autonomiczny robot mobilny amr slam navigation samojezdny robot transferowy do przemysłowego transportu materiałów

Podstawowe zasady technologii 

Działanie robota manipulacyjnego serii YH opiera się na skoordynowanej pracy czterech głównych komponentów: 

1. Percepcja i pozycjonowanie otoczenia

- Wykorzystanie technologii łączenia wielu czujników, w tym radaru laserowego, czujników wizualnych i czujników ultradźwiękowych.

- Nawigacja laserowa SLAM pozwala na osiągnięcie błędu pozycjonowania rzędu ±10 mm oraz autonomiczne mapowanie i nawigowanie bez konieczności stosowania wstępnie ustawionych radiolatarni.

- Nawigacja wizualna SLAM wykorzystuje kamery do identyfikacji cech środowiskowych, jest stosunkowo tania i nadaje się do stabilnych warunków oświetleniowych. 

2. System sterowania ruchem

- Scenariusz z małym obciążeniem (≤500 kg): Wykorzystuje napęd różnicowy lub koła McNamee, umożliwiając elastyczne ruchy, takie jak ruch do przodu, ruch boczny i obrót, odpowiednie do operacji w wąskich przejściach.

- Scenariusz z dużym obciążeniem (≥1 tona): Wykorzystuje napęd na kierownicę + mechanizm podnoszenia wideł, o ładowności do 5 ton lub więcej.

- Możliwość pracy w wąskich przejściach. 

3. Autonomiczne planowanie ścieżki

- Obliczanie optymalnej trasy transportu w czasie rzeczywistym, z czasem reakcji poniżej 500 ms.

- Gdy w klastrze pracuje wiele robotów, system automatycznie optymalizuje ścieżkę, aby uniknąć zatorów.

- Napotykając przeszkody dynamiczne, może samodzielnie zdecydować o zmianie trasy lub zaczekaniu, zamiast po prostu się zatrzymać. 

4. Wieloczujnikowa fuzja unikania przeszkód

- Wyposażony w 16-liniowy radar laserowy (poziome pole widzenia 270°), urządzenie do wykrywania odległości od podłoża (0,1 - 3 m) i czujnik kolizji (próg ciśnienia wyzwalającego 0,5N).

- Dzięki mechanizmowi kompensacji trajektorii dolna kamera rejestruje ukształtowanie terenu w celu kalibracji położenia w czasie rzeczywistym.

Skład robotów przemysłowych

1. Ciało mechaniczne

Są to „kości” i „mięśnie” robota, część bezpośrednio wykonująca czynność.

1.1 Budowa: Zazwyczaj składa się z podstawy, dużego ramienia, małego ramienia, nadgarstka i kołnierza końcowego.

1.2 Stawy i stopnie swobody: Połączone wieloma stawami (obrotowymi lub ruchomymi), zapewniającymi różne stopnie swobody (DOF). Sześcioosiowy robot przemysłowy ma 6 stopni swobody i symuluje giętkość ludzkiego ramienia.

1.3 Efektor końcowy: Narzędzie zamontowane na końcu nadgarstka, które ma bezpośredni kontakt z obsługiwanym obiektem. Takie jak chwytaki (pneumatyczne/elektryczne), przyssawki, pistolety spawalnicze, pistolety natryskowe, głowice szlifierskie, głowice do cięcia laserowego itp.

2. Układ napędowy

Jest to „źródło zasilania” robotów przemysłowych i odpowiada za dostarczanie energii niezbędnej do ruchu różnych stawów.

2.1 Silniki serwo: najczęściej stosowane, zapewniające wysoką precyzję oraz szybką reakcję kontroli położenia i prędkości.

2.2 Urządzenia hydrauliczne/pneumatyczne: Stosowane w scenariuszach wymagających dużej wytrzymałości (hydrauliczne) lub prostego zaciskania (pneumatyczne), ale rzadziej spotykane w precyzyjnych robotach wieloosiowych.

2.3 Reduktor: łączy silnik ze złączem w celu zmniejszenia prędkości, zwiększenia momentu obrotowego i poprawy dokładności pozycjonowania.

Główne elementy: reduktor RV (często stosowany w stawach poddawanych dużemu obciążeniu) i reduktor harmoniczny (często stosowany w stawach poddawanych niewielkiemu obciążeniu lub w stawach nadgarstka).

