Lieferung in einer halben Stunde

In früheren Artikeln haben wir über die Entwicklung des Bereichs der Robotik durch Sberbank , kollaborative Roboter und Exoskelette gesprochen . In diesem Vortrag über Logistikroboter.


Foto: Sberbank

Was ist ein Logistikroboter?

Die International Federation of Robotics klassifiziert Logistikroboter als professionellen Serviceroboter und nennt sie Logistiksysteme.

Gemäß ISO 8373: 2012 ist ein professioneller Serviceroboter ein Roboter, der nützliche Arbeiten für Personen und Geräte ausführt, ausgenommen industrielle Automatisierungsaufgaben, und verwendet wird, um von der Bereitstellung verschiedener Services zu profitieren.

Somit ist der Logistikroboter ein programmierbarer Mechanismus mit mobilem Antrieb, der den Warenfluss, deren Transport, Verarbeitung und Verpackung steuert. In der Regel werden Logistikroboter installiert in:

• Industrieumgebungen zum Bewegen von Gegenständen aller Art zwischen Maschinen, Übergabepunkten oder Lagern;
• Nichtproduktionsumgebungen wie Lagerhäuser, Post- und Logistikzentren in Krankenhäusern oder anderen öffentlichen Gebäuden für den Transport, die Lieferung und den Transfer von Waren;
• in offenen Gebieten: in Häfen, Flughäfen und Umschlagzentren sowie zur Überwindung des Problems der „letzten Meile“ bei der Lieferung von Waren an Endverbraucher

Was ist ihr Wert und nützlich?

Logistikroboter wurden entwickelt, weil mit ihrer Hilfe Kosten gesenkt und die Effizienz von Unternehmen gesteigert werden können.

In einer industriellen Umgebung können Roboter den Bedarf an menschlicher Arbeit verringern, die Anzahl der von Menschen begangenen Fehler verringern, die Sicherheit am Arbeitsplatz erhöhen und die Genauigkeit der Bestandsaufnahme und Abrechnung von Waren / Teilen erhöhen, indem Personen daran gehindert werden, Routineaufgaben auszuführen und Logistikprozesse zu automatisieren.

Roboter für industrielle Umgebungen können in flexiblen Fertigungs- / Unternehmen eingesetzt werden, um eine Vielzahl von Aufgaben zu lösen:

• Bewegen von Produkten durch Produktionsprozesse, Bereitstellen einer Just-in-Time-Lieferung (JIT): Liefern von Teilen zum richtigen Zeitpunkt an den Verarbeitungs- / Montagepunkt;
• Lieferung von Teilen zur Montage;
• Abholaufträge: Verschieben der bestellten Produkte zum Versand in die Ladefläche des Anhängers;
• Just-in-Time-Lieferung (JIT): Lieferung der Teile zum Verarbeitungs- / Montagepunkt zum richtigen Zeitpunkt;

In nicht produktiven Umgebungen werden Kurierroboter eingesetzt, von denen sowohl Geschäftsinhaber als auch ihre Kunden profitieren, weil:

• Abnahme des Lagerverkehrs;
• das Risiko von Unfällen und Staus verringern;
• Verbesserung der Zuverlässigkeit des gesamten Unternehmens und Beseitigung von Fehlern im Zusammenhang mit dem menschlichen Faktor;
• Steigerung der Unternehmensproduktivität;
• Erhöhung der Verfügbarkeit und Flexibilität von Diensten, Reduzierung von Transportkosten und Zeit (für Kunden).

Der Kurierroboter führt in der Regel folgende Aktionen aus:

• Erkennung / Erkennung von Transportobjekten (manchmal unter Verwendung einer Person durch Drücken der Taste, um den Roboter anzurufen);
• Laden und Transportieren von Gegenständen;
• Optimierung und Anpassung von Transportwegen;
• Klassifizierung und Abrechnung von Objekten (ermöglicht es, die Genauigkeit der Abrechnung wesentlicher Vermögenswerte zu erhöhen);
• Entladen von Objekten in der Zielzone;

Laut einer Studie von McKinsey & Company macht das B2C-Segment rund 50% des gesamten Marktes für Produktlieferungen aus. Der Einsatz unbemannter Lieferfahrzeuge soll laut derselben Studie die B2C-Versandkosten halbieren. Für Kunden von E-Commerce-Diensten bietet die Lieferung von Waren per Roboter eine interessante Funktion - die Möglichkeit, den genauen Zeitpunkt der Lieferung von Waren über die Filialanwendung zu wählen (sofern eine solche Funktion vorhanden ist und kostenlose Roboter in der Nähe sind).

