Roboți mobili autonomi − Modele și aplicații

18 IULIE 2022

Articolul analizează soluțiile tradiționale de mobilitate, cum ar fi sistemele de transport și vehiculele cu ghidare automată (AGV) și le compară cu AMR-urile. Se examinează beneficiile utilizării AMR-urilor și cum se poate extinde utilitatea acestora prin creșterea și diversificarea tipurilor de roboți mobili autonomi. Se discută despre integrarea software a flotelor de AMR cu alte sisteme, inclusiv despre capabilitățile de orientare de mare precizie, despre impactul potențial al AMR-urilor asupra siguranței lucrătorilor și despre administrarea și simularea flotelor de AMR-uri. În final, articolul analizează pe scurt cum poate fi maximizată durata de viață a unui AMR, cum pot fi identificate problemele potențiale înainte ca acestea să ducă la opriri neprogramate și cum se pot planifica proactiv reparațiile și înlocuirile de piese pe baza opririlor programate și a altor considerente operaționale.

Roboții mobili autonomi (AMR) sunt utilizați în multe industrii într-o varietate tot mai mare de aplicații logistice. Spre deosebire de sistemele fixe de transport de materiale, cum ar fi benzile transportoare, AMR-urile se pot deplasa în jurul unei instalații fără limită de timp, pe un traseu fix. Comunicațiile lor wireless și sistemele de navigație încorporate le permit să primească comenzi privind destinația următoare. AMR-urile pot naviga până la locația solicitată fără a fi programate și pot chiar să găsească un traseu alternativ în cazul în care se întâlnește 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 îndeplinirea unor sarcini fără valoare adăugată, cum ar fi transportul, ridicarea și predarea materialelor, pentru a permite angajaților să efectueze sarcini complexe care aduc valoare adăugată. Deși este o tehnologie relativ tânără, AMR-urile se regăsesc deja într-o gamă largă de modele distincte, optimizate pentru a îndeplini un anumit tip de sarcini.

AGV-urile pot aduce materiale într-o anumită locație cu mai multă flexibilitate decât un sistem de benzi rulante, dar sunt mult mai puțin flexibile decât AMR-urile. Ca și sistemele conveioare, AGV-urile au un traseu fix. Însă, în cazul AGV-urilor, traseul poate fi modificat mai ușor și mai rapid decât în cazul benzilor rulante. AMR-urile pot lucra în colaborare cu oamenii, oferă o flexibilitate mult mai mare și găsesc cel mai eficient traseu pentru a îndeplini o sarcină specifică. Dacă un AMR întâlnește un obstacol, acesta își poate schimba traseul în consecință și își poate continua drumul spre destinație.

Figura 1: Atunci când un AMR se apropie de un obstacol (stânga), acesta poate naviga independent în jurul acestuia. Atunci când un AGV se apropie de un obstacol (dreapta), se oprește până la sosirea tehnicianului. (© Omron) »

În cazul în care un AGV întâlnește un obstacol, acesta se oprește și are nevoie de asistență înainte de a continua pe traseul său prestabilit (Figura 1). AMR-urile utilizează o combinație de putere de calcul încorporată și centralizată și de senzori sofisticați pentru a interpreta mediul înconjurător și pentru a naviga în jurul obstacolelor fixe, cum ar fi rafturile și stațiile de lucru, și a obstacolelor variabile, cum ar fi stivuitoarele, oamenii, AGV-urile și alte AMR-uri.

Kitul de instrumente de integrare (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 − Manufacturing Execution System) sau un sistem de management al depozitului (WMS − Storage Management System). De exemplu, AMR-urile pot fi integrate cu sistemele de control al depozitului într-un mediu de depozit și centru de distribuție, oferind acestora o flexibilitate sporită pentru a-și crea rutele între locațiile dintr-o fabrică. Rezultatul este un robot mult mai capabil să lucreze cu oamenii în mediile dinamice ale majorității operațiunilor de îndeplinire a comenzilor și de depozitare.

