Autonomiczne roboty mobilne - MiR, jakie mają zastosowanie?

Jak działają roboty autonomiczne MiR?

Specyfika działania autonomicznych robotów mobilnych

Zaczynając przygodę z robotami MiR należy zapoznać się ze specyfiką ich działania oraz w jaki sposób orientują się one w otoczeniu. Wyobraźmy sobie jazdę tramwajem. Wsiadamy do ustalonego wagonu, poruszamy się po ściśle wyznaczonym torowisku i jakakolwiek napotkana przeszkoda uniemożliwia nam kontynuowanie podróży. Decydując się na transport samochodem, kierowca dynamicznie wyznacza trasę przejazdu. Wszelkie opóźnienia związane z utrudnieniami na drodze eliminuje zmieniając/znajdując alternatywny drogę. Klasyczne wózki AGV można porównać do owego tramwaju, zaś robota MiR do samochodu. Pojazdy AGV muszą poruszać się po stałej "ścieżce" (np. paski magnetyczne lub przewody osadzone w podłodze) i nie mogą zboczyć z tej trasy. Jeśli ludzie lub przedmioty blokują tor, pojazd AGV musi się zatrzymać i poczekać, aż się poruszą, zanim będzie mógł kontynuować jazdę. W odróżnieniu od nich roboty AMR (autonomous mobile robot) wykorzystują czujniki i oprogramowanie, aby reagować w ten sam sposób, w jaki system nawigacyjny samochodu reaguje na objazdy. Ponieważ robot jest początkowo programowany, może łatwo tworzyć kopie zapasowe lub zmieniać trasy, omijając przeszkody i skutecznie realizować swoją misję.

 

Ruch robota MIR Rysunek 1 Roboty AMR mogą bezpiecznie poruszać się wokół przeszkód i ludzi, w przeciwieństwie do pojazdów AGV, które muszą czekać na usunięcie przeszkody z toru jazdy.

 

Zatem w jaki sposób roboty MiR dynamicznie poruszają się po zakładzie? Co jest głównymi narzędziami pozwalającym robotowi bez żadnych problemów orientować się w otoczeniu? Na wszystkie wymienione wyżej pytania i nie tylko, znajdziecie odpowiedź czytając poniższy artykuł.

W jaki sposób roboty MiR mogą się poruszać?

Robot MiR posiada dwa skanery laserowe z certyfikatem ISO 13849, które spełniają normę bezpieczeństwa kategorii trzeciej, Performance Level d. Dwa lasery umieszczone są na przednim i tylnym rogu robota, aby zapewnić 360-stopniowe pole widzenia. Takie dwulaserowe podejście umożliwia bezpieczne cofanie się, w przypadku napotkania przeszkody, której nie jest w stanie ominąć, lub wykrywanie osób zbliżających się z tyłu lub z boku i dostosowywanie kursu w zależności od potrzeb. Strefy ochronne robota zależą od jego prędkości. Pozwala to na bezpieczne i powolne poruszanie się bardzo blisko przeszkód i automatycznie zatrzyma się, jeśli osoba lub przeszkoda znajdzie się w promieniu kilku centymetrów.

Pole widzenia sknerów laserowych

Rysunek 2 Pole widzenia sknerów laserowych

Kamery 3D w robotach MiR

Dodatkową pomoc nawigacyjną zapewniają dwie kamery 3D zamontowane z przodu robota, które wykrywają przeszkody do 1950 mm przed pojazdem i od 50 do 1800 mm od podłogi. Pozwala to na bezpieczne manewrowanie wokół stołów, które znajdują się nad polem widzenia skanera laserowego, ale są krótsze niż wysokość górnego modułu robota, np. wysokiego regału lub ramienia robota. Można również uniknąć innych przeszkód, takich jak montowane na ścianie szafy, półki itp.

