Análisis completo de los sistemas servo y la configuración de sensores de tres modelos representativos de robots colaborativos

Meta Description: Análisis en profundidad de las tecnologías clave de servodrives y sensores en los robots colaborativos YASKAWA MOTOMAN-HC10, Universal Robots UR5 y SIASUN de 7 ejes. Se explica cómo los sensores de par, los sistemas de percepción de seguridad y el control de doble lazo cerrado permiten la colaboración segura hombre-máquina, el despliegue de bajo costo y una alta flexibilidad, explorando las rutas tecnológicas clave de los robots colaborativos en la era de la Industria 4.0.

Palabras clave: Robots colaborativos, Sensores de par, Sensores de par articular, Sensores de seguridad, Servodrives, Control de doble lazo cerrado, Redundancia cinemática, Robots de 7 grados de libertad, Colaboración hombre-máquina, Percepción de seguridad, Robots colaborativos Industria 4.0, YASKAWA HC10, Universal Robots UR5, SIASUN 7 ejes, Nexisense

Como fuerza clave en la transformación y modernización de la industria manufacturera, los robots colaborativos han ganado una amplia atención solo en los últimos años. Sin embargo, el concepto se remonta ya a la década de 1990. Este tipo de robots se diseña con el principio central de “coexistencia con el ser humano”, abandonando la fuerte dependencia de las vallas de seguridad tradicionales, lo que permite que las personas y los brazos robóticos trabajen de forma eficiente en el mismo espacio. Sus ventajas son evidentes: alta seguridad, bajo costo de implementación, gran adaptabilidad a múltiples escenarios y una operación sencilla y fácil de aprender. Estas características reducen significativamente la barrera de entrada a la automatización para las pequeñas y medianas empresas, al tiempo que aceleran la implementación profunda de la Industria 4.0.

Según datos de previsiones del sector, entre 2015 y 2020 el mercado de robots colaborativos creció más de diez veces, con un valor que pasó de 95 millones de dólares en 2014 a 1.000 millones de dólares. Los modelos ligeros son especialmente populares y se espera que sus precios desciendan al rango de 15.000 a 20.000 dólares. La firma de análisis TechNavio señaló además que, para 2019, la tasa de crecimiento anual compuesta del mercado global de robots colaborativos alcanzó el 50,88 %. Detrás de estas cifras se encuentra el impulso continuo de la innovación tecnológica, especialmente la optimización constante de los sistemas servo y la configuración de sensores. En este artículo, tomamos como punto de partida tres modelos representativos a nivel mundial para analizar en profundidad sus tecnologías subyacentes y revelar cómo la percepción y el control de alta precisión hacen posible una verdadera convivencia armoniosa entre humanos y robots.

Aspectos técnicos destacados de los tres modelos representativos

En el ámbito de los robots colaborativos, las marcas japonesas, europeas y chinas presentan características propias y diferentes rutas tecnológicas, pero convergen en los objetivos de seguridad y flexibilidad. A continuación, tomamos como ejemplo modelos clásicos de YASKAWA, Universal Robots y SIASUN para analizar de forma sistemática cómo sus sistemas servo y configuraciones de sensores respaldan las funciones clave.

YASKAWA MOTOMAN-HC10: un referente japonés con la seguridad como prioridad

El MOTOMAN-HC10 lanzado por YASKAWA Electric se centra en los conceptos de “plug-and-play” y “seguridad sin barreras”, resolviendo eficazmente dos grandes puntos débiles del despliegue de robots tradicionales: el alto costo de las cortinas de seguridad y los procesos operativos complejos. Todas las articulaciones del HC10 incorporan sensores de par de alta precisión capaces de supervisar en tiempo real las variaciones del par externo, con una resolución típica de hasta 0,1 N·m. Cuando se detecta contacto con el cuerpo humano, el sistema activa inmediatamente los mecanismos de limitación de potencia y fuerza, logrando una parada rápida o una retirada flexible para evitar posibles lesiones.