In Zukunft werden unbemannte Fahrzeuge für den Warentransport die Lohnkosten für die Fahrer senken, die Effizienz der Frachtlieferung erhöhen, da Drohnen sich weiter bewegen können, ohne eine Pause einzulegen, und die Transportsicherheit erhöhen, indem der Faktor Mensch eliminiert wird.

Unbemannte Lieferfahrzeuge können in der gesamten Lieferkette für die tägliche Logistik eingesetzt werden: vom "Lager der Zukunft" über unbemannte Fahrzeuge bis hin zu unbemannten Luftfahrzeugen, um die Probleme der letzten Meile zu überwinden. UAVs können Folgendes ausführen:

• Logistik in Sortierzentren: Häfen, Flughäfen, Eisenbahnknotenpunkte, Zollzentren;
• Lieferung von Waren von Produktionsstätten zu Vertriebszentren;
• Lieferung von Waren an Endverbraucher.

Nehmen Sie zum Beispiel die Sberbank

Jährlich werden in der Bank etwa achtzigtausend Tonnen Banknoten verarbeitet: Banknoten werden in Bündeln verpackt, Bündel werden in Kassetten verpackt, Kassetten werden von einem Punkt zum anderen bewegt und alle Bewegungen werden von Menschen ausgeführt. Indem Sie zumindest einen Teil des Prozesses automatisieren, können Sie die Kosten dieser Vorgänge erheblich senken, die Arbeitsproduktivität und die Genauigkeit der Abrechnung steigern und die Anzahl der Fehler verringern.

Ein weiteres markantes Beispiel ist die Zustellung von Korrespondenz und Fracht für Mitarbeiter und Kunden der Bank. Kunden müssen Karten ausliefern und Papierkopien der von ihnen unterschriebenen Dokumente in Lagerzentren bringen. Für jeden Mitarbeiter liefert der Logistikdienst der Bank 20 kg Fracht pro Monat. Angesichts der geografischen Merkmale unseres Landes und der großen Anzahl von Sberbank-Filialen im ganzen Land wird die Aufgabe der genauen und ununterbrochenen Lieferung von Waren für die Robotik sehr interessant.

Deshalb gehören Logistikroboter zu den Schwerpunkten des Sberbank Robotics Laboratory. Neulich haben wir das Set für den Corporate Accelerator geschlossen (Bewerbungen wurden auch für Logistiksysteme angenommen). Sprechen Sie unbedingt über interessante Projekte.

Marktzustand

Der Markt für Logistikroboter kann sich nicht des Marktvolumens für Industriemanipulatoren rühmen: Im Jahr 2016 betrug die Anzahl der installierten Logistiksysteme, obwohl sie gegenüber 2015 um 34% wuchs, nur 25.444 Einheiten mit einem Gesamtwert von ca. 0,9 Mrd. USD (gegenüber 1,8) Millionen Einheiten von Industrierobotern mit einer Marktgröße von ungefähr 13 Milliarden US-Dollar).

Es wird vorausgesagt, dass zwischen 2018 und 2020 190.000 Logistikroboter verkauft werden, mit einem durchschnittlichen jährlichen Marktwachstum von 25% bis 30%. Gleichzeitig werden Logistikroboter im Zeitraum 2018-2020 48% des Umsatzes aller Serviceroboter ausmachen.


Abbildung - Verkauf von Logistikrobotern in den Jahren 2015-2016 sowie Prognose für 2017 für 2017 und 2018-2020 ( Quelle )

Die Treiber des Wachstums des Marktes für Logistikrobotik sind die Entwicklung von Technologien für künstliche Intelligenz, neue Materialien sowie die Senkung der Kosten für Roboter durch Senkung der Kosten für Komponenten:

1. Künstliche Intelligenz ermöglicht die Senkung der Eintrittsschwelle für Roboter: Sie müssen Räume nicht mehr auf besondere Weise vorbereiten, die Navigation kann ohne spezielle Markierungen erfolgen.
2. Neue Materialien und die Entwicklung von Energiespeichertechnologien reduzieren die Ausfallzeiten von Robotern und erhöhen deren Attraktivität.
3. Durch die Massenproduktion von Bauteilen können Hersteller die Preise senken, was sich positiv auf die Kosten der gesamten Lösung auswirkt.

