Colaboración Innovadora entre Humanos y Robots para Tareas de Lijado

Muchos trabajos en industrias como la fabricación de aviación, como lijar e instalar piezas, pueden ser difíciles de automatizar porque requieren mucha habilidad y pueden cambiar de una tarea a otra. En vez de automatizar completamente estas tareas, buscamos usar robots para ayudar a los trabajadores humanos. En este montaje, el robot hace el trabajo pesado, mientras el trabajador calificado planea qué hacer y da retroalimentación durante la tarea. Este artículo habla de cómo desarrollamos un sistema que permite a humanos y robots trabajar juntos de manera flexible, enfocándose en tareas de lijado.

#La Necesidad de Asistencia

Trabajos como lijar y sellar son a menudo difíciles para que los robots los manejen solos. El trabajo varía mucho, con diferentes formas y tamaños a los que los robots pueden tener dificultades para adaptarse. Los trabajadores humanos son buenos detectando qué necesita hacerse y tomando decisiones rápidas durante el trabajo. Así que, en vez de intentar que los robots hagan todo por sí solos, proponemos un sistema donde las personas y los robots trabajen juntos, usando las fortalezas de ambos.

La idea principal es permitir que el humano y el robot compartan tareas. El robot puede encargarse de las partes físicamente demandantes, mientras el humano se enfoca en planear y hacer ajustes según cómo van las cosas. Por ejemplo, en tareas de reparación de carrocerías, cada trabajo de lijado puede ser diferente, así que tener a una persona a cargo puede llevar a mejores resultados.

#Cómo Funciona el Sistema

Nuestro sistema combina dos técnicas modernas: programación por el usuario final y Autonomía Compartida.

• Programación por el Usuario Final: Esto permite a los trabajadores programar el robot sin necesidad de habilidades de codificación formales. En vez de preocuparse por instrucciones complejas, el trabajador puede usar interfaces simples para configurar lo que necesita hacerse.
• Autonomía Compartida: Esta técnica permite que tanto el humano como el robot trabajen juntos durante la ejecución de una tarea. El humano puede intervenir para ayudar o ajustar lo que el robot está haciendo cuando sea necesario.

Creemos que al combinar estos métodos, podemos crear una forma más efectiva para que humanos y robots completen tareas complejas juntos.

#Los Dos Flujos de Trabajo de Lijado

Enfocamos nuestro trabajo en dos tipos de tareas de lijado comunes en la fabricación de aviación: tareas estructuradas y no estructuradas.

1. Tareas Estructuradas: Estas son tareas donde los requisitos son claros y hay suficientes datos para minimizar la entrada humana necesaria. Por ejemplo, al lijar partes interiores de un avión, el trabajador puede planear de antemano basándose en experiencias pasadas.

2. Tareas No Estructuradas: Estas tareas tienen mucha variabilidad, como lijar parches rugosos en el fuselaje de un avión. Hay menos información disponible, así que el trabajador necesita especificar qué hacer en tiempo real, usando su experiencia para guiar al robot mientras trabaja.

#La Configuración del Sistema

Nuestra configuración incluye un brazo robótico montado sobre una base móvil. El operador puede moverlo fácilmente para diferentes tareas. El robot está equipado con una cámara para ayudar con la programación y localización.

Para programar el robot, el trabajador utiliza una interfaz móvil, como una tablet. Esta interfaz muestra imágenes en tiempo real de la cámara del robot, permitiendo al operador registrar objetos y establecer parámetros para la tarea de lijado.

Durante la ejecución de la tarea, el operador puede monitorear el rendimiento del robot y hacer ajustes según sea necesario. Esta configuración permite un flujo de trabajo mucho más fluido al lijar.

