Seguridad del robot en el ensamblaje colaborativo humano-robot

El ensamblaje colaborativo humano-robot está revolucionando la fabricación, ya que combina la destreza y adaptabilidad humanas con la precisión y resistencia de los robots. Sin embargo, es fundamental garantizar la seguridad de los robots en estos espacios de trabajo compartidos. Este artículo explora los aspectos críticos de la seguridad en entornos de colaboración humano-robot y analiza las tecnologías, normas y procedimientos que protegen a los trabajadores al tiempo que maximizan la productividad. Esta información es vital para cualquiera que participe en la implantación de robots colaborativos o trabaje junto a ellos. El artículo se centra en los entornos industriales.

1. ¿Qué es el ensamblaje colaborativo humano-robot?

El ensamblaje colaborativo humano-robot, también conocido como ensamblaje colaborativo, implica el trabajo conjunto de humanos y robots en un espacio de trabajo compartido para completar tareas de ensamblaje. A diferencia de las instalaciones tradicionales de robots industriales, en las que los robots trabajan aislados tras barreras de seguridad, los robots colaborativos (cobots) están diseñados para trabajar junto a los humanos, a menudo sin barreras físicas. Este enfoque combina los puntos fuertes de humanos y robots.

Los humanos aportan adaptabilidad, capacidad de resolución de problemas y destreza a la tarea, mientras que los robots ofrecen precisión, repetibilidad y capacidad para realizar tareas pesadas o repetitivas. Esta sinergia puede aumentar la productividad, mejorar la calidad y mejorar la ergonomía de los trabajadores humanos. La distinción clave es el espacio de trabajo compartido y la estrecha interacción entre el ser humano y el robot.

2. ¿Por qué es tan importante la seguridad en la colaboración entre humanos y robots?

La seguridad es primordial en cualquier entorno industrial, pero se vuelve aún más crítica en la colaboración humano-robot porque humanos y robots comparten el mismo espacio de trabajo y pueden interactuar directamente. Tradicionalmente, los robots industriales son máquinas potentes capaces de causar lesiones graves en caso de contacto. Incluso con robots colaborativos diseñados para una interacción más segura, sigue existiendo la posibilidad de que se produzcan daños si no se aplican correctamente las medidas de seguridad.

Las consecuencias de una colisión entre un robot y un ser humano pueden ir desde pequeñas contusiones a lesiones graves, o incluso mortales. Más allá de los riesgos físicos directos, también hay que tener en cuenta factores psicológicos. Los trabajadores necesitan sentirse seguros y confiar en el sistema robotizado para trabajar eficazmente a su lado. Por tanto, garantizar la seguridad del robot no es sólo una obligación legal y ética, sino también esencial para el éxito de cualquier aplicación colaborativa humano-robot.

3. ¿Cuáles son las principales normas de seguridad de los robots colaborativos?

Varias normas internacionales de seguridad regulan el diseño y la implantación de sistemas robóticos colaborativos. Una de las más importantes es la ISO/TS 15066, que proporciona directrices específicas para la seguridad de los robots colaborativos. Esta especificación técnica se basa en los requisitos generales de seguridad descritos en las normas ISO 10218-1 e ISO 10218-2, que cubren la seguridad de los robots industriales.

La norma ISO/TS 15066 proporciona información detallada sobre la evaluación de riesgos, las características de seguridad y los métodos de validación de las aplicaciones colaborativas. Define cuatro modos de funcionamiento colaborativo: Parada supervisada de seguridad, guiado manual, supervisión de velocidad y separación, y limitación de potencia y fuerza. El cumplimiento de estas normas de seguridad es crucial para garantizar que los sistemas robóticos colaborativos cumplen los requisitos de seguridad necesarios. Estas normas suelen exigir que los trabajadores tengan acceso a información detallada sobre los procedimientos de seguridad. La página con la información puede estar temporalmente inactiva o puede haberse trasladado permanentemente a una nueva dirección web.

4. ¿Cuáles son las principales características y tecnologías de seguridad utilizadas en los robots colaborativos?

Los robots colaborativos incorporan varias características y tecnologías de seguridad para minimizar el riesgo de daños a los trabajadores humanos. Entre ellas se incluyen:

• Limitación de potencia y fuerza (PFL): Se trata de una característica de seguridad fundamental de los cobots. Los robots PFL están diseñados para limitar la fuerza y la potencia que ejercen, garantizando que cualquier impacto con un ser humano se mantenga por debajo de los umbrales de seguridad. Esto se consigue a menudo mediante el uso de sensores sensibles de fuerza-par y articulaciones flexibles.
• Parada vigilada de seguridad: Esta función garantiza que el robot se detenga y permanezca detenido si una persona entra en una zona de seguridad definida. El robot sólo reanudará su funcionamiento cuando el ser humano haya abandonado la zona y se emita una orden de reanudación deliberada.
• Guiado manual: Esto permite a un operario mover manualmente el robot agarrándolo directamente. Los sensores del robot detectan la fuerza aplicada y mueven el brazo del robot en consecuencia. Suele utilizarse para enseñar al robot nuevas tareas o para realizar ajustes finos durante el montaje.
• Control de velocidad y separación: Esta estrategia utiliza sensores (por ejemplo, escáneres láser o sistemas de visión) para controlar la distancia entre el robot y la persona. La velocidad del robot se ajusta automáticamente en función de esta distancia, reduciendo la velocidad o deteniéndose a medida que el humano se acerca.

