Aktuální vydání

celé číslo

04

2024

Průmyslové roboty a automatizace výrobních a montážních linek

celé číslo

Zákaznické autonomní vozíky AGV a AMR

Automaticky naváděné vozíky (AGV) a autonomní mobilní roboty (AMR) jsou klíčovým prvkem pro automatizaci logistických provozů ve firmách. Tyto vozíky se používají pro převoz různých materiálů a produktů. Náklad mohou naložit a převážet přímo na platformě (podvozku) nebo pomocí speciální nástavby připevněné k podvozku, popř. mohou být použity jako tahače přívěsných vozíků s nákladem. Jsou ideálním nástrojem pro opakující se toky materiálů po předem definovaných logistických trasách.

 

Veškeré zkušenosti, které společnost ServisControl získala během patnácti let v průmyslové automatizaci, promítla do vývoje zákaznických, na míru vyvíjených autonomních vozíků (obr. 1). Tomuto vývoji se firma začala intenzivně věnovat v roce 2019 a dnes již jsou vozíky úspěšně implementovány u prvních zákazníků. Během výroby zákaznických vozíků současně probíhá vývoj a testování nejnovější techniky, kterou lze při integraci autonomních vozíků uplatnit, ať už jde o různé typy podvozků a řízení, možnosti zdvihu a variability zátěže, nebo o kombinaci několika naváděcích systémů, mezi kterými je možné podle potřeby přepínat.

 

Nová technika, nové trendy

Společnost ServisControl neustále pracuje na vývoji a implementaci nových trendů, použití moderních komponent a na testování nových způsobů pohonů pro standardní či všesměrový pohyb.

Automaticky naváděné vozíky od firmy ServisControl jsou jedinečné ve svém uplatnění, neboť firma se soustředí převážně na použití ve výrobním prostředí. Zde může využít veškeré zkušenosti z mnoha automatizačních a robotizačních projektů. Výrobní prostory se často liší od skladových a ze své podstaty vyžadují zásobování linek nebo převoz produktu operátorem z jedné výrobní linky na druhou. Pro transport materiálu, polotovarů a výrobků se používají různé typy palet, přepravních boxů, zásobníků nebo vozíků. Přesně v tento okamžik se uplatní autonomní, automaticky naváděné vozíky ServisControl. Jejich všesměrový pohyb zajistí manipulaci ve velmi stísněných prostorách, což vede k úsporám času, prostoru i financí. Jde o vývoj od začátku až do konce, vše je řešeno v daném projektu na míru, podle přání a požadavků zákazníka, ale s průměrnou návratností investice 1,5 roku.

 

Platformy vozíků

Sortiment automaticky naváděných vozíků je vytvořen tak, aby splňoval náročné požadavky různých průmyslových odvětví s ohledem na nejvyšší bezpečnost a provozuschopnost. Standardizované řešení je vždy přizpůsobeno na míru zákazníkům – jejich výrobním zařízením, prostoru i frekvenci pohybu zaměstnanců a další manipulační techniky.

Společnost ServisControl neustále pracuje na zlepšování a vývoji vozíků a její technici se rádi zapojí do řešení nestandardních úloh.

Základní nabídka modulárních autonomních vozíků je udávána především minimálními a maximálními rozměry, typem podvozku, způsobem navigace a potřebnou úrovní bezpečnosti:

a)  RoboMec je robustní vozík s „krabím“ pohybem (jízda bokem) a možností jakékoliv zákaznické nástavby,

b)  RoboSherpa je robustní platformový vozík s možností jakékoliv zákaznické nadstavby,

c)  RoboCampo je robustní platformový vozík s možností jakékoliv zákaznické nástavby vhodný pro venkovní použití,

d)  RoboTruck je tažný vozík doplněný funkcí „follow me“ a automatickým spřáhlem, určený zejména pro manipulaci s „vláčkem“ vozíků,

e)  RoboMelkus je všesměrový vozík vybavený paletovým nízkozvedacím zařízením pro přepravu palet v halách a skladech, který dokáže naložit paletu v manipulačním prostoru od 1,8 m, umí překonat mírně zvlněný terén a může být vybaven čtečkou čárových kódů, 3D kamerou pro detekci překážek a držákem pro vyrovnání zatížení,

f)  RoboCaddy je malý obousměrný vozík pro manipulaci s lehkými produkty a pro pohyb úzkými prostory.

