Typy a aplikace autonomních mobilních robotů

Autonomní mobilní roboty (AMR) se používají v mnoha průmyslových odvětvích v rostoucím množství různých logistických aplikací. Na rozdíl od pevných systémů přepravy materiálu, jako jsou dopravníky, nejsou AMR po závodě omezeny pevnou trasou. Jejich bezdrátová komunikace a vestavěné navigační systémy jim umožňují přijímat příkazy, kam se pohybovat dál. AMR se mohou navigovat na požadované místo, aniž by byly naprogramovány, a v případě, že narazí na překážku, mohou dokonce vyhledat alternativní cestu. AMR mohou zefektivnit a zproduktivnit skladové operace, výrobní procesy a pracovní postupy tím, že budou provádět úkoly bez přidané hodnoty, jako je přeprava, vyzvednutí a vyložení materiálů, aby lidé mohli vykonávat složité úkoly s přidanou hodnotou. Přestože se jedná o relativně mladou technologii, AMR se již rozvětvily do mnoha odlišných typů, z nichž každý je optimalizován pro provádění specifického typu úkolu.

V tomto článku jsou porovnány a v kontrastu popsány tradiční řešení mobility, jako jsou dopravníkové systémy a automaticky řízené vozíky („Automated Guided Vehicles“, AGV) s AMR. Zaměříme se zde na výhody používání AMR a na to, jak rozšiřování návrhů AMR rozšiřuje jejich užitečnost. Pojednáme o softwarové integraci flotil AMR s jinými systémy, včetně možností přesné navigace, potenciálním dopadu AMR na bezpečnost pracovníků a o tom, jak řídit a simulovat flotily AMR. Nakonec se budeme v tomto článku stručně zabývat tím, jak může rutinní údržba maximalizovat životnost AMR, identifikovat potenciální problémy dříve, než vyústí v neplánované odstávky, a pomoci proaktivně plánovat opravy a výměny dílů na základě plánovaných odstávek a dalších provozních úvah.

AGV mohou dodávat materiál na konkrétní místo s větší flexibilitou než dopravníkový systém, ale jsou mnohem méně flexibilní než AMR. Stejně jako dopravníky mají i AGV pevnou trasu. Ale s AGV lze trasu upravit snadněji a rychleji než u dopravníkových systémů. AMR mohou spolupracovat s lidmi, nabídnout mnohem větší flexibilitu a najít nejefektivnější cestu ke splnění konkrétního úkolu. Pokud AMR narazí na překážku, může odpovídajícím způsobem změnit svůj kurz a pokračovat do cíle. Pokud narazí na překážku AGV, zastaví se a vyžaduje pomoc, než bude po své předem určené trase pokračovat (obrázek 1). AMR využívají kombinaci vestavěného a centralizovaného výpočetního výkonu a sofistikovaných senzorů k interpretaci svého prostředí a navigaci kolem pevných překážek, jako jsou regály a pracovní stanice, i proměnných překážek, jako jsou vysokozdvižné vozíky, lidé, AGV a další AMR.

Obrázek 1: Když se AMR přiblíží k překážce (vlevo), může se kolem ní nezávisle navigovat. Když se přiblíží k překážce AGV (vpravo), zastaví se, dokud nedorazí pomoc. (Zdroj obrázku: společnost Omron)

Integration Toolkit (ITK) je rozhraní společnosti Omron, které umožňuje centralizovanou integraci mezi AMR a klientským aplikačním softwarem, jako je systém pro řízení výroby („Manufacturing Execution System“, MES) nebo systém pro řízení skladu („Warehouse Management System“, WMS). AMR mohou být například integrovány s řídicími systémy skladu v prostředí skladu a distribučního centra, což poskytuje AMR zvýšenou flexibilitu při vytváření tras mezi místy v rámci závodu. Výsledkem je robot, který je mnohem lépe schopen pracovat s lidmi v dynamických prostředích většiny vychystávání objednávek a skladových operací.

AMR může také fungovat jako AGV

Některé aplikace AMR, jako jsou dodávky materiálu na dopravníky, podavače a testovací stojany, vyžadují, aby se robot zastavil na konkrétním místě s vysokou přesností a opakovatelností. Správci vozového parku používající Omron AMR si mohou vybrat ze dvou vysoce přesných polohovacích systémů – polohovací systém pro uspořádání polí („Cell Alignment Position System“, CAPS) a polohovací systém s vysokou přesností („High Accuracy Positioning System“, HAPS). Systémy CAPS nebo HAPS mohou zlepšit přesnost dosažení cíle od přibližně ±100 mm do ±8 mm. Hlavní bezpečnostní skenovací laser na přední straně AMR využívá k detekci cílové polohy technologii CAPS a umožňuje AMR přesunout se na místo s vysokou přesností.

