Operaciones de flotas de robots Modelo en vivo

Diriges la planta de un almacén donde unos 24 robots móviles autónomos (AMR) llevan cajas desde los pasillos de almacenaje hasta cuatro celdas de empaquetado con cobot. Cada pedido es un trayecto de 240 m —200 m por pasillos solo para robots y 40 m por la zona compartida donde trabajan personas— más una preparación en una celda. El modelo calcula minuto a minuto colas, congestión, bloqueos mutuos, distancias de parada, energía de las baterías y potencia de los cargadores, y el efecto de las versiones de software en las paradas, a partir de normas publicadas y fórmulas de manual. Es un modelo de principios de funcionamiento: no ejecuta software de robots y las cifras son genéricas, no las de ningún producto. Es solo una simulación educativa: las instalaciones reales siguen su propia evaluación de riesgos.

Qué aprenderás

Simulador

Tiempo 0 min
Robots en servicio 24 · Cajas empaquetadas 360/h · Plazo de entrega del pedido 0,0 min · Robots disponibles 100% · Zona A (solo robots) 1,5 m/s · Zona compartida 1,0 m/s (Δ 0,27 m) · Libre (evitación local), Robots atrapados en bloqueos mutuos 0 · Celdas de cobot 0%, Persona en una celda de cobot 0 · Cargadores 0/6 (Cargador fuera de servicio 0), Robots esperando un cargador 0 · Carga media de batería 67% · v1 24, v2.0 0, v2.1 0 · Paradas por hora-robot, versión más reciente 0,0/h, Paradas por hora-robot, resto de la flota 0,0/h⁨24⁩ · ⁨360/h⁩ · ⁨Robots⁩························⁨✓ 1,5 m/s⁩⁨Zona A (solo robots)⁩⁨sin personas⁩⁨⚠ 1,0 m/s⁩ · ⁨Δ 0,27 m⁩⁨Zona compartida⁩⁨⛔ 0⁩ · ⁨Libre (evitación local)⁩⁨0%⁩ · ⁨Celdas de cobot⁩⚙⚙⚙⚙⁨⚡ 0/6⁩ · ⁨⌛ 0⁩ · ⁨Cargadores⁩······⁨Software: v1 · v2.0 · v2.1⁩⁨v1 24⁩ · ⁨v2.0 0⁩ · ⁨v2.1 0⁩⁨0,0/h más reciente⁩ · ⁨0,0/h resto⁩
  • En marcha con una tarea
  • En una celda de cobot
  • Esperando una celda
  • Inactivo
  • Cargando
  • Esperando un cargador
  • Actualizando software
  • Detenido (enlace o localización)
  • Atrapado en un bloqueo mutuo
  • Sin batería, remolcado
  • Zona sin personas
  • Personas en la zona, velocidad dentro del campo
  • Demasiado rápido para el campo donde hay personas
  • Persona en una celda de cobot
  • Cargador fuera de servicio

Controles

Los robots de reserva se activan desde el depósito; los robots aparcados no consumen energía. Cada robot en servicio cuesta una hora-robot por hora.

La zona A está cerrada a las personas, así que los robots pueden ir rápido. Si entran personas, la velocidad debe volver a ajustarse al campo de detección de personas.

Aquí siempre trabajan personas. La distancia de parada a esta velocidad debe caber dentro del campo de detección de personas de 1,3 m.

Libre: los robots solo se esquivan localmente; es rápido, pero dos o más pueden bloquearse entre sí para siempre. Reserva de zonas: un robot entra en un cruce solo cuando las zonas que tiene delante están reservadas para él; no hay bloqueos mutuos, solo una breve espera en cada cruce.

Libera ahora todos los robots en bloqueo mutuo. Cuesta 2 minutos de operario por robot liberado; no impide que se formen nuevos bloqueos.

Un robot que termina una tarea con esta carga o menos se une a la cola del cargador. Un valor más bajo aprovecha más la batería, pero un robot que espera demasiado puede quedarse sin batería.

Los cargadores dan plena potencia hasta aproximadamente el 70 %; por encima, la corriente disminuye. Parar antes libera el cargador antes.

Los robots sin tarea van a cualquier cargador libre en lugar de esperar parados, y vuelven al trabajo en cuanto hay pedidos esperando y tienen un 20 % por encima del nivel de envío a carga.

Velocidad de la herramienta mientras no hay nadie dentro de la celda. Una caja de 10 artículos tarda 25 s a 1 m/s.

Limitación de potencia y fuerza: una mano atrapada contra una caja no debe sentir más de 140 N (el límite cuasiestático, usado de forma conservadora), lo que aquí permite como máximo 0,67 m/s.

