������������������������������������������������������������������������������

 

Review de veh�culo aut�nomamente guiado (AGV)

 

Autonomously Guided Vehicle (AGV) Review

 

Revis�o do Ve�culo Autoguiado (AGV)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: john.vera@espoch.edu.ec

 

 

 

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas �

Art�culo de Revisi�n

 

 

 

* Recibido: 25 de abril de 2022 *Aceptado: 20 de mayo de 2022 * Publicado: 29 de Junio de 2022

 

 

 

        I.            Ingeniero en Electr�nica, Control y Redes Industriales, Docente, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador

     II.            Estudiante, Carrera de Ingenier�a Industrial, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador

   III.            Estudiante, Carrera de Ingenier�a Industrial, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador

  IV.            Estudiante, Carrera de Ingenier�a Industrial, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Riobamba, Ecuador

Resumen

Los AGVs tienen el prop�sito de mejorar el rendimiento de los procesos relacionados con el transporte y la distribuci�n de materiales dentro y fuera de las industrias de producci�n; cabe recalcar que poseen un sistema inteligente para seguir �rdenes y aprende a navegar de forma natural sin un sistema de gu�a. Una de sus principales caracter�sticas es la flexibilidad que presentan, es decir, si se presentan dificultades en su entorno de trabajo, estos buscan rutas alternativas por lo que se puede cambiar su tama�o, caracter�sticas e incluso sus propiedades seg�n las necesidades. As� como un veh�culo autom�ticamente guiado o llamado tambi�n robots colaborativos, ayudan al transporte y distribuci�n de materiales, tambi�n pueden llegar a suministrar el material en l�neas de ensamble, participar en carga y descarga de materiales, apoyan la gesti�n de trazabilidad del producto, esta manera se reduce los accidentes laborales. La revisi�n bibliogr�fica desarrollada a continuaci�n est� basada en la b�squeda de art�culos relacionados con AGV�s.

Palabras clave: AGV; Robot; Transporte; Tecnolog�a; Aut�nomo; Navegaci�n.

 

Abstract

AGVs are intended to improve the performance of processes related to the transportation and distribution of materials within and outside production industries; It should be noted that they have an intelligent system to follow orders and learn to navigate naturally without a guidance system. One of their main characteristics is the flexibility they present, that is, if difficulties arise in their work environment, they look for alternative routes so that their size, characteristics and even their properties can be changed according to needs. As well as an automatically guided vehicle or also called collaborative robots, they help transport and distribute materials, they can also supply the material in assembly lines, participate in loading and unloading of materials, support product traceability management, in this way occupational accidents are reduced. The bibliographic review developed below is based on the search for articles related to AGV's.

Keywords: AGV; Robot; Transportation; Technology; Autonomous; Navigation.

 

Resumo

Os AGVs visam melhorar o desempenho dos processos relacionados ao transporte e distribui��o de materiais dentro e fora das ind�strias de produ��o; Deve-se notar que eles t�m um sistema inteligente para seguir ordens e aprender a navegar naturalmente sem um sistema de orienta��o. Uma de suas principais caracter�sticas � a flexibilidade que apresentam, ou seja, caso surjam dificuldades em seu ambiente de trabalho, buscam rotas alternativas para que seu porte, caracter�sticas e at� mesmo suas propriedades possam ser alteradas conforme as necessidades. Al�m de um ve�culo guiado automaticamente ou tamb�m chamados de rob�s colaborativos, eles auxiliam no transporte e distribui��o de materiais, tamb�m podem fornecer o material em linhas de montagem, participar do carregamento e descarregamento de materiais, apoiar a gest�o da rastreabilidade do produto, desta forma os acidentes de trabalho s�o reduzidos. A revis�o bibliogr�fica desenvolvida a seguir � baseada na busca de artigos relacionados aos AGV's.

Palavras-chave: AGV; Rob�; Transporte; Tecnologia; Aut�nomo; Navega��o.

 

Introducci�n

El presente art�culo topar� diferentes temas sobre los AGVs, tales como: qu� es un AGV, el sistema de navegaci�n que usa, sus componentes, ventajas y desventajas, aplicaciones en la industria, entre otros. Los sistemas electr�nicos de control AGV (Automated Guided Vehicle) son mayormente usados en muchas aplicaciones de transporte en la industria; el mayor consumidor de veh�culos AGV�s es la industria automotriz, sin embargo los veh�culos AGV�s tambi�n son comunes en otras industrias, incluyendo almacenes, almacenes autom�ticos, cargas y centros de distribuci�n, papel, impresi�n, textiles y sider�rgicas, donde se puede identificar un mejoramiento en los tiempos de transporte de material, as� como tambi�n en el �ndice de accidentes producidos por este tipo de veh�culos.

 

En el transcurso del tiempo se ha descubierto que el uso de los AGV aumenta la flexibilidad de enrutamiento, mejorando la utilizaci�n del espacio, garantizan la seguridad y reducen el costo operacional general. Los modernos sistemas de control de veh�culos AGV difieren de los sistemas convencionales, como se describir� en cada una de sus aplicaciones. En lugar de utilizar rutas fijas, muchos AGV modernos tienen rango libre, lo que significa que sus rutas prioritarias est�n programadas por software y se pueden cambiar con relativa facilidad a medida que se agregan nuevas estaciones o flujos. Adem�s, otra diferencia que se puede encontrar es c�mo se pueden controlar.

 

La tecnolog�a implementada en los sistemas de control permite que estos veh�culos inteligentes tomen decisiones binarias (s� o no). Estos desarrollos no significan que los controladores de decisiones tradicionales se hayan vuelto obsoletos. Por el contrario, conducen a nuevos desaf�os para la investigaci�n. Ambos tipos de sistemas de control de decisiones AGVS tienden a afectar el uso de veh�culos AGV.

