Autonomiczna nawigacja – milimetrowa precyzja
| TechnikaW dobie Internetu Rzeczy (IoT) i Przemysłu 4.0 coraz większą rolę odgrywa intralogistyka. Kluczowym czynnikiem dla wydajnej produkcji staje się precyzyjny transport towarów i materiałów. Mobilne systemy transportowe firmy Evocortex wykonują to zadanie w niezwykły sposób, a jednym z decydujących czynników dla realizacji kreatywnej koncepcji technicznej jest gęstość mocy wykorzystywanych silników FAULHABER.
Obecnie "produkcja" stała się synonimem "złożoności". Coraz częściej odbywa się ona zgodnie z indywidualnymi wytycznymi klientów. Dzięki integracji z IoT nawet w przypadku pełnej automatyzacji możliwe jest wyprodukowanie serii liczącej tylko jedną sztukę. Tak duża liczba wariantów wymaga ściśle zazębionych, a jednocześnie bardzo elastycznych, procesów. Odpowiednie części i komponenty, w niemal nieograniczonej liczbie kombinacji, muszą być gotowe na odpowiednich stanowiskach produkcyjnych we właściwym czasie.
Przewaga AMR
Transport materiałów, np. pomiędzy punktami zaopatrzenia i systemami produkcji, staje się coraz bardziej zindywidualizowany. Jednocześnie konieczna jest jego maksymalna automatyzacja. W tej sytuacji przewagę w magazynach i halach produkcyjnych na całym świecie zyskują mobilne platformy robotów, znane w branży jako autonomiczne roboty mobilne (AMR).
Na tym segmencie rynku skupia się działalność startupu Evocortex z Norymbergi, który powstał w 2016 r. we współpracy z doświadczonymi ekspertami w dziedzinie robotów. Ściśle powiązany z sąsiadującą szkołą techniczną (Technische Hochschule Nürnberg) oraz innymi placówkami edukacyjnymi i badawczymi, wszedł na rynek, prezentując całkowicie nową koncepcję AMR. Wraz z produktami firma oferuje kreatywne i innowacyjne rozwiązania spełniające wymagania nowoczesnej logistyki.
"Tradycyjne systemy AMR często wymagają adaptacji przestrzeni pod kątem torów jazdy, a nawet technicznych modyfikacji procesów", wyjaśnia dyrektor zarządzający Hubert Bauer. "Niezbędne są m.in. znaczniki optyczne, które zapewniają właściwą orientację przenośników, a ścieżki i skrzyżowania muszą mieć określone wymiary i promienie łuku. My chcieliśmy stworzyć roboty transportowe, które dostosowują się do potrzeb klienta, nie odwrotnie".
Identyfikacja pozycji dzięki zapamiętywaniu kształtu podłogi
Autonomiczne roboty mobilne firmy Evocortex potrafią określić swoją lokalizację i znaleźć właściwą drogę bez żadnych systemów wspomagających prowadzenie. Własną orientację określają na podstawie nierówności w podłodze, które występują nawet na standardowych gładkich betonowych posadzkach hali. Są one rejestrowane przez kamerę robota o wysokiej rozdzielczości, umiejscowioną pod spodem przenośnika. Jest ona w stanie uchwycić obraz o rozmiarach 10×10 cm i wykorzystuje pochodzące z niego dane do utworzenia odpowiednika "odcisku palca" z podłogi w hali. Mózgiem tego innowacyjnego systemu jest opracowany przez nas Moduł lokalizacji (ELM).
W początkowym procesie uczenia robot porusza się po podłodze według wzoru siatki. Za pomocą złożonych algorytmów z wzorca utworzonego przez pojedyncze punkty powstaje bardzo dokładna mapa. W przyszłości za proces ten będzie odpowiedzialna samoucząca się sztuczna inteligencja. Dodatkowo sterownik bada ruchy własne przenośnika. Łącząc dane, może on – teoretycznie na powierzchni 1 km2 – pozycjonować z dokładnością do milimetra. W tym celu potrzebuje tylko trzech zidentyfikowanych punktów. System ELM prowadzony jest w stabilny, precyzyjny i dokładny sposób, nawet gdy połowę podłogi pokrywają trociny. Do mapy dodawane są nowo powstałe trwałe zarysowania posadzki, a elementy, które znikają, zostają po pewnym czasie usunięte.
Systemy AMR można opcjonalnie wyposażyć w dodatkowe czujniki LIDAR, umieszczone na jednym lub dwóch frontach. Skanują one pomieszczenie w kierunku jazdy i wykrywają przeszkody – w tym te, które się poruszają, np. osoby przecinające tor jazdy. Przenośnik zatrzymuje się wówczas natychmiast, aby zapewnić bezpieczeństwo pracowników.
Koła Mecanum: nieograniczona mobilność
Standardowe koło porusza się wyłącznie w tym samym kierunku co jego oś. Aby precyzyjnie ustawić przenośnik z tego rodzaju kołami, należy manewrować w taki sam sposób, jak podczas parkowania samochodu. Chcąc tego uniknąć, projektanci z firmy Evocortex zdecydowali się na wykorzystanie kół Mecanum. Nie mają one zamkniętej powierzchni jezdnej – zamiast tego na ich obwodzie umieszczono beczkowate rolki. Są zamocowane pod kątem 45 stopni do osi koła i mogą obracać się wokół nachylonej osi własnego łożyska. Kształt, rozmiar i rozstaw rolek dobrano tak, aby zapewnić kołu ciągłą powierzchnię toczenia.
