Types de robots mobiles autonomes et applications

Les robots mobiles autonomes (AMR) sont utilisés dans de nombreuses industries dans une variété croissante d'applications logistiques. Contrairement aux systèmes de transport fixes tels que les convoyeurs à bande, les AMR peuvent se déplacer dans une usine sans être limités par un itinéraire fixe. Grâce à leurs capacités de communications sans fil et à leurs systèmes de navigation embarqués, ils peuvent recevoir des ordres sur la direction à prendre. Les AMR peuvent se rendre à l'endroit demandé sans être programmés et peuvent même trouver un chemin alternatif si un obstacle est rencontré. Les AMR peuvent rendre les opérations d'entrepôt, les processus de fabrication et les flux de travail plus efficaces et plus productifs en effectuant des tâches sans valeur ajoutée, telles que le transport, la collecte et la livraison de matériaux, afin de permettre au personnel de se concentrer sur des tâches complexes à valeur ajoutée. Bien qu'il s'agisse d'une technologie relativement récente, les AMR se déclinent déjà en de nombreuses versions, chacune optimisée pour effectuer une tâche spécifique.

Cet article compare et oppose les solutions de mobilité traditionnelles telles que les systèmes de convoyeurs et les véhicules à guidage automatique (AGV) aux AMR. Il étudie les avantages de l'utilisation des AMR et explique comment la prolifération des projets AMR accroît leur utilité. Il aborde l'intégration logicielle des flottes d'AMR avec d'autres systèmes, y compris les capacités de navigation de précision, l'impact potentiel des AMR sur la sécurité des travailleurs, et la manière de gérer et de simuler les flottes d'AMR. Enfin, cet article examine brièvement comment la maintenance de routine peut maximiser la durée de vie des AMR, identifier les problèmes potentiels avant qu'ils n'entraînent des temps d'arrêt imprévus, et aider à programmer de manière proactive les réparations et les remplacements de pièces en fonction des arrêts programmés et d'autres considérations opérationnelles.

Les AGV peuvent livrer des matériaux à un endroit spécifique avec plus de flexibilité qu'un système de convoyeur mais ils sont beaucoup moins flexibles que les AMR. Comme les convoyeurs, les AGV ont un parcours fixe. Mais avec les AGV, l'itinéraire peut être modifié plus facilement et plus rapidement qu'avec les systèmes de convoyeurs. Les AMR peuvent travailler en collaboration avec le personnel, offrir une plus grande flexibilité et trouver l'itinéraire le plus efficace pour accomplir une tâche spécifique. Si un AMR rencontre un obstacle, il peut modifier sa trajectoire en conséquence et continuer vers sa destination. Si un AGV rencontre un obstacle, il s'arrête et demande de l'aide avant de poursuivre sa route (Figure 1). Les AMR utilisent une combinaison de puissance de calcul centralisée embarquée et de capteurs sophistiqués pour interpréter leur environnement et contourner les obstacles fixes tels que les racks et les postes de travail et les obstacles mobiles tels que les chariots élévateurs, les personnes, les AGV et les autres AMR.

Figure 1 : Lorsqu'un AMR s'approche d'un obstacle (à gauche), il peut le contourner de manière indépendante. Lorsqu'un AGV s'approche d'un obstacle (à droite), il s'arrête et attend une assistance. (Source de l'image : Omron)

Omron propose l'Integration Toolkit (ITK), une interface qui permet l'intégration centralisée entre les AMR et le logiciel d'application client tel qu'un système d'exécution de la fabrication (MES) ou un système de gestion d'entrepôt (WMS). Par exemple, les AMR peuvent être intégrés aux systèmes de contrôle d'entrepôts dans un environnement d'entrepôt et de centre de distribution, ce qui offre aux AMR une plus grande flexibilité pour créer leurs itinéraires entre les sites de l'installation. Il en résulte un robot beaucoup plus apte à travailler avec les humains dans les environnements dynamiques d'exécution des commandes et d'opération des entrepôts.

Un AMR peut également fonctionner comme un AGV

Certaines applications AMR, comme la livraison de matériaux à des convoyeurs, des chargeurs et des bancs d'essai, nécessitent que le robot s'arrête à un endroit spécifique avec une grande précision et une grande répétabilité. Les gestionnaires de flotte utilisant les AMR d'Omron peuvent choisir entre deux systèmes de positionnement haute précision : le système de positionnement d'alignement de cellule (CAPS) et le système de positionnement haute précision (HAPS). Les systèmes CAPS ou HAPS peuvent améliorer la précision d'arrivée à la cible d'environ ±100 mm à ±8 mm. Le laser de balayage de sécurité principal situé à l'avant de l'AMR est utilisé par la technologie CAPS pour détecter un emplacement cible et permet à l'AMR de se déplacer vers cet emplacement avec une grande précision.

