Máquinas autónomas en entornos colaborativos

Esta semana, el grupo de robótica de ITAINNOVA ha estado presente en la Feria GR-EX,  mostrando las capacidades del Instituto en el desarrollo de soluciones robóticas. En este evento virtual de la robótica, el de mayor repercusión internacional en el sector,  ITAINNOVA presentó las 4 grandes áreas de trabajo del grupo:

• Sistemas de percepción, que permiten la recogida de información mediante el empleo de sensores y algoritmos de fusión sensorial
• Sistemas cognitivos, que permiten la transformación de la información en conocimiento dotando a los robots de mayores capacidades de decisión
• Sistemas de planificación desarrollados para la ejecución de tareas y trayectorias en entornos multirobots.
• Sistemas mecatrónicos, para el desarrollo de actuadores y algoritmos de control avanzados basados en modelo.

Nuestra participación en esta Feria contó con la ponencia «Máquinas autónomas en entornos colaborativos», en la que se explicó la visión del Instituto Tecnológico de Aragón en el desarrollo de sistemas colaborativos en entornos de la construcción. La Construcción 4.0 es un concepto surgido al rebufo de la Industria 4.0, siendo una oportunidad de transformación del sector. Una de las claves es ver las obras como fábricas dónde incorporar tecnologías que ya son motivo de mejoras sustanciales en otros sectores. La robótica (máquinas autónomas) es una de las tecnologías que pueden mejorar la productividad y seguridad en procesos constructivos.

El objetivo de la charla  ha sido presentar cómo en el entorno de la construcción existen diferentes agentes que trabajan de forma coordinada/colaborativa, su interrelación y como ITAINNOVA, desde la automatización/robotización, gestiona su trabajo empleando sistemas de coordinación multimáquina, que comparten información del entorno (conciencia situacional compartida).

Como ejemplo y caso de uso concreto se mostró el proyecto AUTOPAVE (El proyecto AUTOPAVE (Nº Ref.: RTC-2017-6219-4) ha recibido financiación en el marco de la convocatoria Retos-Colaboración 2017,dentro del Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación) cuyo objetivo general es “la automatización del proceso de compactación de pavimentos mediante la robotización y la interoperabilidad del tren de compactación con maquinaria convencional, para la mejora de la eficiencia, seguridad y sostenibilidad en la construcción de carreteras».

¿Qué es un tren de compactación? Se trata del conjunto de máquinas que de forma coordinada (normalmente de controladas de forma manual) realizan el trabajo de asfaltado y compactación en una obra. Normalmente, el tren de compactación está compuesto por tres equipos básicos:

• Un primer sistema de compactación incorporado por la regla de la extendedora.
• Compactadores de llanta metálica.
• Compactadores neumáticos.

Durante el proceso de compactación hay una serie de parámetros relacionados con los compactadores que deben ajustarse para las condiciones del extendido y que hay que mantener bajo control, por su repercusión en la densidad final a alcanzar por la mezcla, y que son: velocidad del compactador, número de pasadas, área de compactación y el esquema de compactación, con su secuencia y número de compactadores.

Es un entorno complicado, donde trabajan en un mismo espacio varias máquinas y operarios. No es fácil en esas condiciones mantener constantes los parámetros de trabajo que garanticen una buena calidad del firme.

Con el desarrollo del proyecto se pretende mejorar la eficiencia del proceso de compactación a través del aseguramiento de la secuencia de trabajo, el incremento de la seguridad de los trabajadores (reduciendo trabajos monótonos y repetitivos que puedan incurrir en la accidentalidad en obra) y la mejora de la sostenibilidad del proceso mediante la optimización del mismo. Para ello, se desarrollarán una serie de equipos que permitirán transformar las máquinas compactadoras convencionales en máquinas autónomas.

• Diseño, desarrollo, fabricación y validación de un kit de determinación y comunicación del estado de los vehículos convencionales involucrados en el proceso de compactación y que incluye el diseño de la infraestructura de comunicaciones y un software para la secuenciación de tareas, coordinación y control del proceso.
• Sistema de actuación y control automatizado de vehículos con capacidad para actuar sobre el sistema de dirección original del compactador, de controlar y reducir la velocidad del compactador hasta detenerlo completamente.
• Sistema de percepción y localización con capacidad de detección de obstáculos en entornos dinámicos no estructurados, como son las carreteras en construcción. Permite al robot evitar colisiones tanto con personas como con otros elementos fijos y/o estáticos y el posicionamiento global y local que consigue tener al robot localizado con precisión durante la conducción autónoma del vehículo en el entorno de la obra.

Sistema de navegación autónomo donde se diseñará una arquitectura software completa que se encargará de generar los comandos de control que dirijan los compactadores durante todo el proceso automatizado de compactación de pavimentos a través de un subsistema de planificación y seguimiento de trayectorias para proveer al vehículo de un camino libre de obstáculos y optimizando la secuencia y ciclos de las pasadas.