Autonomiczne roboty mobilne (AMR) – przyszłość intralogistyki przemysłowej

Produkcja, magazynowanie i logistyka, stoją dzisiaj w obliczu problemów, które decydują o konkurencyjności i o przetrwaniu na rynku. Największe wyzwania to: braki kadrowe, presja szybkości i elastyczności, optymalizacja wykorzystania zasobów i energii. Rozwiązaniem jest automatyzacja procesów i powierzenie powtarzalnych działań robotom, co zmienia jednocześnie warunki pracy i bezpieczeństwa ludzi.  

Autonomiczne roboty mobilne określane skrótem AMR (Autonomous Mobile Robot), stają się koniecznością i codziennością w światowym i polskim przemyśle. Temat jest bardzo szeroki, ale tym razem skupiamy się na podstawowych informacjach o tych urządzeniach. W przyszłości przyjrzymy się też bliżej interakcji robotów z człowiekiem w środowisku przemysłowym i co ona oznacza dla bezpieczeństwa pracy.  

Co to jest autonomiczny robot mobilny AMR?

Autonomiczne roboty mobilne stają się integralną częścią nowoczesnego przemysłu, magazynowania i logistyki. Wykonują powtarzalne czynności związane z wewnętrznym transportem ładunków. W odróżnieniu do AGV (Automatic Guided Vehicles), które poruszają się po wyznaczonych torach, AMR są w stanie pokonać wyznaczoną trasę i zmodyfikować ją, jeśli na ich drodze pojawią się przeszkody. Autonomiczne roboty mobilne docierają na miejsce, kierując się informacjami przekazywanymi przez czujniki do układu sterowania. Aktualizują trasę na bieżąco, między innymi dzięki zastosowaniu sztucznej inteligencji, która optymalizuje drogę z punktu A do B.

AMR to rozwojowa forma urządzeń autonomicznych. Koncepcja jest bowiem już dosyć stara. Pierwsze próby stworzenia urządzeń poruszających się samodzielnie i reagujących na otoczenie pojawiły się już w latach 40. i 50. XX wieku. Amerykański cybernetyk William Grey zbudował dwa autonomiczne roboty o imionach “Elmer” i “Elsie”. Te niewielkie urządzenia, przypominające żółwie, poruszały się wykorzystując zjawisko fototaksji, czyli ruchu w kierunku bodźca świetlnego. Takie zjawisko jest powszechnie spotykane w świecie przyrody, np. u owadów.

AGV droga do autonomii

Kolejnym etapem rozwoju były urządzenia AGV, które nadal są spotykane w przemyśle. Pokonują stałe trasy w obrębie hali produkcyjnej lub magazynowej. Najczęściej poruszają się śledząc taśmę magnetyczną umieszczoną w podłożu. Ich upowszechnienie przypadło na lata 50., kiedy pozwoliły zautomatyzować wiele żmudnych operacji wewnątrzzakładowych. Przemysł wciąż szeroko je wykorzystuje, ponieważ są one proste w budowie i tańsze od robotów autonomicznych. 

Pierwsze wdrożone urządzenia typu AMR

Dopiero lata 90. przyniosły rozwój AMR, które wyszły poza fazę badań i prób laboratoryjnych. Na rynku pojawiło się urządzenie HelpMate, przeznaczone dla placówek medycznych. Robot przenosił posiłki, sterylne narzędzia i dokumentację. Wykorzystywał systemy wizyjne, czujniki podczerwieni i ultradźwiękowe. Był w stanie samodzielnie poruszać się między piętrami i po korytarzach. Już wtedy uwzględniono kwestie bezpieczeństwa personelu, obiekt był wyposażony w e-stopy, kierunkowskazy i systemy zapobiegające kolizji. Jego pojawienie się, było przełomem, ponieważ oznaczało, że jest możliwe przejęcie niektórych obowiązków pracowników przez roboty.

Dopiero od dekady możemy mówić o dynamicznym wzroście zastosowań autonomicznych robotów mobilnych. W produkcji, magazynowaniu i logistyce są przełomem, ale też odpowiedzią na rosnące potrzeby. Największe przyspieszenie obserwuje się od około 5 lat, a przyczyniły się do tego coraz dokładniejsze sensory, zastosowanie sztucznej inteligencji oraz zwiększenie mocy obliczeniowej. Technologia ta stała się również bardziej dostępna cenowo, można skorzystać w wielu form finansowania i co ważne, zwrot z inwestycji jest coraz szybszy. 

Jak działają AMR?

Autonomiczne roboty mobilne potrafią samodzielnie poruszać się po wyznaczonym obszarze. Posiadają efektywne napędy pozwalające pracować wiele godzin oraz oprogramowanie do wyboru najlepszej trasy. W określonej przestrzeni mogą realizować rozmaite zadania, takie jak: transport ładunków, skanowanie i monitorowanie zapasów, kompletacja zamówień, zbieranie i umieszczanie przedmiotów w wyznaczonych miejscach. Co sprawia, że AMR-y mogą się poruszać samodzielnie?

Czujniki umożliwiają identyfikację otoczenia

Autonomiczne roboty mobilne orientują się w przestrzeni dzięki sensorom przekazującym informacje do układu sterowania. Czujniki informują urządzenie o przeszkodach oraz o aktualnym położeniu na terenie obiektu. Mogą to być czujniki LIDAR (Light Detection and Ranging), wykorzystujące zaawansowane technologie teledetekcji do pomiaru odległości. 

