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Dans des articles précédents, nous avons parlé du développement du domaine de la robotique par Sberbank , des robots collaboratifs et des exosquelettes . Dans cet exposé sur les robots logistiques.


Photo: Sberbank

Qu'est-ce qu'un robot logistique?

La Fédération internationale de robotique classe les robots logistiques comme un robot de service professionnel et les appelle des systèmes logistiques.

Selon ISO 8373: 2012 , un robot de service professionnel est un robot qui effectue un travail utile pour les personnes et l'équipement, à l'exclusion des tâches d'automatisation industrielle, et qui est utilisé pour bénéficier de la fourniture de divers services.

Ainsi, le robot logistique est un mécanisme programmable à entraînement mobile conçu pour contrôler le flux des marchandises, leur transport, leur traitement et leur emballage. En règle générale, les robots logistiques sont installés dans:

• environnements industriels pour déplacer des objets de toutes sortes entre des machines, des points de transfert ou des entrepôts;
• les environnements non productifs, tels que les entrepôts, les centres postaux et logistiques, dans les hôpitaux ou autres bâtiments publics pour le transport, la livraison et le transfert de marchandises;
• dans les zones ouvertes: dans les ports, les aéroports et les centres de transbordement, ainsi que pour surmonter le problème du «dernier kilomètre» dans la livraison des marchandises aux consommateurs finaux

Quelle est leur valeur et leur utilité?

Les robots logistiques ont été développés car avec leur aide, il est possible de réduire les coûts et d'augmenter l'efficacité des entreprises.

Dans un environnement industriel, les robots peuvent réduire le besoin de travail humain, réduire le nombre d'erreurs commises par les humains, augmenter la sécurité sur les lieux de travail et augmenter la précision de l'inventaire et de la comptabilité des marchandises / pièces en empêchant les personnes d'effectuer des tâches de routine et en automatisant les processus logistiques.

Les robots pour les environnements industriels peuvent être utilisés dans des entreprises / entreprises de fabrication flexibles pour résoudre un large éventail de tâches:

• déplacer les produits à travers les processus de production, fournir une livraison juste à temps (JIT): livrer les pièces au point de traitement / d'assemblage au bon moment;
• livraison de pièces pour l'assemblage;
• collecte des commandes: déplacement des produits commandés vers la zone de chargement de la remorque pour expédition;
• livraison juste à temps (JIT): livraison des pièces au point de traitement / d'assemblage au bon moment;

Dans les environnements hors production, des robots de type messagerie sont utilisés, ce qui profite à la fois aux propriétaires d'entreprise et à leurs clients en raison de:

• diminution du trafic entrepôt;
• réduire les risques d'accidents et de congestion;
• l'amélioration de la fiabilité de l'entreprise dans son ensemble et l'élimination des erreurs liées au facteur humain;
• augmenter la productivité de l'entreprise;
• augmenter la disponibilité et la flexibilité des services, réduire les coûts et le temps de transport (pour les clients).

Le robot de messagerie effectue généralement les actions suivantes:

• détection / détection d'objets pour le transport (parfois en utilisant une personne en appuyant sur le bouton pour appeler le robot);
• chargement et transport d'objets;
• optimisation et adaptation des itinéraires de transport;
• classification et comptabilité des objets (permet d'augmenter la précision de la comptabilité des actifs matériels);
• déchargement d'objets dans la zone de destination;

Le segment B2C représente environ 50% du marché total de la livraison de produits, selon une étude de McKinsey & Company . L'utilisation de véhicules de livraison sans pilote devrait réduire de moitié les coûts d'expédition B2C, selon la même étude. Pour les clients des services de commerce électronique, la livraison de marchandises par des robots apportera une fonctionnalité intéressante - la possibilité de choisir l'heure exacte de livraison des marchandises via l'application du magasin (s'il existe une telle fonction et des robots gratuits à proximité).

À l'avenir, les véhicules sans pilote pour le transport de marchandises réduiront le coût des salaires pour les conducteurs, augmenteront l'efficacité de la livraison du fret en raison de la capacité des drones à continuer à se déplacer sans s'arrêter pour se reposer et à accroître la sécurité des transports en éliminant le facteur humain.

Les véhicules de livraison sans pilote peuvent être utilisés tout au long de la chaîne d'approvisionnement pour la logistique quotidienne: de "l'entrepôt du futur" aux véhicules sans pilote et aux véhicules aériens sans pilote pour surmonter les problèmes du dernier kilomètre. Les drones peuvent effectuer:

• Logistique dans les centres de tri: ports, aéroports, hubs ferroviaires, centres douaniers;
• livraison de marchandises des sites de production aux centres de distribution;
• livraison de marchandises aux consommateurs finaux.

