La evolución y el futuro de la robótica en la fabricación

Los trabajos industriales suelen implicar realizar las mismas tareas físicas una y otra vez, como levantar y ensamblar piezas pesadas. Este tipo de tareas manuales puede ser arriesgado. En 2023, solo en Estados Unidos se notificaron 5.283 lesiones laborales mortales.

Sin embargo, gracias al uso cada vez mayor 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. Los robots en la fabricación ya 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.

En este artículo, veremos cómo los robots industriales están cambiando la forma de trabajar de las fábricas y ayudando a crear entornos laborales más seguros y productivos. ¡Empecemos!

¿Qué son los robots industriales?#

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

A diferencia de los robots humanoides que solemos ver en películas de ciencia ficción como The Terminator o I, Robot, los robots industriales suelen ser estacionarios y estar construidos con un único brazo robótico. Normalmente, este brazo robótico puede moverse en varias direcciones y programarse para distintos trabajos de fabricación, como soldar, ensamblar o mover materiales.

Los robots industriales son especialmente buenos realizando trabajos repetitivos de forma rápida y precisa sin necesitar descansos, lo que los hace ideales para su uso en fábricas y almacenes. Como resultado, en todo el mundo se utilizan más de 4 millones de robots en fábricas.

Tipos de robots industriales#

Los robots en las fábricas son cada vez más habituales y realizan una amplia variedad de tareas. Estos son algunos tipos de robots industriales y cómo se utilizan para hacer que el trabajo en las fábricas sea más eficiente y seguro:

• Robots cartesianos: También conocidos como robots 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 con brazo articulado imitan el movimiento de un brazo humano mediante varias articulaciones giratorias. Ofrecen flexibilidad y un amplio rango de movimiento, y se utilizan habitualmente en ensamblaje, pintura y empaquetado.

• Robots delta: Con tres brazos ligeros conectados a una base triangular, los robots delta están diseñados para ofrecer velocidad y agilidad. Son idóneos para operaciones de recogida y colocación a alta velocidad, especialmente en la industria del empaquetado.

• Robots polares: Entre los primeros tipos de robots industriales, los robots polares utilizan una combinación de articulaciones giratorias y lineales para proporcionar un rango de movimiento esférico. Son útiles para tareas que requieren un amplio alcance multidireccional.

• Robots SCARA: Abreviatura de brazo robótico de ensamblaje de conformidad selectiva, los robots SCARA utilizan dos articulaciones giratorias y una articulación lineal. Son ideales para tareas que requieren movimientos horizontales y verticales rápidos y precisos, como el ensamblaje de componentes electrónicos y el procesamiento de alimentos.

Historia de la robótica en la fabricación#

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

• Primeros tiempos de la fabricación (era anterior a 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 aumentó la productividad, pero muchas tareas siguieron siendo repetitivas, peligrosas o intensivas en 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 lo había implantado para la fundición a presión y la soldadura, y se convirtió en el primer robot industrial en uso. Esto marcó un cambio importante al automatizar tareas peligrosas y repetitivas, especialmente en la fabricación de automóviles.

• Expansión y perfeccionamiento (décadas de 1990 y 2000): Los robots se hicieron 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 AI 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 permiten a los robots aprender, adaptarse a nuevas situaciones y colaborar más estrechamente con las personas de formas útiles y dinámicas.

Ejemplos de robótica industrial#

A continuación, analizaremos ejemplos reales de robots en la fabricación y cómo se utilizan en la planta.

Robots industriales en la fabricación de aeronaves#

La fabricación de aeronaves implica procesos complejos y delicados, especialmente en aeronaves grandes como el Boeing 777. Por ejemplo, ensamblar un solo 777 requiere más de 60.000 remaches. Tradicionalmente, esta tarea implicaba a dos trabajadores: uno para manejar la remachadora y otro para sujetar una barra de acero detrás del panel y fijar el elemento de unión.

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 aeronaves y apenas hay margen de error.

Para mejorar estos flujos de trabajo, Boeing ha adoptado 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 las secciones del fuselaje.

