Tipuri de roboți mobili autonomi și aplicații

Roboții mobili autonomi (AMR) sunt utilizați în multe industrii, într-o varietate tot mai mare de aplicații logistice. Spre deosebire de sistemele fixe pentru transportul materialelor, cum ar fi benzile transportoare, AMR-urile se pot deplasa în cadrul unei instalații fără a fi limitate de un traseu fix. Comunicațiile lor fără fir și sistemele de navigație integrate le permit să primească comenzi care să le indice unde să meargă în continuare. AMR-urile pot naviga până la locul solicitat fără a fi programate și pot chiar să găsească o cale alternativă în cazul în care apare un obstacol. AMR-urile pot face ca operațiunile de depozitare, procesele de producție și fluxurile de lucru să fie mai eficiente și mai productive prin efectuarea de sarcini fără valoare adăugată, cum ar fi transportul, ridicarea și predarea materialelor, eliberând oamenii pentru efectuarea sarcinilor complexe care adaugă valoare. Deși este o tehnologie relativ tânără, AMR-urile s-au ramificat deja în mai multe varietăți distincte, fiecare dintre acestea fiind optimizată pentru a îndeplini un anumit tip de sarcină.

Acest articol compară soluțiile tradiționale de mobilitate, cum ar fi sistemele de transportatoare și vehiculele cu ghidare automată (AGV), cu AMR-urile. Analizează beneficiile utilizării AMR-urilor și modul în care proliferarea modelelor AMR le sporește utilitatea. În plus, discută despre integrarea software a flotelor de AMR-uri cu alte sisteme, inclusiv despre capacitățile de navigație de precizie, despre impactul potențial al AMR asupra siguranței lucrătorilor și despre modul de gestionare și simulare a flotelor de AMR. În cele din urmă, acest articol analizează pe scurt modul în care întreținerea de rutină poate maximiza durata de viață a AMR, poate identifica problemele potențiale înainte ca acestea să ducă la opriri neprogramate și poate ajuta la programarea proactivă a reparațiilor și a înlocuirii pieselor pe baza opririlor programate și a altor considerente operaționale.

AGV-urile pot livra materiale într-o anumită locație cu mai multă flexibilitate decât un sistem de transport, dar sunt mult mai puțin flexibile decât AMR-urile. La fel ca și transportoarele, AGV-urile au un traseu fix. Dar cu AGV-urile, traseul poate fi modificat mai ușor și mai rapid decât cu sistemele de transportatoare. AMR-urile pot lucra în colaborare cu oamenii, oferă o flexibilitate mult mai mare și găsesc cea mai eficientă cale de a îndeplini o anumită sarcină. În cazul în care un AMR întâlnește un obstacol, acesta își poate schimba cursul în consecință și își poate continua drumul spre destinație. Dacă un AGV întâlnește un obstacol, acesta se oprește și solicită asistență înainte de a continua pe traseul său prestabilit (Figura 1). AMR-urile utilizează o combinație de putere de calcul integrată și centralizată și senzori sofisticați pentru a interpreta mediul înconjurător și a naviga pe lângă obstacolele fixe, cum ar fi rack-urile și stațiile de lucru, și pe lângă obstacolele variabile, cum ar fi stivuitoarele, oamenii, AGV-urile și alte AMR-uri.

Figura 1: atunci când un AMR se apropie de un obstacol (stânga), acesta poate naviga independent pe lângă acesta. Atunci când un AGV se apropie de un obstacol (dreapta), se oprește până la sosirea ajutorului. (Sursa imaginii: Omron)

Integration Toolkit (ITK) este interfața Omron care permite integrarea centralizată între AMR-uri și software-ul aplicației clientului, cum ar fi un sistem de execuție a producției (MES) sau un sistem de gestionare a depozitului (WMS). De exemplu, AMR-urile pot fi integrate cu sistemele de control ale depozitului într-un mediu de depozit și centru de distribuție, oferind AMR-urilor o mai mare flexibilitate în crearea de rute între locațiile din cadrul unei instalații. Rezultatul este un robot care poate lucra mult mai bine cu oamenii în mediile dinamice ale majorității operațiunilor de îndeplinire a comenzilor și de depozitare.

Un AMR poate funcționa și ca un AGV.

Unele aplicații AMR, cum ar fi livrările de materiale către transportatoare, alimentatoare și standuri de testare, necesită ca robotul să se oprească într-un anumit loc cu o precizie și o repetabilitate ridicate. Administratorii de flote care utilizează AMR-uri Omron pot alege între două sisteme de poziționare de înaltă precizie: sistemul de poziționare cu aliniere a celulelor (CAPS) și sistemul de poziționare de înaltă precizie (HAPS). CAPS sau HAPS pot îmbunătăți precizia de sosire țintă de la aproximativ ±100 mm la ±8 mm. Laserul principal de scanare de siguranță de pe partea frontală a AMR-ului este utilizat de tehnologia CAPS pentru a detecta locația unei ținte și permite AMR-ului să se deplaseze spre locația respectivă cu precizie ridicată.

