AMR в складских операциях: что такое робот AMR и как он работает

Автономные мобильные роботы — обычно называемые АМР — быстро становятся одной из наиболее значительных технологических инвестиций в современные складские и логистические операции. По мере роста объемов электронной коммерции и роста затрат на рабочую силу распределительные центры и склады реализации во всех отраслях обращаются к AMR для увеличения пропускной способности, уменьшения ошибок и улучшения условий труда персонала. В этом руководстве объясняется, что такое роботы AMR, чем они отличаются от более ранних технологий автоматизации и как они сегодня используются в складских средах.

Что такое робот AMR?

Автономный мобильный робот (AMR) — это самоуправляемая роботизированная платформа, способная перемещаться в динамичной среде без необходимости использования фиксированной инфраструктуры, такой как магнитные полосы, напольные направляющие или специальные направляющие провода. AMR используют комбинацию бортовых датчиков, камер, лазерных дальномеров (LiDAR) и сложных программных алгоритмов для восприятия окружающей среды, построения карты окружающей среды, планирования эффективных маршрутов и обхода препятствий, в том числе людей, вилочных погрузчиков и других роботов, в режиме реального времени.

В отличие от более ранних поколений транспортных средств с автоматическим управлением (АГВ), которые следуют по заранее заданным фиксированным маршрутам и должны останавливаться или поднимать тревогу, когда препятствие блокирует их маршрут, AMR принимают независимые решения о том, как добраться до места назначения. Если поддон оставить в коридоре, AMR обойдет его без вмешательства человека. Эта поведенческая гибкость является определяющей характеристикой, которая отличает AMR от всех предыдущих технологий автоматизации складов.

AMR против AGV: понимание разницы

Термины AMR и AGV иногда используются как синонимы в коммерческой литературе, но они представляют собой фундаментально разные инженерные подходы с совершенно разными эксплуатационными последствиями для менеджеров складов.

Для большинства современных складских приложений AMR обеспечивают превосходную совокупную стоимость владения, если учесть полные затраты на установку, гибкость и сбои в работе инфраструктуры AGV. AGV сохраняют преимущество в повторяющихся и предсказуемых приложениях с большой нагрузкой, где фиксированный путь никогда не изменится.

Как работает навигационная технология AMR

Интеллект, лежащий в основе навигационных возможностей AMR, основан на нескольких взаимосвязанных технологиях, работающих одновременно.

SLAM-картирование

Одновременная локализация и картографирование (SLAM) — это основной алгоритм, который позволяет AMR создавать цифровую карту окружающей среды, одновременно отслеживая свое собственное положение на этой карте. Во время первоначального развертывания AMR проходит по объекту или перемещается по нему автономно, собирая данные датчиков, которые создают подробный план помещения. Эта карта хранится на борту и постоянно обновляется по мере изменения окружающей среды. SLAM устраняет необходимость во внешней инфраструктуре позиционирования. например, потолочные отражатели или напольные маяки.

Лидарное зондирование

Датчики обнаружения света и определения дальности (LiDAR) излучают быстрые лазерные импульсы и измеряют время, необходимое каждому импульсу для возвращения после отражения от поверхности. Это создает точное 360-градусное облако точек непосредственного окружения робота, обновляемое несколько раз в секунду. LiDAR обладает высокой точностью в условиях низкой освещенности и является основным датчиком, используемым для обнаружения препятствий и предотвращения столкновений в большинстве AMR складского класса.

Компьютерное зрение и камеры глубины

Многие AMR дополняют LiDAR стереоскопическими камерами или времяпролетными датчиками глубины, которые обеспечивают визуальный контекст, который не может обеспечить один LiDAR — различение неподвижного объекта и движущегося человека, считывание этикеток со штрих-кодом на полках или проверка идентичности места выбора. Системы компьютерного зрения работают на встроенных графических процессорах и обрабатывают данные изображений в режиме реального времени, обеспечивая такие функции, как отслеживание людей, сканирование этикеток и визуальный контроль качества.

Программное обеспечение для управления автопарком

Отдельные AMR координируются центральной системой управления автопарком (FMS), которая связывается с каждым роботом через Wi-Fi. FMS распределяет задачи, оптимизирует маршрутизацию по всему автопарку, чтобы минимизировать перегрузки, управляет графиками зарядки и интегрируется с системой управления складом (WMS) или платформой планирования ресурсов предприятия (ERP). Качество FMS часто так же важно, как и аппаратные возможности самих роботов, при определении общей производительности системы.

