Az önjáró robotok fajtái és felhasználási területei

Az önjáró robotokat (AMR, autonomous mobile robot) számos iparágban, egyre többféle logisztikai területen használják. Az olyan helyhez kötött anyagszállító rendszerekkel ellentétben, mint a futószalagok, az önjáró robotok a kötött pálya jelentette korlátok nélkül közlekedhetnek a létesítményekben. Vezeték nélküli kommunikációjuk és fedélzeti navigációs rendszereik lehetővé teszik számukra, hogy parancsokat kapjanak arra vonatkozóan, hogy merre menjenek tovább. Az önjáró robotok programozás nélkül is el tudnak navigálni a kért helyre, és még alternatív útvonalat is tudnak keresni, ha akadályba ütköznek. Az önjáró robotok hatékonyabbá tehetik a raktári műveleteket, a gyártási folyamatokat és egyéb munkafolyamatokat azáltal, hogy elvégzik a nem értéknövelő feladatokat, például az anyagok szállítását, felvételét és lerakodását, így felszabadítják az embereket az értékteremtő, összetettebb feladatok elvégzésére. Bár viszonylag új technikáról van szó, az önjáró robotok már sok különböző fajtára ágaznak szét, amelyek mindegyike egy adott típusú feladat elvégzésére van optimalizálva.

Ez a cikk összehasonlítja és szembeállítja a hagyományos szállítási megoldásokat, például a futószalag-rendszereket és az automatizált irányított járműveket (AGV) az önjáró robotokkal. Megvizsgálja az önjáró robotok használatának előnyeit, és azt, hogy a különféle önjárórobot-konstrukciók elterjedése hogyan növeli a felhasználási területüket. Tárgyalja az önjárórobot-flották szoftveres összeépítését más rendszerekkel, beleértve a nagy pontosságú navigációs képességeket, az önjáró robotok lehetséges hatását a munkavállalók biztonságára, valamint az önjárórobot-flották kezelésének és szimulációjának módját. Végül röviden megvizsgálja, hogy a rendszeres karbantartás hogyan maximalizálhatja az önjáró robotok élettartamát, hogyan azonosíthatja a lehetséges problémákat, mielőtt azok nem tervezett leállásokhoz vezetnének, és hogyan segíthet a javítások és alkatrészcserék megelőző jellegű ütemezésében a tervezett leállások és egyéb üzemeltetési megfontolások alapján.

Az automatizált irányított járművek rugalmasabban tudják az anyagot egy adott helyre szállítani, mint a futószalagrendszerek, de sokkal kevésbé rugalmasak, mint az önjáró robotok. A futószalagokhoz hasonlóan az automatizált irányított járművek útvonala is kötött. Az automatizált irányított járművek esetében azonban az útvonal könnyebben és gyorsabban módosítható, mint a futószalagrendszerek esetében. Az önjáró robotok képesek együttműködni az emberekkel, sokkal nagyobb rugalmasságot kínálnak, és megtalálják a leghatékonyabb utat egy adott feladat elvégzéséhez. Ha egy önjáró robot akadályba ütközik, képes az akadálynak megfelelően megváltoztatni az útvonalát, és továbbhaladni a célállomás felé. Ha egy automatizált irányított jármű akadályba ütközik, megáll, és segítséget igényel, mielőtt továbbhaladna az előre kijelölt útvonalon (1. ábra). Az önjáró robotok a fedélzeti (saját) és a központi számítási teljesítmény és a kifinomult érzékelők kombinációját használják a környezetük értelmezésére és úgy a rögzített akadályokat, például állványokat és munkaállomásokat, mint a változó akadályokat, például targoncákat, embereket, automatizált irányított járműveket és más önjáró robotokat megkerülő mozgásra.

1. ábra: Amikor egy önjáró robot útjába akadály kerül (balra), önállóan ki tudja azt kerülni. Amikor egy automatizált irányított jármű útjába kerül akadály (jobbra), a jármű megáll, amíg a segítség meg nem érkezik (kép: Omron)

Az Integration Toolkit (ITK) az Omron illesztőfelülete, amely lehetővé teszi az önjáró robotok és az ügyfélrendszereken lévő szoftverek, például egy gyártásvégrehajtási rendszer (MES) vagy egy raktárkezelő rendszer (WMS) központi összeépítését. Az önjáró robotok egy raktár és elosztóközpont munkakörnyezetében összeépíthetők például a raktár vezérlőrendszereivel, ami nagyobb rugalmasságot ad az önjáró robotoknak a létesítményen belüli helyszínek közötti útvonalak kialakításában. Az eredmény egy olyan robot, amely sokkal jobban képes együttműködni az emberekkel a legtöbb rendeléskiszolgálási és raktározási tevékenység dinamikus környezetében.