Prenons, par exemple, la Sberbank

Chaque année, environ quatre vingt mille tonnes de billets sont traitées dans la banque: les billets sont emballés en paquets, les paquets sont emballés dans des cassettes, les cassettes sont déplacées d'un point à un autre et tous les mouvements sont effectués par des personnes. En automatisant au moins une partie du processus, vous pouvez réduire considérablement le coût de ces opérations, augmenter la productivité du travail, la précision de la comptabilité et réduire le nombre d'erreurs.

Un autre exemple frappant est la livraison de correspondance et de fret pour les employés et les clients de la banque. Les clients doivent livrer des cartes et apporter des copies papier des documents signés par eux aux centres de stockage. Pour chaque employé, le service logistique de la banque livre 20 kg de marchandises par mois. Étant donné les caractéristiques géographiques de notre pays et le grand nombre d'agences Sberbank dans tout le pays, la tâche de livraison précise et ininterrompue de marchandises devient très intéressante pour la robotique.

C'est pourquoi les robots logistiques sont l'un des domaines prioritaires du Sberbank Robotics Laboratory. L'autre jour, nous avons fermé l'ensemble à l' accélérateur d'entreprise (les candidatures ont été acceptées, y compris pour les systèmes logistiques). Assurez-vous de parler de projets intéressants.

État du marché

Le marché des robots logistiques ne peut se targuer du volume du marché des manipulateurs industriels: en 2016, le nombre de systèmes logistiques installés, bien qu'il ait augmenté de 34% par rapport à 2015, ne s'élevait qu'à 25444 unités pour une valeur totale d'environ 0,9 milliard de dollars (contre 1,8 millions d'unités de robots industriels avec une taille de marché d'environ 13 milliards de dollars).

Il est prévu qu'entre 2018 et 2020, 190 000 robots logistiques seront vendus, avec une croissance annuelle moyenne du marché de 25% à 30%. Parallèlement, les robots logistiques représenteront 48% des ventes de tous les robots de service en 2018-2020.


Figure - Ventes de robots logistiques en 2015-2016, ainsi que les prévisions pour 2017 pour 2017 et 2018-2020 ( source )

Les moteurs de la croissance du marché de la robotique logistique sont le développement de technologies d'intelligence artificielle, de nouveaux matériaux, ainsi que la réduction du coût des robots en réduisant le coût des composants:

1. L'intelligence artificielle permet d'abaisser le seuil d'entrée des robots: ils n'ont plus besoin de préparer les salles de manière particulière, la navigation peut se faire sans marqueurs spéciaux.
2. De nouveaux matériaux et le développement de technologies de stockage d'énergie réduisent les temps d'arrêt des robots, augmentant leur attractivité.
3. La production de masse de composants permet aux fabricants de réduire les prix, ce qui a un effet positif sur le coût de l'ensemble de la solution.

Historique du développement

Les robots logistiques ont commencé leur procession relativement récemment et beaucoup plus tard que leurs homologues industriels. Jusqu'à récemment, seuls les robots industriels étaient répandus. Ils ne pouvaient pas bouger, étaient aveugles, relativement déraisonnables et effectuaient les mêmes mouvements encore et encore des milliers de fois par jour avec un haut degré de précision et de répétabilité. Pour de nombreux processus de fabrication simples, tels que le soudage ou le transfert de pièces, ces compétences sont nécessaires. Cependant, pour résoudre des problèmes logistiques, une grande précision et répétabilité ne suffit pas: le robot doit non seulement agir, mais aussi comprendre le monde, construire des comportements en fonction de l'environnement en évolution dynamique, prendre des décisions de la manière la plus optimale.

Le robot logistique doit gérer une large gamme de produits / pièces différents dans un nombre infini de combinaisons. Malgré la complexité de la tâche, cela est réalisable si le robot peut posséder les capacités décrites ci-dessus: sentir le monde, construire des modèles, prendre des décisions et agir selon les circonstances.

Les premiers échantillons expérimentaux de robots mobiles intelligents ont commencé à apparaître vers les années 1960.

Shakey

L'un des premiers était le Shakey the Robot , développé au Center for Artificial Intelligence du Stanford Research Institute (maintenant appelé SRI International).


Figure - Shakey Robot ( source )

Le robot était équipé d'une caméra de télévision, d'un télémètre optique ainsi que de capteurs de collision. Il a pu se déplacer dans les espaces de bureaux et distinguer les objets spécialement peints.