Přehled základních technických parametrů vozíků je v tab. 1.

 

Zákaznické nástavby

Specializace na jednoúčelové stroje a dopravníkové systémy poskytla firmě ServisControl bohaté zkušenosti, které nyní uplatňuje ve všech modelech vozíků a tím nabízí ucelená řešení pro různá odvětví průmyslu (obr. 2).

Všechny varianty nástaveb jsou konstruovány na míru, ať je to dopravníkový systém, robot, či speciální systém.

Speciální systémy nástavby jsou přizpůsobeny atypickým požadavkům transportu a manipulace. Mohou to být upínací systémy v kombinaci s mechanickým naváděním, řízené lineární posuvy nebo další na míru konstruovaná zařízení, která se upevní na hlavní platformu autonomního vozíku.

 

Průmyslové a kolaborativní roboty
Použití průmyslových robotů v nástavbové části vozíků otevírá další možnosti. Průmyslové roboty integrované na AGV mohou obsluhovat několik pracovních stanic a v každé vykonávat odlišné operace. Autonomní vozík rozpoznává jednotlivá stanoviště a předává informace robotu, který v běžném nebo kolaborativním režimu vykonává požadovaný program.

Pro danou úlohu je vždy vybrán optimální robot, který je integrován do vybraného typu vozíku. Toto řešení přináší velkou flexibilitu v provozních podmínkách při manipulaci s produkty.

 

Paletový dopravník
Nízká platforma umožňuje integrovat např. paletový dopravník pro manipulaci s paletou o rozměrech 1 200 × 800 m nebo 1 200 × 1 000 mm.

Mají-li dopravníky různé výšky, je na vstupu a výstupu dopravníku účelné instalovat paletové stanice s potřebným zdvihem a s nosností až 1 000 kg.

Tento způsob převozu palet má ve srovnání s paletovým AGV nižší pořizovací náklady a dovede manipulovat se všemi typy palet.

 

Dopravníkový systém jako součást autonomních vozíků
AGV může být osazen dopravníkem nebo dopravníky, které zajišťují v součinnosti s výrobní linkou předávání plných a prázdných palet nebo výrobků. Dopravník může být válečkový nebo pásový a k dispozici jsou i speciální provedení pro potravinářský nebo farmaceutický průmysl.

 

Bezpečnost

Autonomní automaticky naváděné vozíky firmy ServisControl nejenže používají laserové skenery, ale mají také integrované bezpečnostní senzory v náraznících a některé modely jsou vybaveny i radary, lidary nebo sonary pro rozpoznávání dalších překážek ve svém okolí. Autonomní AGV proto splňují požadavky bezpečnostních norem EN 3691-4 (Motorové manipulační vozíky – Bezpečnostní požadavky a ověřování – Část 4: Vozíky bez řidiče a jejich systémy), EN 12100 (Bezpečnost strojních zařízení – Všeobecné zásady pro konstrukci – Posouzení rizika a snižování rizika), EN 13849-1 (Bezpečnost strojních zařízení – Bezpečnostní části ovládacích systémů – Část 1: Všeobecné zásady pro konstrukci), EN 13850 (Bezpečnost strojních zařízení – Nouzové zastavení – Zásady pro konstrukci) a EN 13855 (Bezpečnost strojních zařízení – Umístění ochranných zařízení s ohledem na rychlosti přiblížení částí lidského těla) a jsou dodávány s prohlášením CE a certifikací TÜV.

 

Monitorování prostoru: laserové skenery
Hlavní funkcí při jízdě AGV v autonomním režimu je monitorování okolního prostoru, především ve směru jízdy vozíku. To zajišťují laserové bezpečnostní skenery, které jsou pro každého uživatele nastavené podle aktuál­ního prostředí a které se automaticky přepínají podle toho, kde se zrovna vozík nachází.

Nastavují se dvě zóny varování a jedna bezpečnostní zóna pro zastavení (obr. 3). Vozíky jsou vybaveny dvěma nebo čtyřmi takovými bezpečnostními skenery (podle typu úlohy), aby maximálně eliminovaly slepé úhly. Řadí se do bezpečnostní kategorie SIL 2 nebo PL d se zapojením Cat. 3.

