自主移動(dòng)機(jī)器人（AMR）應(yīng)用介紹

　　自主移動(dòng)機(jī)器人 （AMR） 越來(lái)越多地應(yīng)用于許多行業(yè)的物流應(yīng)用中。與傳送帶等固定材料運(yùn)輸系統(tǒng)不同，AMR 可以不受固定路線的限制而繞設(shè)施行駛。其中的無(wú)線通信和板載導(dǎo)航系統(tǒng)使其能夠接收下一步走向的指令。AMR 無(wú)需編程就能導(dǎo)航到請(qǐng)求的位置，甚至能在遇到障礙物時(shí)找到另一條路徑。AMR 可以通過(guò)執(zhí)行非增值任務(wù)，如運(yùn)輸、拾取和放下材料，來(lái)提高倉(cāng)庫(kù)操作、制造流程和工作流程的效率和生產(chǎn)力，進(jìn)而讓人們有更多的精力來(lái)執(zhí)行復(fù)雜的增值任務(wù)。盡管 AMR 是一項(xiàng)相對(duì)較新的技術(shù)，但已經(jīng)分出了許多不同的版本，其中的每一種都已經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可執(zhí)行特定類型的任務(wù)。

　　本文將傳送帶系統(tǒng)和自動(dòng)引導(dǎo)車輛 （AGV） 等傳統(tǒng)移動(dòng)解決方案與 AMR 進(jìn)行了比較和對(duì)比。文章研究了使用 AMR 的好處，以及普及推廣 AMR 設(shè)計(jì)可如何擴(kuò)大其效用。本文還討論了 AMR 車隊(duì)與其他系統(tǒng)的軟件集成，包括精確導(dǎo)航功能、AMR 對(duì)工作人員安全的潛在影響，以及如何管理和仿真 AMR 車隊(duì)。最后，本文簡(jiǎn)要介紹了日常維護(hù)如何最大限度地延長(zhǎng) AMR 的使用壽命，在導(dǎo)致計(jì)劃外停機(jī)前發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，并根據(jù)計(jì)劃關(guān)斷和其他操作考慮因素，幫助主動(dòng)安排維修和零件替換。

　　AGV 可以將材料運(yùn)送到特定位置，比傳送帶系統(tǒng)更靈活；但相較于 AMR，其靈活性則要差得多。像傳送帶一樣，AGV 有固定的路線。但相比傳送帶系統(tǒng)，利用 AGV 可以更容易和快速地修改路線。AMR 可以與人協(xié)作，提供更大的靈活性，并找到最有效的路線來(lái)完成特定任務(wù)。AMR 遇到障礙物時(shí)，可以相應(yīng)地改變路線，然后繼續(xù)前往目的地。AGV 遇到障礙物時(shí)，會(huì)停下來(lái)并要求協(xié)助，然后才繼續(xù)執(zhí)行其預(yù)先分配的軌跡（圖 1）。AMR 使用機(jī)載和集中計(jì)算能力以及復(fù)雜的傳感器組合來(lái)解釋環(huán)境，并可繞過(guò)固定障礙物（如機(jī)架和工作站）和可變障礙物（如叉車、人員、AGV 和其他 AMR）導(dǎo)航。

圖 1：當(dāng) AMR 接近障礙物（左）時(shí)，它可以獨(dú)立繞過(guò)并導(dǎo)航。當(dāng) AGV 接近障礙物（右）時(shí)，它會(huì)停下，并等待幫助。（圖片來(lái)源：Omron）

　　集成工具包 （ITK） 是 Omron 的接口，可實(shí)現(xiàn) AMR 和客戶端應(yīng)用軟件（如制造執(zhí)行系統(tǒng) （MES） 或倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng) （WMS））之間的集中集成。例如，在倉(cāng)庫(kù)和配送中心環(huán)境中，AMR 可以與倉(cāng)庫(kù)的控制系統(tǒng)集成，使 AMR 在設(shè)施內(nèi)的各個(gè)地點(diǎn)之間創(chuàng)建路線時(shí)具有更大的靈活性。因此，在大多數(shù)訂單履行和倉(cāng)庫(kù)操作的動(dòng)態(tài)環(huán)境中，機(jī)器人能夠更好地與人類一起工作。

　　AMR 也可以像 AGV 一樣工作

　　有的 AMR 應(yīng)用需要機(jī)器人極其精確地?？吭谔囟ㄎ恢貌⑶铱芍貜?fù)操作，如向傳送帶、進(jìn)料器和測(cè)試臺(tái)輸送材料。使用 Omron AMR 的車隊(duì)管理員可以選擇兩種高精度定位系統(tǒng)：?jiǎn)卧獙?duì)齊定位系統(tǒng) （CAPS） 和高精度定位系統(tǒng) （HAPS）。CAPS 或 HAPS 可以將目標(biāo)到達(dá)精度從約 ±100 mm 提高到 ±8 mm。AMR 前面的主要安全掃描激光器被 CAPS 技術(shù)用來(lái)探測(cè)目標(biāo)位置，并使 AMR 能夠高精度地移動(dòng)到該位置。

