¿Cómo se enseña a los robots industriales a realizar tareas?

De idea fantástica a movimiento real.

Los robots industriales nos rodean; producen los bienes que consumimos y los vehículos que conducimos. Para muchos, estas tecnologías suelen considerarse de naturaleza simplista. Al fin y al cabo, aunque son capaces de fabricar productos rápidamente y con un alto nivel de calidad, operan dentro de una gama limitada de movimientos. Entonces, ¿cuánto hay que programar para que funcione un robot industrial?

La verdad es que, aunque la robótica industrial varía en cuanto a su nivel de complejidad, incluso la aplicación más sencilla de un robot industrial está muy lejos de la funcionalidad "plug and play". Dicho de otro modo, un brazo robótico que requiere un movimiento limitado en los ejes X, Y y Z para realizar su tarea día tras día requiere algo más que unas pocas líneas de código. A medida que la robótica industrial avance más y más y las fábricas tradicionales se conviertan en fábricas inteligentes, la cantidad de trabajo y conocimientos que se requieren para formar a estos fabricantes artificiales aumentará proporcionalmente. Veamos algunas de las formas en que se programa un robot moderno.

Enseñar a colgar

El término "robot" puede evocar muchas imágenes diferentes. Mientras que el público en general puede asimilar un robot a algo que ha visto en una película o en la televisión, en la mayoría de las industrias un robot consiste en un brazo robótico programado para completar una tarea de complejidad variable con un nivel de calidad aceptable.

A veces, durante la producción pueden detectarse deficiencias y es necesario introducir pequeñas variaciones en los movimientos del robot. Detener la producción para reprogramar el equipo sería una tarea costosa y poco práctica; la sabiduría convencional sugiere que cada variación de estos movimientos debe programarse meticulosamente en un ordenador, línea por línea; pero eso no podría estar más lejos de la realidad.

Una teach box, o más comúnmente conocida como teach pendant o teach gun, es un robusto dispositivo portátil industrializado que permite al operario controlar el robot en tiempo real e introducir comandos lógicos y grabar la información en el ordenador del robot.

Los robots industriales suelen funcionar a velocidades que desafían al ojo humano, pero un operario que utilice una consola de programación puede ralentizar el equipo para poder trazar los movimientos del robot y adaptarlos al cambio de procedimiento. Este proceso puede parecer fácil a cualquiera que haya utilizado alguna vez un mando de videojuegos, pero hay mucho más que saber simplemente cómo introducir las entradas. El operario, por ejemplo, tiene que ser capaz de visualizar la trayectoria más eficiente que seguirá el robot para que los movimientos se limiten estrictamente a los necesarios. Los movimientos innecesarios o los aumentos de tiempo, por pequeños que parezcan, pueden tener un efecto dominó en la capacidad de producción de una línea. Extrapolada en el tiempo, una trayectoria ineficiente trazada en un robot podría acarrear importantes pérdidas económicas al fabricante.

Por supuesto, también hay que tener en cuenta la velocidad de cada movimiento para que el robot pueda realizar movimientos conjuntos con la mayor frecuencia posible. Estos movimientos son más eficaces desde el punto de vista del movimiento, suponiendo que el programador tenga la experiencia necesaria para ponerlos en práctica. De hecho, este tipo de programación puede parecer sencilla para quien se asoma al proceso, pero en realidad puede llevar años dominarla. Los Teach Pendants existen desde hace años y siguen siendo un elemento básico en el mundo de la programación robótica.

Simulaciones offline

Uno de los mayores riesgos de programar un robot industrial en la fábrica es el tiempo de inactividad resultante. Un programador necesita interactuar con la máquina, realizar cambios en el código y probar el movimiento del equipo en el contexto de la producción antes de que puedan reanudarse las operaciones. Afortunadamente, el software de simulación fuera de línea puede utilizarse para aproximar cualquier cambio de código que el operario pretenda incorporar, los errores pueden corregirse antes de que la actualización de la programación se ponga en marcha, y todo ello sin detener las operaciones. La ejecución de simulaciones fuera de línea no presenta ningún inconveniente económico y no supone ningún peligro para el operario, ya que las simulaciones pueden ejecutarse en un PC alejado de la planta de producción.

