Un vehículo guiado automático ( AGV ), diferente de un robot móvil autónomo ( AMR ), es un robot portátil que sigue líneas largas marcadas o cables en el suelo, o utiliza ondas de radio, cámaras de visión, imanes o láseres para navegar. Se utilizan con mayor frecuencia en aplicaciones industriales para transportar materiales pesados por un gran edificio industrial, como una fábrica o un almacén. La aplicación del vehículo guiado automático se amplió a finales del siglo XX.
Los AGV pueden remolcar objetos en remolques a los que se pueden acoplar de forma autónoma. Los remolques se pueden utilizar para mover materias primas o productos terminados. Los AGV también pueden almacenar objetos en una plataforma. Los objetos se pueden colocar en un conjunto de rodillos motorizados (transportador) y luego empujarlos hacia afuera invirtiéndolos. Los AGV se utilizan en casi todas las industrias, incluidas la pulpa, el papel, los metales, el periódico y la fabricación en general. También se transportan 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 denomina Fahrerloses Transportsystem (FTS) y en Suecia förarlösa truckar . Las versiones de menor costo de los AGV a menudo se denominan Carros Guiados Automáticamente (AGC) y generalmente se guían mediante cinta magnética. El término AMR se utiliza a veces [1] para diferenciar los robots móviles que no dependen en su navegación de infraestructura adicional en el entorno (como bandas magnéticas o marcadores visuales) de los 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 por 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 requerida ] 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 correo en sus oficinas.
Con el paso de los años, la tecnología se ha vuelto más sofisticada y hoy en día los vehículos automatizados se guían principalmente por láser, por ejemplo, los LGV (vehículos guiados por láser). [ cita requerida ] 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 áreas de envío. Hoy en día, el AGV juega un papel importante en el diseño de nuevas fábricas y almacenes, moviendo de manera segura las mercancías a su destino correcto.
Se corta una ranura en el suelo y se coloca un cable debajo de la superficie a lo largo del camino que debe seguir el AGV. Este cable genera un campo magnético, que es detectado por un sensor en la parte inferior del AGV, cerca del suelo. El sensor detecta la posición relativa del campo magnético generado por la corriente en el cable. Esta información se utiliza para regular el sistema de dirección del AGV, garantizando que siga la ruta del cable con precisión. [2]
Se aplica una franja de material reactivo a los rayos ultravioleta sobre el suelo, que puede ser pintura o cinta reactiva a los rayos ultravioleta. Los AGV están equipados con emisores y detectores de luz ultravioleta. El sistema de control del vehículo identifica la franja en el suelo y realiza los ajustes necesarios en la dirección del vehículo para permanecer en la ruta de guía. Este método de navegación requiere menos aumento del entorno que la localización por cable guía. [2] [3]
La navegación de los AGV se puede lograr mediante el uso de un sistema de guiado láser retrorreflectivo. En este sistema, se colocan marcadores reflectantes en paredes, postes o máquinas fijas dentro del área operativa del AGV. El AGV está equipado con un escáner láser que emite rayos láser para detectar estos reflectores. La posición del AGV se determina midiendo el ángulo y la distancia a los reflectores dentro de su línea de visión. Esta información se compara con un mapa almacenado de la disposición de los reflectores en la memoria del AGV, lo que permite al sistema de navegación triangular su posición actual. A continuación, el AGV ajusta su dirección en función de su posición relativa a la ruta programada definida por la disposición de los reflectores. [2]
Este método tampoco restringe necesariamente los AGV a rutas fijas; son capaces de localización y navegación en cualquier área donde sean visibles dos o tres marcadores reflectantes. [2]
