Robot mobili autonomi e logistica

L’unione fa la forza: la coesione dei sensori per garantire sistemi di sicurezza avanzati

La caratteristica principale di tutti i robot mobili autonomi è che sono perfettamente sicuri e che funzionano in ambienti dinamici, lavorando in stretta collaborazione con l’uomo. Per garantire la massima sicurezza, gli AMR (acronimo di Autonomous Mobile Robots) dispongono di sensori, scanner laser e telecamere 3D opportunamente combinati fra loro che forniscono in tempo reale dati che vengono poi elaborati da sistemi software interni. La combinazione di sensori deve fornire una copertura a 360° e un raggio di rilevamento di diversi metri di portata. Gli AMR, hanno quindi un sistema di sicurezza multi sensore che invia i dati a un sofisticato algoritmo di intelligenza artificiale utilizzato per la pianificazione. La velocità di rilevamento degli eventi, l’interpretazione della situazione e la rapidità decisionale sono le qualità che determinano l’assoluto livello di sicurezza. I robot mobili devono essere in grado di sapere in ogni istante dove si stanno dirigendo e in relazione a tutte le possibili situazioni che possano incontrare, devono regolare il loro percorso ed effettuare arresti o deviazioni immediati per evitare collisioni.

Sensori di rilevamento esterno

I robot mobili collaborativi sono dotati di scanner laser posizionati su più angoli per fornire un campo visivo a 360 gradi. Gli scanner laser sono alla base del sistema di sicurezza dell’AMR. Con questa filosofia costruttiva il robot è in grado di rilevare la presenza di persone, mezzi operativi, e ogni ostacolo in avvicinamento. Un altro sistema di rilevamento è rappresentato delle telecamere 3D invece permettono ai robot di rilevare tutti gli ostacoli che la scansione laser non può individuare poiché l’ostacolo potrebbe trovarsi fuori dal campo visivo dello scanner. Generalmente montate sulla parte anteriore dei robot rilevano ostacoli più alti. Grazie alla combinazione scanner laser e telecamera 3D il robot potrà sempre vedere gli ostacoli sul suo percorso. Questo permette il movimento in sicurezza, ad esempio intorno ad un banco, che è al di sopra del campo visivo del laser scanner ma più in basso rispetto all’altezza complessiva del robot. Questo accorgimento tiene conto non solo delle dimensioni dell’AMR, ma anche di tutto il carico che trasporta, evitando così tutti gli ostacoli fissi o in movimento.  Questi sistemi permettono un rilevamento immune alla luce del sole e alla polvere, fattori che distorcono la percezione dei sensori convenzionali e che rappresentano seri ostacoli alla navigazione dei robot. Dove la portata di rilevamento va oltre alla capacità di scanner e telecamere intervengono i sensori di prossimità che garantiscono la totale copertura delle zone morte. Ovviamente la quantità utilizzata deve essere in relazione alla grandezza dell’AMR. I sensori andranno posizionati agli angoli della struttura e puntati verso il pavimento. Un qualsiasi ostacolo che si venga a trovare molto vicino al robot (ad esempio un piede o un utensile caduto accidentalmente) verrà rilevato comunque, anche se scanner e telecamera non saranno in grado di farlo.

Sensori per il controllo marcia

Se la combinazione di scanner laser, telecamera e sensori di prossimità è utilizzata per la sicurezza di navigazione verso tutto ciò che accade al di fuori dell’AMR, occorre anche un sistema che monitori la condizione di marcia. Grazie a un accelerometro e un giroscopio si inizia a profilare un sistema parallelo a quello del rilevamento esterno. Questi due sensori garantiscono un costante monitoraggio dei valori chiave generati durante il movimento dell’AMR. Accelerazione, rotazione, equilibrio e forze inerziali, danno una precisa indicazione in tempo reale di come il robot si stia muovendo. Un sistema di sicurezza efficace deve comprendere, oltre al rilevamento esterno, anche l’equilibrio dell’AMR che deve essere tenuto sempre sotto controllo per evitare spostamenti o sbilanciamenti del carico. Per completare l’acquisizione dei dati fondamentali relativi al movimento, tutte le ruote dell’AMR dovranno essere dotate di sensori di posizione angolare. La misurazione dell’angolo di sterzata così come la velocità di ogni singola ruota permetterà di comprendere il livello di regolarità di marcia. Possono capitare infatti slittamenti, sbandamenti o andature anomale che devono essere tempestivamente riconosciute per la rapida valutazione e decisione del sistema per evitare qualsiasi situazione di pericolo. Gli AMR sono in grado di trasportare carichi di molte centinaia di chilogrammi; qualsiasi situazione che possa mettere a rischio il collega umano deve essere rilevata, valutata e gestita in un tempo infinitesimale.

Le funzioni di sicurezza

Con la combinazione dei sensori si ottiene un altissimo livello di sicurezza ed è inoltre possibile moltiplicare le funzioni di rilevamento adattandole ai vari ambienti dove il robot lavora. Ad esempio è possibile impostare la limitazione di velocità a seconda degli ambienti fino ad arrivare all‘arresto di emergenza. Il tema dell’arresto di emergenza è tanto importante quanto il rilevamento, poiché la sicurezza operativa dipende non solo dagli ostacoli esterni ma anche da tutte le possibili anomalie interne all’AMR. L’arresto di emergenza del robot avviene interrompendo direttamente l’alimentazione all’azionamento di potenza, ogni volta che si verificano errori di rilevamento, eccessi di carico o sbilanciamenti, oppure guasti. La grande flessibilità degli AMR offre significativi benefici negli ambienti più difficili: con le funzioni di impostazione del campo (switch e muting) di rilevamento si va ad agire sulla zona di protezione del robot. Generalmente il range standard di azione dei sensori è esteso durante il movimento normale, sia intorno alle persone sia agli oggetti. Nel caso l’AMR debba effettuare un passaggio attraverso passaggi stretti o scaffalature come anche nel caso di aggancio di strutture porta-pallet, il campo dei sensori deve per forza di cose essere ristretto. Non appena l’AMR torna in una zona più aperta o sgancia il suo carico, grazie alle impostazioni, provvede a ripristinare in autonomia il campo di sicurezza standard.

Conclusioni

Come in una squadra di calcio, è la combinazione di sensori che lavora per portare il risultato finale. Una serie di sensori che si coprono a vicenda per non lasciare mai nessuna zona scoperta. Questa filosofia assicura il livello di sicurezza più alto per gli AMR, che devono essere utilizzati in ambienti dinamici e complessi. I robot mobili devono inoltre disporre di un sistema che possa garantire la semplicità di impostazione, l’implementazione dell’ipotetica flotta, e la possibilità di interagire con i sistemi gestionali dell’azienda. Soltanto così si può partire da un’ottima base e poter contare sul trasporto automatizzato e iniziare ad impostare il nuovo flusso produttivo, risparmiando tempo, valorizzando le risorse ed innalzando rendimento ed efficienza.

 

Articolo scritto da Giardino delle Competenze
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