Мобилни индустриални роботи

РоботикаСп. Инженеринг ревю - брой 4/2021 • 24.06.2021

  • В повечето случаи, дори без да е свързан към управляващата платформа в реално време, един съвременен мобилен робот е достатъчно автономен и сигурен, за да довърши програмирания си списък със задачи надеждно и безопасно

  • На дневен ред във все повече практически приложения излизат автономните мобилни роботи, които разчитат на множество сензори и камери за локализация и придвижване

  • Сред иновациите при мобилните роботи са функциите за картографиране и навигация, елиминиращи необходимостта от фиксирана инфраструктура за дефиниране на маршрута

 

Устойчивият ръст в търсенето на мобилни роботи за приложения в различни сфери на индустрията, особено в складовата дейност и логистиката, води до значително разширяване на този сегмент от пазара на роботизирани системи през последните години. Актуално проучване на специализираната маркетингова агенция Robotics Business Review прогнозира, че тази тенденция ще се запази и в бъдеще, а причините за това са много. Сред основните фактори, които мотивират все повече компании да инвестират в мобилни промишлени роботи, са тяхната голяма гъвкавост, краткият период за възвръщаемост на инвестицията, нарастващата липса на квалифицирани кадри, възможностите за непрекъсната работа и т. н. Експертите изчисляват, че в зависимост от типа на робота, неговото приложение и работните часове, той може да се изплати за 6 до 24 месеца, а внедряването и/или преместването му в различни етапи на производствената, складовата или логистичната дейност е бързо, лесно и не изисква времеемки и костващи средства прекъсвания.

 

Предимства и възможности

Мобилните роботи се отличават с множество предимства пред редица по-традиционни системи за складова автоматизация, включително доскорошните фаворити – самонасочващите се превозни средства. Недостатък на последните е, че се движат само по предварително дефинирани траектории и “излизането им от строя” често налага нежелани паузи в дейността на съоръжението. Мобилните роботи пък са напълно самостоятелни единици по смисъла на тяхното пространствено придвижване и дори да загубят връзка с контролния център, да се нуждаят от ремонт или да се окажат блокирани в някоя тясна складова зона, това не компрометира безпроблемното функциониране на останалите системи в обекта. В повечето случаи, дори без да е свързан към контролната платформа в реално време, един съвременен мобилен робот е достатъчно автономен и сигурен, за да довърши програмирания си списък със задачи надеждно и безопасно. Самите платформи за управление на мобилни роботизирани системи са проектирани така, че системата да не е зависима от отделните работни единици, а при отпадането на някоя от тях по дадена причина, останалите незабавно да реорганизират ресурсите и задачите си, така че напълно да компенсират липсата й. Винаги съществува и един последен резервен вариант, дори при най-сериозните технологични сривове, отбелязват експертите. Работните потоци в съоръжения с мобилни роботи типично са планирани така, че роботите да могат да бъдат допълнени или изцяло заместени от хора при необходимост, а автоматизираният контрол върху системите да бъде заменен с ръчно управление. Тази гъвкавост и устойчивост на различни кризисни сценарии прави автономните роботи все по-търсено решение не само в складове и логистични центрове, но и в много нови индустриални приложения.

 

Типове мобилни роботи

Зависимостта на самонасочващите се превозни средства от специално структурирана работна среда, различни баркод системи и наземни маркери за придвижване при мобилните промишлени роботи е завинаги преодоляна с помощта на последните технологии при машинното зрение и навигацията. На дневен ред във все повече практически приложения излизат автономните мобилни роботи (AMR), които разчитат на множество сензори (радари, инфрачервени датчици, лидар устройства) и камери за локализация и придвижване. Това позволява внедряване на тези системи и в неструктурирана среда, включително в действащи производствени цехове, дистрибуционни центрове и търговски обекти, в които е налице активна човешка дейност. Възможността на AMR роботите да работят в споделена работна зона с хората, без да представляват риск за тях бележи началото на нова епоха в мобилната роботика, в която автоматизираните системи придобиват потенциал да заменят човека във все повече тежки, повторяеми или опасни дейности.