 

Spolehlivé a včasné zastavení: bezpečnostní snímače
Případnému zranění osob, poškození majetku nebo dalším kolizím předchází bezpečnostní snímače v náraznících vozíku. Jde o mechanické nárazníky přímo spojené s bezpečnostními okruhy a napojené na bezpečnostní procesor, který s garantovanými časovými prodlevami zajistí spolehlivé a včasné zastavení autonomního vozíku. Tyto nárazníky doplňují tlačítka nouzového zastavení, která plní stejnou funkci. Kontrolu správného a spolehlivého zastavení doplňuje systém kontroly rychlosti, který je přímo mechanicky spojený s pojezdovými pohony a rovněž napojený do bezpečnostního okruhu procesoru.

 

Zvuková a světelná signalizace
K signalizaci různých režimů AGV/AMR jsou použity pásky RGB LED, které jsou umístěné na rozích vozíku. Barevným svícením nebo blikáním signalizují stav, v němž se vozík právě nachází. Každému režimu je přiřazena určitá priorita, aby bylo za každé situace možné vizuálně rozpoznat stav vozíku.

Zvuková signalizace je ve výchozím nastavení opět přizpůsobena danému režimu a pro každý stav se dynamicky mění. Jednotlivá zvuková upozornění ve formátu MP3 mohou být pro každého zákazníka zvolena podle jeho vlastních preferencí.

 

Technická řešení

Technika navádění
Společnost ServisControl používá u svých vozíků vždy nejvhodnější metodu navádění, a to na základě potřeb projektu. Jsou prostory, kde má magnetická páska stále své místo, a to především pro přesun dílů mezi stroji. Ale pro odvoz dílů od stroje do skladu se plně uplatní navigace SLAM, která pro navádění používá lidar nebo kameru. Další variantou je využití systému GPS. Tato metoda se používá pro venkovní prostory. Navigaci systémem GPS lze v případě potřeby zpřesnit použitím stacionárních základnových stanic. Jestliže to úloha vyžaduje, je možné použít i kombinaci různých typů navigací. Vždy je třeba správně vyhodnotit instalační možnosti, přesnost navigace, členitost prostorů, šířku přepravních tras, pohyb osob a další přepravní techniky v prostoru, pohyblivé překážky, měnící se základní orientační body a finanční náklady jednotlivých druhů navigace.

V současné době jsou nejběžnější tyto způsoby navádění:

  • Magnetická páska nalepená na podlaze a RFID tagy (čipy) zapuštěné v podlaze vedle magnetické pásky. Pro úzké transportní uličky a neměnné trasy je navádění po magnetické pásce optimálním řešením s ohledem na cenu, výkon, požadovanou přepravní kapacitu a bezpečnost.
  • Navigace SLAM (Simultánní Lokalizace A Mapování) na základě dat získaných z laserového senzoru vzdálenosti, gyroskopu, rychloměru a akcelerometru vytvoří mapu prostředí a bezpečně naplánuje trasu jízdy.

 

Vlastní akumulátorová baterie
Firma ServisControl, aby mohla dosáhnout velmi plochého tvaru vozíků, zahájila výrobu vlastních baterií. Nyní nabízí baterie typu LiFePo4 nejen pro své vozíky, ale i pro jiná zařízení. K dispozici jsou baterie 24 a 48 V s kapacitou 40, 60 a 80 A·h s minimálním počtem 4 000 nabíjecích cyklů.

 

Účinné bezdrátové nabíjení
Zajistit plynulý provoz autonomních vozíků umožňuje dobíjení, které probíhá během vykonávání činnosti (nakládání, vykládání, čekání na instrukce) a tím nijak neprodlužuje dobu cyklu a nezpomaluje výrobní proces. Žádný vozík nemusí být mimo provoz z důvodu dobíjení (obr. 4).

Vysokou efektivitu využití baterie a minimalizaci jejího opotřebení zajišťuje bezkontaktní dobíjení, kterým jsou vybaveny všechny vozíky ServisControl a jehož účinnost přesahuje 90 %. Nabíječky jsou inteligentní a hlídají velikost nabíjecího proudu a konečné napětí baterie. Informace o spotřebě a nabíjení jsou také předávány do PLC. Po nabití baterie na stanovenou kapacitu se nabíječka automaticky odpojí.

