Figura 3... Figura 4...

Transcripción

1 Introducción i-fork AGV(Vehículo guiado automáticamente) es un sistema diseñado para el transporte y manipulación de diferentes cargas, consiguiendo un ahorro de tiempo y espacio en transporte y almacenamiento de mercancías. Realiza una planificación precisa y estable de los ritmos de producción. Preparado para diversas aplicaciones de transporte con posibilidad de estudio de otras nuevas adaptándolas a las necesidades específicas del cliente. Algunas de estas aplicaciones pueden ser: Transporte a nivel de suelo de cargas sobre palets. Elevación de diferentes alturas de cargas sobre palets. Depósito de cargas a nivel de suelo. Conexión de líneas de transporte de cargas. Alimentación y suministro a líneas de producción. Figura1... Cumple diferentes directivas y normativas europeas: Directivas de maquinaria D 89/392/CEE y D 98/37/CEE Construcción, equipamiento, puesta en mercado y en servicio Directivas D 89/391/CEE (seguridad de los trabajadores) y D 89/655/CEE (uso de equipos de trabajo por trabajadores) Puesta en servicio y el uso (mantenimiento, reparado etc.)

2 Lleva incorporado un sistema de seguridad para evitar obstáculos, por lo que puede conseguir un importante reducción en el número de accidentes de operadores y otros trabajadores. Además de ser capaz de trabajar conjuntamente en entornos con carretillas guiadas por humanos. Mediante la adquisición precisa de datos de las líneas de producción, es posible realizar las solicitudes de los AGV s automáticamente, asignando dinámicamente la tarea al AGV más cercano a la línea que servirá la solicitud. Ventajas: Incremento de la productividad debido a la mejor planificación. Reducción del trabajo duro por parte de personas humanas. Reducción de costes en la producción final Sin intervención humana durante la realización de las tareas. Flexibilidad: Posibilidad de modificar online la distribución sin parar la producción Implantación sencilla y flexible, tan solo es necesario un mapa topológico y la localización de los puntos de atraque. La adaptación a cambios en el entorno se pueden realizar con un muy bajo costo. Las modificaciones en planta solo afectan al software. Características: Vehículo guiado automáticamente capaz de transportar pallets de hasta 800kg a una altura máxima de 3.1m a una velocidad máxima de 2m/s. La carga y descarga se realiza en puntos de atraque determinados. La ruta a seguir no está prefijada en el suelo. Capaz de calcular diferentes trayectorias de navegación hacia el destino evitando posibles obstáculos. Las velocidades de translación se adaptan según cada caso para evitar contacto o para minimizar el riesgo. Permite el uso del AGV manualmente mediante un joystick. La principal ventaja es la flexibilidad en la definición de las áreas de funcionamiento en la planta de trabajo. Mientras en los sistemas típicos, las modificaciones en el trazado suponen la parada del sistema, nuestro sistema permite modificaciones en tiempo real. Es más, solo es necesaria una mínima información para definir la planta, la localización de los puntos de atraque, puertas o puntos de paso entre zonas y puntos de espera de las operaciones de carga y descarga. No es necesario un modelo preciso de los diferentes muros y obstáculos. De hecho, si aparece un nuevo obstáculo, el sistema lo incorpora automáticamente a sus mapas. Toda esta flexibilidad se consigue debido a que no hay caminos prefijados. El AGV calcula continuamente el mejor camino para llegar al destino. El sistema lleva su propio gestor de producción para generar automáticamente las órdenes a enviar a los AGV s, aunque no es imprescindible.

