Un vehículo guiado automatizado ( AGV ), a diferencia de un robot móvil autónomo ( AMR ), es un robot portátil que sigue largas líneas o cables marcados en el suelo, o utiliza ondas de radio, cámaras de visión, imanes o láseres para la navegación. Se utilizan con mayor frecuencia en aplicaciones industriales para transportar materiales pesados alrededor de un edificio industrial grande, como una fábrica o un almacén. La aplicación del vehículo de guiado automático se amplió a finales del siglo XX.
El AGV puede arrastrar objetos en remolques a los que se puede acoplar de forma autónoma. Los remolques se pueden utilizar para mover materias primas o productos terminados. El AGV también puede almacenar objetos sobre una cama. Los objetos se pueden colocar sobre un conjunto de rodillos motorizados (transportador) y luego empujarlos invirtiéndolos. Los AGV se emplean en casi todas las industrias, incluidas la pulpa, el papel, los metales, los periódicos y la manufactura en general. También se realiza el transporte de materiales como alimentos, ropa de cama o medicamentos en los hospitales.
Un AGV también puede denominarse vehículo guiado por láser (LGV). En Alemania, la tecnología también se llama Fahrerloses Transportsystem (FTS) y en Suecia, förarlösa truckar . Las versiones de menor costo de los AGV a menudo se denominan carros guiados automatizados (AGC) y generalmente se guían mediante cinta magnética. El término AMR se utiliza a veces [1] para diferenciar los robots móviles que no dependen para su navegación de infraestructura adicional en el entorno (como tiras magnéticas o marcadores visuales) de aquellos que sí lo hacen; estos últimos se denominan AGV.
Los AGV están disponibles en una variedad de modelos y pueden usarse para mover productos en una línea de ensamblaje, transportar mercancías a lo largo de una planta o almacén y entregar cargas.
El primer AGV fue lanzado al mercado en la década de 1950, por Barrett Electronics de Northbrook, Illinois, y en ese momento era simplemente una grúa que seguía un cable en el piso en lugar de un riel. [ cita necesaria ] De esta tecnología surgió un nuevo tipo de AGV, que sigue marcadores UV invisibles en el piso en lugar de ser remolcado por una cadena. El primer sistema de este tipo se implementó en la Torre Willis (anteriormente Torre Sears) en Chicago, Illinois, para entregar el correo en todas sus oficinas.
Con el paso de los años, la tecnología se ha vuelto más sofisticada y hoy en día los vehículos automatizados se navegan principalmente por láser, por ejemplo, LGV (vehículo guiado por láser). [ cita necesaria ] En un proceso automatizado, los LGV están programados para comunicarse con otros robots para garantizar que el producto se mueva sin problemas a través del almacén, ya sea que se almacene para uso futuro o se envíe directamente a las áreas de envío. Hoy en día, el AGV desempeña un papel importante en el diseño de nuevas fábricas y almacenes, transportando mercancías de forma segura a su destino legítimo.
Se corta una ranura en el piso y se coloca un cable aproximadamente a 1 pulgada por debajo de la superficie. Esta ranura se corta a lo largo del camino que debe seguir el AGV. Este cable se utiliza para transmitir una señal de radio. Hay un sensor instalado en la parte inferior del AGV, cerca del suelo. El sensor detecta la posición relativa de la señal de radio que se transmite desde el cable. Esta información se utiliza para regular el circuito de dirección, haciendo que el AGV siga el cable.
Los AGV (algunos conocidos como carros guiados automatizados o AGC) utilizan cinta para la ruta de guía. Las cintas pueden ser de dos estilos: magnéticas o de colores. El AGV está equipado con el sensor de guía adecuado para seguir el recorrido de la cinta. Una ventaja importante de la guía con cinta sobre la guía con cable es que se puede quitar y reubicar fácilmente si es necesario cambiar el rumbo. La cinta de color es inicialmente menos costosa, pero carece de la ventaja de estar incrustada en áreas de mucho tráfico donde la cinta puede dañarse o ensuciarse. También se puede incrustar una barra magnética flexible en el suelo como si fuera un alambre, pero funciona con las mismas condiciones que la cinta magnética y, por lo tanto, permanece apagada o pasiva. Otra ventaja de la cinta guía magnética es la doble polaridad. Se pueden colocar pequeños trozos de cinta magnética para cambiar los estados del AGC según la polaridad y la secuencia de las etiquetas.