Breve Historia

La historia de los Automatic Guided Vehicle (AGV) es decir, veh�culos guiados autom�ticos, comenz� en 1953. Donde a Mac Barret, de la Barret Electronics Corporation de Northbrook, Illinois, U.S.A, se le ocurri� la idea de un carro remolque guiado por un cable magn�tico, para una empresa de alimentos, este carro se conduc�a con un hombre a bordo y mediante unos sensores debajo del veh�culo[1].

Este invento se us� en f�bricas durante a�os, aproximadamente hasta los a�os setenta. Gracias a la revoluci�n electr�nica permiti� que estos veh�culos auto pilotados sigan trayectorias sin la necesidad de que una persona este a bordo [2]. Seguidamente llegaron controles de estado s�lido, lo que les permiti� a los sistemas la capacidad de expandirse y ser m�s flexibles. Adem�s, los rel�s de estado s�lido incrementaron notablemente el n�mero de aplicaciones en la industria.

Progresivamente, se ha ido incorporando al mundo industrial a la vez que crec�an en aplicaciones y sofisticaci�n. Se ha empleado ampliamente para simplificar la intralog�stica y los procesos de manipulaci�n de materiales en entornos industriales e incluso en el sector de servicios como gu�a u otras aplicaciones, ya que, proporciona una gran flexibilidad, aumenta la eficiencia y evita la exposici�n del personal a tareas peligrosas [1].

Hoy en d�a la tecnolog�a ha evolucionado, aun cuando el alambre en el piso sigue utiliz�ndose, en una aplicaci�n correcta y apropiada, es una cantidad m�nima, ya que, ahora existen dise�os que funcionan sin el alambre. Las tecnolog�as avanzadas trajeron consigo el uso de tubos de vac�o, gu�a de se�ales de radio, microprocesadores, microcomputadoras, transistores, infrarrojos, y controladores l�gicos programables (PLC) [2].

Estas tecnolog�as permitieron a los veh�culos contar con sofisticados equipos a bordo para comunicar, dirigir y administrar el sistema. Tambi�n se han creado sistemas con posibilidad de acople y desacople autom�tico de carga. Actualmente, los AGV tienen grandes aplicaciones en la industria automovil�stica, de papel y metales, pl�stica, y en general en cualquier sistema de transporte y almacenamiento [3].

Metodolog�a del veh�culo aut�nomamente guiado (AGV)

Los veh�culos de guiado autom�tico (AGV) son m�quinas de transporte de almac�n similares a las carretillas, que se desplazan de forma aut�noma a lo largo de trayectorias preestablecidas o programadas [2]. Se asocia al concepto de sistema de fabricaci�n flexible y reconfigurable, al que contribuyen transportando cargas autom�ticamente y sustituyendo las tradicionales l�neas de producci�n [4].

Un veh�culo de guiado autom�tico es un sistema de transporte industrial completamente automatizado y alimentado por bater�as. Se mueven autom�ticamente, sin necesitar de un operador ni de estructuras fijas en el suelo; adem�s, para poder responder f�cilmente al futuro desarrollo del establecimiento, son muy flexibles, es as� como los veh�culos pueden dialogar con otros sistemas de automatizaci�n para que el producto se mueva en el almac�n con fluidez.

Existen m�quinas con elevaci�n y diferentes tipos de horquilla para la manipulaci�n de pallets o bultos. Hay modelos y tipos de veh�culos diferentes seg�n el sector y el medio a emplear: de horquillas, de rodillos y con plataforma; para mover medios pesados, cajas con rodillos, plataformas de almacenaje y paletas al final de la l�nea; de acero inoxidable para trabajar en el sector alimentario [5]. Estas requieren de una instalaci�n la cual se dise�a en todos sus detalles mediante un sistema de simulaci�n que permite comprobar los trayectos, el n�mero de operaciones posibles y la cantidad de veh�culos necesarios.

La aplicaci�n m�s relevante de AGV en el entorno industrial es la relacionada con el almacenamiento y la log�stica. Est� especialmente indicado para realizar tareas repetitivas en todo tipo de industrias, pero especialmente en las �reas de producci�n. tiene un extenso uso en la industria, entre otros se encuentran: Aeroespacial, Automotriz, Alimentos, Farmac�utica, Textil, etc [4].

1. Tipos de AGV

Omnidireccionales: Tienen la ventaja de tener una mayor maniobrabilidad, por lo que pueden adaptarse mejor a la presencia de obst�culos en el entorno. La desventaja es que normalmente las ruedas omnidireccionales o los sistemas motrices multidireccionales son m�s complejos y costosos.

No omnidireccionales: Normalmente tienen un coste m�s reducido. Las limitaciones de movilidad imponen estrategias de control m�s avanzadas [3].

Estos sistemas de seguridad complementan otros sistemas de control de trazabilidad que monitorean sus movimientos para saber d�nde se encuentra ubicado veh�culo y el recorrido que ha tomado en el entorno industrial en el que opera. Dado que los esc�neres y dispositivos de seguridad determinan la distancia con otros objetos a trav�s del l�ser, se puede establecer una coordinaci�n funcional con el gestor de flotas y de rutas para conseguir movimientos eficientes y seguros [4].

2. Dise�o de un sistema AGV

Dise�ar un sistema AGV es complejo porque hay muchas variables a considerar que afectan el rendimiento y son dif�ciles de predecir. Las decisiones que se toman est�n ligadas a otras variables, y estas decisiones tendr�n un impacto significativo en el dise�o. Los principales aspectos por considerar en el dise�o son [1]:

�         Las trayectorias.

�         Manejo del tr�fico de los AGV.

�         El n�mero de estaciones de carga y descarga de materiales.

�         Los requerimientos de los veh�culos.

�         Enrutamiento de los veh�culos.

�         Planificaci�n de uso de los veh�culos.

�         Posiciones ideales para los veh�culos.

�         Manejo de bater�as.

�         Manejo de fallas.