5. ¿Cómo se realiza la evaluación de riesgos en las aplicaciones colaborativas?

La evaluación de riesgos es un paso crucial en la implantación de cualquier aplicación de robots colaborativos. Implica la identificación de peligros potenciales, la evaluación de los riesgos asociados y la aplicación de medidas para mitigarlos. El proceso de evaluación de riesgos suele seguir un enfoque estructurado, como el descrito en la norma ISO 12100, la norma general para la seguridad de las máquinas.

La evaluación de riesgos debe tener en cuenta todos los aspectos de la aplicación colaborativa, incluidos el propio robot, el efector final (herramienta), la pieza de trabajo, el espacio de trabajo y las tareas humanas. También debe tener en cuenta posibles usos indebidos o imprevistos. El objetivo es reducir los riesgos a un nivel aceptable, garantizando la seguridad de los trabajadores. El resultado de la evaluación de riesgos sirve de base para seleccionar los dispositivos y estrategias de seguridad adecuados. La información de esa página puede estar temporalmente inactiva o puede haberse trasladado permanentemente a una nueva dirección web.

6. ¿Cuáles son las diferentes estrategias de seguridad para la colaboración entre humanos y robots?

Hay varias estrategias de seguridad diferentes que pueden emplearse en la colaboración humano-robot, dependiendo de la aplicación específica y de los resultados de la evaluación de riesgos. Estas estrategias suelen implicar una combinación de las características de seguridad descritas anteriormente.

• No se pretende contacto físico: En este escenario, el robot y el ser humano trabajan en la misma zona general, pero no están destinados a entrar en contacto directo. La seguridad suele garantizarse mediante la supervisión de la velocidad y la separación, así como mediante paradas de seguridad supervisadas.
• Posible contacto físico ocasional: Esta estrategia reconoce que puede producirse un contacto ocasional entre el robot y el ser humano, pero el robot está diseñado para limitar la fuerza y la potencia de dicho contacto a niveles seguros. La limitación de la fuerza y la potencia es una característica clave en este escenario.
• Contacto físico intencionado: En algunas aplicaciones, como el guiado manual, se requiere un contacto físico deliberado entre el robot y el ser humano. La seguridad depende de las características de seguridad inherentes al robot, como los sensores de fuerza-par y las articulaciones flexibles. La cooperación humano-robot tiene una gran influencia en la seguridad y la ergonomía de la robótica colaborativa industrial.

7. ¿Cómo contribuye el controlador del robot a la seguridad?

El controlador del robot es un componente esencial del sistema de seguridad. Es responsable de supervisar los sensores del robot, procesar las señales relacionadas con la seguridad y controlar el movimiento del robot. El controlador debe estar diseñado y certificado para cumplir las normas de seguridad pertinentes.

El controlador aplica la estrategia de seguridad elegida, como la supervisión de la velocidad y la separación o la limitación de la potencia y la fuerza. Supervisa continuamente la posición, la velocidad y la fuerza del robot, e inicia una parada de seguridad si se supera alguno de los límites predefinidos. El controlador también gestiona las entradas y salidas relacionadas con la seguridad, como los botones de parada de emergencia y las cortinas fotoeléctricas de seguridad. El controlador se utiliza para garantizar la seguridad.

8. ¿Qué papel desempeñan los sensores en la seguridad de los robots colaborativos?

Los sensores son los "ojos y oídos" del sistema de seguridad, ya que proporcionan información crucial sobre el entorno del robot y la presencia de personas. En función de la estrategia de seguridad específica, se utilizan distintos tipos de sensores.

• Sensores de fuerza-par: Estos sensores suelen estar integrados en las articulaciones o el efector final del robot y miden las fuerzas y pares que se aplican. Son esenciales para limitar la potencia y la fuerza y para el guiado manual.
• Escáneres láser: Estos sensores crean una zona de seguridad bidimensional alrededor del robot. Si un ser humano o un objeto entra en esta zona, el escáner lo detecta y envía una señal al controlador del robot.
• Sistemas de visión: Las cámaras y el software de procesamiento de imágenes pueden utilizarse para detectar la presencia y posición de personas en el espacio de trabajo. Esta información puede utilizarse para controlar la velocidad y la separación o para activar otras funciones de seguridad.
• Piel de robot: Sensor utilizado para detectar el tacto.