De asemenea, tehnologia HAPS poate să se deplaseze în mod constant într-un spațiu definit cu precizie sporită și/sau să se oprească cu precizie la o țintă predefinită, dar cu o particularitate. Cu ajutorul HAPS, AMR poate urmări banda magnetică de pe podea pentru a se deplasa spre un obiectiv, la fel ca un AGV. Sub AMR se află un senzor HAPS care este utilizat pentru a face o tranziție lină de la modul complet autonom la traseul definit de banda magnetică. Apoi, AMR utilizează o combinație de senzori integrați și marcaje de podea pentru a naviga cu precizie și a se opri în anumite locații (Figura 2).

Figura 2: Omron CAPS (stânga) utilizează laserul de scanare frontală al AMR, în combinație cu navigația autonomă, pentru a localiza și a se deplasa la o locație țintă cu mare precizie. HAPS (dreapta) utilizează o combinație de marcaje, cum ar fi banda magnetică și senzorii integrați, pentru a naviga și a se opri în anumite zone. (Sursa imaginii: Omron)

Atunci când funcționează în modul HAPS, un AMR Omron poate intra și ieși de pe un traseu de bandă magnetică în orice punct. Acest lucru permite AMR-ului să treacă fără probleme de la caracteristici naturale și navigare autonomă la ghidarea pe bandă magnetică de tip AGV. Dacă este echipat cu senzori HAPS față și spate, AMR se poate deplasa cu precizie înainte și înapoi de-a lungul benzii magnetice.

Sistemul Omron AMR poate fi personalizat de către dezvoltatori, integratori și utilizatorii finali pentru diverse sarcini utile și activități (Figura 3). Pe lângă posibilitățile de integrare a instalațiilor susținute de ITK, combinația dintre CAPS și HAPS sporește capacitatea acestor AMR-uri atunci când este necesară o poziționare precisă și repetabilă și deschide posibilitatea de noi aplicații, cum ar fi:

• Livrarea de cărucioare pline de materiale
• Inspecția inventarului în magazinele cu amănuntul
• Roboți de curierat securizați pentru a livra articole oaspeților din hoteluri sau componente de mare valoare la stațiile de lucru
• Dezinfectarea spațiilor publice
• AMR-uri de colaborare personalizate
• Benzi transportoare
• Livrarea de obiecte grele de până la 1.500 kg

Figura 3: AMR-urile sunt disponibile în diverse configurații optimizate pentru a îndeplini sarcini specifice. (Sursa imaginii: Omron)

Robotizare sigură

Funcționarea în condiții de siguranță este obligatorie pentru AMR. Printre exemplele de senzori de siguranță standard se numără sonarul din spate și laserele din față pentru detectarea obstacolelor, un senzor pentru bara de protecție din față pentru oprirea AMR-ului dacă intră în contact cu un obiect și discuri luminoase care avertizează persoanele din apropiere că AMR-ul este în funcțiune (Figura 4). Se pot adăuga senzori opționali pentru cerințe specifice, cum ar fi identificarea obstacolelor proeminente sau suspendate. AMR-urile trebuie să respecte diverse reglementări naționale și internaționale în materie de siguranță, cum ar fi EN 1525 (Siguranța camioanelor industriale, a camioanelor fără șofer și a sistemelor acestora), ANSI 56.5:2012 (Standard de siguranță pentru vehicule industriale fără șofer, cu ghidaj automat și funcții automatizate ale vehiculelor industriale cu personal) și JIS D 6802:1997 (Sisteme de vehicule cu ghidaj automat - Reguli generale privind siguranța).

Figura 4: AMR-urile Omron sunt conforme cu standardele de siguranță ISO EN1525, JIS D6802 și ANSI B56.5, au mai mulți senzori standard dedicați siguranței și pot fi echipate cu senzori opționali pentru o siguranță sporită în scenarii de aplicații specifice. (Sursa imaginii: Omron)

Evaluări de siguranță la nivel de sistem

Respectarea diferitelor standarde naționale și internaționale reprezintă doar începutul siguranței AMR-urilor. AMR-urile sunt o tehnologie în evoluție. Acestea devin din ce în ce mai complexe și manipulează sarcini utile mai grele, ceea ce creează noi provocări în ceea ce privește siguranța. Pentru a aborda problemele de siguranță în continuă evoluție legate de AMR, Omron oferă un serviciu de consultanță în domeniul siguranței care oferă asistență în materie de proiectare, evaluare a riscurilor, testare și validare a implementărilor AMR. De exemplu, noul standard ISO 3691-4 include cerințe specifice pentru spațiul liber dintre roboții mobili și alte structuri. Asistența oferită de consultanții pentru servicii de siguranță Omron include:

• Revizuirea proiectului de amenajare și identificarea zonelor conform ISO 3691-4
• Calculele de proiectare, în special în cazul aplicațiilor cu trafic ridicat sau în care se deplasează sarcini grele
• Testarea și validarea soluției la fața locului

Manager de flotă AMR

Este aproape nemaiauzit să se implementeze un singur AMR. Flotele de 100 de AMR-uri sunt obișnuite, iar Omron are o soluție de gestionare a AMR-urilor care oferă captare de date, analiză și raportare integrate pentru a permite organizațiilor să optimizeze performanța funcționării generale a instalației, precum și a flotei de roboți rezidenți. Dispozitivul de rețea Enterprise Manager 2100 este o soluție hardware și software concepută pentru a gestiona o flotă de AMR-uri (Imaginea 5). Software-ul de gestionare a cozilor de așteptare este utilizat pentru a comunica cu AMR-urile individuale; acesta atribuie sarcini fiecărui AMR pe baza solicitărilor de lucru din partea utilizatorilor sau a echipamentelor automate.

