Roboty mobilne jako rozwiązanie trudności dotyczących dostosowywania produkcji

Roboty stacjonarne mają dzisiaj ugruntowaną, ważną pozycję w wielu fabrykach i zakładach produkcyjnych. W przyszłości podobną rolę powinny odgrywać platformy oraz manipulatory mobilne. Bruno Adam, dyrektor ds. projektów mobilnych firmy Omron na terenie Europy, wyjaśnia, jak ewoluują procesy produkcyjne i dlaczego wzrost wymagań fabryk w zakresie personalizacji produktów spowoduje stopniowe przechodzenie z tradycyjnych, liniowych modeli produkcyjnych obejmujących przenośniki i tradycyjne pojazdy autonomiczne AGV (Autonomous Guided Vehicles) na bardziej inteligentne rozwiązania w postaci robotów mobilnych.

• Jakie najważniejsze trendy widać aktualnie w branży?

Zdecydowanie obserwujemy zwrot w stronę rozwoju automatyki, co stwarza okazje do wdrażania strategii Przemysłu 4.0. Większość producentów widzi dokładniejsze monitorowanie procesów i maszyn jako środek do zwiększania wydajności. Udoskonalenia wiążące się z rozwojem automatyki to znacząca pomoc dla nich w tym zakresie z uwagi na spore naciski ze strony klientów, a nawet niektórych władz.

Kolejnymi interesującymi trendami są personalizacja i dostosowywanie produktów. Producenci pilnie obserwowali sukces kampanii reklamowej "Podziel się radością" firmy Coca-Cola i wyciągnęli wnioski. W ramach kampanii klienci mogli kupić puszki napoju z nadrukowanym własnym imieniem.

Pomysł ten z powodzeniem wykorzystały inne marki, jak np. Nutella i Marmite. Spoglądając poza branżę FMCG, producenci wiedzą, że oferując klientom większą swobodę wyboru, mogą zwiększyć sprzedaż, jednak w tym celu musieliby wprowadzić zmiany do swojej działalności. Na szczęście automatyka może im pomóc przybliżyć się do tego celu.

• W jaki sposób nowe metody różnią się od obecnych?

Aktualnie filozofia produkcji opiera się na liniach produkcyjnych o charakterze liniowym. Sprawdza się to w przypadku zapotrzebowania na duże ilości identycznych towarów. Jednak jeżeli konieczne jest dostarczenie tych samych ilości, lecz przy zapewnieniu większego wyboru, linia produkcyjna nie okaże się specjalnie efektywnym rozwiązaniem. W celu zwiększenia różnorodności oferty niektórzy producenci myślący bardziej perspektywicznie stosują strategie działania bazujące na stanowiskach, jednak metoda ta wiąże się z problemami.

Przenośniki świetnie sprawdzają się w standardowych liniach produkcyjnych, lecz zawodzą w środowisku nieliniowym. Jedyną realną alternatywą w przypadku bardziej złożonych procedur produkcyjnych jest obsługa ręczna. Należy zauważyć, że metodologia pracy bazująca na stanowiskach spowodowała wzrost zatrudnienia z powodu konieczności przenoszenia półproduktów między stanowiskami przy użyciu wózków ręcznych lub widłowych. Oczywiście z punktu widzenia automatyki pracy zakładu nie jest to opłacalne zarówno pod względem wydajności, jak i kosztów.

• W jaki sposób można pokonać wspomniane trudności?

Wygląda na to, że pewnym rozwiązaniem są roboty mobilne. Pierwsze takie maszyny działały na zasadzie reagowania na obiekty fizyczne - zazwyczaj poruszały się wzdłuż linii namalowanych lub wyznaczonych przez magnesy, a także na podstawie specjalnych oznaczeń na ścianach.

Miały jednak podobną wadę jak przenośniki - nadawały się wyłącznie do przenoszenia produktu między dwoma określonymi punktami. W razie zmiany takiego punktu konieczne było wprowadzenie zmian w otoczeniu, co okazywało się czasochłonne i kosztowne.

W celu umożliwienia wydajnego działania zakładu bazującego na metodologii stanowisk, wymagany jest inteligentny robot mobilny zaprogramowany w taki sposób, aby "znał" swoje środowisko pracy oraz był w stanie obliczać najkorzystniejszą trasę między różnymi punktami.

Do niedawna stworzenie takiego pojazdu było niemożliwe z dwóch przyczyn - po pierwsze nie dysponowaliśmy mocą obliczeniową wystarczającą do przetwarzania złożonych algorytmów sztucznej inteligencji wymaganych do pracy autonomicznej, przynajmniej w ramach ograniczeń narzuconych przez akumulator umieszczony w niewielkiej obudowie robota.

Drugim problemem był niedostateczny rozwój technologii czujników LIDAR, które dotąd nie pozwalały na bezpieczne nawigowanie maszyny. Jednak rozwój technologiczny na przestrzeni ubiegłych kilku lat pozwolił na usunięcie tych barier.

Firma Omron pracuje nad autonomicznymi robotami mobilnymi już od pewnego czasu, a niedawno wprowadziła do sprzedaży gamę autonomicznych inteligentnych pojazdów (Autonomous Intelligent Vehicles, AIV) Omron LD.

• W jaki sposób porusza się pojazd Omron AIV?

