Autonomisten mobiilirobottien tyypit ja käyttökohteet

Autonomisia mobiilirobotteja (AMR) käytetään monilla teollisuudenaloilla yhä useammissa logistiikkasovelluksissa. Toisin kuin kiinteät materiaalinkuljetusjärjestelmät, kuten kuljettimet, autonomiset mobiilirobotit voivat liikkua ympäri laitosta ilman kiinteää reittiä. Ne voivat langattomien tiedonsiirto- ja robottikohtaisten navigointijärjestelmien avulla vastaanottaa käskyjä siitä, minne mennä seuraavaksi. Autonomiset mobiilirobotit voivat navigoida pyydettyyn paikkaan ilman ohjelmointia ja ne voivat jopa löytää vaihtoehtoisen reitin, jos vastaan tulee este. Autonomiset mobiilirobotit voivat tehostaa varastotoimintoja, tuotantoprosesseja ja työnkulkuja ja parantaa niiden tuottavuutta, sillä roboteilla voidaan suorittaa sellaisia tehtäviä, jotka eivät tuota lisäarvoa, kuten materiaalien kuljettaminen, noutaminen ja jättäminen. Näin ihmisiä vapautuu suorittamaan kompleksisia tehtäviä, jotka tuottavat lisäarvoa. Vaikka AMR-teknologia on suhteellisen nuorta, nämä robotit on jo jaettu moniin eri alatyyppeihin, joista jokainen on optimoitu suorittamaan tietyntyyppisiä tehtäviä.

Tässä artikkelissa verrataan perinteisiä kuljetusratkaisuja, kuten kuljetinjärjestelmiä ja automaattitrukkeja (AGV), autonomisiin mobiilirobotteihin. Siinä tarkastellaan autonomisten mobiilirobottien käytön etuja ja sitä, miten näiden robottimallien yleistyminen laajentaa niiden hyödyllisyyttä. Siinä käsitellään mobiilirobottikaluston ohjelmistojen integrointia muihin järjestelmiin, mukaan lukien tarkkuusnavigointiominaisuudet, robottien potentiaaliset vaikutukset työntekijöiden turvallisuuteen sekä mobiilirobottikaluston hallintaa ja simulointia. Lopuksi tässä artikkelissa pohditaan lyhyesti, miten rutiinihuollolla voidaan maksimoida autonomisten mobiilirobottien käyttöikä, tunnistaa mahdolliset ongelmat ennen kuin ne johtavat suunnittelemattomiin seisokkeihin ja auttaa ennakoivasti ajoittamaan korjaukset ja osien vaihdot suunniteltujen seisokkien ja muiden käyttöolosuhteiden mukaan.

Automaattitrukit voivat toimittaa materiaalia haluttuun paikkaan joustavammin kuin kuljetinjärjestelmä, mutta niiden joustavuutta ei voi verrata autonomisiin mobiilirobotteihin. Kuljettimien tavoin automaattitrukeilla on kiinteä reitti. Automaattitrukkijärjestelmissä reittiä voidaan kuitenkin muuttaa helpommin ja nopeammin kuin kuljetinjärjestelmissä. Autonomiset mobiilirobotit voivat toimia yhteistyössä ihmisten kanssa, ne tarjoavat enemmän joustavuutta ja löytävät tehokkaimman reitin tietyn tehtävän suorittamiseksi. Jos autonominen mobiilirobotti kohtaa esteen, se voi muuttaa kurssiaan ja jatkaa matkaa määränpäähänsä. Jos automaattitrukki kohtaa esteen, se pysähtyy ja tarvitsee apua ennen kuin se voi jatkaa ennalta määritettyä rataa pitkin (kuva 1). Autonomiset mobiilirobotit käyttävät sekä sisäistä että keskitettyä laskentatehoa ja kehittyneiden anturien yhdistelmää, joiden avulla ne tulkitsevat ympäristöä ja navigoivat kiinteiden esteiden, kuten hyllyjen ja työpisteiden, sekä muuttuvien esteiden, kuten trukkien, ihmisten, automaattitrukkien ja muiden autonomisten mobiilirobottien, ohi.