La technologie HAPS permet également un déplacement cohérent dans un espace défini avec une précision accrue et/ou un arrêt précis à une destination prédéfinie, mais avec une particularité. Avec le système HAPS, l'AMR peut suivre une bande magnétique au sol pour se diriger vers un objectif, comme un AGV. Un capteur HAPS situé sous l'AMR est utilisé pour passer de manière transparente du mode totalement autonome à la trajectoire définie par la bande magnétique. L'AMR utilise ensuite une combinaison de capteurs embarqués et de marqueurs au sol pour naviguer avec précision et s'arrêter à des endroits spécifiques (Figure 2).

Figure 2 : Le système CAPS d'Omron (à gauche) utilise le laser à balayage frontal de l'AMR combiné à une navigation autonome pour localiser et atteindre un emplacement cible avec une grande précision. Le système HAPS (à droite) utilise une combinaison de marqueurs, tels que des bandes magnétiques, et de capteurs embarqués pour se diriger vers des zones spécifiques et s'y arrêter. (Source de l'image : Omron)

Lorsqu'il fonctionne en mode HAPS, un AMR d'Omron peut suivre ou quitter un chemin de bande magnétique à tout moment. Cela permet à l'AMR de passer de manière transparente du fonctionnement naturel et de la navigation autonome au guidage par bande magnétique de type AGV. S'il est équipé de capteurs HAPS à l'avant et à l'arrière, l'AMR peut se déplacer avec précision en avant et en arrière le long de la bande magnétique.

Le système AMR d'Omron peut être personnalisé par les développeurs, les intégrateurs et les utilisateurs finaux pour diverses tâches et charges utiles (Figure 3). Outre les possibilités d'intégration des structures prises en charge par ITK, la combinaison des systèmes CAPS et HAPS augmente la capacité de ces AMR lorsqu'un positionnement précis et reproductible est requis, et ouvre la voie à de nouvelles applications, notamment :

• Livraison de chariots chargés de matériaux
• Inspection des stocks dans les magasins de détail
• Robots de livraison sécurisés pour livrer des articles aux clients d'un hôtel ou des composants de valeur à des postes de travail
• Désinfection des espaces publics
• AMR collaboratifs personnalisés
• Convoyeurs
• Livraison d'objets lourds jusqu'à 1500 kg

Figure 3 : Les AMR sont disponibles dans diverses configurations optimisées pour effectuer des tâches spécifiques. (Source de l'image : Omron)

Une robotique sûre

Un fonctionnement sûr est indispensable pour les AMR. Les exemples de capteurs de sécurité standard incluent le sonar arrière et les lasers avant pour la détection des obstacles, les capteurs de pare-chocs avant pour arrêter l'AMR s'il entre en contact avec un objet, et des disques lumineux pour avertir les personnes à proximité que l'AMR fonctionne (Figure 4). Des capteurs optionnels peuvent être ajoutés pour répondre à des besoins spécifiques, tels que l'identification d'obstacles saillants ou suspendus. Les AMR doivent être conformes à diverses réglementations de sécurité nationales et internationales, telles que la norme EN 1525 (Sécurité des chariots de manutention - Chariots sans conducteur et leurs systèmes), la norme ANSI 56.5:2012 (norme de sécurité pour les véhicules industriels sans conducteur, à guidage automatique et les fonctions automatisées des véhicules industriels avec conducteur) et la norme JIS D 6802:1997 (Systèmes de véhicules à guidage automatique - Règles générales de sécurité).

Figure 4 : Les AMR d'Omron sont conformes aux normes de sécurité ISO EN1525, JIS D6802 et ANSI B56.5. Ils sont dotés de plusieurs capteurs standard dédiés à la sécurité et peuvent être équipés de capteurs optionnels pour une sécurité renforcée dans des scénarios d'application spécifiques. (Source de l'image : Omron)

Évaluation de la sécurité au niveau du système

Le respect des diverses normes nationales et internationales n'est que le début des mesures de sécurité pour les AMR. Les AMR sont une technologie en pleine évolution. Ils deviennent plus complexes et gèrent des charges utiles plus lourdes, ce qui crée de nouveaux défis en matière de sécurité. Pour répondre à l'évolution des problèmes de sécurité liés aux AMR, Omron propose un service de conseil en sécurité qui fournit une assistance à la conception, une évaluation des risques, des tests et une validation des déploiements d'AMR. Par exemple, la nouvelle norme ISO 3691-4 inclut des exigences spécifiques concernant la distance de dégagement entre les robots mobiles et d'autres structures. L'assistance fournie par les consultants du service de sécurité d'Omron inclut :

• Examen de la configuration et identification des zones, conformément à la norme ISO 3691-4
• Calculs de conception, en particulier pour les applications à fort trafic ou à transport de charges lourdes
• Test et validation de la solution sur site

Gestionnaire de flotte AMR

Il est très rare de déployer un seul AMR. Les flottes de 100 AMR sont fréquentes, et Omron dispose d'une solution de gestion des AMR qui fournit une capture des analyses et des rapports de données intégrés, pour permettre aux organisations d'optimiser les performances opérationnelles globales de leurs installations et de leur flotte de robots. Le dispositif réseau Enterprise Manager 2100 est une solution matérielle et logicielle conçue pour gérer une flotte d'AMR (Figure 5). Le logiciel de gestion des files d'attente est utilisé pour communiquer avec des AMR individuels ; il attribue des tâches à chaque AMR en fonction des demandes de travail des utilisateurs ou des équipements automatisés.