Otra forma de guiado de AGV es la navegación inercial . Con el guiado inercial, un sistema de control informático dirige y asigna tareas a los vehículos. Los transpondedores están incrustados en el suelo del lugar de trabajo. El AGV utiliza estos transpondedores para verificar que el vehículo está en el camino correcto. Un giroscopio es capaz de detectar el más mínimo cambio en la dirección del vehículo y lo corrige para mantener el AGV en su camino. El margen de error para el método inercial es de ±1 pulgada. [8]
La navegación inercial puede funcionar en casi cualquier entorno, incluidos pasillos estrechos o temperaturas extremas. [9] La navegación inercial puede incluir el uso de imanes incrustados en el piso de la instalación que el vehículo puede leer y seguir. [10]
La navegación sin reacondicionamiento del espacio de trabajo se denomina Navegación por Características Naturales o Navegación con Objetivo Natural. Un método utiliza uno o más sensores de búsqueda de rango, como un telémetro láser , así como giroscopios o unidades de medición inercial con técnicas de localización Monte-Carlo/Markov para entender dónde se encuentra mientras planifica dinámicamente el camino más corto permitido hacia su objetivo. La ventaja de estos sistemas es que son muy flexibles para la entrega a pedido en cualquier ubicación. Pueden manejar fallas sin interrumpir toda la operación de fabricación, ya que los AGV pueden planificar rutas alrededor del dispositivo averiado. También son rápidos de instalar, con menos tiempo de inactividad para la fábrica. [11]
Los AGV guiados por visión se pueden instalar sin realizar modificaciones en el entorno o la infraestructura. Funcionan mediante el uso de cámaras para registrar características a lo largo de la ruta, lo que permite que el AGV reproduzca la ruta utilizando las características registradas 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 en la Universidad Carnegie Mellon. La tecnología Evidence Grid utiliza probabilidades de ocupación para cada punto en el espacio para compensar la incertidumbre en el rendimiento de los sensores y en el entorno. Los sensores de navegación primarios son cámaras estéreo especialmente diseñadas. El AGV guiado por visión utiliza imágenes de 360 grados para construir un mapa 3D , lo que permite que los AGV guiados por visión sigan una ruta entrenada sin asistencia humana o 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. Con estas referencias fijas, puede posicionarse en tiempo real y determinar su ruta. No hay limitaciones en cuanto a distancias para cubrir el número de puntos de recogida o entrega. Las rutas son infinitamente modificables.
Para ayudar a un AGV a navegar, puede utilizar tres sistemas de control de dirección diferentes. [12] El control de velocidad diferencial es el más común. En este método hay dos ruedas motrices independientes. Cada unidad se impulsa a diferentes velocidades para girar o la misma velocidad para permitir que el AGV avance o retroceda. El AGV gira de manera 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 usa para transportar y girar en espacios reducidos o cuando el AGV está trabajando cerca de máquinas. Esta configuración para las ruedas no se usa en aplicaciones de remolque porque el AGV haría que el remolque se doblara al girar.
El segundo tipo de dirección utilizado es el AGV con control de volante. Este tipo de dirección puede ser similar a la dirección de un automóvil, pero no es muy maniobrable. Es más común 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 precisa al seguir la trayectoria programada que el método de control de velocidad diferencial. Este tipo de AGV tiene un giro más suave. El AGV con control de volante se puede utilizar en todas las aplicaciones; a diferencia del control diferencial. [8] El control de volante se utiliza para remolcar y, a veces, también puede tener un operador que lo controle.
El tercer tipo es una combinación de diferencial y direccional. Se colocan dos motores de dirección/propulsión independientes en las esquinas diagonales del AGV y se colocan ruedas giratorias en las otras esquinas. Puede girar como un automóvil (rotando en un arco) en cualquier dirección. Puede desplazarse en cualquier dirección y puede conducir en modo diferencial en cualquier dirección.