Kuva 1: Kun autonominen mobiilirobotti lähestyy estettä (vasemmalla), se voi navigoida itsenäisesti sen ympäri. Kun automaattitrukki lähestyy estettä (oikealla), se pysähtyy, kunnes saa apua. (Kuvan lähde: Omron)

Integration Toolkit (ITK) on Omronin käyttöliittymä, joka mahdollistaa keskitetyn integraation autonomisten mobiilirobottien ja asiakassovellusohjelmistojen, kuten tuotannon toteutusjärjestelmän (MES) tai varastonhallintajärjestelmän (WMS), välillä. Autonomiset mobiilirobotit voidaan esimerkiksi integroida varastonohjausjärjestelmiin varasto- ja jakelukeskusympäristössä, mikä tarjoaa mobiiliroboteille enemmän joustavuutta reittien luontiin laitoksen eri kohteiden välillä. Tuloksena on robotti, joka pystyy työskentelemään ihmisten kanssa paljon paremmin dynaamisissa ympäristöissä, kuten useimmissa tilaustentäyttö- ja varastotehtävissä.

Autonominen mobiilirobotti voi toimia myös kuten automaattitrukki

Joissakin mobiilirobottisovelluksissa, kuten toimitettaessa materiaalia kuljettimille, syöttölaitteisiin ja testauspenkkeihin, robotin on pysähdyttävä haluttuun paikkaan erittäin tarkasti ja toistettavasti. Omronin autonomisia mobiilirobotteja käyttävään kalustonhallintaan on saatavana kaksi erittäin tarkkaa paikannusjärjestelmää: CAPS (Cell Alignment Position System) ja HAPS (High Accuracy Positioning System). CAPS tai HAPS voivat parantaa päämäärään saapumisen tarkkuutta noin ±100 millimetristä ±8 millimetriin. CAPS-teknologia käyttää autonomisen mobiilirobotin edessä olevaa laserskanneria kohdesijainnin tunnistukseen ja mahdollistaa mobiilirobotin siirtymisen haluttuun sijaintikohtaan suurella tarkkuudella.

Myös HAPS-teknologia voi ohjata robotin johdonmukaisesti määritellyn tilan läpi korkealla tarkkuudella ja/tai pysäyttää sen tarkasti ennalta määritettyyn kohdepisteeseen, mutta sen käytössä on otettava huomioon eräitä seikkoja. HAPS-teknologiaa käytettäessä autonominen mobiilirobotti voi seurata lattiassa olevaa magneettinauhaa ja navigoida kohteeseen automaattitrukin tapaan. Autonomisen mobiilirobotin alla olevan HAPS-anturin tehtävänä on siirtää robotti täysin autonomisesta tilasta kitkattomasti magneettinauhan määrittelemälle reitille. Tämän jälkeen autonominen mobiilirobotti navigoi tarkasti siihen integroitujen antureiden ja lattiamerkkien yhdistelmää käyttämällä ja pysähtyy määriteltyihin sijaintipaikkoihin (kuva 2).

Kuva 2: Omron CAPS (vasemmalla) käyttää autonomisen mobiilirobotin edessä olevan laserskannerin ja autonomisen navigoinnin yhdistelmää paikannukseen ja erittäin tarkkaan ohjaukseen kohdesijaintiin. HAPS (oikealla) käyttää magneettinauhan kaltaisten merkkien ja robotin antureiden yhdistelmää navigointiin ja pysähtymiseen haluttuun kohtaan. (Kuvan lähde: Omron)

Kun Omronin autonominen mobiilirobotti toimii HAPS-tilassa, se voi siirtyä magneettinauhareitille ja poistua tältä reitiltä missä tahansa pisteessä. Tämän ansiosta autonominen mobiilirobotti voi siirtyä kitkattomasti luonnollisesta ja autonomisesta navigoinnista automaattitrukin kaltaiseen magneettinauhaohjaukseen. Jos autonomisen mobiilirobotin eteen ja taakse on asennettu HAPS-anturit, se voi liikkua magneettinauhareittiä pitkin tarkasti eteen- ja taaksepäin.

Kehittäjät, integraattorit ja loppukäyttäjät voivat räätälöidä Omronin mobiilirobottijärjestelmää erilaisia hyötykuormia ja tehtäviä varten (kuva 3). ITK-käyttöliittymän tukemien laitosintegraatiomahdollisuuksien lisäksi CAPS:n ja HAPS:n yhdistelmä lisää näiden autonomisten mobiilirobottien käyttömahdollisuuksia silloin, kun tarvitaan tarkkaa ja toistettavaa paikannusta. Tämä avaa uusia käyttökohteita, kuten:

• Materiaalia täynnä olevien laatikkojen toimitus
• Vähittäismyymälöiden inventaarion tarkastaminen
• Turvalliset kuriirirobotit, jotka toimittavat tavaroita hotellivieraille tai arvokkaita komponentteja työpisteisiin
• Julkisten tilojen desinfiointi
• Asiakaskohtaiset yhteistyöhön tarkoitetut autonomiset mobiilirobotit
• Kuljettimien yläpuoli
• Raskaiden, jopa 1 500 kg painavien esineiden toimitus

