Мобильные роботы: что это такое, виды, сферы применения

Автономные мобильные роботы (AMR-роботы) активно внедряются в процесс производственной логистики, заменяя грузоподъемное и транспортное оборудование. Они работают без участия человека, что повышает производительность и помогает снизить риски. 

В статье рассматриваются виды, потенциал и применение мобильных роботов в логистических системах и на производстве.

Что такое робот AMR?

Это устройство, способное передвигаться и выполнять задания на основе встроенной базы знаний. Оно может работать автономно или управляться удаленно, в зависимости от программы. AMRs может передвигаться по построенному маршруту или самостоятельно определять свою траекторию.

Чем отличается от AGV?

Mobile robots (AMR) и автоматически управляемое транспортное средство (AGV) имеют разные функции и уровень автономности. В отличие от первых, AGV движутся по заданным маршрутам, следуя магнитным или QR меткам, и предназначены в основном для транспортировки грузов между фиксированными точками. 

AMR использует лазерную навигацию и сам выстраивает маршрут передвижения к финальной точке. Мобильные роботы различаются по среде перемещения, устройству передвижения, по типу навигации.

Виды мобильных роботов

По среде, в которой передвигаются

1. Наземные: это колесные, гусеничные и шагающие машины. К ним относятся луноходы и марсоходы для исследования планет, а также транспортные модели, роботы-пылесосы для уборки и логистики. 
2. Воздушные: вертолеты, дроны-беспилотники. Они применяются в сельском хозяйстве для мониторинга посевов и распыления удобрений, а также в киноиндустрии для съемок с воздуха. А еще, используются для доставки товаров и повышения безопасности.
3. Морские — они бывают подводными и надводными. Подводные аппараты, такие как батискафы, исследуют морские глубины и экосистемы, а надводные — нужны для патрулирования и спасательных операций. Они могут работать в сложных условиях и на больших расстояниях от берега.

По устройству передвижения

1. Колесные и гусеничные используются для передвижения по сложным поверхностям и имеют высокую маневренность и устойчивость на неровных участках.
2. Шагающие и прыгающие: первые имитируют движения животных или человека, могут преодолевать препятствия, а вторые — могут быстро перемещаться на большие расстояния благодаря прыжковым механизмам.
3. Плавающие: нужны для работы на водной поверхности, могут выполнять мониторинг и исследование водоемов, а также участвовать в спасательных операциях.
4. Летающие, такие как дроны и вертолеты, способны маневрировать в трехмерном пространстве и используются для aerial-съемки, мониторинга и доставки товаров.
5. Лазающие: они имеют механизмы, позволяющие им передвигаться по сложным поверхностям, поэтому полезны для исследований в труднодоступных местах.
6. Биомиметические имитируют движения и поведение животных, что помогает им эффективно адаптироваться к окружающей среде и выполнять сложные задачи.
7. Специализированные: разрабатываются для конкретных задач, таких как медицинские процедуры, сбор данных в опасных условиях или выполнение промышленных операций.

По навигации

Они отличаются по способу ориентирования и связанны с заданной навигационной схемой:

• глобальные — движутся по заранее построенному маршруту, при этом оператор определяет их координаты;
• локальные — в них отсчет идет с точки старта, что помогает им ориентироваться в пределах настроенной области;
• персональные модели ориентируются с помощью анализа их положения относительно других объектов.

Навигационные системы в них бывают активными и пассивными:

• в активных системах бот сам определяет свое местоположение;
• в пассивных — информация о местоположении робота поступает от внешних датчиков (энкодеров) и камер.

Классификация моделей по видам и сферам их применения

Промышленные

Это автоматические машины, состоящие из манипулятора и программируемого устройства управления, которые нужны для автоматизации двигательных и управляющих функций в производстве.

Они выполняют задачи автоматизации производственной деятельности, повышая производительность. Это включает сборку, строительство, литье, фасовку и сортировку, транспортировку, сельское хозяйство и другие сферы.

Логистические и складские

Служат для оптимизации хранения, перемещения и обработки товаров на складах и в логистических центрах. Эти роботы могут работать в условиях ограниченного пространства и выполнять разные задачи: сортировка, упаковка и доставка грузов.   