3. System sterowania

To jest „mózg” robota, który przetwarza informacje, planuje ścieżki i wydaje instrukcje.

3.1 Sprzęt sterujący: komputer przemysłowy lub dedykowana szafa sterownicza zawierająca procesor, pamięć i obwody interfejsu.

3.2 Oprogramowanie/algorytm sterujący:

3.2.1 Kontrola ruchu: rozwiązywanie zadań kinematyki odwrotnej i planowanie trajektorii ruchu stawów w celu zapewnienia płynności i precyzji.

3.2.2 Sterowanie logiczne: przetwarzanie sygnałów wejściowych i wyjściowych (I/O) oraz koordynacja współpracy z innymi urządzeniami (np. przenośnikami taśmowymi, czujnikami).

3.2.3 Interfejs człowiek-maszyna (HMI): Pilot umożliwiający operatorom programowanie, debugowanie i monitorowanie stanu robota.

4. System percepcji

To „pięć zmysłów” robota, które służą do uzyskiwania informacji o jego stanie wewnętrznym i otoczeniu zewnętrznym, a także są kluczem do osiągnięcia inteligencji.

4.1 Czujniki wewnętrzne:

4.1.2 Enkoder: wykrywa kąt i prędkość silnika w celu uzyskania sterowania w pętli zamkniętej.

4.1.3 Czujnik momentu obrotowego: wykrywa siłę w stawach i jest stosowany do wykrywania kolizji lub kontroli siły podczas szlifowania.

4.2 Czujniki zewnętrzne:

4.2.1 System wizyjny: kamera przemysłowa, skaner 3D, do pozycjonowania, identyfikacji, kontroli jakości.

4.2.2 Czujniki siły/dotyku: Montowane na końcu w celu umożliwienia precyzyjnego montażu lub szlifowania ze stałą siłą.

4.2.3 Czujniki bezpieczeństwa: Lidar, kurtyny świetlne bezpieczeństwa służące do monitorowania personelu znajdującego się w pobliżu i zapewnienia bezpiecznego wyłączenia.

5. Systemy wspomagające

Choć nie jest to element ruchomy, jest niezbędny do działania:

5.1 Układ zasilania: zasilacz, regulator napięcia.

5.2 Układ obiegu powietrza: dostarcza sprężone powietrze do chwytaka pneumatycznego lub cylindra równoważącego.

5.3 Układ chłodzenia: Wentylator lub urządzenie chłodzące wodą zapobiegające przegrzaniu silnika i szafy sterowniczej.

5.4 Ogrodzenie bezpieczeństwa i przycisk zatrzymania awaryjnego: ochrona fizyczna spełniająca normy bezpieczeństwa.

Roboty przemysłowe przeniknęły już do niemal wszystkich gałęzi przemysłu wytwórczego. Ich sednem jest zastąpienie ludzi w wykonywaniu powtarzalnych, niebezpiecznych i wymagających dużej precyzji zadań. 