Mover el control despliega la versión publicada más reciente en esa parte de la flota (los primeros robots por orden); el resto usa v1. Una versión publicada más tarde solo se instala cuando vuelves a mover el control. Cada robot que cambia de versión queda fuera de servicio durante 4 minutos.

Indicadores

Cajas empaquetadas
360/h
normal
Plazo de entrega del pedido
0,0min
normal
Robots disponibles
100%
normal
Margen de parada donde hay personas
0,27m
normal
Pedidos en espera0
Margen de velocidad del cobot (límite de potencia y fuerza)0,17 m/s
Carga media de batería67 %
Carga de batería más baja42 %
Robots esperando un cargador0
Robots cargando0
Robots sin batería (remolcados)0
Robots atrapados en bloqueos mutuos0
Bloqueos mutuos formados0
Paradas de navegación (enlace o localización)0
Paradas por hora-robot, versión más reciente0,0 /h
Paradas por hora-robot, resto de la flota0,0 /h
Flota con la versión más reciente0 %
Flota con v2.00 %
Robots actualizándose0
Velocidad ajustada en la zona A1,5 m/s
Tiempo de operario dedicado a robots0 min
Horas-robot usadas0 h
Robots en servicio24
Robots en marcha0
Velocidad real en la zona A1,50 m/s
Espera por cruce0,0 s
Consumo de la flota0,00 kW
Potencia entregada por los cargadores0,00 kW
Celdas de cobot ocupadas0 %

Tendencia

Cajas empaquetadas: — /h6000

Escenarios de crisis

Nivel 1 · La mitad de los cargadores fallan antes del pico de pedidos

Turno de mañana, 24 robots en servicio, unos 3,7 pedidos por minuto. Tras una noche intensa, la flota empieza el turno con un 60 % de carga de media. En el minuto 15 una avería eléctrica deja fuera de servicio cuatro de los seis cargadores durante el resto del turno. En el minuto 90 empieza el pico de pedidos (+25 % durante dos horas). Mantén el flujo de pedidos, llega al pico con la flota cargada, no dejes que ningún robot se quede sin batería y no superes el presupuesto de robots del turno.

  • Plazo de entrega medio durante y después del pico ≤ 3,5 min
  • Flota con al menos un 49 % de carga media al empezar el pico
  • Ningún robot se queda sin batería
  • Como máximo 97 horas-robot en el turno
  • Distancia de parada siempre dentro del campo donde hay personas
  • El cobot nunca supera el límite de potencia y fuerza con una persona dentro

Nivel 2 · Se cierra un pasillo, los robots se atascan y una cuadrilla entra en la zona A

Unos 4,2 pedidos por minuto, 24 robots, control de tráfico en conducción libre. En el minuto 10 se cierra un pasillo para reorganizar estanterías: menos cruces, más encuentros de frente y ningún desvío. En el minuto 60 una cuadrilla de mantenimiento entra durante 40 minutos en la zona A, solo para robots. Mantén los pedidos en movimiento con poco tiempo de operario, mantén cada distancia de parada dentro del campo de seguridad donde hay personas y vuelve a poner la zona A a plena velocidad en cuanto quede despejada.

  • Plazo de entrega medio ≤ 6 min
  • Zona A de nuevo a ≥ 1,4 m/s de media cuando la cuadrilla se ha ido
  • Como máximo se forma 1 bloqueo mutuo
  • Como máximo 20 minutos de operario en robots
  • Distancia de parada siempre dentro del campo donde hay personas
  • El cobot nunca supera el límite de potencia y fuerza con una persona dentro

Nivel 3 · Despliegue canary de un nuevo software de navegación

Anoche se reorganizaron las estanterías de los pasillos y los robots con el software actual (v1) pierden allí su posición más a menudo; cada pérdida necesita un operario. La versión v2.0 lo corrige y ya funciona en el 10 % de la flota como canary. Da al canary tiempo suficiente para valorarlo, compáralo con el resto de la flota, decide si ampliarlo o revertirlo y lleva la flota a una versión buena, por etapas, sin dejar fuera de servicio demasiados robots a la vez.

  • Canary en marcha durante los primeros 12 minutos (≥ 5 % de la flota con v2.0)
  • Fuera de la v2.0 defectuosa del minuto 30 al 49 (≤ 1 % de la flota con ella de media)
  • Hotfix en como máximo el 20 % de la flota en sus primeros 10 minutos
  • Hotfix desplegado con rapidez: de media ≥ 55 % de la flota con él tras su publicación
  • Al menos el 90 % de la flota con la versión más reciente al final
  • Al menos el 60 % de los robots disponibles en todo momento
  • Distancia de parada siempre dentro del campo donde hay personas
  • El cobot nunca supera el límite de potencia y fuerza con una persona dentro

Base: el modelo detrás de las cifras

Todas las relaciones que usa el simulador, con su fuente. Las constantes marcadas como supuestos son calibraciones ilustrativas.

