RB-VOGUI, robot colaborativo para el transporte en exteriores en la industria
El centro tecnológico Eurecat y la empresa Robotnik han desarrollado un robot terrestre altamente modular, autónomo y colaborativo pensado para el transporte autónomo de materiales en los sectores de la industria y de la construcción, cuyo diseño aporta un esquema avanzado de colaboración humano-robot.
Desarrollado dentro del proyecto europeo COBOLLEAGUE, el robot está enfocado a la navegación autónoma en entornos industriales exteriores, que se caracterizan por ser terrenos irregulares y por tener una gran variedad de obstáculos estáticos y dinámicos.
Se trata de una base móvil modular todoterreno de alta movilidad diseñada para el transporte de cargas de hasta 200 Kg. Su diseño incluye recursos que permiten el seguimiento de personas, la detección de gestos y el control basado en la voz.
El robot es capaz de generar un mapa de su entorno y localizarse y navegar en él de forma fiable y segura, siendo capaz de realizar tareas de transporte entre plantas o tareas de transporte de última milla. Además, este mapa sirve para identificar todos los obstáculos, así como posibles acantilados y huecos por donde puede caer el robot o recopilar datos en entornos de la construcción que luego se pueden usar junto con el sistema de modelado de información para la edificación BIM (Building Information Modeling).
Según Roberto Guzmán, CEO de Robotnik, “el proyecto COBOLLEAGUE pone de manifiesto, una vez más, la utilidad de la robótica móvil para aplicaciones en las que se realizan tareas repetitivas, en este caso, automatizando el transporte exterior en industria y construcción. Nuestra experiencia de casi 20 años en robótica de servicio nos permite adaptar nuestros robots de propósito general a diferentes verticales, pudiendo aportar soluciones móviles en una gran variedad de aplicaciones y sectores”.
En palabras del director de la Unidad de Robótica y Automatización de Eurecat, Daniel Serrano, “tras más de una década de I+D en localización y navegación autónoma, en este proyecto hemos logrado desarrollar una localización y mapeado en 3D que aprovecha el modelo del edificio extraído directamente de BIM. Este proyecto demuestra el potencial de la aplicación de robots de servicios en el sector de la construcción donde hay recorrido de futuro”.
Dentro del proyecto, Robotnik ha sido responsable de la provisión de la solución mecatrónica y del desarrollo del diseño conceptual, la seguridad y los factores humanos, así como de la validación de casos de negocios y el compromiso industrial. Se ha desarrollado una nueva configuración cinemática que dota de mayor movilidad a un chasis del robot RB-VOGUI y le permite realizar tareas de transporte autónomo en entornos urbanos o en entornos poco estructurados con terrenos difíciles. Se ha desarrollado un sistema de localización y navegación láser 3D que ha demostrado funcionar de forma sólida, tanto en interiores como en exteriores.
Por su parte, Eurecat se ha encargado de desarrollar una interfaz basada en BIM (Building Information Model) que procesa la información del edificio en 3D, añadiendo datos estructurales a un sistema de localización y mapeo simultáneo (SLAM, por sus siglas en inglés), utilizado por un robot móvil. Esto permite al robot acceder a un mapa 3D del modelo de referencia y determinar su propia localización en el entorno de construcción, ahorrando tiempo y pudiendo realizar la navegación autónoma a un destino, sin tener que haber explorado previamente el mapa.
Además, la implementación de Eurecat permite realizar un seguimiento del estado de la construcción y marcar las actualizaciones del modelo de referencia, una característica relevante para la industria de la construcción. Eurecat también proporciona la integración de una interfaz trabajador-robot multimodal, lo que permite que el robot siga a los trabajadores de forma totalmente segura.
COBOLLEAGUE ha sido apoyado por el proyecto ESMERA (European SMEs Robotics Applications), en su convocatoria de soluciones robóticas a desafíos industriales. ESMERA es un consorcio formado por cuatro centros tecnológicos (el Laboratorio para sistemas de fabricación y automatización de la Universidad de Patras; el Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives; y la Fundación Tekniker y Technische Universität München), y tres partners industriales (Blue Ocean Robotics; COMAU; y R.U. Robots).
Vídeo demostrativo aquí.
Fábricas inteligentes o cómo la robótica está liderando los cambios de la industria
Las fábricas inteligentes se caracterizan por contar con un elevado nivel de automatización y digitalización basado en la integración de las tecnologías más innovadoras, con el propósito de lograr la máxima productividad y crear procesos más flexibles y ágiles.
Este tipo de fábricas operan dentro de la llamada Industria 4.0, también conocida como Industria Conectada. En esta industria lo más destacable es cómo se crean flujos de datos e información, y la participación de robots y humanos en esos procesos.
En las fábricas inteligentes tiene un papel reseñable la robótica móvil: robots autónomos y colaborativos que automatizan procesos y crean entornos de trabajo más seguros y productivos, donde robots y operarios aportan sus mejores cualidades y capacidades.
¿Cuáles son las características de una fábrica inteligente?
Para comprender por qué la robótica colaborativa es uno de los actores clave en la Industria 4.0, promoviendo cambios innovadores y creando nuevos métodos de producción, hay que analizar cuáles son las características que determinan si una industria está operando de manera inteligente o no.
Automatización de procesos
La automatización no pretende reemplazar a la mano de obra, su objetivo es optimizar una serie de tareas mediante el uso de nuevas tecnologías, como la Inteligencia Artificial, Big Data o el Internet de las Cosas.
Estas soluciones automatizadas dan acceso a una gran cantidad de datos que generan más información, reducen la incertidumbre y aumentan el control del proceso.
Flexibilidad
Los entornos productivos y el propio mercado son muy cambiantes, por lo que la supervivencia de muchas empresas depende de su grado de adaptabilidad a las nuevas necesidades de los clientes.
Para ello, lo primero que hay que adaptar es el propio espacio de trabajo, el cual tiene que ser flexible para poder adaptarse al cambio, sin necesidad de incurrir en grandes pérdidas. La automatización, por definición, suele permitir una mayor versatilidad sin provocar paradas de producción.
Rediseño de la línea de producción
La robótica móvil colaborativa y la manipulación móvil son, actualmente, accesibles a todo tipo de industrias, independientemente de su tamaño.
