Robot robusto con tres cerebros
domingo , enero 24 2021
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Robot robusto con tres cerebros

ANYbotics proporciona soluciones para aplicaciones robóticas con los más avanzados requisitos de movilidad y autonomía en terrenos adversos. El rendimiento del cálculo masivo embebido para las tareas clave -conocimiento de la situación, control de movimiento y cumplimiento de la misión- es proporcionado por tres módulos COM Express de congatec.

Debido a los avances en la inteligencia basada en ordenadores y la tecnología de sensores, los robots anteriormente estacionarios que no eran conscientes de su entorno están evolucionando ahora hacia robots móviles autónomos e inteligentes. Esto no sólo ayudará a liberar a los seres humanos de tareas potencialmente peligrosas, sino también a optimizar las tareas repetitivas en entornos de la vida real desde un punto de vista económico. Tales robots pueden realizar de forma autónoma muchos trabajos que antes requerían de la mano de obra humana y ampliar significativamente la lista de tareas factibles.

Con tal perspectiva, no es sorprendente que las aplicaciones de los robots sean un mercado en auge. Se espera que el mercado global de robots inteligentes crezca con una CAGR del 23%. Sin embargo, el crecimiento varía dependiendo del sub-segmento específico del mercado de robots. Por ejemplo, se espera que el mercado de robots de reparto autónomo registre una CAGR de más del 49,5% durante los próximos 5 años, mientras que el mercado de robots agrícolas se prevé que crezca a una CAGR del 22,8% en el mismo período. El mercado mundial de robots móviles autónomos civiles, incluidos los vehículos aéreos no tripulados (UAV, Unmanned Aerial Vehicles), los vehículos terrestres no tripulados (UGV, Unmanned Ground Vehicles) y los vehículos marítimos no tripulados (UMV, Unmanned Maritime Vehicles), ya ha madurado y, por lo tanto, se espera que crezca algo más lentamente, pero aún a una tasa bastante atractiva del 15,9% de 2019 a 2025. Los usuarios finales de esos robots pueden encontrarse en mercados como el de la energía, los procesos, la logística, el transporte, la fabricación en entornos de colaboración, la agricultura y la minería, y muchos más. Con su robot ANYmal C de cuatro patas para los requisitos más avanzados de movilidad y autonomía en terrenos adversos, ANYbotics es uno de los desarrolladores que se dirige a estos mercados.

El ANYmal C de ANYbotics es un robot robusto que está diseñado para trabajar en los mismos entornos que los humanos. Esto incluye terrenos exigentes y escabrosos como parques eólicos marinos, plataformas petrolíferas, minas e instalaciones industriales con muchos obstáculos en el camino. 

Lo que distingue al robot móvil autónomo ANYmal C de otros robots inteligentes es que realiza tareas con un alto grado de autonomía en entornos humanos dinámicos, no sólo en entornos altamente definidos como almacenes automatizados o apartados de producción de fábricas. El robot reacciona a los obstáculos en movimiento o inesperados, así como a las condiciones ambientales cambiantes (iluminación, lluvia, nieve, etc.). Además, adopta un comportamiento de resolución de problemas sin guía externa o una simple parada para evitar víctimas. En su lugar, los robots móviles autónomos tienen que planear una ruta óptima alternativa al lugar designado como objetivo y cumplir con éxito su misión.  

Para poder moverse de forma segura y fiable por las plantas industriales, los sistemas robóticos autónomos (ARS, Autonomous Robotic Systems) necesitan una amplia gama de sensores para recoger e interpretar los equipos y los datos medioambientales. El objetivo final es que estos ARS cumplan tareas complejas al igual que los trabajadores humanos cualificados, aprovechando la movilidad y autonomía más avanzadas en terrenos difíciles como plantas industriales de gran escala y obras de construcción. Esta es la única manera de que puedan liberar a sus compañeros humanos de la exposición a entornos potencialmente peligrosos y de optimizar la precisión y fiabilidad de la adquisición de datos. 