Entwicklungsgeschichte

Logistikroboter begannen ihre Prozession vor relativ kurzer Zeit und viel später als ihre industriellen Kollegen. Bis vor kurzem waren nur Industrieroboter weit verbreitet. Sie konnten sich nicht bewegen, waren blind, relativ unvernünftig und führten dieselben Bewegungen immer und immer wieder tausende Male am Tag mit einem hohen Maß an Genauigkeit und Wiederholbarkeit aus. Für viele einfache Herstellungsprozesse wie das Schweißen oder Übertragen von Teilen sind diese Fähigkeiten erforderlich. Um logistische Probleme zu lösen, reicht jedoch eine hohe Genauigkeit und Wiederholbarkeit nicht aus: Der Roboter muss nicht nur handeln, sondern auch die Welt verstehen, Verhaltensweisen in Abhängigkeit von der sich dynamisch ändernden Umgebung entwickeln und Entscheidungen optimal treffen.

Der Logistikroboter muss eine Vielzahl unterschiedlicher Produkte / Teile in unendlich vielen Kombinationen handhaben. Trotz der Komplexität der Aufgabe ist dies erreichbar, wenn der Roboter die oben beschriebenen Fähigkeiten besitzen kann: die Welt fühlen, Modelle bauen, Entscheidungen treffen und entsprechend den Umständen handeln.

Die ersten experimentellen Proben intelligenter mobiler Roboter erschienen um die 1960er Jahre.

Shakey

Einer der ersten war der Shakey the Robot , der am Center for Artificial Intelligence des Stanford Research Institute (heute SRI International) entwickelt wurde.


Abbildung - Shakey Robot ( Quelle )

Der Roboter war mit einer Fernsehkamera, einem optischen Entfernungsmesser sowie Kollisionssensoren ausgestattet. Er konnte sich in Büroräumen bewegen und zwischen speziell bemalten Objekten unterscheiden.

Shakey, der Roboter, war der erste mobile Allzweckroboter, der die Anfänge der künstlichen Intelligenz hatte. Während andere Roboter in jeder einzelnen Phase einer größeren Aufgabe angewiesen werden sollten, konnte Shakey die Teams analysieren und sie dank eines speziell entwickelten Schedulers selbst in Hauptteile zerlegen .

Das Shakey-Projekt brachte Forschungen in den Bereichen Robotik, Computer Vision und Verarbeitung natürlicher Sprache zusammen. Die bemerkenswertesten Projektergebnisse sind der A * -Suchalgorithmus , die Hough- Transformation und die Sichtbarkeitsdiagrammmethode .

Hilare

Ein weiterer interessanter Vertreter früher KI-Roboter ist der eigenständige mobile Roboter Hilare. Hilare wurde 1977 am Labor für Systemanalyse und Architektur in Toulouse, Frankreich, entwickelt. Er gilt als der erste französische mobile Roboter, der in der Lage ist, in einer unbekannten Umgebung autonom zu arbeiten, die Welt wahrzunehmen und zu analysieren und auf der Grundlage der Analyse Entscheidungen zu treffen.


Abbildung - Hilare Robot ( Quelle )

Hilare ist eher ein moderner Mobil- / Logistikroboter. So war Hilare ausgestattet mit:

• Ultraschallsensoren zur Erkennung von Objekten in der Nähe;
• Laser-Entfernungsmesser zum Zusammenstellen einer zweidimensionalen Karte der Umgebung;
• Kilometerzähler zur Messung der zurückgelegten Strecke;
• vier Intel 80286-Mikroprozessoren zur Verarbeitung von Daten von Sensoren.

Nachfolgende Versionen dieses Forschungsroboters - Hillare 2 (1990) und Hillare 3 (1999) - führten zu bedeutenden Fortschritten auf dem Gebiet der mobilen Roboter und brachten das Erscheinungsbild moderner Logistikgeräte näher.


Abbildung - Hilare 2 Roboter ( Quelle )

TRC Helpmate

Einer der ersten Kurierroboter, die in Krankenhäusern verteilt wurden, war TRCs Helpmate , das Anfang der neunziger Jahre entwickelt wurde. Insgesamt wurden rund 100 Roboter in Betrieb genommen. Helpmate lieferte den Patienten Lebensmittel, Medikamente usw. Der Haupterfolg des Projekts war die Entlassung von qualifiziertem Personal aus Kuriereinsätzen. Das System war seiner Zeit voraus und ebnete erfolgreich den Weg für mehrere Kuriersysteme in Krankenhäusern und Innenräumen.