Figura 2: Omron CAPS (stânga) utilizează laserul de scanare frontală al AMR-ului combinat cu navigația autonomă pentru a localiza și a se deplasa la o locație țintă cu mare precizie. HAPS (dreapta) utilizează o combinație de markeri, cum ar fi banda magnetică și senzorii din dotare, pentru a naviga și a se opri în zone specifice. (© Omron)

Un AMR poate funcționa și ca un AGV

Unele aplicații AMR, cum ar fi livrările de materiale către benzi transportoare, alimentatoare și standuri de testare, necesită ca robotul să se oprească într-un anumit loc cu o precizie și o repetabilitate ridicate. Managerii de flote care utilizează AMR-uri Omron pot alege dintre două sisteme de poziționare de înaltă precizie: sistemul de poziționare cu aliniere a celulelor (CAPS − Cell alignment position system) și sistemul de poziționare de înaltă precizie (HAPS − High accuracy positioning system). CAPS sau HAPS pot îmbunătăți precizia de sosire la destinație 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 acestuia să se deplaseze spre locația respectivă cu o precizie ridicată.

Tehnologia HAPS poate, de asemenea, să se deplaseze uniform într-un spațiu definit cu o precizie sporită și/sau să se oprească cu precizie la un obiectiv predefinit, dar printr-o rotire. Cu ajutorul HAPS, AMR poate urmări banda magnetică (mag tape) de pe podea pentru a se deplasa către un obiectiv, similar unui AGV. Un senzor HAPS aflat sub AMR este utilizat pentru a face o tranziție lină de la modul complet autonom la traseul definit de banda magnetică. AMR-ul utilizează apoi o combinație de senzori integrați și markeri pe podea pentru a naviga cu precizie și a se opri în anumite locații (Figura 2).

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 îi permite AMR-ului să treacă fără probleme de la funcția naturală și de navigare autonomă la ghidarea pe bandă magnetică de tip AGV. Dacă este echipat cu senzori HAPS față și spate, AMR-ul se poate deplasa cu precizie înainte și înapoi de-a lungul traseului benzii magnetice.

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

  • Livrarea de cărucioare pline cu materiale
  • Inspecția inventarului în magazinele de vânzare cu amănuntul
  • Roboți de curierat securizat pentru a livra articole oaspeților hotelului sau componente de mare valoare la stațiile de lucru
  • Dezinfectarea spațiilor publice
  • AMR-uri colaborative 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. (© Omron)

Robotizare sigură

Operarea în siguranță este obligatorie pentru AMR-uri. Printre exemplele de senzori de siguranță standard se numără sonarul din spate și laserele frontale pentru detectarea obstacolelor, un senzor pentru bara de protecție frontală pentru a opri AMR-ul dacă intră în contact cu un obiect și discuri luminoase pentru a alerta persoanele din apropiere că AMR-ul se află 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 vehiculele industriale fără șofer, cu ghidare automată și pentru funcțiile automatizate ale vehiculelor industriale cu personal) și JIS D 6802:1997 (Sisteme de vehicule cu ghidare automată − 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. (© Omron)

Evaluări de siguranță la nivel de sistem

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

  • Reexaminarea proiectului de dispunere și de identificare a zonelor, conform cerințelor ISO 3691-4
  • Calcule 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

Implementarea unui singur AMR este aproape de neconceput. Flotele de 100 de AMR-uri sunt cele mai frecvente, iar Omron dispune de o soluție de management a AMR-urilor care oferă captare de date, analiză și raportare integrate pentru a permite organizațiilor să optimizeze performanța operațiunii generale a unității, precum și a flotei de roboți rezidenți. Dispozitivul de rețea Enterprise Manager 2100 este o soluție hardware și software proiectată pentru a administra o flotă de AMR-uri (Figura 5). Software-ul de management al cozilor de așteptare este utilizat pentru a comunica cu AMR-urile individuale; acesta atribuie sarcini fiecărui AMR pe baza cererilor de lucru de la utilizatori sau de la echipamentele automate.

