Subcapítulo 3.9
Seguridad en robots
Hemos resumido la información más vital sobre conceptos de seguridad para su aplicación de robot a continuación. Aprenda cómo prevenir el acceso a peligros, limitar el movimiento del robot y garantizar una interacción segura entre humanos y robots. Descubra la importancia de las vallas de seguridad, los sistemas de detección avanzados y la relevancia de planificar espacios de trabajo de colaboración.
Normas y reglas esenciales para la seguridad de los robots
Los robots son increíblemente versátiles, ofreciendo soluciones de automatización económicas. Sin embargo, también pueden ser bastante peligrosos
Los robots grandes y de alta velocidad pueden causar lesiones muy graves por aplastamiento e impacto. Por lo tanto, la seguridad de los robots ha sido estandarizada internacionalmente en (EN) ISO 10218-1 y -2 y para EE. UU. en el casi idéntico ANSI/RIA R15.06. Además, se ha publicado un estándar para robots móviles con ANSI/RIA R15.08. A continuación se presentan algunas reglas de seguridad vitales.
La seguridad de los robots se basa en tres elementos:
- Prevenir el acceso de personas.
- Limitar el movimiento del robot.
- Hacer seguro el contacto físico.
El tercer elemento, hacer seguro el contacto físico, es un concepto relativamente nuevo, a menudo referido como operación de robot colaborativo. Significa que un sistema de robot diseñado especialmente y un operador trabajan dentro del mismo espacio de trabajo o espacios de trabajo superpuestos. Primero, debe planearse el espacio de trabajo de colaboración y la interacción deseada entre el humano y el robot. Luego, se identifican los riesgos y se implementan las medidas de seguridad adecuadas.
¿Qué es una "aplicación de robot colaborativo"?
Durante algunos años, mucho entusiasmo se ha difundido en la industria en torno a “cobots”, una abreviatura de “robot colaborativo”. Curiosamente, el término nunca ha sido acogido por los fabricantes de robots, ni ha aparecido nunca en las normas de seguridad.
El término “Cobot” se asocia a menudo con la idea errónea de que existe un tipo de robot que opera de forma segura en prácticamente cualquier aplicación dada sin medidas adicionales. Pero tales robots no existen en el mundo real.
Para contrarrestar la falsa noción, las versiones completamente nuevas de las normas internacionales de seguridad para robots (EN) ISO 10218-1 y -2 hablan de “aplicación colaborativa” mostrando que hay más que solo un tipo especial de robot. Las normas también introducen un sistema de clasificación de robots y requisitos detallados para la evaluación de riesgos y las medidas de seguridad que deben tomarse en aplicaciones colaborativas.
En una aplicación colaborativa, un robot puede interactuar directamente con los operadores. Esto puede incluir contacto físico durante el cual el robot podría pellizcar, empujar o golpear al operador. Para asegurarse de que esto no resulte en lesiones, la velocidad de movimiento y la fuerza del robot deben ser reducidas.
(EN) ISO 10218-2:2025 ahora incluye una descripción del llamado “modelo de cuerpo”. Define valores límite para la fuerza por centímetro cuadrado y valores límite de energía en Julios para diferentes regiones del cuerpo. Se aplican valores muy bajos a la región de la cabeza: los ojos, oídos, cara, cuello y sienes son muy sensibles al impacto.
A pesar de la fuerza limitada, la velocidad y las energías de impacto ejercidas, la herramienta de extremo de brazo, las piezas de trabajo y el tipo de interacción deben ser analizados para crear una aplicación verdaderamente segura.
Clases de robots
Los robots industriales se clasifican en dos grupos, clase I y II. Los robots industriales de clase I tienen una carga útil baja, se mueven relativamente despacio y ejercen solo una pequeña fuerza en caso de impacto. Esto los hace adecuados para operar directamente alrededor de personas.
Los robots de Clase I tienen que cumplir con límites estrictos en cuanto a peso, fuerza y velocidad máxima. Si lo hacen, las funciones de seguridad de su sistema de control deben alcanzar un nivel de fiabilidad de PLr = b o SIL 1, a diferencia de PLr = d o SIL 2 para los robots de Clase II.
La baja fuerza y velocidad permiten el contacto directo entre el robot y las personas. El contacto "transitorio" y "cuasi-estático" puede causar dolor pero no lesiones a los operadores.
Pero la fuerza y la velocidad no son los únicos factores que determinan el riesgo. El "efector final" o herramienta de extremo de brazo juega un papel vital. Podría ser puntiagudo, cortante o caliente. Los aplicadores podrían rociar, aplicar o inyectar materiales venenosos.
Seguridad en espacios de trabajo colaborativos
Cuando un operador humano y un robot comparten un espacio de trabajo colaborativo, la seguridad se determina no solo por el robot, sino por la combinación de herramientas, piezas de trabajo y tareas que deben llevar a cabo el robot y la persona.
