Navegación autónoma con precisión milimétrica

Hoy en día, "producción" es otra palabra para decir "complejidad". Los productos se fabrican cada vez más según los requisitos de los distintos clientes y, gracias a la integración IoT, es posible realizar una producción incluso de un lote de una sola unidad. Un número tan grande de variantes precisa de procesos estrechamente coordinados entre sí que sean, al mismo tiempo, muy flexibles. Las piezas y los componentes correctos, en un número prácticamente infinito de variantes, deben estar listos en las distintas estaciones de producción en el momento preciso.

Los AMR ganan terreno

El transporte de material, por ejemplo, entre los puntos de suministro y los sistemas de producción, es cada vez más personalizado y debería realizarse, al mismo tiempo, de la manera más automatizada posible. Las plataformas móviles de robots, conocidas en la industria como robots móviles autónomos (AMR), están, por lo tanto, ganando terreno en los almacenes y plantas de producción de todo el mundo.

Evocortex es una empresa emergente con sede en Núremberg fundada en 2016 con la participación de expertos en robótica con experiencia que está centrada en este mercado. Tiene una estrecha relación con la vecina Nuremberg Tech (Technische Hochschule Nürnberg) y otras instituciones de educación e investigación, y entró en el mercado con un concepto AMR totalmente nuevo. Con sus productos, la compañía ofrece soluciones creativas e innovadoras para los requisitos de la logística moderna.

"Los AMR convencionales precisan a menudo de adaptaciones del espacio para realizar recorridos o incluso de cambios técnicos de los procesos", explica el director general Hubert Bauer. "Las marcaciones ópticas, por ejemplo, se necesitan para que los vehículos puedan orientarse; los recorridos y las intersecciones deben tener las dimensiones y los radios de curva especificados. Nosotros, en cambio, quisimos crear robots de transporte que se adaptaran a las necesidades del cliente y no al revés".

La "huella" del suelo de la nave indica la posición exacta
Los robots móviles autónomos (AMR) de Evocortex no precisan en absoluto de ningún sistema de guiado preinstalado para determinar su situación y encontrar el camino correcto. Se orientan simplemente utilizando las irregularidades del suelo de la nave. Estas irregularidades se pueden encontrar incluso en los suelos típicos de hormigón liso y las registra la cámara de alta resolución del robot. La cámara está situada en la parte inferior del vehículo, captura un área de 10x10 centímetros y utiliza los datos de imagen para reproducir la misma huella en el suelo de la nave. Detrás de este ingenioso sistema está el módulo de localización (ELM) desarrollado por Evocortex.

Durante el proceso inicial de aprendizaje el robot se mueve por el suelo de la nave siguiendo un patrón cuadriculado. Con la ayuda de complejos algoritmos se elabora un mapa altamente preciso a partir de un patrón de puntos independientes. En el futuro, esto también se hará utilizando el autoaprendizaje de la inteligencia artificial. Además, el controlador detecta el propio movimiento del vehículo. Combinando los datos, puede situarse con una precisión milimétrica en un área teórica de un kilómetro cuadrado. Para hacerlo solo se necesitan tres puntos identificados. Incluso si el 50% del suelo está cubierto con serrín, el ELM ni se inmuta y garantiza una navegación robusta, precisa y exacta. Si hay nuevas rayas permanentes en el suelo se añaden al mapa, y las características que vayan desapareciendo se borran después de un determinado tiempo.

Los AMR pueden equiparse opcionalmente con sensores LIDAR adicionales en uno o dos frentes. Estos escanean el espacio en la dirección del recorrido y detectan obstáculos, incluidos aquellos que están en movimiento como, por ejemplo, las personas que atraviesan el recorrido. El vehículo se detiene inmediatamente para asegurar la seguridad de los empleados.

Movilidad sin restricciones con ruedas Mecanum
Una rueda normal se mueve solo en la misma dirección que su eje. Para posicionar un vehículo con precisión con tales ruedas, se debe maniobrar de la misma forma que como cuando se aparca un coche. Para evitar esto, los desarrolladores de Evocortex optaron por la rueda Mecanum. En vez de una superficie de rodadura cerrada, la llanta lleva montados rodillos en forma de barril, sujetos formando un ángulo de 45 grados con el eje de la rueda y que pueden girar sobre su propio eje portante en ángulo. La forma, tamaño y separación de los rodillos se seleccionan para que la rueda tenga siempre una superficie de rodadura continua.