La navegación se realiza montando cinta reflectante en paredes, postes o máquinas fijas. El AGV lleva un transmisor y un receptor láser en una torreta giratoria. El láser es transmitido y recibido por el mismo sensor. El ángulo y (a veces) la distancia a cualquier reflector que esté en la línea de visión y dentro del alcance se calculan automáticamente. Esta información se compara con el mapa de disposición del reflector almacenado en la memoria del AGV. Esto permite que el sistema de navegación triangule la posición actual del AGV. La posición actual se compara con la ruta programada en el mapa de diseño del reflector. La dirección se ajusta en consecuencia para mantener el AGV en el camino correcto. Luego puede navegar hasta el objetivo deseado utilizando la posición que se actualiza constantemente.
Otra forma de guiado de AGV es la navegación inercial . Con guía inercial, un sistema de control por computadora dirige y asigna tareas a los vehículos. Los transpondedores están integrados en el suelo del lugar de trabajo. El AGV utiliza estos transpondedores para verificar que el vehículo está en curso. Un giroscopio es capaz de detectar el más mínimo cambio de dirección del vehículo y lo corrige para mantener el AGV en su trayectoria. El margen de error del método inercial es de ±1 pulgada. [2]
Inertial puede funcionar en casi cualquier entorno, incluidos pasillos estrechos o temperaturas extremas. [3] La navegación inercial puede incluir el uso de imanes incrustados en el piso de la instalación que el vehículo puede leer y seguir. [4]
La navegación sin modernización del espacio de trabajo se denomina Funciones naturales o Navegación con orientación natural. Un método utiliza uno o más sensores de medición de distancia, como un telémetro láser , así como giroscopios o unidades de medición inercial con técnicas de localización Monte-Carlo/Markov para entender dónde está mientras planifica dinámicamente el camino más corto permitido hacia su destino. meta. La ventaja de estos sistemas es que son muy flexibles para la entrega bajo demanda en cualquier ubicación. Pueden manejar fallas sin interrumpir toda la operación de fabricación, ya que los AGV pueden planificar rutas alrededor del dispositivo fallado. También son rápidos de instalar, con menos tiempo de inactividad para la fábrica. [5]
Los AGV guiados por visión se pueden instalar sin modificaciones en el entorno o la infraestructura. Operan mediante el uso de cámaras para registrar características a lo largo de la ruta, lo que permite al AGV reproducir la ruta utilizando las características grabadas para navegar. Los AGV guiados por visión utilizan la tecnología Evidence Grid, una aplicación de detección volumétrica probabilística, y fue inventada y desarrollada inicialmente por el Dr. Hans Moravec de la Universidad Carnegie Mellon. La tecnología Evidence Grid utiliza probabilidades de ocupación para cada punto del espacio para compensar la incertidumbre en el desempeño de los sensores y en el medio ambiente. Los sensores de navegación principales son cámaras estéreo especialmente diseñadas. El AGV guiado por visión utiliza imágenes de 360 grados para construir un mapa 3D , lo que permite a los AGV guiados por visión seguir una ruta entrenada sin asistencia humana ni la adición de características especiales, puntos de referencia o sistemas de posicionamiento .
Un AGV geoguiado reconoce su entorno para establecer su ubicación. Sin ninguna infraestructura, la carretilla elevadora equipada con tecnología de geoguiado detecta e identifica columnas, estanterías y paredes dentro del almacén. Utilizando estas referencias fijas, puede posicionarse en tiempo real y determinar su ruta. No hay limitaciones en las distancias para cubrir la cantidad de lugares de recogida o devolución. Las rutas son infinitamente modificables.
Para ayudar a un AGV a navegar, puede utilizar tres sistemas de control de dirección diferentes. [6] El control diferencial de velocidad es el más común. En este método hay dos ruedas motrices independientes. Cada unidad se acciona a diferentes velocidades para girar o a la misma velocidad para permitir que el AGV avance o retroceda. El AGV gira de forma similar a un tanque . Este método de dirección es el más simple ya que no requiere motores ni mecanismos de dirección adicionales. La mayoría de las veces, esto se ve en un AGV que se utiliza para transportar y girar en espacios reducidos o cuando el AGV está trabajando cerca de máquinas. Esta configuración de las ruedas no se utiliza en aplicaciones de remolque porque el AGV haría que el remolque se doblara al girar.