En muchas aplicaciones hay operaciones no colaborativas y colaborativas. Durante parte de un proceso, el robot trabaja por sí mismo a mayor velocidad y fuerza. Pero luego se acerca a una estación de recogida y colocación en la que está trabajando una persona. La fase de transición puede ser peligrosa.
Están disponibles tres funciones de seguridad:
HGC – Para entrenar robots, a menudo se utiliza el control manual guiado. Las partes móviles del robot están energizadas pero se pueden mover manualmente a las ubicaciones deseadas, por ejemplo, una estación de recogida y colocación. El sistema de control del robot evita cualquier "movimiento sorpresa" peligroso.
SSM – Las funciones de monitoreo de velocidad y separación cuentan con equipos de detección que detectan a una persona que entra o sale de un espacio de trabajo colaborativo. El robot reducirá la velocidad y/o se detendrá a tiempo. Una vez que la persona haya salido o esté a una distancia segura de las partes en movimiento, el robot continuará funcionando.
PFL - La presión y la fuerza de un posible contacto pueden ser limitadas. Esto se logra mediante un robot de clase I inherentemente "débil" y lento o mediante funciones de seguridad electrónicas.
Por qué los espacios de trabajo colaborativos pueden necesitar cercas o barreras
Los diseñadores de sistemas a menudo imaginan una aplicación de robot colaborativo que no tiene límites y es "sin vallas". Sin embargo, las normas de seguridad requieren que se establezcan límites claros para la operación colaborativa de los robots.
Las vallas o barreras pueden ayudar a definir un “espacio protegido” sin obstaculizar la colaboración.
Una valla de protección o barrera peatonal puede evitar que las personas entren en un espacio de trabajo colaborativo por el lado equivocado. También puede separar un espacio de trabajo colaborativo de las pasarelas o caminos de acceso.
Una “barrera de concienciación” baja puede alertar a las personas del hecho de que están entrando en un área potencialmente peligrosa.
Ambas pueden mejorar la eficiencia de la operación, porque el robot tendrá que detenerse menos a menudo debido a que las personas se acercan demasiado.
Evaluación de riesgos de aplicaciones de robots colaborativos
Incluso si se utiliza un robot lento y de baja fuerza en un entorno de operación colaborativo, las tareas y operaciones pueden implicar riesgos. La evaluación de riesgos es obligatoria de acuerdo con las normas de seguridad aplicables.
Sigue estos pasos al evaluar los riesgos de una aplicación de robot colaborativo:
Paso 1 – Determina los objetos de trabajo
Paso 2 – Selecciona las herramientas de final de brazo
Paso 3 – Determina el equipo fijo y otras máquinas necesarias
Paso 4 – Determina las operaciones de trabajo tanto del robot como del/los operador(es)
Paso 5 – Averigua cuánto espacio se necesita y cuánto está disponible
Paso 6 – Busca los peligros
No sigas el enfoque estándar de buscar peligros de inmediato. El riesgo en aplicaciones colaborativas es una combinación compleja de partes móviles de la máquina y las acciones impredecibles de los humanos. Considera patrones de comportamiento típicos como reflejos, movimientos sorpresa, distracción, juicio erróneo de situaciones y desviación deliberada de las instrucciones.
Se deben seguir tres máximas de seguridad en cada caso:
No confíes (solamente) en el bajo peso, fuerza y velocidad del robot.
En la medida de lo posible, prevé tanto el contacto deliberado como el involuntario entre el robot y los operadores.
Evita mover un robot a una altura que acerque los agarradores y otras herramientas de final de brazo cerca de la cabeza o cara de los operadores.
Para una descripción detallada de la evaluación de riesgos para aplicaciones de robots colaborativos, consulta (EN) ISO 10218-2:2025 secciones 4.3 y 5.14.
Aplicaciones de picking robótico
Los robots se emplean cada vez más para recoger y colocar bienes y paquetes para completar pedidos.
La paletización es una aplicación de robots de tamaño mediano y grande desde hace mucho tiempo. Más recientemente, se utilizan robots más pequeños en aplicaciones colaborativas de picking y colocación en un esquema de pedido “de mercancías a persona”. Estos robots pueden interactuar directamente con las personas porque se mueven a baja velocidad y fuerza.
Riesgos del picking de pedidos robóticos y medidas de seguridad que funcionan:
Los robots que interfieren con sistemas de transporte y estaciones de empaquetado pueden causar riesgos de aplastamiento y corte. Algunas herramientas robóticas pueden presentar peligros.
Medidas de seguridad: Aunque el riesgo de lesiones es bajo, puede que desee instalar vallas de protección bajas para mantener a las personas alejadas de tales ubicaciones de riesgo.Las personas que entran innecesariamente en un “espacio colaborativo” pueden resultar heridas por un movimiento inesperado. También pueden hacer que el robot se detenga con frecuencia, interfiriendo así con la eficiencia de la operación.
