Robots con capacidad cognitiva para potenciar los procesos de producción de las pymes
Para que los robots industriales puedan cumplir algo más que tareas repetitivas, los artífices del proyecto SMEROBOTICS (The European Robotics Initiative for Strengthening the Competitiveness of SMEs in Manufacturing by integrating aspects of cognitive systems) se propusieron mejorarlos dotándolos de capacidades cognitivas. «La cinemática de un robot estándar de seis o siete ejes permite adoptar posiciones y orientaciones casi a voluntad, dentro de su rango, y eso con gran precisión y velocidad. Pero para poder realizar toda clase de tareas útiles, los robots deberán contar con sensores, pinzas y otros utensilios. Además, para llevar a cabo una tarea dada, tienen que estar integrados en la instalación de producción y colaborar con otros sistemas. Para lograr todo esto se requiere un software complejo, el cual se obtiene al cabo de un proceso costoso y va en detrimento de la flexibilidad de la maquinaria», informó Martin Hägele, coordinador de SMEROBOTICS y jefe del Departamento de Sistemas Robóticos y de Asistencia del Instituto Fraunhofer. Así pues, desarrollar un sistema robótico requiere tiempo y dinero. Sólo es viable económicamente si el robot funciona y realiza la misma tarea constantemente, durante el máximo tiempo posible, para amortizar al máximo su coste. Todo esto choca con las necesidades de producción de una pyme. Hägele y su equipo opinan que la solución pasa por construir robots «cognitivos», es decir, dotarlos de capacidades avanzadas de planificación, razonamiento y procesado de datos registrados por sensores. Robots inteligentes que trabajan mano a mano con humanos A diferencia de sus predecesores, a un robot cognitivo se le puede decir qué tiene que hacer pero no es necesario indicarle cómo. «El trabajador puede marcar las superficies de las piezas de trabajo que hay que unir para ensamblar en una interfaz gráfica de usuario, o bien definir gráficamente dónde colocar grandes planchas de madera y dónde ponerles clavos. El sistema calcula automáticamente las trayectorias robóticas necesarias, incluso los cambios de herramienta que corresponda, y finalmente realiza la tarea», explica Hägele. Las capacidades cognitivas del robot le permiten monitorizar cierto proceso y detectar desviaciones y errores. Es capaz de aprender por observación, razonar sobre las causas de errores, realizar adaptaciones automáticamente para ajustarse al proceso normal y solicitar interacción con el usuario para introducir medidas correctivas si la importancia de la variación así lo aconseja. El sistema aprende de las respuestas del usuario para aumentar la exactitud de sus mensajes y soluciones recomendadas. Por último, permite la compatibilidad entre sistemas de distintos proveedores gracias a un «código de pegamento» (glue code) que realiza conversiones entre las normas de los distintos fabricantes (tarea realizada hasta ahora exclusivamente por especialistas en programación). Otra prioridad para el consorcio era potenciar la cooperación entre humanos y máquinas. En una pyme, los trabajadores poseen implícitamente la mayor parte de los conocimientos. Intentos previos de hacer explícitos estos conocimientos programándolos en un sistema robótico estándar sólo tuvieron un éxito limitado. «Es como cocinar —señala Hägele—. Es sencillo anotar todos los ingredientes de una receta, redactar instrucciones especificando el orden en el que se añaden, las cantidades y los tiempos, pero es prácticamente imposible detallar cómo se sabe que la pieza está lista. La única forma de aprender a hacerlo bien es aprender de un maestro». En SMEROBOTICS, el maestro es el trabajador especializado y el sistema robótico, el aprendiz. «El proceso de trabajo típico sería el siguiente: El sistema explora las piezas de trabajo nuevas, reconoce automáticamente las juntas de soldadura necesarias según los modelos de CAD facilitados o bien según heurística geométrica, y muestra al soldador las indicaciones y los parámetros adecuados. A continuación, genera automáticamente el programa de soldadura», explica Hägele. «El soldador puede introducir cambios en el programa a través de una interfaz de usuario intuitiva o bien ordena que se ejecute de inmediato. El sistema aprende de los cambios que se hayan señalado y los tiene en cuenta en tareas posteriores. Gracias a algoritmos vanguardistas de aprendizaje automático, el sistema puede registrar y analizar muchas tareas distintas de soldadura y deducir reglas para la ejecución óptima de cualquier tarea nueva. En esta colaboración se conjugan los conocimientos del especialista en soldadura, por un lado, y el control constante de la calidad del proceso del robot soldador, por el otro. A esto lo llamamos "colaboración simbiótica entre humano y robot". El trabajador se beneficia de la fortaleza, precisión y resistencia del robot, mientras que el robot se beneficia de la experiencia y los conocimientos del trabajador». Del laboratorio al mercado SMEROBOTICS ha desarrollado varios componentes tecnológicos para integradores de sistemas y también celdas de trabajo completas para los emplazamientos de los usuarios finales. Sus tecnologías abarcan el ensamblaje, la soldadura y la carpintería, y también otros casos de uso típicos. Representantes del proyecto mostraron el pasado mes de junio, con motivo de la feria comercial AUTOMATICA, ocho celdas de trabajo funcionales y otras tres tecnologías. Un ejemplo fue «CoWeldRob», una celda para soldadura continua de componentes preensamblados en unos pocos pasos sencillos que ya ha reducido veinte o treinta veces los tiempos de producción de un pequeño negocio familiar de soldadura. Otras propuestas fueron un robot de dos brazos que actúa como un trabajador humano y que es capaz de soldar componentes grandes para construcción y sectores similares, y una celda con rangos de tolerancia milimétrica cuyas pruebas ya han indicado un 30 % menos de errores en operaciones de ensamblaje que con el actual proceso manual. El consorcio trabaja estrechamente con pymes interesadas desde el principio del proyecto y, desde su finalización en junio de 2016, está en busca de usuarios finales con los que poner en práctica las celdas en sus casos de uso específicos. Los módulos de software para programación intuitiva y generación de programas se ofrecen como componentes autónomos y están listos para que proveedores de tecnologías informáticas industriales y de automatización los integren en sus propios sistemas. Los componentes y tecnologías resultantes pueden implantarse por separado en el sistema de producción de una pyme o bien integrarse en conjunto como celda de trabajo. «Se prevé que en un plazo de doce meses se transformen en productos comerciales la celda de soldadura y la unidad de válvulas hidráulicas. Tenemos planes similares, aunque menos concretos, para el sistema de soldadura de dos brazos y para algunos de los servicios de software desarrollados en el proyecto», concluye Hägele.
Palabras clave
Robótica, SMEROBOTICS, pymes, fabricación, proceso de producción
