סוגי ויישומי רובוט נייד אוטונומי

רובוטים ניידים אוטונומיים (AMRs) משמשים בתעשיות רבות במגוון הולך וגדל של יישומים לוגיסטיים. בניגוד למערכות הובלת מוצרים קבועות כמו מסועים, AMRs יכולים לנוע במתקן ללא הגבלה של מסלול קבוע. התקשורת האלחוטית ומערכות הניווט המובנות שלהם מאפשרות להם לקבל פקודות להיכן ללכת בשלב הבא. רובוטים AMR יכולים לנווט למקום המבוקש מבלי להיות מתוכנתים ויכולים אפילו למצוא מסלול אלטרנטיבי אם נתקלים במכשול. רובוטים AMR יכולים להפוך תפעול מחסן, תהליכי ייצור ותהליכי עבודה ליעילים ופרודוקטיביים יותר על ידי ביצוע משימות שאינן מהוות ערך-מוסף, כגון הובלה, איסוף ומסירה של מוצרים, כדי לפנות זמן של בני-אדם לבצע משימות מורכבות המוסיפות ערך. למרות שהיא טכנולוגיה‏ צעירה יחסית, רובוטים AMR כבר הסתעפו לסוגים שונים רבים, כל אחד מהם ממוטב לבצע סוג משימה מסוים.

מאמר זה משווה ומבדל פתרונות ניידות מסורתיים כגון מערכות מסוע וכלי רכב מונחים אוטומטית (AGVs‏) עם רובוטים AMR. הוא מסתכל על יתרונות השימוש ברובוטים AMR וכיצד החדירה המהירה של תכני AMR מרחיבה את השימושיות שלהם. המאמר דן באינטגרציית תוכנה של ציי רובוטים AMR עם מערכות אחרות, כולל יכולות ניווט מדויקות, ההשלכות הפוטנציאליות של רובוטים AMR על בטיחות עובדים וכיצד לנהל ולדמות ציי רובוטים AMR. לבסוף, מאמר זה שוקל בקצרה כיצד תחזוקה שוטפת יכולה למקסם תוחלת חיים של AMR, מזהה בעיות פוטנציאליות לפני שהן גורמות להשבתה בלתי מתוכננת, ועוזר לתזמן באופן יזום תיקונים והחלפת חלקים בהתבסס על השבתות מתוכננות ושיקולי תפעול אחרים.

כלי רכב מונחים אוטומטית (AGVs‏)‏ יכולים להוביל מוצרים למקום מסוים עם גמישות רבה יותר ממערכת מסוע‏ אך הם הרבה פחות גמישים מ-AMRs. כמו מסועות, רכבי AGVs‏ הם בעלי מסלול‏ קבוע. אך במקרה של AGVs‏, המסלול ניתן לשינוי ביתר קלות ובמהירות גדולה יותר מאשר במערכות מסוע. AMRs יכולים לעבוד בשיתוף פעולה עם בני-אדם, מציעים גמישות הרבה יותר גדולה ומוצאים את המסלול היעיל ביותר למילוי משימה מסוימת. אם AMR נתקל במכשול, הוא יכול לשנות את מסלולו בהתאם ולהמשיך אל יעדו. אם‏ AGV‏ נתקל במכשול, הוא עוצר ודורש סיוע לפני שממשיך לאורך הנתיב שהוקצה לו (איור 1‏). AMRs משתמשים בשילוב של כוח מחשוב מובנה ומרכזי ‏וחיישנים מתוחכמים כדי לפרש את הסביבה שלהם ולנווט מסביב למכשולים קבועים, כגון ארונות ותחנות עבודה, כמו גם מכשולים משתנים, כגון מלגזות, בני-אדם, רכבי AGV ורובוטים AMR אחרים.

