Von Jeremy Cook
Seit der griechischen Legende von Talos, dem mythologischen Beschützer Kretas, träumen Menschen davon, ihr Leben mit künstlicher Intelligenz zu verbessern. Die Erfindung des Transistors und die darauf folgende explosive Entwicklung der verfügbaren Rechenleistung beispielsweise in autonomen mobilen Robotern hat diese Idee Realität werden lassen.
Was sind autonome Roboter für mobile Anwendungen?
Die ersten mobilen Roboter waren Laborexperimente wie Shakey, der in den 1960er Jahren am Stanford Research Institute entwickelt wurde. Aus experimentellen Geräten gingen mobile Roboter hervor, die in echten Anwendungen eingesetzt werden konnten, z. B. der Zustellroboter aus der FX-Serie The Americans. Diese gelegentlich problembehafteten Geräte wurden erstmals in den 1970er Jahren verkauft. Obwohl es sich eigentlich um Roboter handelt, werden diese Zustellroboter auch als AGVs (Autonomously Guided Vehicles) bezeichnet, die einem in den Boden eingebetteten Pfad folgen.
AGVs sind hinsichtlich ihrer Flexibilität und Einsatzbereiche eingeschränkt. Mit verbesserter Sensortechnologie und massiv gesteigerter Rechenleistung wurden die AGVs zu AMRs (Autonomous Mobile Robots) aufgerüstet. Diese Geräteklasse ist intelligent und kann ohne direkte menschliche Eingriffe in seiner Umgebung navigieren. Die Roboter sind nicht auf einen vorab festgelegten Pfad festgelegt, weil sie die Umgebung erfassen, ein internes Modell erstellen und dann eine optimale Route zur Erledigung der Arbeiten berechnen können.
Diese Roboter können auf sich verändernde Bedingungen im Lager oder im Freien reagieren und mit anderen Robotern und sogar mit Menschen zusammenarbeiten. Die Berechnungen können vom Roboter selbst oder von einer lokalen Ressource in dem Gebäude vorgenommen werden, in dem der Roboter eingesetzt wird. AMR-Systeme können auch das Cloudcomputing nutzen, um optimale Leistung zu erreichen.
Autonome mobile Roboter und ihre Einsatzbereiche
AGVs waren in der Vergangenheit in Nischen eingesetzte Geräte – wahrscheinlich haben Sie in der Realität nie einen dieser Zustellroboter gesehen. Heute gibt es eine Vielzahl von AMR-Systemen. Vorreiter waren dabei Anwendungen im Lagermanagement, insbesondere bei Amazon. Dieser Gigant im Lager- und Lieferbereich hat seit der Einführung im Jahr 2012 mehr als 350.000 Roboter in seinen Einrichtungen installiert.
Dank Automatisierung konnten die Amazon-Lager 50 % mehr Produkte aufnehmen und diese dreimal schneller als vorher zur Lieferung bereitstellen. Die für die Lieferung anfallenden Kosten wurden um 40 % gesenkt und die Automatisierung wiederholt anfallender Tätigkeiten ermöglichte Amazon die Optimierung von Verfahren und die Reduzierung von Verletzungen.
Amazons Flotte aus autonomen mobilen Robotern besteht in erster Linie aus kurzen Robotern, die massiv aufgerüsteten Roomba-Robotern ähneln. Diese Roboter fahren unter die als Pods bezeichneten Lagerregale, heben sie mit einem integrierten Heber an und fahren sie dann mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 km/h zu den Pickern. Menschliche Arbeitskräfte können dann auf die Produkte zugreifen, ohne das Lager ablaufen zu müssen. Ein auf Robotern basierendes Lager kann für einen ungeübten Beobachter chaotisch wirken. Die Bewegungen der AMRs werden aber von einem zentralen Controller koordiniert, damit alle ihr Ziel erreichen.
Nach dem Einsatz in Lagern besteht die nächste Herausforderung für die AMRs in der Auslieferung von Produkten an das eigentliche Ziel. Hier kommen bisher vorwiegend menschliche Fahrer zum Einsatz. Der Einsatz neuer Geräte – z. B. der sechsrädrige Zustellroboter von Starship Technologies oder der von Amazon mittlerweile beendete Test mit dem vergleichbaren Scout-Roboter – soll es Unternehmen ermöglichen, vollständig auf Fahrer zu verzichten. Flugdrohnen können ebenfalls einen Schritt dieser Evolution darstellen.