La ventaja competitiva no se centra tanto en el volumen de producción como en la capacidad de optimizar los procesos de la línea de montaje con menos recursos, creando productos de mayor calidad a un coste menor.
Es importante recordar que las fábricas inteligentes no prescinden de la mano de obra humana, sino que ésta se encarga de realizar tareas de mayor valor añadido.
Por su parte, la función de los robots colaborativos es ayudar a los operarios de un entorno industrial, interactuando con ellos y estando bajo su control para lograr hacer lo que mejor se les da: tareas repetitivas realizadas de manera uniforme y a una velocidad constante.
Soluciones robóticas móviles a la vanguardia de la Industria 4.0
Robotnik es líder en diseño y fabricación de robots y manipuladores móviles autónomos. Se trata de soluciones automatizadas para diferentes aplicaciones y servicios, especialmente para logística.
La robótica móvil para la logística está enfocada a tareas de transporte y recogida de materiales, liberando a los operarios de tareas repetitivas y tediosas donde se puede perder eficiencia y eficacia.
Además, la robótica móvil cuenta con herramientas como el Sistema de Gestión de Flotas, que simplifica el manejo de los robots, coordina todas las unidades en uso y permite que trabajen con seguridad en el mismo entorno que los operarios.
Por su parte, los manipuladores móviles son una solución automatizada muy útil en las fábricas inteligentes porque permiten, sobre todo, ahorrar tiempo y mejorar la eficiencia de cualquier proceso. Estos robots son extremadamente útiles para aplicaciones industriales como pick&place, alimentación de piezas, metrología, control de calidad, operaciones en piezas grandes o embalaje, limpieza, pulido, atornillado o taladrado.
La principal ventaja de un manipulador móvil es su capacidad para expandir el espacio de trabajo de un cobot de forma ilimitada. En el caso del RB-KAIROS+ de Robotnik es de destacar, así mismo, su movimiento omnidireccional, que permite la reducción de tiempos, haciéndolo 1/5 veces más rápido que un diferencial.
La simplificación de los procesos es el mayor valor añadido que la robótica y la manipulación móvil pueden aportar a la industria, dejando la creatividad para las personas.
Robots colaborativos vs robots industriales
Cuando hablamos de Industria 4.0, es inevitable hablar de los robots colaborativos y cómo estos han sido un punto de inflexión en la misma, en el marco de la integración de sistemas inteligentes autónomos y nuevas tecnologías en el sector industrial.
Llegar a este punto ha sido posible gracias a la amplia experiencia ya obtenida en el campo de la robótica industrial y su presencia en las líneas de producción de diversos sectores, donde se han automatizado múltiples tareas con el objetivo de mejorar la productividad, la eficiencia y la calidad.
Probablemente no se habría llegado a hablar de robots colaborativos sin el desarrollo previo de los robots industriales y su evolución hacia soluciones automatizadas inteligentes y basadas en la interacción con humanos. Al final, la industrial y la colaborativa, no son soluciones opuestas sino complementarias. Cada una de ellas son sistemas automatizados desarrollados para diferentes tipos de necesidades y objetivos. Por tanto, es fundamental entender qué son, qué aportan a la industria, sus principales diferencias y cómo facilitan la convivencia y la coordinación laboral.
Robots industriales
Los robots industriales se crearon como una solución automatizada para asumir tareas de producción intensivas como las que requiere una línea de montaje en constante movimiento. Generalmente, los robots industriales son grandes y pesados, y se colocan en posiciones fijas dentro de la planta industrial.
Estos robots están diseñados para trabajar de forma automática e intensiva, ejecutando continuamente las mismas tareas. Además, tienen que estar ubicados en un área de seguridad vallada para proteger a los operarios que trabajan próximos a ellos.
Los robots industriales tienen que cumplir con una máxima: realizar una sola tarea con precisión y rapidez, por lo que su ubicación es una de las mayores prioridades. En torno a ello giran el resto de tareas y procesos de los trabajadores.
En el caso de la robótica móvil, podríamos decir que el primer paso en el sector industrial fueron los AGVs. Este tipo de robots, pese a ser móviles, tiene una limitación importante: requieren de elementos físicos para funcionar (imanes, balizas, cintas magnéticas,...), por lo que su puesta en marcha implica una modificación del layout y no tiene la misma flexibilidad que un Robot Móvil Colaborativo (RMC) para trabajar en diferentes ubicaciones.
Además, los tradicionales AGVS no son capaces de superar obstáculos y de redirigir su ruta cuando se encuentran con obstáculos dinámicos.
Robots colaborativos
Los robots colaborativos, por su parte, están diseñados para trabajar con seguridad en entornos de trabajo donde hay humanos. Para facilitar esto, suelen ser bastante compactos y ligeros, lo que garantiza que se puedan mover fácilmente y ocupen poco espacio en las áreas de trabajo donde están implantados.
Los robots colaborativos, por tanto, aportan seguridad al espacio en el que trabajan. En el caso de los Robot Móviles Colaborativos (RMC) es posible gracias a sus sensores de detección de movimiento, los cuales le permiten alterar su ruta o velocidad, haciendo más fácil el uso de los elementos compartidos (ascensores, pasillos, etc.). Otra de sus ventajas es que no están pensados para realizar una única tarea, sino más bien para simplificar los diferentes procesos industriales. Por eso, la flexibilidad y la facilidad de programación son dos de las características que los definen.
Concretamente, los Robots Móviles Colaborativos (RMC) tienen numerosas ventajas en comparación con los AGVS tradicionales: su rápida instalación, adaptabilidad, ahorro de espacio y mayor seguridad en el espacio de trabajo, son algunas de ellas. Se presentan, por tanto, como una herramienta que facilita el trabajo de los operarios. Además, como ya hemos mencionado antes, no requieren de elementos físicos y pueden funcionar en diferentes ubicaciones.
¿Cuáles son las principales diferencias?
En términos generales, las diferencias radican en el propósito para el que han sido diseñados cada uno de ellos.
En lo que respecta a los robots industriales, están diseñados para automatizar tareas y mejorar la productividad, la eficiencia y la calidad. Han sido diseñados para realizar una sola tarea, pero pueden realizarla de manera tan eficiente y precisa que se vuelven esenciales para el funcionamiento óptimo de una línea de montaje. Es el caso de los brazos industriales en sectores como la automoción o la alimentación, por ejemplo.
