Die Grundlagen von AMR-Robotern

AMR-Roboter sind eine der meistdiskutierten Formen der Automatisierungstechnologie in Fertigungs- und Vertriebszentren. Das Potenzial für einen automatisierten Transport ist ein großer Vorteil, um Kosten zu sparen, aber auch um dem Arbeitskräftemangel entgegenzuwirken. In diesem Beitrag gehen wir auf die Grundlagen dieser Art von Technologie ein und helfen Ihnen zu verstehen, was einen AMR-Roboter zu einem so polarisierenden Stück Technologie macht. Aber erstens, braucht man wirklich einen AMR-Roboter?

Erstens: Brauchen Sie wirklich einen AMR-Roboter?

Wenn es darum geht, zu entscheiden, wie die Automatisierung in Ihrer Einrichtung implementiert werden soll, müssen Sie verstehen, was Sie erreichen möchten. Es gibt einige unbeabsichtigte Nachteile bei der Implementierung eines autonomen mobilen Roboters in Ihrer Einrichtung. Eine davon ist die Annahme der Hindernisvermeidung (auf die wir später in diesem Beitrag eingehen werden). Diese Idee der Hindernisvermeidung kann zu unbeabsichtigten Fehlern in Ihrem Betrieb führen – einer davon ist die Effizienz.

Wenn es um den Betrieb einer effizienten Anlage geht, ist die Gewährleistung zuverlässiger Materialtransporte entscheidend für die Gesamtfunktion der Anlage. Wenn Sie ein Transportmittel haben, das dann jedes Mal, wenn es auf ein Hindernis stößt, seinen Weg wählt, führt dies zu einer Änderung des Plans. Während Sie bei anderen Automatisierungslösungen wie dem eQart die Route festlegen und wissen, dass es jedes Mal nicht von dieser Route abweicht. Eine Route von A nach B sollte immer nur eine Route von A nach B sein.

Eine weitere Überlegung, ob Sie einen AMR-Roboter benötigen oder nicht, ist die Art der Materialien, die Sie transportieren. Wenn Sie sehr schwere Komponenten transportieren müssen, kann es für Ihre Bediener und Mitarbeiter ein wenig nervenaufreibend sein zu wissen, dass ein AMR ohne menschliche Entscheidung vom Kurs abweichen kann. Allein dieses Wissen, dass es jederzeit vom Weg abkommen kann, kann für einige Spannungen auf dem Boden der Anlage sorgen. Die Verwendung einer dedizierten Lösung hätte dieses zusätzliche Element der Angst nicht, da sie zu 100 % sicher ist, dass sie ihren Weg nicht wählen wird.

Stellen Sie zu Beginn Ihrer Automatisierungsreise sicher, dass Sie nicht dem gleichen Weg des Marktes folgen und einen „intelligenten Roboter“ verlangen, sondern die beste Lösung für Ihren einzigartigen Anwendungsfall finden.

Um besser zu verstehen, welche Möglichkeiten es gibt, beginnen wir mit der Feststellung, was ein AMR ist.

Was ist ein AMR-Roboter?

AMR steht für einen autonomen mobilen Roboter und wird allgemein mit AMR oder AMR-Roboter abgekürzt. Die Technologie, die es dem AMR ermöglicht, sich abzuheben, ist seine Navigationstechnologie. AMRs sind mit fortschrittlicher Navigationstechnologie ausgestattet, die es ihnen ermöglicht, eine Karte der gesamten Anlage zu erstellen und ihre Routen zu bestimmen, während sie sich bewegen. Die Navigation kann AMR gegenüber anderen Technologieformen Vorteile bieten, ist jedoch mit einem hohen Preis verbunden. Der Einsatz solch fortschrittlicher Technologie ist möglicherweise nicht immer für jede Art von Material- und Warentransport innerhalb Ihrer Einrichtung zu empfehlen; es kommt auf den Einzelfall an.