 

Průmyslové komponenty
Vozíky jsou postaveny na standardních průmyslových komponentách, které jsou kompatibilní a dostupné po dlouhé roky. Je-li to možné, používají se pro jednotlivé modely shodné díly a díky tomu má ServisControl všechny náhradní díly na skladě s možností doručení k zákazníkovi do 24 h. Většina komponent zajišťujících řízení pohybu, bezpečnost a logické řízení je složena z produktů Rock­well Automation.

 

Řídicí jednotka Master v rozváděči

K vozíkům AGV/AMR nabízí ServisControl různé konfigurace řídicích jednotek Master podle funkcí, které jsou zákazníkem požadovány (systém andon – vizualizace a monitorování, ovládání I/O, vzdálený dohled, spojení s technologickým zařízením zákazníka), a s ohledem na počet požadovaných autonomních vozíků.

Jednotka Master, umístěná v rozváděči, dává vozíkům povely a ony ji zpětně informují o svém stavu. Systém je uzpůsoben pro řízení flotily vozíků a je kompatibilní s protokolem VDA 5050.

Vizualizace (obr. 5, obr. 6) nabízí nástroje, které zákazníkovi pomohou s monitorováním a predikcí případné údržby a zlepšují přehled o aktuální poloze a stavu všech provozovaných vozíků. Master dává možnost pravidelně zálohovat veškerá hlášení stavů a v reálném čase kontrolovat průběhy nabíjení a vybíjení baterie, počet najetých kilometrů nebo průběh aktuálního programu. Ke kompletní vizualizaci lze díky integrovanému systému Groov přistupovat vzdáleně nejen na PC, ale také na mobilním telefonu nebo tabletu (obr. 6). Díky tomuto systému je možné nabídnout i přehledný a finančně nenáročný systém andon pro velkoplošné displeje.

Vzdálený dohled umožňuje připojení k jednotce Master kdykoliv a odkudkoliv, takže je možné promptně řešit případné potíže nebo provádět úpravy softwaru pro optimalizaci provozu autonomních vozíků.

Ovládáním I/O umožňuje Master propojení se stávajícími systémy v místě implementace vozíků a komunikaci s těmito prvky pro plynulý provoz (ovládání vrat, semaforů, specifikace nakládacích a vykládacích míst atd). Master umožňuje komunikaci a propojení také s ostatními systémy u zákazníka (stroje, linky, dopravníky atd.), které jsou nezbytné pro plynulý a efektivní provoz autonomních vozíků, aby o sobě obě technologická zařízení věděla a spolehlivě spolupracovala (nakládání, vykládání, zastavení, rozjezd atd.).

 

Dotykový panel a ovládací tlačítka
Každý z AGV/AMR má barevný dotykový TFT displej s úhlopříčkou minimálně 4,3" k zobrazování podrobnějších informací o aktuálním stavu. Obsahuje sadu ovládacích prvků určených k orientaci v menu panelu a k ovládání vozíku (obr. 5). Jsou na něm zobrazována alarmová hlášení a stav baterie a umožňuje nastavení některých uživatelských parametrů AGV. Pro monitorování na dálku je možné použít také tablet nebo mobilní telefon.

Panel je rovněž doplněn pěti mechanickými tlačítky, jejichž pozici a funkci lze přizpůsobit podle požadavků zákazníka.

 

Vzdálený dohled

Součástí celého projektu je bezpečný a spolehlivý dohled, který podporuje nepřetržitý provoz autonomních vozíků. Nepřetržité monitorování zajišťuje predikci poruch, řízení servisu a rychlé řešení nečekaných stavů v reálném čase.

Službu vzdáleného dohledu nabízí firma ServisControl proto, aby měla ucelený a kompletní přehled o svých vozících, o jejich stavech, poruchách, motohodinách a o kondici baterie. Tyto informace pomohou plánovat preventivní a urgentní servis a zajistit technickou podporu pro údržbu.

Zákazníkovi tato služba usnadní údržbu, neboť výrobce vozíků má přehled o poruchách v reálném čase, může je řešit dříve, než začnou ovlivňovat výrobu, z dostupných hodnot může predikovat potenciální závady a efektivně plánovat preventivní servis. Zákazníkovi se dostává exkluzivní podpůrné preventivní údržby a má zajištěn okamžitý kontakt s výrobcem v případě potíží.