El segundo tipo de dirección utilizado es el control del volante AGV. Este tipo de dirección puede ser similar a la dirección de un automóvil. Pero esto no es muy maniobrable. Es más habitual utilizar un vehículo de tres ruedas similar a una carretilla elevadora de tres ruedas convencional. La rueda motriz es la rueda que gira. Es más preciso a la hora de seguir la trayectoria programada que el método controlado por velocidad diferencial. Este tipo de AGV tiene un giro más suave. El control de volante AGV se puede utilizar en todas las aplicaciones; a diferencia del diferencial controlado. [2] El control de la rueda direccional se utiliza para remolcar y, en ocasiones, también puede hacer que un operador lo controle.
El tercer tipo es una combinación de diferencial y direccional. Se colocan dos motores de dirección/tracción independientes en las esquinas diagonales del AGV y ruedas giratorias en las otras esquinas. Puede girar como un automóvil (girando en un arco) en cualquier dirección. Puede avanzar en cualquier dirección y puede conducir en modo diferencial en cualquier dirección.
Los AGV tienen que tomar decisiones sobre la elección del camino. Esto se hace a través de diferentes métodos: modo de selección de frecuencia (solo navegación por cable) y modo de selección de ruta (solo navegación inalámbrica) o mediante una cinta magnética en el piso no solo para guiar el AGV sino también para emitir comandos de dirección y de velocidad.
El modo de selección de frecuencia basa su decisión en las frecuencias que se emiten desde el suelo. Cuando un AGV se acerca a un punto del cable que se divide, el AGV detecta las dos frecuencias y a través de una tabla almacenada en su memoria decide cuál es el mejor camino. Las diferentes frecuencias sólo son necesarias en el punto de decisión del AGV. Las frecuencias pueden volver a cambiar a una señal establecida después de este punto. Este método no se puede ampliar fácilmente y requiere cortes adicionales, lo que encarece el proceso.
Un AGV que utiliza el modo de selección de ruta elige una ruta basada en rutas preprogramadas. Utiliza las medidas tomadas por los sensores y las compara con los valores que les dan los programadores. Cuando un AGV se acerca a un punto de decisión sólo tiene que decidir si sigue el camino 1, 2, 3, etc. Esta decisión es bastante sencilla ya que ya conoce su camino por su programación. Este método puede aumentar el costo de un AGV porque se requiere contar con un equipo de programadores para programar el AGV con las rutas correctas y cambiar las rutas cuando sea necesario. Este método es fácil de cambiar y configurar.
La cinta magnética se coloca sobre la superficie del suelo o se entierra en un canal de 10 mm; no solo proporciona el camino a seguir por el AGV, sino que también tiras de cinta en diferentes combinaciones de polaridad, secuencia y distancia colocadas a lo largo de la vía le indican al AGV que cambie de carril, acelere, disminuya la velocidad y se detenga.
Los sistemas de fabricación flexibles que contienen más de un AGV pueden requerir que tenga control de tráfico para que los AGV no choquen entre sí. El control del tráfico se puede llevar a cabo localmente o mediante software que se ejecuta en una computadora fija en otro lugar de la instalación. Los métodos locales incluyen control de zona, control de detección directa y control combinado. Cada método tiene sus ventajas y desventajas. [7]
El control de zonas es el favorito de la mayoría de los entornos porque es sencillo de instalar y fácil de ampliar. [2] El control de zona utiliza un transmisor inalámbrico para transmitir una señal en un área fija. Cada AGV contiene un dispositivo sensor para recibir esta señal y transmitirla al transmisor. Si el área está despejada, la señal se establece en "despejada", lo que permite que cualquier AGV ingrese y pase por el área. Cuando un AGV está en el área, se envía la señal de "alto" y todos los AGV que intentan ingresar al área se detienen y esperan su turno. Una vez que el AGV en la zona ha salido más allá de la zona, la señal de "claro" se envía a uno de los AGV en espera. Otra forma de configurar la gestión del tráfico de control de zonas es equipar a cada robot individual con su propio pequeño transmisor/receptor. Luego, el AGV individual envía su propio mensaje de "no entrar" a todos los AGV que se acercan demasiado a su zona en el área. Un problema con este método es que si una zona cae, todos los AGV corren el riesgo de chocar con cualquier otro AGV. El control de zona es una forma rentable de controlar el AGV en un área.