Los AGV deben tomar decisiones sobre la selección de la ruta. 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 suelo no solo para guiar al AGV sino también para emitir comandos de dirección y comandos 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 en el cable que se divide, el AGV detecta las dos frecuencias y, a través de una tabla almacenada en su memoria, decide cuál es la mejor ruta. Las diferentes frecuencias solo son necesarias en el punto de decisión para el AGV. Las frecuencias pueden volver a cambiar a una señal establecida después de este punto. Este método no es fácilmente ampliable 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 mediciones tomadas de los sensores y las compara con los valores proporcionados por los programadores. Cuando un AGV se acerca a un punto de decisión, solo tiene que decidir si sigue la ruta 1, 2, 3, etc. Esta decisión es bastante simple porque ya conoce su ruta gracias a su programación. Este método puede aumentar el costo de un AGV porque se requiere tener un equipo de programadores para programar el AGV con las rutas correctas y cambiarlas 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 que debe seguir el AGV, sino que también tiras de cinta en diferentes combinaciones de polaridad, secuencia y distancia colocadas a lo largo de la pista le indican al AGV que cambie de carril, acelere, disminuya la velocidad y se detenga.
Los sistemas de fabricación flexible que contienen más de un AGV pueden requerir que tengan un control de tráfico para que los AGV no choquen entre sí. El control de tráfico se puede llevar a cabo localmente o mediante un software que se ejecuta en una computadora fija en otra parte de la instalación. Los métodos locales incluyen el control de zona, el control de detección avanzada y el control combinado. Cada método tiene sus ventajas y desventajas. [13]
El control de zonas es el favorito de la mayoría de los entornos porque es fácil de instalar y expandir. [8] El control de zonas utiliza un transmisor inalámbrico para transmitir una señal en un área fija. Cada AGV contiene un dispositivo sensor para recibir esta señal y transmitirla de vuelta al transmisor. Si el área está despejada, la señal se establece en "despejado" permitiendo que cualquier AGV entre y pase por el área. Cuando un AGV está en el área, se envía la señal de "detenerse" y todos los AGV que intentan entrar en el área se detienen y esperan su turno. Una vez que el AGV en la zona se ha movido más allá de la zona, la señal de "despejado" se envía a uno de los AGV que esperan. Otra forma de configurar la gestión del tráfico de control de zonas es equipar a cada robot individual con su propio transmisor/receptor pequeño. El AGV individual luego 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 se cae, todos los AGV corren el riesgo de colisionar con cualquier otro AGV. El control de zona es una forma rentable de controlar el AGV en un área.
El control de detección hacia adelante utiliza sensores de prevención de colisiones para evitar colisiones con otros AGV en el área. Estos sensores incluyen: sónico, que funciona como un radar ; óptico, que utiliza un sensor infrarrojo ; y parachoques, sensor de contacto físico. La mayoría de los AGV están equipados con un sensor de parachoques de algún tipo como medida de seguridad. Los sensores sónicos envían un "chirrido" o señal de alta frecuencia y luego esperan una respuesta del contorno de la respuesta; el AGV puede determinar si hay un objeto delante de él y tomar las medidas necesarias para evitar la colisión. [14] El óptico utiliza un transmisor/receptor infrarrojo y envía una señal infrarroja que luego se refleja de vuelta; funciona con un concepto similar al del sensor sónico. Los problemas con estos son que solo pueden proteger al AGV desde tantos lados. Son relativamente difíciles de instalar y también de trabajar con ellos.
El control combinado de detección utiliza sensores de prevención de colisiones y sensores de control de zona. La combinación de ambos ayuda a prevenir colisiones en cualquier situación. Para el funcionamiento normal, se utiliza el control de zona con el sistema de prevención de colisiones como medida de seguridad. Por ejemplo, si el sistema de control de zona no funciona, el sistema de prevención de colisiones evitaría que el AGV colisione.
Las industrias con AGV necesitan tener algún tipo de control sobre ellos. Hay tres formas principales de controlar el AGV: panel de localización, pantalla gráfica en color CRT y registro e informes centrales. [8]
Un panel localizador es un panel simple que se utiliza para ver en qué área se encuentra el AGV. Si el AGV está en un área durante demasiado tiempo, podría significar que está atascado o averiado. La pantalla gráfica en color CRT muestra en tiempo real dónde se encuentra cada vehículo. También proporciona un estado del AGV, el voltaje de su batería, un identificador único y puede mostrar puntos bloqueados. Registro central utilizado para realizar un seguimiento del historial de todos los AGV en el sistema. El registro central almacena todos los datos y el historial de estos vehículos que se pueden imprimir para soporte técnico o registrar para verificar el tiempo de funcionamiento.