איור 1‏: כאשר AMR מתקרב אל‏ מכשול (שמאל), הוא יכול לנווט עצמאית מסביב לו. כאשר AGV‏ מתקרב אל‏ מכשול (ימין), הוא עוצר עד שמגיעה עזרה. (מקור תמונה: Omron)

ה-Integration Toolkit‏ (ITK) היא ממשק של Omron המאפשר אינטגרציה מרכזית בין ה-AMRs ותוכנת יישום לקוח כגון מערכת ביצוע ייצור (MES‏) או מערכת‏ ניהול מחסנים (WMS). לדוגמה, AMRs יכולים להיות משולבים עם מערכת הבקרה של מחסן בסביבת מחסן ומרכז הפצה, לתת ל-‏AMRs גמישות מוגדלת ליצור את המסלולים שלהם בין נקודות במתקן. התוצאה היא רובוט שמסוגל לעבוד הרבה יותר טוב עם בני-אדם בסביבות הדינמיות של תפעול מחסן ומילוי הזמנות.

AMR יכול גם לעבוד כמו AGV‏

יישומי AMR מסוימים כמו מסירה של מוצרים למסועים, מזינים ועמדות בדיקה צריכים שהרובוט יעצור במקום מסוים בדיוק רב ובעקביות. מנהלי ציים המשתמשים ברובוטים AMR של Omron יכולים לבחור בין שתי מערכות מיקום דיוק-גבוה; מערכת cell alignment position‏ (CAPS) ומערכת high accuracy positioning‏ (HAPS). CAPS או HAPS יכולות לשפר דיוק הגעה ליעד מ-±100 מ"מ ל-±8 מ"מ בערך. לייזר סריקת בטיחות עיקרי בחזית ה-AMR משמש בטכנולוגיית CAPS לגלות מקום יעד ולאפשר ל-AMR לנוע למקום בדיוק גבוה.

טכנולוגיית HAPS יכולה גם כן לנוע בעקביות דרך מקום מוגדר בדיוק רב ו/או לעצור במדויק ביעד מוגדר מראש, אך עם סיבוב. תוך שימוש ב-HAPS, ה-AMR יכול לעקוב אחר סרט מגנטי מודבק על הרצפה כדי לנווט ליעד, בדומה ל-AGV. חיישן‏ HAPS מתחת ל-AMR משמש למעבר חלק ממצב אוטונומי מלא למסלול המוגדר על ידי הסרט המגנטי. לאחר מכן, ה-AMR משתמש בשילוב של חיישנים מובנים וסמני רצפה כדי לנווט במדויק ולעצור במקומות מסוימים (איור 2‏).

איור 2‏: Omron CAPS (שמאל) משתמשת בלייזר סריקה בחזית ה-AMR משולב עם ניווט אוטונומי לאיתור ותנועה אל יעד בדיוק גבוה. HAPS (ימין) משתמשת בשילוב של סמנים כגון סרט מגנטי וחיישנים מובנים כדי לנווט אל ולעצור באזורים מסוימים. (מקור תמונה: Omron)

כשעובדים בשיטת HAPS, ‏Omron AMR יכול לעלות על מסלול‏ סרט מגנטי ולעזוב אותו בכל נקודה. זה מאפשר ל-AMR לעבור בצורה חלקה ממאפיין טבעי וניווט אוטונומי להנחיית סרט מגנטי בדומה ל-AGV. רובוט ה-AMR, שמצויד בחיישני HAPS קדימה ואחורה, יכול לנוע במדויק אחורה וקדימה לאורך מסלול סרט מגנטי.

מערכת ה-Omron AMR ניתנת להתאמה-מיוחדת על ידי מפתחים, אינטגרטורים ומשתמשי-קצה למטעדים שונים ומשימות שונות (איור 3‏). בנוסף לאפשרויות האינטגרציה של המתקן הנתמכות על ידי ITK, השילוב של CAPS ו-HAPS מגדיל את היכולת של רובוטים AMR אלה כשדרוש מיקום מדויק ועקבי ומאפשר יישומים חדשים כגון:

• מסירה על ידי עגלות מלאות מוצרים
• בדיקת מלאי בחנויות קמעונאיות
• רובוטים מאובטחים של משלוחים למסירת פריטים לאורחי מלון או רכיבים בעלי ערך גבוה לתחנות עבודה
• חיטוי של מרחבים ציבוריים
• רובוטים AMR שיתופיים מותאמים-במיוחד
• משטחי מסוע
• מסירה של אובייקטים כבדים של עד 1,500 ק"ג

איור 3‏: רובוטים AMR קיימים בתצורות שונות, ממוטבים לביצוע משימות מיוחדות. (מקור תמונה: Omron)

