Autonoom transportsysteem

Oplossingen voor materiaaltransport worden steeds verder aangepast, en ze moeten zo geautomatiseerd mogelijk werken. Magazijnen en fabriekshallen wereldwijd zetten daarom steeds meer in op mobiele robotplatformen: Autonomous Mobile Robots, afgekort tot AMR. De start-up Evocortex in het Duitse Nürnberg, in 2016 opgericht met ervaren robotexperts aan boord, richt zich specifiek op deze markt. In nauwe samenwerking met de nabijgelegen Technische Hochschule Nürnberg en andere instellingen voor onderzoek en onderwijs ontwikkelt het bedrijf een volledig nieuw AMR-concept.

De autonome mobiele robots (AMR's) van Evocortex hebben geen enkel vooraf geïnstalleerd gidssysteem nodig om hun locatie te bepalen en de weg te vinden. Ze oriënteren zichzelf op basis van onregelmatigheden in de vloer van de fabriekshal of het magazijn. Zelfs gladde betonoppervlakken hebben dit soort onregelmatigheden, en de camera aan de onderkant van de robot registreert deze met hoge resolutie. Op basis van deze beelden creëert de robot een 'vingerafdruk' van de vloer van de productiehal. Het ingenieuze systeem werkt op basis van de Localization Module (ELM), die Evocortex zelf heeft ontwikkeld.

Voor het initiële inleerproces beweegt de robot in een roosterpatroon door de hal. Met behulp van complexe algo ritmes wordt een extreem nauwkeurige kaart gemaakt van een patroon van individuele punten. In de toekomst wordt dit proces ook uitgevoerd met zelflerende kunstmatige intelligentie. Daarnaast detecteert de controller ook de eigen bewegingen van het voertuig. Door de gegevens te combineren is een positionering tot op de millimeter mogelijk, op een theoretisch oppervlak van een vierkante kilometer. Hiervoor hoeft het systeem slechts drie punten te identificeren. Zelfs als de helft van de vloer bedekt is met zaagsel, blijft de ELM werken en de betrouwbare en nauwkeurige navigatie garanderen. Nieuwe, blijvende krassen in de vloer worden toegevoegd aan de kaart, en na een bepaalde tijd worden kenmerken die verdwenen zijn ook weer verwijderd.

Optioneel kunnen de AMR's worden uitgerust met extra LIDAR-sensoren aan één of twee kanten. Deze sensoren scannen de ruimte in de rijrichting en detecteren obstakels – ook als die bewegen, bijvoorbeeld wanneer mensen het pad van de robot oversteken. Het voertuig stopt dan onmiddellijk om de veiligheid te garanderen.

Een normaal wiel beweegt alleen in dezelfde richting als zijn as. Voor de nauwkeurige positionering van een voertuig moet dan worden gemanoeuvreerd, zoals bij het parkeren van een auto. Om dit te voorkomen, kozen de ontwikkelaars van Evocortex voor het Mecanum-wiel. Deze wielen hebben geen gesloten loopvlak. In plaats daarvan zijn hier rollen gemonteerd onder een hoek van 45 graden ten opzichte van de wielas, die om hun eigen gelagerde as kunnen draaien. De vorm, het formaat en de tussenruimtes tussen de rollen zijn zo gekozen dat het wiel een doorlopend rolvlak heeft. Als het Mecanum-wiel draait, ontstaan twee krachtcomponenten: in de draairichting van het gehele wiel, en in een loodrechte hoek op de die draairichting. Het resultaat is een beweging in de richting ertussen: het Mecanum-wiel zal geneigd zijn om zich onder een hoek van 45 graden ten opzichte van de axiale richting te verplaatsen.
Omdat de rollen echter beweeglijk zijn, heeft het wiel geen richtingsstabiliteit. Als er extra krachten worden uitgeoefend, kan de richting van de beweging willekeurig worden afgebogen. Bij een voertuig met vier Mecanum-wielen zijn alle hoeken van 45 graden met een offset van 90 graden geconfigureerd. Dat betekent dat ieder wiel in een andere richting zal kan bewegen. Door de draairichting en snelheid van de afzonderlijke wielen aan te passen, kan het voertuig vanuit stilstand in alle richtingen worden gestuurd of op de plaats draaien. Op een horizontaal vlak kan het voertuig dus volledig vrij bewegen. Dankzij de Mecanum-wielen kunnen de transportrobots van Evocortex zich zo flexibel in alle richtingen verplaatsen.

