Robótica de precisión: el futuro de la fabricación inteligente

Las máquinas-herramienta pueden alcanzar precisiones de hasta 0,001 mm, mientras que las operaciones robóticas estándares tienen errores que superan con creces 1 mm. Entre ambos extremos existe un nicho de oportunidad para tareas que requieren una precisión intermedia (en torno a 0,1 mm), y donde los robots industriales tradicionales han mostrado hasta ahora importantes limitaciones, especialmente en entornos con grandes desplazamientos, cambios de orientación y variaciones de condiciones de operación.

Durante años, la industria ha intentado suplir estas carencias incorporando sensores o algoritmos de compensación a robots comerciales versátiles, aunque limitados por diseño en su rigidez, capacidad dinámica y precisión. Estas limitaciones son especialmente críticas en industrias como la aeronáutica, en las que se deben mecanizar piezas de grandes dimensiones, por ejemplo, los componentes estructurales del fuselaje, con tolerancias exigentes y bajo condiciones complejas.

El sector aeronáutico demanda además cada vez mayor precisión en sus procesos, así como una reducción del tiempo de ciclo productivo y una minimización de errores humanos para garantizar la calidad del producto final. En particular, está adquiriendo una gran importancia el mecanizado de materiales compuestos, así como de los procesos relacionados con estas operaciones, como pruebas no destructivas (NDT) y otro tipo de testeos.

En este contexto, la experiencia y el conocimiento del centro tecnológico Ideko en la optimización y mejora de los procesos y equipos productivos le posicionan como un ‘partner’ tecnológico y aliado clave en el desarrollo y transferencia de tecnología aplicada a la robótica industrial de altas prestaciones, ofreciendo respuestas concretas a los retos y exigencias de estos sectores.

Los cuatro grupos de investigación de Ideko —Ingeniería de Precisión, Procesos de Fabricación, Dinámica y Control, y TICs y Automatización— han ampliado en los últimos años su campo de especialización más allá de sus áreas tradicionales, incorporando competencias en ámbitos estratégicos como la robótica, el gemelo digital, la sostenibilidad y la inteligencia artificial. Esta evolución ha permitido dar respuesta a los desafíos de casi un centenar de clientes de sectores muy diversos, aportando soluciones con un alto componente tecnológico.

Asimismo, Ideko cuenta con experiencia previa en el mecanizado de piezas de composite mediante robótica avanzada. Esta actividad ha permitido al centro, miembro de la alianza Basque Research and Technology Alliance (BRTA), desarrollar soluciones para el mecanizado limpio y seguro de materiales de fibra de carbono, eliminando el 100% del polvo tóxico generado y monitorizando el proceso en tiempo real. Esta solución responde a los objetivos de sostenibilidad de la industria, al mejorar la seguridad operativa, reducir el impacto ambiental y aumentar la eficiencia energética del proceso de fabricación.

El trabajo de investigación de Ideko en robótica se apoya en tecnologías digitales de vanguardia. El centro ha desarrollado sistemas de visión artificial mediante fotogrametría sin marcadores, que permiten al robot posicionarse con precisión sin necesidad de referencias físicas. Esta capacidad reduce costes de utillaje, mejora los tiempos de ciclo y permite una mayor flexibilidad en los entornos de producción.

Por otro lado, el uso de sensores embebidos en las celdas robóticas permite una monitorización estructural continua en el tiempo, ofreciendo datos clave sobre el estado del sistema, su desgaste o la necesidad de mantenimiento. Este enfoque, alineado con la filosofía del mantenimiento predictivo, contribuye a mejorar la fiabilidad y disponibilidad de los equipos.

Para potenciar estas capacidades de investigación, Ideko ha invertido más de 8 millones de euros en los últimos años en equipos e infraestructuras. Entre sus instalaciones destacan:

• Un área de robótica en el taller de prototipos, con estaciones para integración y validación de sistemas.
• Dos células para fabricación híbrida robótica (mecanizado y aditivo) y acabado de piezas metálicas, activos del nodo de robótica del Basque Digital Innovation Hub (BDIH).
• Un laboratorio de ingeniería de precisión dedicado a actividades de metrología y desarrollo de sistemas de medición e inspección.
• Un laboratorio de dinámica de alto rendimiento, centrado en vibraciones y control de estabilidad.
• Un laboratorio de pruebas de componentes, especializado en la caracterización funcional de actuadores y subsistemas.

Estas infraestructuras permiten a Ideko abordar con garantías tanto la investigación básica como el desarrollo experimental de soluciones industriales, favoreciendo una transferencia efectiva al mercado.

La iniciativa, financiada por el programa Hazitek del Gobierno Vasco, ha abordado el reto de desarrollar una nueva gama de sistemas robóticos para operaciones industriales de altas prestaciones desde una perspectiva innovadora.

Al contrario que la corriente de investigación más extendida en el campo de la robótica, que parte de robots comerciales y los adapta integrando sensores que permitan mejorar sus prestaciones mediante compensación, en este proyecto se ha diseñado un robot desde cero. De esta forma, Ideko ha podido implementar todo el conocimiento generado por sus grupos de investigación: la mecatrónica de sus accionamientos, la optimización de su estructura, la calibración que asegura su precisión y los avances dinámicos que lo hacen estable frente a las altas exigencias.