　　HAPS 技術(shù)還能以更高的精度在確定的空間內(nèi)持續(xù)移動(dòng)和/或精確地停靠在預(yù)定的目標(biāo)，但有些差別。使用 HAPS，AMR 可以跟隨地板上的磁帶導(dǎo)航到目標(biāo)，類似于 AGV。使用 AMR 下方的 HAPS 傳感器，可以從完全自主模式平穩(wěn)過(guò)渡到磁帶定義的路徑。然后，AMR 使用機(jī)載傳感器和地面標(biāo)記的組合來(lái)精確導(dǎo)航，并在特定地點(diǎn)停止（圖 2）。

圖 2：Omron CAPS（左）結(jié)合使用 AMR 前端掃描激光器與自主導(dǎo)航，以實(shí)現(xiàn)高精度定位并移動(dòng)到目標(biāo)位置。HAPS（右）結(jié)合使用磁帶等標(biāo)記物和機(jī)載傳感器，以導(dǎo)航到特定區(qū)域并停止。（圖片來(lái)源：Omron）

　　在 HAPS 模式下運(yùn)行時(shí)，Omron AMR 可以在任何點(diǎn)進(jìn)入和離開(kāi)磁帶路徑。因此 AMR 能順利地從自然特性和自主導(dǎo)航過(guò)渡到類似 AGV 的磁帶引導(dǎo)。如果配備了前后端 HAPS 傳感器，AMR 可以準(zhǔn)確地沿著磁帶路徑前后移動(dòng)。

　　開(kāi)發(fā)人員、集成商和最終用戶可以針對(duì)各種有效載荷和任務(wù)定制 Omron AMR 系統(tǒng)（圖 3）。除了 ITK 支持的設(shè)施集成可能性之外，CAPS 和 HAPS 的結(jié)合提高了這些 AMR 需要精確和可重復(fù)定位的能力，并正在開(kāi)辟新的應(yīng)用，例如：

• 　　運(yùn)輸裝滿材料的手推車
• 　　零售店的庫(kù)存檢查
• 　　安全的快遞機(jī)器人向酒店客人運(yùn)送物品或向工作站運(yùn)送高價(jià)值元器件
• 　　公共場(chǎng)所消毒
• 　　定制的協(xié)作式 AMR
• 　　傳送帶頂部
• 　　運(yùn)輸重達(dá) 1，500 kg 的物體

圖 3：AMR 提供各種配置，可通過(guò)優(yōu)化而執(zhí)行特定任務(wù)。（圖片來(lái)源：Omron）

　　安全機(jī)器人操作

　　AMR 必須要能安全操作。標(biāo)準(zhǔn)安全傳感器的例子包括用于檢測(cè)障礙物的后端聲納和前端激光器，用于在 AMR 接觸到物體時(shí)制動(dòng)的前端保險(xiǎn)杠傳感器，以及可提醒附近的人員 AMR 正在工作的發(fā)光盤(pán)（圖 4）。此外，可以根據(jù)具體要求增加可選的傳感器，如識(shí)別突出或懸掛的障礙物。AMR 須符合各種國(guó)家和國(guó)際安全法規(guī)，如 EN 1525（工業(yè)卡車、無(wú)人駕駛卡車及其系統(tǒng)的安全）、ANSI 56.5:2012（無(wú)人駕駛、自動(dòng)引導(dǎo)工業(yè)車輛和有人駕駛工業(yè)車輛自動(dòng)功能的安全標(biāo)準(zhǔn)）和 JIS D 6802:1997（自動(dòng)引導(dǎo)車輛系統(tǒng) - 一般安全規(guī)則）。

圖 4：Omron 的 AMR 符合 ISO EN1525、JIS D6802 和 ANSI B56.5 安全標(biāo)準(zhǔn)，有多個(gè)專用于安全的標(biāo)準(zhǔn)傳感器，并可配備可選的傳感器，以增強(qiáng)特定應(yīng)用場(chǎng)景的安全性。（圖片來(lái)源：Omron）

　　系統(tǒng)級(jí)安全評(píng)估

　　滿足各種國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，這只不過(guò)是 AMR 安全的基本要求。AMR 是一項(xiàng)不斷發(fā)展的技術(shù)。它們變得越來(lái)越復(fù)雜，處理的有效載荷更重，從而帶來(lái)新的安全挑戰(zhàn)。為了解決 AMR 不斷演變的安全問(wèn)題，Omron 可提供安全咨詢服務(wù)，為 AMR 部署提供設(shè)計(jì)協(xié)助、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、測(cè)試和驗(yàn)證。例如，新的 ISO 3691-4 標(biāo)準(zhǔn)包括對(duì)移動(dòng)機(jī)器人和其他結(jié)構(gòu)之間的間隙的具體要求。Omron 的 Safety Service 顧問(wèn)提供的支持包括：

• 　　按照 ISO 3691-4 的要求進(jìn)行布局設(shè)計(jì)復(fù)查和區(qū)域識(shí)別
• 　　設(shè)計(jì)計(jì)算，尤其是在交通量大或移動(dòng)重物的應(yīng)用中
• 　　現(xiàn)場(chǎng)解決方案的測(cè)試和驗(yàn)證
• 　　AMR 車隊(duì)管理員