De AMR's van Evocortex zijn ook op een ander vlak heel flexibel: ze zijn in vrijwel onbeperkte formaten leverbaar. Huber Bauer benadrukt de mogelijkheden: "Indien gewenst kunnen we onze robot in stappen van een millimeter aanpassen aan de behoeften van onze klanten. Alle buitenafmetingen tussen 400 x 480 en 800 x 1200 millimeter kunnen we realiseren." Bij de productlijnen EvoRobot R&D en EvoRobot Industrial komen deze maten ook ongeveer overeen met de afmetingen van het dragende platform. Alle technologie – sensor, controller, hefeenheid en wielaandrijvingen – bevindt zich onder het platform.
De aandrijfmodule voor de wielen is een doorslaggevend element voor deze flexibele schaalbaarheid. Hij bevindt zich direct boven het wiel en vormt samen met het wiel een gestandaardiseerde, onafhankelijke functionele eenheid. Hierdoor kunnen de wielen op een willekeurige afstand van elkaar worden geplaatst. De belangrijkste vereiste hiervoor is een krachtige motor met een bijzonder klein formaat.
Hubert Bauer vertelt over de ontwikkelingsfase: "We hebben heel goed gekeken welke motoren op de markt geschikt konden zijn voor deze toepassing. Alleen FAULHABER kon de be nodigde vermogensdichtheid leveren. Bij de motoren van andere leveranciers was er geen ruimte meer over voor het vereiste koppel."

De wielmodules van de EvoRobot zijn uitgerust met DC-micromotoren uit de serie 3257… CR of 3272…CR. Iedere motor is voorzien van een IEF3-encoder en een 38/2S-tandwielkast. Daarnaast heeft ook iedere motor een rem om de wielen snel stop te zetten en stil te houden. Hubert Bauer: "Omdat deze micromotoren zo ontzettend sterk zijn, kan de EvoRobot pallets transporteren met een gewicht tot wel 120 kilo. En dat werkt zelfs op hellingen tot vijf graden, en met een snelheid van één meter per seconde."
De productlijn EvoCarrier is ontworpen om kleine lastendragers te transporteren. Binnenin deze AMR is de ruimte zelfs nog beperkter. En ook de speling tot aan de grond is hier minder dan 100 mm. Daarom selecteerden de ontwikkelaars voor deze lijn een platte rotormotor: een borstelloze motor van slechts 21 millimeter lengte uit de serie 4221… BXT. Op de lange termijn denkt Bauer dat de EvoRobot ook over zal stappen op borstelloze motoren, voor nog meer standaardisatie in de wielmodules.
In de volgende stap wil Evocortex de besturing van 2 of 4 EvoCarriers koppelen. Ze kunnen dan samen een europallet of zelfs een gehele stellage transporteren – waarmee de toepassing nog flexibeler inzetbaar wordt.
Naast de verhouding tussen volume en vermogen spelen ook onderhoudsvrijheid en betrouwbaarheid in continubedrijf een belangrijke rol in het gebruik van auto nome transportvoertuigen. Bauer: "De motoren van FAULHABER voldoen ruimschoots aan onze vereisten op het gebied van levensduur. En het is een voordeel dat de aandrijvingen werken met alle gangbare industriële besturingen. De experts van FAULHABER hebben ons bovendien uitstekend geholpen om de optimale parameterinstellingen te vinden voor serieproductie."