A lo largo del siglo XX y del siglo XXI, la robótica ha presentado importantes avances, especialmente en lo referente al desarrollo de instrumentos y herramientas destinados a facilitar los procesos industriales y cotidianos en diferentes áreas. Gracias a estos avances, se ha logrado automatizar muchas de las tareas aumentando la productividad de los equipos y la realización de acciones complejas de diferentes características. Ejemplo de ello es el desarrollo del brazo robótico, un mecanismo de alta relevancia en la actualidad. En este artículo de Futuro Eléctrico te contaremos qué es, cuáles tipos existen y cuál es su impacto en el futuro.
Tabla de contenidos
¿Qué es un brazo robótico? Características principales
En términos generales, el brazo robótico es entendido como un brazo mecánico que ha sido construido a partir de estructuras flexibles y articulaciones adaptables. Esto le permite moverse en una gran variedad de direcciones y realizar movimientos muy precisos y repetitivos con gran velocidad y consistencia.
Estos brazos son, entonces, un tipo de robot articulado que es controlado por una computadora, a través de la ejecución de un conjunto de lenguajes de programación que establecen las diferentes funciones. Además, en ellos se incorporan sensores que identifican aquellos objetivos de automatización y les permiten ejecutar referencias de fuerza, aceleración, temperatura, ubicación, entre otros.
Entre las partes a destacar de los brazos robóticos se encuentran el controlador (unidad central), actuadores (motores de fuerza), manipulador (realiza los movimientos), articulaciones y muñecas (movimientos lineales y angulares), muñeca (movimientos de elevación, desviación y giros) y la mano robótica o gripper (extensión de la muñeca encargada del movimiento mecánico final).
En la actualidad, el brazo robótico se utiliza en diferentes industrias ─de las cuales hablaremos más adelante─ debido a su gran capacidad para trabajar en entornos peligrosos, la capacidad de programación y, claro, sus altos niveles de precisión en tareas repetitivas.
Tipos de brazo robótico que se implementan en las diferentes industrias
Para facilitar el trabajo de los operarios y colaboradores de múltiples áreas, se han diseñado diferentes clases de brazo robótico industrial. Entre ellos vale mencionar:
1. Brazo robótico articulado
Este brazo robótico cuenta con 5 o más articulaciones o grados de libertad, lo que le permite tener un uso general, cubriendo una amplia gama de actividades. Sus articulaciones giran sobre sí mismas y, generalmente, están destinadas a alcanzar la mayor precisión en tareas como la soldadura o la pintura en aerosol. Esta es una de las razones por las que se usa con frecuencia en la pintura automovilística.
2. Brazo robótico esférico o polar
Los ejes de este brazo robótico forman un sistema polar de coordenadas, es decir que sus ejes se encuentran dentro de un círculo; uno de ellos va de arriba abajo y el otro de izquierda a derecha (norte-sur, oriente-occidente). Esto hace que el robot pueda girar verticalmente.
El primer robot de este tipo fue el robot Unimate, el cual realizaba trabajos de soldadura, fundición y manipulación de máquinas y herramientas. Hoy en día no es el robot más común, ya que está diseñado para tareas sencillas que no requieren movimientos complejos ni alta velocidad.
3. Brazo cartesiano
A diferencia de otros tipos de brazos robóticos, estos son sistemas rígidos cuyo movimiento se realiza en un plano de coordenadas 3D. Generalmente, se conforman por tres actuadores lineales: el primero de ellos se mueve de izquierda a derecha en el eje X; el segundo, hacia arriba y hacia abajo en el eje Y y el tercero, hacia adelante y hacia atrás en el eje Z.
Este robot se implementa en funciones de soldadura, ensamblado o manipulación de objetos.
4. Brazo cilíndrico
Se diseñan en torno a un solo brazo, cuyos ejes forman un sistema de coordenadas de círculos concéntricos. El movimiento se da hacia arriba y hacia abajo de un miembro vertical que hace que el brazo gire horizontalmente. Además, este brazo puede extenderse o retraerse. Se implementa, ante todo, en la soldadura a punto y la fundición a presión.
