El futuro será inteligente y autónomo o no será.
Se espera que el mercado de AGVs/AMRs, impulsado por el desarrollo de software e inteligencia artificial, supere los 18 mil millones de dólares en 2027, según Logistics IQ. Comercio electrónico, salud, producción industrial, agricultura... Los robots móviles autónomos se están desarrollando en muchos sectores, con el fin de solucionar a los humanos las tareas tediosas y repetitivas. Y si para los fabricantes de AGVs/AMRs el principal elemento de diferenciación está principalmente en el software, no debemos olvidarnos de la parte hardware. Porque es la tecnología de motor elegida la que permitirá afrontar los retos de fiabilidad, duración, eficiencia y compacidad propios de estos robots.
¿Cuáles son las tendencias en robots móviles? ¿Los sectores más prometedores? ¿Y cuál es la mejor manera de afrontar los diversos desafíos que plantea el diseño de AGVs para lograr el diseño de robots logísticos autónomos de alto rendimiento?
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AGV/AMR: Un mercado en crecimiento
El crecimiento del mercado de robots autónomos como los AGVs (vehículos guiados automáticos) y los AMRs (robots móviles autónomos) corresponde a una fuerte tendencia, que puede explicarse por varios factores.
En primer lugar, hoy en día es mucho más sencillo diseñar AGVs gracias al desarrollo de software. Los recientes avances en inteligencia artificial, recopilación y procesamiento de datos realmente han cambiado las reglas del juego. Como resultado, los fabricantes de sistemas de transporte autónomos suelen depender de grandes equipos de desarrollo de software y un equipo de ingeniería de diseño más pequeño. Para tener éxito en este mercado, es fundamental ofrecer la mejor gestión de datos posible, con un enfoque predictivo.
Simultáneamente, la explosión del comercio electrónico ha resaltado la necesidad de automatizar cada vez más los procesos logísticos para responder a la demanda de compradores cada vez más impacientes por recibir sus pedidos. Para lograrlo, el despliegue de flotas de AGVs/AMRs en grandes almacenes automatizados resulta simplemente la mejor opción. Esto ya era cierto en 2016, durante la primera ola de Amazon, pero aún más desde el COVID, cuando todo el mundo se acostumbró a comprar todo en línea.
Pero el potencial de los sistemas de transporte autónomos no se detiene ahí. Cada vez hay más AMRs que están apareciendo en la industria para apoyar a la producción, así como en la agricultura para acceder a zonas difíciles, o en el ámbito médico para apoyar al personal hospitalario de las tareas más laboriosas. Las aplicaciones son casi infinitas: siempre que sea necesario mover algo o realizar una tarea que implique un desplazamiento, los AGVs/AMRs resultan útiles. Por ejemplo, los robots móviles pueden ser utilizados para pintar edificios industriales o pintar los logotipos de los patrocinadores en los campos de fútbol, con una precisión inigualable.
La innovación es esencial
El mercado está dominado por cinco grandes empresas globales que producen miles de unidades cada una. Sin embargo, las start-ups están irrumpiendo con ideas innovadoras, a diferencia de las grandes empresas que se enfocan más en innovaciones incrementales. Para destacar en el mercado, las start-ups deben ser completamente disruptivas, ofreciendo aplicaciones que nadie había imaginado antes. ¡Estamos viendo un increíble florecimiento de ideas! La estandarización permite producir rápidamente nuevos productos con un presupuesto limitado. A diferencia de hace 10 años, ahora es más fácil obtener un retorno de inversión. El verdadero desafío viene después, en la producción en serie.
Robots autónomos: espacio para la colaboración
A excepción de los almacenes completamente automatizados, para los cuales los AGVs son particularmente adecuados, son más bien los AMRs los que están en auge para la asistencia a las personas. La tendencia es, de hecho, hacia robots capaces de trabajar de manera colaborativa con los humanos. Esto implica que el AMR funcione con sensores (por ejemplo, con tecnología LIDAR) e inteligencia artificial, para que pueda ser autónomo en sus movimientos, adaptar su trayectoria y detenerse en el momento adecuado. Utilizar AMRs permite reasignar al personal a tareas de mayor valor agregado.
Si bien en comparación con los AGVs, los AMRs son capaces de realizar desplazamientos más complejos y, por lo tanto, son más adecuados para interactuar con humanos, esto no significa que los AGVs estén destinados a desaparecer. Con varios años de desarrollo, los AGVs son herramientas maduras y robustas, perfectamente adecuadas para grandes desplazamientos con cargas pesadas. Dependiendo de la tipología de su actividad, puede ser más oportuno optar por una u otra tecnología.
Para tener éxito en este mercado, es necesario ser rápido y ofrecer el mejor software posible. Pero también asegurarse de la fiabilidad de los AMRs, ya que estos deben poder funcionar sin interrupción.