Ley de Little: todos los pedidos aún sin empaquetar —en espera o ya en un robot— divididos por el ritmo al que realmente se empaquetan las cajas dan el plazo de entrega.
lead time W = L / X, L = orders waiting + orders on a robot, X = totes packed per minute (smoothed, τ = 10 min)[5]
La velocidad baja cuantos más robots comparten los pasillos (relación lineal velocidad–densidad de Greenshields).
v_eff = v · max(0.1, 1 − n_moving / N_jam), N_jam = 120 robots (80 with an aisle closed)[7][9]Valores ilustrativos, no los de una instalación o un producto reales. Las instalaciones reales fijan campos, velocidades y límites a partir de su propia evaluación de riesgos y de los datos del fabricante.
Sin reserva, dos robots pueden esperar cada uno el espacio que ocupa el otro: una espera circular. Los encuentros crecen con el cuadrado de los robots en circulación.
free traffic: P(new deadlock in a minute) = 1 − e^(−κ·n_moving²/n_I), κ = 0.00001 (× 300 with an aisle closed, n_I = 6 → 4); a robot behind joins with p = 0.5 (≤ 8); the fleet manager re-plans with p = 0.2/min (0.03/min with no detour)[8][10]Valores ilustrativos, no los de una instalación o un producto reales. Las instalaciones reales fijan campos, velocidades y límites a partir de su propia evaluación de riesgos y de los datos del fabricante.
Reserva de zonas: un robot solo entra cuando las zonas que tiene delante están reservadas para él (todas a la vez, en un orden fijo), lo que elimina la espera circular; así, cada cruce se comporta como una cola de un solo servidor con un tiempo de paso fijo.
zone reservation: a robot enters only when the zones ahead are granted to it → no circular wait; each crossing W = ρτ / (2(1 − ρ)), ρ = λ_I·τ, τ = 2 s, 6 crossings per task[8][6][9]Valores ilustrativos, no los de una instalación o un producto reales. Las instalaciones reales fijan campos, velocidades y límites a partir de su propia evaluación de riesgos y de los datos del fabricante.
Donde puede haber personas, la distancia de parada —recorrido durante la reacción más frenado— debe caber dentro del campo de detección de personas.
d_stop = v·t_r + v²/(2a) + C ≤ F (t_r = 0.3 s, a = 0.8 m/s², C = 0.1 m, F = 1.3 m ⇒ v ≤ 1.17 m/s where people can be)[1][2]Valores ilustrativos, no los de una instalación o un producto reales. Las instalaciones reales fijan campos, velocidades y límites a partir de su propia evaluación de riesgos y de los datos del fabricante.
Limitación de potencia y fuerza: la velocidad más alta a la que un contacto con una mano queda por debajo de la fuerza permitida, a partir de la masa reducida de mano y robot y de la rigidez de la mano. Se usa el límite cuasiestático incluso para contactos breves, lo cual es conservador.
v ≤ F / √(μ·k), μ = (1/m_H + 1/m_R)⁻¹, m_R = M/2 + m_L; hand: F = 140 N (quasi-static limit, used conservatively), k = 75 N/mm, m_H = 0.6 kg; M = 24 kg, m_L = 3 kg ⇒ v ≤ 0.67 m/s[3][4]Valores ilustrativos, no los de una instalación o un producto reales. Las instalaciones reales fijan campos, velocidades y límites a partir de su propia evaluación de riesgos y de los datos del fabricante.
Una caja de artículos tarda el tiempo de agarre más dos alcances por artículo; con una persona dentro, el cobot trabaja a la velocidad colaborativa. Los robots se atienden en el orden en que llegan a las celdas, segundo a segundo dentro de cada minuto.
tote time = 10 items × (1.5 s + 2 × 0.5 m / v_cobot); v_cobot = collaborative speed while a person is in the cell; 4 cells, served in order of arrival within the minute[3]Valores ilustrativos, no los de una instalación o un producto reales. Las instalaciones reales fijan campos, velocidades y límites a partir de su propia evaluación de riesgos y de los datos del fabricante.
Potencia de conducción: una carga electrónica fija, la resistencia a la rodadura y la energía de frenado perdida en cada arranque y parada.
P = 60 W + C_rr·m·g·v/η + 0.03/m · v · ½mv²·(1 − r)/η (C_rr = 0.012, m = 500 kg, η = 0.75, r = 0.5)[12]Valores ilustrativos, no los de una instalación o un producto reales. Las instalaciones reales fijan campos, velocidades y límites a partir de su propia evaluación de riesgos y de los datos del fabricante.
Los cargadores dan plena potencia hasta aproximadamente el 70 % de carga; después la corriente disminuye (corriente constante y luego tensión constante).
P_charge = 0.8 kW up to 70 % SoC, then × (1 − 0.9·(SoC − 70)/30); battery 0.8 kWh; stranded at 1 %[11][10]Valores ilustrativos, no los de una instalación o un producto reales. Las instalaciones reales fijan campos, velocidades y límites a partir de su propia evaluación de riesgos y de los datos del fabricante.
Un robot se detiene cuando el enlace con el gestor de flota está en silencio más tiempo que su watchdog; un watchdog más corto detecta muchos más cortes breves de wifi.
P(link silent > W in a robot-minute) = 0.224·e^(−W/0.1 s); watchdog W: v1 0.5 s, v2.0 0.15 s, v2.1 0.5 s; stop 2 min[13]Valores ilustrativos, no los de una instalación o un producto reales. Las instalaciones reales fijan campos, velocidades y límites a partir de su propia evaluación de riesgos y de los datos del fabricante.
Comparación canary: paradas por hora-robot de los robots con la versión más reciente frente al resto de la flota.
stops per robot-hour, canary vs control: 60·stops / robots (smoothed τ = 10 min); update or rollback = 4 min out of service[13]
Otras constantes de este modelo
task 200 m in zone A + 40 m in the shared area · 6 intersections · 4 cobot cells, a person inside 25 % of minutes · 6 chargers · shift-start charge stratified over mean ± 27.5 % · v1 mislocalises 0.6 % per driving minute in re-racked aisles (others 0.04 %), 6-min stop + 3 operator-min · clearing a deadlock 2 operator-min per robot · tow 15 operator-minValores ilustrativos, no los de una instalación o un producto reales. Las instalaciones reales fijan campos, velocidades y límites a partir de su propia evaluación de riesgos y de los datos del fabricante.

