Imagina un mundo donde la vivienda asequible y sostenible deje de ser un sueño y se convierta en una realidad tangible. Esta visión se ve desafiante debido a dos obstáculos clave: el aumento vertiginoso de los costos de construcción y la escasez de mano de obra cualificada. Promise Robotics, una empresa canadiense, asegura haber reinventado la prefabricación mediante el uso de avanzada tecnología de automatización de Beckhoff y la inteligencia artificial (IA), que gestionan una solución robótica para una prefabricación más eficiente. Como resultado, el montaje in situ se realiza hasta un 70 % más rápido.
Promise Robotics, con sede en Edmonton (Alberta, Canadá), introduce en el sector de la construcción los sistemas robóticos industriales más inteligentes, flexibles y compactos. La solución industrial se basa en una plataforma de software en la nube que gestiona todo el ciclo de vida de la producción, desde la planificación hasta las operaciones en fábrica, la programación y la logística. Con el concepto Homebuilding Factory-as-a-ServiceTM , los constructores pueden reducir drásticamente el montaje final in situ de las viviendas hasta en un potencial 70 % en comparación con los métodos tradicionales. Por ejemplo, una vivienda unifamiliar podría montarse en unas cinco horas, y un edificio de apartamentos de 64 unidades y tres plantas, en dos semanas.
«La automatización no es muy habitual en el sector de la construcción, que sigue siendo muy intensivo en términos de mano de obra», afirma Ramtin Attar, CEO y cofundador de Promise Robotics. «Nuestro objetivo es construir una tecnología fundacional: un sistema de automatización con un retorno de la inversión tangible y sin límites para una amplia adopción en el mercado».
Retos que plantea la construcción robótica de viviendas
El desarrollo de los innovadores sistemas de construcción de Promise Robotics planteó retos únicos. Uno de los principales obstáculos fue la necesidad de un sistema de control robusto y de alto rendimiento. En concreto, el procesamiento en tiempo real resultaba crucial para un control preciso del robot con retroalimentación de posición.
«Una de las lecciones clave que hemos aprendido es cómo aprovechar la percepción para gestionar las variaciones de material que pueden surgir durante la producción», explica Farid Mobasser, director de software de Promise Robotics. «Tenemos que retroalimentar a los robots y adaptarnos a escenarios únicos que puedan perturbar el proceso. Es una curva de aprendizaje continuo: probamos y construimos diferentes estructuras, formas y manejamos casos límite para mejorar nuestros sistemas».
Otro reto clave consistía en garantizar un diseño compacto e integrado del sistema. Minimizar el cableado y la complejidad era esencial para facilitar un despliegue rápido en un entorno de construcción dinámico con espacio limitado.
Una base sólida con EtherCAT y control basado en PC
Para hacer frente a estos retos, Promise Robotics utilizó varios productos de Beckhoff, incluidos el software de automatización TwinCAT 3 y EtherCAT, para la transmisión de datos entre controladores, accionamientos y componentes de E/S. TwinCAT ofrece una plataforma integral de ingeniería y tiempo de ejecución para todas las funciones de automatización, desde la lógica de control de máquinas y el control de movimiento hasta la seguridad y la HMI. El entorno de desarrollo TwinCAT permite a los ingenieros de Promise aprovechar una amplia gama de lenguajes de programación, como texto estructurado, lógica de escalera y C++, para crear rápidamente aplicaciones robustas.
EtherCAT puede gestionar comunicaciones en tiempo real con una latencia mínima, un requisito fundamental para un control robótico preciso. El bus de campo de alto rendimiento integra a la perfección el control de movimiento, las funciones de seguridad y otros componentes de la máquina con altas velocidades de transmisión de datos, lo que permite que los complejos sistemas de construcción funcionen sin problemas en operaciones dinámicas. «La flexibilidad y escalabilidad de EtherCAT fueron factores decisivos. Es el protocolo de comunicación Ethernet industrial más rápido, y Beckhoff también ofrece un amplio complemento de hardware. Esto incluye todo, desde el PC embebido CX2043 hasta los componentes de E/S y toda la tecnología de accionamiento, incluidos los motores, los accionamientos y los cables», afirma Darren Brix, director de hardware de Promise Robotics. «Es un paquete llave en mano que agiliza el diseño de procesos y sistemas. Gracias a EtherCAT, completar una solución industrial armonizada y coherente de alto nivel es de lo más sencillo y eficaz».