שימוש בטוח ברובוט

הפעלה בטוחה של AMRs היא חובה. דוגמאות של חיישני בטיחות סטנדרטיים כוללות סונר אחורי ולייזרים קדמיים עבור גילוי מכשולים, חיישן פגוש קדמי לעצירת ה-AMR אם הוא בא במגע עם חפץ ודיסקים של תאורה כדי להתריע בני-אדם בסביבה שה-AMR נמצא בפעולה (איור 4‏). ניתן להוסיף חיישנים אופציונליים עבור דרישות מיוחדות, כגון זיהוי מכשולים תלויים או בולטים. רובוטים AMR נדרשים לציית לתקנות בטיחות לאומיות ובינלאומיות שונות כגון EN 1525 (בטיחות של משאיות תעשייתיות, משאיות ללא נהג והמערכות שלהן), ANSI 56.5:2012 (תקן בטיחות עבור כלי רכב תעשייתיים ללא נהג, מונחים אוטומטית, ופונקציות אוטומטיות של כלי רכב תעשייתיים מאוישים), ו-JIS D 6802:1997 (מערכות רכב מונחה אוטומטית - הוראות כלליות בנושא בטיחות).

איור 4‏: Omron AMRs מצייתים לתקני בטיחות ISO EN1525,‏ JIS D6802 ו-ANSI B56.5, הם בעלי חיישנים סטנדרטיים מרובים המוקדשים לבטיחות, ויכולים להיות מצוידים בחיישנים אופציונליים עבור בטיחות משופרת בתרחישי יישום מיוחדים. (מקור תמונה: Omron)

הערכות בטיחות ברמת-מערכת

עמידה בתקנים לאומיים ובינלאומיים שונים היא רק ההתחלה של בטיחות AMR. רובוטים AMR הם טכנולוגיה מתפתחת. הם הופכים להיות יותר מורכבים ומטפלים במטעדים כבדים יותר, תוך יצירת אתגרי בטיחות חדשים. כדי לענות על דאגות בטיחות מתפתחות עם רובוטים AMR, ‏Omron מציעה שירות יעוץ בטיחות המספק סיוע בתכנון, הערכת סיכון, בדיקה ותיקוף פריסות AMR. לדוגמה, תקן ה-ISO 3691-4 החדש כולל דרישות ספציפיות עבור מרווח בין רובוטים ניידים ומבנים אחרים. התמיכה המסופקת על ידי יועצי שירות בטיחות Omron‏ (Omron Safety Service) כוללת:

• בחינה של תוכנית הסידור וזיהוי אזורים כנדרש על ידי ISO 3691-4
• חישובי תכנון, במיוחד ביישומים עם תעבורה גבוהה או היכן שמועברים עומסים כבדים
• בדיקה ותיקוף פתרונות באתר

מנהל צי AMR

זה כמעט חסר תקדים לפרוס רובוט AMR יחיד. ציים של ‎100 AMR הם נפוצים ול-Omron יש פתרון ניהול AMR המספק איסוף נתונים, אנליזה ודיווח, כדי לאפשר לארגונים למטב את הביצועים של תפעול המתקן הכולל כמו גם את צי הרובוטים המקומי. ה-Enterprise Manager 2100 network appliance הוא פתרון חומרה ותוכנה המתוכנן לנהל צי של רובוטים ARM (איור 5). משתמשים בתוכנת ניהול תורים כדי לתקשר עם רובוטים AMR פרטניים; התוכנה מטילה משימות על כל AMR על בסיס בקשות עבודה ממשתמשים או ציוד אוטומטי.

