Navigazione autonoma e precisa al millimetro

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Oggigiorno il termine “produzione” è diventato sinonimo di “complessità”. I prodotti sono sempre più realizzati secondo le specifiche dei singoli clienti; con una connessione IoT è possibile una produzione completamente automatizzata anche con lotti di dimensioni di una sola unità. Una tale moltitudine di varianti richiede processi strettamente intrecciati e, allo stesso tempo, molto flessibili. Le parti e i componenti adatti – in un numero di variazioni pressoché infinito – devono essere pronti presso le singole stazioni di produzione al momento giusto

AMR in avanzata
Il trasporto del materiale, ad esempio tra i punti di approvvigionamento e gli impianti di produzione, sta diventando sempre più individuale e allo stesso tempo dovrebbe avvenire nel modo più automatizzato possibile. Le piattaforme robotiche mobili – conosciute nel settore come robot mobili autonomi (AMR) – sono quindi sempre più numerose nei magazzini e nei capannoni di produzione di tutto il mondo.

La startup di Norimberga Evocortex, fondata nel 2016 con la partecipazione di esperti di robot, si concentra su questo mercato. Strettamente associata alla vicina Università Tecnica di Norimberga e ad altri istituti di istruzione e ricerca, l’azienda è entrata nel mercato con un concetto AMR completamente nuovo. Con i suoi prodotti, essa offre soluzioni creative ed innovative per le esigenze della moderna intralogistica.

L'”impronta digitale” del pavimento del capannone indica la posizione esatta
I robot mobili autonomi (AMR) di Evocortex non richiedono alcun sistema di guida preinstallato per riconoscere la loro posizione e trovare la strada giusta. Essi si basano semplicemente sulle irregolarità del pavimento del capannone. Queste irregolarità si possono trovare anche sui comuni pavimenti in cemento liscio e vengono registrati dalla telecamera ad alta risoluzione del robot. La telecamera si trova nella parte inferiore del veicolo, copre un’area di 10 x 10 centimetri ed utilizza i dati dell’immagine per creare l’equivalente di un’impronta digitale del pavimento del capannone. Dietro questo ingegnoso sistema c’è il Localization Module (ELM) sviluppato da Evocortex.

Durante il processo di apprendimento iniziale, il robot percorre il pavimento del capannone spostandosi su uno schema a griglia. Con l’aiuto di algoritmi complessi, viene creata una mappa ad alta precisione da uno schema di singoli punti. In futuro, ciò sarà possibile anche mediante autoapprendimento grazie all’utilizzo dell’intelligenza artificiale. Inoltre, il controllo rileva il movimento proprio del veicolo. Combinando i dati, esso può posizionare il veicolo su un’area teorica di un chilometro quadrato con precisione millimetrica. A tal fine sono sufficienti tre punti individuati. Anche se il 50% del pavimento è ricoperto di segatura, l’ELM rimane indifferente e garantisce una navigazione robusta, precisa ed accurata. Nuovi graffi permanenti nel pavimento vengono aggiunti alla mappa, mentre gli elementi che sono scomparsi vengono rimossi dopo un certo tempo.

Gli AMR possono essere dotati opzionalmente di sensori LIDAR aggiuntivi su uno o due fronti. Questi effettuano una scansione dell’area nella direzione di marcia e riconoscono gli ostacoli, compresi quelli in movimento come le persone che attraversano il percorso. Il veicolo si arresta quindi immediatamente per garantire la sicurezza dei dipendenti.

Mobilità senza limiti con le ruote Mecanum
Una ruota normale si muove solo nella stessa direzione del suo asse. Per posizionare con precisione un veicolo con ruote di questo tipo, è necessario manovrare allo stesso modo di quando si parcheggia un’auto. Per evitare ciò, gli sviluppatori di Evocortex hanno optato per la ruota Mecanum. Invece di una superficie di scorrimento chiusa, dei rulli bombati sono montati sul suo cerchione. Sono fissati con un angolo di 45 gradi rispetto all’asse della ruota e possono ruotare attorno al proprio asse di supporto obliquo. La forma, le dimensioni e la distanza dei rulli sono selezionate per conferire alla ruota una superficie di rotolamento continua.