Sistemas De Navegaci�n Para Agv

3. Sistemas de navegaci�n para AGV.

Una de las razones de ser de los AGV, m�s importantes ha sido el desarrollo de sistemas de navegaci�n capaces de guiar de forma aut�noma estos veh�culos.

Un robot o veh�culo puede considerarse aut�nomo, cuando es capaz de dirigirse de un punto A un punto B, sin intervenci�n humana, por lo que se ha desarrollado el sistema de navegaci�n integrado, el cual le permite desplazarse por el entorno siguiendo una trayectoria y evitando los obst�culos que se presenten durante su recorrido. Se comprende que existen dos grupos de sistemas para un AGV tales como:[5]

1. Sistemas de navegaci�n de los AGVs seg�n su Trayectoria

1.1.Sistemas de navegaci�n fijos. - En este tipo de navegaci�n, la trayectoria est� establecida de anteriormente y el AGV se encarga de recorrerla, sin salirse de ella, por lo general son guiados por una cinta magn�tica.

1.2.Sistemas de navegaci�n libres. - Sistema en el cual el propio AGV decide en tiempo real su trayectoria.

2. Sistemas de navegaci�n de los AGVs seg�n su posicionamiento

Esta clasificaci�n se da por la forma en que el AGV calcula su posici�n actual, algo necesario para saber d�nde est� y cu�nto se ha desplazado por la trayectoria, estos pueden ser:

2.1.Sistemas de navegaci�n Absolutos: el veh�culo sabe en todo momento la posici�n en el entorno que ocupa, como los sistemas l�ser.

2.2.Sistemas de navegaci�n Relativos: el veh�culo no sabe en todo momento su ubicaci�n en el entorno, calcula su posici�n actual a partir de una posici�n anterior, como por ejemplo los sistemas odom�tricos.[6]

4. Utilizaci�n de los principales sistemas de navegaci�n que se utilizan en los AGV.

Cinta Magn�tica

Tiene un tipo de sistema de navegaci�n fijo, relativo, donde el AGV dispone de un lector magn�tico integrado en la parte inferior delantera, �ste detecta m�nimas fluctuaciones del campo magn�tico creado por una cinta embutida o colocada sobre el suelo. Este dispositivo y otros sensores se conectan a una unidad de control, capaz de guiar con precisi�n al veh�culo y realizar movimientos realmente complejos. Esta cinta magn�tica se complementa con tarjetas RFID, colocadas al lado de ella y que el AGV lee al mismo tiempo, con el fin de que el veh�culo ejecuta paradas, cambios de trayectoria o consultas al servidor central para recibir �rdenes, lo que permite establecer �reas de cruce, tomar caminos diferentes dependiendo del estado del circuito o la carga de las estaciones.

Este es un sistema de navegaci�n muy fiable, preciso y duradero, ya que la cinta se protege mediante resina epoxi en superficie o se embute en un canal en el suelo, evitando su degradaci�n por el paso de veh�culos, siendo as� los AGV m�s econ�micos ya que no necesitan costosos sensores o sistemas de reconocimiento de entorno. Por otra parte, el paso de los AGV no se sale de su trayectoria y son capaces de transportar o arrastrar cargas elevadas. Por otra parte, se pueden encontrar problemas como donde el AGV debe permanecer siempre sobre la cinta, si se colocara fuera de ella, se parar�a al no saber qu� camino seguir, por ende, los obst�culos que se sit�an en el circuito de cinta magn�tica bloquean al veh�culo hasta que se retiran. As� tambi�n los giros y maniobras necesitan de cierto espacio, aunque los veh�culos son capaces de hacer movimientos complejos.

Visi�n �ptica

Cuenta con un tipo de sistema de navegaci�n fijo, relativo; los sistemas de navegaci�n para AGVs basados en visi�n �ptica usan c�maras o sensores para adquirir caracter�sticas del entorno y tomar decisiones. Este tipo de sistema son aplicados como por ejemplo en los AGVs con reconocimiento de c�digos QR, �stos se disponen en el suelo, en puntos de referencia fijados de antemano con gran precisi�n, de forma que una vez que el AGV lee uno de ellos, sabe d�nde est� y cu�nto debe desplazarse.[7]

Tambi�n son aplicados en AGVs con guiado �ptico a en el suelo, de forma muy parecida al sistema de cinta magn�tica, pero esta vez consiste en una franja pintada de un color que contrasta con el resto del firme.

L�ser

Posee un tipo de sistema de navegaci�n libre, absoluto. Los AGV con sistema de navegaci�n l�ser, tambi�n llamados LGV (Laser Guided Vehicle), son veh�culos que utilizan un dispositivo, en forma de torreta giratoria, que emite miles de haces de luz por segundo.

�stos rebotan en peque�os reflectores situados en paredes o postes y sus reflejos son capturados por un receptor del sistema. Se calcula el tiempo que ha tardado el rayo en ir y venir, lo que permite conocer la distancia al reflector. Es un sistema muy fiable y de gran precisi�n, que dota a los equipos de gran flexibilidad, pues los cambios de trayectorias se realizan mediante programaci�n en el software de gesti�n, sin necesidad de modificar el entorno de trabajo.

SLAM

Tiene un sistema de navegaci�n de tipo libre, absoluto. Proviene de las siglas inglesas Simultaneous Localization And Mapping, mapeo y localizaci�n simult�neos. Se trata de una t�cnica de navegaci�n libre tambi�n llamada natural, pues permite a un AGV construir un mapa del entorno y al mismo tiempo navegar por �l, gracias a la informaci�n que captan sus sensores en tiempo real. En este sistema tambi�n puede utilizarse un l�ser para la detecci�n del entorno, la principal diferencia con los veh�culos LGV a secas, es que en SLAM no es necesario instalar reflectores ni realizar un mapeado inicial de los mismos.

