Μελέτη, σχεδίαση και υλοποίηση αυτόνομου ρομποτικού οχήματος ως μεταφορικό μέσο σε βιομηχανικό περιβάλλον

Abstract

Οι επιχειρήσεις σχεδόν οποιουδήποτε μεγέθους και σχεδόν σε κάθε κλάδο εξετάζουν την αυτοματοποίηση για να συμβάλουν στη βελτίωση της ανταγωνιστικότητας και της ασφάλειας των εργαζομένων. Οι διαδικασίες παραγωγής ήταν πρώιμοι στόχοι για την αυτοματοποίηση και η πρόοδος στα οικονομικά, ασφαλή και εύχρηστα συνεργατικά ρομπότ έκανε γρήγορα αυτόν τον τύπο αυτοματισμού προσβάσιμο ακόμη και για μικρές και μεσαίες επιχειρήσεις (SMB). Αφού είδαν γρήγορη και ουσιαστική απόδοση της επένδυσης από αυτές τις τεχνολογίες, οι ηγέτες των επιχειρήσεων προσπαθούν τώρα να αυτοματοποιήσουν άλλες άχρηστες διαδικασίες στους οργανισμούς τους. Πρωταρχικός στόχος είναι η μεταφορά υλικών όπου υπάρχουν πολλές δυνατότητες βελτιστοποίησης των διαδικασιών και των ροών εργασίας σημαντικά με τα AMR. Τα AMR αποτελούν μια ασφαλή, ευέλικτη και αποτελεσματική εναλλακτική λύση σε άλλες εσωτερικές λύσεις εφοδιαστικής, όπως AGV, περονοφόρα ανυψωτικά και μεταφορείς. Τα αυτόνομα κινητά ρομπότ και ασφάλεια Τα AMR είναι συνεργατικά και έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν δίπλα σε ανθρώπους. Η απόλυτη ασφάλεια είναι το κύριο χαρακτηριστικό για τα συνεργατικά κινητά ρομπότ που τρέχουν σε δυναμικά περιβάλλοντα και εργάζονται μαζί με ανθρώπους. Σε περίπτωση που ένας άνθρωπος σκοντάψει μπροστά από ένα AMR, ένα σύστημα σάρωσης λέιζερ με αξιολόγηση ασφαλείας ερμηνεύει το εμπόδιο αρκετά γρήγορα ώστε είτε να επαναδρομολογηθεί είτε να σταματήσει εντελώς για να αποτρέψει μια σύγκρουση. Στην περίπτωσή μας, υπάρχει κάλυψη ασφαλείας 360 μοιρών γύρω από το ρομπότ, ανιχνεύοντας εμπόδια αρκετά μέτρα μπροστά, ώστε να μπορούν να καθορίσουν τι πρέπει να συμβεί στη συνέχεια. Με την πρόσφατη ζήτηση για αυτήν την τεχνολογία σε όλους τους κλάδους, είναι σημαντικό να παραδοθεί ένα σύστημα που δεν θέτει σε κίνδυνο την ασφάλεια. Με ταχύτητες όχι μεγαλύτερες από τους ανθρώπους που περπατούν, οι εργαζόμενοι μπορούν να αισθάνονται εντελώς άνετα με αυτήν την τεχνολογία. Εταιρείες που ενσωματώνουν AMR στον γενικό αυτοματισμό Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, εταιρείες σε όλη την αλυσίδα εφοδιασμού ενσωματώνουν κινητά ρομπότ σε εφαρμογές που απαιτούν τη μεταφορά οποιουδήποτε υλικού. Μπορούν να αποτελούν μέρος ενός πλήρως αυτοματοποιημένου στόλου ρομπότ που μεταφέρουν αντικείμενα γύρω από μια αποθήκη ή μεταξύ μιας εγκατάστασης παραγωγής και μιας αποθήκης. Για παράδειγμα, στις εγκαταστάσεις Flex στην Αυστρία, δύο AMR μετακινούν υλικά σε μια έκταση 600 μέτρων από την αποθήκη στην περιοχή του προϊόντος χωρίς διακοπή, απελευθερώνοντας τους υπαλλήλους από μονότονες εργασίες μεταφοράς και στη Magna-Power με έδρα το Νιου Τζέρσεϊ, δύο AMR έχουν απελευθέρωσε το ισοδύναμο τριών εργαζομένων πλήρους απασχόλησης από την επαναλαμβανόμενη, χαμηλής αξίας μεταφορά εξαρτημάτων και συγκροτημάτων, ώστε οι εργαζόμενοι να μπορούν να επικεντρώσουν τις δεξιότητές τους σε δραστηριότητες υψηλότερης αξίας. Τα AMR είναι εξαιρετικά εύκολο να προγραμματιστούν και μπορούν να ενσωματωθούν σε όλους τους τύπους εσωτερικών περιβαλλόντων, συμπεριλαμβανομένων των πιο δύσκολων δυναμικών δαπέδων φυτών. Ορισμένα AMR μπορούν ακόμη και να ανοίγουν πόρτες και να ανεβαίνουν και