Los módulos de potencia de alta densidad son la clave para impulsar una nueva generación de robots móviles

Las innovaciones introducidas en la tecnología de conversión de potencia están transformando el diseño de la robótica. Los actuales módulos de potencia integrados cubren los exigentes requisitos de tamaño, peso, consumo y coste necesarios para llevar los robots desde las aplicaciones industriales, residenciales y comerciales hasta un nuevo y enorme campo cuyos límites solo están en nuestra imaginación.

La sociedad está llegando a un punto de inflexión en el que los robots aportan enormes ventajas a nuestras vidas. Algunos robots toman pedidos en restaurantes, otros se encargan de la seguridad y otros trabajan en obras de construcción para aumentar la precisión en el trazado de los planos. Los robots están por todas partes y esta proliferación se debe a empresas como OLogic.

OLogic, Inc., una consultora de electrónica con sede en Santa Clara (California, EE.UU.), tiene más de 15 años de experiencia ayudando a sus clientes a comercializar sus diseños robóticos en pequeñas y grandes cantidades, proporcionándoles para ello soporte de ingeniería eléctrica, mecánica e industrial, así como de software y firmware. Esto exige conocimientos avanzados sobre la integración de la electrónica de potencia, un elemento primordial del diseño que determina la autonomía, funcionalidad y capacidad de carga de los robots móviles.

“Creo que la principal razón por la cual contactan con nosotros es que necesitan ayuda con el diseño de la electrónica en el robot que van a construir y nosotros conocemos esa necesidad mejor que nadie porque hemos construido decenas y decenas de robots”, declaró Ted Larson, CEO de OLogic. “Pueden contratar a un ingeniero que haya trabajado en una empresa de robótica o pueden contratar a alguien que nos gestione y todo su proyecto será un éxito”.

OLogic ha diseñado muchos robots en diversos sectores, como agricultura, viviendas inteligentes y control de almacenes, por citar solo algunos. OLogic inició su base de clientes en el ámbito de la robótica cuando era una empresa incipiente, considerada por muchos la progenitora de la robótica móvil en Silicon Valley. Willow Garage destacó por su capacidad para unir software comercial y de código abierto de universidades y otras entidades para ayudar a los robots a realizar tareas difíciles.

Cuando la empresa fue disuelta en 2014 creó una diáspora de expertos en software robótico que posteriormente fundaron casi todas las nuevas empresas importantes de robótica en el Área de la Bahía. Esto generó nuevas oportunidades de negocio para OLogic con empresas como Savioke, Knightscope, Fetch y Dusty Robotics.

“Las grandes estrellas de la industria robótica son las que desarrollan software de alto nivel destinado a cosas como el aprendizaje automático o la navegación de tareas algorítmicas del robot”, señaló Larson. “La electrónica de alguna manera viene después. Lo que ocurre es que esas personas creen que pueden salir adelante comprando todo en el mercado y luego interconectándolo. Pero pronto las cosas se complican”.

La alimentación sale a la luz
Los robots móviles tienen unas necesidades de alimentación únicas. Los sensores, servomotores, actuadores, servidores de datos, sistemas de comunicaciones y otros dispositivos que accionan el robot presentan diferentes requisitos de alimentación y densidad de potencia. Algunos consumen mucho y otros funcionan de manera infrecuente. Esto exige una alimentación rápida, limpia y económica desde una batería.

Vicor Corporation ha presentado a OLogic una técnica modular para desarrollar redes de alimentación destinadas a robots. Los módulos de potencia de alta densidad de Vicor han permitido una conversión de potencia de alta eficiencia y fácilmente escalable.

“Los dispositivos que más hemos utilizado últimamente son los reguladores reductores ZVS de Vicor”, declaró Larson. “Ahora los utilizamos en robots para todo tipo de aplicaciones. Ya no tengo que pensar: ‘Necesito 5 o 10 A a 12 V, así que voy a construir mi propia fuente de alimentación’. Ni siquiera pienso más de esa forma”.

Ahorro de tiempo y dinero automatizando el trazado del edificio
Un cliente que trabaja estrechamente con OLogic para optimizar su consumo es Dusty Robotics (Dusty). Esta empresa de Mountain View (California, EE.UU.) desarrolla herramientas basadas en robots y destinadas a la construcción moderna.

Durante siglos, el sector de la construcción ha utilizado dos herramientas sencillas para trazar los planos en el suelo del edificio: una cinta métrica y una línea de tiza. Incluso en la actualidad, cuando los arquitectos diseñan edificios mediante sofisticados modelos 3D CAD, el trazado se sigue imprimiendo en papel, se traslada a la obra y se transfiere manualmente al suelo. El proceso con la cinta métrica y la tiza es lento y está sujeto a errores humanos que afectan a los plazos y los presupuestos. Los errores hacen que haya que repetir el trabajo y suele representar el 10% del coste de un proyecto de construcción, según Dusty.