Se trata, por tanto, de robots con un alto grado de especialización que deben trabajar en un espacio de trabajo que requiere medidas de seguridad específicas.
Un robot colaborativo, sin embargo, es una herramienta automatizada pensada para trabajar bajo las pautas de un operario, con quien trabaja de forma coordinada y segura. Esto lo hace capaz de ejecutar una única tarea o intervenir en varias, según las necesidades de producción y los parámetros con los que se haya configurado.
Este tipo de robot es capaz de liberar a los operarios de tareas repetitivas y exigentes de precisión, ayudando así a mejorar la productividad y la calidad del resultado final. Esta adaptabilidad y trabajo interactivo influyen en su coste, ya que los cobots destacan por su rápido retorno de la inversión.
Los RMC son perfectos para el transporte autónomo de materiales, mientras que los manipuladores móviles están diseñados para tareas como pick & place, alimentación de piezas, envasado, limpieza, pulido, atornillado o taladrado, por citar algunas.
Tanto los robots industriales como los robots colaborativos pueden ser útiles en una misma línea de producción. En el primer caso, sería concebido como un sustituto del trabajo de un operario, mientras que, en el segundo, sería más bien un ayudante y aliado para mejorar la eficiencia del trabajo.
Robots móviles en la Industria 4.0: automatización y flexibilidad
La Industria 4.0, también conocida como Industria Conectada, es aquella que ha consolidado el uso de la conectividad y la robótica colaborativa en los procesos industriales, creando espacios de trabajo en los que humanos y robots pueden trabajar juntos de manera segura, además de compartir información para optimizar los procesos, obteniendo así mejores resultados.
El uso de robots móviles y manipuladores móviles promueve la automatización industrial flexible y autónoma necesaria para crear Smart Factories, donde el mayor activo es el intercambio de información gracias a la integración de las últimas tecnologías inteligentes en la robótica, como el Internet de las cosas, Inteligencia artificial o Big Data.
Esto posibilita utilizar robots móviles inteligentes, autónomos y colaborativos que permiten la creación de procesos industriales más eficientes, con un mejor uso de los recursos, lo que se traduce en una mayor productividad en general.
Industria 4.0 y la era de la robótica móvil
La combinación de las TIC y las tecnologías inteligentes ha marcado el comienzo de una era en el sector de la robótica móvil, sumando características y funcionalidades a las distintas aplicaciones industriales, adaptándose a los diferentes entornos de trabajo.
La robótica móvil colaborativa, como demuestran los desarrollos de Robotnik, puede ayudar en la ejecución de procesos repetitivos, adaptando los movimientos de los robots a la información que reciben, procesan y comparten, gracias a las últimas tecnologías.
Esto ha provocado cambios muy significativos, por ejemplo, en la aplicación de la robótica y la manipulación móvil para tareas logísticas de pick & place o para aplicaciones industriales como alimentación de piezas, metrología, control de calidad, operaciones con piezas grandes o embalajes, limpieza, pulido, atornillado o perforación, donde la repetibilidad y uniformidad de las acciones son claves para ahorrar costes y agilizar los procesos.
¿Qué características permiten que la robótica móvil colaborativa cree fábricas inteligentes?
Automatización inteligente
Esto significa que un robot móvil no solo es capaz de realizar una tarea sin intervención humana, sino que también es capaz de autogestionarse y tomar decisiones, gracias a su capacidad para acceder, generar y procesar información.
Esto quiere decir que más allá de su programación inicial, este tipo de robots puede decidir cosas como cambiar su recorrido o adaptar sus movimientos, por ejemplo. La acumulación de datos le hace tener capacidad para, ante un imprevisto (un obstáculo dinámico, inesperado, por ejemplo) decidir actuar de manera inteligente y diferente a cómo había sido programado.
Conectividad
Esto es lo que hace posible una comunicación máquina a máquina (M2M): la creación de sistemas descentralizados y la posibilidad de que los robots interactúen con los humanos a través de interfaces integradas que simplifican el trabajo colaborativo.
Esto también permite la colaboración con otros elementos integrados en las plataformas móviles, como sistemas de visión artificial o brazos robóticos.
Flexibilidad
Se trata de la capacidad de adaptación de la que disponen los robots móviles y los manipuladores móviles, para modificar su forma de trabajar, según las exigencias de la línea de producción, o los cambios en el entorno de trabajo.
Ejecutar diferentes tareas, adaptar su velocidad, crear rutas alternativas o cambiar de sección en tiempo real están dentro de las capacidades de un robot móvil con navegación inteligente.
Dentro de esta capacidad de adaptación, Robotnik ha dado un paso más con la creación de manipuladores móviles que aportan movilidad a los brazos colaborativos, con una sencilla integración plug and play.
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Contribuciones de Robotnik a la evolución de la Industria 4.0
Robotnik es experto en el diseño, fabricación y comercialización de robots y manipuladores móviles, perfectamente preparados para que cualquier industria pueda adaptarlos a sus propias necesidades, por pequeña que sea.
Su estrecha colaboración con diferentes tipos de industrias y sectores ha hecho posible que Robotnik desarrolle nuevas soluciones a medida, ampliando el número de aplicaciones industriales con robots móviles.
- Entre los desarrollos más destacados, están su Sistema de Gestión de Flotas (FMS) propio, que coordina el funcionamiento de todos robots que trabajan en una misma empresa, compartiendo recursos y creando procesos más eficientes.
- La integración de las últimas tecnologías inteligentes ha permitido dotar a los robots móviles de nuevas funcionalidades que pueden mejorar el trabajo colaborativo. Es el caso del control por voz, el seguimiento de personas o el acoplamiento autónomo a otras máquinas.
- Por su parte, la Interfaz de Usuario Avanzada (HMI) permite generar mapas y definir localización (waypoints) y rutas de forma sencilla e interactiva. Es una herramienta muy útil para el cliente / usuario ya que le permite controlar las operaciones de mapeo, localización y navegación directamente desde cualquier dispositivo conectado a la red del robot.