να κατεβαίνουν ανελκυστήρες. Συνιστάται επίσης στις εταιρείες να ξεκινούν με ένα ή δύο κινητά ρομπότ, ακόμα κι αν έχουν αρκετές εργασίες για να απασχολήσουν έναν ολόκληρο στόλο. Γνωρίστε πώς λειτουργούν και τότε θα είναι πολύ πιο εύκολο και γρήγορο να ενσωματώσετε περισσότερα ρομπότ σε περισσότερες εφαρμογές. Επίσης, ξεκινήστε με έναν τοπικό εκπαιδευμένο διανομέα που μπορεί να τον καθοδηγήσει σε όλη τη διαδικασία. Πλοήγηση σε αποθήκες Σε αντίθεση με τα αυτοματοποιημένα οχήματα καθοδήγησης (AGV), τα οποία πρέπει να καθοδηγούνται από καλώδια, μαγνητικές ταινίες ή αισθητήρες που είναι εγκατεστημένοι στην αποθήκη, τα AMR πλοηγούνται μέσω χαρτών που έχουν κατασκευαστεί από λογισμικό είτε επιτόπου μέσω των σαρωτών λέιζερ είτε μέσω προφορτωμένων σχεδίων εγκαταστάσεων. Μοιάζει πολύ με ένα αυτοκίνητο με GPS και ένα προφορτωμένο σύνολο χαρτών. Οι διευθύνσεις είναι σημεία στον χάρτη. Κατά την πλοήγηση μεταξύ σημείων, το σύστημα καθορίζει την καλύτερη διαδρομή. Το AMR διδάσκεται τις τοποθεσίες για την παραλαβή και την αφαίρεση εξαρτημάτων μέσω της διαισθητικής διεπαφής του, όπου είναι επίσης δυνατό να καθοριστούν περιοχές όπου θα πρέπει να επιταχύνει ή να αποεπιταχύνει, προτιμώμενες περιοχές για οδήγηση και περιοχές όπου δεν επιτρέπεται να οδηγεί. Το AMR χρησιμοποιεί δεδομένα από κάμερες και ενσωματωμένους αισθητήρες και σαρωτές λέιζερ, καθώς και εξελιγμένο λογισμικό που του επιτρέπει να ανιχνεύει το περιβάλλον του και να επιλέγει την πιο αποτελεσματική διαδρομή προς τον στόχο. Λειτουργεί εντελώς αυτόνομα και εάν παρουσιαστούν περονοφόρα ανυψωτικά, παλέτες, άνθρωποι ή άλλα εμπόδια μπροστά του, το AMR θα κινηθεί με ασφάλεια γύρω από αυτά, χρησιμοποιώντας την καλύτερη εναλλακτική διαδρομή. Η τυπική απόδοση επένδυσης Η εύκολη ενσωμάτωση και το γεγονός ότι οι εταιρείες δεν χρειάζεται να κάνουν αλλαγές στην υπάρχουσα εργοστασιακή διάταξη κατά την ενσωμάτωση των AMR επιτρέπουν χαμηλό αρχικό κόστος. Επιπλέον, τα AMR είναι ένα αξιόπιστο εργατικό δυναμικό που μπορεί να λειτουργήσει για περίπου 12 έως 15 ώρες χωρίς διαλείμματα. Μπορούν να φορτιστούν αυτόματα, όταν δεν έχουν εργασίες να εκτελέσουν, διασφαλίζοντας ομαλή ροή εργασιών και βελτιστοποιώντας την εσωτερική επιμελητεία. Το ROI είναι συνήθως λιγότερο από ένα έτος, λόγω αυτής της εύκολης ενσωμάτωσης και επειδή ένα ρομπότ συνήθως –ανάλογα με την εφαρμογή– ελευθερώνει δύο υπαλλήλους πλήρους απασχόλησης για να εκτελέσουν εργασίες υψηλότερης αξίας. Στην περίπτωσή μας, το αυτόνομο κινητό ρομπότ θα μπορεί να μεταφέρει φορτία έως και 100 kg σε εσωτερικούς χώρους εντός εγκαταστάσεων παραγωγής, αποθηκών και άλλων βιομηχανικών τοποθεσιών όπου υπάρχει πρόσβαση στο κοινό. Ο χρήστης μπορεί να χειριστεί το ρομπότ μέσα από το περιβάλλον του ROS, στο οποίο έχει πρόσβαση μέσω υπολογιστή, κινητό τηλέφωνο ή ταμπλετ. Κάθε ρομπότ έχει το δικό του δίκτυο. Το ρομπότ μπορεί να ρυθμιστεί ώστε να εκτελεί μια σταθερή διαδρομή, να καλείται κατ' απαίτηση ή να εκτελεί πιο περίπλοκες αποστολές. Το ρομπότ χρησιμοποιεί έναν χάρτη της περιοχής εργασίας του για πλοήγηση και μπορεί να μετακινηθεί σε οποιαδήποτε θέση του χάρτη. Ο χάρτης μπορεί να δημιουργηθεί ή να εισαχθεί την πρώτη φορά που χρησιμοποιείται το ρομπότ. Κατά τη λειτουργία, το ρομπότ αποφεύγει εμπόδια που δεν χαρτογραφούνται, όπως ανθρώπους και έπιπλα.