Figura 5. Dispozitivul de rețea Omron 2100 Enterprise Manager este conceput pentru a gestiona flote de până la 100 de AMR-uri. (Sursa imaginii: Omron)

Soluția Fleet Operations Workspace (FLOW) de la Omron rulează pe Enterprise Manager 2100 și oferă un sistem inteligent de gestionare a flotei care monitorizează locațiile roboților mobili și fluxul de trafic. Enterprise Manager 2100 permite utilizatorilor să gestioneze și să actualizeze configurațiile AMR. Acesta coordonează interacțiunea și mișcarea AMR-urilor, astfel ca fiecare robot să cunoască locația și traiectoria oricărui AMR din vecinătatea sa. Prin automatizarea diferitelor sarcini de gestionare a roboților, software-ul FLOW reduce cerințele de programare pentru sistemele de execuție a producției (MES) și pentru sistemele de planificare a resurselor întreprinderii (ERP). Caracteristicile FLOW includ:

• Set de instrumente de integrare a flotei bazat pe standarde industriale, inclusiv Restful, SQL, Rabbit MQ și ARCL
• Prioritizarea sarcinilor în funcție de nivelul de importanță
• Identificarea și selectarea celor mai rapide rute în funcție de traficul oamenilor și al roboților
• Identificarea căilor de acces blocate și alocarea unor rute alternative
• Optimizarea atribuțiilor AMR
• Optimizarea programelor de încărcare a bateriilor pentru a maximiza timpul de funcționare a flotei

Simularea poate optimiza flotele de AMR-uri

Chiar înainte ca dispozitivul de rețea EM2100 să fie implementat pentru gestionarea flotei, software-ul de simulare a flotei permite utilizatorilor să planifice traficul și fluxurile de lucru pentru flotele de roboți mobili autonomi și ajută la identificarea și rezolvarea eventualelor probleme. Localizarea AMR, planificarea traiectoriei, evitarea obstacolelor, simularea sarcinilor și gestionarea flotei pe baza unei hărți a instalației reale pot fi modelate cu acuratețe cu ajutorul simulatorului de flotă de la Omron. În plus, simulările pot fi utilizate pentru a optimiza compoziția flotei AMR și pentru a prezice randamentul. Un EM2100 poate fi configurat ca simulator de flotă din fabrică sau cu o actualizare a software-ului pe teren.

Figura 6: simulatorul de flotă Omron rulează pe dispozitivul de rețea 2100 Enterprise Manager și poate optimiza o întreagă flotă de AMR-uri eterogene înainte de implementare. (Sursa imaginii: Omron)

Starea de funcționare AMR

Odată ce AMR-urile ajung pe teren, se așteaptă ca acestea să funcționeze aproape continuu, iar întreținerea preventivă poate fi un element crucial pentru succesul implementărilor. Pentru a veni în sprijinul acestei nevoi, Omron oferă vizite pentru starea de funcționare, care includ evaluări periodice ale stării AMR-urilor individuale, permițând programarea în avans a întreținerii, minimizând astfel timpii de nefuncționare costisitori. Beneficiile vizitelor pentru starea de funcționare includ:

• Maximizarea duratei de funcționare a AMR
• Menținerea eficienței operaționale maxime a AMR-ului
• Identificarea avansată a potențialelor probleme, minimizând timpii de nefuncționare neprogramați
• Programarea proactivă a reparațiilor și a înlocuirilor de piese pe baza opririlor programate și a altor considerente operaționale.

Rezumat

AMR-urile sunt utilizate pentru a face ca operațiunile de depozitare, procesele de producție și fluxurile de lucru să fie mai eficiente și mai productive prin preluarea și predarea materialelor, eliberând oamenii pentru îndeplinirea sarcinilor complexe care adaugă valoare. Pe măsură ce varietatea sarcinilor care utilizează AMR-uri s-a extins, au fost dezvoltate noi formate AMR, ceea ce a complicat gestionarea flotelor AMR. Gestionarea flotelor de AMR-uri începe cu simularea interacțiunilor dintre AMR-uri într-un mediu sintetic înainte de lansarea flotei. Odată ce flota a fost implementată, AMR-urile trebuie să funcționeze în siguranță, eficient și cu un timp de nefuncționare minim. Sunt disponibile dispozitive hardware și software centralizate care pot fi utilizate pentru a simula potențiale implementări AMR, precum și pentru a monitoriza funcționarea sigură, eficientă și fiabilă a flotelor AMR.