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La robótica en la fabricación está evolucionando hacia sistemas impulsados por IA, aprovechando el aprendizaje automático y la automatización. Descubra cómo transformar su proceso de fabricación.
Los trabajos industriales a menudo implican realizar las mismas tareas físicas una y otra vez, como levantar y ensamblar piezas pesadas. Este tipo de tareas manuales pueden ser riesgosas. Solo en Estados Unidos, en 2023, se reportaron 5283 lesiones laborales mortales.
Sin embargo, con el creciente uso de robots industriales inteligentes y tecnologías como la inteligencia artificial (IA) y la visión artificial, muchas de estas tareas de alto riesgo ahora están siendo manejadas por máquinas. Los robots en la fabricación ahora pueden levantar materiales pesados, inspeccionar equipos en busca de problemas y trabajar junto con las personas para mejorar la seguridad y la eficiencia en la fábrica.
En este artículo, echaremos un vistazo a cómo los robots industriales están cambiando la forma en que funcionan las fábricas y ayudando a crear lugares de trabajo más seguros y productivos. ¡Empecemos!
¿Qué son los robots industriales?
Los robots industriales son máquinas inteligentes diseñadas específicamente para ayudar con las tareas de fabricación. En particular, los robots en la fabricación generalmente están construidos para levantar componentes pesados de productos, como piezas de automóviles o aviones, o para manejar tareas diminutas y detalladas muy rápidamente, como el ensamblaje de circuitos electrónicos o el empaquetado de productos.
A diferencia de los robots humanoides que a menudo vemos en películas de ciencia ficción como Terminator o Yo, Robot, los robots industriales son generalmente estacionarios y están construidos con un solo brazo robótico. Normalmente, este brazo robótico puede moverse en varias direcciones y ser programado para diferentes trabajos en la fabricación, como soldadura, ensamblaje o movimiento de materiales.
Los robots industriales son especialmente buenos para realizar trabajos repetitivos de forma rápida y precisa sin necesidad de descansos, lo que los hace ideales para su uso en fábricas y almacenes. Como resultado, se utilizan más de 4 millones de robots en fábricas a nivel mundial.
Tipos de robots industriales
Los robots en las fábricas son cada vez más comunes y asumen una amplia gama de tareas. Estos son algunos tipos diferentes de robots industriales y cómo se utilizan para que el trabajo en la fábrica sea más eficiente y seguro:
Robots cartesianos: También conocidos como robots pórtico, estos robots se mueven a lo largo de líneas rectas utilizando tres juntas deslizantes a lo largo de los ejes X, Y y Z. Su diseño simple permite una alta precisión, lo que los hace ideales para tareas de fabricación y automatización.
Robots articulados: Estos robots de brazo articulado imitan el movimiento de un brazo humano utilizando múltiples articulaciones rotatorias. Ofrecen flexibilidad, un amplio rango de movimiento y se utilizan comúnmente en el ensamblaje, la pintura y el embalaje.
Robots Delta: Con tres brazos ligeros conectados a una base triangular, los robots delta están construidos para la velocidad y la agilidad. Son muy adecuados para operaciones de recogida y colocación de alta velocidad, especialmente en la industria del embalaje.
Robots polares: Entre los primeros tipos de robots industriales, los robots polares utilizan una combinación de juntas rotativas y lineales para proporcionar un rango de movimiento esférico. Son útiles para tareas que requieren un alcance amplio y multidireccional.
Robots SCARA: Abreviatura de Selective Compliance Assembly Robot Arm (brazo robótico de montaje de cumplimiento selectivo), los robots SCARA utilizan dos articulaciones rotativas y una articulación 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 profundizar en ejemplos específicos de cómo los robots industriales están marcando la diferencia, echemos un vistazo a la evolución de los robots en la fabricación y obtengamos una mejor comprensión de cómo ha cambiado la robótica industrial a lo largo de los años:
Fabricación temprana (era pre-robótica): Antes de la robótica, la fabricación dependía totalmente de la mano de obra manual y las herramientas básicas. La Revolución Industrial introdujo la energía de vapor, la maquinaria y las líneas de montaje, lo que impulsó la productividad, pero aún dejaba muchas tareas repetitivas, peligrosas o que requerían mucha mano de obra.
