Wyzwania we wdrażaniu AMR

Proces wdrażanie autonomicznych robotów mobilnych składa się z kilku etapów. Pierwszym jest analiza operacji wykonywanych przez ludzi, prowadząca do zrozumienia istniejących przepływów pracy i procedur oraz zidentyfikowania tych, które należy zautomatyzować. Kolejnym krokiem jest skompletowanie floty AMR i wyposażenia pomocniczego. Następnie trzeba przemyśleć organizację współpracy ludzi z robotami mobilnymi na danym stanowisku. W testowaniu różnych scenariuszy wdrożenia AMR pomocne jest oprogramowanie, jak cyfrowe bliźniaki rzeczywistych obiektów. Na podstawie wyników przeprowadzanych w nich symulacji podejmuje się decyzje zakupowe i dokonuje się wdrożenia.

Integracja robotów mobilnych ze złożonymi i dynamicznymi środowiskami magazynów i fabryk w praktyce stwarza wiele wyzwań. Takim jest zachowanie przez nie autonomii w otoczeniu, które się nieustannie zmienia.

AMR pod tym względem przewyższają wózki samojezdne AGV poruszające się stałymi trasami, które są wytyczane w różny sposób (magnesy pod podłogą, malowane linie). Autonomiczne roboty mobilne tymczasem przemieszczają się ścieżkami, które same wyznaczają dynamicznie w oparciu o dane z sensorów pokładowych z wykorzystaniem specjalnego oprogramowania. Implementuje się w nim liczne algorytmy, m.in. ten umożliwiający samolokalizację.

Jego wynikiem jest mapa otoczenia, na której robot wskazuje swoje położenie. Ponieważ magazyny i hale produkcyjne to środowiska dynamicznie się zmieniające, dane z wbudowanych czujników są w czasie rzeczywistym zestawiane z mapą. To pozwala na jej aktualizowanie. Dzięki temu zmiany zachodzące w układzie pomieszczeń i pojawiające się przeszkody są uwzględniane, a robot może na bieżąco korygować informację o swoim położeniu względem punktu docelowego.

Kolejnym warunkiem autonomii AMR jest możliwość dynamicznego planowania ścieżki. Dzięki tej funkcji robot aktualizuje swoją trasę zależnie od okoliczności. Zmiany są konieczne, jeżeli na przykład: na dotychczasowej ścieżce pojawi się blokada, analiza wagi i wymiarów ładunku wykaże, że daną trasą nie uda się go bezpiecznie przetransportować lub pojawi się informacja o nieoczekiwanej dostawie, która wymaga pilnego rozładunku.

Zarządzenie niejednorodną flotą AMR

Wyzwaniem we wdrażaniu AMR jest także zarządzanie zadaniami i ruchem heterogenicznej floty robotów. Pierwsze polega na rozdzielaniu zadań pomiędzy różnymi typami robotów w najbardziej efektywny sposób z uwzględnieniem ich możliwości. Zarządzanie ruchem z kolei wymaga ustalenia priorytetów zadań i zasad zapobiegania konfliktom i ich rozwiązywania. Szczególnej uwagi wymagają miejsca krzyżowania się tras i te o dużym natężeniu ruchu, gdzie występuje duże ryzyko zderzenia i tworzenia się wąskich gardeł.

Warunkiem efektywnego i bezpiecznego zarządzania niejednorodną flotą autonomicznych robotów jest zapewnienie ich interoperacyjności, by mogły współdziałać i współpracować w ramach jednego systemu zarządzania z AMR innych typów oraz pozostałym wyposażeniem magazynów i zakładów produkcyjnych (windy, kamery, przenośniki, maszyny sortujące itp.), oprogramowaniem (systemy ERP, systemy zarządzania magazynem) i ludźmi. Z tego wynika wymóg obsługi wielu protokołów komunikacyjnych oraz dostępności różnego rodzaju interfejsów komunikacyjnych, kablowych oraz bezprzewodowych. Aby efektywnie, a równocześnie bezpiecznie pracować w obecności człowieka, roboty mobilne muszą być wyposażone w konfigurowalne interfejsy człowiek–maszyna (HMI), konfigurowalne systemy zarządzania zadaniami i mieć możliwość wykrywania obiektów w swoim otoczeniu.