Figura 5. Dispozitivul de rețea Omron 2100 Enterprise Manager este creat pentru a gestiona flote de până la 100 de AMR-uri. (© Omron)

Soluția Omron Fleet Operations Workspace (FLOW) rulează pe Enterprise Manager 2100 și oferă un sistem inteligent de administrare a flotei care monitorizează locațiile roboților mobili și fluxul de trafic. Enterprise Manager 2100 permite utilizatorilor să gestioneze și să actualizeze configurațiile AMR. Software-ul coordonează interacțiunea și mișcarea AMR-urilor, astfel încât fiecare robot să cunoască locația și traseul oricărui AMR din vecinătatea sa. Prin automatizarea diferitelor sarcini de gestionare a roboților, software-ul FLOW reduce cerințele de programare asupra sistemelor de execuție a producției (MES) și a sistemelor 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 pe baza traficului uman și robotizat
  • Identificarea căilor blocate și atribuirea unor rute alternative
  • Optimizarea atribuirii sarcinilor 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 Fleet Simulator permite utilizatorilor să planifice traficul și fluxurile de lucru pentru flotele de roboți mobili autonomi și ajută la identificarea și rezolvarea posibilelor probleme. Localizarea AMR-urilor, planificarea traiectoriei, evitarea obstacolelor, simularea sarcinilor și managementul flotei pe baza unei hărți a instalației reale pot fi modelate cu acuratețe folosind Fleet Simulator 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 la fabrică sau cu o actualizare de software pe teren.

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

‘Starea de sănătate’ a AMR-urilor

Odată ajunse pe teren, se așteaptă ca AMR-urile să funcționeze aproape în permanență, iar întreținerea preventivă poate fi un element crucial pentru o implementare de succes. Pentru a susține această nevoie, Omron oferă vizite de tip Wellness care includ evaluări periodice în incintă a stării AMR-urilor individuale, permițând programarea în avans a întreținerii, minimizând astfel timpii de nefuncționare costisitori. Beneficiile vizitelor ‘wellness’ includ:

  • Maximizarea duratei de funcționare a AMR-urilor
  • Menținerea eficienței maxime de funcționare a AMR-urilor
  • Identificarea în avans a problemelor potențiale, minimizând timpii de oprire neprogramați
  • Programarea proactivă a reparațiilor și a înlocuirii pieselor pe baza opririlor programate și a altor considerente operaționale

Rezumat

AMR-urile sunt utilizate pentru a face operațiunile de depozitare, procesele de fabricație și fluxurile de lucru mai eficiente și mai productive prin preluarea și predarea materialelor, permițând personalului calificat să efectueze alte activități complexe care adaugă valoare. Pe măsură ce varietatea sarcinilor care utilizează AMR-uri s-a extins, au fost dezvoltate noi modele de AMR-uri, ceea ce a complicat gestionarea flotelor de asemenea echipamente. Managementul 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 condiții de siguranță, în mod eficient și cu un timp de nefuncționare minim. Sunt disponibile dispozitive hardware și software centralizate care pot fi utilizate pentru a simula potențialele implementări de AMR-uri, precum și pentru a monitoriza operarea sigură, eficientă și fiabilă a flotelor de AMR-uri.

Autor: Rolf Horn – Inginer de aplicații Rolf Horn, face parte din grupul European de Asistență Tehnică din 2014, având responsabilitatea principală de a răspunde la întrebările venite din partea clienților finali din EMEA referitoare la Dezvoltare și Inginerie, precum și la scrierea și corectarea articolelor și postărilor de pe platformele TechForum și  https://maker.io ale firmei Digi-Key pentru cititorii din Germania. Înainte de Digi-Key, el a lucrat la mai mulți producători din zona semiconductorilor, cu accent pe sistemele embedded ce conțin FPGA-uri, microcontrolere și procesoare pentru aplicații industriale și auto. Rolf este licențiat în inginerie electrică și electronică la Universitatea de Științe Aplicate din Munchen, Bavaria. Și-a început cariera profesională la un distribuitor local de produse electronice în calitate de Arhitect pentru Soluții de Sistem pentru a-și împărtăși expertiza și cunoștințele în calitate de consilier de încredere. Hobby-uri: petrecerea timpului cu familia + prietenii, călătoriile (cu rulota familiei VW-California) și motociclismul (pe un BMW GS din 1988).

Digi-Key Electronics   |    https://www.digikey.ro

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre