Tipos de robots móviles autónomos y aplicaciones

Los robots móviles autónomos (AMR) se utilizan en muchas industrias en una creciente variedad de aplicaciones logísticas. A diferencia de los sistemas fijos de transporte de materiales, como las cintas transportadoras, los AMR pueden desplazarse por una instalación de forma ilimitada por una ruta fija. Sus comunicaciones inalámbricas y sus sistemas de navegación integrados les permiten recibir órdenes sobre dónde ir a continuación. Los AMR pueden navegar hasta el lugar solicitado sin necesidad de ser programados e incluso pueden encontrar un camino alternativo si se encuentra un obstáculo. Los AMR pueden hacer que las operaciones de almacén, los procesos de fabricación y los flujos de trabajo sean más eficientes y productivos al realizar tareas sin valor añadido, como el transporte, la recogida y la entrega de materiales, para liberar a las personas que realizan tareas complejas que añaden valor. Aunque se trata de una tecnología relativamente joven, los AMR ya se han ramificado en muchas variedades distintas, cada una de las cuales está optimizada para realizar un tipo de tarea específico.

Este artículo compara y contrasta las soluciones de movilidad tradicionales, como los sistemas de transporte y los vehículos de guiado automático (AGV), con los AMR. Analiza las ventajas de utilizar AMR y cómo la proliferación de diseños AMR está ampliando su utilidad. Se analiza la integración del software de las flotas de AMR con otros sistemas, incluidas las capacidades de navegación de precisión, el impacto potencial de los AMR en la seguridad de los trabajadores y cómo gestionar y simular las flotas de AMR. Por último, este artículo analiza brevemente cómo el mantenimiento rutinario puede maximizar la vida útil de los AMR, identificar posibles problemas antes de que provoquen paradas no programadas y ayudar a programar proactivamente las reparaciones y sustituciones de piezas en función de las paradas programadas y otras consideraciones operativas.

Los AGV pueden entregar el material en un lugar específico con más flexibilidad que un sistema de transporte, pero son mucho menos flexibles que los AMR. Al igual que los transportadores, los AGV tienen un recorrido fijo. Pero con los AGV, la ruta puede modificarse más fácil y rápidamente que los sistemas de transporte. Los AMR pueden trabajar en colaboración con las personas, ofrecen mucha más flexibilidad y encuentran la ruta más eficiente para realizar una tarea específica. Si un AMR encuentra un obstáculo, puede cambiar su rumbo en consecuencia y continuar hacia su destino. Si un AGV encuentra un obstáculo, se detiene y requiere asistencia antes de continuar por su pista preasignada (Figura 1). Los AMR utilizan una combinación de potencia de computación integrada y centralizada y sofisticados sensores para interpretar su entorno y navegar alrededor de obstáculos fijos, como estanterías y estaciones de trabajo, y de obstáculos variables, como carretillas elevadoras, personas, AGV y otros AMR.

Figura 1: Cuando un AMR se acerca a un obstáculo (izquierda), puede rodearlo de forma independiente. Cuando un AGV se acerca a un obstáculo (derecha), se detiene hasta que llega la ayuda. (Fuente de la imagen: Omron)

El kit de herramientas de integración (ITK) es la interfaz de Omron que permite la integración centralizada entre los AMR y el software de aplicación del cliente, como un sistema de ejecución de fabricación (MES) o un sistema de gestión de almacenes (WMS). Por ejemplo, los AMR pueden integrarse con los sistemas de control del almacén en un entorno de almacén y centro de distribución, dando a los AMR una mayor flexibilidad para crear sus rutas entre ubicaciones dentro de una instalación. El resultado es un robot mucho más capaz de trabajar con los humanos en los entornos dinámicos de la mayoría de las operaciones de cumplimiento de pedidos y almacenes.

Un AMR también puede funcionar como un AGV.

Algunas aplicaciones de AMR, como la entrega de material a transportadores, alimentadores y bancos de pruebas, necesitan que el robot se detenga en un lugar específico con gran precisión y repetibilidad. Los gestores de flotas que utilizan los AMR de Omron pueden elegir entre dos sistemas de posicionamiento de alta precisión: el sistema de posicionamiento de alineación de celdas (CAPS) y el sistema de posicionamiento de alta precisión (HAPS). El CAPS o el HAPS pueden mejorar la precisión de la llegada al objetivo de unos ±100 mm a ±8 mm. La tecnología CAPS utiliza el láser de escaneo de seguridad principal situado en la parte delantera del AMR para detectar la ubicación de un objetivo y permite que el AMR se desplace hasta el lugar con gran precisión.

