Los sistemas de navegación y seguridad que dirigen robots móviles son la característica fundamental de los robots móviles que permite al robot dirigirse por sí mismo desde la posición actual hasta el destino deseado. La navegación de los robots móviles se ha entendido tradicionalmente como la resolución del problema propuesto por estas tres preguntas:
- ¿Dónde estoy?
- ¿Qué otros lugares están relacionados conmigo?
- ¿Cómo puedo llegar a otros lugares desde aquí?
Estas cuestiones implican la determinación de una trayectoria libre de colisiones de un punto a otro minimizando el coste total de la trayectoria asociada. Dependiendo de la naturaleza del entorno, la planificación de trayectorias puede dividirse en un entorno estático y dinámico. En un entorno estático, todo es estático excepto el robot móvil en el que los obstáculos cambian de lugar con el tiempo, también se denomina planificación de trayectoria estática. Y si los obstáculos cambian de lugar y orientación con el tiempo, entonces se denomina planificación dinámica de trayectorias. En un entorno dinámico, el robot móvil debe encontrar el camino más corto posible desde un punto de partida arbitrario hacia un objetivo definido, que debe ser seguro (evitar obstáculos) y lo más suave posible.
Tecnologías populares de navegación para robots móviles
Con la llegada del Internet de las Cosas (IoT) & Industria 4.0 los robots móviles se han utilizado para muchas aplicaciones en diversos campos como la industria, el espacio, la defensa y otros sectores sociales. Se han utilizado para la manipulación de materiales, picking, aplicaciones especiales como robots desinfectantes, etc. Por lo tanto, se requiere un robot móvil inteligente que pueda desplazarse de forma autónoma en diversos entornos estáticos y dinámicos. Se han aplicado varias técnicas para la navegación de robots móviles y la evitación de obstáculos. Veamos algunas de ellas,
Navegación basada en LIDAR -
Existen varias formas de que los sensores cartografíen y rastreen el entorno y estimen el posicionamiento del robot móvil.
La tecnología LIDAR (Light Detection and Ranging) es un ingrediente esencial de la autonomía y la navegación robóticas. Permite a los robots móviles salir de situaciones controladas y funciones de tareas predefinidas en situaciones impredecibles y desconocidas. Los sensores Lidar proporcionan un flujo constante de información tridimensional de alta resolución sobre el entorno móvil, incluida la localización de la posición de objetos y personas. La tecnología de localización y mapeo simultáneos (SLAM) permite aprovechar las capacidades de un robot en interiores con los datos Lidar. Entre las ventajas de la tecnología SLAM están "la facilidad de navegación sin depender de tecnologías externas y la formación en tiempo real de mapas 3D con un coste y un consumo de energía reducidos".
Navegación basada en la visión -
El sistema de visión del robot le permite ver su entorno como lo ve un ser humano e interpretar la información. La técnica de navegación basada en la visión utiliza un algoritmo informático y los datos de los sensores ópticos para calcular la trayectoria óptima. El algoritmo traduce la información visual en datos de concentración del entorno para poder identificar la ubicación del robot móvil y, a partir de ahí, elegir una trayectoria óptima para alcanzar su objetivo. A continuación, el sistema de conducción del robot móvil se activa para llegar a su destino.
¿Por qué visión para la navegación?
Los sistemas convencionales de navegación de robots, que utilizan sensores tradicionales como ultrasonidos, infrarrojos, GPS, sensores láser o navegación basada en cinta magnética, etc., presentan varios inconvenientes relacionados con las limitaciones físicas de los sensores o con su elevado coste. La detección por visión ha surgido como una alternativa popular en la que las cámaras reducen el coste total y son flexibles.
Sistema de seguridad
El impacto de los robots móviles en almacenes y fábricas se acelerará en los próximos cinco años. Según la empresa de investigación y asesoramiento LogisticsIQ, el mercado de la automatización de almacenes se duplicará con creces, pasando de 13.000 millones de dólares en 2018 a 27.000 millones en 2025. Con el aumento previsto de robots en el lugar de trabajo, las cuestiones relacionadas con la seguridad serán más importantes para quienes trabajen con ellos. Según Lewandowski, "la seguridad es fundamental", así que para ocuparse de estos problemas de seguridad los robots móviles están cargados con un sistema sensorial de 2 niveles, cámaras 3D y muchos otros protocolos de seguridad. Profundicemos un poco más en cada uno de ellos.
¿Cómo funcionan los sensores de seguridad?
Muchos de los sistemas móviles se basan en la tecnología LIDAR (light datection and ranging) , así que, desde el punto de vista de la seguridad, el punto de entrada es asegurarse de que se dispone de lo que se reconoce como un sistema de seguridad capaz de detectar objetos y personas y de reaccionar adecuadamente. Esto también permite al robot evaluar modelos de comportamiento de riesgo adecuados, lo cual es esencial para gestionar la seguridad en la colaboración robot-humano.
Los robots móviles que trabajan en el exterior pueden depender de capacidades de geolocalización, como el GPS, junto con tecnologías de detección como el LIDAR, para saber dónde están y hacia dónde se dirigen. Esto no suele ser posible en interiores. Los robots móviles que trabajan en interiores utilizan la tecnología de localización y mapeo simultáneos (SLAM ), que emplea la información del LIDAR para construir un mapa del entorno del robot y encontrarlo dentro de ese mapa.
Los robots móviles son más seguros que los vehículos convencionales o manuales, ya que están equipados con componentes que les ayudan a ser más autónomos, encontrar la trayectoria correcta mientras están en movimiento, les hacen más capaces de detectar y diagnosticar averías y comprender el entorno que les rodea.
Veamos brevemente cuáles son estos componentes y cómo funcionan:
- Cámara de profundidad 3D: Uno de los principales componentes de seguridad es la Cámara para visualizar cada vez que un robot móvil pasa por algún objeto.
- Sensores ultrasónicos y parachoques mecánicos: Además del LIDAR y la cámara de profundidad, en los robots móviles se han utilizado otros sensores como los ultrasónicos y los parachoques mecánicos (sensor de contacto físico). Para evitar la colisión con obstáculos inesperados, estos sensores ayudan a detectar y mapear.
- Luces de advertencia y alarma: Las luces de advertencia dan señales audibles de advertencia a los robots móviles, cuando el robot móvil se aproxima a un giro, las luces de advertencia funcionan como señales direccionales para alertar al personal en el área de la intención del robot móvil de desviarse a la derecha o a la izquierda.
- Señales acústicas de advertencia/alarma: Si durante el funcionamiento de los robots móviles se produce algún tono distinto, como canciones o ruido, se activará el tono de advertencia de alarma.
- Botones de parada de emergencia: Cuando los robots móviles entran en estado de parada de emergencia, los botones de parada de emergencia se activan automáticamente y detienen el movimiento del robot.
Equipados con los componentes y sistemas críticos antes mencionados, los robots móviles evolucionan constantemente para adaptarse al ser humano y hacer de la interacción máquina-humano una realidad cotidiana.
