiones en los brazos, la espalda y los hombros. Además, la precisión es fundamental en la fabricación de aviones y apenas hay margen de error.

Para mejorar estos procesos de trabajo, Boeing ha incorporado robots industriales. En su fábrica del 777 en Everett, Washington, la empresa introdujo el sistema Fuselage Automated Upright Build (FAUB), un proceso de ensamblaje robótico diseñado para automatizar la perforación y el remachado de secciones del fuselaje.

Fig. 2. Robots FAUB trabajando en el fuselaje de un avión Boeing. (Fuente)

Una vez programados, estos robots pueden perforar decenas de miles de agujeros precisos para remaches. A diferencia de los sistemas antiguos con soportes fijos, los robots FAUB son móviles y pueden desplazarse por las líneas de montaje en vehículos guiados. Cuando los trabajadores colocan los paneles del fuselaje, los robots se encargan de perforar y remachar, lo que aumenta tanto la velocidad como la precisión. Este enfoque está en consonancia con los últimos avances del sector de la robótica, que sigue apostando por soluciones de fabricación más inteligentes, seguras y eficientes.

Fabricación de alimentos con robots industriales#

Los robots también se están adoptando ampliamente en la industria alimentaria. Por ejemplo, en la fábrica de Nestlé en Alemania, la producción de alimentos infantiles se gestiona mediante una línea de envasado totalmente automatizada. Los robots se encargan de tareas como trasladar bandejas de alimentos llenas y selladas a cajas de esterilización y, después, al embalaje para su envío. Esto hace que toda la operación sea más rápida, segura y fiable.

Nestlé también utiliza robots móviles como Spot, de Boston Dynamics, para supervisar problemas de mantenimiento en sus instalaciones. A diferencia de los sensores fijos tradicionales, que solo pueden detectar problemas en zonas concretas, Spot puede desplazarse libremente por la fábrica. Esta automatización móvil y flexible es una tendencia creciente en el sector de la robótica.

Spot puede subir escaleras, recorrer espacios estrechos y moverse por suelos irregulares. Está equipado con sensores especiales que le permiten comprobar si las máquinas de la fábrica, como motores y compresores, presentan señales de alerta relacionadas con el calor, el ruido u otros factores. Spot también puede detectar problemas a tiempo, lo que ayuda a solucionarlos antes de que se agraven.

Fig. 3. Spot, un robot industrial, inspecciona una planta de fabricación de alimentos. (Fuente)

Fabricación de coches con ayuda de robots industriales#

Los robots industriales siempre han sido una pieza clave en la fabricación de coches. De hecho, el 33 % de todas las instalaciones de robots industriales de Estados Unidos corresponde al sector de la automoción.

Un ejemplo interesante es la planta de BMW en Spartanburg en 2013. En esta instalación, personas y robots trabajaban codo con codo en la cadena de montaje de puertas, sin vallas de seguridad. Fue la primera planta de BMW en utilizar este tipo de colaboración directa entre personas y robots en la producción habitual.

Se utilizaron cuatro robots para instalar el aislamiento acústico y contra la humedad en el interior de las puertas de los modelos BMW X3. Primero, los trabajadores colocaban y presionaban ligeramente la lámina adhesiva en su sitio. Después, los robots se encargaban de terminar el trabajo con cabezales de rodillo de gran precisión.

El sistema estaba totalmente automatizado y podía medir la presión exacta aplicada durante el proceso, lo que permitía supervisar la calidad de forma continua. Si el trabajo del robot se interrumpía, un trabajador podía intervenir fácilmente y terminar la tarea a mano, manteniendo la producción en marcha y sin retrasos.

Fig. 4. Robots trabajan junto a operarios en una planta de fabricación de coches. (Fuente)

Ventajas de la robótica en la fabricación#

A continuación, veamos más de cerca algunas de las principales ventajas de utilizar robots en la fabricación.