И макар основен дял от сегмента да принадлежи на специализираните мобилни роботи (специално проектирани в цялост за дадено приложение), все повече производители разработват и т. нар. ретрофит версии – роботизирани модули, подходящи за инсталиране на съществуващи мобилни средства, включително електро- и мотокари, транспортни колички и дори почистващи системи.

 

Предизвикателствата на съвременната индустрия

Макар потенциалните ползи от планираното внедряване на мобилни роботи в даден бизнес да са много, тези системи често се оказват изправени пред редица сериозни предизвикателства в реална среда. Основни грешки, които компаниите допускат в тази посока, са недобрата оценка и прибързаният анализ на пригодността и рентабилността на дадено технологично решение за съответното приложение или конкретен процес. Недостатъчното оползотворяване на потенциала на един самоходен робот може значително да удължи периода му на възвръщаемост, а прекалено високите очаквания към автономните системи често се оказват в основата на недобри практически реализации, отчитат още от Robotics Business Review.

За да бъде въведен в експлоатация в неструктурирана среда, един мобилен робот се нуждае от адаптирана карта на обекта или функция за самостоятелно дигитално картографиране на пространството и генериране на собствена такава с цел адекватна навигация. Такива възможности обаче все още липсват при много масови модели.

Други технологии, които не намират достатъчно широко приложение при наличните решения и тепърва предстои да навлизат в сегмента, са гласовото управление, възможностите за манипулиране с обекти, както и мултифункционалното изпълнение на множество задачи. Ето защо е добре да се извърши задълбочен предварителен анализ на спецификите на приложението и възможните решения, преди да се пристъпи към инвестиция в мобилен робот. От ключово значение обикновено е и самата платформа за управление на робопарка – доколко тя е гъвкава, адаптивна и ефективна, позволява ли мащабиране и препрограмиране, добавяне и премахване на различни функции и процеси и т. н.

 

Мобилни манипулатори

Докладът на Robotics Business Review сочи, че през 2018 г. софтуерните решения и системите за машинно зрение в сегмента са еволюирали дотолкова, че са престанали да представляват пречка за по-нататъшното популяризиране на мобилните роботи в практиката. Това ще рече, че тези технологии са станали достатъчно достъпни за “широката аудитория” в индустрията във всички възможни аспекти – цена, приложимост, интуитивност на управление и т. н. Следващата крачка в развитието на мобилната роботика е добавянето на опции за манипулиране към самоходните системи. На пазара вече са налични модели с такива възможности, но засега те са по-скоро изключения, отколкото правило. Такива са например мобилните роботи с вакуумни хващачи, както и версиите с правоъгълни държачи и рамена с разширени функции за достъп. Специалистите в бранша потвърждават, че манипулирането с обекти е критично за успешното внедряване на индустриални роботи в повечето практически приложения, особено в среди, изискващи едновременно изпълнение на множество задачи или т. нар. “мултитаскинг”. За роботите обикновено това означава захващане на различни обекти и извършване на разнообразни дейности с тях.

Производителите се раздвояват в опитите си за разработка на универсални решения и специализирани инструменти за конкретни сценарии. Засега най-популярни са вакуумните и пръстовите хващачи, като и едните, и другите се отличават със съответните предимства и недостатъци, с различна прецизност, функционалност и бързина. Вакуумните решения не са подходящи за порести повърхности. Някои модели деформируеми и меки хващачи пък са разработени специално за приложения в хранително-вкусовата промишленост, където традиционните механизми оказват твърде голям натиск върху крехките и трошливи хранителни продукти. В компании, които произвеждат широк асортимент от изделия обаче, твърде специализираните системи отстъпват място на по-универсални решения.

 

Иновации на пазара

Макар доскоро складовата дейност, логистиката и електронната търговия почти изцяло да изчерпваха приложните сфери на мобилните роботи, все повече производители разработват продукти, насочени към хотелиерството, здравеопазването и обработката на различни материали. На пазара са налични модулни решения с универсална база и широк набор от варианти по отношение на функционалната част. Тя може да бъде например транспортна количка със съответната товароносимост от порядъка на до 150 – 200 кг, подходяща за превозване на най-различни насипни материали, компоненти и изделия.

Сред иновациите при мобилните роботи са функциите за дигитално картографиране и навигация, които елиминират нуждата от фиксирана инфраструктура за дефиниране на траекторията, както и възможностите за интегриране с ERP/MES системи с цел цялостно и централизирано управление на работните потоци.