El control de detección delantera utiliza sensores para evitar colisiones con otros AGV en el área. Estos sensores incluyen: sónicos, que funcionan como radar ; óptico, que utiliza un sensor de infrarrojos ; y parachoques, sensor de contacto físico. La mayoría de los AGV están equipados con algún tipo de sensor de parachoques como mecanismo de seguridad. Los sensores sónicos envían un "chirrido" o señal de alta frecuencia y luego esperan una respuesta. El AGV puede determinar si hay un objeto delante de él y tomar las acciones necesarias para evitar la colisión. [8] La óptica utiliza un transmisor/receptor de infrarrojos y envía una señal infrarroja que luego se refleja; trabajando en un concepto similar al del sensor sónico. El problema con estos es que sólo pueden proteger al AGV desde muchos lados. Son relativamente difíciles de instalar y trabajar también.
La detección de control combinado utiliza sensores para evitar colisiones, así como sensores de control de zona. La combinación de ambos ayuda a prevenir colisiones en cualquier situación. Para el funcionamiento normal, el control de zona se utiliza con la prevención de colisiones como mecanismo de seguridad. Por ejemplo, si el sistema de control de zona está inactivo, el sistema para evitar colisiones evitaría que el AGV colisione.
Las industrias con AGV necesitan tener algún tipo de control sobre los AGV. Hay tres formas principales de controlar el AGV: panel de localización, pantalla de gráficos en color CRT y registro e informe central. [2]
Un panel de localización es un panel simple que se utiliza para ver en qué área se encuentra el AGV. Si el AGV permanece en un área durante demasiado tiempo, podría significar que está atascado o averiado. La pantalla de gráficos en color CRT muestra en tiempo real dónde se encuentra cada vehículo. También proporciona el estado del AGV, el voltaje de la batería, un identificador único y puede mostrar puntos bloqueados. Registro central utilizado para realizar un seguimiento del historial de todos los AGV del sistema. El registro central almacena todos los datos y el historial de estos vehículos que se pueden imprimir para obtener asistencia técnica o registrarse para verificar el tiempo de funcionamiento.
AGV es un sistema que se utiliza a menudo en FMS para mantener, transportar y conectar subsistemas más pequeños en una gran unidad de producción. Los AGV emplean mucha tecnología para garantizar que no se choquen entre sí y lleguen a su destino. La carga y transporte de materiales de una zona a otra es la tarea principal del AGV. Los AGV requieren mucho dinero para empezar, pero hacen su trabajo con gran eficiencia. En lugares como Japón, la automatización ha aumentado y ahora se considera dos veces más eficiente que las fábricas de Estados Unidos. Para un costo inicial enorme, el costo total disminuye con el tiempo. [ cita necesaria ]
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Los vehículos guiados automatizados se pueden utilizar en una amplia variedad de aplicaciones para transportar muchos tipos diferentes de materiales, incluidos palés, rollos, estanterías, carros y contenedores. Los AGV destacan en aplicaciones con las siguientes características:
Los AGV se utilizan habitualmente para transportar materias primas como papel, acero, caucho, metal y plástico. Esto incluye el transporte de materiales desde la recepción hasta el almacén y la entrega de materiales directamente a las líneas de producción. [10]
El movimiento Work-in-Process es una de las primeras aplicaciones en las que se utilizaron vehículos guiados automáticamente e incluye el movimiento repetitivo de materiales durante todo el proceso de fabricación. Los AGV se pueden utilizar para mover material desde el almacén a las líneas de producción/procesamiento o de un proceso a otro. [11]
La manipulación de palés es una aplicación extremadamente popular para los AGV, ya que el movimiento repetitivo de los palés es muy común en las instalaciones de fabricación y distribución. Los AGV pueden mover paletas desde el paletizador a la envoltura estirable, al almacén/área de almacenamiento o a los muelles de envío de salida [12] [13]
Mover productos terminados desde la fabricación hasta el almacenamiento o el envío es el movimiento final de materiales antes de ser entregados a los clientes. Estos movimientos a menudo requieren el manejo más suave del material porque los productos están completos y sujetos a daños por un manejo brusco. Debido a que los AGV operan con navegación, aceleración y desaceleración controladas con precisión, esto minimiza el potencial de daños, lo que los convierte en una excelente opción para este tipo de aplicación.
