Autonome mobile robotter Typer og applikationer

Autonome mobile robotter (AMR'er) anvendes i mange industrier i et voksende antal logistikanvendelser. I modsætning til faste materialetransportsystemer som transportbånd kan AMR'er køre ubegrænset rundt på et anlæg efter en fast rute. Deres trådløse kommunikation og navigationssystemer om bord gør det muligt for dem at modtage kommandoer om, hvor de skal henvende sig næste gang. AMR'er kan navigere til det ønskede sted uden at være programmeret og kan endda finde en alternativ vej, hvis der opstår en forhindring. AMR'er kan gøre lageroperationer, fremstillingsprocesser og arbejdsgange mere effektive og produktive ved at udføre opgaver uden værditilvækst, f.eks. transport, afhentning og aflevering af materialer, så folk kan frigøre tid til at udføre komplekse opgaver, der skaber værditilvækst. Selv om det er en relativt ung teknologi, har AMR'er allerede udviklet sig til mange forskellige varianter, som hver især er optimeret til at udføre en bestemt type opgave.

I denne artikel sammenlignes og kontrasteres traditionelle mobilitetsløsninger som f.eks. transportsystemer og automatiserede guidede køretøjer (AGV'er) med AMR'er. Den ser på fordelene ved at bruge AMR'er og på, hvordan udbredelsen af AMR-designs udvider deres anvendelighed. Den omhandler softwareintegration af AMR-flåder med andre systemer, herunder præcisionsnavigationsfunktioner, AMR'ernes potentielle indvirkning på arbejdstagernes sikkerhed, og hvordan man kan administrere og simulere AMR-flåder. Til sidst i artiklen gennemgås kort, hvordan rutinemæssig vedligeholdelse kan maksimere AMR's levetid, identificere potentielle problemer, før de resulterer i uplanlagt nedetid, og hjælpe med proaktivt at planlægge reparationer og udskiftning af dele baseret på planlagte nedlukninger og andre driftsmæssige overvejelser.

AGV'er kan levere materiale til et bestemt sted med større fleksibilitet end et transportbåndssystem, men er langt mindre fleksible end AMR'er. Ligesom transportbånd har AGV'er en fast rute. Men med AGV'er kan ruten lettere og hurtigere ændres end med transportbåndssystemer. AMR'er kan samarbejde med mennesker, tilbyde langt større fleksibilitet og finde den mest effektive vej til at udføre en bestemt opgave. Hvis en AMR støder på en forhindring, kan den ændre sin kurs i overensstemmelse hermed og fortsætte til sin destination. Hvis en AGV støder på en forhindring, stopper den og kræver hjælp, før den fortsætter ad den forudbestemte bane (Figur 1). AMR'er bruger en kombination af indbygget og centraliseret computerkraft og avancerede sensorer til at fortolke deres omgivelser og navigere rundt om både faste forhindringer som f.eks. reoler og arbejdsstationer og variable forhindringer som f.eks. gaffeltrucks, personer, AGV'er og andre AMR'er.

Figur 1: Når en AMR nærmer sig en forhindring (til venstre), kan den selvstændigt navigere udenom den. Når en AGV nærmer sig en forhindring (til højre), stopper den, indtil der kommer hjælp. (Billedkilde: Omron)

Integration Toolkit (ITK) er Omrons grænseflade, der muliggør centraliseret integration mellem AMR'erne og klientapplikationssoftware som f.eks. et MES-system (Manufacturing Execution System) eller et WMS-system (Warehouse Management System). For eksempel kan AMR'er integreres med lagerets kontrolsystemer i et lager- og distributionscenter-miljø, hvilket giver AMR'erne større fleksibilitet til at oprette deres ruter mellem steder i et anlæg. Resultatet er en robot, der er langt bedre i stand til at arbejde sammen med mennesker i de dynamiske miljøer, der kendetegner de fleste ordreudførelses- og lageroperationer.

En AMR kan også fungere som en AGV

Nogle AMR-applikationer, f.eks. levering af materialer til transportbånd, foderautomater og testopstillinger, kræver, at robotten stopper på et bestemt sted med høj nøjagtighed og gentagelighed. Flådemanagere, der bruger Omron AMR'er, kan vælge mellem to positioneringssystemer med høj præcision: Cell alignment positioning position system (CAPS) og high accuracy positioning system (HAPS). CAPS eller HAPS kan forbedre præcisionen af målets ankomst fra ca. ±100 mm til ±8 mm. Den primære sikkerhedsscanningslaser på forsiden af AMR'en bruges af CAPS-teknologien til at registrere en målposition og gør det muligt for AMR'en at bevæge sig hen til positionen med stor nøjagtighed.

