ISO 3691-4: Seguridad de carretillas industriales sin conductor y diseño de campos de seguridad-LiDAR para AGV/AMR

Recorra cualquier almacén o planta de montaje modernos y el suelo está más concurrido que antes. Los AGV trasladan contenedores entre células, los AMR sortean a las personas por sus propias rutas, los trenes de arrastre recorren bucles fijos. Ninguno tiene un conductor que frene cuando alguien sale de detrás de una estantería. La tarea de detenerse a tiempo recae por completo en la detección y el control del vehículo — y la norma que dice cómo de buenos tienen que ser es la ISO 3691-4.

La ISO 3691 es la serie de normas de seguridad para carretillas industriales. La parte 4 es la redactada para las carretillas sin operador a bordo: carretillas industriales sin conductor y sus sistemas. Esa última expresión importa. No trata solo del vehículo; trata del vehículo más el sistema en el que funciona — las rutas, las zonas, la interacción con las personas y la infraestructura fija. Si construye, integra o compra AGV o AMR para usarlos en cualquier lugar que siga las normas internacionales, este es su documento de referencia.

Qué exige realmente la ISO 3691-4

Reduzca la norma a su núcleo de seguridad y el requisito central es fácil de enunciar y exigente de cumplir: una carretilla sin conductor debe detectar a una persona en su trayectoria y detenerse antes de que el contacto cause daños. En torno a eso se sitúan los requisitos sobre el movimiento controlado, las prestaciones de parada, la zona de operación, el marcado y la gestión de los fallos. Pero la detección de personas y la parada segura son los requisitos que dan forma al hardware que atornilla al vehículo.

La norma está escrita deliberadamente en torno al objetivo de seguridad, y no a un único sensor prescrito. No le dice que monte una marca concreta de escáner. Le dice que el vehículo debe detenerse a tiempo, y le dice que verifique que lo hace. Por eso dos integradores competentes pueden resolver el mismo problema con distintas disposiciones de sensores y ambos cumplir la norma — lo que importa es que el medio de detección de personas elegido cumpla de forma demostrable el requisito de parada.

Por qué el medio de detección de personas suele ser un LiDAR de seguridad

La forma dominante de cumplir el requisito de detección es un escáner láser de seguridad — un LiDAR 2D que barre un plano horizontal a baja altura sobre el suelo y vigila una región definida por delante del vehículo. Cuando algo irrumpe en esa región, el escáner dispara sus salidas de seguridad y el control de seguridad del vehículo lo detiene. Montado a la altura adecuada, un solo escáner cubre un amplio sector horizontal por delante de la carretilla.

La razón de que sea un escáner láser de seguridad y no solo un LiDAR se reduce a la homologación de tipo. Un LiDAR de navegación está construido para cartografiar y localizar; no está diseñado ni ensayado para fallar de forma segura. Un escáner láser de seguridad se somete a ensayo de tipo según IEC 61496-3 — la parte de la serie de equipos de protección electrosensibles (ESPE) que abarca los dispositivos de protección optoelectrónicos activos que responden a la reflexión difusa (un dispositivo AOPDDR, de tipo 3). Ese ensayo es lo que le permite tratar su salida de detección como una función de seguridad. La ISO 3691-4 fija el requisito de la aplicación; la IEC 61496-3 cualifica el sensor que lo cumple. Necesita ambas.

Campos de protección y cómo se fija la longitud del campo

Un escáner láser de seguridad no se limita a emitir un haz — vigila una región bidimensional configurada llamada campo de protección. Cualquier cosa que entre en el campo de protección activa la parada. La habilidad del trabajo está en dimensionar correctamente ese campo, y la magnitud que lo rige es la distancia de parada.

La lógica es la siguiente. Una persona se detecta en el instante en que alcanza el borde de ataque del campo de protección. Desde ese instante, pasa tiempo antes de que el vehículo se detenga realmente: el tiempo de respuesta del escáner, el tiempo de reacción del control de seguridad del vehículo y el tiempo de frenado mecánico. Durante todo eso, el vehículo sigue moviéndose. Para que la carretilla se detenga antes de alcanzar a la persona, el campo de protección debe extenderse al menos la distancia que recorre el vehículo en ese tiempo total — la distancia de frenado más la distancia recorrida durante los tiempos de respuesta y reacción — con un margen de seguridad añadido. La distancia al suelo y la posibilidad de alcance por debajo también influyen en la forma del campo cerca del suelo.

Fíjese en lo que depende cada término de esa suma: la velocidad. Cuanto más rápido va el vehículo, más recorre antes de detenerse, y más largo debe ser el campo de protección. Este es el hecho que hace inviable un único campo fijo en cualquier vehículo que cambie de velocidad.

Conmutación de campos en función de la velocidad

Dimensione un único campo de protección fijo para la velocidad máxima y, en zonas lentas, el vehículo se detendrá en cuanto alguien se acerque a varios metros — inutilizable en un pasillo estrecho. Dimensiónelo para velocidad lenta y, a velocidad máxima, el campo será demasiado corto para detenerse a tiempo — inseguro. La solución es la conmutación de campos en función de la velocidad.

