La dirección de desarrollo y soluciones de robots móviles autónomos

En la vida diaria de las personas, los robots han pasado de aplicaciones industriales a aplicaciones comerciales. En muchos restaurantes, se pueden ver robots asistiendo en la entrega de comidas. En muchos centros comerciales, los robots también están asumiendo roles como dar la bienvenida a los invitados y proporcionar orientación. Esto representa la madurez gradual de las tecnologías relacionadas y la reducción de costos, lo que lleva a la creciente popularidad de las aplicaciones de robots. Este artículo presentará el desarrollo de las aplicaciones de robots y las soluciones relacionadas introducidas por onsemi.

Con el desarrollo continuo de la tecnología, la interacción entre humanos y robots seguirá aumentando. Desde los robots colaborativos (cobots) preparando café para ti en la cafetería local por la mañana hasta los robots móviles autónomos (AMRs) desplazándose por los almacenes para recoger paquetes, estos diversos tipos de robots colaborativos pueden desempeñar muchos roles en nuestra vida cotidiana.

Los AMRs son un tipo de sistema robótico capaz de ejecutar tareas y moverse de forma autónoma dentro de su entorno. Estos robots suelen poseer capacidades de percepción, toma de decisiones y ejecución, lo que les permite adaptarse a diferentes ambientes y realizar diversas tareas con intervención humana mínima. Los AMRs se utilizan ampliamente en industrias como la manufactura, servicios, salud, agricultura, etc., con el objetivo de mejorar la eficiencia, reducir costos y aumentar la seguridad.

Estos tipos de robots consisten en varios componentes complejos, que incluyen principalmente sistemas de percepción, sistemas de toma de decisiones y sistemas de ejecución. El sistema de percepción comprende sensores capaces de detectar el entorno, como cámaras, LiDAR, sensores infrarrojos, etc., que se utilizan para recopilar información sobre el entorno circundante. El sistema de toma de decisiones utiliza la información obtenida del sistema de percepción para el análisis, combinado con algoritmos de decisión y software, lo que permite al robot comprender el entorno, planificar rutas y ejecutar tareas. El sistema de ejecución incluye actuadores que controlan las acciones del robot, como motores, sistemas hidráulicos, etc., que se utilizan para lograr el movimiento y las operaciones del robot dentro del entorno.

La dirección futura del desarrollo de los AMRs abarca diversos aspectos. A través de tecnologías más poderosas de inteligencia artificial y aprendizaje automático, los robots estarán mejor equipados para adaptarse a entornos complejos y dinámicos, mejorando las capacidades de toma de decisiones y la flexibilidad de las acciones autónomas. Además, los futuros AMRs podrían enfocarse más en la planificación de colaboración en equipo y el trabajo colaborativo para realizar tareas más complejas. Esto implica un mayor desarrollo de la toma de decisiones distribuida entre robots y los protocolos de comunicación, así como una interacción efectiva entre robots y humanos para ejecutar tareas más complejas y colaborativas.

Mirando hacia las tendencias de desarrollo futuro, las aplicaciones de robots avanzarán aún más en tecnologías de percepción inteligente de alto nivel, como visión 3D, reconocimiento de sonido, sensibilidad táctil, percepción olfativa, etc. Estos avances tienen como objetivo mejorar las capacidades de percepción del entorno por parte del robot y fortalecer las habilidades de navegación y posicionamiento de los AMRs en entornos desconocidos o dinámicos. Esto incluye una identificación más precisa de terrenos, obstáculos y otros objetos en movimiento para enfrentar escenarios complejos y dinámicos. Además, el uso de tecnologías de realidad aumentada y realidad virtual mejorará las capacidades de percepción y operación del robot en el mundo real, al tiempo que proporcionará mejores herramientas para la operación remota y la capacitación.

Para extender el tiempo de operación de los robots, mejorar la eficiencia energética y la sostenibilidad, se pondrá énfasis en investigar la eficiencia energética de los robots y desarrollar tecnologías de carga autónoma más avanzadas para prolongar sus horas de trabajo. Además, la exploración de soluciones de energía autosostenible, como la carga solar u otras tecnologías energéticas innovadoras, reducirá la dependencia de instalaciones de carga externas. Adicionalmente, para satisfacer las necesidades de diferentes dominios de aplicación, se centrará en el desarrollo de AMRs personalizados equipados con más funciones y adaptabilidad.