Díky technologii HAPS se také může důsledně pohybovat definovaným prostorem se zvýšenou přesností nebo přesně zastavit u předem definovaného cíle, ale s otočkou. Pomocí HAPS může AMR sledovat magnetickou pásku na podlaze a navigovat se k cíli podobně jako AGV. Senzor HAPS pod AMR se používá k hladkému přechodu z plně autonomního režimu na dráhu definovanou magnetickou páskou. AMR pak k přesné navigaci a zastavení na konkrétních místech používá kombinaci vestavěných senzorů a podlahových značek (obrázek 2).

Obrázek 2: K lokalizaci a přesunu na cílové místo s vysokou přesností využívá technologie CAPS společnosti Omron (vlevo) přední skenovací laser AMR v kombinaci s autonomní navigací. Technologie HAPS (vpravo) používá kombinaci značek, jako je magnetická páska a vestavěné senzory, k navigaci a zastavení v určitých oblastech. (Zdroj obrázku: společnost Omron)

Při provozu v režimu HAPS může Omron AMR vstoupit na dráhu magnetické pásky v libovolném bodě a stejně tak ji opustit. To umožňuje AMR hladce přejít od přirozeného prvku a autonomní navigace k navádění magnetickou páskou podobně jako u AGV. Pokud je vybaven předními a zadními senzory HAPS, může se AMR přesně pohybovat dozadu a dopředu po dráze magnetické pásky.

Systém Omron AMR mohou vývojáři, integrátoři a koncoví uživatelé přizpůsobit pro různé užitečné zatížení a úkoly (obrázek 3). Kromě možností integrace závodu podporovaných ITK zvyšuje kombinace CAPS a HAPS možnosti těchto AMR, když je potřeba přesné a opakovatelné polohování, a otevírá nové aplikace, jako jsou:

• Rozvoz vozíků plných materiálu
• Inspekce zásob v maloobchodních prodejnách
• Zajištění kurýrních robotů k doručování položek hotelovým hostům nebo vysoce hodnotných součástek na pracovní stanice
• Dezinfekce veřejných prostranství
• Vlastní kolaborativní AMR
• Dopravníky
• Rozvoz těžkých předmětů do 1 500 kg

Obrázek 3: AMR jsou k dispozici v různých konfiguracích optimalizovaných pro provádění specifických úkolů. (Zdroj obrázku: společnost Omron)

Bezpečná robotizace

Bezpečný provoz je pro AMR nutností. Příklady standardních bezpečnostních senzorů zahrnují zadní sonar a přední lasery k detekci překážek, senzor předního nárazníku, který v případě kontaktu s objektem AMR zastaví, a světelné disky, které upozorní lidi v okolí, že AMR je v provozu (obrázek 4). Pro specifické požadavky, jako je identifikace vyčnívajících nebo zavěšených překážek, lze přidat volitelné senzory. AMR musí splňovat různé národní a mezinárodní bezpečnostní předpisy, jako je standard EN 1525 (Bezpečnost průmyslových vozíků – vozíky bez řidiče a jejich systémy), ANSI 56.5:2012 (Bezpečnostní standard pro průmyslové vozíky bez řidiče, automaticky řízené průmyslové vozíky a automatizované funkce průmyslových vozíků s lidskou posádkou ) a JIS D 6802:1997 (Systémy automaticky řízených vozíků – obecná pravidla bezpečnosti).

Obrázek 4: AMR Omron splňují bezpečnostní normy ISO EN1525, JIS D6802 a ANSI B56.5, mají několik standardních senzorů vyhrazených pro bezpečnost a pro specifické aplikační scénáře je lze vybavit volitelnými senzory pro zvýšenou bezpečnost. (Zdroj obrázku: společnost Omron)

Hodnocení bezpečnosti na úrovni systému

Splnění různých národních a mezinárodních norem je pouze začátkem bezpečnosti AMR. AMR jsou vyvíjející se technologií. Jsou stále složitější a zvládají větší užitečné zatížení, což vytváří nové bezpečnostní výzvy. K řešení vyvíjejících se bezpečnostních problémů s AMR nabízí společnost Omron službu bezpečnostního poradenství, která poskytuje pomoc při návrhu, posouzení rizik, testování a ověřování nasazení AMR. Například nová norma ISO 3691-4 obsahuje specifické požadavky na vzdálenost mezi mobilními roboty a jinými strukturami. Podpora poskytovaná konzultanty bezpečnostní služby Omron zahrnuje:

• Přezkoumání návrhu uspořádání a identifikace zón podle požadavků normy ISO 3691-4
• Výpočty návrhů, zejména v aplikacích s vysokým provozem nebo tam, kde se přemísťují těžká břemena
• Testování a ověřování řešení na místě