Az önjáró robot működhet úgy is, mint egy automatizált irányított jármű

Az önjáró robotok egyes felhasználásai, például a futószalagokhoz, adagolókhoz és tesztállványokhoz történő anyagszállítás esetében a robotnak nagy pontossággal és megismételhetőséggel kell megállnia egy adott helyen. Az Omron önjáró robotokat használó flottakezelők két nagy pontosságú helyzetmeghatározó rendszer közül választhatnak: a cellához igazodó helyzetmeghatározó rendszer (CAPS, cell alignment position system) és a nagy pontosságú helymeghatározó rendszer (HAPS, high accuracy positioning system) közül. A CAPS és a HAPS a célba érkezés pontosságát körülbelül ±100 mm-ről ±8 mm-re javíthatja. A CAPS technika az önjáró robot elülső részén található fő biztonsági letapogató lézert használja a célpont helyének felismerésére, és ennek révén felruházza az önjáró robotot azzal a képességgel, hogy nagy pontossággal álljon a szükséges helyre.

A HAPS technika szintén képes egy meghatározott térben következetesen, megnövelt pontossággal mozgatni és egy előre meghatározott célnál pontosan megállítani az önjáró robotot, de egy kis csavarral. A HAPS segítségével az önjáró robot a padlóra helyezett mágnesszalagot (mag tape) követve képes a célponthoz jutni, hasonlóan az automatizált irányított járművekhez. Az önjáró robot alján lévő HAPS-érzékelőt arra használják, hogy a robot a teljesen önjáró üzemmódból zökkenőmentesen váltson át a mágnesszalag által meghatározott útvonalra. Az önjáró robot ezután a fedélzeti érzékelők és a padlón elhelyezett útvonaljelzők kombinációját használja a pontos navigációhoz és a meghatározott helyeken való megálláshoz (2. ábra).

2. ábra: Az Omron CAPS (balra) az önjáró robot elülső letapogató lézerét és az önálló mozgást kombinálja a célpont helyének nagy pontosságú meghatározására és megközelítésére. A HAPS (jobbra) egy mágnesszalag és a fedélzeti érzékelők kombinációját használja a navigációhoz és a meghatározott pontokon való megálláshoz (kép: Omron)

HAPS üzemmódban működve az Omron önjáró robot bármely ponton elhagyhatja a mágnesszalaggal kijelölt útvonalat, illetve ráállhat arra. Ez lehetővé teszi, hogy az önjáró robot zökkenőmentesen váltson át a természetes funkciójáról és az önálló navigációról az automatizált irányított járművekéhez hasonló mágnesszalagos útvonalvezetésre. Ha elöl és hátul is fel van szerelve HAPS-érzékelőkkel, az önjáró robot pontosan tud előre és hátra mozogni a mágnesszalag kijelölte útvonalon.

Az Omron önjáró robot rendszerét a fejlesztők, rendszer-összeépítők és végfelhasználók testreszabhatják a különböző feladatokhoz (3. ábra). Az ITK által támogatott, a létesítmény rendszerébe való beillesztési lehetőségeken túl a CAPS és a HAPS kombinációja növeli ezen önjáró robotok képességeit, amikor pontos és megismételhető helyzetbe állításra van szükség, és új felhasználási területeket nyit meg, amilyenek például a következők:

• Anyagokkal teli kocsik mozgatása
• Leltárellenőrzés kiskereskedelmi üzletekben
• Biztonságos futárrobotok, amelyekkel kisebb tárgyakat lehet odaszállítani a szálloda vendégeinek vagy nagy értékű alkatrészeket a munkaállomásokra
• Közterületek fertőtlenítése
• Egyedi együttműködő önjáró robotok
• Futószalagok végpontjainak kiszolgálása
• Nehéz tárgyak szállítása 1500 kg-ig

3. ábra: Az önjáró robotok különböző változatokban kaphatóak, különféle feladatok elvégzésére optimalizálva (kép: Omron)