Figure 5 : Le dispositif réseau Enterprise Manager 2100 d'Omron est conçu pour gérer des flottes jusqu'à 100 AMR. (Source de l'image : Omron)

La solution Fleet Operations Workspace (FLOW) d'Omron fonctionne sur l'Enterprise Manager 2100 et fournit un système de gestion de flotte intelligent qui surveille les emplacements des robots mobiles et le flux de circulation. L'Enterprise Manager 2100 permet aux utilisateurs de gérer et de mettre à jour les configurations AMR. Il coordonne l'interaction et le mouvement des AMR, de sorte que chaque robot connaît l'emplacement et la trajectoire de tout AMR à proximité. En automatisant diverses tâches de gestion des robots, le logiciel FLOW réduit les exigences de programmation des systèmes d'exécution de la fabrication (MES) et des systèmes de planification des ressources d'entreprise (ERP). Les fonctionnalités de FLOW incluent :

• Kit d'outils d'intégration de flotte reposant sur les normes industrielles telles que Restful, SQL, Rabbit MQ et ARCL
• Hiérarchisation des tâches en fonction du niveau d'importance
• Identification et sélection des itinéraires les plus rapides en fonction du trafic humain et robotique
• Identification des voies bloquées et affectation à des voies alternatives
• Optimisation des affectations des tâches des AMR
• Optimisation des plans de charge des batteries pour maximiser la disponibilité de la flotte

La simulation permet d'optimiser les flottes d'AMR

Avant même que le dispositif réseau EM2100 ne soit déployé pour la gestion de la flotte, le logiciel Fleet Simulator permet aux utilisateurs de planifier le trafic et les flux de travail pour les flottes de robots mobiles autonomes et aide à identifier et à résoudre les problèmes éventuels. La localisation de l'AMR, la planification de la trajectoire, l'évitement des obstacles, la simulation des tâches et la gestion de la flotte sur la base d'un plan réel du site peuvent être modélisés avec précision à l'aide du Fleet Simulator d'Omron. De plus, les simulations peuvent être utilisées pour optimiser la composition de la flotte AMR et prévoir le rendement. Un EM2100 peut être configuré en tant que Fleet Simulator à l'usine ou avec une mise à jour logicielle sur le terrain.

Figure 6 : Le Fleet Simulator d'Omron fonctionne sur le dispositif réseau Enterprise Manager 2100 et peut optimiser une flotte entière d'AMR hétérogènes avant le déploiement. (Source de l'image : Omron)

Maintenance des AMR

Une fois sur le terrain, les AMR sont censés fonctionner presque sans interruption, et la maintenance préventive peut se révéler un élément crucial de la réussite des déploiements. Pour répondre à ce besoin, Omron propose des visites de maintenance qui incluent des évaluations sur site régulières de l'état de chaque AMR, ce qui permet de programmer la maintenance à l'avance et de minimiser les temps d'arrêt coûteux. Les avantages des visites de maintenance incluent :

• Maximisation de la durée de vie des AMR
• Maintien du rendement opérationnel maximum des AMR
• Identification avancée des problèmes potentiels, minimisant les temps d'arrêt non programmés
• Programmation proactive des réparations et des remplacements de pièces en fonction des arrêts programmés et d'autres considérations opérationnelles

Résumé

Les AMR sont utilisés pour rendre les opérations d'entrepôt, les processus de fabrication et les flux de travail plus efficaces et plus productifs en collectant et en livrant des matériaux, permettant au personnel de se concentrer sur des tâches complexes à valeur ajoutée. La variété des tâches utilisant des AMR s'étant accrue, de nouveaux formats d'AMR ont été développés, ce qui complique la gestion des flottes d'AMR. La gestion d'une flotte d'AMR commence par la simulation des interactions entre les AMR dans un environnement synthétique avant le déploiement de la flotte sur le terrain. Une fois la flotte opérationnelle, les AMR doivent fonctionner de manière sûre, efficace et avec des temps d'arrêt minimum. Des équipements matériels et logiciels centralisés sont disponibles pour simuler des déploiements d'AMR potentiels et pour surveiller le fonctionnement sûr, efficace et fiable des flottes d'AMR.