Diese Form der Navigationstechnologie lässt den AMR-Roboter jedoch Routen um Hindernisse herum bestimmen, wenn diese Hindernisse ihren bestehenden Routen im Weg stehen. Aber wie machen sie das? Welche Technologie steckt hinter dieser Form der Navigation?

AMR-Robotersensoren

Damit die AMRs so gut navigieren können, müssen sie über hochmoderne Sensoren verfügen, die in ihrer Einheit installiert sind. Es können verschiedene Umgebungssensoren verwendet werden, am häufigsten werden jedoch Laserscanner oder LiDAR-Sensoren verwendet. LiDAR-Scanner arbeiten, indem sie Lichtimpulse aussenden, die verschiedene Oberflächen erreichen, und sie werfen das Licht zurück zum Sensor, wo es wieder empfangen wird. Das Verarbeitungssystem an Bord des AMR bestimmt dann, wie lange es gedauert hat, bis das Licht zum Sensor zurückgesendet wurde. Dadurch können die LiDAR-Sensoren den Abstand zwischen einzelnen Objekten abbilden und dem AMR-Roboter Rückmeldung darüber geben, wo er fahren darf und wo nicht.

Eine andere Methode zur Navigation ist die aktualisierte Technologie von 3D-Kameras. 3D-Kameras funktionieren ähnlich wie Stereokameras, indem sie den Pixelabstand zweier Bilder derselben Szene messen. Eine 3D-Kamera fügt jedoch eine zusätzliche Vorsichtsmaßnahme hinzu, indem sie ein Infrarotlichtmuster aussendet. Dies hilft der Kamera, Objekte wie eine gestrichene weiße Wand zu bestimmen, da ein Bild mit wenig Kontrast es für eine Stereokamera schwierig macht, die Entfernung zu bestimmen.

Woher weiß ein AMR-Roboter, wie weit er gefahren ist?

Nachdem die Sensoren abgedeckt sind und wir wissen, dass der AMR-Roboter auf nichts stoßen sollte und seinen Weg navigieren kann. Der Roboter muss auch wissen, wie weit er innerhalb der Anlage gefahren ist, damit er genaue Informationen über seine Routen erhalten kann. Dies kann auf verschiedene Arten erfolgen, z. B. durch Messen der Zeit, die der Motor in Bewegung war, und dies kann Ihnen eine wesentliche Schätzung darüber geben, wie weit der Roboter zurückgelegt hat. Eine andere Methode, dies zu tun, besteht darin, Bewegungssensoren zu verwenden, um die Position des Roboters im Laufe der Zeit zu schätzen. Dieses Verfahren kann sehr fehleranfällig sein, und eine schnelle Datenerfassung, eine ständige Kalibrierung der Instrumente und eine Verarbeitung sind erforderlich, damit dies so genau wie möglich ist.

Woher weiß der Roboter, wo er ist – Lokalisierung?

Der nächste Schritt besteht darin, sicherzustellen, dass der AMR versteht, wo er sich in Ihrer Einrichtung befindet. Denn wenn es sich nicht lokalisieren kann, wird es für es schwierig sein, zu bestimmen, wohin es navigieren soll oder welche Entfernung es zurückgelegt hat. Die AMR-Roboter können nie zu 100 % wissen, wo sie sich befinden, stattdessen sind sie datengesteuerte Schätzungen dessen, wo sie sich befinden könnten. Während der AMR durch die Anlage fährt, versucht er ständig festzustellen, ob die Laserscans mit der Karte übereinstimmen; dies wird allgemein als Scan-Matching bezeichnet. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Scan-Matching durchzuführen, wie z. B.:

• Iterativer nächstgelegener Punkt (ICP)
• Scannen, um zu scannen
• Auf Karte scannen
• Karte zu Karte
• Funktionsbasiert

Nach dem Scan-Abgleich weiß der Roboter im Allgemeinen, dass es sich nur um eine Schätzung dessen handelt, wo er sich befinden könnte, und erstellt dann Kopien von sich selbst, um zu sehen, ob die Scans mit der Karte übereinstimmen. Dann beginnt der AMR, die Vermutungen zu eliminieren, die nicht mit dem Plan übereinstimmen. Jede dieser Schätzungen wird dann gemittelt, und dieser Durchschnitt wird vom AMR als Standort verwendet. Im Allgemeinen führen AMR-Roboter diese Schätzung 15 Mal pro Sekunde durch. Wenn sich ein AMR nicht selbst lokalisieren kann und die Scans übereinstimmen, wechselt er in einen Modus namens falsch lokalisiert.