5. Brazo robótico paralelo
Las articulaciones de este robot tienen forma de prisma, lo que les brinda un alto nivel de rotación y de velocidad. Debido a ello, son muy utilizados en las plataformas móviles que utilizan los simuladores de vuelo, logrando acciones muy complejas.
6. Brazo robótico SCARA
Estos son brazos robóticos de cumplimiento selectivo. Cuentan con dos articulaciones rotatorias paralelas que les permiten recoger objetos y dejarlos en otras locaciones (Pick and Place). Aunque su nivel de fuerza es bastante alto, no tienen la misma flexibilidad que los brazos articulados.
7. Brazo robótico hidráulico
Este es un aparato mecánico que se divide en tres partes, lo que le permite simular la estructura de un brazo humano. Las partes se unen por articulaciones robóticas que “reemplazarían” al codo y a la muñeca. Las partes se pueden mover de manera independiente dependiendo de la presión de un fluido o medio gaseoso. Se controla a través de un centro de mando en la base del brazo.
8. Brazos y piernas robóticas
El brazo robótico ha ido mucho más allá de sus aplicaciones puramente industriales, ejemplo de ello es la creación de prótesis robóticas de brazos y piernas. Estas prótesis combinan elementos de la mecatrónica, neurociencia, ingeniería electrónica, ciencias cognitivas y nanotecnología, para crear instrumentos que incrementen el margen de movimiento.
El brazo robótico o pierna robot para prótesis utilizan la energía eléctrica originada en el músculo al nivel de la amputación. Las prótesis captan las señales que llegan del cerebro a través de electrodos implantados en los nervios periféricos.
Estas prótesis pueden, además, determinar cuánta presión o fuerza se requiere para agarrar o dejar un objeto determinado.
9. Interfaces humano- robot con brazos robóticos
Otro de los grandes referentes de brazo robótico son aquellos implementados en las interfaces humano-robot. Estos son entendidos como unidades portátiles de IA que cuentan con terminales y brazos robóticos desmontables y controlables por el usuario.
Un ejemplo de ello son los cyborgs. Estos son organismos biológicos que usan la tecnología para ampliar sus capacidades.
Esto permite facilitar la interacción entre humanos y máquinas y adaptar la herramienta adecuadamente a diferentes entornos.
Principales aplicaciones de los brazos robóticos
Debido a las múltiples funciones que pueden cumplir y sus niveles de flexibilidad y precisión, el brazo robótico es una herramienta implementada en toda clase de industrias. Sin embargo, vale la pena resaltar sus beneficios para las siguientes:
1. Brazo robótico en la medicina
En la medicina, el uso del brazo robótico es bastante importante. Desde hace un tiempo se han utilizado en tareas complejas, como la realización de operaciones quirúrgicas. Gracias a ellos se logran implementar técnicas quirúrgicas menos invasivas, más precisas y con menor riesgo de errores humanos.
Por otro lado, recientemente se han diseñado robots que pueden aplicar vacunas, sin usar agujas. Este brazo dispara el líquido a presión suficiente para que el líquido atraviese la piel; un procedimiento que dura menos de un segundo.
Y como si esto no fuera suficiente, los brazos robóticos son implementados en la creación de prótesis de alta precisión, como las mencionadas anteriormente. También se utilizan para el transporte de insumos médicos desde diferentes espacios.
2. Los brazos robóticos en la industria automotriz
Sin duda alguna, una de las industrias que más se beneficia del brazo robótico es la industria automotriz. Se utilizan en las fábricas de coches y de ensamblado para funciones como la creación de estructuras que emplacen las máquinas, el pick and place de materiales pesados y para armar la estructura de un coche. Son, también, implementados para labores de pintura.