Introducción de robots industriales (1950s - 1980s): En 1954, George Devol inventó Unimate, el primer robot programable. En 1961, General Motors lo había desplegado para la fundición a presión y la soldadura, y se convirtió en el primer robot industrial en uso. Esto marcó un cambio importante, automatizando tareas peligrosas y repetitivas, especialmente en la fabricación de automóviles.
Expansión y perfeccionamiento (1990s - 2000s): Los robots se volvieron más rápidos, precisos y asequibles. Su uso se extendió a industrias como la electrónica, la farmacéutica y el procesamiento de alimentos. La automatización flexible hizo posible que los robots realizaran múltiples tareas con una mínima reprogramación.
Auge de los robots colaborativos (2010s - presente): Los robots colaborativos, o cobots, surgieron para trabajar de forma segura junto a los humanos. Con sensores incorporados, IA y sistemas de cámaras, pueden adaptarse a su entorno y ayudar con tareas complejas o delicadas.
De cara al futuro, es probable que los robots industriales se vuelvan aún más inteligentes y adaptables. Los investigadores e ingenieros están trabajando activamente en tecnologías que permitan a los robots aprender, adaptarse a nuevas situaciones y colaborar más estrechamente con las personas de forma solidaria y dinámica.
Ejemplos de robótica industrial
A continuación, exploraremos ejemplos reales de robots en la fabricación y cómo se están utilizando en la planta de producción.
Robots industriales en la fabricación de aeronaves
La fabricación de aeronaves implica procesos complejos y delicados, especialmente para aeronaves grandes como el Boeing 777. Por ejemplo, el ensamblaje de un solo 777 requiere más de 60,000 remaches. Tradicionalmente, esta tarea involucraba a dos trabajadores: uno para operar la remachadora y otro para sostener una barra de acero detrás del panel para asegurar el sujetador.
Este tipo de tareas pueden ser exigentes físicamente y provocar lesiones en brazos, espalda y hombros. Además de esto, la precisión es fundamental en la fabricación de aeronaves y hay poco margen de error.
Para mejorar estos flujos de trabajo, Boeing ha adoptado robots industriales. En su fábrica 777 en Everett, Washington, la compañía 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 Boeing. (Fuente)
Una vez programados, estos robots pueden perforar decenas de miles de agujeros perfectos para remaches. A diferencia de la configuración anterior con plataformas fijas, los robots FAUB son móviles y pueden desplazarse por las líneas de montaje en vehículos guiados. Después de que los trabajadores coloquen los paneles del fuselaje, los robots se encargan de la perforación y el remachado, lo que aumenta tanto la velocidad como la precisión. Este enfoque se alinea con los recientes avances en la industria de la robótica, que sigue impulsando soluciones más inteligentes, seguras y eficientes en la fabricación.
Fabricación de alimentos habilitada por robots industriales
Los robots en la fabricación también se están adoptando ampliamente en la industria alimentaria. En la fábrica de Nestlé en Alemania, por ejemplo, la producción de alimentos para bebés se gestiona a través de 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, posteriormente, 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 los problemas de mantenimiento en todas sus instalaciones. A diferencia de los sensores fijos tradicionales que solo pueden detectar problemas en áreas específicas, Spot puede moverse libremente por la fábrica. Este concepto de automatización móvil y flexible es una tendencia creciente en la industria de la robótica.
Spot puede subir escaleras, navegar por espacios reducidos y desenvolverse en suelos irregulares. Está equipado con sensores especiales que le ayudan a revisar máquinas de fábrica como motores y compresores en busca de calor, ruido u otras señales de advertencia. Spot también puede detectar fácilmente los problemas a tiempo, lo que ayuda a solucionar los problemas antes de que se agraven.
Fig. 3. Spot, un robot industrial, inspeccionando una planta de fabricación de alimentos. (Fuente)
Fabricación de coches con la ayuda de robots industriales
Los robots industriales siempre han sido una parte clave de la fabricación de automóviles. De hecho, el 33% de todas las instalaciones de robots industriales en los EE. UU. se encuentran en la industria automotriz.
Un ejemplo interesante de esto es la planta de BMW en Spartanburg en 2013. En esta instalación, personas y robots trabajaban lado a lado en la línea de montaje de puertas sin vallas de seguridad, convirtiéndola en la primera instalación de BMW en utilizar este tipo de colaboración directa entre humanos y robots en la producción regular.
