Przegląd trendów w robotyce mobilnej.
Przegląd trendów w robotyce mobilnej.
Przygotowaliśmy krótki przegląd trendów w robotyce mobilnej. Podczas gdy rynek nabywców AGV/AMR znajduje się w stadium rozwoju rynku określanym jako „early adopters”, producenci i integratorzy robotów spotykają się coraz częściej ze specyficznymi wymaganiami, które próbują odzwierciedlić w swojej ofercie.
Roboty przeznaczone do trudnych warunków.
Typowy robot mobilny klasy AGV/AMR to maszyna o średnim stopniu skomplikowania, składające się z 1-2 tysięcy części. Tym niemniej, jako pojazd elektryczny, z akumulatorem, komputerami i dziesiątkami czujników upakowanych ciasno w niedużej przestrzeni, niezbyt dobrze odnajduje się w warunkach trudnych, do których zaliczamy: zapylenie, temperatury ujemne czy powyżej 50 stopni Celsjusza, wilgoć, szybkie zmiany wilgotności czy temperatury oraz nierówna nawierzchnia.
Niskie temperatury to mniejsza pojemność akumulatora oraz dłuższy czas jego ładowania. Co więcej, poniżej pewnej granicy (rzędu -25 stopni Celsjusza) chemia w wydajnych akumulatorach LiFePO czy NMC przestaje działać i prądu nie ma w ogóle. Z kolei akumulator ołowiowy ma mniejszą gęstość energetyczną oraz większą masę, co zmniejsza istotnie czas efektywnej pracy takiego pojazdu. W takiej sytuacji można ratować się bądź dogrzewaniem akumulatora (znów strata pojemności), bądź systemem automatycznej wymiany akumulatorów (o którym mowa w następnym punkcie).
Dużą komplikację stanowi także przejeżdżanie przez pojazd stref o kilku czy kilkunastostopniowej różnicy temperatur. Każdy taki przejazd powoduje kondensację wody zawartej w powietrzu; woda wykrapla się na elementach elektronicznych, przekaźnikach, złączach elektrycznych czy płytkach PCB. Prowadzi to do zwarć i korozji; ponadto woda wykroplona na optycznych elementach nawigacji powoduje zakłócenia w pracy. W efekcie skraca się czas bezawaryjnej pracy robota i podnosi koszty eksploatacji. Tu drogi są dwie: albo wnętrze robota będzie wentylowane i ogrzewane, albo do konstrukcji robota zostaną użyte podzespoły zaprojektowane do pracy w takich warunkach, a połączenia zostaną zabezpieczone za pomocą lakierów czy żywic.
Rozwiązanie powyższych problemów otworzy przed robotami AGV/AMR nowe zastosowania, takie jak mroźnie, chłodnie czy magazyny zewnętrzne.
Wymienne akumulatory.
Problem zasilania robota mobilnego jest jednym z kluczowych czynników wpływających na opłacalność inwestycji w automatyzację procesu intralogistycznego. Robot mobilny jest dość kosztowny, a przy standardowym podejściu (tj. automatyczna stacja ładowania) 20-30% czasu robot przebywa na ładowarce.
Rozwiązaniem tego problemu jest stacja automatycznej wymiany akumulatorów – robot podjeżdża do takiej stacji, zostawia rozładowany akumulator i pobiera akumulator naładowany. Cała taka operacja ma szansę potrwać poniżej 1 minuty, a redukuje minimalną liczbę robotów w systemie o 20 do 30%, co istotnie wpływa na okres zwrotu z inwestycji.
Integracja i kolaboracja.
Roboty mobilne potrafią dużo: załadować paletę z ładunkiem, przewieźć ją z punktu A do punktu B, nawigować, ostrzegać, zatrzymywać się w razie wtargnięcia w strefę bezpieczeństwa a nawet ominąć przeszkodę czy znaleźć alternatywną drogę przejazdu. Tyle, że to wszystko nie rozwiązuje problemu biznesowego, jakim jest automatyzacja całego procesu intralogistycznego, np. takiego jak na rysunku poniżej:
Aby to zrobić, robot musi efektywnie komunikować się z oprogramowaniem, innymi robotami, czujnikami i urządzeniami. Podejmować określone akcje, raportować status realizacji misji, sterować infrastrukturą, odczytywać identyfikatory ładunków itd…Bez oprogramowania spinającego całą infrastrukturę w harmonijnie współpracującą całość, robot klasy AGV/AMR jest tylko dość kosztownym gadżetem. Temat ten w charakterze trendu porusza machinedesign.com.
ROS2.
Robot Operating System zdaje się być w robotyce tym, czym MP3 dla przemysłu muzycznego. ROS jest standardem open-source, obejmującym narzędzia i biblioteki programistyczne wykorzystywane do budowania software’u dla robotów. Początki projektu ros.org sięgają 2007 roku, w listopadzie 2019 została opublikowana specyfikacja ROS2. Dlaczego wskazujemy na ROS2 jako trend? Nie tylko dlatego, że projekt ten jest żywy i szybko rośnie. Najważniejszą, naszym zdaniem przesłanką sukcesu ROS2 jest fakt, że adresuje wprost zagadnienia standaryzacji integracji i kolaboracji między robotami i oprogramowaniem. A nie łudźmy się – prędzej czy później po każdej fabryce będą jeździły roboty różnych producentów, a pogoń za efektywnością i ROI będzie wymagała tego, że roboty będą komunikować się ze sobą oraz oprogramowaniem.
Wielokierunkowe koła.
Na koniec coś lżejszego gatunkowo, ale ciekawego z punktu widzenia dyskusji między inżynierami a biznesem. Patent na „omnikierunkowe” koła pochodzi z 1972 roku, a jego posiadaczem jest szwedzka firma Mecanum AB. Innym konceptem jest koło Grabowieckiego, opatentowane w 1919 roku przez naszego rodaka! Wydawać by się mogło, że takie koło jest wymarzone dla robotów mobilnych, gdyż za pomocą prostej mechaniki i niezbyt wyszukanych algorytmów można stworzyć czterokołowy pojazd, który potrafi przemieszczać się w każdym kierunku. Niektórzy producenci nawet oferują takie roboty, ale wydaje się, że nie jest to rozwiązanie zbyt popularne. Dlaczego?
Tu dochodzimy do pewnego podsumowania przeglądu trendów w robotyce mobilnej opartych o wielokierunkowe koła: drgania oraz wynikająca z tego mniejsza przyczepność. Powoduje to z jednej strony słabsze przyspieszenia, a z drugiej słabsze hamowanie i przyczepność w zakrętach. Powoduje to zmniejszenie maksymalnej bezpiecznej prędkości robota niemal dwukrotnie, a średniej prędkości o 30-40%, co przekłada się bezpośrednio na wydłużenie okresu zwrotu z inwestycji.