3 Características físicas: El AGV esta basado en el bastidor de la carretilla apiladora OMG 808 FS. Puede levantar la carga hasta 3.1m de altura. Está equipado con: tres motores eléctricos para la tracción, dirección y elevación. unidad de posicionamiento mediante láser unidad de seguridad mediante láser CPU dos microcontroladores ATMEL La unidad de posicionamiento mediante láser posiciona el AGV en el mapa. Se establecen en la planta las posiciones de las balizas (catadióptricos) que reflejan el haz láser. El haz láser detecta los reflectores y calcula la posición del AGV por triangulación. La unidad de seguridad mediante láser detecta los obstáculos que pueda encontrarse el AGV al realizar las tareas. Los sistemas basados en láser tienen una fiabilidad del 100% Los microcontroladores ATMEL se conectan a la CPU a través de un bus CAN a 1Mb/s. Estos son los encargados de controlar los motores, obtener los datos de los encoders, monitorizar las señales de seguridad, el control de la luces y del zumbador. Además, el AGV tiene dos pulsadores de seguridad para parar el vehículo en caso de fallo o colisión, y un conmutador para cambiar de modo automático a manual. La CPU es una computadora para sistemas embebidos basado en un microprocesador Transmeta s Crusoe. Tiene 128MB de memoria RAM y un disco disk-on-chip de 64MB. El sistema operativo es Linux limitado por el espacio en disco e incluye la JVM para ejecutar el software de control. La CPU incluye una tarjeta PCMCIA wireless IEEE b para la comunicación, una placa PC-104 con una interfaz de bus CAN dual y dos puertos RS-232 para la comunicación con los sensores láser. Figura 2...

4 Software: El software del sistema esta distribuido en dos capas principales: La capa de nivel inferior es la encargada de controlar los diferentes actuadores, así como la adquisición de datos de los encoders, conmutadores, etc... Esta capa está implementada en los diferentes microcontroladores. La capa de nivel superior es la encargada de procesar los datos de los sensores y modelado del entorno. Esta capa está implementada en la CPU. Todo el software ha sido desarrollado usando el framework ThinkingCap-II. ThinkingCap-II es un framework para el desarrollo de robots móviles y es una extensión de las arquitecturas ThinkingCap y BGA. Su arquitectura está compuesta por dos capas para controlar los robots, una para los procesos reactivos y otra para los procesos de decisión. Todos estos presentan las diferentes funcionalidades de un sistema de robots móviles (navegación, percepción, control y planificación). Navegación: Esta compuesto por dos procesos principales, el constructor del mapa que se actualiza cuando se disponen nuevos datos del láser y el planificador de la ruta, que calcula cual es la ruta óptima para llegar al destino. Percepción: Recibe los datos de los sensores. Hay dos procesos principales, uno recibe los datos del láser de rango y actualiza el modelo local de evitación de obstáculos; el otro recibe los datos del láser de posicionamiento y actualiza la posición del robot en el mapa. Planificación: Consiste en un proceso que recibe una tarea a realizar y genera un plan teniendo en cuenta la posición del AGV y el mapa topológico. El plan se divide en subtareas que se realizan secuencialmente. Control: Consiste en un proceso que decide el comportamiento a realizar dependiendo de la subtarea actual(tomar un camino, evitar un obstáculo o el atraque en un dock). Funcionamiento: Cada AGV tiene un mapa topológico en el que se indican las zonas en las que será operativa, los puntos de atraque, las puertas de paso entre zonas y los puntos de espera para las operaciones de atraque. Cuando se le envía un plan a un AGV, el plan es descompuesto en una serie de subplanes que el AGV realizará, entre los que puede estar el paso de una zona a otra a través de una puerta si los puntos de atraque están en diferentes zonas. Para realizar estos subplanes, el AGV toma el camino óptimo para llegar al destino teniendo en cuenta su posición actual. Además, si en el camino encuentra algún obstáculo, el AGV lo evitará tomando otro camino sin obstáculos para llegar al destino. Si el obstáculo encontrado en el camino entra en un área de seguridad muy cercano al AGV, este se parará inmediatamente evitando la colisión. Para monitorizar y controlar los AGV s, hay un software para los operadores en una maquina remota, conectada a través de la red wireless a los AGV s. Este software permite al operador conocer en todo momento la posición de cada AGV y la parte del plan que está ejecutando actualmente. Además, en cualquier momento el operador puede enviar nuevos planes a cualquier AGV.

5 Figura 3... Antes de realizar la instalación del sistema en una planta, podemos ver la respuesta de este mediante un simulador 3D. Este software permite ver una simulación real con cargas de trabajo muy similar a lo que ocurriría en la realidad si implantásemos el sistema. Figura 4...