La carga automática de remolques es una aplicación relativamente nueva para vehículos guiados automáticamente y cada vez más popular. Los AGV se utilizan para transportar y cargar paletas de productos terminados directamente en remolques estándar de carretera sin ningún equipo de muelle especial. Los AGV pueden recoger paletas de transportadores, estanterías o carriles de preparación y entregarlas en el remolque en el patrón de carga especificado. [14] Algunos AGV de carga automática de remolques utilizan orientación natural para ver las paredes del remolque para la navegación. Estos tipos de AGV ATL pueden ser vehículos completamente autónomos o híbridos. [15]
Los AGV se utilizan para transportar rollos en muchos tipos de plantas, incluidas fábricas de papel, convertidores, imprentas, periódicos, productores de acero y fabricantes de plástico. Los AGV pueden almacenar y apilar rollos en el suelo, en estanterías e incluso pueden cargar automáticamente imprentas con rollos de papel. [dieciséis]
Los AGV se utilizan para mover contenedores marítimos en algunas terminales portuarias de contenedores. Los principales beneficios son costos laborales reducidos y un desempeño más confiable (menos variable). Este uso de AGV fue pionero en 1993 en el puerto de Rotterdam en los Países Bajos . En 2014, había 20 terminales portuarias de contenedores automatizadas o semiautomatizadas en todo el mundo que utilizaban vehículos con guías automatizadas y grúas apilables automatizadas o ambos. [17] Los AGV originales utilizaban energía diésel con accionamientos hidráulicos o eléctricos. Sin embargo, cada vez más AGV utilizan energía de la batería y el cambio automático de batería , lo que reduce las emisiones y los costos de repostaje, pero cuesta más comprarlo y tiene un alcance más corto. [18]
El movimiento de materiales eficiente y rentable es un elemento importante y común para mejorar las operaciones en muchas plantas de fabricación y almacenes. Debido a que los vehículos de guiado automático (AGV) pueden ofrecer un movimiento de materiales eficiente y rentable, los AGV se pueden aplicar a diversas industrias en diseños estándar o personalizados para adaptarse mejor a los requisitos de una industria. Las industrias que actualmente utilizan AGV incluyen (pero no se limitan a):
Los AGV son un método preferido para mover materiales en la industria farmacéutica. Debido a que un sistema AGV rastrea todo el movimiento proporcionado por los AGV, admite la validación de procesos y cGMP ( buenas prácticas de fabricación actuales ).
Los AGV entregan materias primas, mueven materiales a almacenes de curado y brindan transporte a otras celdas y estaciones de procesamiento. Las industrias comunes incluyen el caucho, los plásticos y los productos químicos especializados .
Los AGV se utilizan a menudo en la fabricación general de productos. Por lo general, los AGV se pueden encontrar entregando materias primas, transportando procesos de trabajo en proceso, moviendo productos terminados, retirando materiales de desecho y suministrando materiales de embalaje.
Las instalaciones de AGV se encuentran en plantas de estampado, plantas de trenes de potencia (motores y transmisión) y plantas de ensamblaje que entregan materias primas, transportan productos en proceso y mueven productos terminados. Los AGV también se utilizan para suministrar herramientas especializadas que deben cambiarse.
Los AGV pueden mover rollos de papel, paletas y contenedores de basura para realizar todo el movimiento rutinario de materiales en la producción y almacenamiento (almacenamiento/recuperación) de papel, periódicos, impresión, corrugado, conversión y películas plásticas.
Los AGV se pueden aplicar para mover materiales en el procesamiento de alimentos (como la carga de alimentos o bandejas en los esterilizadores) y al "final de la línea", uniendo el paletizador, la enfardadora y el almacén. Los AGV pueden cargar remolques estándar de carretera con productos terminados y descargar remolques para suministrar materias primas o materiales de embalaje a la planta. Los AGV también pueden almacenar y recuperar palets en el almacén.