Универсалната база на робота може да бъде преоборудвана с различни модули в рамките на един и същи работен цикъл в зависимост от потребностите, а вградените програмируеми логически контролери отговарят за изпълнението на различни команди в реално време. Инвентаризацията, поддръжката и обслужването на робопарка могат да бъдат напълно автоматизирани чрез централизирана ICT платформа, командвана автоматизирано или ръчно от съответния служител или екип. Така с единен интерфейс могат да бъдат управлявани една или повече системи от мобилни роботи в различни локации и конфигурации.

Съвременните самоходни роботизирани системи се характеризират с все по-висока скорост, прецизност и гъвкавост. Те могат да разполагат с радиочестотни антени, лидар технологии и 3D камери, осигуряващи точна проследимост. Сред новостите в сегмента са модели, предназначени за насочено търсене на обекти и складови единици, които с помощта на интуитивни графични интерфейси насочват служителите към следващата точка по зададения маршрут, минимизирайки излишното ходене из склада и времеемкото издирване на правилния кашон или пакет.

Новото поколение софтуерни продукти за мобилни роботи са специално разработени за оптимизиране на работните траектории на отделните единици в системата, така че да се елиминират струпванията на множество роботи на едно място, “задръстванията” и непълноценното използване на по-подходящи транспортни коридори.

Налично е богато разнообразие по отношение на товароносимостта на мобилните роботи, като 100 – 500 кг е популярен диапазон, но са достъпни и модели, които могат да работят с товар от порядъка на няколко тона. В много приложения, например в автомобилостроенето, мобилните роботи заместват високоповдигачите и транспалетните колички, а работните процеси стават все по-интуитивни и интелигентни, отбелязват маркетинговите специалисти.

За да се осигури оптимална безопасност за служителите и оборудването, мобилните роботи са снабдени с лазерни скенери, програмируеми контролери и предпазни релета, които предупреждават системата за наличието на различни обекти и препятствия в работната зона на робота и задават функция за заобикаляне или плавно спиране с цел да се избегне сблъсък. Управлението на целия робопарк може да се извършва посредством уеб базиран клиент, който да включва калкулатор за периода на възвръщаемост, работните часове на отделните единици и т. н.

Доказани решения по отношение на навигацията са подовите лазерни скенери, но към тях се добавят нови технологии за картографиране с помощта на светлинни източници, които спомагат за постигане на максимална прецизност при взаимодействието на робота със средата. Управлението на многоброен робопарк посредством единна платформа е ключова необходимост във все повече промишлени приложения, тъй като добавянето на допълнителни роботизирани единици обикновено съпътства разширяването на бизнеса в редица предприятия. Благодарение на усъвършенствания си софтуер мобилните роботи могат да се придвижват безопасно около хора и различни обекти без нужда от специална инфраструктура, което спестява до около 15% от разходите за въвеждане в експлоатация. Вградените акумулатори и захранващи системи пък им осигуряват до 20 и повече часа работа без необходимост от зареждане.

Сред най-значимите иновации в управлението на мобилни роботи е изкуственият интелект, който спомага за напълно автономното функциониране на една модерна роботизирана складова система, хармонизира взаимодействията между роботи, хора и обекти и гъвкаво ги адаптира към моментните условия в реално време. AI базираната платформа оценява задачите, които е необходимо да бъдат изпълнени, и наличните ресурси и функционалност. Системата динамично разпределя задачите между отделните агенти с цел оптимална ефективност, събира данни, анализира средата и реагира в реално време на всякакви промени. Тя е в състояние дори да предвиди различни предварително зададени и кризисни сценарии и автономно да избере подходящо решение, включващо съответната последователност от действия.

Платформите от този тип са подходящи не само за логистични и складови съоръжения, но и за промишлени обекти с различно предназначение, включително производствени и преработвателни цехове. Тези решения позволяват функционално надграждане на съществуващи традиционни средства за автоматизация и унифициране на различни интерфейси, системи, устройства и дори фабрики под управлението на единен централизиран “мозък”, способен да взема относително самостоятелни решения.

 

ЕКСКЛУЗИВНО

Top