En las investigaciones actuales se est�n desarrollando sistema de navegaci�n para veh�culos m�viles que puede controlar varios veh�culos en un entorno compartido. Para lograr un uso pr�ctico, el sistema de posicionamiento debe tener una alta precisi�n y un bajo costo. Por lo tanto, se propone un sistema de navegaci�n para veh�culos que realizan la navegaci�n del veh�culo utilizando un mapa de ubicaci�n de alta precisi�n utilizando una c�mara montada en el techo con un filtro infrarrojo y un marcador LED. La principal son dos temas. Un problema es la integraci�n del sistema que incluye un sistema de identificaci�n de alta precisi�n para el marcador LED y un controlador AGV de bajo costo. Otro problema es el nuevo sistema de navegaci�n AGV con alta precisi�n en condiciones de congesti�n. Para ser utilizados en la pr�ctica, los veh�culos de maniobra deben continuar su misi�n de manera segura y con gran precisi�n en condiciones de bloqueo temporal. [8]

El sistema de navegaci�n b�sico para la mayor�a de estos veh�culos es el od�metro. El proceso de navegaci�n utiliza la medici�n de olores asumiendo par�metros constantes como el radio de rodadura y la silla de ruedas. Las marcas de deslizamiento tampoco se incluyen en este proceso. En condiciones reales, al trabajar con diferentes cargas y en diferentes superficies, estos par�metros cambian de valor y se produce un deslizamiento. [9]

Modelo matem�tico de la navegaci�n y configuraci�n de un AGV

Para la correcta ejecuci�n de los sistemas del AGV y de las etapas de dise�o, es necesario llevar a cabo un modelo matem�tico que incluye el desarrollo de la cinem�tica y din�mica del robot y centra su trabajo en la selecci�n del algoritmo de control adecuado [10]. En un sistema AGV las ecuaciones matem�ticas sirven para describir la operaci�n del sistema, tiempos de ciclo, disponibilidad de los AGV, eficiencia, tasas de entrega de productos y cargas de trabajo; estos factores se transforman en diferentes variables que se pueden medir mediante ecuaciones matem�ticas.

En un veh�culo guiado autom�ticamente (AGV) se puede llevar a cabo diferentes c�lculos matem�ticos para su correcta implementaci�n. Por ejemplo, para aplicaci�n de carga y descarga por un AGV, se realizan c�lculos tomando datos de las distancias que el AGV va a recorrer durante su operaci�n, tambi�n se toman los tiempos de carga y descarga de las piezas teniendo como base de referencia en este caso un brazo rob�tico armado con la herramienta lego mindstorms. Las ecuaciones que se desarrollan para el modelo matem�tico de carga y descarga son para determinar el tiempo para un ciclo de entrega, tasa de entregas por AGV, tasa por hora de entrega por el veh�culo, total de cargas de trabajo requerido y el n�mero de AGV�s requeridos [11].

1.                Tiempo para un ciclo de entrega

Donde:

�                  T_C = Tiempo de ciclo de entrega (min/entrega)

�                  T_L = Tiempo de carga en la estaci�n de carga (min)

�                  T_U = Tiempo de descarga en la estaci�n de descarga (min)

�                  L_d = Distancia que el veh�culo viaja entre la estaci�n de carga y descarga (m,pies)

�                  L_e = Distancia que el veh�culo viaja vac�o hasta que empieza el siguiente ciclo de entrega (m,pies)

�                  V_e =Velocidad cuando el veh�culo viaja vac�o (m/min, pies/min)

�                  V_C = Velocidad (m/min, pies/min)

 

2.                Tasa de entrega por AGV

Para la ecuaci�n se considera la disponibilidad del AGV, la congesti�n de tr�fico y la eficiencia de conductores manuales.

 

Donde:

�                  A: Es la porci�n del tiempo que el veh�culo no est� en reparaci�n y puede ser utilizado.

�                  Tf: Son las p�rdidas de tiempo que el veh�culo tiene cuando est� en funcionamiento.

�                  E: Tasa del operador comparada con los est�ndares.

3.                Tasa por hora de entrega por veh�culo

 

 

4.                Total de cargas de trabajo requerido

 

Donde:

�                  R_f = Tasa total de entregas por hora requeridas

�                  T_c = Tiempo de ciclo de entrega

�                  R_f = 12

 

5.                N�mero de veh�culos requeridos

 

 

 

El desarrollo de los modelos cinem�ticos y din�micos parten de un modelo matem�tico, permitiendo observar las interacciones entre cada uno de los sistemas y el desarrollo satisfactorio de los mismos [12].

Modelo cinem�tico de la parte diferencial del veh�culo

Este sistema es comparable a un robot con dos ruedas paralelas con la capacidad de agarrarse a la carretera (Figura 1, izquierda). El cambio de direcci�n se logra por la diferencia en la velocidad de rotaci�n de cada rueda. El �ngulo 𝛽𝛽 es el �ngulo que forma el eje longitudinal del AGV diferencial con respecto a un marco de referencia inercial fuera del AGV (en azul en la Figura 1), suponiendo que no tiene rueda giratoria. En la figura 1, los bloques negros representan las ruedas del AGV y el cuadrado azul es la carrocer�a. Fig. 7.

 

Figura. 1. Esquema de robot diferencial (izquierda y triciclo (derecha)

Fuente: Modelado de un AGV h�brido triciclo-diferencial

 

 

 

 

El modelo del sistema diferencial obedece a las siguientes ecuaciones:

 

 

 

 

 

Modelo cinem�tico de la parte tricivlo del veh�culo

La tracci�n puede ser delantera o trasera, aunque generalmente se emplea tracci�n delantera por medio de un motor rueda. La Figura 7 (derecha) representa un AGV triciclo con tracci�n delantera donde β es el �ngulo de la�� rueda�� motriz�� con�� respecto�� al�� sistema�� de�� referencia embarcado��� en��� el��� AGV, suponiendo��� que��� no��� existe deslizamiento de las ruedas. [10]

 

 

 

 

 

 

Estructura de accionamiento AGV y modelado de movimiento

Dado que los AGV deben adaptarse a diferentes situaciones y necesidades de trabajo, se han desarrollado diferentes tipos de AGV y hay muchas formas de dividir los AGV, incluidos los modos de transporte, la conducci�n y los m�todos de gu�a y m�todo de transferencia. Seg�n el m�todo de transmisi�n, incluido el tipo de volante simple, el tipo de volante doble, el tipo diferencial y el tipo de transmisi�n mixta. Para el mecanismo de tracci�n de una sola rueda, la rueda delantera puede controlar la velocidad y la direcci�n, las dos ruedas libres traseras juegan un papel de apoyo.

