Tipos e aplicações de robôs móveis autônomos

Os robôs móveis autônomos (AMRs) são utilizados em muitas indústrias em uma variedade crescente de aplicações logísticas. Ao contrário dos sistemas fixos de transporte de material como transportadores, os AMRs podem circular em torno de uma instalação ilimitada por uma rota fixa. Suas comunicações sem fio e sistemas de navegação a bordo lhes permitem receber comandos sobre para onde ir em seguida. Os AMRs podem navegar até o local solicitado sem serem programados e podem até mesmo encontrar um caminho alternativo se um obstáculo for encontrado. Os AMRs podem tornar as operações de armazém, processos de fabricação e fluxos de trabalho mais eficientes e produtivos, executando tarefas sem valor agregado, tais como transporte, coleta e entrega de materiais, para liberar as pessoas para executar tarefas complexas que agregam valor. Embora seja uma tecnologia relativamente jovem, os AMRs já se ramificaram em muitas variedades distintas, cada um dos quais é otimizado para realizar um tipo específico de tarefa.

Este artigo compara e contrasta as soluções tradicionais de mobilidade, tais como sistemas de transportadores e veículos guiados automatizados (AGVs) com os AMRs. Ele examina os benefícios do uso de AMRs e como a proliferação de projetos de AMR está expandindo sua utilidade. Discute a integração de software de frotas de AMRs com outros sistemas, incluindo capacidades de navegação de precisão, o impacto potencial dos AMRs na segurança dos trabalhadores e como gerenciar e simular frotas de AMRs. Finalmente, este artigo considera brevemente como a manutenção de rotina pode maximizar a vida útil do AMR, identificar problemas potenciais antes que resultem em paralisações não programadas e ajudar a programar proativamente reparos e substituições de peças com base em paralisações programadas e outras considerações operacionais.

Os AGVs podem fornecer material para um local específico com mais flexibilidade do que um sistema transportador, mas são muito menos flexíveis do que os AMRs. Como os transportadores, os AGVs têm uma rota fixa. Mas com AGVs, a rota pode ser modificada mais fácil e rapidamente do que com os sistemas de transportadoras. Os AMRs podem trabalhar em colaboração com as pessoas, oferecer muito mais flexibilidade e encontrar o caminho mais eficiente para realizar uma tarefa específica. Se um AMR encontrar um obstáculo, pode mudar seu rumo de acordo e continuar até seu destino. Se um AGV encontra um obstáculo, ele pára e requer assistência antes de continuar ao longo de sua pista pré-designada (Figura 1). Os AMRs usam uma combinação de poder computacional centralizado na placa e sensores sofisticados para interpretar seu ambiente e navegar em torno de obstáculos fixos, como racks e estações de trabalho, e obstáculos variáveis, como empilhadeiras, pessoas, AGVs e outros AMRs.

Figura 1: Quando um AMR se aproxima de um obstáculo (esquerda), ele pode navegar independentemente ao seu redor. Quando um AGV se aproxima de um obstáculo (à direita), ele pára até que chegue ajuda. (Fonte da imagem: Omron)

O Kit de Ferramentas de Integração (ITK) é a interface da Omron que permite a integração centralizada entre os AMRs e o software aplicativo do cliente, como um sistema de execução de manufatura (MES) ou um sistema de gerenciamento de armazém (WMS). Por exemplo, os AMRs podem ser integrados com os sistemas de controle do armazém em um ambiente de armazém e centro de distribuição, dando aos AMRs maior flexibilidade para criar suas rotas entre locais dentro de uma instalação. O resultado é um robô que é muito mais capaz de trabalhar com humanos dentro dos ambientes dinâmicos da maioria das operações de atendimento de pedidos e armazenamento.

Um AMR também pode funcionar como um AGV

Algumas aplicações AMR, tais como entregas de material a transportadores, alimentadores e bancadas de teste, precisam que o robô pare em um local específico com alta precisão e repetibilidade. Os gerentes de frota que utilizam AMRs Omron podem selecionar entre dois sistemas de posicionamento de alta precisão; sistema de posição de alinhamento celular (CAPS) e sistema de posicionamento de alta precisão (HAPS). CAPS ou HAPS podem melhorar a precisão de chegada nos objetivos de cerca de ±100 mm a ±8 mm. O principal laser de varredura de segurança na frente do AMR é usado pela tecnologia CAPS para detectar um local alvo e permite que o AMR se mova para o local com alta precisão.

