Роботизирани системи за сортиране

• Сортирането е критична задача в множество сектори – от ХВП и фармацевтичната промишленост до складовата дейност, логистиката и е-търговията
  
  
• Бързи, прецизни и високопроизводителни, роботизираните сортировъчни системи се развиват динамично с напредъка на четвъртата индустриална революция
  
  
• Най-разпространени в практиката са шарнирните манипулатори и делта роботите, оборудвани със специални хващачи

Сортирането е критична задача в множество сектори – от ХВП и фармацевтичната промишленост до складовата дейност, логистиката и е-търговията. А когато говорим за ключова дейност в модерната индустрия, в уравнението неизменно следва да включим роботите. Бързи, прецизни и високопроизводителни, роботизираните системи за сортиране са сред най-динамично развиващите се продуктови сегменти на промишлената роботика. Те съчетават интелигентни сензори, сложни алгоритми за разпознаване, специализиран софтуер и оптимизиран дизайн за работа с разнородни продукти при високи скорости и натоварвания.

Работен принцип и основни компоненти

Роботите за сортиране идентифицират и категоризират разнообразни физически обекти – компоненти, изделия, опаковки и складови единици, въз основа на ключов отличителен признак. Примери са формата, размерът, теглото, цветът, материалът, пространствената ориентация, наличието на конкретен код (маркировка) или указаната последваща дестинация – опаковъчна станция, зона за съхранение, товаро-разтоварна рампа и др.

Роботизираните системи елиминират необходимостта сортирането в индустрията, което традиционно е монотонна, уморителна и тежка задача, да се извършва ръчно. Те могат да групират и разделят различните по заложения признак обекти в отделни контейнери или потоци на автоматизираната линия. За целта системите се оборудват с усъвършенствани сензорни технологии, камери и платформи за компютърно зрение. Иновации като изкуствен интелект, периферни изчисления, машинно и дълбоко самообучение осигуряват още по-точна, бърза и автономна работа.

Сортировъчните роботи са базирани на съчетание от различни по функция и предназначение хардуерни и софтуерни модули. Основният изпълнителен механизъм типично е прецизен манипулатор, който отговаря за вземането и преместването на обектите. В зависимост от типа на работните единици се използват разнообразни крайни изпълнителни устройства или хващачи: (електро)механични – с различен брой челюсти, вакуумни, магнитни – за метални компоненти и изделия, меки – при неправилна форма или крехки материали, както и комбинирани. Приоритети са сигурното (здраво или пък деликатно) захващане, бързодействието и адаптивността към различни вариации на изделията в силно хетерогенни продуктови миксове. Сензорите и системите за машинно зрение се грижат за разпознаването, локализирането и класифицирането на обектите според размерите, етикета или друг признак.

Контролерът и софтуерът за управление обработват командите, програмите и събраните данни, като вземат решения кой продукт как да бъде сортиран и координират движенията на системата. Роботите за сортиране често са свързани с транспортен механизъм (конвейер, лента) за подаване и отвеждане на обектите към и от сортировъчната станция. Специализирани интерфейсни и комуникационни модули осигуряват интеграция със съществуващите производствени и складови платформи (ERP, MES, WMS).

Основни типове решения

Най-разпространени в практиката са 6-осните шарнирни манипулатори, делта и SCARA роботите (с относително проста кинематика за висока ефективност при плоско хоризонтално сортиране). Оборудвани със специални хващачи, тези системи с оптимална скорост обработват разнородни продуктови потоци, движещи се по автоматизираната линия. В зависимост от приложението, в такива конфигурации могат да се използват както класически индустриални, така и колаборативни роботи.

Манипулаторите са отличен избор при обработка на разнородни, нестандартни, деликатни или пък опасни обекти.
Разнообразни спомагателни системи осъществяват отвеждането на сортираните единици в различни канали (разклонения на линията, улеи или контейнери) – индивидуални тавички или носещи каретки, напречни ленти, конвейерни вериги, издигащи се/въртящи се ролки или сегменти, пневматични избутващи рамена или лопатки и др. Такива конфигурации са подходящи например за високоскоростни дистрибуционни центрове с големи натоварвания, както и за сортиране на пратки и компактни стандартизирани единици.

Все по-популярни като решение за сортиране в различни сектори стават автономните мобилни роботи (AMR). Те се отличават с висока гъвкавост и възможност директно да транспортират обектите от сортировъчната станция до зона за следваща операция, като ги разтоварват например чрез накланяща се платформа. AMR системите могат да бъдат оборудвани и със собствени манипулатори, които позволяват зареждане и разтоварване посредством хващач.