　　只部署單一的 AMR，這種說(shuō)法幾乎聞所未聞。100 個(gè) AMR 的車隊(duì)很常見(jiàn)，Omron 有 AMR 管理解決方案，可提供內(nèi)置的數(shù)據(jù)采集、分析和報(bào)告，使企業(yè)能夠優(yōu)化整個(gè)設(shè)施運(yùn)作以及常駐機(jī)器人車隊(duì)的性能。Enterprise Manager 2100 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是一種硬件和軟件解決方案，旨在管理 AMR 車隊(duì)。排隊(duì)管理軟件可用于與各個(gè) AMR 進(jìn)行通信；它可根據(jù)用戶或自動(dòng)化設(shè)備的工作請(qǐng)求，將任務(wù)分配給每個(gè) AMR。

　　Omron 的 Fleet Operations Workspace （FLOW） 解決方案可在 Enterprise Manager 2100 上運(yùn)行，并提供智能車隊(duì)管理系統(tǒng)，以監(jiān)控移動(dòng)機(jī)器人的位置和交通流量。Enterprise Manager 2100 讓用戶能夠管理和更新 AMR 配置。它可協(xié)調(diào) AMR 的交互和移動(dòng)，因此每個(gè)機(jī)器人都知道其附近的任何 AMR 的位置和路徑。通過(guò)自動(dòng)化各種機(jī)器人管理任務(wù)，F(xiàn)LOW 軟件可減少對(duì)制造執(zhí)行系統(tǒng) （MES） 和企業(yè)資源規(guī)劃 （ERP） 系統(tǒng)的編程需求。FLOW 的特性包括：

• 　　基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的車隊(duì)集成工具包，包括 Restful、SQL、Rabbit MQ 和 ARCL
• 　　根據(jù)重要程度對(duì)任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先排序
• 　　根據(jù)人類和機(jī)器人的交通，識(shí)別和選擇最快的路線
• 　　識(shí)別受阻的路徑并分配給替代路徑
• 　　優(yōu)化 AMR 作業(yè)分配
• 　　優(yōu)化電池充電時(shí)間表，最大限度地延長(zhǎng)車隊(duì)的正常運(yùn)行時(shí)間
• 　　仿真能優(yōu)化 AMR 車隊(duì)

　　甚至在 EM2100 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備部署到車隊(duì)管理之前，F(xiàn)leet Simulator 軟件就能讓用戶為自主移動(dòng)機(jī)器人車隊(duì)規(guī)劃交通和工作流程，并幫助識(shí)別和解決潛在問(wèn)題。通過(guò) Omron 的 Fleet Simulator，即可基于實(shí)際設(shè)施地圖對(duì) AMR 定位、路徑規(guī)劃、避障、任務(wù)仿真和車隊(duì)管理進(jìn)行精確建模。此外，仿真可以用來(lái)優(yōu)化 AMR 車隊(duì)的組成并預(yù)測(cè)吞吐量。EM2100 可以在工廠配置為 Fleet Simulator，也可以在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)軟件更新配置為 Fleet Simulator。

　　AMR 健全性

　　一旦進(jìn)場(chǎng)，AMR 預(yù)計(jì)將幾乎連續(xù)運(yùn)行，而預(yù)防性維護(hù)可能是成功部署的一個(gè)關(guān)鍵因素。為了支持這一需求，Omron 提供了 Wellness Visits，包括對(duì)各個(gè) AMR 的狀況進(jìn)行定期的設(shè)施內(nèi)評(píng)估，以便提前安排維修，將昂貴的停機(jī)時(shí)間降到最低。Wellness Visits 的好處包括：

　　最大限度地提高 AMR 工作壽命

　　保持 AMR 的峰值工作效率

　　提前發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，盡量減少意外停機(jī)時(shí)間

　　根據(jù)預(yù)計(jì)關(guān)斷和其他業(yè)務(wù)考慮，主動(dòng)安排維修和零件替換

　　結(jié)語(yǔ)

　　AMR 可用于拾取和放下材料，讓人們有更多的精力來(lái)執(zhí)行復(fù)雜的增值任務(wù)，以提高倉(cāng)庫(kù)操作、制造流程和工作流程的效率和生產(chǎn)力。隨著使用 AMR 的任務(wù)種類增加，新的 AMR 版本也被開(kāi)發(fā)出來(lái)，從而使 AMR 車隊(duì)的管理更加復(fù)雜。管理 AMR 車隊(duì)首先要在啟動(dòng)車隊(duì)之前，在合成環(huán)境中仿真 AMR 的交互。一旦車隊(duì)部署完畢，AMR 必須安全、高效地工作，并盡量減少停機(jī)時(shí)間。提供的集中硬件和軟件設(shè)備可用于仿真潛在的 AMR 部署，以及監(jiān)測(cè) AMR 車隊(duì)的安全、高效和可靠運(yùn)行。