Na początku robot jest "oprowadzany" po zakładzie, aby mógł zeskanować otoczenie przy użyciu głównego czujnika LIDAR. Następnie przetwarza zgromadzone w ten sposób informacje, tworząc kompletną, statyczną mapę miejsca pracy z uwzględnieniem wysokości 200 mm. Mapa ta zawiera dane na temat półek, maszyn, ścian i drzwi. Robot wykorzystuje ją do obliczania najbardziej optymalnych tras między dowolnymi punktami.

Jeżeli do wykonania zadań wymagany jest więcej niż jeden pojazd, robot AIV nie będzie oczywiście działać w pojedynkę. Oprogramowanie do zarządzania flotą stanowi podstawę do planowania pracy robotów. Jego funkcja jest niezwykle ważna, ponieważ wykrywa on roboty mobilne znajdujące się najbliżej maszyny, która wymaga uwagi, a następnie wysyła je do odpowiedniej lokalizacji.

Oprogramowanie może również informować robota AIV o zatłoczonych obszarach, co również jest uwzględniane w bieżących obliczeniach. Oprogramowanie musi nieustannie komunikować się z maszynami oraz robotami AIV, jednocześnie monitorując lokalizację każdego z nich.

Czujnik LIDAR zapewnia podczas pracy robotowi AIV kąt widzenia o zakresie 220°, co umożliwia bezpieczne unikanie przeszkód na drodze oraz dostosowywanie prędkości w czasie rzeczywistym odpowiednio do otoczenia. Pionowe czujniki LIDAR po obu stronach robota spełniają funkcję uzupełniającą wobec czujnika głównego.

Sprawdzają one, czy na drodze nie ma obiektów lub plam płynów, które mogłyby przeszkodzić w pracy robota AIV, a także monitorują przestrzeń znajdującą się powyżej pod kątem obiektów, takich jak widły wózka widłowego lub wysunięte komory elementów infrastruktury zakładu.

• Nie istnieje uniwersalne rozwiązanie do wszystkich zastosowań - czy robota AIV da się dostosować do określonych wymagań?

To prawda. Jako przykład przyjrzyjmy się robotom AIV Omron LD - można je skonfigurować na różne sposoby. Podstawa AIV pozostaje bez zmian, jednak górną sekcję można zmodyfikować zależnie od zastosowania. Dostępne są trzy warianty bazowe - platforma, przenośnik i transporter wózków.

Roboty AIV z platformą działają półautonomicznie i wymagają ręcznego załadunku oraz rozładunku. Można je również modyfikować. W jednym z zastosowań w branży medycznej na robocie AIV znajdowała się zamknięta komora służąca do transportowania po zakładzie substancji objętych ograniczeniami. Roboty AIV funkcjonujące w charakterze przenośników i transporterów wózków działają w pełni autonomicznie.

Przykładowo pojazd AIV z górną sekcją przenośnikową komunikuje się z maszyną poprzez Wi-Fi lub przekaźnik optyczny, aby potwierdzić osiągnięcie odpowiedniego położenia, po czym odpowiedni przenośnik przeprowadza załadunek lub rozładunek pojemników.

Poza tym integratorzy opracowują nowe warianty, takie jak przenośniki ładowane z przodu lub z boku, przenośniki podwójne, maszyny wykorzystujące rolki lub taśmy oraz wiele innych.

• Co przyniesie przyszłość w obszarze robotów mobilnych?

Następna generacja robotów AIV wiąże się z koniecznością rozwiązania kolejnych problemów. Aby było możliwe ich wykorzystywanie w złożonych, niezwykle specyficznych środowiskach, pojazdy te będą musiały wykonywać obliczenia niezwykle skomplikowanych trajektorii z uwzględnieniem własnego kształtu wraz z ładunkiem. Pozwoli to na uniknięcie zablokowania np. podczas pokonywania ostrych zakrętów. Nawet niewielkie udoskonalenia modułu przetwarzania trajektorii mogą oznaczać ogromny wzrost wydajności, ponieważ cała flota zyska na sprawności poruszania.

Kolejnym elementem wymagającym poprawy jest ładowność robotów AIV. Obecnie największy model, Omron LD, jest w stanie transportować 130 kg, co wystarcza w większości zastosowań. Jednak niektórzy klienci, np. z branży motoryzacyjnej lub branży napojów, będą potrzebować pojazdów o większej ładowności. Większe roboty AIV podlegają większej liczbie przepisów oraz napotykają więcej trudności związanych z bezpieczeństwem. Z czasem z pewnością uda się je przezwyciężyć.

Kolejne generacje oprogramowania do zarządzania flotą z pewnością będą obsługiwać bardziej złożone procesy produkcyjne. Jednak obecnie program funkcjonuje jedynie poprzez reagowanie na stan linii produkcyjnej, w związku z czym robot musi czekać na informację o ładunku gotowym do odbioru. Kolejne wersje oprogramowania umożliwią sprawniejszy przebieg tej procedury.

Program obliczy czynności wymagane do wykonania przez robota AIV lub zapewni jego gotowość w momencie kończenia procedury. Przyczyni się to do zapewnienia jeszcze większej wydajności, a zarazem wydłuży czas pracy robota.

Pojawią się również nowe funkcje przydatne w różnych zastosowaniach. Przykładowo systemy RFID lub czytniki kodów kreskowych zwiększyłyby "inteligencję" robotów AIV, zapewniając im możliwość wykonywania większej liczby zadań w magazynach.

Omron Electronics
industrial.omron.eu