A tecnologia HAPS também pode se mover consistentemente através de um espaço definido com maior precisão e/ou parar precisamente em um objetivo pré-definido, mas com uma reviravolta. Usando HAPS, o AMR pode seguir a fita magnética no chão para navegar até um objetivo, semelhante a um AGV. Um sensor HAPS sob o AMR é usado para fazer uma transição suave do modo totalmente autônomo para o caminho definido pela fita magnética. O AMR então usa uma combinação de sensores na placa e marcadores de piso para navegar e parar com precisão em locais específicos (Figura 2).

Figura 2: O Omron CAPS (esquerda) usa o laser de varredura frontal do AMR combinado com navegação autônoma para localizar e mover-se para um local alvo com alta precisão. A tecnologia HAPS (à direita) usa uma combinação de marcadores como fita magnética e sensores na placa para navegar e parar em áreas específicas. (Fonte da imagem: Omron)

Ao operar no modo HAPS, um Omron AMR pode entrar e sair de um caminho de fita magnética em qualquer ponto. Isso permite que o AMR faça uma transição suave de característica natural e navegação autônoma para orientação de fitas magnéticas tipo AGV. Se estiver equipado com sensores HAPS dianteiros e traseiros, o AMR pode retroceder e avançar com precisão ao longo do caminho da fita magnética.

O sistema Omron AMR pode ser personalizado por desenvolvedores, integradores e usuários finais para várias cargas úteis e tarefas (Figura 3). Além das possibilidades de integração de instalações apoiadas pela ITK, a combinação de CAPS e HAPS aumenta a capacidade desses AMRs quando é necessário um posicionamento preciso e repetível e está abrindo novas aplicações, como por exemplo:

• Entrega de carrinhos cheios de materiais
• Inspeção de inventário em lojas de varejo
• Robôs de correio seguros para entregar itens aos hóspedes do hotel ou componentes de alto valor às estações de trabalho
• Desinfecção dos espaços públicos
• AMRs colaborativos personalizados
• Esteiras rolantes
• Entrega de objetos pesados de até 1.500 kg

Figura 3: Os AMRs estão disponíveis em várias configurações otimizadas para realizar tarefas específicas. (Fonte da imagem: Omron)

Robô seguro

A operação segura é obrigatória para os AMRs. Exemplos de sensores de segurança padrão incluem sonar traseiro e laser dianteiro para detecção de obstáculos, um sensor de pára-choques dianteiro para parar o AMR se ele entrar em contato com um objeto, e discos leves para alertar as pessoas nas proximidades de que o AMR está operando (Figura 4). Sensores opcionais podem ser adicionados para requisitos específicos, tais como a identificação de obstáculos salientes ou pendurados. Os AMRs são obrigados a cumprir vários regulamentos de segurança nacionais e internacionais, tais como EN 1525 (Segurança de carrinhos industriais, sem motorista e seus sistemas), ANSI 56.5:2012 (Segurança padrão para veículos industriais sem motoristas, guiados automaticamente e funções automatizadas de veículos industriais tripulados), e JIS D 6802:1997 (Sistemas de veículos guiados automaticamente – Regras gerais de segurança).

Figura 4: Os AMRs Omron cumprem com as normas de segurança ISO EN1525, JIS D6802 e ANSI B56.5, possuem vários sensores padrões dedicados à segurança e podem ser equipados com sensores opcionais para maior segurança em cenários de aplicação específicos. (Fonte da imagem: Omron)

Avaliações de segurança em nível de sistema

O cumprimento de várias normas nacionais e internacionais é apenas o começo da segurança AMR. Os AMRs são uma tecnologia em evolução. Eles estão ficando mais complexos e lidando com cargas mais pesadas, criando novos desafios de segurança. Para atender à evolução das preocupações de segurança com AMRs, a Omron oferece um serviço de consultoria em segurança que fornece assistência no projeto, avaliação de risco, testes e validação de implantações de AMRs. Por exemplo, a nova norma ISO 3691-4 inclui requisitos específicos para o espaço livre entre robôs móveis e outras estruturas. O suporte fornecido pelos consultores do Serviço de Segurança da Omron inclui:

• Revisão do projeto de layout e identificação de zonas conforme requerido pela ISO 3691-4
• Cálculos de projeto, especialmente em aplicações com alto tráfego ou onde cargas pesadas estão sendo movimentadas
• Teste e validação da solução no local

Gerenciador de frota do AMR

É quase inédito implantar um único AMR. Frotas de 100 AMRs são comuns, e a Omron tem uma solução de gerenciamento de AMR que fornece captura de dados, análises e relatórios incorporados para permitir que as organizações otimizem o desempenho da operação geral das instalações, bem como da frota de robôs residentes. O dispositivo de rede Enterprise Manager 2100 é uma solução de hardware e software projetada para gerenciar uma frota de AMRs (Imagem 5). O software de gerenciamento de filas é usado para se comunicar com os AMRs individuais; ele atribui tarefas a cada AMR com base nas solicitações de trabalho dos usuários ou equipamentos automatizados.