Kompletny wieloczujnikowy system bezpieczeństwa, zintegrowany z robotami MiR, oferuje również zauważalnie płynniejszą nawigację niż roboty AGV, co pozwala robotowi na szybsze i niezawodne wykonywanie jego zadań, ponieważ nie musi zatrzymywać się i zmieniać trasy w przypadku wystąpienia przeszkód. Dodatkowe czujniki obejmują akcelerometr i żyroskop do wykrywania siły bezwładności, przyspieszenia i rotacji oraz enkodery na każdym kole do pomiaru prędkości w celu uzyskania dokładnego sprzężenia zwrotnego do skanerów laserowych. Skanery laserowe bezpieczeństwa, kamera 3D oraz dodatkowe przekaźniki i sterowniki PLC wprowadzają dane do zaawansowanego algorytmu planowania, który decyduje, czy robot powinien dostosować swój kurs, czy też wykonać bezpieczne i natychmiastowe zatrzymanie w celu uniknięcia kolizji.

Rysunek 3 Pole widzenia kamery 3D

Techniki lokalizacyjne w robotach MiR

MiR wykorzystuje techniki lokalizacyjne. Technika lokalizacji wykorzystuje lokalne czujniki w celu określenia, gdzie robot znajduje się na podstawie wewnętrznej mapy. MiR wykorzystuje wewnętrzną mapę, stworzoną przez własne skanery laserowe i stosuje aktualne dane skanera laserowego w celu dopasowania miejsca, w którym znajduje się obecnie na mapie. Oszacowanie miejsca, w którym znajduje się MiR jest obliczane za pomocą algorytmu Monte Carlo Localization (MCL), z wykorzystaniem danych skanera laserowego i odometrii poprzez filtr cząstek stałych. Algorytm jest zaimplementowany w systemie operacyjnym ROS (Robot Operating System), który jest częścią oprogramowania MiR.

Przygotowanie mapy, czyli niezbędnego narzędzia, które robot wykorzystuje do swojej lokalizacji jest bardzo proste. Istnieją dwa sposoby na przygotowanie mapy:

  • Nagranie mapy poprzez ręczny przejazd robotem po obszarze, gdzie ma pracować przy wykorzystaniu skanerów laserowych;
  • Odpowiednie przekonwertowanie layout’u obszaru pracy robota w postaci rysunków CAD na plik graficzny oraz wgranie go do robota.

Programowanie nawigacji i bezpieczeństwa robotów autonomicznych

Robot można również łatwo zaprogramować w celu optymalizacji nawigacji i bezpieczeństwa. Na mapie robotów strefy zakazane można oznaczyć po prostu za pomocą ekranu dotykowego smartfonu lub tabletu. Inne instrukcje, takie jak definiowanie preferowanych ścieżek lub ograniczanie prędkości robota w obszarach o dużym natężeniu ruchu, są równie łatwe do implementacji. Robot może bezpiecznie jechać z prędkością do 7,2 km/h w zależności od modelu, co może być korzystne w przypadku dużych odległości pomiędzy punktami zatrzymania. Wyposażony jest w charakterystyczny pasek świetlny LED, który zapewnia wizualne wskazówki informujące pracowników o jego statusie oraz sygnały dźwiękowe - domyślne lub dowolnie pożądane pliki MP3 lub WAV - również mogą być wgrane do robota. Całość daje nam szerokie możliwości konfiguracji urządzenia w zależności od sytuacji na obszarze, w którym robot się porusza.

Dlaczego roboty autonomiczne MiR – podsumowanie

Nowoczesne środowisko produkcyjne nie musi już dłużej zależeć od kosztownych, nieelastycznych, starszych technologii. Autonomiczne roboty mobilne przewyższają AGV pod względem elastyczności, efektywności kosztowej, zwrotu z inwestycji i optymalizacji produktywności. Roboty MiR pozwalają nam na szybką implementację robota nawet przy często zmieniających się warunkach na hali. W prosty i przyjemny sposób jesteśmy w stanie zaadoptować robota do zmian wynikających ze zmiennym procesem produkcyjnym.

Dzisiejsza robotyka charakteryzuje się łatwością obsługi, bezpieczeństwem i elastycznością, która pozwalają firmie przejąć całkowitą kontrolę i uzyskać korzyści płynące z szybkiego zwrotu z inwestycji. Właściciele firm muszą zrozumieć technologie, aby móc dokonywać skutecznych porównań i wdrażać najlepsze podejścia do ich specyficznych potrzeb.