Aleatoriedad: un generador mulberry32 con semilla; distribuciones usadas: uniforme, exponencial (CDF inversa), normal (Box–Muller), Poisson (Knuth). La semilla se muestra y se puede compartir.

Fuentes

  1. ISO 3691-4:2023 Industrial trucks — Safety requirements and verification — Part 4: Driverless industrial trucks and their systems (personnel detection, zones, speed) — ISO/TC 110/SC 2, 2023
  2. ISO 13855:2024 Safety of machinery — Positioning of safeguards with respect to the approach of the human body (minimum distance S = K·T + C; replaces the 2010 edition) — ISO/TC 199, 2024
  3. ISO/TS 15066:2016 Robots and robotic devices — Collaborative robots (Annex A: body-region limits; transient contact speed v = F/√(μk), μ = (1/m_H + 1/m_R)⁻¹, m_R = M/2 + m_L) — ISO/TC 299, 2016
  4. ISO 10218-2:2025 Robotics — Safety requirements — Part 2: Industrial robot applications and robot cells (collaborative applications; takes over the ISO/TS 15066 body-region data) — ISO/TC 299, 2025
  5. J. D. C. Little — A Proof for the Queuing Formula: L = λW — Operations Research 9(3):383–387, 1961
  6. M. Harchol-Balter — Performance Modeling and Design of Computer Systems (M/G/1 Pollaczek–Khinchine mean wait; M/D/1) — Cambridge University Press, 2013
  7. B. D. Greenshields — A Study of Traffic Capacity (linear speed–density relation) — Highway Research Board Proceedings 14:448–477, 1935
  8. E. G. Coffman, M. Elphick, A. Shoshani — System Deadlocks (the four necessary conditions; prevention by ordered resource allocation) — ACM Computing Surveys 3(2):67–78, 1971
  9. I. F. A. Vis — Survey of research in the design and control of automated guided vehicle systems (fleet sizing, zone control, deadlocks, battery management) — European Journal of Operational Research 170(3):677–709, 2006
  10. M. De Ryck, M. Versteyhe, F. Debrouwere — Automated guided vehicle systems, state-of-the-art control algorithms and techniques (traffic, deadlock avoidance, battery charging strategies) — Journal of Manufacturing Systems 54:152–173, 2020
  11. BU-409: Charging Lithium-ion (constant current to about 70 % state of charge, then constant voltage while the current tapers) — Battery University
  12. T. D. Gillespie — Fundamentals of Vehicle Dynamics (rolling resistance F = C_rr·m·g; kinetic energy lost in braking) — SAE International, 1992
  13. The Site Reliability Workbook — Ch. 16 Canarying Releases (canary vs control, multi-stage rollout, rollback) — Beyer, Murphy, Rensin, Kawahara, Thorne (eds.), O'Reilly, 2018

Quién se dedica a esto

Modelo educativo: no sirve para decisiones operativas. Las instalaciones reales calibran cada constante con sus propios equipos y datos.