Estos sensores proporcionan datos en tiempo real al controlador del robot, lo que le permite reaccionar rápidamente ante posibles peligros y garantizar la seguridad de los trabajadores humanos.

9. ¿Cuáles son los procedimientos de seguridad específicos para el montaje en colaboración?

Además de las características técnicas de seguridad, los procedimientos de seguridad específicos son esenciales para un funcionamiento seguro en el ensamblaje colaborativo. Estos procedimientos deben definirse claramente y comunicarse a todo el personal que trabaje en el espacio de trabajo colaborativo.

• Formación: Los trabajadores deben recibir una formación completa sobre el funcionamiento del robot, los dispositivos de seguridad y los procedimientos de emergencia.
• Diseño del espacio de trabajo: El espacio de trabajo debe estar diseñado para minimizar el riesgo de colisiones y proporcionar indicaciones visuales claras sobre la zona de operaciones del robot.
• Inspecciones periódicas: El sistema del robot, incluidos los sensores y los dispositivos de seguridad, debe inspeccionarse y mantenerse periódicamente para garantizar su correcto funcionamiento.
• Procedimientos de emergencia: Deben existir procedimientos claros para responder a emergencias, como el mal funcionamiento de un robot o una colisión.

Estos procedimientos, combinados con las características técnicas de seguridad, crean un sistema de seguridad integral que protege a los trabajadores en entornos de colaboración humano-robot. Los procedimientos de seguridad deben ser accesibles para todos los miembros del equipo. El sitio web puede estar temporalmente inactivo o puede haberse trasladado permanentemente a una nueva dirección web.

10. ¿Cuál es el futuro de la seguridad en los sistemas de colaboración entre humanos y robots?

El campo de la colaboración entre humanos y robots está en constante evolución, y la tecnología de seguridad no deja de avanzar. Podemos esperar ver varias tendencias en el futuro:

• Sensores más sofisticados: Los avances en la tecnología de sensores, como los sistemas de visión 3D y los sensores táctiles, proporcionarán información aún más detallada sobre el entorno del robot, lo que aumentará su seguridad.
• Inteligencia Artificial (IA): La IA puede utilizarse para mejorar la capacidad del robot para predecir y reaccionar a los movimientos humanos, haciendo que las interacciones sean más seguras e intuitivas. Los algoritmos de aprendizaje automático pueden entrenarse para reconocer situaciones potencialmente peligrosas y activar las respuestas de seguridad adecuadas.
• Sistemas de seguridad adaptativos: Los futuros sistemas de seguridad podrán adaptarse a las condiciones cambiantes del espacio de trabajo, ajustando las zonas de seguridad y el comportamiento del robot en tiempo real en función de la tarea específica y de las acciones del ser humano.
• Mejora de la interacción entre humanos y robots: Los avances en interfaces de usuario y métodos de comunicación facilitarán a los humanos la comprensión e interacción con los robots, reduciendo el riesgo de malentendidos y errores.

Estos avances mejorarán aún más la seguridad y la eficacia de los sistemas de colaboración humano-robot, allanando el camino para una adopción aún más amplia de esta tecnología en diversas industrias.

Principales conclusiones

• El ensamblaje colaborativo humano-robot implica que humanos y robots trabajen juntos en un espacio de trabajo compartido.
• La seguridad es fundamental debido a la posibilidad de que se produzcan colisiones y lesiones en una interacción estrecha entre humanos y robots.
• Las principales normas de seguridad, como la ISO/TS 15066, proporcionan directrices para la seguridad de los robots colaborativos.
• Los robots colaborativos utilizan funciones de seguridad como la limitación de potencia y fuerza, las paradas controladas por seguridad y la supervisión de la velocidad y la separación.
• La evaluación de riesgos es crucial para identificar y mitigar los peligros potenciales.
• Se emplean distintas estrategias de seguridad en función del nivel de interacción entre humanos y robots.
• El controlador del robot desempeña un papel fundamental en la aplicación de las funciones de seguridad y la supervisión de los sensores.
• Los sensores, como los de fuerza-par, los escáneres láser y los sistemas de visión, proporcionan información crucial para la seguridad.
• Los procedimientos de seguridad específicos, incluida la formación y el diseño del espacio de trabajo, son esenciales para un funcionamiento seguro.
• El futuro de la seguridad en la colaboración humano-robot pasa por sensores más sofisticados, IA, sistemas adaptativos y una mejor interacción humano-robot.
• El sitio web con información sobre seguridad puede estar temporalmente fuera de servicio o puede haberse trasladado permanentemente a una nueva dirección web. Debemos estar preparados para tales situaciones.