Jednotka Master obsahuje programovatelný automat groov EPIC od společnosti Opto 22, který umožňuje přenos dat do dohledového centra firmy ServisControl prostřednictvím brány MQTT broker. Jde o spolehlivý a bezpečný přenos dat z provozních zařízení (Operational Technology – OT) prostřednictvím zařízení groov EPIC, které zajišťuje zpřístupnění komunikačních sítí, ovládání, monitorování a zabezpečení systému, do informační infrastruktury (Information Technology – IT). Do IT jsou poskytována pouze data z těch zařízení, z nichž chce zákazník data publikovat a která jsou připojena na nezávislém, odděleném síťovém rozhraní groov EPIC, což plně segmentuje a izoluje provozní infrastrukturu od informačního systému. Jeden účastník komunikace je poskytovatel (publisher) a druhý příjemce (subscriber). Datová komunikace probíhá pouze směrem z OT na MQTT broker a to je jediné místo, které komunikuje mimo síť. Zprávy jsou filtrovány a rozesílány příjemcům. Komunikace je zabezpečena šifrováním zpráv TLS/SSL, které pro potvrzení identity používá certifikáty (obr. 7).

 

Komunikace po síti 5G

Vozíky společnosti ServisControl mohou být provozovány v kampusové síti 5G od společnosti T-Mobile. Hlavní výhody jsou malá latence systému, možnost použít bezpečnostní procesor jako Master SLA pro spolehlivé a včasné zastavení vozíku, možnost přenášet data o monitorování prostoru, možnost vy­užít nové metody navádění, zvýšená kybernetické bezpečnost a snadné využití ve venkovním prostředí.

 

Studie proveditelnosti

Díky zkušenostem z celosvětového trhu AGV/AMR a znalostem aktuálních trendů je firma ServisControl schopná posoudit využití autonomních vozíků napříč celým dodavatelským spektrem. Ke každému projektu je možné požádat o nezávislou studii proveditelnosti, která poskytne kompletní analýzu procesu, rizik a výrobního prostředí a doloží plánované trasy, infrastrukturu a popř. ukáže překážky, které je třeba odstranit k dosažení požadovaného cíle. Studie proveditelnosti umožní posoudit potřebné náklady, přínosy, rizika, časový rámec a další důležité prvky nutné k realizaci projektu dříve, než je uskutečněn.

 

Servis a podpora

Autonomní vozíky od společnosti ServisControl jsou dodávány se servisní smlouvou, která zákazníkovi po dobu záruky garantuje pravidelnou údržbu včetně automatických notifikací pro objednání servisu. Zákazník tak má jistotu bezproblémového chodu vozíku v záruční době i platnost záruky po celou dobu jejího trvání.

Servisní smlouva, jestliže ji zákazník neukončí, je automaticky prodloužena i v pozáručním období, aby zákazník neztratil nic ze servisní podpory a bezproblémového fungování autonomních vozíků i po letech provozu. Po dobu trvání servisní smlouvy zákazník objednává pravidelné kontroly a servis, které korespondují s četností a rozsahem, jak je uvedeno v manuálu a servisní smlouvě. Pro co nejdelší životnost a nejmenší prostoje je nezbytné, aby od začátku byla servisu věnována dostatečná péče.

Výhodou servisní smlouvy je garantovaná doba, za kterou bude závada odstraněna, pravidelné prohlídky u zákazníka nebo vzdálené připojení pro online servis.

 

(ServisControl s. r. o.)

 

 

Obr. 1. Společnost ServisControl vyvíjí autonomní vozíky a roboty AGV/AMR na míru podle požadavků zákazníků

Obr. 2. Příklady nástaveb automaticky naváděných vozíků

Obr. 3. Rozdělení bezpečnostních zón

Obr. 4. Účinné bezdrátové nabíjení

Obr. 5. Dotykový panel a ovládací tlačítka

Obr. 6. Vizualizace pohybu a provozu vozíků

Obr. 7. Zajištění dohledu na dálku z dohledového centra firmy ServisControl

 

Tab. 1. Přehled základních technických parametrů AGV