- Por último, Robotnik ocupa una posición de liderazgo en la manipulación móvil colaborativa, enfocada a todo tipo de aplicaciones industriales. Es el caso del innovador RB-KAIROS+, una plataforma robótica con cinemática omnidireccional preparada para la integración de los brazos Universal Robots e-Series. Gracias a ello, estos brazos, logran ampliar su área de trabajo de forma ilimitada ya que el manipulador móvil colaborativo puede trabajar en diferentes ubicaciones. En este sentido, incrementa las posibilidades del propio brazo y es un gran complemento para los usuarios actuales de los brazos de UR.
Es este continuo proceso de investigación y desarrollo es el que ha permitido que la robótica comience a asumir nuevas tareas en diferentes campos y sectores.
Como usar MoveIT para desarrollar una aplicación de manipulación robótica
El proyecto HR-Recycler, financiado por la Comisión Europea, tiene como objetivo desarrollar un entorno híbrido de colaboración humano-robot para el reciclaje de residuos electrónicos. Humanos y robots trabajarán de forma colaborativa compartiendo diversas actividades de manipulación. Una de estas tareas tiene lugar en el área de desmontaje, donde los residuos electrónicos se desmontan y sus componentes se clasifican por tipo en cajas.
Una plataforma sencilla para aplicaciones de manipulación robótica
Para agilizar la tarea de clasificación de componentes, Robotnik está desarrollando el robot manipulador móvil RB-KAIROS encargado de coger las cajas con componentes electrónicos de las mesas de trabajo y transportarlas hasta su destino final o hasta la próxima estación de procesamiento. MoveIt es una plataforma de desarrollo de aplicaciones de manipulación robótica de código abierto, que permite desarrollar aplicaciones complejas de forma sencilla usando ROS.
Este post expone brevemente cómo Robotnik ha utilizado MoveIt para el desarrollo de una aplicación de manipulación que se puede integrar en el robot RB-KAIROS.
Características y ventajas de usar MoveIt
A medida que se iban probando las funcionalidades de MoveIt, se puso de manifiesto lo útil que era, en las etapas iniciales del proceso, desarrollar una aplicación de manipulación robótica. Ayudó a decidir el diseño del entorno de trabajo, a determinar si el robot era capaz de desempeñar las actividades de manipulación necesarias en ese entorno de trabajo y si no era así, a modificar el entorno para conseguir el mejor desempeño.
Diseño del entorno de trabajo en MoveIt
MoveIt permite crear y simular el entorno de trabajo del robot utilizando objetos de malla 3D diseñados en cualquier programa CAD, permitiendo además la interacción entre el robot y este entorno de trabajo.
Con MoveIt se puede planificar el movimiento del robot a cualquier posición teniendo en cuenta la situación actual de los objetos presentes en el entorno, evitando así colisiones. Pero lo más interesante es que no sólo planifica la trayectoria evitando los obstáculos, si no que además permite interactuar con los objetos del entorno, pudiendo coger cualquier objeto del entorno e incluirlo como si fuera parte del robot a la hora de planificar la trayectoria a la posición deseada. Cualquier objeto de colisión de MoveIt puede vincularse al eslabón (link) del robot que se desee, una vez vinculados se moverán conjuntamente.
Esta herramienta ayudó a resolver desde el primer momento ciertas dudas: si el manipulador móvil era capaz de coger cajas desde una mesa con una cierta altura, a qué distancia de la mesa deberíamos colocarnos para poder coger las cajas correctamente, si había el suficiente espacio para que el robot pudiera mover el brazo y así llevar a cabo las acciones de manipulación necesarias. También sirvió para diseñar las cajas que el robot debe manipular, de forma que tuvieran un tamaño y forma adecuados para encajar en el reducido espacio disponible en el entorno de trabajo y para permitir la correcta ejecución de las tareas de manipulación.
Planificación de movimientos con MoveIt
MoveIt incluye varias herramientas que permiten adaptar el algoritmo de planificación de movimientos para alcanzar la posición del robot deseada usando criterios personalizables y así obtener el mejor desempeño para tu aplicación. Esto es muy útil ya que permite restringir los movimientos que el robot puede realizar para moverse de una posición a otra, que en una aplicación como la desarrollada, con un espacio de trabajo reducido donde el robot debe manipular objetos en un entorno compartido con humanos, es muy importante.
Un requerimiento de movimiento importante es mantener las cajas paralelas al suelo al transportarlas ya que estas están llenas de componentes electrónicos a reciclar. Planificar con restricciones de movimiento es fácil en Moveit.
MoveIt permite aplicar diferentes restricciones de movimiento, las que han resultado más útiles para nuestra aplicación son las restricciones de orientación y articulación.
- Las restricciones de orientación: ayudan a fijar la orientación deseada de cualquier eslabón (link) del robot. Son muy útiles cuando se desea mantener el extremo final del brazo manipulador del robot (end-effector) paralelo al suelo. En este caso sirve para mantener el end_effector, que es donde se encuentra la herramienta de succión para coger las cajas, paralela al suelo.
- Las restricciones de articulación: son útiles para limitar la posición de cualquier articulación del robot a un rango determinado. Y también lo son cuando se desea controlar la posición relativa de las articulaciones del robot durante el movimiento, manteniendo siempre una forma determinada. En este caso, permitió definir la posición entre el codo y hombro del brazo robótico, de forma que los movimientos que se ejecutan son más naturales y, además, se evitan configuraciones que pueden ser potencialmente peligrosas.
Figure 4: Planificación de movimiento con restricciones de articulación y orientación vs sin.
Otra configuración que se puede realizar con MoveIt es modificar el algoritmo de planificación y usar durante la planificación una configuración de espacio cartesiano o de espacio articulaciones a la hora de representar el problema de planificación que se debe optimizar. Se puede intercambiar entre los dos espacios según la trayectoria final que se desee obtener.
