¿Cómo pueden los robots manipuladores móviles automatizar el picking en almacenes? Un proyecto de ingeniería de REEMAN

¿Cómo pueden los robots manipuladores móviles automatizar el picking en almacenes? Un proyecto de ingeniería de REEMAN

Explorando el picking en estanterías de almacén con una plataforma AMR de 100 kg, un brazo robótico de 7 grados de libertad y un sistema de elevación vertical

Los robots móviles autónomos han transformado la forma en que los materiales se desplazan por los almacenes. Pero mover un artículo entre ubicaciones y recogerlo directamente de una estantería de almacenamiento son dos desafíos de automatización diferentes.

¿Cómo puede un robot desplazarse hasta una estantería de almacén, posicionar un brazo robótico y prepararse para recoger un artículo específico sin depender por completo de estaciones de trabajo fijas?

Esta pregunta se convirtió en la base de un proyecto de desarrollo de manipulación móvil en el que participaron REEMAN ROBOT y un cliente alemán de tecnología industrial.

El proyecto se centra en integrar el transporte autónomo con la manipulación robótica para dar soporte al picking en estanterías de almacén y a la manipulación de materiales industriales.

REEMAN seleccionó su plataforma de robot móvil autónomo (AMR)Big Dog Chassis, con una capacidad de carga nominal del chasis de 100 kg, y la combinó con unbrazo robótico de 7 grados de libertad con una carga nominal de 5 kg, un alcance de brazo de 610 mm y un mecanismo de elevación vertical con 1.200 mm de recorrido.

La arquitectura resultante de robot manipulador móvil reúne movilidad autónoma, altura de trabajo ajustable y posicionamiento del brazo robótico. El proyecto también aborda la navegación láser, la percepción 3D del entorno, la integración de visión RGB-D, la selección de pinzas y los requisitos de desarrollo de software.

En lugar de tratar el transporte y el picking como operaciones no relacionadas, el enfoque de ingeniería explora cómo pueden convertirse en partes de un flujo de trabajo de almacén coordinado.

Resumen del proyecto: un desafío de automatización de almacenes desde Alemania

El proyecto surgió de un requisito práctico: permitir que un robot móvil se acerque a diferentes ubicaciones de almacenamiento y apoye la recogida de materiales de las estanterías del almacén.

El objetivo del cliente iba más allá de adquirir un AMR convencional para transporte.

El sistema previsto debía desplazarse entre ubicaciones del almacén, operar cerca de las estanterías de almacenamiento, ajustar la altura de trabajo del brazo robótico y apoyar el desarrollo de tareas de recogida de objetos.

Estos requisitos llevaron a un debate de ingeniería más amplio sobre cómo deben funcionar conjuntamente una plataforma móvil autónoma, un brazo robótico, un mecanismo de elevación y un sistema de percepción.

¿Por qué es el picking en estanterías de almacén más complejo que el transporte autónomo de materiales?

El picking en almacén requiere que un robot interactúe con objetos individuales, mientras que el transporte convencional con AMR consiste principalmente en mover cargas entre ubicaciones definidas.

En muchos almacenes industriales, un AMR puede transportar mercancías después de que un trabajador u otra máquina las haya colocado sobre el robot.

Sin embargo, recoger un componente individual de una estantería implica decisiones adicionales.

El robot debe determinar dónde está almacenado el artículo, posicionarse adecuadamente, establecer la altura de operación del brazo, identificar el objetivo y ejecutar un movimiento de manipulación adecuado.

Para este proyecto, la secuencia de automatización prevista puede resumirse así:

Asignación de tareas → Navegación autónoma → Aproximación a la estantería → Posicionamiento vertical → Localización del objeto → Manipulación robótica → Transporte de materiales.

Cada paso introduce requisitos de ingeniería diferentes.

La plataforma móvil debe alcanzar la ubicación requerida. El brazo robótico debe operar dentro del espacio disponible. El sistema de percepción debe proporcionar información adecuada sobre el entorno y el objeto objetivo. El efector final debe corresponder al material que se va a manipular.

Por eso el picking en almacén no puede abordarse únicamente con las especificaciones del brazo robótico.

Todo el sistema debe diseñarse en torno a la tarea.

Cómo seleccionó REEMAN la arquitectura del robot manipulador móvil

El enfoque de REEMAN se centra en combinar tres capacidades complementarias: movimiento autónomo, posicionamiento flexible del brazo robótico y altura de operación ajustable.

ElBig Dog Chassis proporciona la base móvil, el brazo robótico de 7 grados de libertad permite la manipulación localizada y el mecanismo de elevación vertical amplía el rango de alturas de trabajo potenciales.

