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Robot AGV: Veh铆culos de guiado autom谩tico para automatizar tu empresa.

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Los robots AGV est谩n muy ligados al concepto de la industria 4.0, el IOT y la cuarta revoluci贸n industrial. Ya que el avance en conectividad y la desaparici贸n de los cables, ha posibilitado su avance. Pero la primera carretilla autoguiada fue implementada ya a mediados del siglo XX. La m谩quina se implement贸 en las instalaciones de U.S. Barrett Electronics en Northbrook, Illinois en el a帽o 1953. Este hist贸rico robot era una especie de remolcador adaptado para tirar de carros. Ten铆a una autonom铆a muy limitada. Se mov铆a gracias a una gu铆a inductiva, es decir, a lo largo de un cable vivo incrustado en el suelo.

De cualquier modo son un avance tecnol贸gico en la industria. Desarrollados para automatizar la gesti贸n intralog铆stica, mejorando la gesti贸n de transporte y distribuci贸n de bienes en las f谩bricas y almacenes. Los veh铆culos autoguiados son muy 煤tiles en el transporte por caminos predefinidos y gestionando movimientos repetitivos de manera ininterrumpida. Y sin intervenci贸n del hombre una vez calibrados.

Aunque en los veh铆culos AGV var铆an los niveles de autonom铆a o toma de decisiones, el prop贸sito en general es que el veh铆culo sea aut贸nomo en el transporte de mercanc铆as de un punto hasta su destino. Ya sea en almacenes seg煤n el sistema de gesti贸n interno y los pedidos, as铆 como 聽trabajando de manera secuenciada en las f谩bricas, donde aportan las piezas necesarias en distintos puntos del proceso de fabricaci贸n.

Tipos de veh铆culos autom谩ticos y robots m贸viles

Aunque son m谩s conocidos los AGV, posiblemente por ser los primeros en entrar en el mercado, y dado que com煤nmente se utilizan para designar a todos los veh铆culos aut贸nomos, habr铆a que diferenciar principalmente tres designaciones.

    • AGV por sus siglas en ingl茅s 鈥淎utomatic Guided Vehicle鈥 o veh铆culos de guiado autom谩tico.
    • AMR del ingl茅s 鈥淎utonomous mobile robots鈥 o en espa帽ol robot m贸viles aut贸nomos.
    • AIV 鈥淎utonomous Intelligent Vehicle鈥 traducido veh铆culos aut贸nomos inteligentes.
AGV robot dise帽o cad

La diferencia b谩sica que radica en ellos es su nivel de autonom铆a, gesti贸n y posibilidad de reaccionar de manera inteligente antes cambios en su entorno. Es decir, el nivel de toma de decisiones que pueden tener. Desde un AGV filoguiado b谩sico gestionado por un PLC hasta un robot aut贸nomo con un PC, software espec铆fico y sistemas de guiado m谩s vers谩tiles. En este 煤ltimo caso, podemos equiparar los AMR y los AIV, distingui茅ndolos de los robots AGV. Los dos primeros con mayor autonom铆a y capacidad de toma de decisiones, partiendo de un mapa pre escaneado con l谩ser. En cambio los veh铆culos AGV, aunque son aut贸nomos, se sirven de gu铆as predefinidas en su camino, pudiendo parar ante obst谩culos pero sin tomar decisiones.

En otras palabras, los AGV siguen rutas fijas, marcadas por l铆neas, cables, imanes, RFID y est谩n gestionados por software m谩s sencillos para ejecutar 贸rdenes simples.
Los AMR y los AIV son m谩s flexibles pudiendo optimizar su trayectoria y generar sus propias rutas. Para ello, utilizan un mapa de la planta, sensores, un ordenador y un software m谩s potente. Cuando un robot entra un lugar desconocido, debe crear un mapa y saber ubicarse en 茅l. Esto en la literatura se conoce como SLAM (Simultaneous Location And Mapping). Para realizar ese mapeo se sirve de diferentes tecnolog铆as y dispositivos (posteriormente enumerados).
A pesar de esa diferencia uno no es mejor que otro, todo depende de la aplicaci贸n que se le busque y la inversi贸n disponible.

Principales Componentes de un agv

El robot AGV consta de un bastidor, de una serie de bater铆as, una unidad de carga de abordo, un sistema el茅ctrico, una unidad de control o direcci贸n, una unidad de parada de precisi贸n, una unidad de comunicaci贸n, un sistema de seguridad y una plataforma de trabajo.