Они часто интегрируются с системами управления складом (WMS), что помогает улучшить контроль за запасами и минимизировать ошибки, используя автоматизированные средства (automated tools).

Медицинские

Умные медицинские роботы, такие как хирургические системы с минимально инвазивными технологиями, дают возможность проводить сложные операции с высокой точностью. Также они обеспечивают автоматизацию рутинных задач, частично разгружая медицинский персонал.

Сервисные

У этого вида есть две категории:

• персональные: роботы-пылесосы и кухонные помощники, которые делают быт более комфортным. Сюда же входят роботы-питомцы, которые станут верными компаньонами и подарят эмоциональную поддержку;
• профессиональные: это роботы-консультанты, которые помогают в сфере обслуживания. Роботы-курьеры, к примеру, гарантируют быструю доставку товаров, оптимизируя логистику.

Для обеспечения безопасности

Роботы могут работать в условиях, опасных для человека, и участвовать в спасательных операциях, таких как:

• спасение людей: они могут передвигаться в сложных условиях и оказывать помощь пострадавшим;
• разбор завалов: манипуляторы роботов и их способности к передвижению помогают в удалении обломков и в поиске людей под завалами;
• разминирование: они оснащены сенсорами и инструментами для безопасного обнаружения и обезвреживания взрывных устройств;
• тушение пожаров: они оборудованы системами для борьбы с огнем в условиях, где доступ человека затруднен.

Военные

Это функциональные роботы, участвующие в боевых действиях. К ним относятся:

• беспилотники для операций с воздуха: разведки и артиллерийских ударов;
• роботы-саперы, самоходные танки и БТР для сухопутных операций. Это
  подводные и надводные модели для морских операций, таких как поиск мин, патрулирование и сопровождение.

Как работают АМР и для чего они нужны

Они работают, используя комбинацию датчиков, камер и алгоритмов для навигации по производственным помещениям, способны определять оптимальные маршруты, избегать препятствия и адаптироваться к условиям окружающей среды. 

Благодаря машинному обучению, АМР могут улучшать свою эффективность, обучаясь на основе предыдущих операций и взаимодействий.

Их внедрение на складах и в производстве может повысить продуктивность и снизить расходы. Эти роботы могут выполнять разные задачи: перемещение товаров, инвентаризация и доставка материалов.   

Кроме того, интеграция АМР с системами управления складами (WMS — Warehouse Management System) обеспечивает более точный контроль за запасами и ускоряет обработку заказов, что улучшает общий уровень обслуживания клиентов.

Для чего Amazon роботизировать свой склад?

Amazon — это американская компания, которая является лидером на рынках электронной коммерции. С основания в 1994 году, она превратилась из интернет-сайта по торговле книгами в крупнейшую в мире платформу по выручке и рыночной капитализации, предлагая пользователям доступ к миллионам товаров. 

Компания приступила к роботизации своих складов для повышения эффективности и снижения расходов. Внедрение роботов помогло ускорить обработку заказов и улучшить управление запасами. 

Автоматизированные роботы быстро перемещают товары по складу, что сокращает время сборки и доставки. Это также позволяет Amazon справляться с пиковыми нагрузками во время распродаж или праздников, когда объемы заказов резко увеличиваются.

Преимущество внедрения роботов на складе

Компании могут снизить расходы на объем работ и улучшить качество обслуживания клиентов благодаря быстрой обработке заказов.

Это связано с уменьшением количества ошибок, вызванных человеческим фактором и улучшением производительности. Ведь роботы в отличие от людей могут работать круглосуточно, что позволяет ускорить обработку заказов. Кроме того, автоматизация рутинных задач освобождает сотрудников для действий, требующих человеческого участия. 

Уровни автоматизации склада

Автоматизация складов в мире и в России

Это становится глобальной тенденцией, охватывающей разные отрасли. Компании, такие как Amazon и Alibaba, уже внедрили роботизацию для оптимизации логистики, что позволило им увеличить скорость работы и повысить доход. 

В России интерес к автоматизации также растет. Например, активно внедряют роботизированные системы для улучшения логистики «Почта России» и X5 Retail Group. 