6 Demostración real A continuación, les mostraremos el sistema implantado en una planta real con líneas de producción que hay que alimentar suministrando palets de 100x120mm con seis columnas de cajas apiladas a diecinueve alturas. Hemos de hacer notar que las cajas se transportan en equilibrio, es decir, no hay ningún tipo de cinta o sujeción que evite la caída de las cajas en caso de un movimiento muy brusco. Este es un claro ejemplo de que los Agv s también pueden ser utilizados para el transporte de mercancías catalogadas como frágiles. La planta tiene unas líneas de producción que consumen pallets con producto, por lo que tiene varios puntos de atraque de carga donde los AGVs llevan estos pallets (estos puntos son los marcados con las etiquetas Figura 5... en azul ina0r0, ina0r1, ina1r0 e ina1r1 que se pueden ver en la Figura 6). Cuando una línea consume un pallet, esta devuelve el pallet con las cajas vacías, por lo que tiene otros punto de atraque de descarga (distintos de los de carga) de los cuales los AGVs cogen dichos pallets vacíos(son las etiquetas outa0 y outa1 de la Figura 6). Los pallets con producto que los AGVs transportan hasta los puntos de atraque de carga de las líneas, los cargan de unos puntos de atraque establecidos (etiquetas en azul Cout0 y Cout1 de la Figura 6) y los pallets consumidos que devuelven las líneas de producción los transportan a otros puntos de atraque de descarga (etiquetas en azul Din0, Din1, Din2 y Din3 de la Figura 6). Por lo tanto, el flujo de cargas y descargas de los AGVs va desde los puntos de atraque Cout0 y Cout1 hasta ina0r0, ina0r1, ina1r0 e ina1r1 para cargar las líneas de producción y desde los puntos outa0 y outa1 hasta Din0, Din1, Din2 y Din3 para descargar las líneas. Figura 6...

7 Además, el sistema tiene implementado un sistema de gestión de almacén para saber, en todo momento, donde están los pallets, por lo que cada uno de ellos lleva un tag RFID(enlace a una web que explique que es RFID como adosado que los identifican unívocamente. Cada punto de atraque (ya sea de carga o descarga) tiene instalado un lector RFID, por lo que cada vez que un palet llega a un punto de atraque se lee el tag y se determina que pallet hay en cada punto de atraque. Este sistema permite, además de saber la posición de cada pallet, diferenciar en distintos tipos los pallets, lo que permitiría, en caso de haber varias líneas de producción y cada una de ellas consumiese un tipo distinto de producto, llevar el pallet adecuado con el producto que consume a cada línea. Por otro lado, los autómatas que controlan las líneas de producción se comunican con el servidor de producción a través de una base de datos. Cuando las líneas detectan que no tienen pallets con producto para consumir, solicitan un pallet al servidor de producción a través de esta base de datos. Entonces, el servidor de producción comprueba si hay un pallet con el producto solicitado por la línea en algún punto de atraque de carga(cout0 o Cout1) y comprueba si hay algún AGV que no realiza ninguna tarea, en caso afirmativo, envía al AGV a cargar el pallet y llevarlo a la línea de producción que realizó la petición. De igual forma, cuando una línea de producción consume un pallet y lo deja en un punto de atraque de descarga(outa0 o outa1), esta solicita un AGV libre que retire el pallet vacío y lo lleve a los puntos de atraque de pallets vacíos (Din0, Din1, Din2 o Din3) Figura 7... Como podemos ver, en ningún momento hay intervención humana.

8 El diseño de la planta se muestra en la siguiente figura: Figura 8... Como se puede ver en la figura los AGV s están interconectados a una red Ethernet a través del punto de acceso WiFi con el que se comunican con los demás componentes del sistema. En el Servidor AGVs se ejecuta el software principal que controla la coordinación de los AGVs, la explicación de este se pude ver en la sección SOFTWARE. La máquina del Operador ejecuta el software con el que se puede monitorizar los AGVs y en el que se le pueden enviar planes directamente. El Servidor de Producción ejecuta el software que realiza las peticiones de los AGVs cuando necesita un pallet con producto y cuando hay que retirar un pallet vacío. El Servidor de Almacén es el encargado de gestionar el estado de los pallets. El Servidor RFID es el encargado de notificar cuando un pallet llega a cualquier punto de atraque.