Diferentes tipos de robots intralogísticos: ¿de qué estamos hablando?
Transportadores (Shuttles)
Tradicionalmente utilizadas para los almacenes automatizados, los transportadores o Shuttles circulan sobre rieles. Con una carga útil de 30-50 kg como máximo, generalmente pueden transportar menos cargas pesadas que los AGVs y los AMRs. Dado que circulan sobre rieles, las Shuttles están sujetas a menos exigencias en materia de seguridad. Finalmente, teniendo en cuenta la corta distancia a recorrer, no requieren reservas de energía de alta capacidad.
Antiguamente muy extendidas en la intralogística, los Shuttles tienden a ser reemplazados por AGVs/AMRs que ofrecen mayores posibilidades. Sin embargo, su uso también puede ser revisado para ofrecer una mayor diversidad de acción; este es el caso, por ejemplo, de las granjas verticales en forma de Shuttles.
Los Shuttles tal como los conocíamos hace unos años se están reinventando para ofrecer nuevas capacidades, a medio camino entre los AGVs y los Shuttles. Este es el caso, por ejemplo, del Skypod de Exotec.
AGV
Para desplazarse, un AGV (vehículo guiado automático) utiliza líneas magnéticas en el suelo o puntos en una pared. Un AGV normalmente sigue un camino en línea recta; va del punto A al punto B y viceversa. Esta monotonía los hace más fáciles de manejar desde el punto de vista del software. Generalmente, los AGVs se utilizan para tareas repetitivas. Por ejemplo, en la industria automotriz, tienen la misión de mover una pieza de un extremo a otro de una nave. En caso de obstáculo, el AGV se detiene, pero es incapaz de rodearlo.
AMR
Como su nombre lo indica, lo que diferencia a los AMRs (robots móviles autónomos) de los AGVs es su mayor nivel de autonomía. Equipado con sensores inteligentes, el AMR es capaz detectar el entorno que lo rodea y puede sortear fácilmente los obstáculos en su camino. Más ágiles, los AMRs son capaces de adaptar su trayectoria en un entorno que no ha sido construido específicamente para ellos. En una fábrica, serán capaces de recoger diferentes elementos y llevarlos al lugar correcto. Este mayor nivel de autonomía viene acompañado de mayores exigencias de seguridad y de una mayor complejidad del software. Las nuevas generaciones de AMRs tienden a ser cada vez más colaborativas, lo que aumenta las restricciones de seguridad. Por lo tanto, es necesario cumplir con la norma ISO 3691-4, que se deriva de la norma ISO 13849.
Robots de entrega de última milla
Estos robots de entrega se asemejan a los AMRs capaces de moverse en entornos difíciles. Su misión consiste en entregar productos a muy bajo costo, basándose en coordenadas GPS o direcciones, desplazándose por las aceras. La velocidad de funcionamiento, las zonas de circulación, el peso máximo de la carga útil... La regulación sobre los "robots de entrega de última milla" varía según los países. Por ejemplo, en Estados Unidos, estos AMR pueden ser utilizados en espacios privados, como los campus universitarios para entregar comidas. Mientras que en Suiza, la regulación impone que el robot esté sistemáticamente acompañado por un humano... Lo que hace que el robot de entrega de última milla pierda todo interés. Para estos robots, realmente es la inteligencia artificial incorporada y la forma de utilizar los datos recopilados lo que marcará la diferencia. A medida que recorren una ciudad, los "robots de entrega de última milla" aprenden continuamente, de modo que pueden volverse autónomos en un 99%. ¡Tanto es así que a veces basta con un solo operador para supervisar toda una flota a distancia!
Logística
Con una facturación mundial estimada en 5.4 mil millones de dólares en 2022 y una proyección de más de 7 mil millones en 2024, el comercio electrónico está experimentando un crecimiento vertiginoso.
Transporte, almacenamiento, acondicionamiento, manipulación, embalaje... Para apoyar este auge comercial, la logística juega un papel fundamental. Dado los altos costos de personal en los países desarrollados y el desinterés por los trabajos de manipulación, especialmente en Estados Unidos, la automatización está en el centro de los desafíos logísticos, en un enfoque de industria y cadena de suministro 4.0. En este sentido, los AGVs/AMRs se han desplegado masivamente en los almacenes logísticos. Capaces de recorrer inmensas superficies para recuperar y entregar en tiempo récord el producto deseado, los AGVs han permitido automatizar todas las tareas de transporte interno y así satisfacer las necesidades de alta productividad del sector.
En este sector, más que en otros, lo que importa es la fiabilidad de los AGVs. Cualquier avería podría detener toda la operación y hacer perder un tiempo valioso, provocando una disminución de la productividad del sitio. Además, el segundo desafío propio de la logística es la rapidez. La propuesta de valor se basa en el número de líneas de pedidos que se pueden gestionar por hora, y por eso el "Automatic Warehouse Algorithm" (algoritmo de gestión de almacén automático) está en el centro de todas las atenciones.