Podczas toczenia koła Mecanum powstają dwie siły składowe: w kierunku obrotów całego koła oraz pod kątem prostym do tego kierunku. Wynikowy kierunek ruchu wypada pośrodku: koło "chce" poruszać się pod kątem 45 stopni do kierunku osiowego, ale ze względu na mobilność rolek nie ma stabilności kierunkowej. Jeśli istnieją dodatkowe siły, kierunek własny ruchu koła może zostać dowolnie zmodyfikowany.
W przenośniku z czterema kołami Mecanum wszystkie kąty 45 stopni są ustawione z przesunięciem 90 stopni, więc każde z kół próbuje poruszać się w innym kierunku. Zmieniając kierunek obrotu i prędkość poszczególnych kół, przenośnik można skierować w dowolną stronę z położenia spoczynkowego lub obracać nim w miejscu. W płaszczyźnie poziomej może więc on poruszać się swobodnie jak poduszkowiec. Koła Mecanum umożliwiają w ten sposób dynamiczny i wielokierunkowy ruch robota.
Skalowalność w milimetrowych odstępach
System AMR firmy Evocortex cechuje jeszcze jeden wymiar elastyczności: praktycznie nieograniczony wybór rozmiarów.
"W razie potrzeby możemy dostosować robota do wymagań naszych klientów z milimetrową precyzją", podkreśla Hubert Bauer. "Jesteśmy w stanie zrealizować każdy wymiar zewnętrzny w zakresie od 400×480 do 800×1200 mm".
Produkty linii EvoRobot R& D i EvoRobot Industrial również mniej więcej odpowiadają wymiarom zewnętrznym platformy nośnej. Wszystkie elementy technologiczne – czujnik, sterownik, podnośnik i napędy kół – znajdują się pod platformą.
Kluczowy element tej skalowalności stanowi moduł napędowy kół. Znajduje się on bezpośrednio nad kołem i wraz z nim tworzy standardową, niezależną jednostkę. W rezultacie koła mogą znajdować się w dowolnej odległości od siebie. Decydującym elementem takiego układu jest mocny i bardzo niewielki silnik.
"Bardzo uważnie zbadaliśmy rynek w poszukiwaniu silników spełniających wymagania związane z tym zastosowaniem", mówi Hubert Bauer, wspominając fazę projektowania. "Wymaganą gęstość mocy zapewniały tylko silniki FAULHABER". W modelach konkurencji brakowało miejsca na wymagany moment obrotowy".
Ogromna moc, minimalny rozmiar
Moduły kół EvoRobot wyposażone są w silniki DC serii 3257… CR lub 3272…CR. Każdy z nich ma enkoder IEF3 i przekładnię 38/2 S. Aby zagwarantować szybkie zatrzymanie i zablokowanie kół po zatrzymaniu, silniki kół wyposażono również w hamulce.
"Dzięki ogromnej mocy mikrosilników, EvoRobot jest w stanie transportować do 200 kg. Większe ładunki będą możliwe już wkrótce", wyjaśnia Hubert Bauer. "Transport może odbywać się również na pochyłościach o nachyleniu do 5˚ i przy prędkości 1 m/s".
Linia produktów EvoCarrier została zaprojektowana pod kątem transportu małych przenośników ładunku. W przypadku wewnętrznych elementów systemów AMR mamy do czynienia z jeszcze większymi ograniczeniami przestrzeni niż w przypadku EvoRobot. Odległość od podłoża nie przekracza 100 mm. Dzięki temu mieści się on w bardzo niewielkich szczelinach pod transportowanymi towarami. Dwa lub cztery urządzenia EvoCarrier mogą także wspólnie transportować palety lub całe jednostki regałów. Jako napędy projektanci wybrali tzw. płaskie silniki z wirnikami – bezszczotkowe silniki serii 4221… BXT o długości zaledwie 21 mm. Dzięki temu EvoCarrier może transportować wózki podłogowe załadowane nośnikami małych ładunków (KLT), ważącymi łącznie maksymalnie 120 kg. Dyrektor zarządzający uważa, że w dłuższej perspektywie wraz z Evo- Robot nastąpi przejście na silniki bezszczotkowe, a moduły będą poddawane dalszej standaryzacji.
Oprócz stosunku mocy do wielkości, ważną rolę w eksploatacji wózków samojezdnych AMR odgrywa przede wszystkim zerowe zapotrzebowanie na konserwację i niezawodność ciągłej eksploatacji.
"Silniki FAULHABER przekraczają nasze wymagania w zakresie okresu eksploatacji", mówi Hubert Bauer. "Ich kolejnym atutem jest kompatybilność ze wszystkimi układami sterowania powszechnie wykorzystywanymi w przemyśle. Eksperci firmy FAULHABER bardzo pomogli nam również w określeniu optymalnych ustawień parametrów produkcji seryjnej".
FAULHABER
www.faulhaber.com