Shakey the robot a été le premier robot mobile à usage général à avoir les débuts de l'intelligence artificielle. Alors que d'autres robots devraient être instruits à chaque étape individuelle d'une tâche plus vaste, Shakey pourrait analyser les équipes et les décomposer en parties principales grâce à un planificateur spécialement conçu.

Le projet Shakey a réuni des recherches en robotique, en vision par ordinateur et en traitement du langage naturel. Les résultats les plus notables du projet sont l'algorithme de recherche A * , la transformation de Hough et la méthode du graphique de visibilité .

Hilare

Un autre représentant intéressant des premiers robots IA est le robot mobile autonome Hilare. Hilare a été développé en 1977 au Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes à Toulouse, France. Il est considéré comme le premier robot mobile français capable de travailler de manière autonome dans un environnement inconnu, de percevoir et d'analyser le monde autour et de prendre des décisions basées sur l'analyse.


Figure - Hilare Robot ( source )

Hilare ressemble plus à un robot mobile / logistique moderne. Hilare était donc équipé de:

• capteurs à ultrasons pour détecter les objets à proximité;
• télémètre laser pour compiler une carte bidimensionnelle de l'environnement;
• odomètre pour mesurer la distance parcourue;
• quatre microprocesseurs Intel 80286 pour le traitement des données des capteurs.

Les versions ultérieures de ce robot de recherche - Hillare 2 (1990) et Hillare 3 (1999) ont conduit à des progrès significatifs dans le domaine des robots mobiles et rapproché l'apparition de dispositifs logistiques modernes.


Figure - Hilare 2 Robot ( source )

TRC Helpmate

L'un des premiers robots de messagerie à être distribué dans les hôpitaux a été le Helpmate de TRC, développé au début des années 1990. Au total, une centaine de robots ont été mis en service. Un compagnon a livré de la nourriture, des médicaments, etc. aux patients. Le principal succès du projet a été la libération du personnel qualifié des missions de messagerie. Le système était en avance sur son temps et a ouvert la voie avec succès à plusieurs systèmes de messagerie dans les hôpitaux et à l'intérieur.


Figure - TRC Helpmate ( source )

Exemples de systèmes modernes

Robots logistiques pour les environnements de production

Malgré le nombre élevé de fournisseurs de robots d'entrepôt, des robots d'entrepôt entièrement autonomes (capables de se déplacer sans préparation spéciale des locaux) sont entrés en service relativement récemment. De nombreuses entreprises se développent activement dans ce domaine.

KUKA OmniRob

Par exemple, OmniRob de KUKA (Allemagne) met en œuvre le concept d'un manipulateur mobile pour résoudre les tâches de capture et de transport de pièces et de marchandises. Le robot est une plate-forme avec un manipulateur monté avec une pince. Une caractéristique distinctive de la plate-forme sont ses roues - les soi-disant roues omnidirectionnelles , qui ont la capacité de se déplacer dans différentes directions.


Figure - KUKA OmniRob ( source )

Neobotix MM-800

Un autre manipulateur mobile MM-800 de Neobotix (Allemagne) possède un manipulateur KUKA à six étages monté sur une plate-forme mobile. Plaftorma offre une autonomie de batterie de 10 heures. Le MM-800 est utilisé dans l'usine AUDI d'Ingolstadt.


Figure - Neobotix MM-800 ( source )

Robots logistiques pour les environnements hors production

Amazon Robotics (systèmes Kiva)

Un exemple frappant de la création et de la mise en œuvre réussies de robots logistiques d'entrepôt est Kiva Systems , acheté plus tard par Amazon et renommé Amazon Robotics. L'entreprise a été fondée en 2003 et, en 2008, elle avait déjà mis en œuvre sa solution auprès de trois gros clients.


Figure - Amazon (Kiva) AGV ( source )

Les robots de l'entreprise sont des plates-formes mobiles d'une capacité de levage de 500 et 1 500 kilogrammes, équipées de capteurs infrarouges pour éviter les collisions, d'un ordinateur de bord et d'une communication sans fil avec un logiciel de gestion basé sur le cloud. Tous les robots ont des batteries à bord et doivent être rechargés une fois par heure pendant cinq minutes.

Pour résoudre les problèmes d'accélération et de simplification de la livraison des marchandises, Kiva a développé sa propre approche de l'organisation de l'entrepôt. Tous les produits sont stockés dans des racks spécialisés. Lors de la saisie d'une commande, le système trouve le robot le plus proche et l'envoie au rack avec les marchandises nécessaires. Des robots se déplacent dans l'entrepôt en suivant les codes QR placés sur le sol. Lorsque le robot atteint un point prédéterminé, il entre sous le comptoir, le soulève à l'aide d'un mécanisme à vis spécial et est amené à l'opérateur pour émettre des marchandises.