- Planificación en el espacio cartesiano (movimientos cartesianos): se utiliza cuando se desea seguir una trayectoria muy precisa con el extremo final del brazo (end-effector) donde se encuentra la herramienta. En este caso, usamos esta configuración al movernos desde la posición de aproximación a la caja hasta la posición de coger la caja y al revés. Debido a que el robot manipulador móvil debe cargar las cajas en su espalda para transportarlas, el espacio que existe es reducido y, por tanto, las cajas deben ir muy próximas, intentando evitar su deslizamiento durante el transporte y encajándose dentro de unas bandejas. Usando una trayectoria calculada en espacio cartesiano queda asegurado que las cajas se elevan de forma totalmente vertical, evitando así enganches entre cajas y parones innecesarios, además de lograr que las cajas se queden exactamente dentro de las bandejas.
- Planificación en el espacio de articulaciones: se utiliza habitualmente ya que permite obtener trayectorias mucho más naturales y fluidas. En este caso, se utilizó para mover el brazo de forma fluida entre diferentes posiciones que no tienen requerimientos muy estrictos de posición.
Lo que se presenta en este post es solo un pequeño resumen de cómo en Robotnik se ha usado MoveIt para desarrollar una aplicación de manipulación con un brazo robótico preliminar. MoveIt ofrece muchas otras herramientas que permiten desarrollar una aplicación compleja, algunas de las cuales incluyen: la integración de sensores que permiten añadir visión artificial para reconocimiento de objetos en el entorno que se pueden importar al entorno de MoveIt, o el uso de algoritmos de deep learning para generar poses de agarre de diferentes objetos usando la herramienta instalada en el brazo manipulador.
Estas áreas serán exploradas a medida que avance el proyecto y, del mismo modo, compartidas para dar a conocer las últimas funcionalidades de MoveIt para desarrollar una aplicación de manipulación con brazo robótico.
A continuación puede ver un corto vídeo con una demostración de la situación actual de la aplicación de manipulación desarrollada instalada en un RB-KAIROS de Robotnik.
https://www.youtube.com/watch?v=JgyDB57xjDw
RB-KAIROS+ : amplía las capacidades de los brazos e-Series de Universal Robots
La robótica colaborativa es una realidad dentro de la industria 4.0 y demuestra que el futuro de la misma se presenta como un espacio de trabajo donde robots y humanos trabajan de forma conjunta, aportando cada uno de ellos sus propias fortalezas a ese trabajo.
Los robots son apropiados para realizar tareas repetitivas y de precisión ya que en éstas se aplican los mismos criterios una y otra vez. Por su parte, los profesionales de la industria cuentan con la creatividad y las habilidades necesarias para resolver problemas. La suma de ambos lleva a la mayor de las eficiencias en los procesos productivos.
En medio de este nuevo entorno de trabajo colaborativo, el robot RB-KAIROS+ ha surgido como una solución móvil para ampliar las posibilidades de los brazos e-Series de Universal Robots, mejorando la eficiencia de las líneas de producción.
¿Qué es RB-KAIROS+?
RB-KAIROS+ es una plataforma robótica móvil diseñada para la integración plug & play de los brazos los brazos e-Series de Universal Robots, lo que aumenta la flexibilidad de dichos brazos, consiguiendo que pueden trabajar en distintas zonas. Esto supone que el robot puede llevar a cabo un mayor número de tareas en diferentes espacios.
RB-KAIROS+ ha sido desarrollado, a nivel hardware y software, para facilitar la instalación del brazo robótico, obteniendo así un manipulador móvil colaborativo potente y fácil de usar. El software del robot está integrado en Polyscope, lo que permite una programación sencilla.
RB-KAIROS+ es un manipulador móvil colaborativo porque puede trabajar en diferentes entornos industriales de manera segura, compartiendo el espacio de trabajo con los operarios.
Características del manipulador móvil colaborativo RB-KAIROS+
RB-KAIROS+ está certificado oficialmente por UR+, lo que garantiza su compatibilidad con los modelos: UR3, UR5, UR10, UR3e, UR5e, UR10e, and UR16e.
El robot móvil RB-KAIROS+ está compuesto por una plataforma móvil con cinemática omnidireccional y deslizante y 4 ruedas motrices. Se trata de una plataforma de acero muy robusta capaz de transportar hasta 250 kg de carga útil.
Además, el robot permite integrar numerosos sensores y componentes del ecosistema UR+, logrando un manipulador móvil colaborativo integral.
¿Cómo puede beneficiar a mi empresa contar con un RB-KAIROS+?
Las industrias que están automatizando sus líneas a través de la robótica colaborativa pueden expandir el potencial de sus brazos gracias al robot móvil RB-KAIROS+, ya que dichos brazos pueden realizar más tareas en un mayor número de sitios. De esta manera, se consigue:
- Ampliar el espacio de trabajo de los cobots de forma ilimitada.
- Mayor efectividad en diversas tareas industriales.
- Mayor rentabilidad y la mejora en los procesos productivos debido a la versatilidad de los brazos robóticos solo con la adquisición de una plataforma móvil compatible con la totalidad de los brazos de la e-Serie de UR.
- Ya que el robot comparte espacio de trabajo con los operarios, se crean entornos industriales y laborales más seguros.
- Un manipulador móvil que aporta un ritmo de trabajo mecánico y repetitivo, a la vez que preciso y constante.
La mejora cualitativa que aporta RB-KAIROS+
Otra gran ventaja de RB-KAIROS+ es que aumenta el potencial de trabajo de los brazos robóticos, ampliando así sus aplicaciones industriales con movimientos de gran precisión.
Así es como un brazo robótico puede mejorar su eficiencia al realizar aplicaciones de pick & place o de alimentación de piezas, entre otras, mejorando el suministro a las líneas de montaje.
El robot RB-KAIROS+ puede soportar hasta 250 kg de carga útil, lo que aporta valor en el manejo de cargas pesadas y, en general, en la automatización de las tareas de almacenamiento, con un mejor uso del espacio y un tiempo de respuesta mejorado.
Su repetibilidad y precisión en sus movimientos ayudan a los brazos robóticos a realizar tareas mecánicas constantes y repetitivas, como pulir, atornillar, taladrar y limpiar, entre otras.
La sinergia entre Robotnik y Universal Robots nos ha permitido crear RB-KAIROS+, mejorando nuestra cartera de Robots Móviles Colaborativos (RMC) y satisfaciendo las necesidades de aquellas industrias que están comprometidas con la robótica colaborativa y son conocedoras de todas sus ventajas.
