Autonome mobile robottyper og konstruksjoner

Autonome mobile roboter (AMR – autonomous mobile robot) brukes i mange bransjer i et voksende utvalg av logistikkinstallasjoner. I motsetning til faste materialtransportsystemer som transportbånd, kan AMR-er kjøre rundt i et anlegg uten å være begrenset av en fastsatt rute. Deres trådløse kommunikasjonssystemer og integrerte navigasjonssystemer gjør dem i stand til å motta kommandoer om hvor de skal gå videre. AMR-er kan navigere til det forespurte stedet uten å bli programmert, og de kan til og med finne en alternativ bane hvis de støter på en hindring. AMR-er kan gjøre lageroperasjoner, produksjonsprosesser og arbeidsflyter mer effektive og produktive ved å utføre oppgaver som ikke gir noen verdiøkning, for eksempel transport, henting og avlevering av materialer, slik at personell kan fokusere på å utføre komplekse oppgaver som gir verdiøkning. Selv om det er en relativt ung teknologi, har AMR-er allerede forgrenet seg til mange forskjellige varianter, der hver av disse er optimalisert for å utføre en bestemt oppgavetype.

Denne artikkelen sammenligner og kontrasterer tradisjonelle mobilitetsløsninger som transportsystemer og automatiserte veiledede kjøretøy (AGV – automated guided vehicles) med AMR-er. Den ser på fordelene av å bruke AMR-er og hvordan utbredelsen av AMR-konstruksjoner utvider bruksområdene av disse. Den tar for seg programvareintegrering av AMR-flåter med andre systemer, deriblant nøyaktige navigasjonsmuligheter, den potensielle effekten AMR-er har på personellsikkerhet og hvordan man håndterer og simulerer AMR-flåter. Til slutt tar denne artikkelen kort for seg hvordan rutinemessig vedlikehold kan maksimere AMR-levetiden, identifisere potensielle problemer før de resulterer i ikke-planlagt nedetid og bidra proaktivt til å planlegge reparasjoner og erstatning av deler basert på planlagt driftsstans og andre driftsmessige hensyn.

AGV-er kan levere materialer til et bestemt sted med mer fleksibilitet enn et transportsystem, men de er ikke på langt nær like fleksible som AMR-er. I likhet med transportbånd, har AGV-er en fastsatt rute. Med AGV-er kan derimot ruten modifiseres enklere og raskere enn transportbåndsystemer. AMR-er kan fungere i samarbeid med personell, tilby mye større fleksibilitet og finne den mest effektive ruten for å utføre en bestemt oppgave. Hvis en AMR støter på en hindring, kan den endre kurs og fortsette til målet. Hvis en AGV støter på en hindring, stopper den og trenger assistanse før den fortsetter langs sin forhåndstildelte bane (figur 1). AMR-er bruker en kombinasjon av integrert og sentralisert datakraft og sofistikerte sensorer til å tolke omgivelsene og navigere rundt både faste hindringer som stativer og arbeidsstasjoner og variable hindringer som gaffeltrucker, mennesker, AGV-er og andre AMR-er.

Figur 1: Når en AMR nærmer seg en hindring (venstre), kan den navigere rundt denne på egen hånd. Når en AGV nærmer seg en hindring (høyre), stanser den helt til den mottar hjelp. (Bildekilde: Omron)

Integreringsverktøysettet (ITK – Integration Toolkit) er Omrons grensesnitt som muliggjør sentralisert integrasjon mellom AMR-ene og klientprogramvaren, for eksempel et produksjonskjøresystem (MES – manufacturing execution system) eller et lagerstyringssystem (WMS – warehouse management system). For eksempel kan AMR-er integreres med lagerets styringssystemer i omgivelser som lager og distribusjonssenter, noe som gir AMR-ene økt fleksibilitet når de skal opprette egne ruter mellom steder i et anlegg. Resultatet er en robot som er mye bedre i stand til å jobbe med mennesker innenfor de dynamiske omgivelsene som er en realitet i de fleste ordreoppfyllelses- og lageroperasjoner.

En AMR kan også fungere som en AGV

Noen AMR-bruksområder, for eksempel materialleveranser til transportbånd, matebånd og teststativ, krever at roboten stopper på et bestemt sted med høy nøyaktighet og repeterbarhet. Flåteledere som bruker Omron AMR-er kan velge mellom to svært nøyaktige posisjonssystemer: Posisjonssystem for cellejustering (CAPS – cell alignment position system) og posisjonssystem med høy nøyaktighet (HAPS – high accuracy positioning system). CAPS eller HAPS kan forbedre målnøyaktigheten for mottak fra ca. ±100 mm til ±8 mm. Hovedlaseren for sikkerhetsskanning på fremsiden av AMR-en brukes av CAPS-teknologien til å detektere en målplassering og gjør det mulig for AMR-en å bevege seg til den angitte plasseringen med høy nøyaktighet.