Správce vozového parku AMR

Nasazení jednoho AMR se téměř neprovádí. Flotily 100 AMR jsou běžné a společnost Omron má řešení pro správu AMR, které poskytuje vestavěný sběr dat, analýzy a reportování, které organizacím umožňují optimalizovat výkon celkového provozu závodu i rezidentní robotické flotily. Síťové zařízení Enterprise Manager 2100 je hardwarové a softwarové řešení navržené pro správu flotily AMR (obrázek 5). Ke komunikaci s jednotlivými AMR se používá software pro řízení front. Na základě požadavků na úlohy od uživatelů nebo automatizovaného zařízení přiděluje jednotlivým AMR úkoly.

Obrázek 5: Síťové zařízení Omron 2100 Enterprise Manager je navrženo pro správu flotil až 100 AMR. (Zdroj obrázku: společnost Omron)

Na zařízení Enterprise Manager 2100 běží řešení Omron Fleet Operations Workspace (FLOW) a poskytuje inteligentní systém správy vozového parku, který monitoruje umístění mobilních robotů a dopravní provoz. Zařízení Enterprise Manager 2100 umožňuje uživatelům spravovat a aktualizovat konfigurace AMR. Koordinuje interakci a pohyb AMR, takže každý robot zná polohu a cestu jakéhokoli AMR ve své blízkosti. Automatizací různých úloh správy robotů snižuje software FLOW požadavky na programování systémů pro řízení výroby (MES) a systémů plánování podnikových zdrojů (ERP). Mezi funkce řešení FLOW patří:

• Sada nástrojů pro integraci vozového parku založená na průmyslových standardech včetně Restful, SQL, Rabbit MQ a ARCL
• Prioritizace úkolů na základě úrovně důležitosti
• Identifikace a výběr nejrychlejších tras na základě provozu lidí a robotů
• Identifikace zablokovaných cest a přiřazení k alternativním trasám
• Optimalizace pracovních úkolů AMR
• Optimalizace plánů nabíjení baterií pro maximalizaci provozuschopnosti vozového parku

Simulace může flotily AMR optimalizovat

Ještě před nasazením síťového zařízení EM2100 pro správu vozového parku umožňuje software Fleet Simulator uživatelům plánovat provoz a pracovní postupy pro flotily autonomních mobilních robotů a pomáhá identifikovat a řešit možné problémy. Pomocí simulátoru vozového parku společnosti Omron lze přesně modelovat lokalizaci AMR, plánování cesty, vyhýbání se překážkám, simulaci úkolů a správu vozového parku na základě mapy reálného závodu. Kromě toho lze simulace použít k optimalizaci složení flotily AMR a predikci propustnosti. Zařízení EM2100 lze nakonfigurovat jako simulátor vozového parku ve výrobě nebo s aktualizací softwaru v terénu.

Obrázek 6: Simulátor flotily Omron běží na síťovém zařízení 2100 Enterprise Manager a před nasazením dokáže optimalizovat celou flotilu heterogenních AMR. (Zdroj obrázku: společnost Omron)

Wellness AMR

Očekává se, že jakmile budou AMR v terénu, budou fungovat téměř nepřetržitě a preventivní údržba může být klíčovým prvkem úspěšného nasazení. K tomu, aby společnost Omron tuto potřebu podpořila, nabízí wellness návštěvy, které zahrnují pravidelná hodnocení stavu jednotlivých AMR přímo v závodu, což umožňuje naplánovat údržbu předem, a minimalizují se tak nákladné prostoje. Mezi výhody wellness návštěv patří:

• Maximalizace provozní životnosti AMR
• Udržení špičkové provozní účinnosti AMR
• Pokročilá identifikace potenciálních problémů, minimalizování neplánovaných prostojů
• Proaktivní plánování oprav a výměn dílů na základě plánovaných odstávek a dalších provozních úvah

Shrnutí

AMR se používají k zefektivnění a zproduktivnění skladových operací, výrobních procesů a pracovních postupů tím, že vyzvedávají a odkládají materiály, což lidem umožňuje provádět složité úkoly s přidanou hodnotou. Vzhledem k tomu, že se rozmanitost úkolů využívajících AMR rozšířila, byly vyvinuty nové formáty AMR, což správu flotil AMR komplikuje. Správa flotil AMR začíná před spuštěním flotily simulací interakcí AMR v syntetickém prostředí. Po nasazení flotily musí AMR fungovat bezpečně, efektivně a s minimálními prostoji. K dispozici jsou centralizovaná hardwarová a softwarová zařízení, která lze použít k simulaci potenciálního nasazení AMR a také ke sledování bezpečného, efektivního a spolehlivého provozu flotil AMR.