El PC embebido CX2043 de Beckhoff, con una CPU AMD Ryzen™ de cuatro núcleos con una velocidad de reloj de 3,35 GHz, es la potente columna vertebral del sistema de control que permite una integración perfecta con todos los componentes de E/S de Beckhoff. Combinado con el software de automatización TwinCAT, el CX2043 se convierte en un PLC y un sistema de control de movimiento de alto rendimiento, compatible con los modos de 32 y 64 bits, y proporciona una gran potencia de procesamiento con los tiempos de ciclo cortos necesarios para un control preciso y determinista en este entorno dinámico. Un Panel de control multitáctil CP3924, que aprovecha la tecnología de cable único CP-Link 4 para la conexión al PC, sirve de interfaz principal para que los operarios controlen los sistemas robotizados.
Movimiento dinámico con sistemas de accionamiento distribuidos
El control preciso de los brazos robóticos y los actuadores se consigue utilizando el sistema compacto e integrado Beckhoff Servoaccionamientos AMI8122, que combina el servomotor, la etapa de salida y la conexión de bus de campo en un diseño que ahorra espacio. Promise Robotics aprovechó el servoaccionamiento integrado para construir un efector final personalizado, emparejado con un robot KUKA, para lograr la alineación de precisión necesaria para construir diferentes estructuras, formas y tamaños. El AMI8122 forma parte de las soluciones de accionamiento distribuido de Beckhoff, que sacan la tecnología de accionamiento del armario eléctrico y la colocan directamente en la máquina. Este diseño reduce significativamente el tamaño del armario de control, el espacio que ocupa la máquina y la longitud de los cables, por lo que resulta ideal para entornos de construcción dinámicos.
El protocolo de comunicación EtherCAT de alta velocidad y TwinCAT 3 Drive Manager 2 también contribuyen a simplificar la implantación y la puesta en marcha en escenarios de construcción reales. Puesto que la seguridad es primordial, Componente TwinSAFE EL6900 garantiza el funcionamiento seguro de todas las máquinas. Este terminal EtherCAT integrado en el sistema con TwinSAFE Logic gestiona aplicaciones orientadas a la seguridad basadas en valores booleanos, con bloques de funciones para procesar señales de entrada seguras y generar señales de salida seguras. Además, admite hasta 128 conexiones seguras e incluye una función de copia de seguridad y restauración para facilitar el intercambio de controladores, lo que contribuye a la fiabilidad y seguridad de la solución.
Un proyecto de futuro
Al estandarizar su sistema de control con la tecnología de automatización de Beckhoff y confiar en el flexible y abierto sistema de bus de campo EtherCAT, Promise Robotics ha acelerado considerablemente los ciclos de investigación y desarrollo y ha reducido los tiempos de puesta en servicio. El enfoque estandarizado simplifica el mantenimiento, garantiza un funcionamiento uniforme en todas las máquinas y permite una integración perfecta de las nuevas innovaciones, lo que reduce el tiempo de inactividad y aumenta la productividad. «Ahora mismo, estamos centrados en la construcción de estructuras de madera, que representa alrededor del 80 % de la construcción residencial en EE. UU. y Canadá. Pero, esencialmente, estamos construyendo la mayor biblioteca de IA para tareas de montaje robótico, que podría ampliarse a todo tipo de montajes de edificios», afirma Ramtin Attar para explicar los retos que supone intentar transformar toda una industria. «Hay un motivo por la que la automatización no ha escalado en esta industria masiva y multimillonaria: aunque se ha implantado con éxito en ciertos casos, la escalabilidad y la rapidez de implantación han sido bastante limitadas. Nuestro objetivo es implantar estos sistemas muy rápidamente en fábricas no personalizadas, donde se pueda abordar un almacén, encender las luces y empezar a rentabilizar el capital».
