Evolución y futuro de la robótica en la fabricación

Los trabajos industriales suelen implicar realizar las mismas tareas físicas una y otra vez, como levantar y montar piezas pesadas. Este tipo de tareas manuales pueden ser arriesgadas. En 2023 se registraron 5.283 accidentes laborales mortales solo en Estados Unidos.

Sin embargo, con el creciente uso de robots industriales inteligentes y tecnologías como la inteligencia artificial (IA) y la visión por ordenador, muchas de estas tareas de alto riesgo están siendo realizadas por máquinas. Los robots industriales son ahora capaces de levantar materiales pesados, inspeccionar equipos en busca de problemas y trabajar junto a las personas para mejorar la seguridad y la eficiencia en la fábrica.

En este artículo veremos cómo los robots industriales están cambiando el funcionamiento de las fábricas y contribuyendo 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 en las tareas de fabricación. En concreto, los robots de fabricación suelen construirse para levantar componentes pesados de productos, como piezas de automóviles o aviones, o para realizar tareas minúsculas y detalladas con gran rapidez, 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 estacionarios y estar construidos con un único brazo robótico. Normalmente, este brazo robótico puede moverse en varias direcciones y programarse para diferentes trabajos en la fabricación, como soldar, ensamblar o mover materiales. 

Los robots industriales son especialmente buenos para realizar trabajos repetitivos con rapidez y precisión sin necesidad de pausas, lo que los hace ideales para su uso en fábricas y almacenes. Como resultado, más de 4 millones de robots se utilizan en fábricas de todo el mundo. 

Tipos de robots industriales

Los robots en las fábricas son cada vez más comunes y están asumiendo una amplia gama de tareas. Estos son algunos de los distintos tipos de robots industriales y cómo se utilizan para que el trabajo en las fábricas sea más eficiente y seguro: 

• Robots cartesianos: También conocidos como robots de pórtico, estos robots se mueven a lo largo de líneas rectas utilizando tres articulaciones deslizantes a lo largo de los ejes X, Y y Z. Su sencillo diseño permite una gran 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 mediante múltiples articulaciones giratorias. Ofrecen flexibilidad y una amplia gama de movimientos, y se suelen utilizar 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 idóneos 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 utilizan una combinación de articulaciones 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, los robots SCARA utilizan dos articulaciones giratorias 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 sumergirnos en ejemplos concretos de cómo los robots industriales están marcando la diferencia, echemos un vistazo a la evolución de los robots en la fabricación y comprendamos mejor cómo ha cambiado la robótica industrial a lo largo de los años:

• Fabricación primitiva (antes de la robótica): Antes de la robótica, la fabricación se basaba exclusivamente en el trabajo manual y las herramientas básicas. La Revolución Industrial introdujo la energía de vapor, la maquinaria y las cadenas de montaje, que aumentaron la productividad pero hicieron que muchas tareas fueran repetitivas, peligrosas o intensivas en mano de obra.

• Introducción de los robots industriales (años 50 - 80): En 1954, George Devol inventa Unimate, el primer robot programable. En 1961, General Motors lo utilizó para fundición a presión y 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 (décadas de 1990 a 2000): Los robots se hicieron más rápidos, precisos y asequibles. Su uso se extendió a industrias como la electrónica, la farmacéutica y la alimentaria. La automatización flexible permitió a los robots realizar múltiples tareas con una reprogramación mínima.

• Auge de los robots colaborativos (desde 2010): Los robots colaborativos, o cobots, surgieron para trabajar de forma segura junto a los humanos. Con sensores, inteligencia artificial y sistemas de cámaras incorporados, pueden adaptarse a su entorno y ayudar en tareas complejas o delicadas.

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De cara al futuro, es probable que los robots industriales sean aún más inteligentes y adaptables. Los 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 solidaria y dinámica.

Ejemplos de robótica industrial

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

Robots industriales en la fabricación de aviones

La fabricación de aviones implica procesos complejos y delicados, especialmente en el caso de aviones grandes como el Boeing 777. Por ejemplo, el montaje de un solo 777 requiere más de 60.000 remaches. Tradicionalmente, esta tarea requería dos trabajadores: uno para manejar la pistola remachadora y otro para sujetar una barra de acero detrás del panel para fijar el remache. 