Wie erstellt ein AMR-Roboter eine Karte?

Wenn Sie sich vorstellen, auf eine Straße zu gehen und zu versuchen, eine Karte Ihrer Umgebung zu zeichnen, wäre das höchstwahrscheinlich ziemlich schwierig. Sie würden viele Entwürfe benötigen und höchstwahrscheinlich die gesamte Karte ändern müssen, nachdem Sie Ihre gesamte Umgebung zurückgekreist haben. Die Art und Weise, wie ein AMR seine Umgebung kartieren kann, erfolgt durch eine Methode, die als simultane Lokalisierung und Kartierung bezeichnet wird oder allgemein als SLAM bezeichnet wird. Es gibt keinen perfekten Weg, dies zu tun, und viele AMRs tun dies basierend auf den Algorithmen, die sie in ihrer Software haben. Einige Methoden dazu sind:

• Erweiterter Kalman-Filter
• Kovarianzschnittpunkt
• Partikelfilter
• GraphSLAM

Woher wissen die AMRs, dass ein Objekt vorhanden ist – Objekterkennung

Wenn es um das Finden von Objekten und die Objekterkennung geht, verwenden AMR-Roboter viele der oben genannten Tools, um diese Objekte zu finden. Im Allgemeinen bewegt sich der Roboter zu dem Ort auf der Karte, an dem sich das Objekt befindet. Dies erfolgt in Kombination mit den oben beschriebenen Kartierungs- und Navigationstechniken. Sobald es sich innerhalb des Bereichs des Objekts lokalisiert hat, muss der AMR das Objekt lokalisieren. Um das Objekt zu finden, verwenden die meisten AMRs dann Laserscanner, um eine signifikante Form zu erkennen, auf deren Erkennung sie programmiert sind.

Dies sind einige der Grundlagen, um zu skizzieren, wie ein AMR-Roboter funktioniert. Obwohl diese fortschrittliche Technologie wie die Schneide des Materialtransports zu sein scheint, werden viele dieser Funktionen möglicherweise nicht benötigt. Mit diesen Funktionen fallen beim Erstkauf zusätzliche Kosten an. Viele AMR-Roboter sind ziemlich teuer und erlauben den Einrichtungen, wenn überhaupt, nur eine kleine Anzahl von ihnen zu kaufen. Dies beinhaltet auch nicht die Implementierungskosten sowie die Zeitkosten für jeden dieser Roboter.

Es lässt sich nicht leugnen, dass ein AMR-Roboter viele Vorteile bringen kann, wenn er für die richtigen Verwendungszwecke und die richtigen Anwendungen eingesetzt wird. Auch hier kommt es auf den Anwendungsfall an und wie die Technologie eingesetzt werden soll. Bei FlexQube haben wir unsere eigene Automatisierungslösung, das eQart, implementiert. Der eQart ist in der Lage, viele der Transportfälle eines AMR-Roboters ohne den Preis zu lösen. Auf einige Features der Navigationstechnik verzichtet das eQart. Wenn Sie jedoch eine festgelegte Route für den Materialtransport haben, ist das eQart möglicherweise die bessere Option gegenüber einem AMR-Roboter. Eine Automatisierungslösung, die ein bestimmtes Problem lösen oder einer Standardschleifenroute oder einer Route von A nach B folgen kann, müsste nicht über die gesamte fortschrittliche Technologie verfügen, die mit einem AMR-Roboter geliefert wird.