Hay muchos tipos diferentes de programas que ofrecen capacidades de simulación fuera de línea, pero el principio es el mismo: crear un entorno virtual representativo del proceso de fabricación y programar los movimientos utilizando un sofisticado modelo 3D.

Cabe señalar que ningún programa es rotundamente mejor que otro, pero uno puede ser preferible en función de la complejidad de la aplicación. Lo atractivo de este tipo de programación es que permite al programador no sólo programar movimientos robóticos, sino también implementar y ver los resultados de la funcionalidad de detección de colisiones y cuasi colisiones, y registrar los tiempos de ciclo.

Dado que el programa se crea independientemente del dispositivo en un ordenador externo (y no manualmente, como en el caso del teach pendant learning), permite a los fabricantes sacar provecho de la producción de tiradas cortas al poder automatizar rápidamente un proceso sin obstaculizar las operaciones normales.

Aunque el aprendizaje de la programación de la botonera ofrece un enfoque muy matizado de los ajustes robóticos en la fábrica, podría decirse que es más ventajoso poder ejecutar actualizaciones de programación en un entorno de prueba antes de actualizar el código en el equipo físico.

Programación mediante demostración

Este método es, en gran medida, similar al proceso de la consola de programación. Por ejemplo, al igual que con la consola de programación, el operario tiene la capacidad de "mostrar" al robot, con un alto grado de precisión, una serie de nuevos movimientos y almacenar esa información en el ordenador del robot. Sin embargo, hay algunas ventajas que diferencian a ambos sistemas. Por ejemplo, el teach pendant es un sofisticado dispositivo portátil que contiene una gran cantidad de controles y funcionalidades diferentes. La programación por demostración suele requerir que el operario maneje el brazo robótico con un joystick (en lugar de con un teclado). Esto hace que el proceso de programación sea mucho más sencillo y rápido, dos cosas que se traducen en menos tiempo de inactividad.

Este tipo de programación robótica también requiere menos tiempo para que un operario adquiera destreza, ya que la tarea en sí se programa de forma muy similar a como la realizaría un operario humano.

El futuro de la programación robótica

Todos estos métodos de programación tienen su lugar en el mundo de la robótica industrial, pero ninguno de ellos es perfecto. A su manera, el desarrollo y despliegue de cada uno de ellos puede obstaculizar la producción y aumentar los costes para el fabricante. Se necesitará tiempo para enseñar al robot a realizar la tarea. En muchos casos, la habilidad del operario o del técnico puede hacer que estos tiempos varíen mucho de una aplicación a otra.

Imagínese, sin embargo, que un robot industrial sólo necesitara "ver" cómo se realiza una tarea para poder ejecutarla a la perfección una y otra vez. El coste y el tiempo asociados a la programación de robots industriales disminuirían enormemente.

Si le parece demasiado bueno para ser verdad, quizá quiera echar un vistazo más de cerca a la industria de la robótica; este tipo de formación de robots ya está en la mente de los diseñadores de robótica industrial. La teoría en la que se basa la tecnología es sólida: un operario muestra al robot cómo realizar una tarea determinada y el robot analiza esa información para determinar la secuencia de movimientos más eficaz que debe completar para reproducir la tarea. A medida que el robot aprende la tarea, tiene la oportunidad de descubrir nuevas formas de mejorarla.

Programación de robots más complejos

A medida que más y más fábricas hagan la transición a fábricas inteligentes y se instalen más equipos autónomos, las tareas que se asignen a los robots serán más complejas. Dicho esto, los métodos que utilizamos actualmente para programar estos robots se verán obligados a evolucionar. Aunque las actividades de programación actuales funcionan admirablemente, no cabe duda de que la inteligencia artificial desempeñará un papel importante en la forma de aprender de los robots.