1. Najbardziej popularne aplikacje

1.1 Obsługa, załadunek i rozładunek

1.1.1 Automatyczne pobieranie i układanie materiału w obrabiarkach, wtryskarkach, maszynach do tłoczenia

1.1.2 Przepływ materiałów w magazynach i liniach produkcyjnych

1.2 Spawanie

1.2.1 Spawanie punktowe i łukowe nadwozi samochodowych

1.2.2 Spawanie konstrukcji stalowych, maszyn budowlanych i rur

1.3 Montaż

1.3.1 Mocowanie śrub, montaż łożysk, montaż podzespołów

1.3.2 Montaż elektroniki 3C, sprzętu AGD i podzespołów samochodowych

1.4 Szlifowanie, polerowanie, gratowanie

1.4.1 Obróbka okuć, armatury łazienkowej, części odlewanych ciśnieniowo, części ze stopów aluminium

1.4.2 Zastępowanie pracy ręcznej, redukcja szkód związanych z pyłem

1.5 Natryskiwanie, powlekanie

1.5.1 Malowanie samochodów, sprzętu AGD, mebli

1.5.2 Przeciwwybuchowe, jednolite, oszczędzające farbę

1.6 Paletyzacja, pakowanie

1.6.1 Automatyczne układanie kartonów, worków i beczek

1.6.2 Powszechnie stosowane w przemyśle spożywczym, napojowym, chemicznym i logistycznym

1.7 Kontrola, sortowanie

1.7.1 Roboty wizyjne: kontrola wyglądu, pomiar wymiarów, sortowanie wadliwych produktów

1.7.2 Szeroko stosowane w przemyśle elektronicznym, spożywczym i farmaceutycznym

1.8 Cięcie, przetwarzanie

1.8.1 Cięcie laserowe, cięcie wodą, przycinanie bram, wiercenie

1.8.2 Obróbka samochodów, blach, gumy i tworzyw sztucznych

2. Główne branże zastosowań

2.1 Produkcja samochodów, największy użytkownik: spawanie punktowe, spawanie łukowe, montaż, natryskiwanie

2.2 Elektronika 3C, telefony komórkowe, komputery: montaż, kontrola, dozowanie kleju

2.3 Maszyny budowlane, koparki, dźwigi: spawanie, szlifowanie

2.4 Sprzęt i urządzenia gospodarstwa domowego, klimatyzatory, lodówki, sprzęt kuchenny: spawanie, montaż

2.5 Żywność i farmaceutyka: sortowanie, pakowanie, paletyzacja

2.6 Logistyka i magazynowanie: demontaż, załadunek i rozładunek palet

2.7 Transport kolejowy, statki, konstrukcje stalowe: spawanie, cięcie

3. Korzyści z używania robotów

3.1 Stabilna jakość i wysoka spójność

3.2 Praca non-stop przez 24 godziny na dobę, wysoka wydajność

3.3 Zmniejszenie ryzyka urazów w pracy i chorób zawodowych, oparów spawalniczych, pyłu szlifierskiego i wysokich temperatur

3.4 Niższe koszty pracy, przystosowanie do produkcji masowej.

Zwiększenie wydajności

- 24-godzinna, nieprzerwana praca bez ograniczeń związanych ze zmęczeniem. Jeden robot może zastąpić 2-3 pracowników fizycznych.

- Po wprowadzeniu pewnego magazynu e-commerce dzienna liczba przetwarzanych zamówień wzrosła z 50 000 pozycji do 120 000 pozycji, co przełożyło się na wzrost wydajności o 140%.

- Czas transferu pojazdów między stanowiskami w fabryce został skrócony z 15 do 5 minut, a czas cyklu linii produkcyjnej wzrósł o 67%. 

Oszczędności kosztów

- Magazyn średniej wielkości (z 5 robotami) pozwala zaoszczędzić ponad 400 000 juanów rocznie na kosztach pracy. Inwestycja w sprzęt zazwyczaj zwraca się w ciągu 1-2 lat.

- Zużycie energii wynosi zaledwie 30% zużycia energii w porównaniu z tradycyjnymi wózkami widłowymi. Obsługuje automatyczne ładowanie i może pracować przez 4 godziny po godzinie ładowania. 

Bezpieczeństwo i dokładność

- Wieloczujnikowy system omijania przeszkód ma czas reakcji ≤ 100 ms. W przypadku napotkania przeszkody system może zakończyć hamowanie w ciągu 0,3 sekundy.

- Po zastosowaniu w magazynie przemysłowym, liczba wypadków przy obsłudze spadła do 0.

- Współczynnik błędów w sortowaniu towarów spadł z 0,1% przy obsłudze ręcznej do 0,01%, a współczynnik uszkodzeń towarów zmniejszył się z 2% do poniżej 0,2%.

- Dokładność pozycjonowania materiału w nowym pojeździe-robocie matki i dziecka Ren z folii aluminiowej jest kontrolowana z błędem wynoszącym 5 mm. 

Elastyczność i inteligencja

- Roboty mogą tworzyć samoorganizującą się sieć za pośrednictwem sieci lokalnej i autonomicznie negocjować planowanie ścieżek i przydzielanie zadań.

- System jest płynnie zintegrowany, co pozwala na pełną automatyzację procesów „magazynowania – obsługi – sortowania – rozładunku”.

- Po wdrożeniu rozwiązania w przedsiębiorstwie produkcyjnym efektywność śledzenia materiałów na linii produkcyjnej wzrosła o 80%.