Tipi di robot mobili autonomi e loro applicazioni

I robot mobili autonomi (AMR) sono utilizzati in molti settori industriali in una crescente varietà di applicazioni logistiche. A differenza dei sistemi fissi di trasporto dei materiali come i nastri trasportatori, gli AMR possono girare in un impianto senza essere limitati a un percorso fisso. Le comunicazioni wireless e i sistemi di navigazione a bordo permettono loro di ricevere comandi su dove dirigersi. Gli AMR possono navigare verso la posizione richiesta senza essere programmati e possono anche trovare un percorso alternativo se incontrano un ostacolo. Gli AMR possono rendere più efficienti e produttive le operazioni di magazzino, i processi di produzione e i flussi di lavoro eseguendo compiti non a valore aggiunto, come il trasporto, il prelievo e la consegna dei materiali, per alleviare il personale in modo che si concentri su compiti complessi che aggiungono valore. Anche se è una tecnologia relativamente nuova, gli AMR si sono già ramificati in molte versioni, ognuna ottimizzata per eseguire un compito specifico.

Questo articolo confronta le soluzioni di mobilità tradizionali come i sistemi di trasporto e i veicoli a guida automatica (AGV) con gli AMR. Esamina i benefici dell'uso degli AMR e spiega come il proliferare dei progetti di AMR stia espandendo la loro utilità. Discute l'integrazione software di flotte di AMR con altri sistemi, comprese le capacità di navigazione precisa, l'impatto potenziale degli AMR sulla sicurezza dei lavoratori e come gestire e simulare le flotte di AMR. Infine, considera brevemente come la manutenzione di routine può massimizzare la durata di un AMR, identificare potenziali problemi prima che si traducano in tempi di fermo non programmati e aiutare a programmare in modo proattivo le riparazioni e le sostituzioni dei pezzi in base a fermi programmati e altre considerazioni operative.

Gli AGV possono consegnare il materiale in una posizione specifica con più flessibilità di un sistema di trasporto, ma sono molto meno flessibili degli AMR. Come i nastri trasportatori, gli AGV seguono un percorso fisso. Ma con gli AGV, il percorso può essere modificato più facilmente e rapidamente rispetto ai sistemi di trasporto. Gli AMR possono lavorare in modo collaborativo con le persone, offrire una flessibilità molto maggiore e trovare il percorso più efficiente per portare a termine un compito specifico. Se un AMR si imbatte in un ostacolo, può cambiare la rotta e procedere verso la sua destinazione. Se un AGV incontra un ostacolo, si ferma e ha bisogno di assistenza prima di continuare lungo il percorso prestabilito (Figura 1). Gli AMR usano una combinazione di potenza di calcolo a bordo e centralizzata e sensori sofisticati per interpretare l'ambiente circostante e navigare aggirando ostacoli fissi come scaffali e postazioni di lavoro e ostacoli mobili come carrelli elevatori, persone, AGV e altri AMR.

Figura 1: Quando un AMR si avvicina a un ostacolo (a sinistra), può aggirarlo autonomamente. Quando un AGV si avvicina a un ostacolo (a destra), si ferma fino all'arrivo dei soccorsi. (Immagine per gentile concessione di Omron)

L'Integration Toolkit (ITK) è l'interfaccia di Omron che consente l'integrazione centralizzata tra gli AMR e il software applicativo client, come un sistema di esecuzione della produzione (MES) o un sistema di gestione del magazzino (WMS). Ad esempio, gli AMR possono essere integrati con i WMS in un ambiente di magazzino e centro di distribuzione, dando agli AMR una maggiore flessibilità per creare i loro percorsi tra le varie posizioni all'interno della struttura. Il risultato è un robot capace di lavorare molto bene con gli esseri umani negli ambienti dinamici delle operazioni di evasione degli ordini e di magazzino.

Un AMR può anche funzionare come un AGV

Alcune applicazioni AMR come le consegne di materiali ai nastri trasportatori, ad alimentatori e banchi di prova hanno bisogno che il robot si fermi in una posizione specifica con alta precisione e ripetibilità. I gestori di flotte che utilizzano gli AMR di Omron possono scegliere tra due sistemi di posizionamento ad alta precisione: il sistema di posizione con allineamento delle celle (CAPS) e il sistema di posizionamento ad alta precisione (HAPS). CAPS o HAPS possono migliorare la precisione di arrivo alla destinazione finale da circa ±100 mm a ±8 mm. Il laser a scansione di sicurezza principale sulla parte anteriore dell'AMR viene utilizzato dalla tecnologia CAPS per rilevare la posizione di una destinazione e consente all'AMR di spostarsi verso la posizione con grande precisione.