Por otro lado, las personas también otorgan una importancia considerable a la seguridad y a las consideraciones éticas de los robots. Se debería poner un mayor énfasis en mejorar la seguridad de los AMR al interactuar con humanos, asegurando que puedan cumplir con las regulaciones y directrices éticas pertinentes en entornos donde coexisten con los humanos. Esto incluye la adhesión a principios morales, la protección de la privacidad y el respeto por la dignidad humana. Además, debería haber un mayor enfoque en la seguridad de los robots, lo que también podría implicar la formulación de regulaciones y directrices éticas.

Los robots también avanzarán hacia AMRs más especializados y personalizados para satisfacer las necesidades específicas de industrias o sectores particulares, como la salud, la logística, la agricultura, etc. Además, la integración de los AMRs con la tecnología de Internet de las cosas (IoT) permitirá alcanzar niveles más altos de automatización e inteligencia, facilitando que los robots colaboren mejor con otros dispositivos y sistemas.

onsemi es una empresa de componentes semiconductores con una amplia gama de líneas de productos. En respuesta al desarrollo de aplicaciones robóticas, onsemi ha desarrollado una demostración de un AMR. Esta demostración se deriva del desarrollo de soluciones de subsistemas, representando un diseño robótico integral utilizando productos innovadores de onsemi. Al combinar las diversas soluciones de sensores y potencia inteligente de onsemi, este concepto puede utilizarse para diseñar diversos tipos de robots, robots colaborativos, herramientas eléctricas y vehículos guiados automatizados.

onsemi produce placas de evaluación (EVBs) y plataformas de desarrollo para aplicaciones robóticas utilizando sus propios productos. Estas plataformas se utilizan para subsistemas AMR, incluyendo movimiento, sensores, potencia, iluminación y comunicación. Forman una base móvil autónoma junto con la unidad de control, capaz de navegar en su entorno y replanificar caminos de manera segura alrededor de obstáculos cuando sea necesario, utilizando características de evitación de colisiones. Para poder actualizar y usar las últimas placas de evaluación de onsemi, e incluir algunos de los productos personalizados de onsemi (como cámaras), los AMRs utilizan rieles DIN para montar las placas de evaluación y soportes de cabezal de bola ¼-20 para montar los sensores.

En el subsistema de iluminación, es posible transmitir el estado, estatus e intenciones del AMR a las personas circundantes. En aplicaciones inteligentes de inventario minorista, el sistema de iluminación también puede usarse para iluminar productos en tiendas oscuras. El controlador de corriente lineal NCV7685 y el controlador inteligente de LED NCL31000 se utilizan para estos propósitos, incluyendo funciones de comunicación por luz visible y placas de evaluación de posicionamiento en interiores.

El subsistema de movimiento incluye el controlador de puerta trifásico multipropósito de 60V NCD83591 de onsemi, así como el regulador de voltaje CMOS LDO NCP730 con una corriente de reposo extremadamente baja, respuesta transitoria rápida y amplios rangos de voltaje de entrada y salida, y la última solución Trench 10 MOSFET NVMFWS0DxN04XM diseñada para aplicaciones compactas y eficientes con alto rendimiento térmico, utilizada para el accionamiento de motores BLDC.

En el subsistema de sensores, se utilizan el sensor de imagen digital CMOS de 1/2.6 pulgadas y 2Mp AR0234 y el sensor de imagen digital CMOS de píxel activo de 1/3.2 pulgadas AR1335. Además, se emplea el sensor de posición de detección angular NCS32100 para lograr una detección angular de alta resolución y alta precisión, mientras que el sensor ultrasónico NCV75215 proporciona mediciones de distancia de obstáculos durante los períodos de detención del AMR.