Para obtener datos completos sobre la conciencia de la situación, el ARS debe estar equipado con varios sensores de percepción que permitan un funcionamiento seguro. Esta localización y cartografía simultáneas (SLAM, Simultaneous Localization and Mapping) debe funcionar incluso en entornos complejos y dinámicos. En su robot ANYmal C, ANYbotics utiliza una amplia gama de sensores para la navegación y la planificación de rutas. Para la detección de obstáculos e información del terreno, el ARS está equipado con cámaras ópticas estereoscópicas en todos los lados para proporcionar un campo de visión de 360 grados con información de profundidad. Un sofisticado sistema de detección y alcance de la luz (LIDAR, Light Detection and Ranging) proporciona datos ambientales adicionales para la navegación en un alcance de hasta 100 metros. Para el funcionamiento remoto, así como un modo de operación de enseñanza para vías específicas, el ANYmal C está equipado con dos cámaras de gran angular en la parte delantera y trasera para proporcionar al operario una visión clara. Para el funcionamiento en exteriores, el ANYmal C puede estar equipado adicionalmente con un receptor para sistemas globales de navegación por satélite como el GPS.  

Pero el conocimiento de la situación para la localización y la cartografía es sólo una parte de la tarea para conseguir que el robot autónomo de cuatro patas se mueva. Otra función muy importante es el control en tiempo real del avanzado sistema locomotor que permite el movimiento omnidireccional y permite al ANYmal C superar escalones de hasta 25 cm de altura, subir escaleras industriales de hasta 45° y arrastrarse por espacios más estrechos que 50 cm. 

Además de las tareas de navegación y movimiento, el ANYmal C también necesita cumplir su misión, y para ello puede configurarse libremente con un sensor de carga útil de hasta 10 kg y actuar de forma autónoma durante 2 o 3 horas. El primer diseño específico de aplicación del ANYmal C está optimizado para tareas de inspección en plantas industriales interiores y exteriores y otros entornos exigentes. Para ello, el robot está equipado con una unidad de inspección panorámica de inclinación compuesta por una cámara de zoom óptico, para leer los datos de los medidores y sondas analógicas y de las válvulas de comprobación. Esto va acompañado de una cámara térmica, para comprobar la maquinaria y otros equipos en busca de exceso de calor o anomalías térmicas no deseadas. Para la detección de fugas de gas, el ANYmal C está equipado con sensores de gas, mientras que un micrófono ultrasónico para la inspección acústica ayuda a identificar las anomalías de la maquinaria en una etapa temprana.  

Para ejecutar las tres tareas en paralelo con la mayor fiabilidad y a pleno rendimiento, ANYbotics utiliza un diseño modular basado en dos procesadores Intel i7 de seis núcleos y uno de dos núcleos con virtualización para separar aún más las diferentes subtareas en núcleos únicos. Estos procesadores proporcionan la potencia de cálculo para el control de movimiento avanzado, la cartografía en tiempo real y la navegación autónoma, y las sofisticadas aplicaciones de cliente a bordo. Este diseño flexible permite equilibrar el precio y el rendimiento de cada tarea, y sirve de base para cualquier futura mejora del rendimiento. Todas las características están incluidas en un diseño IP67 fácil de usar, robusto y completamente a prueba de agua y polvo. Este diseño innovador también habilita al ANIMAL C para muchas otras tareas, incluyendo búsqueda y rescate (SAR, Search And Rescue), controles de seguridad, rescate después de terremotos, o simplemente entrega de paquetes. 