Quando la ruota Mecanum gira, si creano due componenti di forza, una nel senso di rotazione dell’intera ruota e l’altra perpendicolare ad essa. La direzione di movimento che ne risulta sta nel mezzo: la ruota Mecanum “vuole” muoversi con un angolo di 45 gradi rispetto alla direzione dell’asse. Tuttavia, a causa della mobilità dei rulli, non ha rigidità direzionale. Quando vengono applicate altre forze, il movimento può essere deviato in qualsiasi direzione.

Su un veicolo con quattro ruote Mecanum, gli angoli di 45 gradi sono sfalsati di 90 gradi ciascuno. Ogni ruota quindi si orienta in una direzione diversa. Variando il senso e la velocità di rotazione di ogni singola ruota, è possibile sterzare il veicolo in qualsiasi direzione da fermo o farlo ruotare sul posto. Sul piano orizzontale, può quindi muoversi liberamente come un hovercraft. Le ruote Mecanum consentono quindi al robot di muoversi in modo agile e omnidirezionale.

Scalabilità millimetro per millimetro
Gli AMR di Evocortex offrono un’ulteriore dimensione di flessibilità: possono essere prodotti in un numero praticamente illimitato di dimensioni. “Se necessario, possiamo adattare il nostro robot millimetro per millimetro alle esigenze dei nostri clienti”, sottolinea l’AD Hubert Bauer. “Tra 400 per 480 e 800 per 1200 millimetri, tutte le dimensioni esterne sono realizzabili”. Nel caso delle linee di prodotti EvoRobot R&D ed EvoRobot Industrial, queste dimensioni corrispondono anche approssimativamente alle dimensioni esterne della piattaforma di supporto. Tutta la tecnologia – sensori, controlli, unità di sollevamento ed azionamenti delle ruote – è montata sotto la piattaforma.

Il modulo d’azionamento delle ruote è un elemento decisivo per questa scalabilità. Situato direttamente al di sopra di ogni ruota, forma con essa un’unità funzionale standardizzata ed indipendente. Le ruote possono quindi essere montate a qualsiasi distanza l’una dall’altra. Il prerequisito decisivo per questa disposizione è un motore potente di dimensioni molto ridotte.

“Abbiamo esaminato molto attentamente quali motori sul mercato potevano essere adatti a questo tipo di applicazione”, ricorda Hubert Bauer in merito alla fase di sviluppo. “Solo con Faulhaber abbiamo trovato la densità di potenza di cui avevamo bisogno. I motori della concorrenza avrebbero richiesto più spazio per la coppia richiesta”.

Enorme potenza, dimensioni minime
I moduli delle ruote dell’EvoRobot sono dotati di motori DC della serie 3257… CR or 3272…CR. Ognuno di essi ha un encoder IEF3 ed un riduttore 38/2 S. I motori delle ruote dispongono inoltre di un freno per un arresto rapido e per garantire che le ruote rimangano bloccate in posizione una volta ferme. “Grazie all’enorme potenza di questi micromotori, l’EvoRobot è in grado di movimentare fino a 200 chilogrammi e presto anche carichi maggiori”, spiega Huber Bauer. “Il trasporto funziona anche su una rampa inclinata di cinque gradi e alla velocità di un metro al secondo“.

La linea di prodotti EvoCarrier è progettata per il trasporto di contenitori per piccoli pezzi. All’interno di questo AMR, lo spazio è ancora più limitato rispetto all’EvoRobot. Il robot è alto meno di 100 mm. Ciò gli permette quindi di muoversi in aperture estremamente basse sotto le merci trasportate. Due o quattro EvoCarrier possono anche lavorare insieme per trasportare pallet o un’intera scaffalatura. Per l’azionamento, gli sviluppatori hanno scelto un cosiddetto “motore a rotore piatto” – un motore brushless della serie 4221… BXT con una lunghezza di soli 21 millimetri. L’EvoCarrier può quindi trasportare pile di contenitori per piccoli pezzi (KLT) su rotelle che pesano fino a 120 chilogrammi in totale. L’amministratore delegato ritiene che, a lungo termine, anche l’EvoRobot passerà probabilmente ai motori brushless e che continuerà la standardizzazione dei moduli.

Oltre al rapporto potenza/volume, l’assenza di manutenzione e l’affidabilità nel servizio continuo giocano un ruolo particolarmente importante nel funzionamento dell’AGV.

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