Para el mecanismo de doble volante, se distribuyen dos volantes en la parte� delantera y trasera,� el eje central est� alineado y los dos volantes se pueden mover y girar libremente hacia cualquier lado. Para el mecanismo de tipo diferencial, los dos timones en �a cada lado de la parte central controlan� la velocidad en la direcci�n diferencial respectivamente, las dos ruedas libres se distribuyen en las secciones delantera y trasera para compartir la carga.

Dos ruedas motrices de AGV diferencial controlan la velocidad para dirigir diferencialmente a ambos lados del medio. Las dos ruedas libres delanteras y traseras comparten la carga. Las dos ruedas motrices izquierda y derecha se accionan controlando las velocidades de rotaci�n de los dos motores para realizar el cambio de posici�n y direcci�n de la carrocer�a del veh�culo. Es relativo al volante �nico. [13]

Para lograr el control de navegaci�n del AGV, primero debemos obtener el modelo de movimiento del AGV. Existen muchas incertidumbres en las condiciones de trabajo de los AGV. Para simplificar el modelo, el se hacen las siguientes suposiciones condicionales:

1.         La superficie de la carretera operada por AGV es una superficie horizontal ideal, ignorando las fluctuaciones de la superficie de la carretera.

 

2.         El AGV simplemente rueda sobre la superficie de la carretera sin un deslizamiento relativo, es decir, ignora los baches y las condiciones de deslizamiento.

3.         El an�lisis aqu� es el proceso de movimiento de AGV en un tiempo muy corto, por lo que puede considerarse como una l�nea recta o un movimiento circular. Fig. 2

 

Figura. 2:Estructura de accionamiento diferencial AGV

Fuente: AGV navigation analysis based on multi-sensor data fusion", Multimedia Tools and Applications

 

 

Modelo H�brido EASYBOT E410

Modelo AGV cinem�tico y din�mico [13] se presenta a continuaci�n en la figura 3.

 

Figura. 3. Easybot Std 410

Fuente: AGV navigation analysis based on multi-sensor data fusion", Multimedia Tools and Applications

 

 

Este modelo se compone de los siguientes m�dulos:

 

Figura. 4. Diagrama de m�dulos de AGV

Fuente: AGV navigation analysis based on multi-sensor data fusion", Multimedia Tools and Applications

 

1.         El Modelo cinem�tico del Easybot: relaciona la velocidad de las�� ruedas�� con�� la�� del�� AGV.�� Como aproximaci�n, solo se considera �nicamente este modelo ya que permite obtener resultados suficientemente precisos para condiciones normales de operaci�n.

2.         Modelo din�mico del Easybot: se deriva a partir del formalismo�� de Newton-Euler que permite�� calcular�� las aceleraciones que sirven de entrada al modelo cinem�tico. En condiciones de uso limitadas (velocidad alta, curvas muy�� cerradas, aceleraci�n�� y�� frenado�� constante, etc.)

 

En el art�culo se muestra el proceso el AGV en almac�n v�a red de sensores inal�mbricos

Primero se crea el modelo del dise�o usando el software Flexsim. Despu�s de construir todo el dise�o, se generan asociaciones para cada cola con el objetivo de que esos diversos tipos de partes sigan varias rutas.

 

Figura. 5. Dise�o del almac�n usando Flexisim

Fuente: Multimedia Tools and Applications

 

 

Figura. 6. Carga y descarga de material por AGV-1, estaci�n 1 y 2

Fuente: Multimedia Tools and Applications

 

 

En la parte de simulaci�n defini� tres AGV para cuatro estaciones, por otra parte, en la secci�n de hardware, consideramos un AGV para fines de enrutamiento en tres estaciones. Adem�s de esto, cuando comienza la simulaci�n, AGV debe estar conectado a un punto LFW (b�squeda de trabajo). Si este punto de control de reinicio tiene conexiones de puntos de estacionamiento, cada AGV se asignar� a un lugar de estacionamiento disponible y se mover� all� de inmediato.

Debido al proceso de enrutamiento, funcionar�n tres AGV correspondientemente, pero despu�s de cruzar un valor espec�fico de situaci�n de carga y descarga, los AGV intercambiar�n sus actividades.

La figura 12 muestra ese AGV mientras se detiene en una estaci�n despu�s de recibir una se�al de la computadora host que se conoce como Centro de control principal por la red de sensores inal�mbricos (el dispositivo Bluetooth se aplica con fines de comunicaci�n)

 

Figura. 7. Proceso de calibraci�n AGV a la estaci�n

Fuente: Multimedia Tools and Applications

 

 

E.              Componentes de un AGV

1.               El veh�culo (AGV)

Encargado de cumplir las �rdenes realizando movimientos de materiales dentro de un sistema, son veh�culos dise�ados para mover g�nero y productos dentro de un establecimiento, conectando m�quinas diferentes dentro del �rea dedicada al almacenaje con lo cual se ahorra tiempo, energ�a y espacio en la log�stica empresarial.

2.               La trayectoria gu�a

Dirige el veh�culo para que se mueva a lo largo de la trayectoria establecida, la trayectoria que siguen los AGVs se caracteriza por poder ser variada a trav�s de un patr�n flexible y f�cilmente modificable. Este tipo de sistemas garantizan el transporte de materiales en una ruta predeterminada, de manera ininterrumpida y sin que sea necesaria la intervenci�n directa del hombre.