Además, los brazos del HC10 están recubiertos con un material azul flexible de absorción de impactos. Esta carcasa de alta elasticidad absorbe eficazmente los impactos de colisión y reduce al mínimo el pico de fuerza de contacto. Incluso en caso de colisiones accidentales, el riesgo se mantiene dentro de niveles aceptables. Cabe destacar que sus servodrives compactos e integrados se instalan directamente en el interior de las articulaciones, acortando considerablemente la longitud de los cables y reduciendo de forma significativa las interferencias electromagnéticas (EMI/RFI), lo que mejora la estabilidad general del sistema. Este diseño de “redundancia de percepción por hardware + amortiguación física” convierte al HC10 en uno de los primeros robots colaborativos comerciales que no requieren vallas de seguridad adicionales, siendo especialmente adecuado para una rápida implementación en pequeñas y medianas empresas.

En aplicaciones reales, el HC10 se utiliza habitualmente en líneas de montaje y escenarios de manipulación de materiales, colaborando de forma fluida con los operarios. La siguiente imagen muestra al HC10 conviviendo de manera segura con personas en un entorno industrial real, donde se aprecian claramente su carcasa azul y la ubicación de los sensores en las articulaciones:

Universal Robots UR5: el referente europeo que inauguró la era de los robots colaborativos

Como el primer robot colaborativo comercial del mundo, el UR5 de Universal Robots se lanzó oficialmente en 2009 y sentó las bases genéticas de los robots colaborativos modernos: diseño modular, programación gráfica y potentes capacidades de percepción. El UR5 integra en la muñeca un sensor de fuerza/par de seis ejes, capaz de medir simultáneamente fuerzas en tres direcciones y pares en tres ejes, lo que permite operaciones de control de fuerza de alta precisión como ensamblaje flexible, pulido de superficies y enseñanza por arrastre. Gracias a ello, destaca especialmente en industrias de fabricación electrónica y de precisión, alcanzando una repetibilidad en el extremo de ±0,03 mm.

El UR5 utiliza servodrives ultracompactos instalados junto a las articulaciones y combinados con codificadores absolutos de más de 19 bits de resolución, formando un sistema de control de doble lazo cerrado de velocidad y posición. Esta configuración garantiza una excelente respuesta dinámica y estabilidad de movimiento. Su sistema de percepción de seguridad multinivel incluye supervisión del par articular, limitación de velocidad, zonas de protección por separación y lógica de parada de emergencia, con un total de 15 funciones de seguridad que cumplen plenamente la norma ISO/TS 15066. La mayor ventaja del UR5 radica en su facilidad de uso: mediante enseñanza por arrastre y una interfaz de pantalla táctil, incluso el personal no especializado puede dominar su operación en pocas horas, reduciendo drásticamente la barrera de programación de los robots tradicionales.

Robot colaborativo flexible de 7 ejes de SIASUN: un avance en la flexibilidad de fabricación nacional

El robot colaborativo flexible de múltiples articulaciones y 7 ejes lanzado por SIASUN es conocido como “tan flexible como el Tai Chi” y es el primer robot colaborativo de 7 grados de libertad comercializado en China. Está diseñado específicamente para espacios reducidos, posturas complejas y operaciones repetitivas de torsión, y admite funciones como configuración rápida, enseñanza guiada manualmente, guiado por visión y detección de colisiones. La redundancia cinemática de 7 grados de libertad es su principal ventaja: en comparación con los robots tradicionales de 6 ejes, el eje adicional proporciona más posturas posibles, facilita la evitación de singularidades y obstáculos, y resulta especialmente adecuado para el ensamblaje de interiores de automóviles, la industria aeroespacial y los dispositivos médicos.

Todas las articulaciones de este robot están equipadas con sensores de par de alta precisión, lo que permite la detección de colisiones en tiempo real y el control de fuerza constante. Su sistema servo de alto rendimiento con doble lazo cerrado utiliza codificadores incrementales y sensores Hall en el extremo frontal del reductor como retroalimentación de velocidad, y un codificador absoluto de alta resolución de 19 bits en el extremo de salida como retroalimentación de posición, mejorando significativamente la precisión dinámica del sistema. Al mismo tiempo, una matriz de percepción de seguridad múltiple —que incluye supervisión de par, limitación de velocidad y protección por zonas— refuerza aún más la seguridad de la colaboración hombre-máquina. En movimientos complejos dentro de cavidades estrechas, este modelo demuestra una flexibilidad inigualable.

Características clave de los robots colaborativos y su soporte tecnológico

A diferencia de los robots industriales tradicionales, los robots colaborativos ponen el énfasis en la integración fluida con las personas. Esto exige un equilibrio elevado entre flexibilidad, facilidad de uso, seguridad y control de costos, y los sistemas servo y los sensores constituyen la base técnica que sostiene estas características.