La tecnología HAPS también puede desplazarse constantemente por un espacio definido con mayor precisión o detenerse con exactitud en un objetivo predefinido, pero con un giro. Gracias al HAPS, el AMR puede seguir una cinta magnética (mag tape) en el suelo para navegar hasta un objetivo, de forma similar a un AGV. Se utiliza un sensor HAPS debajo del AMR para pasar suavemente del modo totalmente autónomo a la trayectoria definida por la cinta magnética. A continuación, el AMR utiliza una combinación de sensores integrados y marcadores de suelo para navegar con precisión y detenerse en lugares específicos (Figura 2).

Figura 2: Omron CAPS (izquierda) utiliza el láser de escaneo frontal del AMR combinado con la navegación autónoma para localizar y desplazarse a una ubicación de destino con gran precisión. El HAPS (derecha) utiliza una combinación de marcadores como la cinta magnética y los sensores integrados para navegar y detenerse en zonas específicas. (Fuente de la imagen: Omron)

Cuando funciona en modo HAPS, un AMR de Omron puede entrar y salir de una ruta de cinta magnética en cualquier punto. Esto permite al AMR pasar sin problemas de la navegación natural y autónoma al guiado por cinta magnética tipo AGV. Si está equipado con sensores HAPS delanteros y traseros, el AMR puede moverse con precisión hacia atrás y hacia delante a lo largo del recorrido de la cinta magnética.

El sistema AMR de Omron puede ser personalizado por desarrolladores, integradores y usuarios finales para diversas cargas útiles y tareas (Figura 3). Además de las posibilidades de integración de las instalaciones con el apoyo de ITK, la combinación de CAPS y HAPS aumenta la capacidad de estos AMR cuando se necesita un posicionamiento preciso y repetible y está abriendo nuevas aplicaciones como:

• Entrega de carritos llenos de material
• Inspección de inventarios en comercios minoristas
• Robots de mensajería seguros para entregar artículos a los huéspedes del hotel o componentes de alto valor a los puestos de trabajo
• Desinfección de espacios públicos
• AMR de colaboración personalizada
• Tapas de transportadores
• Entrega de objetos pesados de hasta 1500 kg

Figura 3: Los AMR están disponibles en varias configuraciones optimizadas para realizar tareas específicas. (Fuente de la imagen: Omron)

Robo seguro

El funcionamiento seguro es obligatorio para los AMR. Algunos ejemplos de sensores de seguridad estándar son el sonar trasero y los láseres delanteros para la detección de obstáculos, un sensor en el parachoques delantero para detener el AMR si entra en contacto con un objeto, y discos luminosos para alertar a las personas que se encuentran en las proximidades de que el AMR está en funcionamiento (Figura 4). Se pueden añadir sensores opcionales para requisitos específicos, como la identificación de obstáculos que sobresalen o cuelgan. Los AMR deben cumplir varias normativas de seguridad nacionales e internacionales, como la EN 1525 (Seguridad de las carretillas industriales, las carretillas sin conductor y sus sistemas), la ANSI 56.5:2012 (Norma de seguridad para vehículos industriales sin conductor, guiados automáticamente y funciones automatizadas de vehículos industriales tripulados) y la JIS D 6802:1997 (Sistemas de vehículos guiados automáticamente - Normas generales de seguridad).

Figura 4: Los AMR de Omron cumplen las normas de seguridad ISO EN1525, JIS D6802 y ANSI B56.5, disponen de múltiples sensores estándar dedicados a la seguridad y pueden equiparse con sensores opcionales para mejorar la seguridad en escenarios de aplicación específicos. (Fuente de la imagen: Omron)

Evaluaciones de seguridad a nivel de sistema

El cumplimiento de diversas normas nacionales e internacionales es solo el comienzo de la seguridad de la AMR. Los AMR son una tecnología en evolución. Cada vez son más complejos y manejan cargas útiles más pesadas, lo que crea nuevos retos de seguridad. Para hacer frente a la evolución de los problemas de seguridad de los AMR, Omron ofrece un servicio de consultoría de seguridad que proporciona asistencia en el diseño, evaluación de riesgos, pruebas y validación de las implantaciones de AMR. Por ejemplo, la nueva norma ISO 3691-4 incluye requisitos específicos para el espacio libre entre los robots móviles y otras estructuras. El soporte proporcionado por los consultores de Omron Safety Service incluye:

• Revisión del diseño del trazado e identificación de zonas según la norma ISO 3691-4
• Cálculos de diseño, especialmente en aplicaciones con mucho tráfico o en las que se mueven cargas pesadas
• Prueba y validación de la solución en el lugar

Administrador de la flota AMR

Es casi inaudito desplegar un solo AMR. Las flotas de 100 AMR son comunes y Omron tiene una solución de gestión de AMR que proporciona captura de datos, análisis e informes integrados para permitir a las organizaciones optimizar el rendimiento de la operación general de las instalaciones, así como de la flota de robots residentes. El dispositivo de red Enterprise Manager 2100 es una solución de hardware y software diseñada para gestionar una flota de AMR (Imagen 5). El software de gestión de colas se utiliza para comunicarse con los distintos AMR; asigna tareas a cada AMR en función de las solicitudes de trabajo de los usuarios o de los equipos automatizados.