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

Una vez programados, estos robots pueden perforar decenas de miles de orificios perfectos para los remaches. A diferencia del sistema anterior, con estructuras fijas, los robots FAUB son móviles y pueden desplazarse por las líneas de montaje sobre vehículos guiados. Después de que los trabajadores coloquen los paneles del fuselaje, los robots se encargan de la perforación y el remachado, aumentando tanto la velocidad como la precisión. Este enfoque coincide con los avances recientes de la industria robótica, que sigue impulsando soluciones más inteligentes, seguras y eficientes para la fabricación.

Fabricación de alimentos gracias a los robots industriales#

Los robots en la fabricación 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 empaquetado totalmente automatizada. Los robots realizan 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. Este concepto de automatización móvil y flexible es una tendencia creciente en la industria robótica.

Spot puede subir escaleras, desplazarse por espacios estrechos y desenvolverse en suelos irregulares. Está equipado con sensores especiales que le ayudan a comprobar si las máquinas de la fábrica, como motores y compresores, presentan calor, ruido u otras señales de advertencia. Spot también puede detectar fácilmente los problemas en una fase temprana, lo que ayuda a solucionarlos antes de que se agraven.

Fig. 3. Spot, un robot industrial, inspeccionando una instalación de fabricación de alimentos. (Fuente)

Fabricación de automóviles con ayuda de robots industriales#

Los robots industriales siempre han sido una parte fundamental de la fabricación de automóviles. De hecho, el 33 % de todas las instalaciones de robots industriales en Estados Unidos se encuentran en el 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 línea de montaje de puertas sin vallas de seguridad, lo que la convirtió en la primera instalación 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 posición; después, los robots tomaban el relevo y utilizaban cabezales de rodillo para completar el trabajo con gran precisión.

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

Fig. 4. Robots trabajando junto a operarios en una planta de fabricación de automóviles. (Fuente)

Ventajas de la robótica en la fabricación#

A continuación, analizaremos más detenidamente 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 son capaces de realizar tareas con una precisión de hasta un micrómetro.

• Fiabilidad: Con una vida útil de hasta 100.000 horas sin fallos, los robots industriales pueden funcionar durante largos periodos sin interrupciones.

• Mayor seguridad en el trabajo: Los robots también realizan tareas peligrosas, como trabajar en espacios confinados o cerca de materiales peligrosos, lo que ayuda a reducir en un 35 % las jornadas laborales perdidas por lesiones.

• Aumento de la productividad: A diferencia de las personas, los robots no necesitan descansos, días libres ni reposo. Pueden trabajar las 24 horas, lo que puede aumentar significativamente 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, disminuyen los posibles errores y recortan los gastos relacionados con las lesiones.

• Escalabilidad: Una vez instalados los robots, los fabricantes pueden aumentar la producción más fácilmente sin tener que contratar trabajadores adicionales ni realizar cambios importantes. Esto permite 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 los conocimientos especializados y el mantenimiento. Estos robots en las fábricas requieren profesionales cualificados para programarlos, manejarlos y mantenerlos.

Aunque muchos robots utilizados actualmente en aplicaciones industriales emplean inteligencia artificial y aprendizaje automático, siguen necesitando un mantenimiento periódico para evitar averías. Si un equipo de fabricantes no cuenta ya con estos conocimientos, formar al personal puede ser caro y llevar mucho tiempo.

Curiosamente, la solución a estos retos también se encuentra en la AI de visión, más concretamente, en la visión artificial, una rama de la AI que se centra en comprender datos visuales. 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 mediante YOLO11 puede utilizarse para detectar problemas en una fase temprana, lo que se conoce como mantenimiento predictivo. Esto reduce la necesidad de supervisión experta y disminuye las averías inesperadas.

Además, la visión artificial también puede ayudar a crear gemelos digitales en tiempo real. Los gemelos digitales son modelos virtuales de máquinas y robots físicos, creados mediante datos visuales recopilados 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 interrumpir la producción real. Esta tecnología favorece un rendimiento más constante, mejora la toma de decisiones y reduce los costosos tiempos de inactividad.