SwissLog RoboCourier

Les robots SpeciMinder et RoboCourier de SwissLog sont des plates-formes mobiles autonomes compactes qui se déplacent librement dans des environnements fixes et de laboratoire typiques. Les plates-formes sont équipées de lieux pour l'installation du fret et peuvent livrer de manière autonome des marchandises aux destinataires spécifiés.


Dessin - SwissLog RoboCourier ( source )

Les robots sont équipés d'interfaces d'intégration avec portes et ascenseurs pour se déplacer entre les pièces et les étages, d'un système de navigation laser pour une re-planification dynamique des trajectoires et en évitant les obstacles. SpeciMinder et RoboCourier peuvent fonctionner indépendamment - ils n'ont pas besoin d'un serveur de gestion, les tâches de navigation et de planification peuvent être résolues à bord des robots.

Remorqueur Aethon

Aethon (USA) propose une approche différente. Il repose sur une plate-forme mobile compacte sur laquelle des chariots peuvent être amarrés pour le stockage et le transport de divers produits hospitaliers (assiettes, médicaments, literie, échantillons de sang, produits de pharmacie, etc.). Les plates-formes peuvent s'arrimer à tous les chariots pris en charge pour réduire le trafic et augmenter l'efficacité du système (par exemple, le chariot peut être transporté par navette: une plate-forme amène le chariot à un certain point, puis un autre chariot est entraîné par une autre plate-forme). Il est allégué que plus de 500 robots fonctionnent dans environ 450 hôpitaux, qui délivrent plus de 5 millions d'accouchements par an.


Figure - Aethon TUG ( source )

Robots logistiques pour l'extérieur

De nombreuses startups développent et proposent des véhicules aériens sans pilote au sol ou volants conceptuellement similaires pour réduire les coûts et accélérer la livraison des marchandises au consommateur final. Parmi eux: SideWalk (partenariat avec DHL), Starship (créé par les ingénieurs fondateurs de Skype) et Dispatch (MIT / UPenn).


Dessins - Robots de transport Starship et Dispatch

Le vaisseau spatial peut transporter des charges allant jusqu'à 10 kg, et le Carry Dispatch peut transporter des charges allant jusqu'à 50 kg. Ces robots sont utilisés pour livrer des marchandises à moins de 30 minutes du centre de distribution local et sont capables de livrer de petits colis, des épiceries, des pizzas, etc.

Parmi le développement de systèmes de livraison utilisant des véhicules aériens sans pilote, Amazon Prime Air Delivery , Drone Delivery Canada et JD.COM peuvent être distingués. Tous, avec plus ou moins de succès, fonctionnent dans le même cas - la livraison rapide de marchandises de petite taille et de poids des magasins en ligne aux clients utilisant des véhicules aériens sans pilote. Amazon a effectué sa première livraison commerciale le 17 décembre 2016. Drone Delivery Canada développe son système de gestion et de répartition des drones dans un aéroport américain; JD.COM a commencé à livrer des marchandises dans les zones rurales dans le cadre d'une opération pilote.






Dessin - Amazon Prime Air , Canada Drone Delivery , JD.COM

Nouvelle technologie

Où chercher et dans quelle direction développer votre propre produit?

IoT

Les robots vivent dans un monde numérique, et pour leur travail plus efficace et significatif, il est nécessaire d'étendre le monde numérique au monde physique autant que possible. Les nouveaux concepts de numérisation des médias et de mise en réseau (IoT, Industrie 4.0) peuvent porter l'automatisation d'entreprise à un niveau beaucoup plus élevé.

Autonomie

L'amélioration de la productivité, de la vitesse et de la navigation entièrement autonome sans préparation spéciale de la pièce contribuera à abaisser le seuil d'entrée des clients dans le produit.

La disponibilité

La disponibilité accrue du système en raison du temps de charge réduit des robots, ainsi que l'augmentation de la fiabilité des appareils aideront à attirer les clients.

Simplicité

L'installation et la configuration rapides et intuitives, la facilité de maintenance, la facilité d'utilisation aideront à abaisser le seuil d'entrée et à attirer les clients.

Intelligence artificielle

Les robots ont déjà appris à monter seuls, mais ils rencontrent toujours des problèmes de reconnaissance des formes dans des conditions difficiles. Le développement des technologies de perception permettra aux robots de produire un cycle complet d'assemblage de commandes à partir d'entrepôts sans intervention humaine. Cela réduira le temps de préparation des commandes et le coût d'entretien de l'entrepôt.

Collaboration

La possibilité de travailler aux côtés du personnel et d'effectuer des tâches dans le même espace qu'une personne vous permet de personnaliser les processus de production et de logistique.