Businesses of nearly any size and in nearly every industry are looking at automation to help improve competitiveness and employee safety. Manufacturing processes were early targets for automation, and advances in cost-effective, safe, and easy-to-deploy collaborative robots quickly made this type of automation accessible even for small and mid-sized businesses (SMBs). After seeing fast and substantial return on investment from these technologies, business leaders are now looking to automate other wasteful processes within their organizations. A prime target is material transportation where there are many possibilities of optimizing processes and workflows significantly with AMRs. AMRs constitute a safe, flexible and efficient alternative to other internal logistics solutions such as AGVs, forklifts and conveyors. Autonomous mobile robots are safe AMRs are collaborative and designed to work alongside humans. Being completely safe is the main feature for collaborative mobile robots that run in dynamic environments and work alongside humans. In case a human stumbles in front of an AMR, a safety-rated laser scanning system interprets the obstruction fast enough to either reroute or stop completely to prevent a collision. In our case, there is 360-degree safety coverage around the robot, detecting obstacles out several meters ahead so they can determine what needs to happen next. With the recent demand for this technology across all verticals, it is important to deliver a system that does not compromise safety. With speeds no faster than people walking, employees can feel completely comfortable around this technology. Companies integrating AMRs in general automation As mentioned previously, companies across the supply chain are integrating mobile robots in applications that require the transportation of any materials. They can be part of a fully automated fleet of robots that transport items around a warehouse or between a production facility and a warehouse. For example, at the Flex facility in Austria, two AMRs move materials along a 600-meter stretch from the warehouse to the product area without interruption, freeing employees from monotonous transportation tasks, and at New Jersey-based Magna-Power, two AMRs have freed the equivalent of three full-time employees from the repetitive, low-value transportation of components and assemblies so workers can focus their skills on higher-value activities. AMRs are extremely easy to program, and can be integrated in all types of indoor environments, including the most difficult dynamic plant floors. Some AMRs are even able to open doors and go up and down elevators. It is also recommend that companies start with one or two mobile robots, even if they have enough tasks to occupy an entire fleet. Get to know how they work and then it will be much easier and faster to integrate more robots across more applications. Also, start with a local trained distributor that can guide them through the entire process. Navigation through warehouses Unlike automated guided vehicles (AGVs), which need to be guided by wires, magnetic strips, or sensors installed within the warehouse, AMRs navigate via maps constructed by software either on-site via its laser scanners or via pre-loaded facility drawings. It's much like a car with a GPS and a pre-loaded set of maps. Addresses are points on the map. When navigating between points, the system determines the best route. The AMR is taught locations to pick up and drop off parts via its intuitive interface, where it is also possible to define areas where it should accelerate or de-accelerate, preferred areas to drive in, and areas where it is not allowed to drive. The AMR uses data from cameras and built-in sensors and laser scanners as well as sophisticated software that enables it to detect its surroundings and choose the most efficient route to the target. It works completely autonomously, and if forklifts, pallets, people, or other obstacles occur in front of it, the AMR will safely manoeuvre around them, using the best alternative route. The typical return on investment The easy integration and the fact that companies do not need to make changes in the existing factory layout when integrating AMRs allow low initial costs. Moreover, AMRs are a reliable workforce that can run for around 12 to 15 hours without breaks. They can charge automatically, when they do not have tasks to perform, ensuring a smooth workflow and optimizes the internal logistics. The ROI is typically less than a year, due to this easy integration and because one robot usually – depending on the application - frees up two full-time employees to perform higher value tasks. In our case the autonomous mobile robot will be able to transport loads up to 100 kg indoors within production facilities, warehouses, and other industrial locations where access to the public is restricted. User can operate the robot via ROS interface, which is accessed through a PC, smartphone, or tablet. Each robot has its own network. The robot can be set up to run a fixed route, be called on demand, or perform more complex missions. The robot uses a map of its work area to navigate and can move to any position on the map. The map can be created or imported the first time the robot is used. While operating, the robot avoids obstacles that are not mapped, like people and furniture.