איור 5. Omron 2100 Enterprise Manager network appliance מתוכנן לנהל ציים של עד 100 רובוטים ARM. (מקור תמונה: Omron)

פתרון ה-Omron Fleet Operations Workspace‏ (FLOW) רץ על ה-Enterprise Manager 2100 ומספק מערכת ניהול צי אינטליגנטית המנטרת את מקום הימצאותם של רובוטים ניידים וזרימת תנועה.‏ ה-Enterprise Manager 2100 מאפשר למשתמשים לנהל ולעדכן תצורות AMR. הוא מתאם את האינטראקציה והתנועה של רובוטים AMR, כך שכל רובוט מכיר את המיקום והמסלול של כל AMR בסביבתו. על ידי הפיכת משימות ניהול רובוט שונות לאוטומטיות, תוכנת FLOW מפחיתה דרישות תכנות של מערכות ביצוע יצור (MES‏) ומערכות תכנון משאבי חברה (ERP‏). המאפיינים של FLOW כוללים:

• ערכת כלים לאינטגרציה של צי רובוטים מבוססת על תקני תעשייה כולל Restful,‏ SQL,‏ Rabbit MQ ו-ARCL
• קביעת סדר עדיפויות של משימות בהתאם לרמת חשיבות
• זיהוי ובחירה של המסלולים המהירים ביותר בהתבסס על תנועת בני-אדם ורובוטים
• זיהוי מסלולים חסומים והקצאת מסלולים חלופיים
• מיטוב של הטלת משימות על AMR
• מיטוב לוח זמנים לטעינת סוללות כדי למקסם זמן עבודה של הצי

סימולציה יכולה למטב ציים של AMR

אפילו לפני פריסת ה-EM2100 network appliance עבור ניהול צי, תוכנת Fleet Simulator מאפשרת למשתמשים לתכנן תעבורה ומהלכי עבודה עבור ציים של רובוטים ניידים אוטונומיים ומסייעת לזהות ולפתור בעיות אפשריות. על ידי שימוש ב-Fleet Simulator של Omron ובהתבסס על מפת המתקן האקטואלי, הגבלת AMR לאזור מסוים, תכנון מסלול, התחמקות ממכשולים, סימולציית משימות וניהול צי יכולים לתת מודל מדויק. נוסף לכך, הסימולציות יכולות לשמש למיטוב הרכב צי ה-AMR ולחזות תפוקה. ה-EM2100 יכול להיות מוגדר כ-Fleet Simulator במפעל או עם עדכון‏ תוכנה בשטח.

איור 6‏: Omron Fleet Simulator רץ על ה-2100‎ Enterprise Manager network appliance ויכול למטב צי שלם של רובוטים AMR הטרוגניים לפני פריסה. (מקור תמונה: Omron)

שמישות AMR

עם פריסתם בשדה, רובוטים AMR מצופים לעבוד כמעט ללא הפסקה, ותחזוקה מונעת יכולה להיות אלמנט‏ חיוני בפריסה מוצלחת. כדי לתמוך בצורך זה, Omron מציעה ביקורי שמישות (Wellness Visits) הכוללים הערכה תקופתית של המצב הפרטני של כל רובוט AMR במתקן, דבר המאפשר תכנון מועד תחזוקה מראש ובכך להקטין למינימום זמני השבתה. יתרונות של ביקורי השמישות (Wellness Visits) כוללים:

• מקסום אורך חיי העבודה של AMR
• תחזוקת יעילות שיא של עבודת AMR
• זיהוי מוקדם של בעיות אפשריות, בכך מקטינים למינימום זמני השבתה לא מתוכננים
• תכנון מראש מועדי תיקון והחלפת חלקים, מבוסס על השבתות מתוכננות ועל שיקולים תפעוליים אחרים

סיכום

רובוטים AMR משמשים להפוך תפעול מחסן, תהליכי ייצור ותהליכי עבודה ליעילים ופרודוקטיביים יותר על ידי איסוף ומסירה של מוצרים, לפנות זמן של בני-אדם לבצע משימות מורכבות המוסיפות ערך. עם התרחבות מגוון המשימות העושות שימוש ברובוטים AMR, פותחו מערכי AMR חדשים, דבר המסבך את הניהול של ציי AMR. ניהול ציי רובוטים AMR מתחיל עם סימולציה של האינטראקציות של רובוטים בסביבה‏ סינתטית לפני השקת הצי. עם פריסת הצי, רובוטים AMR חייבים לעבוד בבטיחות, יעילות ועם זמן השבתה מינימלי. קיימים כלי חומרה ותוכנה מרכזיים שיכולים לשמש לסימולציה של פריסות AMR פוטנציאליות כמו גם לנטר את העבודה הבטיחותית, היעילה והאמינה של ציי AMR.