Abbildung - TRC Helpmate ( Quelle )

Beispiele für moderne Systeme

Logistikroboter für Produktionsumgebungen

Trotz der hohen Anzahl von Lieferanten von Lagerrobotern sind vor relativ kurzer Zeit vollständig autonome Lagerroboter (die sich ohne besondere Vorbereitung der Räumlichkeiten bewegen können) zum Einsatz gekommen. Viele Unternehmen entwickeln sich in diesem Bereich aktiv weiter.

KUKA OmniRob

Zum Beispiel implementiert OmniRob von KUKA (Deutschland) das Konzept eines mobilen Manipulators zur Lösung der Aufgaben der Erfassung und Beförderung von Teilen und Waren. Der Roboter ist eine Plattform mit einem montierten Manipulator mit einem Greifer. Eine Besonderheit der Plattform sind ihre Räder - die sogenannten Omni-Räder , die sich in verschiedene Richtungen bewegen können.


Abbildung - KUKA OmniRob ( Quelle )

Neobotix MM-800

Ein weiterer mobiler Manipulator MM-800 von Neobotix (Deutschland) verfügt über einen sechsstufigen KUKA-Manipulator, der auf einer mobilen Plattform montiert ist. Plaftorma bietet eine Akkulaufzeit von 10 Stunden. MM-800 wird im AUDI-Werk in Ingolstadt eingesetzt.


Abbildung - Neobotix MM-800 ( Quelle )

Logistikroboter für Nichtproduktionsumgebungen

Amazon Robotics (Kiva-Systeme)

Ein eindrucksvolles Beispiel für die erfolgreiche Erstellung und Implementierung von Lagerlogistikrobotern ist Kiva Systems , das später von Amazon gekauft und in Amazon Robotics umbenannt wurde. Das Unternehmen wurde 2003 gegründet und hatte seine Lösung bereits 2008 für drei große Kunden implementiert.


Abbildung - Amazon (Kiva) AGV ( Quelle )

Die Roboter des Unternehmens sind mobile Plattformen mit einer Tragfähigkeit von 500 und 1.500 Kilogramm, die mit Infrarotsensoren zur Vermeidung von Kollisionen, einem Bordcomputer und drahtloser Kommunikation mit Cloud-basierter Verwaltungssoftware ausgestattet sind. Alle Roboter haben Batterien an Bord und müssen fünf Minuten lang einmal pro Stunde aufgeladen werden.

Um die Probleme der Beschleunigung und Vereinfachung der Warenlieferung zu lösen, hat Kiva einen eigenen Ansatz für die Organisation eines Lagers entwickelt. Alle Produkte werden in speziellen Regalen gelagert. Bei der Eingabe einer Bestellung findet das System den nächstgelegenen Roboter und sendet ihn mit der erforderlichen Ware an das Rack. Roboter bewegen sich im Lager nach den auf dem Boden angebrachten QR-Codes. Wenn der Roboter einen vorbestimmten Punkt erreicht, tritt er unter die Theke ein, hebt ihn mit einem speziellen Schraubenmechanismus an und wird zum Bediener gebracht, um Waren auszugeben.

SwissLog RoboCourier

Die SpeciMinder- und RoboCourier- Roboter von SwissLog sind kompakte, eigenständige mobile Plattformen, die sich in typischen stationären und Laborumgebungen frei bewegen können. Die Plattformen sind mit Plätzen für die Ladungsinstallation ausgestattet und können Waren autonom an die angegebenen Empfänger liefern.


Zeichnung - SwissLog RoboCourier ( Quelle )

Roboter sind mit Schnittstellen zur Integration in Türen und Aufzüge für die Bewegung zwischen Räumen und Etagen ausgestattet, einem Lasernavigationssystem zur dynamischen Neuplanung von Flugbahnen und zur Vermeidung von Hindernissen. SpeciMinder und RoboCourier können unabhängig voneinander arbeiten - sie benötigen keinen Verwaltungsserver, Navigations- und Planungsaufgaben können an Bord von Robotern gelöst werden.