La tecnologia HAPS può anche muoversi coerentemente attraverso uno spazio definito con maggiore precisione e/o fermarsi con precisione a una destinazione predefinita, ma con un cavillo. Utilizzando HAPS, l'AMR può seguire il nastro magnetico sul pavimento per navigare verso una destinazione, in modo simile a un AGV. Un sensore HAPS sotto l'AMR consente di passare senza soluzione di continuità dalla modalità completamente autonoma al percorso definito dal nastro magnetico. L'AMR utilizza poi una combinazione di sensori di bordo e di marcatori a terra per navigare con precisione e fermarsi in punti specifici (Figura 2).

Figura 2: CAPS di Omron (a sinistra) utilizza il laser a scansione frontale dell'AMR combinato con la navigazione autonoma per localizzare e spostarsi in una posizione di destinazione con alta precisione. HAPS (a destra) utilizza una combinazione di marcatori come il nastro magnetico e i sensori di bordo per navigare e fermarsi in punti specifici. (Immagine per gentile concessione di Omron)

Quando funziona in modalità HAPS, un AMR di Omron può entrare e uscire da un percorso su nastro magnetico in qualsiasi punto. Questo permette all'AMR di passare senza problemi dalla funzione naturale e dalla navigazione autonoma alla guida a nastro magnetico simile a quanto fa un AGV. Se è dotato di sensori HAPS anteriori e posteriori, l'AMR può muoversi accuratamente avanti e indietro lungo il percorso su nastro magnetico.

Il sistema AMR di Omron può essere personalizzato da sviluppatori, integratori e utenti finali per vari carichi utili e compiti (Figura 3). Oltre alle possibilità di integrazione delle strutture supportate da ITK, la combinazione di CAPS e HAPS aumenta la capacità di questi AMR quando è necessario un posizionamento preciso e ripetibile e sta aprendo la strada a nuove applicazioni come:

• Consegna di carrelli carichi di materiali
• Ispezione delle scorte nei negozi al dettaglio
• Robot corrieri sicuri per consegnare oggetti agli ospiti di hotel o componenti di alto valore alle postazioni di lavoro
• Disinfezione degli spazi pubblici
• AMR collaborativi personalizzati
• Nastri trasportatori
• Consegna di oggetti pesanti fino a 1.500 kg

Figura 3: Gli AMR sono disponibili in varie configurazioni ottimizzate per eseguire compiti specifici. (Immagine per gentile concessione di Omron)

Robotica sicura

Il funzionamento sicuro è imprescindibile per gli AMR. Esempi di sensori di sicurezza standard includono il sonar posteriore e i laser anteriori per il rilevamento degli ostacoli, un sensore sul paraurti anteriore per fermare l'AMR se tocca un oggetto e dischi luminosi per avvisare le persone nelle vicinanze che l'AMR è in funzione (Figura 4). Possono essere aggiunti sensori opzionali per requisiti specifici, come l'identificazione di ostacoli sporgenti o pendenti. Gli AMR devono essere conformi a varie norme di sicurezza nazionali e internazionali come EN 1525 (Sicurezza dei carrelli industriali, dei carrelli senza conducente e dei loro sistemi), ANSI 56.5:2012 (Standard di sicurezza per i veicoli industriali senza conducente, a guida autonoma e per le funzioni automatizzate dei veicoli industriali condotti) e JIS D 6802:1997 (Sistemi di veicoli a guida autonoma - Norme generali sulla sicurezza).

Figura 4: Gli AMR di Omron sono conformi agli standard di sicurezza ISO EN1525, JIS D6802 e ANSI B56.5, hanno più sensori standard dedicati alla sicurezza e possono essere equipaggiati con sensori opzionali per una maggiore sicurezza in specifici scenari applicativi. (Immagine per gentile concessione di Omron)

Valutazioni di sicurezza a livello di sistema

Soddisfare i vari standard nazionali e internazionali è solo l'inizio delle misure di sicurezza per gli AMR. Gli AMR sono una tecnologia in evoluzione. Stanno diventando più complessi e gestiscono carichi utili più pesanti creando nuove sfide per la sicurezza. Per affrontare l'evoluzione dei problemi di sicurezza con gli AMR, Omron offre un servizio di consulenza sulla sicurezza che fornisce assistenza alla progettazione, valutazione dei rischi, test e convalida delle implementazioni AMR. Ad esempio, il nuovo standard ISO 3691-4 include requisiti specifici per la distanza tra i robot mobili e altre strutture. Il supporto fornito dai consulenti Omron Safety Service include:

• Revisione della planimetria e identificazione delle aree, come richiesto da ISO 3691-4
• Calcoli progettuali, specialmente in applicazioni ad elevato traffico o con presenza di carichi pesanti
• Test e convalida della soluzione in loco

Responsabile della flotta AMR

È molto raro che si utilizzi un solo AMR. Sono più comuni le flotte di 100 AMR e Omron ha una soluzione di gestione degli AMR che fornisce l'acquisizione dei dati, l'analisi e la reportistica integrate per consentire alle aziende di ottimizzare le prestazioni di funzionamento generale della struttura e della flotta robotica. Il dispositivo di rete Enterprise Manager 2100 è una soluzione hardware e software progettata per gestire una flotta di AMR (Figura 5). Il software di gestione delle code è usato per comunicare con i singoli AMR, assegna i compiti a ciascun AMR in base alle richieste di lavoro degli utenti o delle apparecchiature automatizzate.