1. ¿Por qué usar elBig Dog Chassis?

ElREEMAN Big Dog Chassis proporciona una plataforma móvil autónoma con capacidad nominal de 100 kg para integrar equipos de manipulación robótica.

Para este proyecto de picking en almacén, la movilidad es esencial porque las operaciones previstas tienen lugar en diferentes ubicaciones de almacenamiento y no en una única estación de trabajo instalada de forma permanente.

La base móvil autónoma proporciona la base para transportar el sistema robótico integrado a las áreas de operación designadas.

Su capacidad de carga nominal del chasis de 100 kg es una consideración importante a la hora de seleccionar el brazo robótico, la estructura de elevación, los controladores y otro hardware.

Sin embargo, la carga útil del chasis no debe confundirse con la capacidad de manipulación de objetos del robot.

Los componentes integrados contribuyen a la carga soportada por la plataforma móvil. Su masa, posiciones de montaje y efectos sobre la estabilidad deben considerarse durante el diseño del sistema.

Para las aplicaciones de almacén, también son importantes la huella del robot móvil, el espacio de paso disponible y los requisitos de posicionamiento.

Estas consideraciones influyeron en el enfoque del proyecto, orientado a crear una configuración práctica de manipulación móvil en lugar de simplemente acoplar un brazo robótico a una plataforma móvil.

2. ¿Por qué se seleccionó un brazo robótico de 7 grados de libertad?

Un brazo robótico de 7 grados de libertad ofrece una flexibilidad articular adicional para aproximarse a los objetos desde diferentes posiciones y orientaciones.

El brazo robótico seleccionado tiene las siguientes especificaciones:

• Grados de libertad: 7 DOF
• Carga nominal: 5 kg
• Alcance de trabajo: 610 mm
• Repetibilidad: ±0,05 mm

En entornos de almacén, los materiales pueden estar situados cerca de estanterías circundantes u otras estructuras.

Por lo tanto, un brazo robótico necesita suficiente flexibilidad para ajustar su postura manteniendo el efector final dentro del área de trabajo requerida.

Siete grados de libertad proporcionan opciones adicionales de planificación de movimiento en comparación con una configuración de brazo más restringida.

El alcance de trabajo de 610 mm define el alcance nominal del brazo, mientras que la repetibilidad de ±0,05 mm describe su capacidad de regresar de forma consistente a las posiciones programadas.

La repetibilidad del brazo robótico no es lo mismo que la precisión de picking de todo el sistema.

El rendimiento de un sistema de picking móvil también depende del posicionamiento de la base móvil, la localización de objetos, la calibración de la cámara, la configuración del efector final y la integración mecánica.

Durante las conversaciones de desarrollo, el cliente solicitó comparativas de opciones de carga útil del brazo de 3 kg, 5 kg y 10 kg.

El propósito era evaluar los requisitos de manipulación y los costes del equipo antes de seleccionar una configuración adecuada.

El proyecto seleccionó finalmente la especificación del brazo robótico con carga nominal de 5 kg.

3. ¿Por qué necesita el picking en almacén un mecanismo de elevación vertical?

Un mecanismo de elevación vertical permite que un brazo robótico opere desde diferentes alturas, lo que ayuda a abordar las limitaciones de las instalaciones de altura fija.

Las estanterías de almacenamiento suelen tener varios niveles. Un brazo robótico que puede acceder a una posición de estantería puede no ser capaz de alcanzar otra sin cambiar su altura de montaje.

Para abordar este requisito, el proyecto seleccionó un mecanismo de elevación con:

• Recorrido de elevación efectivo: 1.200 mm
• Carga máxima de la guía de elevación: 25 kg
• Precisión de posicionamiento de la guía de elevación: 1 mm

El sistema de elevación ajusta la posición vertical de operación del brazo robótico, permitiendo aplicar el alcance de trabajo del brazo a diferentes alturas.

Esto es especialmente relevante para aplicaciones que implican múltiples niveles de estantería.

Sin embargo, la envolvente de trabajo final depende de más que el recorrido de elevación.

La geometría del brazo robótico, la altura de montaje, las dimensiones de la estantería, la posición del objeto y el espacio libre circundante influyen en las posiciones a las que puede acceder el robot.

El cliente también consideró la colocación central del brazo, la altura total del robot, el espacio libre en puertas y el posible acceso al ascensor.

Estos requisitos demuestran por qué la elevación vertical y el diseño de la plataforma móvil deben evaluarse conjuntamente.