Los AGV son sistemas que se utilizan a menudo en los sistemas de gestión de la producción (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 golpeen entre sí y que lleguen a su destino. La carga y el transporte de materiales de un área a otra es la tarea principal de los 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 que es el doble de eficiente que las fábricas en Estados Unidos. Por un enorme costo inicial, el costo total disminuye con el tiempo. [ cita requerida ]
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Los vehículos guiados automáticamente se pueden utilizar en una amplia variedad de aplicaciones para transportar distintos tipos de materiales, como palés, rollos, estanterías, carros y contenedores. Los AGV se 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. [16]
El movimiento de productos en proceso es una de las primeras aplicaciones en las que se utilizaron vehículos guiados automáticamente e incluye el movimiento repetitivo de materiales a lo largo del 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. [17]
La manipulación de palés es una aplicación muy popular para los AGV, ya que el movimiento repetitivo de palés es muy común en las instalaciones de fabricación y distribución. Los AGV pueden mover palés desde el paletizador hasta la envoltura con film, al almacén o al área de almacenamiento o a los muelles de envío de salida [18] [19]
El traslado de productos terminados desde la fábrica hasta el almacén o el envío es el movimiento final de los materiales antes de su entrega a los clientes. Estos movimientos suelen requerir la manipulación más delicada de los materiales, ya que los productos están completos y están sujetos a daños por una manipulación brusca. Como los AGV funcionan con una navegación y una 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 los vehículos guiados automáticamente y cada vez es más popular. Los AGV se utilizan para transportar y cargar palés de productos terminados directamente en remolques estándar para carretera sin ningún equipo de muelle especial. Los AGV pueden recoger palés de cintas transportadoras, estanterías o carriles de preparación y entregarlos en el remolque en el patrón de carga especificado. [20] Algunos AGV de carga automática de remolques utilizan la orientación natural para ver las paredes del remolque para la navegación. Estos tipos de AGV ATL pueden ser vehículos completamente sin conductor o híbridos. [21]
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 plásticos. Los AGV pueden almacenar y apilar rollos en el suelo, en estanterías e incluso pueden cargar automáticamente prensas de impresión con rollos de papel. [22]
Los AGV se utilizan para mover contenedores marítimos en algunas terminales de contenedores portuarias. Los principales beneficios son la reducción de los costes laborales y un rendimiento más fiable (menos variable). Este uso de AGV fue pionero en 1993 en el puerto de Róterdam en los Países Bajos . En 2014, había 20 terminales de contenedores portuarias automatizadas o semiautomatizadas en todo el mundo que utilizan vehículos con guías automáticas y grúas apiladoras automatizadas o ambos. [23] Los AGV originales utilizaban energía diésel con accionamientos hidráulicos o eléctricos. Sin embargo, más AGV utilizan energía de batería y un cambio automático de batería , lo que reduce las emisiones y los costes de reabastecimiento, pero cuesta más comprarlos y tienen un alcance más corto. [24]
El movimiento eficiente y rentable de materiales es un elemento importante y común para mejorar las operaciones en muchas plantas de fabricación y almacenes. Debido a que los vehículos guiados automáticamente (AGV) pueden ofrecer un movimiento eficiente y rentable de materiales, los AGV se pueden aplicar a varias industrias en diseños estándar o personalizados para adaptarse mejor a los requisitos de cada 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, respalda la validación del proceso y las buenas prácticas de fabricación actuales (cGMP ).
Los AGV entregan materias primas, trasladan materiales a almacenes de almacenamiento de curado y brindan transporte a otras celdas y estaciones de procesamiento. Las industrias más comunes incluyen caucho, plásticos y productos químicos especiales .