La flexibilidad es el alma de los robots colaborativos. Mediante diseños de redundancia cinemática, como la estructura de 7 ejes de SIASUN, los robots pueden realizar operaciones multiángulo y multipostura en espacios limitados, superando las restricciones de las configuraciones tradicionales de 6 ejes. La facilidad de uso se refleja principalmente en la enseñanza por arrastre y las interfaces gráficas, que reducen significativamente la dependencia de la programación especializada. La seguridad se apoya en sistemas de percepción multinivel, garantizando la prevención eficaz de colisiones en entornos sin vallas. El bajo costo se logra mediante servodrives integrados y estructuras modulares que reducen la inversión en hardware adicional.

La materialización de estas características depende de una alta integración de tecnologías avanzadas. Los servodrives miniaturizados integrados en las articulaciones hacen que la estructura del robot sea más compacta y mejoran la resistencia a interferencias electromagnéticas. Los algoritmos de control de doble lazo cerrado mejoran la precisión de posicionamiento y aseguran la estabilidad en movimientos de alta velocidad. Los sensores de par, como el “sentido del tacto” del robot, detectan cambios sutiles de fuerza y permiten respuestas inmediatas. Sensores de seguridad como láseres o cámaras proporcionan percepción del entorno para prevenir accidentes. Los sensores de detección de piezas garantizan la fiabilidad del agarre cuando no se dispone de sistemas de visión.

Al analizar los tres modelos representativos, se observa un claro consenso en el sector: los servodrives integrados permiten estructuras compactas, el control de doble lazo cerrado mejora la precisión, los sensores de par de alta precisión son fundamentales para la detección de colisiones y la percepción de seguridad múltiple crea una protección redundante. Como especialista en sensores industriales, Nexisense ofrece sensores de par articular, sensores de fuerza de seis ejes y sensores de proximidad de seguridad que destacan por su alta precisión, baja latencia y fuerte capacidad antiinterferencias, y que ya han sido adoptados por numerosos fabricantes de robots colaborativos para optimizar el control de fuerza y la detección de seguridad.

Preguntas frecuentes

• ¿Cuál es la principal diferencia entre los robots colaborativos y los robots industriales tradicionales? Los robots industriales tradicionales suelen requerir aislamiento del personal, mientras que los robots colaborativos enfatizan la coexistencia hombre-máquina mediante sensores, ofreciendo un despliegue más flexible y un menor costo global.

• ¿Cuál es el papel de los sensores de par en los robots colaborativos? Los sensores de par supervisan en tiempo real los cambios de par en las articulaciones para detectar colisiones o fuerzas anómalas, activando paradas inmediatas o ajustes de control de fuerza para garantizar la seguridad.

• ¿Por qué los robots de 7 ejes son más adecuados para entornos complejos? Los grados de libertad adicionales proporcionan redundancia de posturas, lo que permite evitar obstáculos y singularidades, mejorando notablemente la flexibilidad y la tolerancia a fallos.

• ¿Cómo deben elegir las pymes un robot colaborativo? Se recomienda priorizar la facilidad de uso y el costo, como la programación gráfica del UR5 o el diseño sin vallas del HC10, y seleccionar la configuración de sensores adecuada según el escenario de aplicación.

• ¿Cuáles son las tendencias futuras de los robots colaborativos? La precisión de percepción seguirá aumentando, con una integración más profunda de la visión por IA y sistemas servo más inteligentes, impulsando la expansión hacia aplicaciones más especializadas.

Conclusión

Desde la seguridad lista para usar del HC10 de YASKAWA, pasando por la facilidad de uso pionera del UR5, hasta el avance en flexibilidad del robot de 7 ejes de SIASUN, estos tres modelos representativos interpretan la esencia de los robots colaborativos desde distintas rutas tecnológicas: lograr una integración armoniosa entre humanos y máquinas mediante la coordinación precisa de sistemas servo y sensores. A medida que la industria manufacturera avanza hacia una mayor inteligencia, la demanda de estas tecnologías clave seguirá creciendo. Marcas locales como Nexisense están impulsando la transición de los robots colaborativos desde tecnologías emergentes hasta configuraciones estándar de fábrica mediante soluciones de sensores fiables. Adoptar esta transformación no solo mejora la eficiencia productiva, sino que también redefine los límites de la colaboración hombre-máquina.