Se utilizaron cuatro robots para instalar aislamiento acústico y contra la humedad en el interior de las puertas de los modelos BMW X3. Los trabajadores primero colocaban y presionaban ligeramente la lámina adhesiva en su posición, y luego los robots tomaban el relevo, utilizando cabezales de rodillo para completar el trabajo con alta precisión.
El sistema estaba totalmente automatizado y podía medir la presión exacta aplicada durante el proceso, lo que permitía una supervisión constante de la calidad. Si el trabajo del robot se interrumpía alguna vez, un trabajador humano podía intervenir fácilmente y terminar la tarea manualmente, manteniendo la producción en marcha sin demoras.
Fig. 4. Robots trabajando junto a operarios en una planta de fabricación de automóviles. (Fuente)
Beneficios de la robótica en la fabricación
A continuación, analicemos más de cerca algunos de los beneficios clave del uso de robots en la fabricación.
Precisión y exactitud: Los robots industriales proporcionan altos niveles de precisión y velocidad. Algunos son capaces de realizar tareas con una precisión de una micra.
Fiabilidad: Con una vida útil de hasta 100.000 horas sin fallos, los robots industriales pueden funcionar durante largos periodos de tiempo sin interrupción.
Seguridad laboral mejorada: Los robots también se encargan de tareas peligrosas, como trabajar en espacios confinados o cerca de materiales peligrosos, lo que ayuda a reducir el 35% de los días de trabajo perdidos debido a lesiones.
Aumentar la productividad: A diferencia de los humanos, los robots no necesitan descansos, días libres o reposo. Pueden trabajar las 24 horas del día, lo que puede aumentar significativamente la productividad.
Rentabilidad: Si bien la compra e instalación de estos robots puede ser costosa al principio, a largo plazo supone un ahorro significativo. Reducen los costes de mano de obra, disminuyen los posibles errores y reducen los gastos relacionados con lesiones.
Escalabilidad: Una vez que los robots están configurados, los fabricantes pueden aumentar la producción más fácilmente sin necesidad de contratar trabajadores adicionales o realizar cambios importantes. Esto significa que los fabricantes pueden responder rápidamente al crecimiento de la demanda y mantenerse flexibles en un mercado cambiante.
Retos y limitaciones de la robótica en la fabricación
Si bien los robots industriales ofrecen muchas ventajas, también presentan algunos desafíos, especialmente con respecto a la experiencia y el mantenimiento. Estos robots en las fábricas requieren profesionales cualificados para programarlos, operarlos y mantenerlos.
Aunque muchos robots en casos de uso industrial hoy en día utilizan inteligencia artificial y aprendizaje automático, todavía requieren un servicio regular para evitar averías. Si un equipo de fabricantes aún no tiene este conocimiento, la capacitación del personal puede ser costosa y llevar mucho tiempo.
Curiosamente, la solución a estos desafíos también viene en forma de Vision AI, más concretamente, la visión artificial, que es una rama de la IA que se centra en la comprensión de los datos visuales. Por ejemplo, los modelos de visión artificial como Ultralytics YOLO11 pueden entrenarse para detectar y rastrear robots industriales. Los conocimientos obtenidos del seguimiento de estos robots mediante YOLO11 pueden utilizarse para detectar problemas de forma temprana (lo que se conoce como mantenimiento predictivo). Esto reduce la necesidad de supervisión por parte de expertos y disminuye las averías inesperadas.
Más allá de esto, la visión artificial también puede apoyar la creación de gemelos digitales en tiempo real. Los gemelos digitales son modelos virtuales de máquinas físicas y robots, construidos utilizando datos visuales recogidos del entorno de fabricación.
Los gemelos digitales permiten a los fabricantes supervisar los equipos en tiempo real, identificar problemas antes de que causen interrupciones y probar las mejoras de los procesos sin interrumpir la producción real. Esta tecnología impulsa un rendimiento más consistente, mejora la toma de decisiones y reduce los costosos tiempos de inactividad.
Inteligencia artificial y tecnologías de aprendizaje automático
Al analizar los desafíos del uso de robots industriales, vimos que muchos ahora están impulsados por la IA y el aprendizaje automático. Pero, ¿cómo funciona esto realmente y cuál es el papel de 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. Esto los hace menos eficientes en entornos donde la flexibilidad, la velocidad y la precisión son esenciales.