El objetivo es equilibrar el alcance operativo con las limitaciones físicas de un almacén industrial.

¿Cómo encuentra y manipula un robot manipulador móvil los artículos del almacén?

Un manipulador móvil utiliza diferentes funciones de detección para la navegación y la manipulación robótica: la percepción del entorno ayuda al robot a llegar a la ubicación correcta, mientras que la percepción de objetos apoya la localización del objetivo y la planificación de la aprehensión.

Para la plataforma móvil, la arquitectura del proyecto de REEMAN utiliza navegación láser y percepción 3D del entorno.

Estas tecnologías apoyan la conciencia del entorno, la localización, la planificación de rutas y la detección de obstáculos.

Una vez que un robot llega a la ubicación de trabajo prevista, la manipulación de objetos requiere información adicional.

El sistema debe determinar la ubicación del objeto objetivo y estimar cómo debe aproximarse a él el brazo robótico.

Por este motivo, el cliente incluyó la integración de visión de profundidad RGB-D entre los requisitos del proyecto.

Una cámara RGB-D proporciona información de imagen y profundidad que puede ser procesada por software de visión artificial para estimar la posición de un objeto en el espacio tridimensional.

Esta información puede apoyar el reconocimiento de objetos, la planificación de la aprehensión y el control del movimiento del brazo robótico.

El proyecto también exploró la computación acelerada por GPU para el desarrollo de visión artificial y manipulación basada en IA.

Estos requisitos reflejan una distinción técnica importante:

La navegación autónoma lleva el robot hasta la tarea. La manipulación guiada por visión ayuda al robot a interactuar con el objeto objetivo.

Conectar ambas funciones requiere una comunicación coordinada entre la plataforma móvil, el sistema de percepción, el controlador del brazo robótico y el software de aplicación.

¿Por qué son importantes la selección de pinzas y la integración de software?

La capacidad de un manipulador móvil para manipular diferentes objetos depende de más que la carga nominal del brazo robótico.

El efector final debe ser adecuado para el peso, las dimensiones, la forma y las características superficiales del material.

Durante las conversaciones del proyecto, el cliente evaluó soluciones de pinzas específicas para la aplicación, incluidas configuraciones adaptativas de tres dedos.

Estas opciones son relevantes a la hora de evaluar cómo manipular objetos con diferentes geometrías, como cajas, contenedores y componentes industriales.

La selección de la pinza también debe tener en cuenta el peso del propio efector final, la fuerza de agarre requerida y el movimiento de manipulación previsto.

Junto con los requisitos mecánicos, la integración de software fue un tema principal.

El cliente mostró interés en el acceso al SDK de Python, la integración con ROS, la enseñanza por arrastre, la teleoperación y la capacidad de desarrollar aplicaciones de IA personalizadas.

Estos requisitos de desarrollo influyen en la elección de controladores, protocolos de comunicación, interfaces de software y hardware de computación.

En lugar de suponer que todas las aplicaciones robóticas requieren la misma configuración de software, el proyecto considera la arquitectura de software en función de las tareas de manipulación previstas.

Para los integradores de sistemas industriales, esta es una consideración importante a la hora de planificar funcionalidades futuras o adaptar un manipulador móvil a diferentes flujos de trabajo de manipulación de materiales.

Robot manipulador móvil REEMAN: especificaciones técnicas

La siguiente tabla resume la arquitectura seleccionada y las principales especificaciones asociadas a este proyecto de desarrollo de picking en almacén.

Las tres especificaciones de carga describen componentes diferentes.

100 kg se refiere a la carga útil del chasis móvil, 5 kg se refiere a la carga nominal del brazo robótico y 25 kg se refiere a la capacidad de carga máxima de la guía de elevación.

Estos valores no deben sumarse ni interpretarse como una única capacidad de manipulación de materiales.

La arquitectura seleccionada proporciona una base para desarrollar aplicaciones de manipulación móvil con altura de trabajo ajustable y efectores finales específicos para cada tarea.

¿Dónde pueden utilizarse los robots manipuladores móviles?

Los principios de ingeniería explorados en este proyecto son relevantes para la automatización de almacenes y otros entornos industriales en los que los materiales deben manipularse en múltiples ubicaciones de operación.

Picking y recogida en estanterías de almacén

El picking en estanterías de almacén es el objetivo principal de la aplicación.

Se puede desarrollar un manipulador móvil para acercarse a una ubicación de almacenamiento designada, ajustar la altura de operación del brazo robótico, identificar el artículo requerido mediante un sistema de percepción adecuado y ejecutar una tarea de manipulación apropiada.