3.               La unidad de control

Supervisa y dirige los procedimientos y actividades del sistema. Cada unidad de transporte implementa en modo local el control lineal de seguimiento de velocidades, que permiten incorporar restricciones f�sicas en la ley de control y anticiparse a los cambios de referencia suavizando la respuesta del AGV.

4.               La interfaz de computadora

Se comunica con el sistema y las computadoras, es necesario que los AGV tengan la capacidad de compartir informaci�n en todo momento del estado actual, o por lo menos, como lo requiera el proceso, de manera que se pueda consultar a trav�s de una interfaz amigable y de diferentes dispositivos como tel�fonos celulares y computadoras personales y est� disponible para los usuarios interesados o due�os de un proceso productivo.[14]

F.              ventajas � desventajas de los agv�s

Ventajas

�                  Precisi�n y seguridad de funcionamiento.

�                  Posibilidad de trabajar 24 h/7 d�as sin intervenci�n del personal.

�                  Menor riesgo de accidentes de trabajos con maquinaria pesada durante varias horas al d�a.

�                  Mayor seguridad laboral ya que los veh�culos AGV est�n especialmente indicados para operar en entornos industriales peligrosos para el ser humano. [15]

 

Flexibilidad

�                  No se requieren infraestructuras para la manutenci�n de los materiales.

�                  El n�mero de AGV puede aumentarse f�cilmente si aumenta el volumen de actividad.

�                  Se actualizan sin tener que parar totalmente las instalaciones.

�                  Facilidad para reconfigurar los recorridos o a�adir nuevas m�quinas a servir.

�                  El flujo de trabajo se distribuye de manera eficaz y din�mica entre los AGV. [16]

Transporte eficaz, fiable y flexible

�                  Ning�n error en los destinos.

�                  Mayor precisi�n en la gesti�n de las existencias.

Funciones de la tecnolog�a AGV

�                  Compatibilidad con cualquier tipo de automatizaci�n.

�                  Eficaz optimizaci�n de los flujos de transporte en funci�n del parque de veh�culos disponible, de las condiciones de tr�fico y de las tareas de transporte. [17]

�                  Consta de un sistema de gesti�n del tr�fico que evita choques.

Desventajas

�                  Su velocidad de avance es relativamente lenta en los veh�culos: en efecto, una alta velocidad de desplazamiento podr�a provocar la p�rdida de la ruta puesto que este sistema es sensible incluso a las asperezas del pavimento.

�                  Es de escasa precisi�n del recorrido ya que el veh�culo corregir� su posici�n s�lo en las proximidades de los imanes detectados.

�                  El guiado magn�tico es una de las desventajas que se viene dando. [18]

Aplicaciones en la Industria

o              Industria Automotriz

Los AGV�s en la industria automotriz es uno de los lugares en el que se puede encontrar gran precensia de este tipo de vehiculos, debido a que se lo necesita en la cadena de montaje del automovil, por la manipulacion de cargas del mismo. Fig.8

 

Figura. 8. AGV en la industria Automotriz

Fuente: Control De Un Veh�culo Guiado Autom�ticamente

 

 

Dentro de la industria automotriz, se lo puede aplicar en las zonas urbanas, el cual aborda la confiabilidad operativa y la seguridad de los veh�culos de guiado aut�nomo a lo largo de las carreteras, en donde se requiere una integraci�n muy estrecha entre la detecci�n ambiental y el control de la din�mica del veh�culo.

Esto se basa en determinar los l�mites relevantes en un carril, utilizando una c�mara convencional y una estrategia de control lateral y longitudinal limitada para un AGV cuya din�mica se describe mediante un modelo no lineal con dos entradas. El objetivo es controlar el AGV para seguir una trayectoria deseada mientras se evita la salida del carril. Para este prop�sito, se utiliza un algoritmo basado en visi�n para determinar los l�mites de los carriles de la carretera con respecto al veh�culo y posterior se genera una trayectoria de referencia. [19]

o              Industria Plastica

En la industria del plastico los AGV�s son usados para poder transportar el material ya elaborado o a su vez la materiaa prima, desde el area de fabricacion hacia al almcen o desde el almacenamiento de materia prima hasta el area de produccion.

o              Industria De Fibra De Vidrio

En este sector industrial los AGV�s han sido generadores de nuevas oportunidades con base al desarrollo de la tecnologia para la produccion, lo que antes era inimaginable con operaciones manuales En algunas aplicaciones estos sistemas realizan la fabricaci�n de los hilados de la fibra de vidrio tirando del producto a trav�s de las etapas de proceso. Una vez que los hornos comiencen a derretir el cristal, el producto debe continuar avanzando, una tarea dif�cil para los conductores manuales. Fig. 9

 

Figura. 9. AGV's en la industria de Fibra de vidrio

Fuente: Control De Un Veh�culo Guiado Autom�ticamente

 

 

o              Tipos De Agv En La Industria Manufacturera

Existen muchos tipos de AGV en la industria y los fabricantes pueden dise�arlos y construirlos de acuerdo a las necesidades que la compa��a lo requiera o que los clientes lo necesiten. Existen algunos modelos mucho m�s reconocidos que otros, esto debido a su manera de utilizarlo seg�n las necesidades que se requiera. Las aplicaciones que se pueden dar en la industria son variadas como transportar diferentes tipos de cargas y pesos, una vez visto las aplicaciones en la industria, se expone los tipos de AGV mas usados en las mismas. [20]

 

Agv De Horquillas

Los veh�culos de horquillas son los m�s usados en la industria debido a su alta funcionabilidad y aplicaci�n en las diferentes �reas qu� requieran carga, descarga y transporte de materiales. Fig. 10. �stos veh�culos pueden tener diferentes tipos de horquillas; ya sean fijas, m�ltiples o de apertura autom�tica. Estos tipos de vehiculos, pueden soportar diferentes cantidades de peso y alcanzar diferentes alturas. A continuaci�n se presenta sus principales caracter�sticas:

 

Figura. 10. AGV de Horquillas

Fuente: Caracterizaci�n de un AGV en el sistema de manufactura flexible

 

 

Tabla I. Caracter�sticas Principales AGV de Horquillas

 

 

Agv De Bobinas

Los Veh�culos para bobinas son usados principalmente para el transporte de la materia prima (bobinas) ya sea en la industria textil como papelera. Fig. 11. En estas industrias se necesitan que los veh�culos tengan una gran capacidad de carga debido a que estas bobinas son de gran peso y de gran volumen por lo que se presentan a continuaci�n sus caracter�sticas principales: [21]

 

Figura. 11, ACV de Bobinas

Fuente: Caracterizaci�n de un AGV en el sistema de manufactura flexible

 

 

Tabla II. Caracter�sticas Principales AGV de Bobinas

 

 

Agv Contrapesados.

Los veh�culos contrapesados tienen b�sicamente la misma funcionalidad que los veh�culos de horquillas a diferencia de qu� estos veh�culos son empleados para trabajos que requieran elevaciones a mayor altura, llegando a elevarse hasta los 11m.

 

Tabla III. Caracter�sticas Principales AGV Contrapesados

 

Agv Con Plataforma

Si la necesidad es transportar cargas con un peso de hasta 10 toneladas y con un volumen mucho mayor, los veh�culos con plataforma se encargan de realizar el trabajo de manera eficiente debido a qu� estas cargas van apoyadas en estas plataformas y por lo general a ras de suelo.

Este tipo de veh�culo con plataforma necesita un espacio de maniobra de 4 metros para poder llevar las cargas a una velocidad de 1.2 metros por segundos. A continuaci�n, se presentan las caracter�sticas. Fig 12.

 

Figura. 12. AGV con plataforma

Fuente: Caracterizaci�n de un AGV en el sistema de manufactura flexible

 

 

Tabla IV. Caracter�stica Principales AGV con Plataforma

 

 

Agv Con Transportador

Los AGV con transportador son mayormente conocidos en los procesos productivos debido a que su plataforma cuenta con transportadores como cadenas, rodillos o cintas. Fig. 13. Este tipo de veh�culo se puede acoplar de manera perfecta con sistemas de transportes de materiales como lo suelen ser a las bandas transportadoras. [22]

 

Figura. 13. AGV con transportador

Fuente: Caracterizaci�n de un AGV en el sistema de manufactura flexible

 

 

Tabla V. Caracter�sticas Principales AGV Transportador

 

Conclusi�n

Este documento de revisi�n bibliogr�fica refleja los resultados de diferentes investigaciones sobre AGV. Los cronogramas de logros importantes desde la concepci�n de las tecnolog�as AGV, donde se analiz� su funcionamiento, de forma automatizada y alimentada por bater�as sin la necesidad de operadores o estructuras fijas en el suelo y que se adaptan a entornos cerrados y al aire libre. Permitiendo de esta manera ofrecer soluciones para el trasporte de materia prima, mercanc�a, objetos, entre otros, de acuerdo con la necesidad de automatizar procesos, mejorar tiempos, flujos de producci�n.

Los AGV�s que se expusieron en el trabajo son de dimensiones considerables, por lo que lo m�s recomendable es que cada empresa u organizaci�n dise�e sus propios veh�culos de acuerdo con las necesidades que se necesiten cubrir con especificaciones m�s precisas al trabajo que se va a realizar. Esto garantiza mayor flexibilidad en cualquier tipo de industria que se est� involucrado.

Se determina que los veh�culos guiados autom�ticamente (AGV) son muy utilizados en la industria, principalmente en los pa�ses desarrollados, con la finalidad de sustituir a las personas en labores que representan alg�n riesgo o bien en lugares donde se requiere de precisi�n y continuidad en el acomodo dentro de almacenes. Es importante conocer que un AGV cumple tareas importantes como la navegaci�n y guiado, c�lculo de rutas, administraci�n de tr�fico, transferencia de carga.

Dentro del desarrollo de seguimiento de trayectorias, existen varias maneras o m�todos de planificarlas seg�n el entorno, estos m�todos buscan caminos libres de obst�culos que minimizan la trayectoria recorrida. Un AGV cuenta con diferentes caracter�sticas cinem�ticas y din�micas, por lo tanto, para determinar la trayectoria del AGV se puede realizar un an�lisis cinem�tico, determinado por el n�mero y posici�n de las ruedas, mismo que hace posible trazar cualquier ruta que se desee asignar al AGV, con ello, se da flexibilidad para la planificaci�n y aplicaci�n de estas trayectorias en diferentes condiciones de trabajo. Considerando que la generaci�n y seguimiento de trayectorias requieren de un procesamiento computacional elevado y la implementaci�n de diversos sensores.

Los AGV se presentan de acuerdo con la soluci�n que ofrecen para el trasporte de materia prima, mercanc�a, objetos, entre otros, de acuerdo con los ambientes industriales que tienen la necesidad de automatizar procesos y aseguramiento de la integridad del producto y del recurso humano, en general cualquier tipo de tareas donde la presencia de seres humanos implique un riesgo.

 

Referencias

      1..E. Betancur Valencia, J. D. Betancur Paz, and J. A. Bol�var G�mez, �Dise�o y construcci�n del prototipo de un veh�culo guiado autom�ticamente - AGV para la empresa SOFASA S.A,� Universidad EAFIT, Medell�n, 2011. Accessed: May 18, 2022. [Online]. Available: http://hdl.handle.net/10784/5463

      2.M. W. D�az Saravia and J. M. Trejo Peraza, �Dise�o de prototipo de veh�culo aut�nomo utilizando redes neuronales: aplicaci�n para el transporte de materiales,� 2019.

      3.S. A. M. Moreno and N. D. M. Ceballos, �Veh�culos de guiado aut�nomo (AGV) en aplicaciones industriales: una revisi�n,� Revista Politecnica, vol. 15, no. 28, pp. 117�137, 2019.