“Cuando los planos se trazan a mano se cometen muchos errores, muchos más de lo que es consciente el sector de la construcción”, señaló Philipp Herget, cofundador y CTO de Dusty Robotics. “Hemos escuchado casos en los que los errores de trazado han llevado a empresas de construcción a la quiebra. Nosotros evitamos que se produzcan esos errores porque todo está marcado correctamente: no a mano, sino por un robot”.

El FieldPrinter de Dusty es cinco veces más rápido y no comete errores
Dusty elimina el laborioso proceso convencional de transferir físicamente los planos del edificio al suelo con un robot programado en el lugar de trabajo para automatizar esta tarea. El robot FieldPrinter de Dusty carga una versión digital del plano e imprime el trazado sobre el terreno, incluidos elementos como paredes, puertas, tuberías y líneas eléctricas. Y lo hace a velocidades aproximadamente cinco veces más altas que una persona con una exactitud del orden de 1,5 mm.

Esta innovación ayuda al sector de la construcción a funcionar más como un fabricante digitalizado ya que incrementa su consistencia, previsibilidad y fiabilidad además de mejorar las condiciones laborales del personal cualificado que concentra los trabajos de construcción. Dusty también contribuye a mejorar la eficiencia al unir los paneles prefabricados del constructor, una opción cada vez más habitual. A diferencia de las paredes construidas a mano, por ejemplo, que se pueden ajustar sobre la marcha, los materiales de construcción prefabricados están diseñados para unirse de una sola manera y ello puede multiplicar los errores si no se instalan correctamente.

Dusty FieldPrinter ayuda al sector de la construcción a funcionar más como un fabricante digitalizado ya que incrementa su consistencia, previsibilidad y fiabilidad además de mejorar las condiciones laborales del personal cualificado que concentra los trabajos de construcción.

“Si se puede reducir el tiempo dedicado, puede aumentar la velocidad a la que se construye el edificio”, declaró Herget. “Y cuanto antes se finaliza el edificio, antes se empieza a facturar. El tiempo es dinero. La velocidad tiene un enorme valor en el sector de la construcción”.

Alimentación del robot FieldPrinter de Dusty
El FieldPrinter de Dusty es un robot móvil alimentado por una batería que funciona durante largos períodos de tiempo y bajo diversas condiciones meteorológicas. Incorpora numerosos dispositivos electrónicos, como sensores, motores de control y componentes motorizados, procesadores de alto rendimiento y una impresora, todo ello con diferentes requisitos de tensión y corriente para su funcionamiento. De ahí que una gran parte del diseño de la electrónica de Dusty se destinada a la conversión de potencia con el fin de alimentar los numerosos componentes dentro de un entorno en el que la batería tiene una tensión de salida que cambia constantemente.

Por eso Dusty colaboró con OLogic para desarrollar la parte principal de la electrónica. OLogic utilizó en primer lugar soluciones discretas de potencia. Sin embargo, con el paso del tiempo descubrió que le resultaba imposible diseñar algo con la eficiencia operativa y térmica, así como el amplio rango de funcionamiento, del módulo de potencia de Vicor. Además, los módulos de Vicor como el regulador reductor ZVS son extremadamente rentables para la potencia que suministran.

“Los reguladores reductores ZVS de Vicor suministran entre 200 y 300 W de potencia en un encapsulado minúsculo y su eficiencia es del 97%”, destacó Larson. “No se podría diseñar algo así desde cero y conseguir que funcione bien por el mismo dinero. No hay razón para no utilizar los productos de Vicor como resultado de ello. Es más fácil que diseñarlo de forma discreta. Es más rápido, no hay que validarlo y el riesgo es menor”.

Los robots de Dusty son complejos y requieren carriles de 12V, 5V y 3V que funcionan con unos niveles de potencia significativos. Gestionar la conversión de potencia mediante una combinación de módulos de Vicor ayuda a acelerar el proceso de diseño ya que garantiza un funcionamiento fiable en diferentes rangos operativos y de temperatura, tanto en interior como en exterior.

Gracias a la larga autonomía de la batería y a su tecnología de conversión de potencia de última generación, la innovación robótica de Dusty está ayudando a digitalizar el sector de la construcción creando una sola fuente de confianza en el lugar de trabajo a partir del modelo digital. En vez de que el arquitecto, el contratista y cada proveedor trabaje en sus propios planos, todos se basan en un único diseño impreso sobre el suelo. La capacidad de proporcionar un trazado digital mejora la coordinación entre todas las partes, permitiendo así mejorar la planificación y la ejecución, además de finalizar antes el trabajo.

“La automatización de la construcción aumenta el rendimiento de las personas”, señaló Herget. “Antes utilizaban destornilladores y ahora utilizan herramientas eléctricas. Simplemente les facilita mucho su trabajo. Nuestras herramientas robotizadas permiten que al sector de la construcción mejorar sus resultados y el entorno laboral del personal cualificado”.

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