Рисунок 1 (обложка). Беспилотный робот-погрузчик
Функция автоматизированной транспортировки паллет по складу реализована как европейскими, так и китайскими производителями. Однако подавляющее большинство существующих решений представляет собой монолитные продукты, в которых навигационная система, программное обеспечение и шасси жестко связаны с одним вендором. Такая архитектура порождает три фундаментальные проблемы: сложность ремонта парка роботов при масштабировании и длинные цепочки согласования изменений с разработчиками за рубежом.
Предлагаемый программно-аппаратный комплекс (ПАК), разработанный компанией «Беспилотный погрузчик» в России и направленный на устранение перечисленных проблем и ограничений, представлен на рисунке 1. Его ключевая особенность — независимость от конкретной модели транспортировщика паллет и возможность устанавливать ПАК на тележки разных производителей.
Система навигации на основе потолочных оптических меток
Навигационная система ПАК использует одну видеокамеру, направленную вертикально вверх. На потолочной поверхности складского помещения предварительно размещаются круглые оптические мишени с известными координатами, указанными на рисунке 2.1. Камера детектирует метки на потолке в поле зрения камеры (рисунок 2.2, 2.3), и бортовой вычислитель рассчитывает текущее положение и ориентацию робота.
Для однозначного определения координат и угла поворота роботу достаточно наличия в кадре двух меток. Это обеспечивает непрерывное позиционирование даже в условиях частичного перекрытия обзора. Частота обновления координат ограничена только скоростью обработки изображения и не требует сложных алгоритмов.
Преимущества данного метода по сравнению с лазерной навигацией или напольной разметкой:
— низкая стоимость компонентов: одна камера вместо лидаров;
— долговечность меток: отсутствие физического контакта исключает истирание и загрязнение;
— простота перекалибровки при изменении конфигурации склада (достаточно обновить координаты меток в ПО).
Принципиальное отличие ПАК от монолитных импортных аналогов заключается в том, что комплекс не проектируется под конкретную модель транспортировщика паллет. ПАК представляет собой набор оборудования и программного обеспечения, которое интегрируется в стандартную электрическую тележку стороннего производства. В текущей версии поддерживаются несколько моделей зарубежных брендов. Переход на тележки российского производства планируется по мере появления на рынке подходящих аналогов с приемлемыми ценовыми и технологическими характеристиками.
Рисунок 2.1. Круглые оптические метки
Рисунок 2.2. Потолочные метки, которые видит навигационная камера
Рисунок 2.3. Потолочные метки, расположенные на разных высотах
Такая архитектура обеспечивает:
– Ремонтопригодность. При выходе из строя шасси или снятии конкретной модели с производства ПАК демонтируется и переносится на другую совместимую тележку. Все навигационные и управляющие функции сохраняются полностью.
– Независимость от вендора. Заказчик не привязан к одному производителю оборудования. Замена шасси не требует замены всей системы роботизации.
– Масштабируемость разнородным парком. Единая система может управлять тележками разных марок. Нет необходимости унифицировать парк под одного поставщика.
Результаты промышленного внедрения: кейс «Нижбел»
Один из первых наших заказчиков – компания «Нижбел», объект внедрения — действующий склад. Задача: запуск двух роботов в штатную эксплуатацию для горизонтальной транспортировки паллет (рисунок 3.1, 3.2). Временной интервал от начала интеграционных работ до перехода в промышленный режим составил три месяца.
В процессе внедрения команда столкнулась со следующими факторами, повлиявшими на сроки внедрения:
— сложная конфигурация складского помещения;
— дополнительные требования к световому и звуковому оповещению, а также графическому интерфейсу пользователя;
— необходимость интеграции с существующей WMS заказчика;
— человеческий фактор — адаптация персонала к совместной работе с роботами.
Накопленная статистика за три месяца с момента запуска: два робота транспортировали около 10 тысяч паллет с грузами.
При сравнении с готовыми импортными монолитными решениями в аналогичных условиях сроки развертывания часто оказываются больше. Это связано с удаленностью разработчика, длинной цепочкой посредников и необходимостью согласовывать изменения ПО с зарубежным вендором. Локальная разработка позволяет вносить правки быстрее и общаться с разработчиками напрямую, а также обеспечивает возможность выезда на площадку для внесения изменений и контроля обновлений. Использование данного программно-аппаратного комплекса снижает риски простоев оборудования.
Рисунок 3.1. Робот ставит паллету с грузом
Рисунок 3.2. Робот перевозит паллету с грузом
Требования к объекту автоматизации
Для минимизации сроков внедрения и обеспечения стабильной работы ПАК объект должен удовлетворять следующим условиям:
Наличие WMS. Роботы не функционируют в изоляции. Им требуется внешний источник задач, интегрированный с ПАК. Без системы управления складом автоматизация горизонтальной транспортировки теряет смысл.
Стабильная беспроводная сеть. Требования к зоне покрытия и уровню сигнала определяются интенсивностью обмена телеметрией и управляющими командами. Потеря связи приводит к остановке робота.
Ровное покрытие пола. Наличие выступов более 10–15 мм и глубоких выбоин вредит колесам. Для роботов также критичным является то, что любая навигация при тряске снижает точность позиционирования, а электроника от постоянной сильной вибрации тоже может прийти в негодность.
Регламентированное взаимодействие с персоналом. Автоматизация требует упорядоченности складских процессов. Хаотичное перемещение людей и ручного транспорта снижает эффективность и создает коллизионные ситуации.
Экономические факторы и барьеры массовой автоматизации
Сдерживающим фактором массовой автоматизации складов в российских компаниях является не технологическая сложность. Основные барьеры — сомнения заказчиков в окупаемости и распространенный миф о высокой сложности внедрения и эксплуатации.
При корректной организации процессов, а именно выделении рутинных операций транспортировки и исключении простоев по вине персонала, срок окупаемости оборудования составляет около одного года.
Робот не заменяет человека полностью, но берет на себя частую, повторяющуюся и физически однообразную операцию перемещения грузов между фиксированными точками.
Заключение
ПАК, разработанный компанией «Беспилотный погрузчик», демонстрирует работоспособную альтернативу импортным системам. Схема погрузчика представлена на рисунке 4. Ключевые характеристики: потолочная оптическая навигация с использованием двух меток, независимость от производителя шасси, адаптируемость к существующей складской инфраструктуре. Опыт внедрения на складе «Нижбел» подтверждает возможность развертывания решения за короткие сроки. Наше решение позволяет снизить зависимость от иностранных вендоров и сократить время внедрения за счет локальной разработки и поддержки.
Рисунок 4. Схема расположения дополнительного оборудования
