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Robot AGV: Vehículos de guiado automático para automatizar tu empresa.

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

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

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

Tipos de vehículos automáticos y robots móviles

Aunque son m√°s conocidos los AGV, posiblemente por ser los primeros en entrar en el mercado, y dado que com√ļnmente se utilizan para designar a todos los veh√≠culos aut√≥nomos, habr√≠a que diferenciar principalmente tres designaciones.

    • AGV por sus siglas en ingl√©s ‚ÄúAutomatic Guided Vehicle‚ÄĚ o veh√≠culos de guiado autom√°tico.
    • AMR del ingl√©s ‚ÄúAutonomous mobile robots‚ÄĚ o en espa√Īol robot m√≥viles aut√≥nomos.
    • AIV ‚ÄúAutonomous Intelligent Vehicle‚ÄĚ traducido veh√≠culos aut√≥nomos inteligentes.
AGV robot dise√Īo cad

La diferencia b√°sica que radica en ellos es su nivel de autonom√≠a, gesti√≥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√°sico gestionado por un PLC hasta un robot aut√≥nomo con un PC, software espec√≠fico y sistemas de guiado m√°s vers√°tiles. En este √ļltimo caso, podemos equiparar los AMR y los AIV, distingui√©ndolos de los robots AGV. Los dos primeros con mayor autonom√≠a y capacidad de toma de decisiones, partiendo de un mapa pre escaneado con l√°ser. En cambio los veh√≠culos AGV, aunque son aut√≥nomos, se sirven de gu√≠as predefinidas en su camino, pudiendo parar ante obst√°culos pero sin tomar decisiones.

En otras palabras, los AGV siguen rutas fijas, marcadas por líneas, cables, imanes, RFID y están gestionados por software más sencillos para ejecutar órdenes simples.
Los AMR y los AIV son más flexibles pudiendo optimizar su trayectoria y generar sus propias rutas. Para ello, utilizan un mapa de la planta, sensores, un ordenador y un software más potente. Cuando un robot entra un lugar desconocido, debe crear un mapa y saber ubicarse en él. Esto en la literatura se conoce como SLAM (Simultaneous Location And Mapping). Para realizar ese mapeo se sirve de diferentes tecnologías y dispositivos (posteriormente enumerados).
A pesar de esa diferencia uno no es mejor que otro, todo depende de la aplicación que se le busque y la inversión disponible.

Principales Componentes de un agv

El robot AGV consta de un bastidor, de una serie de baterías, una unidad de carga de abordo, un sistema eléctrico, una unidad de control o dirección, una unidad de parada de precisión, una unidad de comunicación, un sistema de seguridad y una plataforma de trabajo.

Un vehículo AGV lleva:

    • Sistema de guiado: dirige el veh√≠culo para que se mueva a lo largo de la trayectoria establecida.
    • Motor, drivers y tren de potencia: cumplir las √≥rdenes realizando movimientos. Dependiendo del tren de potencia los AGV pueden ser √ļnicamente de movimiento axial
    • Bater√≠a: dispositivo electroqu√≠mico que almacena energ√≠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√©n est√° compuesto por distintos sistemas de seguridad para el manejo de la carga, estos detectan el estado de la carga para as√≠ 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√≥n de las necesidades (rodillos, contenedor, u√Īas y soporte para la recogida y transporte de palets, etc‚Ķ).
componentes robot AGV
componentes robot AGV

Métodos de guiado de los vehículos autónomos.

    • Sistema de guiado por RFID: el veh√≠culo autoguiado cuenta con una antena y en la planta se colocan tags a lo largo del recorrido del robot m√≥vil. La antena lee los datos del tag, estos son procesados en la unidad de control y el robot var√≠a si direcci√≥n en consecuencia.
    • Sistema de guiado l√°ser por reflectores: en este caso en vez de antena incorpora un l√°ser y una serie de reflectores son colocados en puntos clave de la instalaci√≥n. El reflejo del l√°ser da la posici√≥n del espejo al robot. se colocan principalmente en las esquinas para ayudar al robot a realizar los giros predeterminados.
    • Sistema de guiado magn√©tico: sistema que funciona con una banda magn√©tica situada en el suelo para que el robot determine posicionamiento y trayectoria.
    • Sistema de guiado filoguiado: el veh√≠culo se traslada mediante un hilo conductor instalado bajo el suelo, al que se accede a trav√©s de peque√Īas ranuras en las que se introduce un perno al que est√° conectado
    • Sistema de guiado por c√≥digo de barras o data matrix: el AGV realiza una lectura secuenciada de los c√≥digos posicionados en la trayectoria. El robot debe estar equipado con una c√°mara en la parte inferior con la que realiza dicha lectura.
    • Sistema de guiado por cinta reflexiva: por medio de un equipo √≥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√≠a infrarroja: el AGV reconoce mediante visi√≥n artificial una tira de espejo catadi√≥ptrico, realizando sus movimientos para seguir la ruta.
    • Sistema de navegaci√≥n inercial: se utilizan sensores de movimiento que pueden ser aceler√≥metros y sensores de rotaci√≥n girosc√≥picos, los cuales ayudan a la rotaci√≥n del robot.
    • Sistema de gu√≠a √≥ptica: part√≠culas fluorescentes incoloras sobre el suelo de concreto a lo largo del trayecto predefinido. El veh√≠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√Īales 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√°ser y la detecci√≥n de la se√Īal reflejada en el objeto o eco.