Un veh铆culo AGV lleva:

    • Sistema de guiado: dirige el veh铆culo para que se mueva a lo largo de la trayectoria establecida.
    • Motor, drivers y tren de potencia: cumplir las 贸rdenes realizando movimientos. Dependiendo del tren de potencia los AGV pueden ser 煤nicamente de movimiento axial
    • Bater铆a: dispositivo electroqu铆mico que almacena energ铆a.
    • Sistema de mando y control: Supervisa y dirige los procedimientos y actividades del sistema.
    • Sistemas de seguridad: sensores para detectar objetos o personas cercanos, reduciendo la velocidad o parando. Tambi茅n est谩 compuesto por distintos sistemas de seguridad para el manejo de la carga, estos detectan el estado de la carga para as铆 evitar accidentes en la carga y descarga de material.
    • La plataforma: sobre la que se recoge el material, la cual puede disponer de diferentes accesorios en funci贸n de las necesidades (rodillos, contenedor, u帽as y soporte para la recogida y transporte de palets, etc鈥).
componentes robot AGV
componentes robot AGV

M茅todos de guiado de los veh铆culos aut贸nomos.

    • Sistema de guiado por RFID: el veh铆culo autoguiado cuenta con una antena y en la planta se colocan tags a lo largo del recorrido del robot m贸vil. La antena lee los datos del tag, estos son procesados en la unidad de control y el robot var铆a si direcci贸n en consecuencia.
    • Sistema de guiado l谩ser por reflectores: en este caso en vez de antena incorpora un l谩ser y una serie de reflectores son colocados en puntos clave de la instalaci贸n. El reflejo del l谩ser da la posici贸n del espejo al robot. se colocan principalmente en las esquinas para ayudar al robot a realizar los giros predeterminados.
    • Sistema de guiado magn茅tico: sistema que funciona con una banda magn茅tica situada en el suelo para que el robot determine posicionamiento y trayectoria.
    • Sistema de guiado filoguiado: el veh铆culo se traslada mediante un hilo conductor instalado bajo el suelo, al que se accede a trav茅s de peque帽as ranuras en las que se introduce un perno al que est谩 conectado
    • Sistema de guiado por c贸digo de barras o data matrix: el AGV realiza una lectura secuenciada de los c贸digos posicionados en la trayectoria. El robot debe estar equipado con una c谩mara en la parte inferior con la que realiza dicha lectura.
    • Sistema de guiado por cinta reflexiva: por medio de un equipo 贸ptico el robot AGV reconoce las distintas intensidades de luz reflejadas sobre la cinta reflexiva pegada al suelo. Las cintas reflexivas pueden ser de distintos colores para favorecer su contraste y lectura.
    • Sistema de gu铆a infrarroja: el AGV reconoce mediante visi贸n artificial una tira de espejo catadi贸ptrico, realizando sus movimientos para seguir la ruta.
    • Sistema de navegaci贸n inercial: se utilizan sensores de movimiento que pueden ser aceler贸metros y sensores de rotaci贸n girosc贸picos, los cuales ayudan a la rotaci贸n del robot.
    • Sistema de gu铆a 贸ptica: part铆culas fluorescentes incoloras sobre el suelo de concreto a lo largo del trayecto predefinido. El veh铆culo contiene foto sensores, los cuales leen la trayectoria.
    • Sistema de guiado por cable: el AGV sigue la trayectoria por medio de un cable energizado en el suelo, detectando sus se帽ales por medio de una antena.
    • Escaner LIDAR (Light Detection and Ranging): se utiliza para mapear el entorno. Este sensor permite conocer la distancia y altura de los objetos alrededor del robot gracias al disparo de haces l谩ser y la detecci贸n de la se帽al reflejada en el objeto o eco.

Lo com煤n es que el sistema de guiado de un robot AGV est茅 compuesto por varias tecnolog铆as. Un ejemplo es el sistema SLAM, ya citado con anterioridad. Este cuenta con diferentes dispositivos de guiado como un esc谩ner LIDAR, la navegaci贸n inercial y un sistema inform谩tico basado en algoritmos (algoritmos m谩s conocidos son PTAM, LSD SLAM y ORB SLAM entre otros.) Esta tecnolog铆a permite al robot realizar el mapeo y la localizaci贸n al mismo tiempo. Es decir, el veh铆culo aut贸nomo es capaz de crear un mapa de donde se encuentra y simult谩neamente estima la mejor trayectoria al desplazarse en ese entorno nuevo.

Tipos de navegaci贸n de un AGV

Con todos los sistemas vistos en el apartado anterior, podemos inferir que hay dos tipos de navegaci贸n comunes.

    • La navegaci贸n por contorno o navegaci贸n natural: son los sistemas m谩s complejos y tambi茅n costosos. Pero son los que otorgan mayor flexibilidad y precisi贸n a un veh铆culo sin conductor. Para este tipo de navegaci贸n no hacen falta otras herramientas como reflectores o rutas 贸pticas o magn茅ticas, y tampoco marcas o c贸digos.
    • La navegaci贸n por trama: en este caso, la informaci贸n se incorpora a una trama que se encuentra sobre o dentro de la superficie recorrida. El AGV puede recorrer trayectorias y llegar a puntos determinados gracias a la informaci贸n recogida al desplazarse por los puntos de la trama. Este tipo de navegaci贸n est谩 especialmente indicado para superficies limpias y superficies no sometidas a cargas pesadas.