Типы AMR, используемые на складах

Платформы AMR не являются универсальными. Различные складские задачи требуют разных конфигураций роботов, и в большинстве крупных развертываний используются несколько типов роботов, работающих в одной системе управления автопарком.

AMR товар-человек

AMR «товар-человек» перемещается к полке или контейнеру для хранения, поднимает весь стеллаж и транспортирует его к стационарному сборщику, который выбирает товары, не проходя через склад. Эта модель, впервые появившаяся в сфере выполнения заказов, устраняет время ходьбы, которое составляет до 60–70% рабочего дня сборщика на традиционных складах, обеспечивая существенное увеличение пропускной способности на каждую станцию ​​комплектования. Грузоподъемность стоящих на полках AMR обычно варьируется от 300 кг до более 1000 кг.

AMR от человека к товару (Follow-Me)

Следующие за мной или совместные AMR сопровождают людей-сборщиков через обычные проходы для стеллажей, неся тележку или тотализатор и устраняя физические усилия по толканию тележки. Сборщик выбирает предметы, управляемые системой освещения или голосовой системой, в то время как AMR автоматически перемещается к следующему месту подбора. Эти роботы особенно хорошо подходят для складов с широким ассортиментом продукции и низкой плотностью комплектования, где системы «товар-человек» менее экономичны.

Автономные вилочные погрузчики и AMR для поддонов

Автономные устройства для перемещения поддонов и вилочные погрузчики AMR осуществляют транспортировку полных поддонов между приемными доками, местами хранения и зонами отправки без участия водителя-человека. Эти платформы сочетают в себе навигацию AMR с камерами обнаружения поддонов и системами позиционирования вил, способными автономно находить и поднимать поддоны с пола или со стеллажей. Грузоподъемность варьируется от 500 кг для компактных погрузчиков до более 2000 кг для полномасштабных автономных вилочных погрузчиков с противовесом.

Инвентаризация и проверка AMR

Инвентарные AMR самостоятельно перемещаются по складским проходам, считывая штрих-коды или RFID-метки на полках, чтобы выполнять непрерывный циклический учет, не прерывая операции комплектации. Некоторые модели монтируют камеры на выдвижных мачтах, способных считывать этикетки на высоте 6 метров и более. Эти роботы предоставляют данные о точности инвентаризации в режиме реального времени, которые передаются непосредственно в WMS, что обеспечивает динамическое пополнение запасов и значительно снижает трудозатраты на ручную инвентаризацию.

Ключевые преимущества AMR в складских операциях

Увеличение пропускной способности и производительности

Развертывания AMR последовательно обеспечивают измеримое повышение производительности. Системы «товар к человеку» обычно увеличивают объем подбора товаров в час с типичной ручной скорости подбора товаров в час в 60–100 до 300–600 подборов в час на станции комплектования, в зависимости от типа продукта и конструкции системы. Даже совместные AMR «следуй за мной» обычно повышают производительность сборщиков на 30–50% за счет исключения толкания тележек и сокращения расстояния ходьбы.

Масштабируемость и гибкость

Парки AMR масштабируются так, как не может стационарная автоматизация. Увеличение мощности так же просто, как и развертывание дополнительных роботов — никаких изменений в инфраструктуре не требуется. В периоды пиковой торговли временные AMR могут быть добавлены в парк в течение нескольких дней. И наоборот, если эксплуатационные требования изменятся, одних и тех же роботов можно будет перераспределить для выполнения других задач или планировки объекта только за счет реконфигурации программного обеспечения, что защитит капиталовложения в долгосрочной перспективе.

Снижение физической нагрузки и повышение безопасности

Ручная работа на складе сопряжена с высоким уровнем скелетно-мышечных травм, вызванных, главным образом, ходьбой, повторяющимися подъемами и толканием тележек. AMR, которые устраняют или сокращают эти виды деятельности, напрямую снижают уровень травматизма и связанные с этим расходы. Что касается безопасности, AMR оснащены несколькими резервными системами обнаружения препятствий и работают на контролируемой скорости, что снижает риск столкновений по сравнению с управляемым человеком погрузочно-разгрузочным оборудованием в общих помещениях.