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

Tipos de navegación de un AGV

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

    • La navegaci√≥n por contorno o navegaci√≥n natural: son los sistemas m√°s complejos y tambi√©n costosos. Pero son los que otorgan mayor flexibilidad y precisi√≥n a un veh√≠culo sin conductor. Para este tipo de navegaci√≥n no hacen falta otras herramientas como reflectores o rutas √≥pticas o magn√©ticas, y tampoco marcas o c√≥digos.
    • La navegaci√≥n por trama: en este caso, la informaci√≥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√≥n recogida al desplazarse por los puntos de la trama. Este tipo de navegaci√≥n est√° especialmente indicado para superficies limpias y superficies no sometidas a cargas pesadas.

Un sistema de navegación no es mejor que otro, ya que cada uno tiene sus pros y sus contras. Lo que determina el mejor sistema es la aplicación a automatizar y características del entorno.

Seguridad equipada en vehículos autoguiados

    • Esc√°neres l√°ser de seguridad: cubre perimetralmente el √°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√Īos en el AGV en caso de un choque, este cubre las zonas exteriores desprotegidas por otros sistemas de seguridad.
    • Sensores de proximidad: tambi√©n ayudan a detectar objetos cercanos al AGV. Pueden ser capacitivos, inductivos, magn√©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√≠ 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√≥n de incidencias y detectar problemas con anticipaci√≥n.

Un sistema de navegación no es mejor que otro, ya que cada uno tiene sus pros y sus contras. Lo que determina el mejor sistema es la aplicación a automatizar y características del entorno.

Sistemas de mando y control

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

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

Sistemas de control de dirección

Para controlar la dirección y sentido de conducción 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 √ļtil en espacios reducidos pero no remolcando carros. El AGV es equipado con detectores de velocidad a la izquierda y a la derecha del veh√≠culo los cuales detectan se√Īales de amplitud, si hay diferencia entre las se√Īales de amplitud entre los dos detectores, el veh√≠culo corrige la direcci√≥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√°s suaves como los de un autom√≥vil. Adem√°s es m√°s preciso al seguir trayectorias que el caso anterior. En este caso est√° m√°s indicado para el arrastre y remolque de cargas.
    • Sistema combinado: dos motores de direcci√≥n / tracci√≥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√©n desplazarse de forma lineal en cualquier direcci√≥n.

Las baterías y su carga

Los AGV obtienen la energía para realizar los movimientos de un sistema de baterías. Pueden utilizar:

    • Bater√≠as de plomo √°cido: son las m√°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√≠a de gel: se emplean en aplicaciones en las que se quiere realizar la carga en caliente de las bater√≠as y el desprendimiento de hidr√≥geno no est√° permitido en las zonas de movimiento donde se realiza la carga: salas limpias, zonas explosivas, zonas no dotadas de una ventilaci√≥n adecuada.
    • Bater√≠as de N√≠quel Cadmio o N√≠quel metal hidruro: se emplean en AGV con mec√°nicas a medida en aplicaciones en las que el tiempo de recarga de bater√≠as debe de ser muy corto para poder trabajar de forma continuada.
    • Bater√≠as de litio: las bater√≠as de ion-litio, permiten realizar peque√Īas cargas interrumpidas. Por tanto pueden cargarse durante paradas breves del AGV. Adem√°s tienen capacidades de carga ultrarr√°pidas. Su desventaja es su alto precio.

La carga de baterías, a su vez, se puede realizar de varias formas:

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

Ventajas y beneficios del robot AGV

    • Flexibilidad: Estos sistemas son los m√°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√°s gracias a al sens√≥rica integrada se adaptan al entorno de trabajo.
    • Ahorro de Inversi√≥n: El costo de operaci√≥n de los AGV es menor que el de otros sistemas. Es f√°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:¬†con la trazabilidad el producto y control de flotas unida a sistemas de gesti√≥n de almacenes, se asegura seguimiento de las referencias, los pedidos y ordenes de trabajo. Adem√°s permite sacar datos y estad√≠sticas de producci√≥n.
    • Optimizaci√≥n de recursos: derivado de ventajas anteriores se puede decir que los AGV optimizan los procesos y los recursos de una empresa. Reducci√≥n de tiempos muertos, optimizaci√≥n de recursos humanos, elimina errores de ejecuci√≥n, menos desperfectos en materiales, asegura trazabilidad…
    • Mayor seguridad laboral: los sensores, la programaci√≥n y los dispositivos de seguridad hace de los robot m√≥viles un sistema que reduce los riesgos de accidente.
    • Optimizaci√≥n del espacio: los robots m√≥viles pueden tener tama√Īos reducidos y son m√°s peque√Īos que los sistemas de carga convencional. Por tanto permite su uso en pasillos estrechos. Adem√°s gracias sus sistemas de tracci√≥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√≥n es la adecuada el manejo de materiales se har√° de forma segura.
    • Tecnolog√≠a escalable: los AGVs ofrecen la oportunidad de ampliar f√°cilmente tus procesos de fabricaci√≥n. Si se necesita realizar nuevos procesos o aumentar la producci√≥n, se pueden a√Īadir estaciones de trabajo y AGVs de forma r√°pida.