• Precisión y exactitud: Los robots industriales ofrecen altos niveles de precisión y velocidad. Algunos pueden realizar tareas con una exactitud de un micrómetro.
• Fiabilidad: Los robots industriales, cuya vida útil puede alcanzar las 100.000 horas sin fallos, pueden funcionar durante largos periodos sin interrupciones.
• Mayor seguridad en el trabajo: Los robots también realizan tareas peligrosas, como trabajar en espacios confinados o con materiales peligrosos, lo que contribuye a reducir en un 35 % las jornadas laborales perdidas por lesiones.
• Aumento de la productividad: A diferencia de las personas, los robots no necesitan pausas, días libres ni descanso. Pueden trabajar las 24 horas, lo que puede aumentar considerablemente la productividad.
• Rentabilidad: Aunque comprar e instalar estos robots puede resultar caro al principio, con el tiempo generan un ahorro considerable. Reducen los costes laborales, minimizan los posibles errores y recortan los gastos relacionados con lesiones.
• Escalabilidad: Una vez instalados los robots, los fabricantes pueden aumentar la producción con más facilidad, sin contratar a más trabajadores ni realizar grandes cambios. Así, pueden responder rápidamente al aumento de la demanda y mantener la flexibilidad en un mercado cambiante.

Retos y limitaciones de la robótica en la fabricación#

Aunque los robots industriales ofrecen muchas ventajas, también plantean algunos retos, especialmente en lo que respecta a la experiencia y el mantenimiento. Estos robots de fábrica requieren profesionales cualificados para programarlos, manejarlos y mantenerlos.

Aunque muchos robots utilizados actualmente en la industria emplean inteligencia artificial y aprendizaje automático, siguen necesitando revisiones periódicas para evitar averías. Si el equipo de fabricación aún no cuenta con estos conocimientos, formar al personal puede resultar caro y llevar mucho tiempo.

Curiosamente, la IA visual, y más concretamente la visión artificial, una rama de la IA centrada en comprender los datos visuales, también ofrece una solución a estos retos. Por ejemplo, los modelos de visión artificial como Ultralytics YOLO11 pueden entrenarse para detectar y seguir robots industriales. La información obtenida al seguir estos robots con YOLO11 puede ayudar a detectar problemas a tiempo, lo que se conoce como mantenimiento predictivo. Esto reduce la necesidad de supervisión experta y evita averías imprevistas.

Además, la visión artificial también puede contribuir a crear gemelos digitales en tiempo real. Los gemelos digitales son modelos virtuales de máquinas y robots físicos, creados a partir de datos visuales recogidos en el entorno de fabricación.

Los gemelos digitales permiten a los fabricantes supervisar los equipos en tiempo real, identificar problemas antes de que provoquen interrupciones y probar mejoras en los procesos sin detener la producción real. Esta tecnología favorece un rendimiento más constante, mejora la toma de decisiones y reduce las costosas paradas.

Tecnologías de inteligencia artificial y aprendizaje automático#

Al analizar los retos que plantea el uso de robots industriales, hemos visto que muchos funcionan ahora con IA y aprendizaje automático. Pero ¿cómo funciona esto realmente y qué papel desempeña la IA en la robótica?

Los robots industriales tradicionales se limitan a tareas fijas y repetitivas. Siguen instrucciones preprogramadas y no pueden adaptarse fácilmente a los cambios en la línea de producción. Por eso, son menos eficientes en entornos donde la flexibilidad, la velocidad y la precisión son esenciales.

Sin IA, los robots no pueden detectar defectos en los productos en tiempo real ni adaptarse a pequeñas variaciones en los materiales o su colocación, lo que suele ralentizar los procesos, aumentar los errores y provocar más paradas. La IA en la fabricación permite que los robots vayan más allá de las tareas sencillas y preprogramadas.

En concreto, con el aprendizaje automático aplicado a la fabricación, los robots pueden analizar datos de su entorno, reconocer patrones y mejorar su rendimiento con el tiempo. Por ejemplo, un robot equipado con visión puede identificar distintos objetos en una línea de montaje, ajustar sus movimientos en función de lo que ve e incluso detectar defectos o anomalías en tiempo real. La visión artificial es la fuerza impulsora de esta capacidad.

