Una nueva era de los robots industriales

Los robots industriales han cambiado muchas de sus características durante los últimos años para impulsar la evolución de la automatización. Desde las típicas aplicaciones robotizadas donde los robots están completamente rodeados por un vallado periférico hasta los más avanzados ‘cobots’ disponibles en el mercado.

Hoy en día podemos encontrar robots trabajando mano a mano con operarios para llevar a cabo tareas manuales. Para conseguir esta colaboración directa entre humano y robot el principal desafío ha sido mejorar los sistemas de seguridad más allá de barreras fotoeléctricas o dispositivos de enclavamiento, asegurando la coexistencia de trabajador y robot en el mismo puesto de trabajo y en las mejores condiciones de seguridad, mejorando el proceso productivo y la ergonomía del operario.

Este escenario colaborativo ha sido posible, en parte, a causa de la evolución de los equipos de seguridad que compañías como Pilz España y Portugal han desarrollado durante los últimos 10 años. Sistemas de visión artificial 3D como el sistema SafetyEYE, capaces de detectar la aproximación de personas al espacio colaborativo; pieles artificiales electrosensibles para evitar el impacto con el operario, o supervisión de fuerza y potencia de los ejes del robot para reducir la severidad de un impacto representan ejemplos de la última tecnología que hace posible una nueva generación de aplicaciones para robots: Las aplicaciones colaborativas entre humano y robot (HRC).

Debido a que esta nueva etapa ya está en marcha, las normativas también deben evolucionar detallando requerimientos y métodos de validación que aseguren que la colaboración entre robot y humano se lleva a cabo en condiciones de seguridad y en el mejor entorno de trabajo, lo cual hace posible que estas nuevas máquinas puedan incorporar el marcado CE.

Para ayudar en esta tarea, a las ya conocidas normas EN ISO 10218 ‘Robots y dispositivos robóticos-Requisitos de seguridad para robots industriales’ (partes 1 y 2), recientemente ha sido publicada la especificación técnica ISO/ TS 15066:2016 ‘Robots and robotic devices – Collaborative robots’ que complementa y detalla más profundamente los requerimientos de seguridad para HRC, siendo una referencia esencial no sólo para diseño de la aplicación sino también para la validación.

La especificación técnica presenta nuevas definiciones como por ejemplo ‘Contacto cuasi-estático’ y ‘Contacto transitorio’, haciendo referencia a los dos tipos de impactos que el operario podría sufrir durante el trabajo. Si el cuerpo del operario queda atrapado entre una parte móvil del robot y otra parte fija o móvil de la célula robotizada estaríamos hablando de un contacto cuasi-estático. Por otro lado, si el impacto no resulta en un atrapamiento y el operario puede retraerse, se considera un contacto transitorio. Las medidas de reducción de riesgo serán diferentes en caso que se deba evitar un tipo de contacto u otro. Este es un ejemplo de como la ISO/TS 15066 también es una herramienta esencial para la fase de evaluación de riesgos.

La especificación técnica detalla los cuatro métodos para operaciones colaborativas ya presentados por las normas EN ISO 10218. Es decir: paro controlado de seguridad; guiado manual; supervisión de la velocidad y la distancia de separación; y limitación de potencia y fuerza por el diseño inherente o el control, siendo esta última la más interesante y desafiante debido a que posibilita una interacción más directa entre el robot en movimiento y el operario.

Con el fin de obtener un comportamiento fiable del robot cuando éste y el trabajador comparten el espacio colaborativo, la parte del sistema de mando de seguridad debe cumplir los requisitos de la norma en relación a la arquitectura de los circuitos y del software (embebido y de usuario). El control de la parte de seguridad debe alcanzar al menos un Nivel de prestaciones (PL) d y la arquitectura deberá ser categoría 3. Debe tenerse en cuenta que el tratamiento de las señales externas que provienen de dispositivos de seguridad tales como equipos optosensibles (barreras de seguridad, scanners, equipos de visión artificial, etc.) es tan crítico como el posicionamiento de estos dispositivos. La especificación técnica facilita unas fórmulas y documentos de referencia (EN ISO 13855) a tener en cuenta para calcular la distancia de seguridad. El cálculo de ésta distancia es esencial en caso de desarrollar el método colaborativo de supervisión de la velocidad y la distancia de separación, basado en la monitorización de la aproximación del operario a la zona de peligro.

Por supuesto, se deben tener en cuenta otros aspectos, tales como peligros mecánicos, ergonómicos o derivados de fuentes de energía eléctrica o neumática. Es esencial llevar a cabo una evaluación de riesgos para cada aplicación colaborativa y proponer medidas de reducción de riesgo.

Una vez que la célula robotizada está montada se debe revisar el cumplimiento de los requisitos de seguridad. El check list del anexo G adjunto en la norma EN ISO 10218-2 es una buena base para validar que la aplicación satisface los requerimientos de seguridad de la normativa de robots industriales. Por otro lado, en caso de tener que validar una aplicación usando el método de control de potencia y fuerza de los ejes del robot el anexo A 'Limits for quasi-static and transient contact' de la ISO/TS 15066 debe tenerse en cuenta. Dicho anexo contiene un gráfico del cuerpo humano y unas tablas donde se muestran las máximas fuerzas de colisión aceptables para cada parte del cuerpo, dentro del marco de la aplicación.

Se deben realizar medidas de fuerza de colisión para compararlas con la tabla A.2 del anexo y asegurar que el valor tomado no excede el umbral definido en dicha tabla. Esta tarea deberá ser realizada para obtener el marcado CE del robot.

La constante mejora de las normas y reglamentos técnicos hacen posible un escenario donde los humanos y los robots comparten espacios de trabajo en condiciones seguras. Pero no hay duda que es un nuevo reto para la ingeniería de seguridad poder aplicar y validar los requerimientos de los métodos colaborativos. Esta es la razón por la que formar parte de proyectos europeos de I+D+i tales como Fourbythree o Robopartner es un desafío excitante para Pilz España y Portugal, como expertos en servicios y sistemas de seguridad para la automatización industrial.