Figura 5. El dispositivo de red Omron 2100 Enterprise Manager está diseñado para gestionar flotas de hasta 100 AMR. (Fuente de la imagen: Omron)

La solución Omron Fleet Operations Workspace (FLOW) se ejecuta en el Enterprise Manager 2100 y proporciona un sistema inteligente de gestión de flotas que supervisa la ubicación de los robots móviles y el flujo de tráfico. El Enterprise Manager 2100 permite a los usuarios gestionar y actualizar las configuraciones de AMR. Coordina la interacción y el movimiento de los AMR, de modo que cada robot conoce la ubicación y la trayectoria de cualquier AMR que se encuentre en sus proximidades. Al automatizar varias tareas de gestión de robots, el software FLOW reduce las exigencias de programación de los sistemas de ejecución de fabricación (MES) y de los sistemas de planificación de recursos empresariales (ERP). Características de FLOW:

• Conjunto de herramientas de integración de la flota basado en los estándares del sector, como Restful, SQL, Rabbit MQ y ARCL
• Priorización de las tareas en función del nivel de importancia
• Identificación y selección de las rutas más rápidas en función del tráfico de personas y robots
• Identificación de rutas bloqueadas y asignación de rutas alternativas
• Optimización de la asignación de trabajos AMR
• Optimización de los programas de carga de baterías para maximizar el tiempo de actividad de la flota

La simulación puede optimizar las flotas de AMR

Incluso antes de desplegar el dispositivo de red EM2100 para la gestión de flotas, el software Fleet Simulator permite a los usuarios planificar el tráfico y los flujos de trabajo de las flotas de robots móviles autónomos y ayuda a identificar y resolver posibles problemas. La localización de AMR, la planificación de trayectorias, la evitación de obstáculos, la simulación de tareas y la gestión de flotas basadas en un mapa de las instalaciones reales pueden modelarse con precisión mediante el Simulador de flotas de Omron. Además, las simulaciones pueden utilizarse para optimizar la composición de la flota de AMR y predecir la tasa de producción. Un EM2100 puede configurarse como Simulador de flotas en la fábrica o con una actualización de software en el campo.

Figura 6: El simulador de flotas de Omron se ejecuta en el dispositivo de red 2100 Enterprise Manager y puede optimizar toda una flota de AMR heterogéneos antes de su despliegue. (Fuente de la imagen: Omron)

Bienestar AMR

Una vez en el campo, se espera que los AMR funcionen casi continuamente y el mantenimiento preventivo puede ser un elemento crucial para el éxito de los despliegues. Para satisfacer esta necesidad, Omron ofrece visitas de bienestar que incluyen evaluaciones periódicas en las instalaciones del estado de cada AMR, lo que permite programar el mantenimiento con antelación, minimizando los costosos tiempos de inactividad. Los beneficios de las visitas de bienestar incluyen:

• Maximización de la vida útil del AMR
• Mantenimiento de la máxima eficiencia operativa del AMR
• Identificación anticipada de posibles problemas, minimizando los tiempos de inactividad no programados
• Programación proactiva de reparaciones y sustituciones de piezas en función de las paradas programadas y otras consideraciones operativas

Resumen

Los AMR se utilizan para hacer que las operaciones de almacén, los procesos de fabricación y los flujos de trabajo sean más eficientes y productivos al recoger y dejar los materiales, liberando a las personas para que realicen tareas complejas que añaden valor. A medida que se ha ido ampliando la variedad de tareas que utilizan las AMR, se han desarrollado nuevos formatos de AMR, lo que ha complicado la gestión de las flotas de AMR. La gestión de las flotas de AMR comienza con la simulación de las interacciones de los AMR en un entorno sintético antes de lanzar la flota. Una vez desplegada la flota, los AMR deben funcionar de forma segura, eficiente y con un tiempo de inactividad mínimo. Existen dispositivos de hardware y software centralizados que pueden utilizarse para simular posibles despliegues de AMR, así como para supervisar el funcionamiento seguro, eficiente y fiable de las flotas de AMR.