A robotok biztonságos használata

Elengedhetetlen, hogy az önjáró robotokat biztonságosan lehessen üzemeltetni. Az alapfelszereltség részét képező biztonsági érzékelők közé tartozik például a hátsó szonár és az elülső lézerek az akadályok észlelésére, az első lökhárító érzékelője, amely megállítja az önjáró robotot, ha az egy tárgyhoz ér, valamint a fénykorongok, amelyek figyelmeztetik a közelben tartózkodó embereket, hogy az önjáró robot működik (4. ábra). Egyedi követelményekhez, például a kiálló vagy lelógó akadályok azonosításához az önjáró robotok külön rendelhető érzékelőkkel szerelhetők fel. Az önjáró robotoknak meg kell felelniük a különböző nemzeti és nemzetközi biztonsági előírásoknak, amilyen például az EN 1525 (Az ipari targoncák, vezető nélküli targoncák és rendszereik biztonsága), az ANSI 56.5:2012 (A vezető nélküli, automatizált irányított ipari járműveknek és a személyzettel ellátott ipari járművek automatizált funkcióinak biztonsági szabványa) és a JIS D 6802:1997 (Automatizált irányított járműrendszerek általános biztonsági előírásai).

4. ábra: Az Omron önjáró robotok megfelelnek az ISO EN1525, a JIS D6802 és az ANSI B56.5 biztonsági szabványnak, a biztonság érdekében több az alapfelszereltség részét képező érzékelővel vannak ellátva, és egyes különleges felhasználási területeken a biztonság növelése érdekében külön rendelhető érzékelőkkel is felszerelhetők (kép: Omron)

Rendszerszintű biztonsági értékelések

A különböző nemzeti és nemzetközi szabványoknak való megfelelés csak a kezdet az önjáró robotok biztonsága terén. Az önjáró robotok világa egy fejlődőben lévő technika. Egyre összetettebbek, és egyre nagyobb hasznos terheket szállítanak, ami új biztonsági kihívásokat jelent. Az önjáró robotokkal kapcsolatos, egyre növekvő biztonsági aggályok kezelésére az Omron biztonsági tanácsadó szolgáltatást tart fenn, amely segítséget nyújt a tervezésben, a kockázatfelmérésben, a tesztelésben és az önjáró robotok használati módjának kiértékelésében. Az új ISO 3691-4 szabvány például konkrét előírásokat tartalmaz az önjáró robotok és más szerkezetek közötti távolságokra vonatkozóan. Az Omron Safety Service biztonsági tanácsadó szolgálat tanácsadói által nyújtott támogatás a következőkre terjed ki:

• Az elrendezési terv felülvizsgálata és a zónák azonosítása az ISO 3691-4 szabvány előírásai alapján
• Tervezési számítások, különösen a nagy forgalmú vagy nehéz terhek mozgatásával járó felhasználási területeken
• A megoldás helyszíni tesztelése és kiértékelése

Flottakezelő önjáró robotokhoz

Meglehetősen ritka az, ha valahol csak egyetlen önjáró robotot alkalmaznak. Gyakoriak a 100 önjáró robotból álló flották, és az Omron rendelkezik olyan önjárórobot-felügyelő megoldással, amely beépített adatrögzítést és -elemzést, valamint jelentéstételt kínál, hogy a vállalatok optimalizálhassák a teljes létesítmény üzemeltetésének, valamint a használt robotflottának a teljesítményét. Az Enterprise Manager 2100 hálózati eszköz egy olyan hardveres és szoftveres megoldás, amelyet önjárórobot-flották kezelésére terveztek (5. kép). Az önjáró robotokkal egy várólista-kezelő szoftver kommunikál, és a felhasználók vagy az automatizált berendezések kérései alapján osztja ki az elvégzésre váró munkákat az egyes önjáró robotoknak.

