La revolución de la robótica en el comercio minorista

Los minoristas se enfrentan a un tipo diferente de tarifa

La necesidad de energía eficiente requiere comprender dos elementos: la batería y el mecanismo de carga que la sustenta. Cada uno de ellos tiene sus propias consideraciones técnicas y económicas.

Ya sea que alimenten escáneres y pantallas en carretillas o dispositivos robóticos autónomos que deambulan por los pasillos, el estado de la batería es fundamental al evaluar los costos periódicos, como los viajes de mantenimiento de camiones y el reemplazo de piezas.

Dependiendo de la aplicación, los robots minoristas suelen utilizar tecnología centenaria de baterías de plomo-ácido o tecnología moderna de iones de litio. Es importante gestionar la salud de la batería. Ambos tipos de química de baterías tienen problemas similares, explicó Pathak.

«Cada batería está diseñada para funcionar en una ventana de voltaje específica», dijo Pathak. «Si la batería se utiliza de forma segura dentro de este período, alcanzará los tres o cuatro años de vida útil previstos por el fabricante en virtud de la garantía».

La tentación podría ser cargar más rápido con un voltaje más alto para extender el tiempo de funcionamiento de un carrito o una fregadora de pisos. Sin embargo, cargar a un voltaje más alto afecta la profundidad de descarga (DoD), que es la energía extraída de la batería en relación con su capacidad total. Los viajes del Departamento de Defensa que son demasiado altos pueden acortar la vida útil de la batería, además de dejarla descargada durante demasiado tiempo. Por el contrario, dejar una batería completamente cargada conectada a un cargador también puede provocar la degradación de los componentes, incluido el electrolito.

La reducción de la duración de la batería no es el único peligro de una carga inadecuada y del Departamento de Defensa: también puede provocar problemas operativos inmediatos. Muchas baterías de litio tienen sistemas de gestión de baterías que apagan todo por razones de seguridad si el voltaje en la celda cae por debajo de un umbral. Esto elimina el riesgo de incendio de la batería, pero corta completamente la energía al robot, lo que provoca interrupciones en el servicio.

Estas medidas de seguridad son fáciles de entender. Los problemas de salud de la batería pueden ser catastróficos para las celdas de iones de litio que caen por debajo de cierto voltaje con demasiada frecuencia o que están constantemente cargadas por completo. El electrolito líquido puede volverse gaseoso y provocar que la batería se hinche. El problema es tan común con los dispositivos de consumo que existe un subreddit completo llamado «spicypillows» dedicado a él.

Las baterías de plomo-ácido también pierden capacidad si su DoD aumenta demasiado. Además, pueden sufrir una eficiencia deficiente debido a la sulfatación, donde el ánodo crea una capa de oxidación que impide el flujo de corriente.

Los desafíos comerciales del mal estado de la batería

Para un consumidor, una batería defectuosa significa simplemente comprar una batería de reemplazo en línea o tal vez devolver su teléfono o computadora portátil al fabricante para su reparación. Para los minoristas, reemplazar algunas de las baterías de alto kilovatios-hora utilizadas en los robots es significativamente más costoso. Por ejemplo, una fregadora de suelos autónoma de gran tamaño puede utilizar cuatro baterías muy grandes y especializadas, con un coste por batería de más de 800 dólares.

Uno de estos desafíos es la densidad de asignación de robots. En mercados más establecidos, como el de almacenamiento, los clientes de robótica suelen instalar una cantidad relativamente grande de robots en unos pocos lugares del país. Los sistemas robóticos automatizados de almacenamiento y recuperación podrían coexistir con dispositivos móviles autónomos que levantan y transportan paquetes en el piso del almacén.

Por el contrario, los minoristas suelen tener muchas ubicaciones repartidas por todo el país, cada una con una cantidad relativamente pequeña de robots. Esto cambia la economía del mantenimiento y las reparaciones.

La mayoría de estas tiendas no cuentan con experiencia in situ para dar servicio a sus robots. En cambio, un técnico tiene que venir y reemplazar la batería, lo que implica costosos viajes en camión y el costo del dispositivo en sí. En algunos casos, los dispositivos no se pueden reparar fácilmente en la tienda. En cambio, las unidades grandes y complejas, como las fregadoras secadoras, deben transportarse en camión a un centro de reparación central que puede estar a cientos o miles de kilómetros de distancia.

Todo esto se puede resumir en una idea clave: para los robots del comercio minorista, el funcionamiento con batería cuenta todos los días.

La dificultad de la carga por contacto

Si cargar demasiado o con poca frecuencia puede tener un impacto negativo en un carrito robot, ¿por qué no simplemente cargarlo con la cantidad correcta? Esto se convierte en un problema en entornos minoristas concurridos donde se utilizan mecanismos de carga basados ​​en contactos.

Uno de cada tres operadores debe conectar un carro robot: ya sea el cliente que lo utilizó, un empleado o, en algunos casos raros, el propio carro con su propia energía. Cada uno de estos escenarios presenta sus propios desafíos que pueden alterar los ritmos de carga.

Los cargadores de contacto son menos indulgentes que los cargadores inalámbricos y dependen de un posicionamiento más preciso, lo que a su vez requiere más atención humana.

Los clientes no tienen el tiempo ni, en muchos casos, el deseo de conectar correctamente un coche a un cargador. Incluso si eso significa simplemente colocarlo en una ranura de carga. Los clientes a menudo dejan sus carritos de compras o los acercan a la estación de carga, pero no se molestan en empujarlos correctamente.