En el subsistema de potencia, el FAN65008B es un regulador PWM tipo buck con MOSFETs integrados, capaz de generar los niveles de potencia requeridos para el AMR a través de la batería de 48V. El FAN65008B incluye una gama de circuitos de protección, incluyendo protección contra sobrecorriente (OCP), apagado térmico (TSD), protección contra sobretensión (OVP), protección contra subtensión (UVP) y protección contra cortocircuitos (SCP). El subsistema de potencia también incluye monitoreo de batería y una solución de carga compacta basada en NCP1681 de totem pole sin puente y e-Fuse NIS3071, así como monitoreo de corriente.

El subsistema de comunicación incluye el NCN26010, un transceptor Ethernet 10Base-T1S multi-drop conforme al estándar IEEE 802.3cg, que incluye MAC, PLCA y la Sublayer de Reconciliación (RS). El 10Base-T1S actúa como el núcleo que conecta todos los subsistemas AMR. Por último, el uso del NVIDIA® Jetson™ como unidad de control proporciona un ejemplo bien integrado de cómo los subsistemas de onsemi habilitan la implementación del Sistema Operativo de Robots (ROS) como un contenedor de Docker.

onsemi fabrica AMRs utilizando rieles DIN para facilitar la adición de nuevos productos y funcionalidades, permitiendo la integración continua de más sensores. Además, pueden ampliar el subsistema de potencia utilizando el nuevo producto de fusibles electrónicos de onsemi, e-Fuse NIS3071.

onsemi colabora con empresas que integran sensores de imagen onsemi y tecnología LiDAR en sus sistemas de cámaras, fusionando así la detección de imágenes y la percepción de profundidad en un único sistema. Esta colaboración tiene como objetivo ofrecer un mejor soporte a estos clientes y transferir los algoritmos o funcionalidades de onsemi a sus sistemas.

Los AMRs de onsemi colaboran con Nvidia para obtener más información sobre cómo ejecutar entornos ROS (Robot Operating System) en Nvidia Jetson y determinar el nivel de controladores necesarios. Además, onsemi explora Nvidia Omniverse™ e Isaac Sim™ para simulación de robots y datos sintéticos, que son cruciales para un diseño seguro de AMR. Los entornos de simulación se utilizan para entrenar robots móviles basados en datos de Syntectica (obstáculos que requieren una navegación segura para robots móviles). Estos entornos de simulación también pueden ser utilizados para navegar por las rutas más eficientes energéticamente, extender el tiempo entre las cargas de batería o aprovechar las oportunidades de carga, destacando las ventajas de onsemi mediante el ahorro de energía y la detección inteligente en los subsistemas de AMR.

Actualmente, los AMRs pueden navegar libremente cerca de las personas, ya que las barreras físicas han sido eliminadas en gran medida, lo que los hace bastante seguros y eficientes. Estos robots pueden operar en entornos como almacenes y/o espacios de oficina con iluminación controlada y pisos nivelados. Sin embargo, los AMRs del futuro seguirán evolucionando para poder adaptarse a cualquier entorno, de manera similar a los humanos.

Además, la verdadera flexibilidad de despliegue es una característica clave para el éxito de los AMRs, ya que requiere una interfaz para indicar o entrenar al robot sobre qué hacer sin necesidad de programación. Los avances en el procesamiento de lenguaje natural (NLP), sensores de hardware inteligentes y eficientes, así como las mejoras en energía y control, se integrarán en los AMRs para realizar tareas generales. Esto permitirá que los robots del futuro operen máquinas CNC en algunas ocasiones y en otras empaquen productos. Por ejemplo, en entornos agrícolas, los AMRs no solo pueden eliminar malezas, sino también recolectar verduras maduras y luego empacarlas para envío.

A medida que la industria de la robótica sigue volviéndose más eficiente y confiable en nuestra vida diaria, onsemi continuará desarrollando tecnologías que puedan integrarse en los AMRs. Estas tecnologías incluyen módulos para movimiento, sensores, energía, iluminación y subsistemas de comunicación, permitiendo que los robots se desplacen, observen y operen de manera segura con mínima interacción humana. onsemi reduce esta complejidad mediante soluciones confiables de energía e inteligencia sensorial, proporcionando bloques esenciales para sus diseños, dignos de una mayor exploración y adopción.