Efektywna współpraca z robotami

Budowa linii produkcyjnej wymaga starannej analizy i stworzenia szczegółowego planu w celu zapewnienia poprawności i efektywności jej późniejszego działania. Dodanie do tego wykorzystania robotów czyni całość procesu znacznie bardziej skomplikowanym.

System musi zapewnić możliwość bezpiecznej współpracy personelu z robotami, najlepiej bez wpływu na wydajność produkcji. W przypadku robotów mobilnych w sposób szczególny należy zadbać o bezpieczeństwo związane z ich poruszaniem się po obiekcie, omijaniem personelu, innych robotów, maszyn i wszelkich przeszkód.

Po zakończeniu analizy można przejść do zdefiniowania architektury i wdrożenia całego systemu. Domyślne reguły i trasy zdefiniowane w architekturze można następnie zaprogramować w robotach, umożliwiając im poruszanie się po obiekcie.

Autonomizacja jest ważna dla utrzymania wydajności instalacji, ponieważ pozwala na działanie niezależnie od centralnego sterowania - na przykład w przypadku chwilowej awarii połączenia bezprzewodowego lub konieczności reakcji robota na nieprzewidziane sytuacje.

INTELIGENTNE ROBOTY

Roboty, bez względu na to, czy stacjonarne, czy mobilne, muszą być "inteligentne". Co to oznacza? Aby robot mógł podejmować decyzje, musi być najpierw "świadomy" otaczającego go środowiska. Potrzebne są czujniki, w tym kamery, czujniki laserowe, radarowe, itd. Do wykrywania obiektów na swojej trasie wiele robotów wykorzystuje skierowany do przodu czujnik LIDAR.

Skanuje on obszar poziomo od lewej do prawej strony i służy do wykrywania obiektów znajdujących się na podłodze. Co jednak z obiektami wystającymi ponad poziom podłogi, takimi jak nieodpowiednio ułożona paleta czy wystające z regałów przedmioty?

Aby mieć pewność, że robot jest w stanie wykrywać również takie obiekty, należy dodać drugi czujnik LIDAR skanujący obszar w pionie pod kątem wykrywania przeszkód. Wymaga to zwiększenia złożoności sieci czujników i zasad potrzebnych do poruszania się robota wokół obiektów, a tym samym instalacji znacznie bardziej złożonego robota.

To, co czyni roboty naprawdę "inteligentnymi", jest zaawansowane oprogramowanie niezbędne, aby mogły one podejmować własne decyzje. Potrzeba bardzo złożonych algorytmów, aby robot mógł zidentyfikować to, co "widzi", i wiedział, co należy zrobić w każdym z możliwych scenariuszy.

CAŁOŚCIOWE PLANOWANIE PRACY

Jedną z czynności, jaką komputery potrafią bardzo dobrze realizować, jest zarządzanie złożonymi interakcjami. Oprócz możliwości podejmowania przez poszczególne roboty własnych decyzji, w środowiskach produkcyjnych zaawansowane systemy zarządzania flotą mogą również skuteczniej zarządzać wszystkimi robotami.

Systemy te mogą przydzielać zadania w oparciu o optymalne planowanie. Jednym z przykładów jest koordynacja procesu ładowania baterii. Podczas gdy jeden robot przebywa w stacji ładującej, inny może nie przerywać pracy. Gdy pierwszy będzie gotowy do podjęcia pracy, drugi może rozpocząć ładowanie baterii. To zapewnia ciągłość wykonywania zadania, a tym samym wzrost efektywności.

Tego rodzaju zaawansowane systemy mogą też planować operacje ze znacznym wyprzedzeniem - tak jak program do gry w szachy, który przewiduje zakończenie rozgrywki na kilka ruchów do przodu. W ten sposób system może przypisywać zadania, które operatorowi początkowo mogą wydawać się nielogiczne.

Na przykład do wykonania danego zadania system może nie wysłać najbliższego robota, ponieważ robot ten może być już przypisany do innej czynności lub być może dlatego, że dany robot musi udać się do stacji ładowania po dostarczeniu swojego ładunku do miejsca znajdującego się w jej pobliżu.