За редица приложения оптимални са цялостните роботизирани клетки за сортиране, които могат да включват един или повече роботи, интегрирана конвейерна система, допълнителни станции и уреди за инспекция, измерване, претегляне и др.
Предимства на роботизираните системи

За разлика от конвенционалните системи за сортиране, роботите предлагат гъвкавост и мащабируемост. Всяко предприятие може да конфигурира свое персонализирано решение, което се адаптира за максимално кратко време към разнообразни промени в типа на продуктите, признаците за сортиране, натоварването и обема на поръчките, без да изисква мащабни реорганизации.

Ключово преимущество на роботите в сравнение с ръчното и конвенционалното автоматизирано сортиране е повишената прецизност при категоризиране, съчетана с висока скорост и производителност. Един робот със сензори и система за машинно зрение от последно поколение може да долавя например фини разлики в цвета на плодовете и зеленчуците или петънца по повърхността им, за да ги групира ефективно според степента на зрялост в отделни партиди с различен срок на годност. Роботизираните системи могат да обработват хиляди единици в час, което позволява много по-бързо събиране, комплектоване и издаване на поръчки – критично за голяма част от модерните складове, логистични бази и фулфилмънт центрове.

Важно предимство на роботизираното сортиране е намаляването на зависимостта от ръчния труд, а в допълнение се осигуряват много по-висока безопасност за персонала и възможности за пренасочване на служителите към по-отговорни задачи с добавена стойност.

Роботите носят и друга съществена полза в сравнение с големите фиксирани инсталации – по-ефективно оползотворяване на наличното пространство в цеха или склада. Интегрираните технологии за събиране, обработка и анализ на данни в реално време предлагат ценни изводи, справки относно тенденциите и препоръки за непрекъсната оптимизация. Роботизираните системи за сортиране са особено подходящи за предприятия с широка номенклатура, приложения с разнообразие от произвеждани или обработвани артикули, чести промени в асортимента и динамични работни процеси.

Ключови приложения и пазарни тенденции

Основен фактор за своеобразния скок в приложенията на системи за роботизирано сортиране през последните години е бумът в е-търговията вследствие на пандемията. Новите пазарни модели налагат изисквания за бързо и надеждно изпълнение на поръчки, както и за ниски разходи при обработката на складови единици и пратки. Ето защо роботите са все по-привлекателна, а и все по-достъпна инвестиция за бизнеса. За това допринасят по-ниските цени на компонентите, по-широката интерфейсна съвместимост и намаляващото ниво на технологична сложност по отношение на програмирането и конфигурирането.

Така роботизираните решения за сортиране се превръщат в “златен стандарт” за компании, занимаващи се с търговия на дребно, производствени предприятия (в линии за асемблиране), логистични и дистрибуционни центрове. Критична е ролята на роботизацията в сезоните на пиково пазаруване, когато обемите на онлайн поръчките се увеличават неколкократно, а коректното изпълнение в срок е задължителен фактор за конкурентоспособност.

Ключови клиентски сектори са още хранително-вкусовата промишленост и бутилирането на напитки, където продуктовото разнообразие е огромно, а разликите и вариациите (в грамаж, разфасовка, форма, цвят, опаковка и т. н.) често са трудно забележими с просто око.
В контекста на мащабните усилия за повишаване на устойчивостта и продължаващия недостиг на работна ръка, нараства важността на роботите и в предприятията за рециклиране – на електроника, пластмаса, стъкло, метали, картон и други отпадъци. Роботизираното сортиране гарантира максимална прецизност, скорост и повторяемост при разглобяване, отделяне на материали и работа с токсични или опасни субстанции, като повишава чистотата и стойността на рециклируемите фракции.

Глобалният пазар на системи за роботизирано сортиране е в период на динамичен растеж, а сред водещите причини за това са нарастващите изисквания за надеждност, прецизност и ефективност на сортировъчните системи в логистиката, куриерските услуги, спедицията, електронната търговия и управлението на отпадъци. Само последният сегмент се очаква да надхвърли 10 млрд. щатски долара до 2031 г.

Бързият напредък при мултисензорните технологии и AI алгоритмите позволява на съвременните роботи да идентифицират стотици и дори хиляди категории материали, обекти и техни варианти. Комплексните комбинации от RGB камери, LiDAR сензори, инфрачервена спектроскопия и хиперспектрални датчици позволяват много по-ефективно разграничаване на материали и обекти при висока скорост. В сегмента навлизат и все повече иновации от областта на Industry 4.0 – цифрови двойници, облачни платформи и инструменти за анализ на големи информационни масиви (Big Data), чиято роля е да превърнат класическото сортиране в дигитализирано и тясно интегрирано в интелигентното производство приложение.