Figura 5: Il dispositivo di rete Enterprise Manager 2100 di Omron è progettato per gestire flotte fino a 100 AMR. (Immagine per gentile concessione di Omron)

La soluzione di Omron Fleet Operations Workspace (FLOW) installata su Enterprise Manager 2100 è un sistema di gestione intelligente della flotta che monitora le posizioni dei robot mobili e il flusso del traffico. Enterprise Manager 2100 permette agli utenti di gestire e aggiornare le configurazioni degli AMR. Coordina l'interazione e il movimento degli AMR, quindi ogni robot conosce la posizione e il percorso di qualsiasi altro AMR nelle vicinanze. Automatizzando vari compiti di gestione dei robot, il software FLOW riduce le richieste di programmazione sui sistemi di esecuzione della produzione (MES) e sui sistemi di pianificazione delle risorse aziendali (ERP). Le caratteristiche di FLOW includono:

• Toolkit di integrazione della flotta basato su standard di settore tra cui Restful, SQL, Rabbit MQ e ARCL
• Priorità delle attività in base al livello di importanza
• Identificazione e selezione dei percorsi più veloci in base al traffico umano e robotico
• Identificazione dei percorsi bloccati e assegnazione a percorsi alternativi
• Ottimizzazione delle assegnazioni di lavoro AMR
• Ottimizzazione dei programmi di ricarica della batteria per massimizzare il tempo di attività della flotta

La simulazione può ottimizzare le flotte di AMR

Anche prima che sia utilizzato il dispositivo di rete EM2100 per la gestione della flotta, il software Fleet Simulator permette agli utenti di pianificare il traffico e i flussi di lavoro per le flotte di robot mobili autonomi e aiuta a identificare e risolvere i possibili problemi. La localizzazione degli AMR, la pianificazione dei percorsi, l'evitamento degli ostacoli, la simulazione delle attività e la gestione della flotta basata su una mappa della struttura reale possono essere modellate accuratamente utilizzando Fleet Simulator di Omron. Inoltre, le simulazioni possono essere utilizzate per ottimizzare la composizione della flotta di AMR e prevederne il throughput. Un EM2100 può essere configurato come simulatore di flotta in fabbrica o con un aggiornamento software sul campo.

Figura 6: Fleet Simulator di Omron si esegue sul dispositivo di rete Enterprise Manager 2100 e può ottimizzare un'intera flotta di AMR eterogenei prima della distribuzione. (Immagine per gentile concessione di Omron)

Stato di salute degli AMR

Una volta dispiegati sul campo, ci si aspetta che gli AMR funzionino quasi senza interruzioni, e la manutenzione preventiva può essere un elemento cruciale per il successo delle distribuzioni. Per supportare questa esigenza, Omron offre visite che includono valutazioni regolari presso la struttura delle condizioni dei singoli AMR, consentendo di programmare la manutenzione in anticipo, riducendo al minimo i costosi tempi di inattività. I benefici di queste visite includono:

• Massimizzazione della vita utile degli AMR
• Mantenimento dell'efficienza operativa di picco degli AMR
• Identificazione anticipata di potenziali problemi, riducendo al minimo i tempi di inattività fuori programma
• Programmare proattivamente le riparazioni e la sostituzione di pezzi in base agli arresti programmati e ad altre considerazioni operative

Riepilogo

Gli AMR sono utilizzati per rendere più efficienti e produttive le operazioni di magazzino, i processi di produzione e i flussi di lavoro, raccogliendo e scaricando i materiali, alleviando il personale in modo che si concentri su compiti complessi che aggiungono valore. Con l'aumento della varietà di applicazioni degli AMR, sono stati sviluppati nuovi formati di AMR che complicano la gestione delle flotte. La gestione delle flotte di AMR inizia con la simulazione delle interazioni tra gli AMR in un ambiente simulato prima della distribuzione sul campo della flotta. Una volta che la flotta è operativa, gli AMR devono funzionare in modo sicuro, efficiente e con tempi di inattività minimi. Sono disponibili dispositivi hardware e software centralizzati utili per simulare potenziali distribuzioni di AMR e monitorare il funzionamento sicuro, efficiente e affidabile delle flotte di AMR.