#Realizando las Tareas de Lijado

Para las tareas estructuradas, el proceso implica algunos pasos:

1. El operador especifica la geometría de la tarea y proporciona orientación inicial para el robot.
2. El operador coloca el robot y la pieza de trabajo en su lugar. Una vez configurado, comienza el control robótico.
3. El robot escanea el entorno para entender su alrededor. El operador verifica los datos y hace los ajustes necesarios.
4. El robot ejecuta la tarea de lijado mientras el operador proporciona retroalimentación y correcciones a lo largo del proceso.
5. Después de lijar, el operador puede reposicionar la pieza de trabajo o mover el robot para comenzar en un nuevo área.

En las tareas no estructuradas, el operador tiene que proporcionar más entrada en tiempo real. Identifican el área que necesita lijado y especifican los parámetros como la fuerza y velocidad. Luego, el robot realiza el lijado con el operador proporcionando correcciones al vuelo.

#Pruebas en el Mundo Real

Probamos nuestro sistema tanto en entornos de laboratorio como en situaciones del mundo real dentro de una instalación de fabricación de aviación. Durante las pruebas en el laboratorio, encontramos que la calidad del lijado cumplió con las expectativas, con la mayoría de las áreas abordadas adecuadamente.

En las demostraciones en el sitio, los operadores usaron el sistema de manera efectiva para lijar superficies, manejando tanto tareas estructuradas como no estructuradas. Apreciaron la flexibilidad que el robot ofrecía, incluso en tareas que requerían muchos ajustes manuales.

#Lecciones Aprendidas

De nuestras pruebas, descubrimos que tanto la programación por el usuario final como la autonomía compartida son críticas para el éxito de nuestro sistema. La programación por el usuario final permite a los trabajadores adaptarse rápidamente, especialmente durante la configuración inicial y el registro de objetos. Mientras tanto, la autonomía compartida asegura que las correcciones del operador mejoren significativamente la calidad del lijado.

También notamos algunos desafíos durante nuestras sesiones. Aunque el sistema funcionó bien, los comentarios de los usuarios sugirieron que el robot colaborativo no era tan rápido o eficiente como las soluciones de lijado existentes. Los usuarios destacaron que otros sistemas podían cubrir áreas más grandes más rápido.

También hay una necesidad de equilibrar la eficiencia del robot y la participación del trabajador. Para hacer que el sistema sea más atractivo, los esfuerzos futuros deberían apuntar a mejorar la eficiencia del trabajador, posiblemente automatizando partes de las tareas no estructuradas.

#Direcciones Futuras

De cara al futuro, planeamos abordar varias áreas clave:

1. Estudios de Usuario: Se necesita más investigación formal para cuantificar el rendimiento del sistema y los beneficios ergonómicos que ofrece. Probar con una variedad diversa de usuarios nos ayudará a entender mejor la aceptación y usabilidad.

2. Preparación del Sistema: Estaremos trabajando en mejorar los aspectos técnicos de nuestro sistema para asegurarnos de que pueda manejar aplicaciones del mundo real de manera eficiente.

3. Mejor Accesibilidad: Las versiones futuras explorarán mejores métodos para asegurarse de que el robot pueda alcanzar todas las áreas requeridas sin complicaciones.

4. Diversidad de Tareas: Esperamos aplicar nuestro sistema a una gama más amplia de tareas más allá del lijado, como el atornillado y la ensambladura de compuestos para probar aún más su adaptabilidad.

5. Interfaces Amigables: Desarrollar interfaces intuitivas puede mejorar la usabilidad, facilitando que los operadores programen y ajusten el robot.

#Conclusión

En resumen, hemos desarrollado un sistema para el trabajo en equipo entre humanos y robots que se enfoca en tareas de lijado. Este enfoque permite a un operador calificado dirigir al robot de manera efectiva, combinando flexibilidad y facilidad de uso. A través de pruebas, encontramos que nuestro sistema es capaz de completar con éxito tareas del mundo real mientras permite la entrada humana. El trabajo futuro buscará refinar y expandir este sistema para aplicaciones más amplias en la industria.