Los AGV se están volviendo cada vez más populares en la industria de la salud para un transporte eficiente y están programados para estar completamente integrados para operar automáticamente puertas, ascensores, lavadoras de carros, contenedores de basura, etc. Los AGV generalmente mueven ropa de cama, basura, desechos médicos regulados y comidas de pacientes. , bandejas de comida sucia y carros para casos quirúrgicos.
Los AGV utilizados en almacenes y centros de distribución mueven cargas lógicamente alrededor de los almacenes y las preparan para su envío/carga o recepción o las mueven desde un transportador de inducción a ubicaciones de almacenamiento lógicas dentro del almacén. A menudo, este tipo de uso va acompañado de un software de gestión de almacén personalizado. [19] Para evitar daños a mercancías frágiles, los AGV son preferidos en los almacenes que manipulan artículos frágiles, ya que los errores humanos se reducen a casi cero. Los almacenes con mercancías peligrosas han adoptado principalmente esta tecnología, ya que pueden operar en condiciones extremas, como pasar por congeladores. [20]
En los últimos años, la industria de los parques temáticos ha comenzado a utilizar AGV para atracciones. Uno de los primeros sistemas de atracciones AGV fue el Universe of Energy de Epcot , inaugurado en 1982. La atracción utilizaba navegación por cable para conducir el 'Teatro itinerante' a lo largo de la atracción. Muchas atracciones utilizan navegación por cable, especialmente cuando los empleados deben caminar con frecuencia sobre el recorrido de la atracción, como en (la atracción ahora cerrada) The Great Movie Ride en Disney's Hollywood Studios . [21] Otra atracción en Hollywood Studios que utiliza navegación por cable es The Twilight Zone Tower of Terror , una atracción combinada de torre de caída y oscuridad . Las cabinas de ascensor son AGV que se bloquean en su lugar dentro de cabinas de movimiento vertical separadas para moverse verticalmente. Cuando llega a un piso que requiere movimiento horizontal, el AGV se desbloquea de la cabina vertical y sale del ascensor. [22]
Una tendencia reciente en los parques temáticos es el llamado sistema de atracciones sin rieles, atracciones AGV que utilizan LPS , Wi-Fi o RFID para moverse. La ventaja de este sistema es que la atracción puede ejecutar movimientos aparentemente aleatorios, brindando una experiencia de conducción diferente cada vez.
Los AGV utilizan varias opciones de carga de baterías. Cada opción depende de las preferencias de los usuarios.
La "tecnología de intercambio de batería" [23] requiere que un operador retire manualmente la batería descargada del AGV y coloque una batería completamente cargada en su lugar después de aproximadamente 8 a 12 horas (aproximadamente un turno) de funcionamiento del AGV. Se necesitan entre 5 y 10 minutos para realizar esto con cada AGV de la flota.
La "carga de batería automática y de oportunidad" [23] permite un funcionamiento continuo. En promedio, un AGV carga durante 12 minutos cada hora de forma automática y no requiere intervención manual. Si se aprovecha la oportunidad, el AGV recibirá un cargo cada vez que surja la oportunidad. Cuando el paquete de baterías alcanza un nivel predeterminado, el AGV finalizará el trabajo actual que se le ha asignado antes de dirigirse a la estación de carga.
El cambio automático de batería es una alternativa al cambio manual de batería. Podría requerir una pieza adicional de maquinaria de automatización, un cambiador automático de baterías, al sistema AGV general. Los AGV se acercarán a la estación de cambio de baterías y sus baterías se reemplazarán automáticamente por baterías completamente cargadas. Luego, el cambiador automático de baterías coloca las baterías extraídas en una ranura de carga para una recarga automática. El cambiador automático de baterías realiza un seguimiento de las baterías del sistema y las extrae sólo cuando están completamente cargadas.
Otras versiones de cambio automático de batería permiten a los AGV cambiarse las baterías entre sí.
Si bien un sistema de intercambio de baterías reduce la mano de obra necesaria para cambiar las baterías, los avances recientes en la tecnología de carga de baterías permiten que las baterías se carguen de manera más rápida y eficiente, eliminando potencialmente la necesidad de cambiar las baterías.