Sin IA, los robots no pueden detectar defectos de productos en tiempo real ni adaptarse a ligeras variaciones en los materiales o el posicionamiento, lo que a menudo conduce a procesos más lentos, más errores y un mayor tiempo de inactividad. La IA en la fabricación está permitiendo que los robots vayan más allá de las tareas simples y preprogramadas.
Específicamente, con el 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 con visión puede identificar diferentes objetos en una línea de montaje, ajustar sus movimientos en función de 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 con capacidad de visión está equipado con la infraestructura de hardware necesaria para ejecutar modelos de visión artificial como Ultralytics YOLO11. Cuando se integra con cámaras y visión artificial, un robot adquiere las capacidades del modelo subyacente. En el caso de YOLO11, esto significa que un robot puede realizar tareas de visión artificial como la detección, el seguimiento y la segmentación de objetos.
El impacto del Internet de las Cosas (IoT)
Otro par de conceptos relacionados con los robots industriales son el IoT en la fabricación y el edge computing. IoT se refiere a una red de dispositivos conectados que recopilan y comparten datos (principalmente a través de Internet). Por otro lado, el edge computing maneja los datos directamente en la fuente, como un robot o un sensor, sin necesidad de enviarlos primero a un servidor central.
Cuando los dispositivos industriales de IoT (IIoT) recopilan grandes cantidades de datos, enviarlos a un sistema central en la nube para su análisis puede causar retrasos (conocidos como latencia) y ralentizar las cosas. Pero al usar la computación perimetral 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 claro ejemplo de la IA y el IoT trabajando juntos en la fabricación es el mantenimiento predictivo. En las fábricas inteligentes, uno de los principales objetivos de la Industria 4.0 es anticipar los fallos de los equipos antes de que ocurran.
Para lograr esto, los dispositivos IIoT deben seguir siendo totalmente funcionales y fiables. Al combinar la computación perimetral, la IA y la visión artificial, estos dispositivos pueden supervisar continuamente su propio estado, detectar cuándo es necesario realizar el mantenimiento o la recarga, y activar automáticamente las acciones necesarias. Esto mantiene las máquinas funcionando sin problemas, reduce el tiempo de inactividad no planificado y mejora la eficiencia general.
Cómo la automatización y la robótica mejoran la eficiencia de la fabricación
Ahora que tenemos una mejor comprensión de tecnologías como la IA, la visión artificial, el IoT y la computación perimetral, exploremos cómo pueden trabajar juntas para hacer que la automatización de la fabricación sea más eficiente.
El objetivo principal de la automatización es agilizar los procesos y hacerlos más rápidos, fiables y menos propensos a errores humanos. Tomemos, por ejemplo, una fábrica que ensambla productos electrónicos de consumo, como teléfonos inteligentes. Los brazos robóticos con visión artificial pueden encargarse de la delicada tarea de colocar componentes diminutos en las placas de circuito con precisión.
Al mismo tiempo, los sistemas de visión basados en IA pueden inspeccionar cada paso del ensamblaje, identificando defectos como piezas mal alineadas o uniones de soldadura defectuosas en tiempo real. Mientras tanto, los sensores de IoT pueden supervisar factores ambientales como la temperatura, el polvo y las vibraciones, que podrían afectar a la calidad de los componentes sensibles.
Con el edge computing, el sistema puede procesar instantáneamente estos datos 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 adaptable, lo que se traduce en una mayor calidad del producto y menores costes operativos.
¿Cómo está transformando la robótica el futuro de la fabricación?
El futuro de los robots industriales se está moviendo rápidamente, con tecnologías como Vision AI en la fabricación y el IoT jugando un papel importante. Con estas herramientas, los robots pueden ver en qué están trabajando, detectar defectos, verificar la calidad del producto y predecir problemas a medida que ocurren. Muchos fabricantes ya están utilizando estos sistemas para hacer que sus operaciones sean más eficientes y consistentes.
El mercado de la robótica industrial ha estado creciendo de manera constante, y este crecimiento proviene de las mejoras constantes en la robótica, un acceso más fácil a ingenieros cualificados y el uso de la simulación y las pruebas virtuales. Estos desarrollos hacen que sea más rápido diseñar y ajustar los robots para su uso en el mundo real. A medida que más fábricas adoptan herramientas digitales y automatización, se vuelven más flexibles, fiables y están mejor preparadas para afrontar los retos futuros.