Dodatkową technologią mogą być również kamery uzupełniające koordynację położenia robotów. Spotykane są również czujniki ultradźwiękowe, które dostarczają robotowi obraz otoczenia, wykorzystując fale dźwiękowe o dużej częstotliwości do wykrywania obiektów i pomiarów odległości.

Sterowanie i uczenie 

Czujniki dostarczają autonomicznym robotom mobilnym niezbędnych informacji o aktualnym położeniu i otoczeniu, które są następnie przetwarzane przez algorytmy. Tutaj łączą się różne technologie obliczeniowe: klasyczne programowanie, sztuczna inteligencja oraz uczenie maszynowe. Dzięki sprzężeniu tych procesów, robot podejmuje decyzje na bieżąco, w oparciu o dane. Jeśli na drodze do celu pojawia się przeszkoda, wówczas AMR oblicza alternatywną trasę do celu. Proces zachodzi bez ingerencji człowieka. 

Napędy autonomicznych robotów mobilnych

Silniki AMR/AGV to jednostki elektryczne dostarczane przez producentów napędów w kilku wariantach różniących się: zakresami momentu obrotowego, prędkościami, typami złączy, a także preferencjami montażu. Najczęściej AMR-y wyposażone są w zintegrowane zespoły napędowe, które gwarantują zwrotność i elastyczność w niewielkich przestrzeniach. 

Zespoły napędowe zasilane są bateriami litowo-jonowymi ładowanymi podczas postoju w stacji dokującej. Dla zoptymalizowania zużycia baterii stosuje się oprogramowanie do zarządzania trybami pracy. Czas pracy na jednym ładowaniu waha się w zależności od obciążenia i wynosi od 8 nawet do 14 godzin.

Jakie zadania mogą wykonywać autonomiczne roboty?

Autonomiczne roboty mobilne to jedna z technologii Przemysłu 5.0., która może mieć wiele zastosowań. Jeśli weźmiemy pod uwagę możliwości zabudowy platform wielozadaniowymi zestawami specjalistycznymi, to spektrum wykorzystania jeszcze bardziej się poszerza. 

Podstawową funkcją autonomicznych robotów mobilnych jest transport, ale to nie ładowność jest ich największym atutem. Do ekspansji robotów w środowisku przemysłowym przyczynia się między innymi to, że przejmują one zadania, które nie mają wartości dodanej. Należy do nich np. regularne przemieszczanie towarów i surowców lub też ich rozmieszczanie. 

Ludzie wykonujący wcześniej te zadania byli poddawany stałym obciążeniom, wymuszonym pozycjom pracy, monotonii i stresowi. Pojawienie się AMR-ów realizujących te zadania odciążyło pracowników od wysiłkowych, niebezpiecznych i powtarzalnych czynności.   

Transport, to jednak nie koniec możliwości autonomicznych robotów mobilnych. Mogą one też być wykorzystywane do inwentaryzacji, porządkowania przestrzeni, a nawet zarządzania odpadami. Przyjrzyjmy się bliżej najpopularniejszym zastosowaniom AMR-ów.  

AMR w transporcie wewnętrznym

Jednym z najpopularniejszych wariantów AMR w magazynowaniu jest samojezdna platforma transportowa. Taka konstrukcja, z nisko umiejscowionym środkiem ciężkości, zapobiega przemieszczaniu się ładunku oraz przechyłom. Ponadto, daje duże możliwości zabudowania specjalistycznym osprzętem, w zależności od specyfiki zadań, np. moduły podnoszenia, moduły obsługi podajnika rolkowego. 

Dla specjalistów zajmujących się integracją, niezwykle ważne jest to, że wdrożenie autonomicznych robotów mobilnych nie wymaga przeróbek wnętrza hali produkcyjnej lub magazynu. Nie trzeba instalować szyn magnetycznych, jak dla AGV, czy dodatkowych sygnalizatorów. AMR może szybko przejąć zadania transportu wewnętrznego, przewożąc w zależności od modelu, od kilkudziesięciu kilogramów do kilku ton.

Kompletacja zamówień 

Podniesienie produktywności i wydajności, to jeden z celów wykorzystania autonomicznych robotów mobilnych w magazynach. Nastawienie na elastyczność i coraz większy obrót sprawia, że automatyzacja magazynu staje się koniecznością. 

Autonomiczne roboty mobilne mogą być wykorzystywane do bardziej skomplikowanych czynności, takich jak np. Pick & Place. Wymaga to jednak specjalistycznej zabudowy samej platformy. Ramiona robota mogą identyfikować np. produkt na półce, pobrać go i następnie umieścić we wskazanym miejscu. Produkt może też być przetransportowany w inne miejsce i umieszczony zgodnie z programem. 

Podsumowanie 

Autonomicznych robotów mobilnych w przemyśle będzie coraz więcej. Eksperci przewidują, że do 2030 roku rynek robotów autonomicznych będzie miał wartość blisko 10 miliardów dolarów. Nasycenie tymi urządzeniami w przemyśle wzrośnie kilkukrotnie, co spowoduje prawdziwą rewolucję w intralogistyce.  

Tym razem przedstawiliśmy budowę, zasadę działania i wykorzystanie autonomicznych robotów mobilnych w nowoczesnym przemyśle. W kolejnym artykule skupimy się na interakcji między człowiekiem a robotami autonomicznymi w środowisku produkcyjnym i magazynowym. Sprawdzimy też, jakie zagrożenia są z tym związane i w jaki sposób można im zapobiegać.