AMRs können aber nicht nur für den Transport von Produkten zu einem anderen Ort eingesetzt, sondern auch für automatische Inspektionen – insbesondere in Bereichen, die von Menschen nur unter Gefahren aufgesucht werden können – genutzt werden. Bedenken Sie auch, dass in Szenarien wie dem Tiefenbergbau eine direkte menschliche Überwachung aufgrund der auftretenden Störungen im Funkfrequenzbereich schwierig ist. Hier ist eine Automatisierung unverzichtbar. Erfahren Sie, wie Roboter Aufgaben wie die automatische UV-Desinfektion in Krankenhäusern und vergleichbare Arbeiten übernehmen können, statt nur Daten zu erheben – und das ohne menschliche Eingriffe.
Wie funktionieren autonome mobile Roboter?
Dank der jüngsten Fortschritte im Bereich des Cloudcomputings und des Leistungszuwachses bei den Verarbeitungsfunktionen in den Geräten haben sich im Bereich der Robotersteuerung massive Verbesserungen ergeben. Diese Roboter benötigen aktuelle Informationen zu der sie umgebenden Welt, die sie mit lokalen Sensoren erfassen. Außerdem müssen sie ihre Bewegungen auf Basis einer geeigneten Konfiguration von Motor und Antrieb kontrollieren können.
Diese Technologien sind für die nächste AMR-Revolution unverzichtbar:
- Maschinelles Sehen: Mit Kameras erhalten die Geräte ein Sehvermögen, das dem menschlichen Sehvermögen entspricht. KI, maschinelles Lernen und höheres Leistungsvermögen für die Datenverarbeitung in den Geräten machen neue und erweiterte Funktionen möglich.
- LIDAR: Light Detection And Ranging (dreidimensionales Laserscanning). Eine Punktwolke wird generiert, um die Umgebung in 3D abzubilden.
- Edge-KI-Computing: Dank leistungsfähiger Prozessoren in mobilen Robotern können Entscheidungen in Echtzeit getroffen werden und die Latenz, die beim Zugriff auf weit entfernte Cloudressourcen entsteht, entfällt. Die Single-Board-Computer-Produktreihe Jetson wird häufig für Experimente mit Edge-KI eingesetzt.
- Kabellose Netzwerke: Diese Netzwerke ermöglichen den Zugriff auf eine Cloud oder eine lokale Computingressource (auf Einrichtungsebene) und können mehrere Roboter koordinieren, damit diese als Schwarm agieren.
- Motortreiber: Diese Komponenten steuern Robotermotoren direkt.
AMR-Design: nahezu unbegrenztes Potenzial
Bei der Entwicklung der AMR-Technologie steht derzeit die Lagerautomatisierung deutlich im Vordergrund. Roboter für die UV-Desinfektion waren dagegen am Höhepunkt der COVID-Pandemie ein heißes Thema und heute werden Anwendungen im Bereich der Sicherheitspatrouillen erkundet.
Das NYPD hat kürzlich Pläne vorgestellt, nach denen ein etwa 180 kg schwerer Roboter auf Rädern mit einer Höhe von 150 cm eingesetzt werden soll: der Knightscope K5. Wie die Öffentlichkeit auf diesen Roboter reagieren wird, ist derzeit eine völlig offene Frage. 2021 hat die Polizei mit einem Roboter des Typs Spot experimentiert, bis dieser aufgrund der Ablehnung der Öffentlichkeit wieder außer Betrieb genommen wurde. Dieser neue Knightscope sieht aus wie R2-D2, gekreuzt mit einem riesigen Ei. Ein Kommentator bezeichnete ihn als: „die Disney-Version eines Dalek“.
Auch wenn die Arbeitsplätze der Polizisten vorerst sicher scheinen, werden AMRs weiterhin unzweifelhaft signifikanten Einfluss auf unser Leben nehmen. Die Frage ist dabei nur, ob sie in der Öffentlichkeit auftauchen oder in Lagern oder hinter den Wänden anderer Industrieeinrichtungen verborgen bleiben.
Für ein AMR-Design müssen verschiedene zentrale Komponenten berücksichtigt werden, z. B. DC-Motoren ohne Bürsten (BLDC-Motoren), Sensoren und Spannungsversorgung. Diese Produkte und viele mehr finden Sie auf Arrow.de.
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