Un sistema de navegaci贸n no es mejor que otro, ya que cada uno tiene sus pros y sus contras. Lo que determina el mejor sistema es la aplicaci贸n a automatizar y caracter铆sticas del entorno.

Seguridad equipada en veh铆culos autoguiados

    • Esc谩neres l谩ser de seguridad: cubre perimetralmente el 谩rea del robot AGV disminuyendo su velocidad a medida que detecta una presencia hasta al punto de parar cuando la presencia que detecta es muy cercana evitando un choque.
    • Bumpers/Parachoques: evitan da帽os en el AGV en caso de un choque, este cubre las zonas exteriores desprotegidas por otros sistemas de seguridad.
    • Sensores de proximidad: tambi茅n ayudan a detectar objetos cercanos al AGV. Pueden ser capacitivos, inductivos, magn茅ticos o ultrasonidos.
    • Sistemas de seguridad para la carga: compuesto por distintos sistemas de seguridad para el manejo de la carga, estos detectan el estado de la carga para as铆 evitar accidentes en la carga y descarga de material
    • Sistema de diagnosis: permite analizar el funcionamiento completo del AGV en cualquier momento. Este reduce el tiempo de resoluci贸n de incidencias y detectar problemas con anticipaci贸n.

Un sistema de navegaci贸n no es mejor que otro, ya que cada uno tiene sus pros y sus contras. Lo que determina el mejor sistema es la aplicaci贸n a automatizar y caracter铆sticas del entorno.

Sistemas de mando y control

Las unidades de control supervisan y dirigen los procesos a realizar por el veh铆culo autoguiado. Dependiendo de la complejidad del proceso y la autonom铆a del robot puede utilizar:

    • PLC
    • PC y software
    • Gesti贸n de flotas
      • Host: se encarga de la generaci贸n de 贸rdenes, sobre la base de la comunicaci贸n establecida con los Datos capturados en planta y con el sistema de gesti贸n del cliente, ERP o WMS.
      • Gestor de 贸rdenes: recibe las 贸rdenes generadas, las trata y reordena persiguiendo la m谩xima optimizaci贸n del sistema y respetando las prioridades del cliente.
      • Control de tr谩fico: asigna las 贸rdenes a cada AGV del sistema y vigila su correcto cumplimiento.
      • AGVs: son los encargados de ejecutar las 贸rdenes y de realizar el movimiento f铆sico de la mercanc铆a.

Sistemas de control de direcci贸n

Para controlar la direcci贸n y sentido de conducci贸n el AGV puede utilizar 2 sistemas:

    • El control de velocidad diferencial: para este caso el AGV equipa dos ruedas tractoras con controles de velocidad diferenciados. La diferencia de velocidad en cada rueda le permite girar o incluso moverse lateralmente. Muy 煤til en espacios reducidos pero no remolcando carros. El AGV es equipado con detectores de velocidad a la izquierda y a la derecha del veh铆culo los cuales detectan se帽ales de amplitud, si hay diferencia entre las se帽ales de amplitud entre los dos detectores, el veh铆culo corrige la direcci贸n.
    • El control por rueda conducida similar a una carretilla, el AGV se sirve de una tercera rueda tractora con capacidad de giro. Esto permite giros y curvas m谩s suaves como los de un autom贸vil. Adem谩s es m谩s preciso al seguir trayectorias que el caso anterior. En este caso est谩 m谩s indicado para el arrastre y remolque de cargas.
    • Sistema combinado: dos motores de direcci贸n / tracci贸n independientes se colocan en las esquinas diagonales del AGV y las ruedas giratorias se colocan en las otras esquinas. Puede girar en un arco y tambi茅n desplazarse de forma lineal en cualquier direcci贸n.

Las bater铆as y su carga

Los AGV obtienen la energ铆a para realizar los movimientos de un sistema de bater铆as. Pueden utilizar:

    • Bater铆as de plomo 谩cido: son las m谩s empleadas por su larga vida, rendimiento y los numerosos ciclos de recarga que soportan. Aunque suelen necesitar cargas completas para asegurar sus durabilidad y capacidad de carga.
    • Bater铆a de gel: se emplean en aplicaciones en las que se quiere realizar la carga en caliente de las bater铆as y el desprendimiento de hidr贸geno no est谩 permitido en las zonas de movimiento donde se realiza la carga: salas limpias, zonas explosivas, zonas no dotadas de una ventilaci贸n adecuada.
    • Bater铆as de N铆quel Cadmio o N铆quel metal hidruro: se emplean en AGV con mec谩nicas a medida en aplicaciones en las que el tiempo de recarga de bater铆as debe de ser muy corto para poder trabajar de forma continuada.
    • Bater铆as de litio: las bater铆as de ion-litio, permiten realizar peque帽as cargas interrumpidas. Por tanto pueden cargarse durante paradas breves del AGV. Adem谩s tienen capacidades de carga ultrarr谩pidas. Su desventaja es su alto precio.