Zarządzanie flotą AMR - system scentralizowany czy rozproszony? Od systemu zarządzania grupą autonomicznych robotów mobilnych wymaga się realizacji szeregu funkcji na poziomie pojedynczego AMR, jak i całej grupy. Przykłady pierwszych to: lokalizacja, obliczenie optymalnej ścieżki ruchu między aktualną lokalizacją robota a miejscem docelowym, mechanizmy bezpieczeństwa (detekcja i unikanie przeszkód, dostosowanie prędkości do bieżących warunków). Funkcje na poziomie floty to m.in. przydzielanie zadań i ustalanie ich priorytetów. Te są ustalone odgórnie lub są generowane dynamicznie przez człowieka lub dane wejściowe z innych systemów i urządzeń. Przykładowe zadania to: wysłanie robota sprzątającego, by uprzątnął rozlany płyn, udanie się do stacji ładującej lub odebranie załadowanego wózka. Przydział zadań i określenie ich kolejności są zależne – na przykład decyzja o tym, czy AMR powinien najpierw udać się do stacji ładowania, czy wykonać daną operację, zależy od poziomu naładowania jego akumulatora i tego ile energii może zużyć podczas realizacji zadania. Funkcją na poziomie floty jest oprócz tego rozwiązywanie konfliktów. Te mogą wystąpić przykładowo, jeżeli ścieżki ruchu dwóch lub większej liczby autonomicznych robotów mobilnych przecinają się albo równocześnie będą one musiały skorzystać z tej samej trasy. Szybkość podejmowania decyzji jest w takich przypadkach kluczowa by z jednej strony uniknąć zderzeń, a z drugiej maksymalnie skrócić czas wstrzymania ruchu. System zarządzania flotą robotów autonomicznych może być scentralizowany albo rozproszony. W pierwszym wszystkie AMR są podłączone do centralnego komputera (lokalnego albo w chmurze). Ten wykonuje wszystkie analizy, podejmuje decyzje i przesyła je do poszczególnych robotów. W drugim każdy AMR niezależnie otrzymuje wszystkie dostępne dane, w oparciu na nich przeprowadza niezbędne analizy i podejmuje decyzje, a zaktualizowane dane rozsyła do pozostałych robotów. Główną zaletą architektury scentralizowanej jest teoretycznie to, że istnieje tylko jeden ośrodek decyzyjny, w praktyce jednak efektywność takiego systemu zależy od dostępnych zasobów, czyli mocy obliczeniowej i przepustowości sieci komunikacyjnej. W architekturze rozproszonej, która wykorzystuje zasoby lokalne, można z kolei pewne analizy wykonywać częściej. To na przykład pozwala na częstsze aktualizacje ścieżki lub implementację bardziej zaawansowanych algorytmów jej wyznaczania. Możliwość podejmowania decyzji lokalnie uniezależnia też AMR od problemów z łącznością, podczas gdy w architekturze scentralizowanej robot, który znajdzie się poza zasięgiem sieci, może w tym miejscu utknąć i wymagać będzie interwencji operatora. Jednostkę centralną można jednak wykorzystać do synchronizacji różnych typów robotów i różnych źródeł danych. Systemy rozproszone są natomiast łatwo skalowalne i niezawodniejsze, gdyż nie występuje w nich pojedynczy punkt awarii. Ich wadą jest złożoność. W związku z ograniczeniami obu tych podejść rozbudowane floty AMR przeważnie wymagają rozwiązania hybrydowego – część funkcji jest realizowana w oparciu o scentralizowane, a część rozproszone przetwarzanie danych.