HAPS-teknologien kan også bevæge sig konsekvent gennem et defineret rum med øget præcision og/eller stoppe præcist ved et foruddefineret mål, men med et twist. Ved hjælp af HAPS kan AMR'en følge magnetbånd på gulvet for at navigere til et mål i lighed med en AGV. En HAPS-sensor under AMR'en bruges til at sikre en jævn overgang fra fuldt autonom tilstand til den bane, der er defineret af magnetbåndet. AMR bruger derefter en kombination af indbyggede sensorer og gulvmarkeringer til at navigere præcist og stoppe på bestemte steder (Figur 2).

Figur 2: Omron CAPS (til venstre) bruger AMR's frontscanningslaser kombineret med autonom navigation til at lokalisere og bevæge sig til et målsted med høj præcision. HAPS (til højre) bruger en kombination af markører som magnetbånd og indbyggede sensorer til at navigere til og stoppe ved bestemte områder. (Billedkilde: Omron)

Når Omron AMR'eren fungerer i HAPS-tilstand, kan den gå ind og ud af en magnetbåndssti på et hvilket som helst tidspunkt. Det gør det muligt for AMR at foretage en glidende overgang fra naturlige funktioner og autonom navigation til AGV-lignende styring med magnetbånd. Hvis den er udstyret med HAPS-sensorer foran og bagpå, kan AMR'en bevæge sig nøjagtigt frem og tilbage langs magnetbåndets bane.

Omron AMR-systemet kan tilpasses af udviklere, integratorer og slutbrugere til forskellige nyttelaster og opgaver (figur 3). Ud over de muligheder for facilitetsintegration, der understøttes af ITK, øger kombinationen af CAPS og HAPS disse AMR'ers kapacitet, når der er behov for præcis og gentagelig positionering, og åbner op for nye applikationer som f.eks:

• Levering af vogne fulde af materialer
• Inspektion af lagerbeholdninger i detailbutikker
• Sikre kurerrobotter til at levere varer til hotelgæster eller komponenter af høj værdi til arbejdsstationer
• Desinfektion af offentlige rum
• Brugerdefinerede samarbejdsbaserede AMR'er
• Transportørens toppe
• Levering af tunge genstande på op til 1.500 kg

Figur 3: AMR'er fås i forskellige konfigurationer, der er optimeret til at udføre specifikke opgaver. (Billedkilde: Omron)

Sikker robottering

Sikker drift er obligatorisk for AMR'er. Eksempler på standardsikkerhedssensorer omfatter sonar bagtil og lasere foran til registrering af forhindringer, en forreste kofangersensor til at stoppe AMR'en, hvis den kommer i kontakt med en genstand, og lysskiver til at advare folk i nærheden om, at AMR'en er i drift (figur 4). Der kan tilføjes valgfrie sensorer til specifikke krav, f.eks. til identifikation af fremspringende eller hængende forhindringer. AMR'er skal overholde forskellige nationale og internationale sikkerhedsforskrifter som f.eks. EN 1525 (Safety of Industrial Trucks, Driverless Trucks and Their Systems), ANSI 56.5:2012 (Safety Standard for Driverless, Automatic Guided Industrial Vehicles and Automated Functions of Manned Industrial Vehicles) og JIS D 6802:1997 (Automated Guided Vehicle Systems - General Rules on Safety).

Figur 4: Omron AMR'er overholder ISO EN1525-, JIS D6802- og ANSI B56.5-sikkerhedsstandarderne, har flere standardsensorer dedikeret til sikkerhed og kan udstyres med valgfrie sensorer for at øge sikkerheden i specifikke anvendelsesscenarier. (Billedkilde: Omron)

Sikkerhedsvurderinger på systemniveau

Overholdelse af forskellige nationale og internationale standarder er kun begyndelsen på AMR-sikkerhed. AMR er en teknologi under udvikling. De bliver mere komplekse og håndterer tungere nyttelast, hvilket skaber nye sikkerhedsudfordringer. For at imødegå de voksende sikkerhedsproblemer i forbindelse med AMR'er tilbyder Omron en sikkerhedskonsulenttjeneste, der yder hjælp til design, risikovurdering, testning og validering af AMR-implementeringer. Den nye ISO 3691-4-standard indeholder f.eks. specifikke krav til afstanden mellem mobile robotter og andre strukturer. Support fra Omron Safety Service-konsulenter omfatter:

• Gennemgang af layoutdesign og identifikation af zoner som krævet i ISO 3691-4
• Designberegninger, især i applikationer med høj trafik eller hvor der flyttes tunge byrder
• Test og validering af løsninger på stedet

AMR flådechef

Det er næsten uhørt at anvende en enkelt AMR. Det er almindeligt med flåder på 100 AMR'er, og Omron har en AMR-styringsløsning med indbygget dataindsamling, analyser og rapportering, der gør det muligt for organisationer at optimere ydelsen af den samlede drift af anlægget og den lokale robotflåde. Enterprise Manager 2100-netværksapparatet er en hardware- og softwareløsning, der er designet til at administrere en flåde af AMR'er (billede 5). Køstyringssoftware bruges til at kommunikere med de enkelte AMR'er; den tildeler opgaver til hver AMR på baggrund af jobanmodninger fra brugere eller automatiseret udstyr.