Para el diseño de la potencia de cálculo, ANYbotics ha utilizado los módulos COM Express (COM, Computeron-Modules) de congatec. Los módulos COM gozan de gran popularidad para tales diseños de sistemas embebidos debido a que proporcionan plataformas listas para usar, fáciles de integrar y estandarizadas que incluyen todos los controladores y firmware necesarios. Estos módulos combinan todos los bloques de construcción clave como la CPU, la RAM, los interfaces de alta velocidad y a menudo también la unidad gráfica en un paquete único y validado. Otra ventaja es el hecho de que los módulos COM del mismo factor de forma y estándar son escalables, tanto entre las generaciones de procesadores como entre los fabricantes. Esto da a los fabricantes de equipos originales una flexibilidad total a la hora de escalar y actualizar sus soluciones con la última tecnología de procesador, incluso después de varios años. El cliente puede concentrar todo su tiempo y recursos en el diseño de la placa base y asegurarse de que todas las funciones e interfaces se ajustan exactamente a la aplicación sin tener que ocuparse del complejo diseño del procesador.  

Aunque los módulos estandarizados de COM Express son fácilmente intercambiables, los servicios y la calidad proporcionados por los proveedores de módulos pueden diferir significativamente. Los OEM deben buscar el coste total de propiedad (TCO, Total Cost of Ownership) óptimo. Además del precio del módulo en sí, hay muchos otros aspectos que juegan un papel en esto. En primer lugar, debe comprobarse la calidad del diseño para asegurar que el módulo ofrece una alta resistencia térmica, mecánica y eléctrica. Los proveedores de módulos embebidos fiables pueden proporcionar una amplia documentación de prueba para demostrar un diseño compatible.

En segundo lugar, los módulos deben venir con un paquete completo de soporte de la placa para todo el software requerido cercano al hardware para simplificar la integración del sistema operativo y el software. La disponibilidad a largo plazo de los módulos individuales es otro factor clave para reducir el TCO a largo plazo. Por último, pero no por ello menos importante, el servicio de diseño ofrecido por el vendedor de módulos embebidos es un factor importante. Aunque los módulos COM son componentes listos para su aplicación y todas las características anteriores forman parte de la oferta, el diseño y el desarrollo requieren una estrecha cooperación entre el vendedor y el OEM.

Aquí es donde entran en juego los distribuidores especializados y los socios tecnológicos, que proporcionan un servicio de diseño integral e individual y un apoyo técnico para ayudar a los fabricantes de equipos originales a llevar su solución al mercado lo más rápidamente posible. La compañía suiza Fabrimex Systems es un socio de ventas autorizado de congatec, ambos con 7 años de exitosa cooperación. Fabrimex Systems ofrece todos los productos de congatec añadiendo su experiencia técnica y proporcionando componentes adicionales, servicios de ingeniería y productos personalizados a nivel de sistema.

Y en este sentido, ANYbotics dio a Fabrimex Systems y a congatec una puntuación máxima ya que “la cooperación fue excelente, fiable y muy divertida”. El cliente apreció el soporte local y el servicio proporcionado por Fabrimex Systems y el portafolio de productos de congatec incluyendo herramientas de software completas, documentación técnica y un amplio catalogo que ofrecen un ciclo de vida del producto de 10-15 años con una trayectoria de actualización consistente para módulos COM y ordenadores monoplaca para futuros diseños y actualizaciones compatibles.  

Imagen 2: Además de su extensa gama de sensores con cámaras estereoscópicas para un campo de visión de 360 grados, el LIDAR para el mapeo del entorno puede llevar una carga útil de 10 kg de sensores adicionales para su inspección. 

Imagen 3: ANYbotics utiliza tres módulos de COM de congatec en cada robot con dos tipos de procesador diferentes: Intel® Core™ i7 hexa core y procesadores ULT de doble núcleo de baja potencia. La carga de trabajo se consolida usando núcleos de procesador dedicados para mapeo, planificación de trayectorias y control de movimiento en tiempo real. Además, un tercer segmento está reservado para aplicaciones de clientes individuales. 

Imagen 4: En comparación con los diseños totalmente personalizados, los módulos COM ofrecen muchas ventajas para los robots móviles autónomos que requieren componentes informáticos embebidos compactos y robustos. 

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