La carga de bater铆as, a su vez, se puede realizar de varias formas:

    • Cambio manual: El AGV se desplaza a un punto donde est谩 ubicada una mesa de cambio de bater铆a. Un operario realiza el cambio de bater铆as.
    • Cambio autom谩tico: El AGV se desplaza a un punto donde est谩 ubicado un sistema de extracci贸n e introducci贸n autom谩tica de la bater铆a.
    • Carga autom谩tica: El veh铆culo se desplaza a un punto donde se conecta al cargador de bater铆as autom谩ticamente sin necesidad de apagar el AGV. Necesita un sistema de gesti贸n para saber con exactitud la carga de la bater铆a y regular la curva de carga, optimizando la vida de las bater铆as y su desgaste.
    • Carga por inducci贸n: El veh铆culo aut贸nomo se carga en movimiento en su ruta habitual. El AGV cuenta con un neutro aislado y recibe el campo magn茅tico generado por un hilo colocado a lo largo del trayecto. Este tipo de sistema de carga, si est谩 calculado correctamente, puede llegar a eliminar por completo los tiempo de carga no operativos. Uno de los avances en sinton铆a con las crisis energ茅tica es la mejora en los sistemas de carga, as铆 como de las bater铆as. La rentabilidad y la eficiencia de un robot AGV van encaminadas a reducir sus tiempos muertos al m谩ximo, y uno de ellos es el de carga. Por ello, el sistema optimo es el de inducci贸n. Mientras que con la bater铆a de backup, necesitas personal para la gesti贸n del almacenamiento. Y al igual que con la gesti贸n autom谩tica, necesitas una estaci贸n donde el robot no estar谩 operativo. Y otra variable a optimizar es el tiempo de carga. Las cargas r谩pidas antes solo eran posibles mediante conexi贸n por cable pero ya existen avances en este 谩mbito para la carga por inducci贸n de robots autoguiados.

Ventajas y beneficios del robot AGV

    • Flexibilidad: Estos sistemas son los m谩s flexibles comparados con otros sistemas utilizados en el transporte de materiales. Entre sus ventajas se puede nombrar la alta flexibilidad en los cambios que se pueden hacer en sus recorridos lo cual permite un mejor uso del espacio. Adem谩s gracias a al sens贸rica integrada se adaptan al entorno de trabajo.
    • Ahorro de Inversi贸n: El costo de operaci贸n de los AGV es menor que el de otros sistemas. Es f谩cil de realizarle mantenimiento, consume menos potencia y es muy raro que falle logrando que el tiempo muerto del sistema sea bajo gracias a su funcionamiento continuo.
    • Trazabilidad:聽con la trazabilidad el producto y control de flotas unida a sistemas de gesti贸n de almacenes, se asegura seguimiento de las referencias, los pedidos y ordenes de trabajo. Adem谩s permite sacar datos y estad铆sticas de producci贸n.
    • Optimizaci贸n de recursos: derivado de ventajas anteriores se puede decir que los AGV optimizan los procesos y los recursos de una empresa. Reducci贸n de tiempos muertos, optimizaci贸n de recursos humanos, elimina errores de ejecuci贸n, menos desperfectos en materiales, asegura trazabilidad…
    • Mayor seguridad laboral: los sensores, la programaci贸n y los dispositivos de seguridad hace de los robot m贸viles un sistema que reduce los riesgos de accidente.
    • Optimizaci贸n del espacio: los robots m贸viles pueden tener tama帽os reducidos y son m谩s peque帽os que los sistemas de carga convencional. Por tanto permite su uso en pasillos estrechos. Adem谩s gracias sus sistemas de tracci贸n y movimiento omnidireccional pueden realizar maniobras en espacios reducidos y acceder mejor a ala carga.
    • Movimientos libres: La trayectoria a seguir asegura suavidad, flexibilidad y confiabilidad en las operaciones. Al ser un robot sus movimientos van a estar completamente estandarizados, y si la programaci贸n es la adecuada el manejo de materiales se har谩 de forma segura.
    • Tecnolog铆a escalable: los AGVs ofrecen la oportunidad de ampliar f谩cilmente tus procesos de fabricaci贸n. Si se necesita realizar nuevos procesos o aumentar la producci贸n, se pueden a帽adir estaciones de trabajo y AGVs de forma r谩pida.