RB-KAIROS+, el primer robot móvil totalmente preparado para integrar los brazos Universal Robots e-Series
Concebido para todo tipo de aplicaciones industriales, se presenta como una solución para los actuales usuarios de un brazo Universal Robots e-Series (URe).
Gracias a su movilidad, amplía el área de trabajo del cobot.
El robot móvil RB-KAIROS+ ha sido concebido para una integración “plug and play” de un brazo Universal Robots e-Series. Su software y hardware están completamente preparados para montar el brazo y convertir así al brazo robótico en un manipulador móvil. Esto permite expandir el espacio de trabajo del cobot de forma ilimitada debido a que el manipulador móvil colaborativo puede trabajar en diferentes lugares. En este sentido, es un gran complemento para los usuarios actuales de brazos URe.
RB-KAIROS+ es extremadamente útil para aplicaciones industriales como pick and place, alimentación de piezas, metrología, control de calidad, atornillado de piezas grandes o embalaje. Sin duda, es una excelente manera de mejorar la productividad de cualquier fábrica.
Además, está diseñado para trabajar en entornos industriales, donde generalmente se utilizan láseres de seguridad, los cuales permiten que el robot comparta sin riesgo el espacio de trabajo con los operarios.
RB-KAIROS+ tiene un diseño robusto en acero y puede transportar hasta 250 Kg de carga. La plataforma móvil tiene cinemática omnidireccional / skid-steering basada en 4 ruedas motrices de alta potencia.
RB-KAIROS+ es completamente autónomo y se puede configurar con una amplia gama de sensores y componentes que se encuentran dentro del ecosistema UR+.
RB-KAIROS+ es un producto certificado de UR+
Más información: RB-KAIROS+
No te pierdas nuestro vídeo.
ROS Control: la clave para consolidar ROS en la industria robótica
El software ROS ha sido uno de los mayores avances de la industria de la robótica en los últimos años. Se trataba de buscar una forma de ayudar al desarrollo de aplicaciones robóticas, facilitando la comunicación entre sensores y algoritmos, siguiendo el paradigma de “programar una vez, probar en todas partes”.
Este ha sido de hecho el patrón en los últimos años y en él ROS se ha desenvuelto a la perfección. Por ejemplo, se puede codificar un algoritmo para tomar una imagen como entrada, sin importar el modelo, resolución o tipo de conexión, siempre que sea compatible con ROS y adopte su API.
Pero este enfoque en la capa de alto nivel de desarrollo de aplicaciones llevó a un olvido impensable: ¿cómo gestionaba el acceso a los actuadores? ¿cómo se calculaban las referencias de los actuadores? Al igual que en las aplicaciones de alto nivel, donde el usuario final no debía preocuparse por la fuente y el destino de los datos utilizados y producidos por él, en el caso del control de robot, el usuario no debería preocuparse por qué tipo de actuadores utiliza dicho robot.
¿Por qué ROS Control?
Por suerte, esta situación ha cambiado. ROS Control ha sido la solución. Se trata de la API desarrollada por la comunidad ROS que permite un acceso simple a los diferentes actuadores. Con esta API estándar, el código del controlador se separa del código del actuador. Por ejemplo, uno podría escribir un nuevo controlador implementando una determinada estrategia de control y probarlo en hardware diferente sin cambiar una sola línea de código. O se podría probar diferentes algoritmos de control con el mismo hardware hasta encontrar el que sea afín a sus necesidades.
La realidad es que ROS Control tiene múltiples características que lo convierten en realmente atractivo:
- Capacidades en tiempo real, que permite ejecutar lazos de control a cientos de hercios.
- Una interfaz de administrador simple, que da acceso a los actuadores y maneja conflictos entre recursos.
- Una interfaz de seguridad, que conoce la limitación de hardware de las articulaciones y asegura que los comandos enviados a los actuadores están dentro de sus límites
- Un conjunto de controladores listos para usar.
¿Has pensado alguna vez en el mapeo entre la articulación y el espacio del actuador?
ROS Control sí lo ha hecho. Normalmente, este mapeo es uno a uno, es decir, un actuador controla una articulación y su movimiento está relacionado con la caja de cambios, por lo que no necesita hacer cálculos muy complicados. Sin embargo, en el caso de escenarios más complejos, como, por ejemplo, cuando se utiliza una transmisión diferencial, ROS Control nos brinda una elegante solución a través de su interfaz de transmisión.
Esta solución es utilizada por los robots diferenciales (como es el caso de nuestro RB-1 Base y nuestro RB-2 Base) y de dirección deslizante (la de nuestro Summit-XL). Estas plataformas son muy similares, pero tienen diferente número de ruedas: dos para una configuración diferencial y cuatro en el caso de dirección deslizante. Gracias a la interfaz de transmisiones en ROS Control, comparten el mismo algoritmo de control sin necesidad de un software adicional.
Un paso más
¿Qué ocurre cuando se trata de mezclar los diferentes componentes del robot en uno?
Esta es, sin duda, una tendencia de las tendencias actuales, donde los componentes del robot son autónomos y se pueden usar por sí mismos, pero también se pueden ensamblar en un solo sistema funcional. En esos casos, ROS proporciona una coordinación de alto nivel entre los componentes, pero con ROS Control esta coordinación también se logra en el nivel bajo, extendiendo las posibilidades de control más allá, por ejemplo, con un control más acoplado entre un brazo robótico y la herramienta final que lleve integrado.
O, como es el caso de nuestro manipulador móvil RB-Kairos, es mucho más fácil de programar movimientos suaves y coordinados entre el brazo robótico y la base móvil, lo permite llevar a cabo operaciones muy complejas como las que se realizan en logística, la recogida de materiales en espacios estrechos o con interacciones con personas de una manera segura y confiada.
Finalmente, la separación entre controladores y actuadores da pie a una opción interesante: la simulación. Gazebo, el simulador estándar de robótica utilizado por ROS, implementa actuadores de control ROS simulados, y uno puede escribir y probar un controlador incluso antes de que tenga el robot real a su disposición.