Este tipo de tareas pueden ser físicamente exigentes y provocar lesiones en brazos, espalda y hombros. Además, la precisión es fundamental en la fabricación de aviones, y hay poco margen para el error.

Para mejorar estos flujos de trabajo, Boeing ha adoptado robots industriales. En su fábrica 777 de Everett (Washington), la empresa introdujo el sistema Fuselage Automated Upright Build (FAUB), un proceso de montaje robotizado diseñado para automatizar el taladrado y remachado de las secciones del fuselaje.

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Una vez programados, estos robots pueden perforar decenas de miles de orificios perfectos para remaches. A diferencia de la antigua configuración con plataformas fijas, los robots FAUB son móviles y pueden desplazarse por las líneas de montaje sobre vehículos guiados. Una vez que los operarios colocan los paneles del fuselaje, los robots se encargan de taladrar y remachar, lo que aumenta la velocidad y la precisión. Este enfoque está en consonancia con la evolución reciente del sector de la robótica, que sigue impulsando soluciones más inteligentes, seguras y eficientes para la fabricación.

Fabricación de alimentos mediante 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 infantiles se gestiona mediante una línea de envasado totalmente automatizada. Los robots se encargan de tareas como trasladar las bandejas de alimentos llenas y selladas a las cajas de esterilización y, después, al embalaje para el 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 zonas concretas, Spot puede moverse libremente por la fábrica. Este concepto de automatización móvil y flexible es una tendencia creciente en el sector de la robótica.

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

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Fabricación de automóviles con ayuda de robots industriales

Los robots industriales siempre han sido una pieza clave en la fabricación de automóviles. De hecho, el 33% de todas las instalaciones de robots industriales en Estados Unidos se encuentran en la industria del automóvil. 

Un ejemplo interesante es la planta de BMW en Spartanburg en 2013. En esta instalación, personas y robots trabajaron 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 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. En primer lugar, los trabajadores colocaban y presionaban ligeramente la lámina adhesiva en su posición y, a continuación, los robots tomaban el relevo, utilizando cabezales de rodillos 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 un control constante de la calidad. Si el trabajo del robot se interrumpía en algún momento, un trabajador humano podía intervenir fácilmente y terminar la tarea manualmente, manteniendo la producción en marcha sin retrasos.

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Ventajas de la robótica en la fabricación

Veamos a continuación algunas de las principales ventajas del uso de 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 una micra.
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• Fiabilidad: Con una vida útil de hasta 100.000 horas sin fallos, los robots industriales pueden funcionar durante largos periodos de tiempo sin interrupción.
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• Mayor seguridad en el lugar de trabajo: Los robots también se encargan de tareas peligrosas, como trabajar en espacios reducidos o cerca de materiales peligrosos, lo que ayuda a reducir el 35% de las jornadas laborales perdidas por lesiones.

• Aumentar la productividad: A diferencia de los humanos, los robots no necesitan pausas, días libres ni descanso. Pueden trabajar las 24 horas del día, lo que puede aumentar considerablemente la productividad. 

• Rentabilidad: Aunque la compra e instalación de estos robots puede resultar cara al principio, con el tiempo suponen un ahorro considerable. Disminuyen los costes de mano de obra, reducen 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 hacer grandes cambios. Esto significa que los fabricantes pueden responder rápidamente a la creciente demanda y mantenerse flexibles en un mercado cambiante.

Retos y limitaciones de la robótica en la fabricación

Aunque los robots industriales ofrecen muchas ventajas, también plantean algunos retos, sobre todo en lo que respecta a los conocimientos técnicos y el mantenimiento. Estos robots en las fábricas requieren profesionales cualificados para programarlos, manejarlos y mantenerlos. 

Aunque muchos robots que se utilizan hoy en día en la industria emplean inteligencia artificial y aprendizaje automático, siguen necesitando un mantenimiento regular para evitar averías. Si un equipo de fabricantes aún no tiene estos conocimientos, formar al personal puede resultar caro y llevar mucho tiempo.

Curiosamente, la solución a estos retos también viene de la mano de la IA de visión, más concretamente de la visión por ordenador, que es una rama de la IA centrada 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. La información obtenida del seguimiento de estos robots con YOLO11 puede utilizarse para detectar problemas con antelación (lo que se conoce como mantenimiento predictivo). De este modo se reduce la necesidad de supervisión experta y se reducen las averías inesperadas.