El control de seguridad del vehículo ordena al escáner que seleccione distintos conjuntos de campos de protección según la velocidad a la que circule la carretilla: un campo largo cuando va rápido por una recta despejada, un campo más corto a medida que reduce, y un campo ajustado a velocidad de paso cerca de los puestos de trabajo. Un escáner láser de seguridad que admite varios casos de campo conmutables hace esto posible. Cada caso de campo se corresponde con una banda de velocidad, y las velocidades y los campos se derivan de las prestaciones de parada medidas del vehículo — no supuestas. El resultado es un vehículo que se mueve con eficiencia donde puede y protege con rigor donde debe.

Muchos escáneres también admiten campos de aviso secundarios por delante del campo de protección. La intrusión en un campo de aviso no detiene la carretilla; la ralentiza o emite una señal, de modo que una persona u obstáculo que se aproxima se gestiona con suavidad en lugar de con una parada de seguridad brusca cada vez. Los campos de aviso tienen que ver con la disponibilidad y el desgaste, no con la propia función de seguridad.

Enmascaramiento y supervisión del contorno de referencia

Otras dos funciones del escáner aparecen continuamente en el trabajo con AGV. El enmascaramiento (configuración del campo que ignora objetos fijos conocidos) le permite hacer circular un vehículo cerca de estructuras permanentes sin paradas molestas — pero debe aplicarse con cuidado, ya que una región enmascarada es una región donde no se detecta a una persona. La supervisión del contorno de referencia vigila un límite fijo conocido, como una pared o un borde fijo, y se dispara si ese contorno cambia. En un vehículo sirve de comprobación de que el escáner sigue correctamente alineado y no ha sido golpeado o inclinado — un diagnóstico importante, porque un escáner apuntado ligeramente mal ya no protege el campo que diseñó.

Un solo escáner rara vez es toda la respuesta

Un escáner montado en la parte delantera protege la dirección hacia la que apunta. Un vehículo real se mueve en más de una dirección y tiene más de un borde peligroso. La marcha atrás, los giros, el voladizo de la carga y las esquinas que quedan fuera del sector horizontal de un solo escáner crean zonas que un único sensor no puede ver. Una disposición habitual coloca escáneres en esquinas diagonalmente opuestas de modo que entre ambos cubren los cuatro lados de la carretilla; los vehículos que dan marcha atrás añaden detección orientada hacia atrás. Las salidas se combinan mediante un controlador de seguridad externo que también gestiona las señales de velocidad, las órdenes de conmutación de campos y la orden final de parada al accionamiento.

El montaje importa tanto como el número de sensores. La altura del escáner determina dónde corta el plano de detección un cuerpo humano; la inclinación cambia la geometría del campo en el suelo y puede abrir puntos ciegos; la reflectividad del suelo afecta a la detección de objetos de bajo contraste. Estos son justamente los detalles de instalación que convierten un escáner bien elegido en uno que funciona correctamente — tratados en nuestra guía de montaje de escáneres enlazada más abajo.

ISO 3691-4 frente a ANSI/RIA R15.08 frente a ISO 10218

Estas tres normas son fáciles de confundir e importante mantenerlas claras, porque abarcan máquinas distintas.

• ISO 3691-4 — la norma internacional para carretillas industriales sin conductor y sus sistemas: AGV y AMR como vehículos. Este es el documento que rige la plataforma móvil y el entorno en el que circula.
• ANSI/RIA R15.08 — la norma norteamericana para robots móviles industriales. Es el homólogo regional que siguen muchas implantaciones de AMR en Estados Unidos, y abarca un terreno similar al de la ISO 3691-4 dentro del marco normativo estadounidense.
• ISO 10218 (partes 1 y 2) — la norma para robots industriales: brazos robóticos y células robóticas. Trata de los manipuladores y su resguardo, no de las plataformas móviles.

Una planta que opera células robóticas que alimentan una flota de AGV aplicará la ISO 10218 a los brazos y la ISO 3691-4 — o la R15.08 en Norteamérica — a los vehículos. Cuando un manipulador se monta sobre una base móvil (un manipulador móvil), ambos mundos se encuentran, y el análisis de seguridad tiene que abordar el brazo y el vehículo en conjunto.

Cómo encajan los productos DAIDISIKE

Para la función de detección de personas en una carretilla sin conductor, los escáneres láser de seguridad serie DLD de DAIDISIKE son el producto pertinente: un LiDAR 2D construido como dispositivo de seguridad para la supervisión de campos de protección y de aviso en AGV, AMR y la protección de zonas. Los casos de campo conmutables son lo que le permite implementar el diseño de campos en función de la velocidad descrito más arriba.

El escáner no funciona solo. Sus salidas de seguridad OSSD alimentan un controlador de seguridad externo o un relé de seguridad como el DA31 de DAIDISIKE, que evalúa la señal de detección junto con las entradas de velocidad y las órdenes de conmutación de campos y envía la parada al accionamiento. Cualquier integración de red o de bus de campo en el controlador del vehículo la gestiona ese controlador de seguridad externo — el propio escáner es un dispositivo de protección, no un maestro de bus de campo. Diseñada así, la cadena de detección de personas es una función de seguridad verificable, que es precisamente lo que la ISO 3691-4 le pide demostrar.