Figura 5. O dispositivo de rede Omron 2100 Enterprise Manager é projetado para gerenciar frotas de até 100 AMRs. (Fonte da imagem: Omron)

A solução Omron Fleet Operations Workspace (FLOW) é executada no Enterprise Manager 2100 e fornece um sistema inteligente de gerenciamento de frota que monitora as localizações dos robôs móveis e o fluxo de tráfego. O Enterprise Manager 2100 permite que os usuários gerenciem e atualizem as configurações AMR. Ele coordena a interação e o movimento dos AMRs, de modo que cada robô conheça a localização e o caminho de qualquer AMR em sua vizinhança. Ao automatizar várias tarefas de gerenciamento de robôs, o software FLOW reduz as demandas de programação nos sistemas de execução de manufatura (MES) e nos sistemas de planejamento de recursos empresariais (ERP). As características do FLOW incluem:

• Kit de ferramentas de integração de frotas baseado nos padrões da indústria, incluindo Restful, SQL, Rabbit MQ e ARCL
• Priorização de tarefas com base no nível de importância
• Identificação e seleção das rotas mais rápidas com base no tráfego humano e de robôs
• Identificação de caminhos bloqueados e atribuição a rotas alternativas
• Otimização das tarefas de AMR
• Otimização dos horários de carga da bateria para maximizar o tempo de atividade da frota

A simulação pode otimizar as frotas de AMRs

Mesmo antes do dispositivo de rede EM2100 ser implantado para o gerenciamento de frotas, o software Fleet Simulator permite aos usuários planejar o tráfego e os fluxos de trabalho para frotas de robôs móveis autônomos e ajuda a identificar e resolver possíveis problemas. A localização, o planejamento de caminhos, a prevenção de obstáculos, a simulação de tarefas e o gerenciamento da frota de AMR com base em um mapa das instalações reais podem ser modelados com precisão usando o Fleet Simulator da Omron. Além disso, as simulações podem ser usadas para otimizar a composição da frota do AMR e prever o rendimento. Um EM2100 pode ser configurado com um Fleet Simulator na fábrica ou com uma atualização de software no campo.

Figura 6: O Fleet Simulator da Omron funciona no aparelho de rede Enterprise Manager 2100 e pode otimizar uma frota inteira de AMRs heterogêneos antes da implantação. (Fonte da imagem: Omron)

Bem-estar AMR

Uma vez no campo, espera-se que os AMRs operem quase continuamente, e a manutenção preventiva pode ser um elemento crucial em implantações bem sucedidas. Para dar suporte a essa necessidade, a Omron oferece visitas na instalação que incluem avaliações regulares da condição de cada AMR, permitindo que a manutenção seja agendada com antecedência, minimizando o dispendioso tempo de parada. Os benefícios das visitas incluem:

• Maximização da vida operacional do AMR
• Manutenção da eficiência operacional de pico do AMR
• Identificação avançada de problemas potenciais, minimizando o tempo de parada não programado
• Programação pró-ativa de reparos e substituições de peças com base em paralisações programadas e outras considerações operacionais

Resumo

Os AMRs estão sendo usados para tornar as operações de armazém, processos de fabricação e fluxos de trabalho mais eficientes e produtivos, coletando e entregando materiais, liberando as pessoas para realizar tarefas complexas que agregam valor. À medida que a variedade de tarefas utilizando AMRs se expandiu, novos formatos de AMRs foram desenvolvidos, complicando o gerenciamento das frotas de AMRs. O gerenciamento de frotas de AMRs começa com a simulação das interações dos AMRs em um ambiente sintético antes de lançar a frota. Uma vez que a frota tenha sido implantada, os AMRs devem operar com segurança, eficiência e com o mínimo de tempo parado. Estão disponíveis aparelhos de hardware e software centralizados que podem ser usados para simular implantações potenciais de AMR, bem como monitorar a operação segura, eficiente e confiável das frotas de AMR.