Esta característica de ROS Control la utilizamos en Robotnik, por ejemplo, para probar nuevas configuraciones cinemáticas para nuestros robots más innovadores, lo que permite acortar los plazos de entrega de los prototipos. Este es el caso de RB-Vulcano, una plataforma con 4 ruedas orientables en configuración de viraje, las cuales le permiten moverse de forma omnidireccional. Sin embargo, dichas ruedas tienen que coordinarse en diferentes modos, como estacionamiento o navegación, para poder seguir de manera efectiva la referencia de movimiento que se envía al robot. El cambio entre modos debe cumplir con dos premisas: suavidad en el movimiento y precisión.
Gracias a ROS Control, Robotnik ha podido utilizar la plataforma en un entorno simulado para buscar la mejor opción para el control de motores.
ROS Control es una de las claves para que ROS domine el sector robótico industrial. Como empresa líder en él, Robotnik utiliza ROS Control para brindar a sus clientes los productos más punteros del mercado.
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Robotnik, líder en robótica móvil colaborativa
Hace ya tiempo que el sector de la robótica no es futuro, sino que es presente. En la actualidad, la robótica forma parte de nuestro día a día, ayudando a optimizar y automatizar tareas, facilitando la vida de las personas, en definitiva. Como otros tantos, este ha sido un proceso natural al que hemos llegado debido a numerosos factores como, por ejemplo, escasez de mano de obra en algunos sectores; la disminución de la población activa mundial (debido a la baja tasa de natalidad y al envejecimiento); la búsqueda de automatizaciones que eviten el error humano y también la automatización de aquellos trabajos pesados, repetitivos o simples.
¿Qué es la robótica colaborativa y qué aporta?
En relación con este último aspecto, encontramos la robótica colaborativa. Es aquella que se presenta como una herramienta de trabajo más, como una ayuda para trabajadores y operarios. Se trata de robots que pueden trabajar con seguridad en entornos donde hay personas, sin barreras físicas. Este ha sido, sin duda, el paso definitivo. Los robots se erigen como un compañero de trabajo más. Si a ello sumamos la simplicidad de su instalación, su facilidad de uso y que puedan realizar un amplio número de tareas, se entiende porque los robots colaborativos estén presentes en cualquier empresa que se sitúe en la llamada industria 4.0.
Cómo la robótica ayuda a crear empleo
Si ponemos en el foco la idea de que los robots colaborativos suelen desempeñar tareas repetitivas, pesadas y, a veces incluso, peligrosas, podemos ir más allá del manido concepto de que los robots sustituyen a la mano de obra tradicional y enmarcarlos en un concepto más general de mejora de procesos. Es decir, ver la robótica colaborativa como una ayuda más para producir mejor, para que la empresa/industria sea lo más eficiente posible.
Milton Guerry, presidente de la Federación Internacional de Robótica asegura que "el aumento de la productividad y las ventajas competitivas de la automatización no reemplazan a la mano de obra humana, más bien automatizarán las tareas, aumentarán los trabajos y crearán nuevos".
Que la robótica ha venido para quedarse es ya un hecho. Las empresas de todo el mundo están aumentando su uso de robots industriales: en cinco años, el stock operativo global aumentó aproximadamente un 65% llegando a 2,4 millones de unidades (2013-2018).
¿Y cuáles son las empresas de robótica líderes del mercado? Robotnik es una de ellas
Robotnik está especializada en robótica móvil. Desde 2002, año de su fundación, diseña, fabrica y comercializa robots y manipuladores móviles.
Actualmente, nuestros robots están presentes en numerosos sectores: I+D, defensa, inspección y mantenimiento, etc. El más fuerte dentro del mercado industrial es sin duda el sector logístico.
¿Por qué elegir Robotnik?
Actualmente, cualquiera que tenga un conocimiento general de la industria, conoce el uso de robots móviles para el transporte de mercancías en entornos como, por ejemplo, almacenes o incluso, entornos de exterior, como son los que tienen grandes empresas compuestas por varios edificios y que necesitan compartir mercancías entre ellos. Los usos son muy amplios y al final de lo que se trata es de automatizar un proceso que es simple y repetitivo, lo que mejor hace un robot.
Esto que ya está tan aceptado en el mercado, no lo estaba tanto en 2008, cuando Robotnik lanzó al mercado sus primeros Robots Móviles Colaborativos para el transporte autónomo en entornos hospitalarios. Esa experiencia es la que ha ayudado a nuestra empresa a ser una de las compañías de referencia del sector de la robótica. Desde entonces, nuestra solución para logística se ha ampliado adaptándose a los diferentes entornos propios de fábricas, almacenes o industrias en general.
Nuestro sistema para logística interior supone una solución integral que incluye: flota de robots, sistemas de localización, interfaz de usuario (HMI) y Sistema de Gestión de Flota (SGF). Todo ello es un desarrollo específico de Robotnik.
¿Cuáles son las ventajas de la robótica y manipulación móvil en el sector de la logística?
Que la robótica móvil colaborativa se haya ido abriendo paso en sectores como la logística tiene mucho sentido. ¿Cuáles serían las ventajas que aporta? Podemos citar las siguientes:
- Puesta en marcha rápida y sencilla.
- Concebida para compartir el espacio de trabajo con personas.
- Automatización de procesos repetitivos o inseguros para las personas.
- Diferentes soluciones de localización y navegación.
- Rutas flexibles frente a rutas fijas propias de los AGV tradicionales.
- Funciones inteligentes avanzadas: seguimiento de personas, acoplamiento a maquinaria y comunicación por voz, entre otros.
- Interfaces de usuario avanzadas (HMI) que permiten generar mapas, así como definir la localización (puntos de referencia) y las rutas de una manera simple e interactiva.
- SGF (Sistema de Gestión de Flota) para la coordinación de la flota de robots, los cuales comparten espacio de trabajo y recursos con los operarios.
Factores de éxito o cómo intentar estar entre las mejores compañías de robótica del mundo
Entre las empresas que han conseguido consolidarse en el tiempo, y las tecnológicas especialmente, suelen concurrir una serie de factores. Entre los que definen a Robotnik podríamos citar:
- Mercado: cuando una empresa se encuentra en un sector en auge, lo normal es que progrese. De 2020 a 2022, se espera instalar casi 2 millones de nuevas unidades de robots industriales en fábricas de todo el mundo. Europa es la región con la mayor densidad de robots a nivel mundial, con un valor promedio de 114 unidades por cada 10.000 empleados en la industria manufacturera. En este sentido, Robotnik pretende ser parte activa de ese mercado, tal y como lo ha sido en los últimos años.