Tecnologías de inteligencia artificial y aprendizaje automático#

Al hablar de los retos de utilizar robots industriales, vimos que muchos funcionan ahora con AI y aprendizaje automático. Pero ¿cómo funciona esto realmente y cuál es el papel de la AI en la robótica?

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

Sin AI, los robots no pueden detectar defectos en los productos en tiempo real ni adaptarse a pequeñas variaciones en los materiales o en su posicionamiento, lo que suele provocar procesos más lentos, más errores y un aumento del tiempo de inactividad. La AI en la fabricación permite a los robots ir más allá de las tareas sencillas y preprogramadas.

En concreto, gracias al aprendizaje automático en 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 según lo que ve e incluso detectar defectos o anomalías en tiempo real. Entre bastidores, la visión artificial es la fuerza impulsora de esta innovación.

Normalmente, un robot equipado con visión dispone de la infraestructura de hardware necesaria para ejecutar modelos de visión artificial como Ultralytics YOLO11. Al integrarlo con cámaras y visión artificial, el robot adquiere las capacidades del modelo subyacente. En el caso de YOLO11, esto significa que el robot puede realizar tareas de visión artificial, como detección, seguimiento y segmentación de objetos.

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. Por otro lado, la computación en el borde procesa los datos directamente en su origen, como un robot o un sensor, sin necesidad de 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 el proceso. Sin embargo, al utilizar la computación en el borde junto con el IoT, los fabricantes pueden procesar los datos al instante, lo que permite obtener respuestas en tiempo real y potenciar la automatización.

Un ejemplo claro de la colaboración entre la AI y el IoT en la fabricación es el mantenimiento predictivo. 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 se produzcan.

Para conseguirlo, los dispositivos IIoT deben seguir siendo plenamente funcionales y fiables. Al combinar la computación en el borde, la AI y la visión artificial, estos dispositivos pueden supervisar continuamente su propio estado, detectar cuándo necesitan mantenimiento o recargarse y activar automáticamente las acciones necesarias. Esto mantiene las máquinas funcionando correctamente, reduce los tiempos de inactividad no planificados y mejora la eficiencia general.

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

Ahora que entendemos mejor tecnologías como la AI, la visión artificial, el IoT y la computación en el borde, veamos cómo pueden trabajar juntas para hacer más eficiente la automatización de la fabricación.

El principal objetivo de la automatización es optimizar los procesos y hacerlos más rápidos, fiables y menos propensos a errores humanos. Por ejemplo, en una fábrica que ensambla productos electrónicos de consumo, como smartphones, los brazos robóticos equipados con visión pueden realizar con precisión la delicada tarea de colocar componentes diminutos sobre placas de circuitos.

Al mismo tiempo, los sistemas de visión basados en AI pueden inspeccionar cada paso del ensamblaje 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 realizar ajustes sobre la marcha, como pausar la línea o recalibrar un robot, sin esperar respuestas basadas en la nube. En conjunto, la fabricación automatizada puede crear una línea de producción más rápida, precisa y altamente adaptable, lo que se traduce en una mayor calidad de los productos y menores costes operativos.

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

El futuro de los robots industriales avanza rápidamente, con tecnologías como la AI de visión en la fabricación y el IoT desempeñando un papel importante. Gracias a estas herramientas, los robots pueden ver aquello en lo que trabajan, detectar defectos, comprobar la calidad de los productos y predecir problemas a medida que ocurren. Muchos fabricantes ya utilizan estos sistemas para hacer sus operaciones más eficientes y uniformes.

El mercado de la robótica industrial ha crecido de forma constante, y este crecimiento se debe a las continuas mejoras en robótica, al acceso más sencillo a ingenieros cualificados y al uso de la simulación y las pruebas virtuales. Estos avances permiten diseñar y ajustar robots para su uso en el mundo real con mayor rapidez. A medida que más fábricas adoptan herramientas digitales y automatización, se vuelven más flexibles, fiables y capaces de afrontar los retos del futuro.

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