Ten rodzaj zaawansowanego planowania nie byłby możliwy do zrealizowania przez człowieka, a już z pewnością nie przy próbie kontrolowania całej floty robotów. Dzięki zaawansowanemu programowi do zarządzania flotą zaawansowane planowanie może przynieść dodatkowe korzyści w zakresie wydajności linii produkcyjnych.

Omawiane systemy mogą również działać w oparciu o informacje zwrotne pochodzące od poszczególnych robotów. Jeśli robot wykryje, że jego trasa jest zablokowana, może wyznaczyć nową ścieżkę i powiadomić system o blokadzie.

System zarządzania flotą może następnie poinformować resztę robotów o przeszkodzie, dzięki czemu będą one wiedziały o konieczności jej ominięcia oraz o najlepszej trasie alternatywnej. Skąd jednak system będzie wiedział, kiedy blokada została usunięta? Do tego zadania będzie czasem potrzeba wysyłać jednego robota, który sprawdzi stan faktyczny blokady.

UNIKANIE PRZESZKÓD

Do odnalezienia swojej trasy, podobnie jak w samochodowych systemach GPS, roboty przemysłowe wykorzystują mapy. Podobnie jak ludzie, również roboty mobilne muszą radzić sobie z przeszkodami napotkanymi na trasie przejazdu.

Aby móc z powodzeniem poruszać się samodzielnie, roboty potrzebują przejrzystej mapy swojego otoczenia oraz czujników, by wykrywać, co znajduje sie w ich pobliżu. Jeśli robot widzi na swojej drodze blokadę, dzięki mapie i czujnikom można ją bezpiecznie ominąć. Dla obiektu statycznego jest to proste zadanie. Ale co się dzieje, gdy obiekt się porusza?

Spójrzmy na przykład na fabrykę, która korzysta zarówno z robotów mobilnych, jak też z wózków widłowych. Kiedy robot wykryje, że wózek widłowy blokuje jego trasę, musi najpierw określić, czy jest on w ruchu. Jeżeli obiekt się przemieszcza, dodatkowo należy określić, w którą stronę odbywa się ruch.

Pozwala to na wytyczenie odpowiedniej trasy. Przykładowo może ona przebiegać za poruszającym się wózkiem widłowym. Do wykonywania tego typu zadań, robot potrzebuje większej liczby czujników, które pozwolą mu na wykrywanie ruchu, a także bardziej złożonych algorytmów, definiujących reguły, takie jak ograniczenie prędkości, priorytety, itd. Liczba czujników wzrasta, a oprogramowanie potrzebne do bezpiecznego sterowania robotami staje się bardziej złożone.

Owa rosnąca złożoność wymaga zwiększenia mocy obliczeniowej, która zużywa więcej energii z akumulatora robota. W firmie Omron systemy przetwarzania pierwszych robotów odpowiadały tylko za około 10% czasu pracy akumulatora, ale możliwości tych urządzeń były ograniczone.

Najnowsze roboty firmy Omron są znacznie inteligentniejsze i bardziej autonomiczne, a moc obliczeniowa odpowiada za 30-50% czasu pracy akumulatora. Dla porównania mózg ludzki również zużywa około 30-60% energii człowieka.

WSPÓŁDZIELENIE PRZESTRZENI ROBOCZEJ

Rozwojowi robotyzacji często towarzyszy obawa przed utratą pracy przez człowieka. W przypadku niektórych zadań pomoc robota oznacza jednak przede wszystkim odciążenie człowieka. W pewnym zakładzie ustalono, że każdego dnia pracownicy pchali wózki na trasie o długości około 14 km. W przypadku wymagających fizycznie prac takich, jak ta, powinniśmy się cieszyć, że roboty będą w tym zakresie wyręczać człowieka.

Pozwolenie robotom na wykonywanie powtarzalnych, ciężkich i niebezpiecznych zadań umożliwia ludziom wykonywanie bardziej wartościowych i ciekawszych zadań. W miarę wzrostu inteligencji robotów możliwości współpracy pomiędzy ludźmi i robotami będą się zwiększać, sprawiając, że nasze miejsca pracy staną się wydajniejsze oraz bezpieczniejsze.

Bruno Adam
European Mobile Robots Director
Omron Electronics