Los recientes avances en IA y Deep Learning impactarán necesariamente la forma en que se operarán los almacenes en el futuro. En el ámbito de la electrónica, esto significa más IoT (Internet de las Cosas), para que los responsables de los almacenes puedan monitorear de cerca el buen funcionamiento de su sitio, con un enfoque en el mantenimiento predictivo.
Al mismo tiempo, el auge de los AMRs plantea importantes desafíos de seguridad. Por lo tanto, es cada vez más necesario que una función de seguridad se implemente lo más cercano posible al motor, es decir, dentro de la electrónica de control de este último.
Salud
Entrega de medicamentos a cada paciente, desinfección de cuartos con UV, transporte de muestras de laboratorio... Las aplicaciones son numerosas para los AGVs/AMRs en el entorno hospitalario.
Más allá de las diferentes normas propias de este sector, es primordial que el robot sea lo más silencioso posible, para no perturbar el descanso de los pacientes y no afectar las condiciones de trabajo del personal de salud. Desde el punto de vista del diseño, esto implica preferir un accionamiento directo o un reductor de engranajes helicoidales y optar por el uso de engranes de plástico en lugar de metálicos.
Para que los AGVs/AMRs sean una ayuda para el personal sanitario también es importante que sean ligeros y fáciles de mover en caso de avería. Por lo tanto, se debe prever un desbloqueo mecánico que permita cortar todas las partes electrónicas, para que las ruedas giren libremente y se pueda mover el robot con un simple movimiento externo. Por esta razón, los AMRs en el entorno hospitalario generalmente no superan los 50 kg (fácilmente movibles en caso de necesidad).
Producción
Aeronáutica, automotriz, electrónica, industria... También encontramos AGVs en las cadenas de fabricación de todos los sectores que requieren una alta productividad. El desafío es lograr una fabricación optimizada y de bajo costo. A diferencia de los almacenes logísticos completamente automatizados, aquí los operadores humanos trabajan en estrecha colaboración con los AMRs que vienen a traerles las piezas necesarias a su puesto de trabajo fijo.
El uso de AMRs permite evitar que los humanos tengan que cargar objetos pesados y los libera de tareas de bajo valor agregado, como mover un elemento de un punto A a un punto B. En definitiva, ser asistido por un robot en el proceso de fabricación mejora la calidad de vida en el trabajo, al tiempo que limita el riesgo de trastornos musculoesqueléticos (TMS).
En este sentido, el mayor desafío de este sector reside en la seguridad, ya que el AMR se desplaza entre los humanos. Por lo tanto, es obligatorio el uso de sensores de precisión para que el robot pueda adaptar su trayectoria y evitar cualquier colisión con un humano.
Obligadas a reorganizarse durante el COVID, separándose de parte del personal, las empresas de producción han tenido dificultades para recuperar su ritmo. La reanudación de la actividad ha requerido la contratación y formación de nuevos trabajadores. Esta situación ha resaltado las ventajas de los AGVs/AMRs: aunque equiparse con estos robots tiene un costo, en caso de aumento de la actividad, basta con asignarlos a los puestos de trabajo necesarios. Por eso la automatización está destinada a convertirse cada vez más en la norma en estos sectores.
Otra tendencia notable, especialmente en el sector automotriz, consiste en no tener líneas de producción dedicadas por producto, sino líneas capaces de gestionar cualquier producto, gracias a AGVs más adaptables (como es el caso de Mercedes desde 2019).
Agricultura - Tecnología motriz para la agricultura 4.0 | maxon group
En el sector agrícola, los robots pueden servir tanto para aplicar insecticidas como para cortar malas hierbas. Mientras que los grandes AGVs de 1,5 toneladas o más a menudo requieren que un operador humano esté a su lado para intervenir rápidamente en caso de problemas, los más pequeños pueden operar de manera autónoma en el campo. Según las dimensiones del AGV, las restricciones regulatorias en materia de seguridad son muy diferentes. Por eso es preferible en este sector apostar por robots más pequeños, capaces de realizar tareas para las cuales es difícil encontrar personal humano debido a las difíciles condiciones de trabajo.
La agricultura se distingue por sus condiciones ambientales extremadamente difíciles. En este ámbito, los AGVs/AMRs deben operar en polvo, lodo, bajo la lluvia o la nieve, con temperaturas que pueden variar de -20 a +40°C. Por lo tanto, los robots agrícolas deben ser muy robustos.
5 Retos para este mercado dinámico
1.- Fiabilidad y solución a largo plazo
A diferencia de los seres humanos, los AGVs pueden (¡y deben!) trabajar 24 horas al día, 7 días a la semana. Es en esta capacidad de trabajo donde reside todo su interés, especialmente en la logística. Además, un AGV debe poder funcionar de 5,000 a 10,000 horas sin necesidad de cambiar componentes.