Además, la validación de esta tecnología no se queda en el laboratorio. Danobat ya ha desarrollado y fabricado dos prototipos funcionales: uno de 500 kg de capacidad de carga y 3 metros de alcance, y otro de menor tamaño —200 kg— que estará operativo a finales de año. Ambos se encuentran en fase de validación industrial y pronto se incorporarán a su cartera de productos.

Esta nueva familia de robots con la que cuenta el fabricante como resultado, que se presentará en la próxima feria EMO de Hannover, se sitúa a la altura de las exigencias propias de una máquina-herramienta, con la agilidad y versatilidad de un robot de seis ejes, combinando así lo mejor de los dos mundos.

Este enfoque híbrido abre la puerta a nuevas aplicaciones de alto valor añadido en sectores como la aeronáutica, donde la automatización avanzada debe ir acompañada de alta precisión y fiabilidad.

Proyectos de I+D+i como dBOT están permitiendo desarrollar tecnología con la que abordar operaciones complejas como el mecanizado de piezas aeronáuticas.

Durante la colaboración con Danobat, Ideko ha sido clave en todo el ciclo de desarrollo tecnológico, desde las fases iniciales de simulación mecatrónica hasta el diseño estructural, la calibración avanzada y la compensación de errores en tiempo real. Contando con sus cuatro grupos de investigación involucrados, el centro tecnológico ha ofrecido un enfoque de I+D multidisciplinar liderando tareas críticas como:

• Diseño mecánico y estructural del robot mediante simulación por elementos finitos.
• Desarrollo de modelos dinámicos avanzados para predecir y compensar los errores.
• Automatización de sistemas de medida de precisión.
• Calibración y compensación de errores en tiempo real.
• Desarrollo de algoritmos de control para actuadores electromagnéticos que eliminan vibraciones.
• Incremento de la capacidad de mecanizado de robots.

Esta actividad investigadora se ha organizado en paquetes tecnológicos integrales, abarcando desde la modelización inicial hasta la validación experimental del prototipo, incluyendo el diseño estructural, la compensación de errores y la integración completa de los distintos subsistemas que conforman el robot.

Ideko ha trabajado intensamente en el modelado mecatrónico de estos robots, desarrollando herramientas avanzadas de simulación que permiten optimizar tanto el diseño estructural como el comportamiento dinámico. La arquitectura resultante integra elementos específicamente diseñados para minimizar holguras, maximizar la rigidez y permitir la integración de tecnologías habilitadoras como sensores, visión artificial o actuadores electromagnéticos.

Uno de los elementos más innovadores integrados en el sistema robótico es el diseño de un actuador electromagnético para contrarrestar las vibraciones generadas por fuerzas externas o movimientos rápidos del robot. Esta tecnología incrementa significativamente la estabilidad durante los procesos de mecanizado.

Otro destacado avance incorporado en la solución es su capacidad para medir y compensar sus propios errores dinámicos. Gracias al desarrollo de modelos que representan con precisión sus fuentes de error —incluyendo deformaciones estructurales y vibraciones—, el nuevo robot puede corregir su trayectoria en tiempo real.

Esta característica sitúa al equipo productivo por encima de los robots industriales convencionales al permitir un desempeño estable incluso en tareas de mecanizado exigentes, como las que se desarrollan sobre materiales compuestos o piezas metálicas de gran tamaño. La precisión obtenida se mantiene incluso ante variaciones en las condiciones del entorno o después de múltiples ciclos de trabajo.

El ejemplo del desarrollo robótico impulsado en el marco de la colaboración entre Danobat e Ideko es solo un ejemplo de cómo la transferencia tecnológica puede materializarse en desarrollos tangibles que transforman la industria. También ilustra perfectamente el modelo de trabajo de Ideko: investigación aplicada con impacto real. Las capacidades del centro tecnológico en modelado mecatrónico, control de precisión y monitorización inteligente están marcando un antes y un después en la robótica de altas prestaciones.

El trabajo llevado a cabo en dBOT demuestra cómo la combinación de conocimiento científico, capacidades tecnológicas y colaboración con la industria puede dar lugar a soluciones disruptivas con un alto nivel de madurez.

Estos desarrollos no solo suponen un hito tecnológico, sino que amplían el horizonte de posibilidades para muchas empresas que necesitan automatizar procesos de forma precisa, segura y eficiente enviando un mensaje muy claro al mercado: la excelencia en I+D+i es el camino más sólido para construir un futuro industrial competitivo, sostenible y centrado en la tecnología.

Gracias a su experiencia en robótica, digitalización y mecanizado avanzado, IDEKO está ayudando a construir este futuro de la fabricación inteligente. Y con la apuesta estratégica por impulsar la robótica de precisión, el centro reafirma su papel como agente tractor de la I+D+i industrial, generando soluciones que combinan excelencia científica, aplicabilidad industrial y un fuerte compromiso con la competitividad del tejido productivo.