3. Robótica y cuestiones espaciales
El campo espacial no se queda atrás en lo que se refiere al uso del brazo robótico. Este es muy implementado en sistemas de manipulación remota, los cuales se entienden como un conjunto de brazos mecánicos que se ubican en el transbordador espacial. Así cumplen funciones de inspección de satélites y carga o descarga de material.
4. Brazos robótico en la industria militar
En esta área, el brazo robótico cuenta con funciones de desplazamientos para, por ejemplo, robots cuadrúpedos de reconocimiento de terreno. También, es bastante útil en la carga y descarga de material pesado y transporte de insumos.
Por otro lado, sus aplicaciones se extienden a los pacientes amputados, permitiéndoles realizar múltiples movimientos de manera simultánea, un beneficio ligado al campo de la medicina.
Además, la inclusión de interfaces humano-robot, da la capacidad de intercambiar complementos robóticos para adaptar sistemas a situaciones específicas, como la colocación de explosivos o el acceso a áreas peligrosas.
5. Brazos robóticos en la logística
Por último, es importante mencionar la utilidad de los brazos robóticos en la logística. Ellos facilitan el manejo y recepción segura de productos, la clasificación de los paquetes y el Picking and Packing. De esta manera, se aumenta la eficiencia de la industria y se reduce el riesgo de incidentes.
El futuro de los brazos robóticos: Ejemplos reales que dan vida al avance
La tecnología avanza con una agilidad impresionante, por eso es de esperar un futuro realmente brillante para el brazo robótico. Sin embargo, las situaciones más prometedoras no tardan en llegar y, hoy en día, hay muchos referentes de ellos.
Por ejemplo, en lo que se refiere a la interacción entre humanos y robots se ha creado un nuevo tipo de robótica que permite utilizarla como una extensión de nuestro propio cuerpo. En los últimos meses se ha conocido la fantástica creación de la compañía japonesa Jizai Arms, quienes diseñaron un sistema de extremidades robóticas en forma de araña y con seis brazos. El sistema es controlado completamente por el usuario.
Estas funcionarán como prótesis robóticas muy flexibles que ─al poderse conectar, desconectar o reemplazar parcialmente o por completo ─ se adaptan a cualquier tipo de trabajo o actividad.
Por otro lado, los avances en las aplicaciones en la medicina son también sorprendentes. Una de las últimas sorpresas en este campo tiene que ver con el desarrollo de una grandiosa interfaz cerebro-máquina que conecta directamente el cerebro a un ordenador para que las prótesis robóticas permitan a las personas con discapacidades recuperar algún grado de autonomía.
Este es el caso de los brazos desarrollados por el equipo de investigadores del Laboratorio de Física Aplicada de Johns Hopkins, que le permitieron a un hombre comer de manera normal. La interfaz traduce las órdenes del cerebro en movimientos que, con destreza asombrosa, le permiten manipular los cubiertos, cortar los alimentos y llevarlos a su boca.
Y, como último ejemplo de lo que nos depara el futuro del brazo robótico, vale destacar la creación de MARM. Este es un dispositivo con tres brazos robóticos que ha sido diseñado para ayudar a los astronautas a instalar, inspeccionar, mantener y reparar infraestructuras espaciales.
Las extremidades de MARM se conectan a una base común y cuenta con un dispositivo de acoplamiento y de recepción y envío de datos, con base en criterios de movilidad y flexibilidad. Es capaz de soportar un máximo de 12 kilogramos.
Palabras finales
A pesar de que el brazo robótico lleva varios años sorprendiéndonos a todos, no podemos dejar de esperar los increíbles avances que están por llegar en este campo. Los apartados anteriores son solo un pequeño acercamiento a la importancia de esta tecnología y la necesidad de esta en más y más campos de la vida cotidiana.
Antes de despedirnos de ti nos gustaría que nos contaras: ¿cuál es el tipo de brazo robótico que te parece más interesante?, ¿cuál crees que debería ser uno de los próximos avances en esta tecnología? ¡No dudes en dejárnoslo saber todo en la sección de comentarios!