Medidas de seguridad: Instale vallas bajas, barreras peatonales o barreras de “conciencia” más bajas para alertar a las personas sobre las áreas que no deben entrar y determinar desde qué lado los trabajadores deben acceder al espacio colaborativo.
Seguridad de robots industriales
La seguridad del robot depende en gran medida de "celdas" cerradas con vallas y puertas de acceso. Pero en muchas aplicaciones, se necesitan sistemas de monitoreo adicionales o incluso pueden reemplazar la "jaula" del robot.
Sistemas de detección avanzados:
- En muchas celdas de robots, se utiliza una combinación de vallas de seguridad con puertas, barreras de luz y escáneres de rango.
- La forma más avanzada de sistema de detección es una cámara 3D. Necesita ser instalada a una altura suficiente sobre el espacio de trabajo para asegurar que “ve” todas las áreas en las que las personas pueden moverse.
Cuidado con las personas que permanecen dentro de la zona de peligro detrás de los dispositivos de detección. Si eso es posible, pueden ser necesarias medidas de seguridad adicionales.
Zonas seguras para robots
La cerca de protección puede ser utilizada para crear un "espacio protegido" pero no debe utilizarse normalmente como un "dispositivo limitador" que defina el "espacio restringido" o para detener el movimiento del robot. ¿Cuál es la diferencia?
Para lograr la seguridad, el rango de movimiento de un robot debe limitarse a un llamado “espacio restringido”. Esto se puede hacer mediante “dispositivos de limitación mecánica”. Los dispositivos de limitación mecánica son bloques masivos o pasadores instalados en la placa de montaje del robot o en las juntas de sus ejes principales.
Sin embargo, algunos diseñadores consideran que las vallas de protección se pueden utilizar como un “dispositivo de limitación mecánica”. Eso no es una buena idea. Cuando un robot grande y/o rápido choca con una valla de protección, la valla oscilará de un lado a otro y, en muchos casos, se deformará permanentemente. Esto puede resultar en un peligro para las personas fuera de la celda robótica.
(EN) ISO 10218-2:2025 en la sección 5.7.4.2 desaconseja rotundamente este uso de vallas de protección como un “atrapa robots”: “La protección perimetral no debe utilizarse como un dispositivo limitador cuando las aplicaciones robóticas pueden causar deformaciones peligrosas de la protección.”
Las protecciones perimetrales como las vallas están destinadas a mantener a las personas afuera, no al robot adentro.
Para limitar el movimiento del robot, es mejor usar
hardware y software de control de movimiento con calificación de seguridad ofrecidos por el fabricante del robot
interruptores de límite electromecánicos o de proximidad
detenciones duras sólidas ofrecidas por el fabricante del robot (bloques y pasadores)
¿Vallas "seguros para robots" - concepto o concepto erróneo?
Muchas personas piden vallas "seguras para robots" o señalan los resultados de pruebas de fabricantes de vallas que muestran una resistencia al impacto de 2000 julios o más.
El rango de movimiento de un robot – el “espacio máximo” – depende de su tamaño. Los diseñadores de sistemas intentan utilizar el menor espacio de suelo caro posible. Para lograr eso, el robot está programado para operar en un “espacio operativo” mucho más pequeño. Alrededor de eso, el diseñador de la aplicación debe crear un “espacio restringido” que el robot no puede abandonar. Se proporciona para asegurar que el robot tenga suficiente espacio para desacelerar y detenerse.
Las vallas de seguridad y otros dispositivos de protección crean un “espacio salvaguardado” en el que las personas no pueden entrar durante la operación. Debe ser incluso más grande que el “espacio restringido”. Incluso si ocurren fallos, el robot nunca debe moverse más allá del espacio salvaguardado.
Por lo tanto, un robot está encerrado por tres esferas de tamaño creciente
espacio operativo (A), donde el robot trabaja
espacio restringido (B) que el robot no debe poder superar
espacio salvaguardado (D) que las personas no deben entrar y que el robot nunca debe alcanzar
¿Qué distancia deberías planificar entre el “espacio restringido” y la valla de seguridad externa? Las vallas de malla permiten meter los dedos. Para asegurar que las personas que lo hagan no sean lastimadas por el robot, se necesita una distancia de seguridad adicional (C) de al menos 120 mm dentro de la celda entre el “espacio restringido” de movimiento del robot y la valla de seguridad.
Por lo tanto, la valla de seguridad no necesita ser diseñada como “segura para robots” porque no está destinada a detener el movimiento del robot. De hecho, el robot debe detenerse a una buena distancia de la valla, incluso si ocurren fallos.
Esta infografía ilustra cómo pensar críticamente sobre las distancias de seguridad para robots industriales. Aprenda por qué las vallas de seguridad son importantes, cómo ocurren los accidentes y cuándo las vallas pueden no ser la única solución. Descubra las consideraciones clave para mantener a las personas seguras alrededor de los robots.