Непрерывная работа

AMR работают в несколько смен без снижения производительности, усталости или кадровых проблем, связанных с работой в ночное время и в выходные дни. Большинство складских AMR достигают времени безотказной работы 95% или выше , с автоматическими графиками зарядки, гарантирующими, что роботы возвращаются на зарядные станции в периоды низкого спроса и постоянно доступны в периоды пиковой нагрузки.

Рекомендации по внедрению складского развертывания AMR

Для успешного развертывания AMR требуется нечто большее, чем просто покупка оборудования. Следующие факторы существенно влияют на результат проекта AMR склада:

• Состояние пола и качество поверхности: AMR требуют гладких и чистых поверхностей пола. Поврежденный бетон, чрезмерный мусор или неровные стыки пола могут повлиять на точность навигации и сцепление колес. Обследование пола перед развертыванием определяет области, требующие ремонта.
• Инфраструктура Wi-Fi: Связь для управления автопарком зависит от надежного покрытия Wi-Fi с малой задержкой на всей территории оперативной деятельности. Мертвые зоны или помехи от металлических стеллажей могут нарушить координацию робота, и их следует устранить до ввода в эксплуатацию.
• WMS-интеграция: Ценность AMR максимизируется, когда система управления автопарком тесно интегрирована с существующей WMS или ERP. Плохая интеграция приводит к задержкам в назначении задач, расхождениям в запасах и снижению эффективности системы. Спецификации совместимости API и обмена данными должны быть подтверждены на раннем этапе процесса закупок.
• Управление изменениями и обучение персонала: Внедрение AMR существенно меняет природу складских ролей. Эффективное обучение персонала, охватывающее безопасное взаимодействие с роботами, обработку исключений и базовое устранение неполадок, имеет важное значение как для безопасности, так и для производительности системы. Привлечение рабочей силы на ранних стадиях процесса внедрения снижает сопротивление и ускоряет внедрение.
• Пилотный проект перед полным развертыванием: Большинство опытных системных интеграторов рекомендуют перед полномасштабным развертыванием провести контролируемую пилотную фазу, охватывающую определенную зону или рабочий процесс. Пилотный проект позволяет собрать реальные данные о производительности, решить проблемы интеграции и усовершенствовать операционные процессы, не нарушая работу всего объекта.

Стоимость развертывания AMR и возврат инвестиций

Стоимость единицы AMR существенно варьируется в зависимости от типа и возможностей платформы. Совместные AMR «следуй за мной» начинаются примерно с 20 000–40 000 долларов США за единицу. Стоимость роботов-переносчиков на полках для перевозки товаров к человеку обычно стоит от 25 000 до 60 000 долларов за единицу. Стоимость автономной обработки поддонов AMR и полномасштабных автономных вилочных погрузчиков может достигать 80 000–150 000 долларов США или выше за единицу, в зависимости от полезной нагрузки и технических характеристик.

Несмотря на эти первоначальные затраты, развертывание складских AMR обычно достигает сроков окупаемости в несколько раз. от 18 до 36 месяцев когда полностью учтены экономия затрат на рабочую силу, снижение частоты ошибок и увеличение пропускной способности. Модели на основе подписки и робототехники как услуги (RaaS), когда поставщик сохраняет право собственности на роботов и взимает ежемесячную плату или за каждый выбор, снизили барьер для входа на рынок для небольших операций и полностью исключили риск капитальных затрат из баланса покупателя.

Будущее AMR в складской логистике

Возможности складских AMR продолжают быстро расширяться. Текущие приоритеты развития включают манипуляторы, которые позволяют AMR выбирать отдельные товары непосредственно с полок без участия человека, прогнозирование спроса на основе искусственного интеллекта, интегрированное с системами управления автопарком для предварительного размещения запасов перед прогнозируемыми шаблонами заказов, а также системы координации с несколькими роботами, которые позволяют AMR от разных производителей работать в рамках единого объединенного парка.

Мировой рынок складской робототехники, на котором AMR представляют собой наиболее быстрорастущий сегмент, по прогнозам, продолжит существенно расширяться до конца этого десятилетия, чему способствуют устойчивый рост электронной коммерции, продолжающееся давление на рынке труда и снижение стоимости оборудования AMR по мере увеличения объемов производства. Для операторов складов, оценивающих свою стратегию автоматизации, AMR представляют собой одну из наиболее проверенных, гибких и масштабируемых технологий, доступных в настоящее время.