HAPS-teknologi kan også konsekvent bevege seg gjennom et definert rom med forbedret nøyaktighet og/eller nøyaktig stanse ved et forhåndsdefinert mål, men med en vri. Ved å bruke HAPS, kan AMR-en følge magnetbånd (mag tape) på gulvet for å navigere til et mål, på lignende måte som en AGV. En HAPS-sensor under AMR-en brukes til å gi jevn overgang fra fullstendig autonom modus til banen definert av magnetbåndet. AMR-en bruker deretter en kombinasjon av integrerte sensorer og gulvmarkører til å nøyaktig navigere og stanse på bestemte steder (figur 2).

Figur 2: Omron CAPS (venstre) bruker AMR-ens laserskanner i front kombinert med autonom navigasjon til å finne og bevege seg til en målplassering med høy nøyaktighet. HAPS (høyre) bruker en kombinasjon av markører, for eksempel magnetbånd og integrerte sensorer, til å navigere til og stanse i bestemte områder. (Bildekilde:Omron)

Når du opererer i HAPS-modus, kan en Omron AMR bevege seg til og forlate en magnetbåndbane når som helst. Dette gjør det mulig for AMR-en å gå smidig over fra naturlig funksjon og autonom navigasjon til AGV-lignende magnetbåndveiledning. Hvis den er utstyrt med HAPS-sensorer foran og bak, kan AMR-en bevege seg nøyaktig bakover og fremover langs magnetbåndbanen.

Omron AMR-systemet kan tilpasses av utviklere, integratorer og sluttbrukere for ulike nyttelaster og oppgaver (figur 3). I tillegg til mulighetene for integrering av anlegg som støttes av ITK, øker kombinasjonen av CAPS og HAPS kapasiteten til disse AMR-ene når nøyaktig og repeterbar posisjonering er nødvendig, og åpner for nye bruksområder som:

• Levering av vogner fulle av materialer
• Lagerinspeksjon i butikker
• Sikre budroboter som kan levere varer til hotellgjester eller verdifulle komponenter til arbeidsstasjoner
• Desinfeksjon av offentlige rom
• Egendefinerte samarbeidende AMR-er
• Transportbåndtopper
• Levering av tunge gjenstander på opptil 1500 kg

Figur 3: AMR-er er tilgjengelige i forskjellige konfigurasjoner som er optimalisert for å utføre spesifikke oppgaver. (Bildekilde:Omron)

Sikker robotkjøring

Sikker drift er obligatorisk for AMR-er. Eksempler på standard sikkerhetssensorer inkluderer bakre sonar og frontlasere for deteksjon av hindringer, en sensor i frontstøtfangeren for å stoppe AMR-en hvis den kommer i kontakt med et objekt og lysplater som varsler folk i nærheten om at AMR-en er i drift (figur 4). Valgfrie sensorer kan legges til for spesifikke krav, for eksempel identifisering av fremspringende eller overhengende hindringer. AMR-er er påkrevd for å overholde forskjellige nasjonale og internasjonale sikkerhetsforskrifter, for eksempel NS-EN 1525 (Sikkerhet for industrielle lastebiler, førerløse lastebiler og tilknyttede systemer), ANSI 56.5:2012 (Sikkerhetsstandard for førerløse, automatisk veiledede industrikjøretøyer og automatiserte funksjoner for bemannede industrikjøretøyer) og JIS D 6802:1997 (Automatiserte veiledede kjøretøysystemer – generelle sikkerhetsregler).

Figur 4: Omron AMR-er er i samsvar med sikkerhetsstandardene ISO EN1525, JIS D6802 og ANSI B56.5, har flere standardsensorer som er dedikert til sikkerhet og kan utstyres med valgfrie sensorer for å gi økt sikkerhet i bestemte bruksområder. (Bildekilde:Omron)

Sikkerhetsvurderinger på systemnivå

Å oppfylle ulike nasjonale og internasjonale standarder er bare starten på AMR-sikkerhet. AMR-er er en teknologi som er under stadig utvikling. De blir stadig mer komplekse og håndterer tyngre nyttelaster, noe som skaper nye sikkerhetsutfordringer. For å løse de stadig utviklende sikkerhetsbekymringene relatert til AMR, tilbyr Omron en sikkerhetskonsultasjonstjeneste som gir konstruksjonsassistanse, risikovurdering, testing og validering av AMR-implementeringer. Den nye ISO 3691-4-standarden omfatter for eksempel spesifikke krav til klaring mellom mobile roboter og andre konstruksjoner. Støtte som leveres av Omrons sikkerhetstjenestekonsulenter omfatter:

• Gjennomgang av layout og identifisering av soner i henhold til NS-EN ISO 3691-4
• Konstruksjonsberegninger, spesielt i installasjoner med høy trafikk eller der tung last flyttes
• Testing og validering av løsninger på stedet

AMR-flåteleder

Det er nesten uhørt av Apple å implementere kun én AMR. Flåter på 100 AMR-er er vanlig, og Omron har en AMR-styringsløsning som leverer innebygd datafangst, analyse og rapportering, noe som gjør det mulig for organisasjoner å optimalisere ytelsen til den generelle anleggsdriften, samt bedriftens robotflåte. Enterprise Manager 2100-nettverksapparatet er en maskinvare- og programvareløsning som er utviklet for å håndtere en AMR-flåte (bilde 5). Styringsprogramvare for kødannelse brukes til å kommunisere med de individuelle AMR-ene. Den tildeler oppgaver til hver AMR basert på jobbforespørsler fra brukere eller automatisert utstyr.