Además, la visión por ordenador puede ayudar a crear gemelos digitales en tiempo real. Los gemelos digitales son modelos virtuales de máquinas y robots físicos, construidos a partir de datos visuales recogidos en el entorno de fabricación. 

Los gemelos digitales permiten a los fabricantes supervisar los equipos en tiempo real, detectar problemas antes de que provoquen interrupciones y probar mejoras en los procesos sin interrumpir la producción real. Esta tecnología proporciona un rendimiento más uniforme, mejora la toma de decisiones y reduce los costosos tiempos de inactividad.

Tecnologías de inteligencia artificial y aprendizaje automático

Al hablar de los retos que plantea el uso de robots industriales, hemos visto que muchos de ellos se basan ahora en 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 en los que la flexibilidad, la velocidad y la precisión son esenciales. 

Sin la IA, los robots no pueden detectar defectos en los productos en tiempo real ni ajustarse a ligeras variaciones en los materiales o la posición, lo que a menudo da lugar a procesos más lentos, más errores y más tiempo de inactividad. La IA en la fabricación está permitiendo a los robots ir más allá de las tareas simples y preprogramadas. 

En concreto, 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 cadena de montaje, ajustar sus movimientos en función de lo que ve e incluso detectar defectos o anomalías en tiempo real. Entre bastidores, la visión por ordenador es el motor de esta innovación.

Normalmente, un robot dotado de visión está equipado con la infraestructura de hardware necesaria para ejecutar modelos de visión por ordenador como Ultralytics YOLO11. Cuando se integra con cámaras y visión por ordenador, un robot adquiere las capacidades del modelo subyacente. En el caso de YOLO11, esto significa que un robot puede realizar tareas de visión por ordenador como la detección, el seguimiento y la segmentación de objetos.

El impacto del Internet de los objetos (IoT) 

Otro par de conceptos relacionados con los robots industriales son IoT en la fabricación y edge computing. IoT hace referencia a una red de dispositivos conectados que recopilan y comparten datos (principalmente a través de Internet). Por otro lado, la computación de borde gestiona 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 IoT (IIoT) recopilan grandes cantidades de datos, enviarlos a un sistema central en la nube para su análisis puede provocar retrasos (lo que se conoce como latencia) y ralentizar las cosas. Pero al utilizar edge computing junto con 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 cómo la IA y el IoT trabajan juntos 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 lograrlo, los dispositivos IIoT tienen que seguir siendo totalmente funcionales y fiables. Combinando edge computing, IA y visión por ordenador, estos dispositivos pueden supervisar continuamente su propio estado, detectar cuándo es necesario realizar tareas de mantenimiento o recarga y activar automáticamente las acciones necesarias. De este modo, las máquinas funcionan sin problemas, se reduce el tiempo de inactividad imprevisto y se mejora la eficiencia general.

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

Ahora que conocemos mejor tecnologías como la IA, la visión por ordenador, el IoT y la computación de borde, exploremos cómo pueden trabajar juntas para hacer más eficiente la automatización de la fabricación. 

El principal objetivo 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 realizar con precisión la delicada tarea de colocar componentes diminutos en las placas de circuitos. 

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

Con la computación de borde, el sistema puede procesar instantáneamente estos datos y realizar ajustes sobre el terreno, como detener 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 avanza rápidamente, con tecnologías como Vision AI en la fabricación y el IoT desempeñando un papel fundamental. Con estas herramientas, los robots pueden ver en qué están trabajando, detectar defectos, comprobar la calidad del producto y predecir problemas en el momento en que se producen. Muchos fabricantes ya utilizan estos sistemas para que sus operaciones sean más eficientes y coherentes.

El mercado de la robótica industrial no ha dejado de crecer, y este crecimiento se debe a las constantes mejoras de la robótica, el acceso más fácil a ingenieros cualificados y el uso de la simulación y las pruebas virtuales. Estos avances agilizan el diseño y la puesta a punto de robots para su uso en el mundo real. A medida que más fábricas adoptan herramientas digitales y automatización, se vuelven más flexibles, fiables y preparadas para afrontar retos futuros.

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