Los AGV se utilizan a menudo en la fabricación general de productos. Normalmente, se utilizan para entregar materias primas, transportar productos en proceso, mover productos terminados, retirar materiales de desecho y suministrar materiales de embalaje.
Las instalaciones de AGV se encuentran en plantas de estampación, plantas de transmisión y de tren de potencia (motor y transmisión) y plantas de ensamblaje, donde se entregan materias primas, se transportan productos en proceso y se trasladan 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 residuos para proporcionar todo el movimiento rutinario de materiales en la producción y el almacenamiento (almacenamiento/recuperación) de papel, periódico, impresión, corrugado, conversión y película de plástico.
Los AGV se pueden utilizar para mover materiales en el procesamiento de alimentos (como la carga de alimentos o bandejas en esterilizadores) y al final de la línea, conectando el paletizador, la envolvedora y el almacén. Los AGV pueden cargar remolques estándar para transporte por 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 palés 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/elevadores, lavadores de carros, volcadores de basura, etc. Los AGV generalmente mueven ropa de cama, basura, desechos médicos regulados , comidas de pacientes, bandejas de comida sucia y carros para casos quirúrgicos.
Los AGV utilizados en almacenes y centros de distribución mueven cargas de forma lógica por los almacenes y las preparan para su envío/carga o recepción, o las trasladan 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 almacenes personalizado. [25] Para evitar daños a las mercancías frágiles, los AGV son los preferidos en los almacenes que manipulan artículos frágiles, ya que los errores humanos se reducen casi a cero. Los almacenes con mercancías peligrosas han adoptado principalmente esta tecnología, ya que pueden funcionar en condiciones extremas, como al pasar por congeladores. [26]
En los últimos años, la industria de los parques temáticos ha comenzado a utilizar AGV para las atracciones. Uno de los primeros sistemas de atracciones AGV fue para Universe of Energy de Epcot , inaugurado en 1982. La atracción utilizaba navegación por cable para conducir el "Teatro itinerante" a través de la atracción. Muchas atracciones utilizan navegación por cable, especialmente cuando los empleados deben caminar con frecuencia sobre el camino de la atracción, como en (la atracción ahora cerrada) The Great Movie Ride en Disney's Hollywood Studios . [27] Otra atracción en Hollywood Studios que utiliza navegación por cable es The Twilight Zone Tower of Terror , una combinación de torre de caída / atracción oscura . Las cabinas del 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 se conduce fuera del ascensor. [28]
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, lo que ofrece una experiencia de viaje diferente cada vez.
Los AGV utilizan varias opciones de carga de batería. Cada opción depende de las preferencias del usuario.
La "tecnología de intercambio de batería" [29] 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 operación del AGV. Se requieren de 5 a 10 minutos para realizar esto con cada AGV de la flota.
La "carga automática y de oportunidad de la batería" [29] permite un funcionamiento continuo. En promedio, un AGV se carga durante 12 minutos cada hora para la carga automática y no se requiere intervención manual. Si se utiliza la oportunidad, el AGV recibirá una carga cada vez que surja la oportunidad. Cuando un paquete de baterías llega a un nivel predeterminado, el AGV finalizará la tarea actual que se le ha asignado antes de ir a la estación de carga.
El cambio automático de baterías es una alternativa al cambio manual de baterías. Puede requerir una pieza adicional de maquinaria de automatización, un cambiador automático de baterías, para el sistema AGV general. Los AGV se acercarán a la estación de cambio de baterías y sus baterías se reemplazarán automáticamente por baterías completamente cargadas. El cambiador automático de baterías coloca las baterías extraídas en una ranura de carga para recargarlas automáticamente. El cambiador automático de baterías realiza un seguimiento de las baterías en el sistema y las retira solo cuando están completamente cargadas.
Otras versiones de intercambio automático de baterías permiten que los AGV cambien las baterías de otros.
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.