Los empleados en entornos típicamente con salarios más bajos a menudo están demasiado ocupados para correr y agarrar carritos de compras. Las búsquedas en los carritos pueden realizarse a intervalos irregulares, lo que provoca que las baterías se descarguen excesivamente y fallen prematuramente.

Los clientes y empleados que empujan los carros hacia la estación de carga pueden hacerlo al azar porque no los están conectando correctamente a un cargador de contacto. Los golpes y aplastamientos constantes también dañan los contactos de carga. Un carrito de compras inteligente y autónomo u otro robot minorista podría intentar conectarse a una estación de carga basada en contactos, pero el margen de error es muy bajo: sin contacto no hay carga. También existe siempre la posibilidad de que las cajas de cartón desechadas u otros residuos impidan que los coches autónomos se acoplen al cargador.

Los desafíos de la carga por contacto en un entorno minorista pueden fácilmente provocar un mal estado de la batería en robots y carros eléctricos, ya que es poco probable que la carga se realice con regularidad.

Mejor estado de la batería con carga inalámbrica programable

La carga inalámbrica resuelve muchos de los problemas asociados con la carga por contacto en entornos minoristas. Las bases de carga inalámbrica utilizan bobinas para cargar en lugar de pines o placas de contacto. En lugar de enchufarse directamente al cargador, los carros se cargan por el aire.

La solución de WiBotic utiliza carga resonante, donde las bobinas Tx y Rx usan frecuencias idénticas, entregando más potencia en distancias más largas, proporcionando una mayor tolerancia de rango entre el cargador y el robot. Esto permite que los robots minoristas autónomos se acoplen más fácilmente mientras mantienen una carga saludable. También es más fácil para los empleados y clientes acoplar ellos mismos los carritos de compras.

Sin embargo, mejorar la confiabilidad de la carga es solo una parte de la solución. Una vez que el robot o carro esté correctamente acoplado, es igualmente importante que el cargador detecte el estado de la batería y tome medidas para cargarla correctamente. Por ejemplo, en lugar de cargar completamente una batería, el cargador se puede programar para mantener el robot dentro de un intervalo de carga del 20 % al 80 %. Cargar una batería dentro de este rango significa que es necesario acoplarla con un poco más de frecuencia, pero también promete duplicar la duración de la batería del robot, explicó Pathak.

Y agregó: «Si cargas del 0% al 100%, las baterías se usarán durante x ciclos. Cargar con corrientes constantes al 30% de carga hasta que la batería llegue al 80% sólo carga la batería a la mitad (50%) de su carga. capacidad energética. Aunque se necesitarían dos ciclos de carga para cargar completamente la batería, esta media carga es más cuidadosa con los productos químicos.

«Cuando se carga de esta manera, se puede extender la vida útil de las baterías a más del doble», dijo Pathak. “Este enfoque aún no es óptimo, ya que compromete la energía utilizable y el tiempo de ejecución correspondiente por ciclo de carga. Un enfoque más eficiente es cambiar dinámicamente la corriente de carga con el estado de carga, lo que minimiza la degradación de la batería por ciclo y le permite utilizar el 100% de su capacidad en un tiempo de carga determinado. Pero la degradación significativamente reducida de la batería extiende su vida útil a más del doble”.

Los cargadores inalámbricos pueden monitorear más fácilmente el nivel de batería de un robot para tomar decisiones de carga. Los cargadores enchufables suelen tener sus circuitos de carga ubicados en la estación de carga en lugar de en el dispositivo, lo que significa que no pueden detectar el estado de la batería de un robot cuando no está acoplado.

Por el contrario, la naturaleza de un sistema de carga inalámbrico requiere que el circuito de carga esté ubicado en el dispositivo y no en la ranura de carga. Esto permite que los sistemas de administración de energía en el dispositivo monitoreen constantemente el voltaje de la batería de cada robot y lo envíen de forma inalámbrica a una unidad de administración central. La unidad central de procesamiento puede alertar a los gerentes de la tienda que un carrito de compras/robot tiene poca batería para poder conectarlo y mantenerlo en buen estado.

Debido a que el circuito de carga está ubicado dentro del dispositivo, también es más fácil para un minorista instalar múltiples estaciones de carga menos costosas alrededor del establecimiento minorista. Esto facilita la carga de robots autónomos y operados por humanos.

Oportunidades profesionales prometedoras en la carga inalámbrica de robots

La carga robótica es cada vez más importante en el comercio minorista a medida que las tiendas buscan mejores experiencias para los clientes y nuevas eficiencias. La carga inalámbrica ofrece importantes beneficios para entornos minoristas implacables. Comprender los matices de la carga inalámbrica ayudará a los ingenieros a avanzar hacia esas áreas de crecimiento.

«Existe la necesidad de innovación adicional y más personas que realmente puedan dedicarse a este campo», dijo Pathak, y agregó que las empresas de hardware que resuelven problemas en robótica y carga inalámbrica enfrentan importantes desafíos técnicos. «Se necesita más gente que realmente pueda hacer eso».

También señaló que estas capacidades serán aún más importantes a medida que Estados Unidos busque arrebatarle más independencia a China en la fabricación de hardware tecnológico. «Necesitamos que esta experiencia en Estados Unidos crezca».

A medida que los minoristas agreguen más robots a su lista de compras en los próximos años, esto creará otras demandas en el ecosistema, incluida la demanda de talento técnico. Los ingenieros eléctricos que trabajan en robótica y carga inalámbrica tienen muchas oportunidades por delante. Desarrollar estas habilidades les beneficiará enormemente a la hora de encontrar trabajos lucrativos en el futuro.