|自主移动机器人不断重构物流和材料处理

物流中心是几乎所有需要运输、储存或加工物理商品产业供应链的重要部分。目前,全球范围内,这些物流中心的订货数量、材料处理类型和方法不断增加,越来越多地采用自主系统,以便更安全、更有效地处理物流中心不断增加的任务数量和复杂性。这一趋势进一步推动了自主移动机器人(AMR)的开发,被认为是未来物流中心运营的重要组成部分,可以提高工人的安全、灵活性、效率和生产力。

本文重点介绍了支持最新一代AMR的技术,以及该技术对物流供应链的影响。

什么是AMR,在哪里使用?

AMR与以前的自主机器人(AR)或自主驾驶车辆(AGV)不同,AMR可以独立移动,而不局限于安装在固定位置或受限的工作固定轨迹,如机器人装配臂。AMR移动性使这些机器人在工业环境中能够提供广泛的服务和灵活性,因为它们通常不需要操作员或预定义的路径。得益于这种灵活性,AMR现在在全球医疗保健、农业、仓库存储和制造等多种行业得到了广泛应用。

现代AMR设计的传感器和人工智能/机器学习(AI/ML)功能使这些系统能够在无人的情况下实际运行,还可以使用同步位置和映射(SLAM)来探索存在意外障碍的未知环境。此外,其中许多机器设计得非常坚固,可以在对人类操作员来说非常危险或难以输入和执行所需任务的环境中使用。

解析AMR

提供这些功能需要板载AI/ML资源、电机控制/驱动技术、电池/充电系统、传感器和无线通信功能。必须仔细设计和实施这些技术的所有方面,以提高效率、安全性和生产率。

大脑:人工智能/机器学习系统

AI/ML系统包括微处理器设备(MCU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)、图形处理单元(GPU)等多种硬件解决方案的广泛开发和潜在使用。设计和实施基本AI/ML系统需要一套完全不同的工具,然后才能将AI/ML技术视为有效/安全和部署。一般来说,这些硬件解决方案中有多个是控制系统,可用于有效处理传感器数据、通信和机器人移动。

通常,系统所需的响应时间、视觉系统帧频和任务复杂性决定了AMR执行特定级别任务的资源要求。另一个因素是开发时间和资源拥有。AI/ML系统可以使用预打包的软件包或硬件和软件包来加快实施速度,以解决3D视觉、运动控制或安全性等多种AMR问题。

力:电机控制和电机技术

要使AMR具有移动性,需要适当的驱动技术、能量存储和能量传输/充电系统。这些系统很可能通过电动机、电池存储和电力充电来实现,类似于电动汽车使用的系统。对于效率更高、更可靠的AMR电机系统,最常用的驱动技术是无刷直流(BLDC)电机和使用操作功能的步进电机。这类似于计算机数控(CNC)铣床等电动工具和电子设备中使用的技术。这些系统需要电机驱动器和复杂的控制系统。

能源:电池和充电技术

系留操作(tethered operation)适用于跟踪或固定机器人系统,但AMR一般需要自身供电,这需要汽车储能,可能需要将充电器与充电系统对接。锂离子(Li-ion)电池化学成分是使用DC快速充电(DCFC)将电网能量传输到AMR并最大限度地减少停机时间的最常见高密度储能解决方案。锂离子电池需要充电、放电、平衡和其他电池安全/健康电子设备。虽然电子设备充电不一定包括在AMR内部,但安装AC-DC (AC/DC)逆变器(inverter)和DC/DC电源转换器可以使AMR直接对接和充电,从而最大限度地减少往返充电基础设施上浪费的时间和精力。

眼睛:传感器、照片镜头、3D视觉

为了使AMR避免障碍物,并在工作区发生环境变化时成功地改变方向,AMR需要一组传感器来通知周围环境AI/ML算法。视觉系统是确保AMR成功导航和安全,防止自身、周边财产或货物受损的必要功能,可以是传统的可见光照相镜头、红外(IR)相机、超声波测距传感器、激光雷达(LiDAR)、红外接近传感器,甚至是3D视觉系统。传感器数据分辨率、所需时间和传感器数量决定了AI/ML系统需要处理的数据输出量。为了获得最佳性能和安全性,通常需要在几毫秒内完成这些处理。

耳朵和嘴巴:无线通信系统

如果需要部署多个AMR,无线连接对AMR和设施系统以及相互通信至关重要。为了实现这一目标,典型的无线技术包括Wi-Fi、4G LTE、蓝牙和当前的5G。使用的无线通信系统类型取决于AMR与设施或其他AMR之间需要的数据量和通信类型,偶尔在中心位置进行软件更新的话,4G LTE可能就足够了。需要传输大量数据,但如果时间不重要,Wi-Fi可能更合适。新兴的5G服务可以实施大规模的机械通信(mMTC)和可信世界LC(URLC),如果需要传输时间敏感的数据或需要确定性,5G可能是最可行的无线解决方案。

结论

AMR是许多物流中心和制造设施的未来,在这些工作中雇用人工操作员可能会花费太大或不安全。但是,AMR也是具有大量电子子系统的复杂机器,因此,为了实现可靠、安全、高效的AMR,必须慎重选择、设计、程序和集成。

“本文作者Jean-Jacques DeLisle是贸易宅基地电子特约作者.”

|自主移动机器人不断重构物流和材料处理