Aethon zerrte

Aethon (USA) bietet einen anderen Ansatz. Es basiert auf einer kompakten mobilen Plattform, an die Wagen zur Lagerung und zum Transport verschiedener Krankenhausprodukte (Teller, Medikamente, Bettzeug, Blutproben, Apothekenprodukte usw.) angedockt werden können. Plattformen können an alle unterstützten Wagen andocken, um den Verkehr zu reduzieren und die Systemeffizienz zu erhöhen (z. B. kann der Wagen per Shuttle transportiert werden: Eine Plattform bringt den Wagen zu einem bestimmten Punkt, dann wird ein anderer Wagen von einer anderen Plattform gefahren). Es wird vermutet, dass mehr als 500 Roboter in etwa 450 Krankenhäusern im Einsatz sind, die mehr als 5 Millionen Lieferungen pro Jahr liefern.


Abbildung - Aethon TUG ( Quelle )

Logistikroboter für Außenbereiche

Zahlreiche Startups entwickeln und bieten konzeptionell ähnliche boden- oder fliegende unbemannte Luftfahrzeuge an, um Kosten zu senken und die Lieferung von Waren an den Endverbraucher zu beschleunigen. Darunter: SideWalk (Partnerschaft mit DHL), Starship (erstellt von den Gründungsingenieuren von Skype) und Dispatch (MIT / UPenn).


Zeichnungen - Raumschiff und Versand tragen Roboter

Das Raumschiff kann Lasten von bis zu 10 kg tragen, und der Carry Dispatch kann Lasten von bis zu 50 kg tragen. Diese Roboter werden verwendet, um Waren nicht weiter als 30 Minuten vom örtlichen Distributionszentrum zu liefern, und können kleine Pakete, Lebensmittel, Pizza usw. liefern.

Bei der Entwicklung von Liefersystemen mit unbemannten Luftfahrzeugen können Amazon Prime Air Delivery , Drone Delivery Canada und JD.COM unterschieden werden. Alle arbeiten mit unterschiedlichem Erfolg an demselben Fall - der schnellen Lieferung von Waren kleiner Größe und geringen Gewichts von Online-Shops an Kunden mit unbemannten Luftfahrzeugen. Amazon hat seine erste kommerzielle Lieferung am 17. Dezember 2016 durchgeführt. Drone Delivery Canada entwickelt sein Drohnenmanagement- und Versandsystem auf einem US-amerikanischen Flughafen. JD.COM hat im Rahmen eines Pilotprojekts damit begonnen, Waren in ländliche Gebiete zu liefern.






Zeichnung - Amazon Prime Air , Kanada Lieferung von Drohnen , JD.COM

Neue Technologie

Wo suchen und in welche Richtung entwickeln Sie Ihr eigenes Produkt?

IoT

Roboter leben in einer digitalen Welt, und für ihre effizientere und sinnvollere Arbeit ist es notwendig, die digitale Welt so weit wie möglich auf die physische Welt auszudehnen. Neue Konzepte der Mediendigitalisierung und -vernetzung (IoT, Industrie 4.0) können die Unternehmensautomatisierung auf ein viel höheres Niveau bringen.

Autonomie

Durch die Verbesserung der Produktivität, Geschwindigkeit und vollständig autonomen Navigation ohne spezielle Raumvorbereitung wird die Schwelle für Kunden, das Produkt zu betreten, gesenkt.

Verfügbarkeit

Die erhöhte Verfügbarkeit des Systems aufgrund der kürzeren Ladezeit der Roboter sowie die Erhöhung der Zuverlässigkeit der Geräte tragen dazu bei, Kunden anzulocken.

Einfachheit

Schnelle und intuitive Einrichtung und Konfiguration, einfache Wartung und Benutzerfreundlichkeit tragen dazu bei, die Eintrittsschwelle zu senken und Kunden anzulocken.

Künstliche Intelligenz

Roboter haben bereits gelernt, selbstständig zu fahren, haben jedoch immer noch Probleme mit der Mustererkennung unter schwierigen Bedingungen. Die Entwicklung von Wahrnehmungstechnologien wird es Robotern ermöglichen, ohne menschliches Eingreifen einen vollständigen Zyklus der Montage von Aufträgen aus Lagern zu erstellen. Dies reduziert die Vorbereitungszeit für Bestellungen und die Kosten für die Wartung des Lagers.

Zusammenarbeit

Durch die Möglichkeit, mit Mitarbeitern zusammenzuarbeiten und Aufgaben im selben Raum wie eine Person auszuführen, können Sie Produktions- und Logistikprozesse anpassen.