Ожидается, что рынок автоматизации продолжит расти. Это связано с распространением онлайн-торговли и важностью роста производительности в агрессивной конкурентной средой.

Типы автономных мобильных роботов в зависимости от их предполагаемого использования

Для перевозки грузов

Они предназначены для автоматизации транспортировки товаров внутри складов и производственных помещений. Эти роботы могут эффективно перемещать паллеты, ускоряя логистические процессы. Роботизированные платформы помогают снизить время на перемещение товаров и снизить риски травм, передвигаясь в выделенной и изолированной от передвижения людей зоне.

Для сортировки товаров

Они используются для распределения продукции по назначению. Роботы-сортировщики обрабатывают большие объемы товаров, перевозя объекты сортировки на верхней части конвейерного или самосвального типа роботов, и увеличивая точность складских операций. Автоматизация сортировки помогает сократить ошибки и ускорить обработку заказов, а также применить такой вид роботов, когда невозможно установить конвейерную линию.

Для комплектования заказов

Они помогают в сборке мелкоштучных товаров по заказам клиентов и позволяют точно подобрать позиции из складских запасов. Благодаря мобильному стеллажу, перевозимому роботом к сборщику, больше нет необходимости идти по всем складу за нужным товаром. Товар сам подъедет, останется только упаковать его. 

Для операций с запасами — автономные штабелеры

Они нужны для управления запасами и перемещения товаров на паллетах на складе без участия человека. Эти роботы могут загружать, разгружать и размещать товары на стеллажах, обеспечивая оптимизацию пространства и улучшение логистики.

Преимущества автономных мобильных роботов для распределительных центров и складов

Безопасность

Технологии дают дополнительную защиту, снижая риски травм и аварий. Интеграция сенсоров и систем предотвращения столкновений повышает уровень безопасности на рабочем месте. А скорость передвижения роботов ограничена 2 м/с для безопасности людей.

Продуманность

Включает планирование и анализ бизнеса, позволяя создавать адаптивные системы, которые соответствуют специфике работы склада. Учитывая факторы, такие как объемы грузов и типы операций, можно значительно повысить производительность.

Гибкие системы

Они интегрируются с существующими процессами и могут быть настроены для работы в разных режимах, что помогает компаниям быстро реагировать на изменения спроса и, при необходимости, добавить новых роботов в общую цепочку логистических операций.

Для разных типов грузов — разные системы перемещения

Для тяжелых паллет используются автопогрузчики, тогда как легкие коробки лучше обрабатывать с помощью конвейеров. Выбор технологии позволяет оптимизировать логистику и сэкономить время обработки заказов.

Окупаемость

Она зависит от разных факторов, включая объемы операций и уровень автоматизации. Часто инвестиции в роботов оправдываются за счет снижения нагрузки и повышения производительности. 

Cрок окупаемости может составлять от нескольких месяцев до нескольких лет в зависимости от специфики бизнеса. Например, расчетный срок окупаемости внедрения мобильных роботов на предприятии Decathlon составляет 2 года.

Успешные внедрения от Нисса Инжиниринг

Как компания внедряет решения?

«НИССА Инжиниринг» предлагает услуги подготовки, разработки и внедрения автоматизированных робототехнических решений, полезных для реализации бесперебойного производственного процесса.

Этапы внедрения:

1. определение задач: мы анализируем предприятия, предлагаем направления по оптимизации технологических процессов и оборудование для наиболее эффективного решения;
2. проектирование системы: создаем имитационное моделирование, поставку оборудования, разворачиваем систему на площадках заказчика, обучаем персонал и предоставляем сервисное обслуживание;
3. разработка ИТ-инфраструктуры: внедряем надежную Wi-Fi-сеть для стабильной работы робототехники.

Примеры

Автоматизация логистики для склада «Decathlon»

Российское подразделение компании «Decathlon» оптимизировало логистические процессы с помощью роботизированной системы для комплектации интернет-заказов, внедрение которой стало возможным с поддержкой компании «НИССА Инжиниринг». 

В рамках проекта специалисты компании разработали новую систему, которая была успешно интегрирована с системой управления складом (WMS) клиента. Это увеличило скорость сборки интернет-заказов в 7,5 раз, значительно повысив эффективность работы.