Figur 5. Omron 2100 Enterprise Manager-netværksapparatet er designet til at administrere flåder på op til 100 AMR'er. (Billedkilde: Omron)

FLOW-løsningen (Fleet Operations Workspace) fra Omron kører på Enterprise Manager 2100 og giver et intelligent flådestyringssystem, der overvåger mobile robotters placering og trafikstrømmen. Enterprise Manager 2100 giver brugerne mulighed for at administrere og opdatere AMR-konfigurationer. Den koordinerer interaktionen og bevægelsen af AMR'er, så hver robot kender placeringen og vejen for enhver AMR i dens nærhed. Ved at automatisere forskellige robotstyringsopgaver reducerer FLOW-softwaren programmeringskravene til MES-systemer (Manufacturing Execution Systems) og ERP-systemer (Enterprise Resource Planning). FLOW har bl.a. følgende funktioner:

• Flådeintegrationsværktøjssæt baseret på industristandarder, herunder Restful, SQL, Rabbit MQ og ARCL
• Prioritering af opgaver baseret på vigtighedsniveau
• Identifikation og udvælgelse af de hurtigste ruter baseret på menneske- og robottrafik
• Identifikation af blokerede veje og tildeling af alternative ruter
• Optimering af AMR-jobopgaver
• Optimering af batteriopladningsskemaer for at maksimere flådens driftstid

Simulering kan optimere AMR-flåder

Allerede inden EM2100-netværksapparatet implementeres til flådestyring, giver Fleet Simulator-softwaren brugerne mulighed for at planlægge trafik og arbejdsgange for flåder af autonome mobile robotter og hjælper med at identificere og løse eventuelle problemer. AMR-lokalisering, stiplanlægning, forhindringsundgåelse, opgavesimulering og flådestyring baseret på et kort over det faktiske anlæg kan modelleres nøjagtigt ved hjælp af Omrons Fleet Simulator. Desuden kan simuleringerne bruges til at optimere sammensætningen af AMR-flåden og forudsige gennemstrømningen. En EM2100 kan konfigureres som en flådesimulator på fabrikken eller med en softwareopdatering i marken.

Figur 6: Omron flådesimulator kører på 2100 Enterprise Manager-netværksapparatet og kan optimere en hel flåde af heterogene AMR'er før implementering. (Billedkilde: Omron)

AMR velvære

Når AMR'erne først er i marken, forventes de at fungere næsten uafbrudt, og forebyggende vedligeholdelse kan være et afgørende element i en vellykket implementering. For at understøtte dette behov tilbyder Omron Wellness Visits, som omfatter regelmæssige evalueringer på stedet af de enkelte AMR'ers tilstand, hvilket gør det muligt at planlægge vedligeholdelsen på forhånd og dermed minimere kostbar nedetid. Fordelene ved wellnessbesøg omfatter:

• Maksimering af AMR's driftslevetid
• Opretholdelse af den højeste AMR-driftseffektivitet
• Avanceret identifikation af potentielle problemer, hvilket minimerer uplanlagt nedetid
• Proaktiv planlægning af reparationer og udskiftning af dele på grundlag af planlagte nedlukninger og andre operationelle overvejelser

Sammenfatning

AMR'er bruges til at gøre lageroperationer, fremstillingsprocesser og arbejdsgange mere effektive og produktive ved at hente og aflevere materialer og frigøre folk til at udføre komplekse opgaver, der skaber værditilvækst. Efterhånden som de mange forskellige opgaver, hvor der anvendes AMR'er, er der blevet udviklet nye AMR-formater, hvilket komplicerer forvaltningen af AMR-flåder. Forvaltningen af AMR-flåder begynder med at simulere AMR'ernes interaktioner i et syntetisk miljø, inden flåden sættes i luften. Når flåden er blevet indsat, skal AMR'erne fungere sikkert, effektivt og med minimal nedetid. Der findes centraliserede hardware- og softwareapparater, som kan bruges til at simulere potentielle AMR-implementeringer og overvåge sikker, effektiv og pålidelig drift af AMR-flåder.