Normalmente, un robot con visión artificial cuenta con la infraestructura de hardware necesaria para ejecutar modelos de visión artificial como Ultralytics YOLO11. Al integrarse con cámaras y visión artificial, el robot adquiere las capacidades del modelo subyacente. En el caso de YOLO11, esto permite al robot realizar tareas de visión artificial, como la detección de objetos, el seguimiento y la segmentación.

El impacto del Internet de las cosas (IoT)#

Otros dos conceptos relacionados con los robots industriales son el IoT en la fabricación y la computación en el borde. El IoT hace referencia a una red de dispositivos conectados que recopilan y comparten datos, principalmente a través de Internet. En cambio, la computación en el borde procesa los datos directamente en el origen, como un robot o un sensor, sin tener que enviarlos primero a un servidor central.

Cuando los dispositivos del IoT industrial (IIoT) recopilan grandes cantidades de datos, enviarlos a un sistema central en la nube para analizarlos puede provocar retrasos, conocidos como latencia, y ralentizar las operaciones. Sin embargo, al combinar el IoT con la computación en el borde, los fabricantes pueden procesar los datos al instante, responder en tiempo real y facilitar la automatización.

El mantenimiento predictivo es un claro ejemplo de cómo se combinan la IA y el IoT en la fabricación. En las fábricas inteligentes, uno de los principales objetivos de la Industria 4.0 es anticiparse a los fallos de los equipos antes de que ocurran.

Para conseguirlo, los dispositivos IIoT deben funcionar de forma fiable y sin interrupciones. Al combinar la computación en el borde, la IA y la visión artificial, estos dispositivos pueden supervisar continuamente su propio estado, detectar cuándo necesitan mantenimiento o recargarse y activar automáticamente las acciones necesarias. Así, las máquinas funcionan sin problemas, se reducen las paradas imprevistas y mejora la eficiencia general.

Cómo mejoran la eficiencia de la fabricación la automatización y la robótica#

Ahora que entendemos mejor tecnologías como la IA, la visión artificial, el IoT y la computación en el borde, veamos cómo pueden combinarse para aumentar la eficiencia de la automatización de la fabricación.

El objetivo principal de la automatización es optimizar los procesos para que sean más rápidos, fiables y menos propensos a errores humanos. Pensemos, por ejemplo, en una fábrica que ensambla productos electrónicos de consumo, como teléfonos inteligentes. Los brazos robóticos con visión artificial pueden colocar con precisión componentes diminutos en placas de circuito, una tarea que requiere mucho cuidado.

Al mismo tiempo, los sistemas de visión basados en IA pueden inspeccionar cada etapa del montaje e identificar en tiempo real defectos como piezas desalineadas o uniones de soldadura defectuosas. Mientras tanto, los sensores del IoT pueden supervisar factores ambientales como la temperatura, el polvo y las vibraciones, que podrían afectar a la calidad de los componentes sensibles.

Con la computación en el borde, el sistema puede procesar estos datos al instante y hacer ajustes sobre la marcha, como detener la línea o recalibrar un robot, sin esperar a recibir respuestas desde la nube. En conjunto, la fabricación automatizada puede dar lugar a una línea de producción más rápida, precisa y adaptable, con productos de mayor calidad y menores costes operativos.

¿Cómo está transformando la robótica el futuro de la fabricación?#

El futuro de los robots industriales avanza a gran velocidad, con tecnologías como la IA visual aplicada a la fabricación y el IoT como protagonistas. Gracias a estas herramientas, los robots pueden ver en qué están trabajando, detectar defectos, comprobar la calidad de los productos y prever problemas a medida que surgen. Muchos fabricantes ya utilizan estos sistemas para que sus operaciones sean más eficientes y uniformes.

El mercado de la robótica industrial ha crecido de forma constante, impulsado por las continuas mejoras en robótica, un acceso más fácil a ingenieros cualificados y el uso de la simulación y las pruebas virtuales. Estos avances permiten diseñar y ajustar robots para aplicaciones reales con mayor rapidez. A medida que más fábricas adoptan herramientas digitales y la automatización, se vuelven más flexibles y fiables, y están mejor preparadas para afrontar los retos del futuro.

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