Cuando la rueda Mecanum gira, surgen dos componentes de fuerza: uno en la dirección de la rotación de toda la rueda y otro en un ángulo recto con la dirección de rotación de la rueda. Así, la dirección resultante del movimiento está entre medias: la rueda Mecanum "quiere" moverse en un ángulo de 45 grados con la dirección axial. Sin embargo, debido a la movilidad de los rodillos no tiene estabilidad direccional. Si hay presentes fuerzas adicionales, su propia dirección de movimiento se puede desviar en cualquier dirección.

En un vehículo con cuatro ruedas Mecanum cada uno de los ángulos de 45 grados tiene una compensación de 90 grados. De esta manera, cada rueda intenta moverse en una dirección diferente. Al variar la dirección de rotación y velocidad de las distintas ruedas, el vehículo puede dirigirse en cualquier dirección desde parado o girar en el acto. En el plano horizontal, se puede mover libremente como un coche volador. Las ruedas Mecanum permiten de este modo un movimiento ágil y omnidireccional del robot.

Adaptabilidad en incrementos de milímetros
El AMR de Evocortex ofrece además otra dimensión de flexibilidad: permite realizar una selección prácticamente ilimitada de tamaños. "Si se desea, podemos adaptar nuestro robot a los requisitos de nuestros clientes en incrementos de milímetros", subraya Hubert Bauer. "Se puede realizar cualquier dimensión externa entre 400 y 480 y entre 800 y 1200 milímetros". Las gamas de producto EvoRobot R&D y EvoRobot Industrial también coinciden aproximadamente con las dimensiones externas de la plataforma que soporta la carga. Toda la tecnología está alojada debajo de la plataforma, los sensores, el controlador, la unidad de elevación y los accionamientos de las ruedas.

El módulo de accionamiento de las ruedas es un elemento decisivo para esta adaptabilidad. Está situado directamente sobre la rueda y, junto con la rueda, forma una unidad de funcionamiento estandarizada e independiente. El resultado es que las ruedas pueden montarse a cualquier distancia unas de otras. El requisito previo decisivo para esta disposición es un motor potente con dimensiones muy pequeñas.

"Hicimos un examen muy minucioso para determinar qué motores del mercado eran los candidatos adecuados para esta aplicación", dice Hubert Bauer, recordando la fase de desarrollo. "Solo en FAULHABER fuimos capaces de encontrar la densidad de potencia que necesitábamos. Los motores de la competencia no tenían sitio para el par necesario".

Gran potencia, mínimo tamaño
Los módulos de rueda del EvoRobot están equipados con motores CC de las series 3257... CR o 3272... CR. Cada uno está equipado con un codificador IEF3 y un reductor 38/2 S. Para poder realizar una detención rápida y asegurar que las ruedas sigan bloqueadas en el sitio una vez parado, los motores de las ruedas están equipados también con un freno. "Gracias a la enorme potencia de estos micromotores, el EvoRobot puede transportar hasta 200 kilogramos. En breve serán posibles también cargas mayores", explica Hubert Bauer. "El transporte funciona también en una rampa con una pendiente de hasta cinco grados y una velocidad de un metro por segundo".

La gama de producto EvoCarrier está diseñada para transportar pequeños portacargas. En las entrañas de este AMR los espacios son todavía más angostos que en el EvoRobot. Su distancia al suelo es inferior a 100 mm. En consecuencia, puede entrar en espacios extremadamente pequeños debajo de un producto transportado. También pueden trabajar dos o cuatro EvoCarrier juntos para transportar paletas o una unidad entera de estanterías. Aquí, los desarrolladores seleccionaron un motor llamado "de rotor plano" como accionamiento, un motor sin escobillas de la serie 4221... BXT que mide solo 21 milímetros de largo. Esto permite al EvoCarrier llevar rodillos de suelo cargados con pequeños portacargas (KLT) que pesen hasta 120 kilogramos en total. El director general cree que habrá, a largo plazo, una transición hacia los motores sin escobillas también en el EvoRobot, y los módulos se estandarizarán aún más.

Además de la relación entre potencia y volumen, lo más importante en el funcionamiento de los AMR es el mantenimiento cero y la fiabilidad en funcionamiento continuo. "Nuestros requisitos en cuanto a vida útil los cumplen los motores de FAULHABER con creces", dice Hubert Bauer. "Además, es una ventaja que los accionamientos funcionen con todos los controles industriales habituales. Los expertos de FAULHABER fueron también muy atentos para encontrar los ajustes óptimos de los parámetros para la producción en serie".