      4.Espinosa, C. Santos, and J. E. Sierra-Garc�a, �Transporte multi-AGV de una carga: estado del arte y propuesta centralizada,� Revista Iberoamericana de Autom�tica e Inform�tica industrial, vol. 18, no. 1, pp. 82�91, 2020.

      5.E. Nicol�s, G. Dorado, J. C�sar, and S. Vargas, ��Desarrollo del prototipo de un veh�culo aut�nomo (AGV)� PRESENTA�.

      6.D. David, P. Albillos, D. Juan, and I. L. Salgado, �TRABAJO FIN DE M�STER Dise�o e implantaci�n de una l�nea de AGVs�.

      7.L. Lynch, T. Newe, J. Clifford, J. Coleman, J. Walsh, and D. Toal, �Automated Ground Vehicle (AGV) and sensor technologies-A review,� Proceedings of the International Conference on Sensing Technology, ICST, vol. 2018-December, pp. 347�352, Jan. 2019, doi: 10.1109/ICSENST.2018.8603640.

      8.�MODELO MATEM�TICO Y AN�LISIS ESTRUCTURAL DE UN VEH�CULO DE GUIADO AUTOM�TICO PARA LA INDUSTRIA 4.0 (MATHEMATICAL MODEL AND STRUCTURAL ANALYSIS OF AN AUTOMATED GUIDED VEHICLE FOR INDUSTRY 4.0).� https://redib.org/Record/oai_articulo3527864-modelo-matem%C3%A1tico-y-an%C3%A1lisis-estructural-de-un-veh%C3%ADculo-de-guiado-autom%C3%A1tico-para-la-industria-40-mathematical-model-structural-analysis-automated-guided-vehicle-industry-40 (accessed May 19, 2022).

      9.N. Isozaki, D. Chugo, S. Yokota and K. Takase, "Camera-based AGV navigation system for indoor environment with occlusion condition," 2011 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, 2011, pp. 778-783, doi: 10.1109/ICMA.2011.5985760.

  10.Sanchez,� R.,� Sierra-Garc�a,� J.E.,� Santos,� M.� 2022.� Modelling� of� a� hybrid� tricycle-differential� AGV.� Revista� Iberoamericana� de� Autom�tica� e� Inform�tica� Industrial 19, 84-95https://doi.org/10.4995/riai.2021.14622

  11.M. Echeverri Estrada, Artist, Caracterizaci�n de un AGV (veh�culo guiado autom�ticamente) en el sistema de manufactura flexible, caso Centro Tecnol�gico de Automatizaci�n CTAI de la Pontificia Universidad Javeriana. [Art]. Pontificia Universidad Javeriana, 2013.

  12.M. Dutra, J. Archila, and O. Lengerke, �Dise�o Mecatronico de un Robot Tipo AGV �Automated Guided Vehicle,�� Articulo, vol. 7. Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Jun. 02, 2008. Accessed: Jun. 21, 2022. [Online]. Available: https://www.redalyc.org/pdf/5537/553756884008.pdf

  13.M. Smieszek,����� M. Dobrzanska P. Dobrzanski, "Measurement of Wheel Radius in an Automated� �Guided Vehicle", Applied Sciences, vol. 10, n.� 16, p. 5490, agosto de 2020. Accedido el 16 de mayo����� de���������� 2022. Disponible: https://doi.org/10.3390/app101 65490

  14.T.-c. Wang, C.-s. Tong y B.-l. Xu, "AGV navigation analysis based on multi-sensor data fusion", Multimedia Tools and Applications, vol. 79, n.� 7-8, pp. 5109� 5124, julio de 2018. Accedido el 16 de mayo de���������� 2022.� [En����� l�nea]. Disponible: https://doi.org/10.1007/s11042- 018-6336-3

  15.Chakma, R., Mahtab, S. S., Milu, S. A., Emon, I. S., Ahmed, S. S., Alam, M. J., ... & Xiangyang, L. (2019, September). Navigation and Tracking of AGV in ware house via Wireless Sensor Network. In 2019 IEEE 3rd International Electrical and Energy Conference (CIEEC) (pp. 1686- 1690). IEEE.

  16.C. F. R. Rafael E. MONTA�O, Artist, DISE�O E IMPLEMENTACION DE UN SISTEMA DE CONTROL PARA UN AGV EN UNA CELDA DE MANUFACTURA. [Art]. Universidad Aut�noma de Bucaramanga, 2007.

  17.C. F. Leyva, Artist, Estudio de implantaci�n de AGVs en la f�brica X. [Art]. ETSEIB, 2010.

  18.S. C. PRODUCTION, Artist, Veh�culos de Guiado Autom�tico. [Art]. CERAMICS SYSTEM, 2012.

  19.E. A. Oyekanlu et al., �Una revisi�n de los avances recientes en tecnolog�as de veh�culos guiados automatizados: desaf�os de integraci�n y �reas de investigaci�n para aplicaciones de fabricaci�n inteligente basadas en 5G,� IEEE access, vol. 8, pp. 202312�202353, 2020.

  20.Madrigal Moreno, Sergio Alejandro y Mu�oz Ceballos, Nelson David. Veh�culos guiados aut�nomo (AGV) en aplicaciones industriales: Una revisi�n. Medellin : s.n., 2019. CC BY-NC-SA 4.0.

  21.Echeverri Estrada, Juan Mart�n y Escobar Murcia, Paula Andrea. CARACTERIZACI�N DE UN AGV (VEH�CULO GUIADO AUTOM�TICAMENTE) EN EL SISTEMA DE MANUFACTURA FLEXIBLE. Bogot� : s.n., 2012.

  22.Roger V., Bostelman y Elena R., Messina. Towards Development of an Automated Guided Vehicle Intelligence Level Performance Standard. West Conshohocken : s.n., 2016.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

� 2022 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).