Figur 5. Omron 2100 Enterprise Manager-nettverksapparatet er utviklet for å håndtere flåter på opptil 100 AMR-er. (Bildekilde:Omron)

Omron Fleet Operations Workpace (FLOW) kjører på Enterprise Manager 2100 og leverer et intelligent flåtestyringssystem som overvåker mobile robotlokasjoner og trafikkflyt. Enterprise Manager 2100 gjør det mulig for brukere å håndtere og oppdatere AMR-konfigurasjoner. Den koordinerer interaksjonen og bevegelsen til AMR-er, slik at hver enkelt robot kjenner plasseringen og banen til alle AMR-er i nærheten. Ved å automatisere ulike robotstyringsoppgaver, kan FLOW-programvaren redusere programmeringskrav for produksjonskjøringssystemer (MES – manufacturing execution systems) og systemer for planlegging av bedriftsressurser (ERP – enterprise resource planning). Funksjoner for FLOW omfatter:

• Verktøysett for flåteintegrasjon basert på industristandarder, deriblant Restful, SQL, Rabbit MQ og ARCL
• Prioritering av oppgaver basert på viktighetsnivå
• Identifisering og valg av de raskeste rutene basert på trafikk fra mennesker og roboter
• Identifisering av blokkerte baner og tildeling til alternative ruter
• Optimalisering av AMR-jobbtildelinger
• Optimalisering av batteriladeplaner for å maksimere flåtens oppetid

Simulering kan optimalisere AMR-flåter

Selv før EM2100-nettverksapparatet er implementert for flåtestyring, gjør Fleet Simulator-programvaren det mulig for brukere å planlegge trafikk og arbeidsflyter for flåter av autonome mobile roboter, og den bidrar til å identifisere og løse potensielle problemer. AMR-lokalisering, baneplanlegging, hindringsunngåelse, oppgavesimulering og flåtestyring basert på et kart over det faktiske anlegget, kan modelleres nøyaktig ved å bruke Omrons flåtesimulator (Fleet Simulator). I tillegg kan simuleringene brukes til å optimalisere sammensetningen av AMR-flåten og forutsi gjennomstrømningen. En EM2100 kan konfigureres som en flåtesimulator (Fleet Simulator) på fabrikken eller med en programvareoppdatering ute i felten.

Figur 6: Omron-flåtesimulatoren kjører på 2100 Enterprise Manager-nettverksapparatet og kan optimalisere en hel flåte av heterogene AMR-er før implementering. (Bildekilde:Omron)

AMR-velvære

Når AMR-ene er ute i felten, forventes det at de er i drift nesten kontinuerlig, og forebyggende vedlikehold kan være et avgjørende element når det kommer til vellykkede distribusjoner. For å støtte dette behovet tilbyr Omron velværebesøk (Wellness Visits), som inkluderer regelmessige evalueringer i anlegget av tilstanden til individuelle AMR-er slik at vedlikehold kan planlegges på forhånd, noe som minimerer kostbar nedetid. Fordeler med velværebesøk omfatter:

• Maksimering av AMR-levetid
• Vedlikehold av maksimal AMR-driftseffektivitet
• Avansert identifisering av potensielle problemer, noe som minimerer ikke-planlagt nedetid
• Proaktiv planlegging av reparasjoner og erstatning av deler basert på planlagt driftsstans og andre driftsmessige hensyn

Sammendrag

AMR-er brukes til å gjøre lageroperasjoner, produksjonsprosesser og arbeidsflyter mer effektive og produktive ved å hente og avlevere materialer, slik at personell kan fokusere på å utføre komplekse oppgaver som gir verdiøkning. Etter hvert som mangfoldet av oppgaver som bruker AMR-er har vokst, har nye AMR-formater blitt utviklet, noe som kompliserer håndteringen av AMR-flåter. Håndteringen av AMR-flåter begynner med å simulere interaksjonene til AMR-er i et syntetisk miljø før flåten implementeres. Når flåten er implementert, må AMR-ene være i stand til å fungere trygt, effektivt og med minimal nedetid. Sentraliserte maskinvare- og programvareapparater er tilgjengelige, og disse kan brukes til å simulere potensielle AMR-implementeringer samt overvåke sikker, effektiv og pålitelig drift av AMR-flåter.