Успешное внедрение робототехнической системы в «СДЭК-Глобал»

Международная логистическая компания «СДЭК-Глобал» также обратилась к «НИССА Инжиниринг» для автоматизации своих процессов с помощью роботизированной системы сортировки. Эксперты компании спроектировали и поставили оборудование, а затем развернули систему в распределительном центре заказчика. 

Этапами проекта были обучение персонала и сервисное обслуживание. В результате производительность компании достигла более 4 тысяч отправлений в час, с возможностью сортировки до 144 направлений, что значительно повысило эффективность логистических операций.

Применение мобильных роботов в производстве

Они нужны для автоматизации логистики и транспортировки внутри производств. 

Самостоятельно управляемые роботы перемещаются по заданным маршрутам, предоставляемыми WMS системой. Они доставляют грузы к рабочим станциям и готовую продукцию к зонам отгрузки. Они работают даже в самых сложных условиях, снижая расходы на ручной труд.

Поэтапная история развития робототехники

Робототехника, как прикладная наука начала развиваться в первой половине ХХ века, но значительный рывок произошел лишь спустя сто лет. Рассмотрим этапы ее становления:

• 1939-1945 — Вторая мировая война связана с разработкой управляемых бомб с автопилотами, таких как ASM-N-2 «Бэт», СНАБ-3000 «Краб»;
• 1948-1949 — появились первые «умные механизмы» Elmer и Elsie, которые могли выполнять некоторые операции, например, обход препятствий и подзарядка аккумулятора;
• 1960-е — выпуск робота «Животное Хопкинса», поведение которого было похоже на поведение одноклеточных организмов, подобных амебе;
• 1966-1972 — разработка Shakey the Robot, первого универсального робота с искусственным интеллектом (ИИ), способного рассуждать над действиями;
• 1970-е — тестирование «Лунохода-1», первого автономного аппарата на Луне;
• 1980-е — появление домашних роботов для образования и развлечения, а также выход первого автомобиля с автопилотом. Начало эпохи моделей BEAM, поведение которых задавалось аналоговыми нейронными цепями, способными гибко выбирать путь обхода препятствий и реагировать на окружение;
• 1990-е — представлены первые медицинские роботы, среди которых Zeus и Puma-650, а также автомобили с автопилотом. На Марсе высаживается марсоход Pathfinder, а Sony создает «умную собаку» Aibo, в «сердце» которой установлены Wi-Fi, LTE, набор датчиков, громкоговоритель, микрофоны и четырёхъядерный процессор;
• 2000-2010 — создание колонии мини-ботов, работающих совместно, и распространение роботов-пылесосов. Активное развитие военных роботов, а также сортирующих механизмов;
• 2010-е — распространение беспилотников, способных принимать решения. Разработка моделей для работы в сложных для человека условиях, создание роботов-квадрокоптеров и автоматизированных уборщиков.

Подведение итогов

Определение с решением о внедрении

Прежде всего, проведите анализ процессов и определите области, где автоматизация может принести большую выгоду. Важно оценить не только технические аспекты, но и влияние на производительность, расходы и сотрудников. 

Решение о внедрении должно основываться на четких данных и прогнозах, это позволит снизить риски и обеспечить успешное интегрирование технологий.

Выбор участка автоматизации

При выборе важно учитывать уровни загрузки, типы выполняемых задач и возможности интеграции с существующими системами. Оптимальными будут участки с высокими объемами повторяющихся операций. 

Пора ли внедрять или стоит подождать?

Решение о внедрении мобильных роботов зависит от текущих потребностей бизнеса и готовности к изменениям. Если анализ показывает, что автоматизация может существенно повысить производительность и снизить затраты, то стоит действовать. 

Однако, если есть сомнения в целесообразности или недостаток ресурсов, лучше проконсультироваться со специалистом. 

«НИССА Инжиниринг» помогает в оценке готовности к внедрению и разработке стратегии, соответствующей вашим бизнес-целям. Компания также рекомендует участки для автоматизации с учетом специфики каждого производства.

Получите консультацию, заполнив форму ниже. Наши специалисты помогут вам разработать решение, которое повысит эффективность вашего предприятия!

Узнайте о роботизированных системных решениях подробнее