5. ábra. Az Omron 2100 Enterprise Manager hálózati eszközt maximum 100 önjáró robotból álló flották kezelésére tervezték (kép: Omron)

Az Omron Fleet Operations Workspace (FLOW, robotkezelő munkaterület) alkalmazás az Enterprise Manager 2100 eszközön fut, és intelligens flottakezelő rendszert kínál, amely felügyeli az önjáró robotok helyzetét és mozgását. Az Enterprise Manager 2100 lehetővé teszi a felhasználók számára a különféle kialakítású önjáró robotok kezelését és frissítését. Koordinálja az önjáró robotok együttműködését és mozgását, hogy mindegyik robot ismerje a közelében lévő többi önjáró robot helyzetét és útvonalát. A különböző robotkezelési feladatok automatizálásával a FLOW szoftver csökkenti a gyártásvégrehajtási rendszerek (MES) és a vállalati erőforrás-tervező rendszerek (ERP) programozási igényeit. A FLOW jellemzői a következők:

• Ágazati szabványokon alapuló flotta-összeépítési eszközkészlet, beleértve a Restful, SQL, Rabbit MQ és ARCL szabványokat is
• A feladatok fontossági sorrendbe állítása a fontossági szint alapján
• A leggyorsabb útvonalak azonosítása és kiválasztása az emberek mozgása és a robotforgalom alapján
• A bedugult útvonalak azonosítása és alternatív útvonalak kijelölése
• Az önjáró robotok számára való munkakiosztás optimalizálása
• Az akkumulátorok töltési ütemezésének optimalizálása a flotta üzemidejének maximalizálása érdekében

Szimulációval optimalizálni lehet az önjárórobot-flottákat

Még mielőtt bevetnék az EM2100 hálózati eszközt a flotta kezelésére, a Fleet Simulator szoftver lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy megtervezzék az önjáró robotok alkotta flották forgalmát és munkafolyamatait, és segít azonosítani és megoldani az esetleges problémákat. Az Omron flottaszimulátorával pontosan modellezhető az önjáró robotok helyzetmeghatározása, útvonaltervezése, akadálykikerülése, feladatszimulációja és a tényleges létesítmény térképén alapuló flottakezelés. Ezen túlmenően a szimulációk felhasználhatók az önjárórobot-flotta összetételének optimalizálására és az útvonalak áteresztőképességének előrejelzésére is. Az EM2100 beállítható flottaszimulátorként a gyárban, illetve szoftverfrissítéssel a helyszínen.

6. ábra: Az Omron flottaszimulátor a 2100 Enterprise Manager hálózati eszközön fut, és még az üzembe helyezésük előtt optimalizálni lehet vele a önjáró robotok teljes heterogén flottáját (kép: Omron)

Az önjáró robotok karbantartása

A felhasználási helyükre kerülve az önjáró robotok várhatóan szinte folyamatosan működnek, és a megelőző karbantartás kulcsfontosságú eleme lehet a sikeres használatuknak. Ennek az igénynek a támogatására az Omron karbantartási szemléket kínál, amelyek az egyes önjáró robotok állapotának rendszeres helyszíni felmérését foglalják magukban, lehetővé téve a karbantartás előzetes ütemezését, minimálisra csökkentve a költséges állásidőt. A karbantartási szemlék előnyei a következők:

• Az önjáró robotok élettartamának maximálisra növelése
• Az önjáró robotok működési hatékonyságának a csúcson tartása
• A lehetséges problémák előzetes azonosítása, a nem tervezett leállások minimálisra csökkentése
• A javítások és alkatrészcserék megelőző jellegű ütemezése a tervezett leállások és egyéb üzemeltetési megfontolások alapján

Összegzés

Az önjáró robotokat arra használják, hogy az anyagok felvételével és lerakodásával hatékonyabbá tegyék a raktári műveleteket, gyártási folyamatokat és egyéb munkafolyamatokat, felszabadítva az embereket az összetettebb, értékteremtő feladatok elvégzésére. Az önjáró robotokkal végezhető feladatok sokféleségének bővülésével újfajta kialakítású önjáró robotokat fejlesztettek ki, ami megnehezíti az önjárórobot-flották kezelését. Az önjárórobot-flották kezelése az önjáró robotok együttműködésének szintetikus környezetben történő szimulálásával kezdődik, még mielőtt a flottát üzembe helyeznék. A flotta munkába állítása után az önjáró robotoknak biztonságosan, hatékonyan és minimális állásidővel kell működniük. Ma már rendelkezésre állnak olyan központi hardver- és szoftvereszközök, amelyekkel szimulálhatóak az önjáró robotok lehetséges munkakörülményei, valamint felügyelhető az önjárórobot-flották biztonságos, hatékony és megbízható működése.