Para garantizar la máxima durabilidad, se debe elegir productos de alta calidad, verificando la duración de vida de los componentes y asegurándose de que el fabricante de componentes haya realizado sus propias pruebas de vida útil. Además, el MTBF o Mean Time Between Failures (Tiempo Medio Entre Fallos) indicado por el fabricante es un indicador que debe estudiarse detenidamente al buscar componentes. Aparte de la vida útil del AGV, la fiabilidad implica que el robot cumpla con todas las condiciones necesarias para ser utilizado en diversos entornos.
El mismo AGV debe poder ser utilizado para un almacén automatizado clásico, pero también para aplicaciones de congelación profunda (cuando los productos congelados constituyen todo el stock) o cuando el almacén o la fábrica están situados en altitud. En efecto, a 2000 metros de altitud o más, la disipación de calor será diferente a la que se produce al nivel del mar.
Para prever cualquier eventualidad, los componentes seleccionados deben haber sido probados de -40°C a +80°C.
Requisitos de seguridad a conocer
Primero, los fabricantes de robots deben cumplir con la norma global de seguridad de máquinas (ISO 13849). Luego, deben referirse a la norma pertinente según el tipo de robot (Shuttle, AGV, AMR). De hecho, existen normas específicas para los vehículos de manipulación autónomos (ISO 3691). La evaluación de riesgos, el concepto de seguridad, el diseño de seguridad, la integración de sistemas, la revisión de la evaluación de riesgos, la redacción del manual y la certificación son etapas que deben seguirse para diseñar un robot autónomo seguro.
2.- Facilidad de uso
En primer lugar, sus clientes necesitan que los robots autónomos que compran sean fácilmente integrables en sus zonas logísticas y otros entornos de trabajo.
La facilidad de uso también supone que los diferentes componentes del AGV/AMR sean fáciles y rápidos de cambiar. De hecho, sus clientes no quieren tener que desmontar la mitad del robot solo para cambiar una sola pieza. La operación de mantenimiento debe realizarse con la mayor rapidez posible. Para lograrlo, es esencial considerar cómo se llevará a cabo el mantenimiento desde las primeras etapas del diseño del producto.
¿El objetivo? Contar con un diseño lo más optimizado posible, para que los clientes puedan reemplazar fácilmente los componentes que se desgastan primero (a menudo se trata de las partes mecánicas giratorias, como los motores o los reductores), en modo plug-and-play. Por ejemplo, para AGVs con una vida útil de 10,000 horas, el cliente podrá monitorear su flota a través de su sistema de gestión y decidir reemplazar las piezas relacionadas con la motorización después de 8,000 horas, en lugar de esperar a que ocurra una falla y llegar a un paro total después de las 10,000 horas. Este es el desafío del mantenimiento predictivo, posible gracias al IoT. Al monitorear de cerca los AGVs, el IoT permite identificar los primeros indicios de un mal funcionamiento, facilitando la realización de mantenimiento antes de que una pieza se averíe.
3.- Costo y tiempo de comercialización
En un mercado de rápido crecimiento y con múltiples competidores, el time-to-market es una noción clave. Es necesario poder lanzar un producto rápidamente, antes de que sea imposible entrar en el mercado. Bajo la presión de sus inversores, las start-ups deben obtener resultados rápidamente: a menudo comienzan realizando prototipos utilizando productos existentes, en modo "test and learn", en lugar de empezar desde cero. En cuanto al costo, el retorno de inversión del robot debe ser muy corto para el usuario final. De hecho, si una empresa necesita operar su AGV durante 10 años para obtener un retorno de inversión, preferirá seguir utilizando su personal.
4.- Eficiencia y compacidad
Para un vehículo alimentado por batería, cuanto más eficiente sea la etapa de tracción, mayor será la autonomía del robot y más corto el tiempo de carga. Con una etapa de tracción ineficiente, se necesitará una batería más grande para alcanzar el mismo tiempo de funcionamiento, lo que tendrá como consecuencia añadir peso y volumen. Sin embargo, los clientes generalmente quieren disponer de un AGV lo más ligeros posible, para poder aumentar la carga útil, y para no desperdiciar espacio. En la fase de diseño, es necesario prestar atención a la compacidad de cada componente, sin sacrificar la eficiencia.
5.- Gestión de software y datos
Ahí es donde reside su propuesta única de venta (USP). Una vez que haya diseñado AGVs/AMRs fiables, robustos y eficientes, será su "software de gestión de flotas" lo que le permitirá destacarse. Las empresas buscan un software potente que les permita gestionar de cerca su flota de AGVs, optimizando cada vez más su funcionamiento.
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