Kuva 3: Autonomisia mobiilirobotteja on saatavana erilaisina konfiguraatioina, jotka on optimoitu tiettyjen tehtävien suorittamiseen. (Kuvan lähde: Omron)

Turvallinen robotiikka

Autonomisilta mobiiliroboteilta vaaditaan turvallista toimintaa. Esimerkkejä normaaleista turva-antureista ovat takana oleva ääniluotain ja edessä olevat laserit esteiden havaitsemista varten, etupuskurin anturi, joka pysäyttää autonomisen mobiilirobotin, jos se koskettaa johonkin, ja valolevyt, jotka varoittavat läheisyydessä olevia ihmisiä mobiilirobotin liikkeestä (kuva 4). Antureita voidaan tarvittaessa lisätä erityisvaatimuksia varten, kuten ulkonevien tai roikkuvien esteiden tunnistaminen. Autonomisten mobiilirobottien on täytettävä erilaiset kansalliset ja kansainväliset turvallisuusmääräykset, kuten EN 1525 (Trukkien turvallisuus. Kuljettajattomat trukit ja niiden järjestelmät), ANSI 56.5:2012 (Kuljettajattomia, automaattisesti ohjattavia teollisuusajoneuvoja ja miehitettyjen teollisuusajoneuvojen automatisoituja toimintoja koskeva turvallisuusstandardi) ja JIS D 6802:1997 (Automaattiohjatut ajoneuvojärjestelmät - Yleiset turvallisuussäännöt).

Kuva 4: Omronin autonomiset mobiilirobotit noudattavat turvallisuusstandardeja ISO EN1525, JIS D6802 ja ANSI B56.5. Roboteissa on useita turvallisuuteen liittyviä vakioantureita, ja niihin voidaan asentaa lisäantureita turvallisuuden parantamiseksi tietyissä käyttöskenaarioissa. (Kuvan lähde: Omron)

Järjestelmätason turvallisuusarvioinnit

Erilaisten kansallisten ja kansainvälisten standardien noudattaminen on vain alkua autonomisten robottien turvallisuudelle. Autonomiset mobiilirobotit ovat kehittyvä teknologia. Ne ovat yhä kompleksisempia ja käsittelevät yhä suurempia hyötykuormia, mikä luo uusia turvallisuushaasteita. Omron tarjoaa kehittyvien turvallisuusongelmien ratkaisuun turvallisuuskonsultointipalvelua, johon sisältyy suunnitteluapua, riskienarviointia, testausta ja validointia autonomisten mobiilirobottien käyttöönotossa. Uusi ISO 3691-4 -standardi esimerkiksi sisältää erityisvaatimuksia mobiilirobottien ja muiden rakenteiden välisestä etäisyydestä. Omronin turvallisuuspalvelukonsulttien tarjoamaan tukeen kuuluu mm. seuraavaa:

• ISO 3691-4 -standardin edellyttämä layout-mallin tarkastelu ja vyöhykkeiden tunnistus
• Ratkaisuun liittyvät laskelmat, erityisesti sovelluksissa, joissa on paljon liikennettä tai joissa siirretään raskaita kuormia
• Ratkaisun testaus ja validointi paikan päällä

Autonomisten mobiilirobottien kalustonhallinta

On lähes ennenkuulumatonta ottaa käyttöön vain yksi autonominen mobiilirobotti. Sadan mobiilirobotin laitekannat ovat yleisiä. Omron tarjoaa autonomisten mobiilirobottien hallintaratkaisun, joka kattaa sisäänrakennetun tiedonkeruun, analytiikan ja raportoinnin ja jonka avulla organisaatiot voivat optimoida koko laitoksen toiminnan sekä käytettävien robottien suorituskyvyn. Enterprise Manager 2100 -verkkolaite on mobiilirobottikalustojen hallintaan suunniteltu laitteisto- ja ohjelmistoratkaisu (kuva 5). Jononhallintaohjelmistoa käytetään kommunikointiin yksittäisten autonomisten mobiilirobottien kanssa. Se jakaa tehtäviä kullekin mobiilirobotille käyttäjien tai automaattisten laitteiden esittämien työpyyntöjen mukaan.