Esta arquitectura proporciona una base para conectar la recogida de materiales con el transporte autónomo.

Manipulación de piezas industriales

En las instalaciones de fabricación, a menudo es necesario manipular componentes pequeños y materiales envasados en diferentes estaciones de trabajo.

Un brazo robótico móvil ofrece un enfoque para combinar el movimiento entre estas ubicaciones con la manipulación robótica localizada.

La configuración adecuada de brazo, pinza y control depende del peso, la geometría y los requisitos de manipulación de los componentes.

Transferencia de materiales entre múltiples estaciones de trabajo

Las distribuciones de fabricación suelen incluir equipos situados en diferentes áreas de operación.

Un manipulador móvil puede apoyar el desarrollo de flujos de trabajo que impliquen el posicionamiento, la transferencia y la interacción con materiales en múltiples estaciones.

Esto ofrece una alternativa potencial a la instalación de un brazo robótico fijo independiente en cada ubicación de manipulación.

Investigación en robótica y desarrollo de aplicaciones

Para los desarrolladores de robótica y los integradores de automatización industrial, una plataforma de manipulación móvil puede apoyar trabajos que impliquen planificación de movimiento, integración de percepción, control de brazos robóticos, coordinación de tareas y desarrollo de software específico para aplicaciones.

Estas capacidades son relevantes a la hora de evaluar cómo pueden adaptarse los sistemas robóticos a diferentes flujos de trabajo industriales.

Vídeo de robótica relacionado — solo como referencia

Vídeo de robótica relacionado: Vea la referencia de robótica independiente en YouTube

El siguiente vídeo se ofrece como referencia de robótica independiente y no muestra el proyecto del cliente alemán. Los requisitos técnicos del proyecto y la configuración del sistema seleccionado se describen de forma independiente en este artículo.

Preguntas frecuentes sobre los robots manipuladores móviles

P: ¿Qué es un robot manipulador móvil para picking en almacén?

R: Un robot manipulador móvil combina una plataforma móvil autónoma con un brazo robótico para dar soporte a tareas de manipulación de materiales en diferentes ubicaciones. Para el picking en almacén, el flujo de trabajo previsto implica navegar hasta las estanterías de almacenamiento, posicionar el brazo, identificar los objetos objetivo y realizar operaciones de manipulación de artículos. La configuración completa depende de las dimensiones de la estantería, las características de los materiales y el nivel de automatización requerido.

P: ¿Cuál es la capacidad de carga del manipulador móvil de REEMAN?

R: El proyecto de REEMAN utiliza la plataformaBig Dog Chassis con una carga nominal del chasis de 100 kg. Su brazo robótico de 7 grados de libertad seleccionado tiene una carga nominal independiente de 5 kg, mientras que la guía de elevación vertical tiene una capacidad de carga máxima de 25 kg. Estas especificaciones describen componentes mecánicos diferentes y no deben combinarse.

P: ¿Por qué usar un brazo robótico de 7 grados de libertad en lugar de un mecanismo de manipulación fijo?

R: Un brazo robótico de 7 grados de libertad ofrece un posicionamiento articular flexible, lo que permite diferentes configuraciones de aproximación dentro del rango de operación del brazo. Esto resulta útil para aplicaciones de almacén que implican objetos con diferentes orientaciones o cerca de estructuras circundantes. El brazo seleccionado proporciona un alcance de trabajo de 610 mm, una carga nominal de 5 kg y una repetibilidad de ±0,05 mm.

P: ¿Puede el robot manipular artículos en diferentes niveles de estantería del almacén?

R: El mecanismo de elevación vertical seleccionado proporciona 1.200 mm de recorrido efectivo, lo que permite ajustar la altura de operación del brazo robótico. Combinado con el alcance del brazo, esto apoya el desarrollo de tareas de manipulación en diferentes niveles de estantería. Las posiciones realmente alcanzables dependen de la geometría del robot, la configuración de la estantería, la altura de montaje y el espacio libre disponible.

P: ¿Cómo navega el robot e identifica los objetos?

R: La plataforma móvil utiliza navegación láser y percepción 3D del entorno para apoyar la localización y el movimiento por el entorno de operación. Para las tareas de manipulación, el proyecto consideró la integración de una cámara de profundidad RGB-D para proporcionar información sobre los objetos y el espacio para el reconocimiento y la planificación de la aprehensión. Estas funciones abordan diferentes etapas del flujo de trabajo de picking en almacén previsto.

P: ¿Puede el manipulador móvil utilizar diferentes pinzas?