- Innovación: cualquier empresa tecnológica debe innovar si desea tener un puesto de referencia en el mercado. En Robotnik hemos intentado lanzar al mercado productos que aporten valor y hemos intentado mejorar los procesos de nuestros clientes industriales. Hay otra manera de hacer las cosas y la robótica móvil tiene mucho que decir al respecto.
- Customización: una de las cosas que más nos define es nuestra capacidad para crear, para desarrollar nuevos prototipos que se adapten a las necesidades de nuestros clientes. Si en la base de un proyecto hay un robot o un manipulador móvil, nosotros podemos hacerlo realidad.
- Visión: a lo largo de 18 años ha habido algunos contratiempos, pero también muchos aciertos como la apuesta por ciertos sectores y países o por la especialización en determinado tipo de productos (como, por ejemplo, ahora mismo en campos como la manipulación móvil).
- Alianzas: a todo ello nos han ayudado nuestros socios comerciales. Nuestros distribuidores, aliados estratégicos para determinados proyectos, etc… son quienes nos han ayudado a asentarnos en el mercado internacional o en determinados sectores. El camino no suele ser exitoso si se recorre solo.
El listado de compañías de robótica que están haciendo cosas interesantes en el mundo es amplio. Esperamos que Robotnik siga siendo una de ellas por mucho tiempo.
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Bots2ReC, extracción robótica de fibras de amianto en edificios
Europa ha pagado un alto precio por el amianto, con más de cien mil muertes relacionadas con esta sustancia. Los trabajadores del sector de la construcción están al frente de la lucha por la descontaminación de amianto de edificios y pronto podrían contar con una ayuda en forma de un sistema robótico guiado por inteligencia artificial (IA).
La evolución constante y polifacética de la sociedad ha dejado intactas muy pocas industrias. En la mayoría de los sectores, se ha evolucionado hacia una mayor automatización. La mayoría, pero no todos. Un sector inamovible se ha mantenido fiel a sus costumbres: el sector de la construcción. Durante los últimos doscientos años, los trabajadores han realizado con sus propias manos las mismas tareas repetitivas, estandarizadas y físicamente extenuantes. Pero esta situación podría cambiar muy pronto gracias a proyectos como Bots2ReC (Robots to Re-Construction). La idea que subyace a Bots2ReC es sencilla: algunas tareas son demasiado peligrosas para que sean realizadas por personas, por lo que tiene más sentido que sean ejecutadas por máquinas. «Además de la exposición, algunos procesos o los materiales empleados en ellos, provocan riesgos para la salud en forma de polvo, vibraciones, ruido o sustancias tóxicas. Es precisamente para estas tareas para las que podríamos obtener grandes beneficios —y también demostrar el enorme potencial— de la automatización», comenta Tobias Haschke, coordinador del proyecto en nombre de RWTH Aachen University.
Adaptado a las necesidades del sector de la construcción
Para favorecer dicha automatización, el consorcio del proyecto primero tuvo que superar obstáculos relacionados con la naturaleza del sector de la construcción. Mientras que la mayoría de las industrias trabajan en un entorno definido, el sector de la construcción ha tenido que lidiar tradicionalmente con un entorno en constante cambio con normas y procedimientos diversos. Tal como Haschke explica: «La clave del éxito reside en el control técnico de este cambio continuo». Los avances recientes en la informática, los sistemas de almacenamiento y los sensores constituyeron los principales factores que espolearon al proyecto Bots2ReC. Estos permitieron la introducción de tecnologías. En un lapso de tres años, el equipo del proyecto desarrolló un sistema robótico capaz de gestionar la eliminación del amianto en las obras. «El robot gestiona la eliminación del amianto de manera integral y no solo pieza por pieza. Gracias a sus capacidades de IA, también está adaptado para su utilización en condiciones reales», comenta Haschke. «La IA combina un formato de datos sencillo y a medida para la representación del entorno con un complejo módulo de planificación. De esta manera, puede ofrecer un sistema escalable en términos de tamaño de la flota y se adapta automáticamente a los planos de planta disponibles». La mayoría de las pruebas de Bots2ReC se llevaron a cabo con un disco de esmerilado para representar el proceso real de eliminación del amianto. Esto ayudó al equipo a comprender y, a continuación, controlar los complejos mecanismos de esa interacción. Además, se evaluó la idoneidad del sistema para su uso en edificios de viviendas convencionales, y se probó en varios conjuntos de planos de planta y habitaciones. Los resultados son prometedores, con una accesibilidad básica que alcanza casi el 90 % de la superficie de las paredes de una vivienda convencional. Queda pendiente una comparación directa con el trabajo manual, que se llevará a cabo en la continuación del proyecto.
El mayor logro
“Para mí, nuestro mayor logro es el propio robot. Su diseño y modo de funcionamiento se adaptan a los requisitos del sector de la construcción, y su método de diseño es único. Esto queda patente en la altura de techo procesable de 3 m, que se combina a la vez con una carga útil del brazo de 20 kg y un suministro de energía continuo gracias a un sistema móvil y omnidireccional en tándem”, explica Haschke. El proyecto ya ha despertado el interés por parte del sector de la construcción, tanto por su sistema robótico completo como por sus componentes.
Aunque el proyecto Bots2ReC concluyó en noviembre de 2019, el equipo ha seguido investigando sobre los procesos de esmerilado, la lógica de planificación y la tecnología de radar. Ya existe demanda para estos, que deberían comercializarse en los próximos dos años. “Estamos especialmente orgullosos de los productos que se han descentralizado durante el proyecto y que ya están disponibles en forma de dos robots móviles, comercializados por Robotnik Automation (RB-2 BASE y Summit XL Steel), y varios sensores de radar mejorados, comercializados por indurad GmbH», señala Haschke. Gracias a su enfoque, Bots2ReC contribuirá a reducir los futuros problemas de salud de los trabajadores. No hay duda de que el coste de la tecnología será fácilmente contrarrestado por su alto beneficio social y eficiencia económica. Además, el proyecto podría adaptarse para eliminar otros productos peligrosos, como la pintura con plomo.