Kuva 5. Omron 2100 Enterprise Manager -verkkolaite on suunniteltu jopa 100 autonomista mobiilirobottia kattavan laitekannan hallintaan. (Kuvan lähde: Omron)

Omron Fleet Operations Workspace (FLOW) -ratkaisu toimii Enterprise Manager 2100 -verkkolaitteessa ja tarjoaa älykkään kalustonhallintajärjestelmän, joka valvoo mobiilirobottien sijaintia ja liikennevirtaa. Enterprise Manager 2100 -verkkolaitteen avulla käyttäjät voivat hallita ja päivittää mobiilirobottikonfiguraatioita. Se koordinoi autonomisten mobiilirobottien toimintaa ja liikkumista, joten jokainen mobiilirobotti tietää kaikkien lähistöllä olevien mobiilirobottien sijainnin ja reitin. FLOW-ohjelmisto automatisoi erilaisia robotinhallintatehtäviä ja vähentää ohjelmointitarpeita tuotannon toteutusjärjestelmissä (MES) ja toiminnanohjausjärjestelmissä (ERP). FLOW-ohjelmiston ominaisuuksiin kuuluvat mm.:

• Kaluston integrointityökalupakki, joka perustuu alan standardeihin, kuten Restful, SQL, Rabbit MQ ja ARCL
• Tehtävien priorisointi tärkeystason perusteella
• Nopeimpien reittien tunnistus ja valinta ihmis- ja robottiliikenteen perusteella
• Tukossa olevien reittien tunnistus ja vaihtoehtoisien reittien määritys
• Autonomisten mobiilirobottien työtehtävien optimointi
• Akkujen latausaikataulujen optimointi kaluston käyttöajan maksimoimiseksi.

Mobiilirobottikalustoja voidaan optimoida simuloinnilla

Jo ennen kuin EM2100-verkkolaite otetaan käyttöön kalustonhallintaa varten, Fleet Simulator -ohjelmisto mahdollistaa autonomisten mobiilirobottien kalustojen liikenteen ja työnkulkujen suunnittelun sekä mahdollisten ongelmien tunnistuksen ja ratkaisun. Autonomisten mobiilirobottien paikannus, reittisuunnittelu, esteiden välttäminen, tehtäväsimulointi ja kalustonhallinta laitoksen todellisen kartan perusteella voidaan mallintaa tarkasti Omronin Fleet Simulator -ohjelmalla. Lisäksi simulaatioita voidaan käyttää mobiilirobottikaluston koostumuksen optimointiin ja suoritustehon ennakointiin. EM2100 voidaan konfiguroida kalustosimulaattoriksi tehtaalla tai kentällä ohjelmistopäivityksen kautta.

Kuva 6: Omronin kalustosimulaattori toimii 2100 Enterprise Manager -verkkolaitteessa. Sillä voidaan optimoida koko heterogeenisten mobiilirobottien kalusto ennen käyttöönottoa. (Kuvan lähde: Omron)

Autonomisten mobiilirobottien huolto

Kun autonomiset mobiilirobotit on otettu käyttöön, niiden odotetaan toimivan miltei koko ajan. Ennakoiva huolto on ratkaiseva tekijä onnistuneen käytön kannalta. Tämän tarpeen täyttämiseksi Omron tarjoaa huoltokäyntejä, joihin sisältyy yksittäisten autonomisten mobiilirobottien kunnon säännöllinen arviointi. Näin huolto voidaan ajoittaa etukäteen, mikä minimoi kalliit seisokit. Huoltokäyntien etuja ovat muun muassa:

• Autonomisten mobiilirobottien käyttöiän maksimointi
• Autonomisten mobiilirobottien huippuhyötysuhteen ylläpitäminen
• Mahdollisten ongelmien tehokas tunnistus, mikä minimoi suunnittelemattomia seisokkeja
• Korjausten ja osien vaihdon ennakoiva ajoittaminen suunniteltujen seisokkien ja muiden käyttöolosuhteiden perusteella.

Yhteenveto

Autonomisia mobiilirobotteja käytetään varastotoimintojen, valmistusprosessien ja työnkulkujen tehostamiseen ja tuottavuuden parantamiseen. Ne noutavat ja toimittavat materiaaleja ja vapauttavat ihmisiä suorittamaan monimutkaisia, lisäarvoa tuottavia tehtäviä. Koska autonomisten mobiilirobottien tehtäväkirjo on laajentunut, on kehitetty uusia mobiilirobottiformaatteja, mikä monimutkaistaa mobiilirobottikaluston hallintaa. Mobiilirobottikalustojen hallinnointi alkaa simuloimalla mobiilirobottien toimintaa synteettisessä ympäristössä ennen kaluston käyttöönottoa. Kun mobiilirobottikalusto on otettu käyttöön, sen on toimittava turvallisesti, tehokkaasti ja minimaalisella seisokkiajalla. Saatavilla on keskitettyjä laitteisto- ja ohjelmistolaitteita, joiden avulla voidaan simuloida autonomisten mobiilirobottien käyttöönottoa sekä valvoa mobiilirobottikaluston turvallista, tehokasta ja luotettavaa toimintaa.