R: El proyecto consideró efectores finales específicos para la aplicación, incluidas opciones de pinzas adaptativas de tres dedos. La selección de la pinza depende de la forma, el tamaño, la masa, las condiciones superficiales del objeto y la acción de manipulación requerida. También deben tenerse en cuenta el propio peso de la pinza y los requisitos mecánicos junto con la carga nominal del brazo robótico.

P: ¿Puede el manipulador móvil de REEMAN admitir desarrollo en Python, ROS e IA?

R: El acceso al SDK de Python, la integración con ROS, las interfaces de control del brazo robótico y el desarrollo relacionado con la IA se incluyeron en las conversaciones técnicas del proyecto. También se exploró la computación acelerada por GPU para aplicaciones de visión y planificación de la aprehensión. El entorno de desarrollo disponible y las interfaces compatibles dependen de los controladores seleccionados, el hardware de computación y la configuración de software.

P: ¿Cuáles son los principales desafíos de ingeniería al integrar un AMR con un brazo robótico?

R: Los ingenieros deben evaluar la carga útil del chasis móvil, el alcance del brazo robótico, el peso del equipo integrado, el centro de gravedad, el espacio libre de operación, el posicionamiento y la comunicación entre controladores. Para el picking en almacén, la geometría de la estantería, el diseño del efector final, la percepción de objetos y la secuenciación de tareas también afectan a la arquitectura del sistema.

P: ¿Cómo deben las empresas elegir un robot manipulador móvil para la automatización de almacenes?

R: La selección debe comenzar por la tarea prevista y no por la apariencia del robot o una única especificación. Entre los factores importantes se incluyen el peso de los materiales, la altura de la estantería, los requisitos de alcance, la anchura del pasillo, el espacio de operación disponible, el método de picking y las necesidades de integración de software. REEMAN ROBOT puede evaluar estos requisitos al desarrollar una configuración de manipulación móvil adecuada.

P: ¿Cuál es el principal valor de ingeniería de combinar elBig Dog Chassis con un brazo robótico?

R: ElREEMAN Big Dog Chassis proporciona una plataforma móvil autónoma con capacidad nominal de 100 kg para integrar hardware de manipulación robótica. Combinado con un brazo robótico de 7 grados de libertad con carga nominal de 5 kg y un mecanismo de elevación vertical con 1.200 mm de recorrido, el sistema reúne movilidad, altura de trabajo ajustable y manipulación robótica en una sola plataforma. Esta arquitectura apoya el desarrollo de soluciones de picking en estanterías de almacén, manipulación de componentes industriales y automatización en múltiples estaciones de trabajo, ampliando las capacidades de los AMR convencionales más allá del transporte de materiales.

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De mover materiales a manipularlos: el siguiente paso en la automatización de almacenes

El valor de la manipulación móvil reside en combinar el movimiento y la interacción física dentro de un flujo de trabajo industrial coordinado.

Para el requisito de picking en almacén del cliente alemán, REEMAN ROBOT seleccionó la plataformaBig Dog Chassis y la combinó con un brazo robótico de 7 grados de libertad y un mecanismo de elevación vertical.

La arquitectura aborda varios desafíos prácticos de ingeniería, como el acceso a diferentes alturas de estantería, el posicionamiento del brazo robótico, la percepción para la navegación, los requisitos de reconocimiento de objetos y la selección de pinzas específicas para la aplicación.

Más importante aún, el proyecto pone de relieve cómo los requisitos de automatización de almacenes se están ampliando más allá del transporte.

Un AMR convencional mueve materiales entre ubicaciones. Un manipulador móvil proporciona una base para realizar operaciones adicionales después de llegar al destino requerido.

El siguiente paso en la automatización de almacenes no consiste simplemente en mover materiales con mayor eficiencia, sino en desarrollar sistemas robóticos que puedan interactuar con los materiales allí donde deba realizarse el trabajo.

Para REEMAN ROBOT, este proyecto refleja un enfoque de ingeniería centrado en los requisitos reales de las aplicaciones y en la integración de tecnologías robóticas adecuadas.

REEMAN ROBOT colabora con integradores de automatización industrial, operadores de almacenes y desarrolladores de robótica para explorar configuraciones de manipulación móvil adaptadas a tareas específicas.

¿Está planificando un robot de picking para almacén o un AMR con brazo robótico? Contacte con REEMAN ROBOT para hablar sobre los pesos de sus materiales, las dimensiones de las estanterías, los espacios libres de operación, los requisitos del efector final y las necesidades de integración de software.

REEMAN ROBOT

Más allá del transporte. Hacia una manipulación móvil inteligente.