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Em artigos anteriores, falamos sobre o desenvolvimento do campo da robótica pelo Sberbank , robôs colaborativos e exoesqueletos . Nesta conversa sobre robôs de logística.


Foto: Sberbank

O que é um robô logístico?

A Federação Internacional de Robótica classifica os robôs de logística como um robô de serviço profissional e os chama de sistemas de logística.

De acordo com a ISO 8373: 2012 , um robô de serviço profissional é um robô que executa um trabalho útil para pessoas e equipamentos, excluindo tarefas de automação industrial, e é usado para se beneficiar da prestação de vários serviços.

Assim, o robô logístico é um mecanismo programável de acionamento móvel projetado para controlar o fluxo de mercadorias, seu transporte, processamento e embalagem. Normalmente, os robôs de logística são instalados em:

• ambientes industriais para mover objetos de todos os tipos entre máquinas, pontos de transferência ou armazéns;
• ambientes de não produção, como armazéns, centros postais e logísticos, em hospitais ou outros edifícios públicos para transporte, entrega e transferência de mercadorias;
• em áreas abertas: nos portos, aeroportos e centros de transbordo, além de superar o problema da “última milha” na entrega de mercadorias aos consumidores finais

Qual é o seu valor e útil?

Os robôs logísticos foram desenvolvidos devido ao fato de que, com a ajuda deles, é possível reduzir custos e aumentar a eficiência das empresas.

Em um ambiente industrial, os robôs podem reduzir a necessidade de trabalho humano, reduzir o número de erros cometidos por seres humanos, aumentar a segurança nos locais de trabalho e aumentar a precisão do inventário e da contabilidade de mercadorias / peças, eliminando uma pessoa de executar tarefas rotineiras e automatizando processos logísticos.

Os robôs para ambientes industriais podem ser usados ​​em empresas / manufatura flexíveis para resolver uma ampla variedade de tarefas:

• movimentação de produtos através de processos de produção, fornecendo entrega just-in-time (JIT): entrega de peças no ponto de processamento / montagem no momento certo;
• entrega de peças para montagem;
• coleta de pedidos: mover os produtos encomendados para a área de carregamento do trailer para expedição;
• entrega just-in-time (JIT): entrega de peças no ponto de processamento / montagem no momento certo;

Em ambientes de não produção, são utilizados robôs do tipo courier, que beneficiam os proprietários de empresas e seus clientes devido a:

• diminuição no tráfego do armazém;
• reduzir o risco de acidentes e congestionamentos;
• melhorar a confiabilidade da empresa como um todo e eliminar erros relacionados ao fator humano;
• aumentar a produtividade da empresa;
• aumentando a disponibilidade e a flexibilidade dos serviços, reduzindo os custos e o tempo de transporte (para clientes).

O robô de correio, como regra, executa as seguintes ações:

• detecção / detecção de objetos para transporte (às vezes usando uma pessoa pressionando o botão para ligar para o robô);
• carregamento e transporte de objetos;
• otimização e adaptação de rotas de transporte;
• classificação e contabilização de objetos (permite aumentar a precisão da contabilização de ativos materiais);
• descarga de objetos na zona de destino;

O segmento B2C responde por aproximadamente 50% do mercado total de entrega de produtos, de acordo com um estudo da McKinsey & Company . O uso de veículos de entrega não tripulados deverá reduzir pela metade os custos de envio de B2C, de acordo com o mesmo estudo. Para os clientes de serviços de comércio eletrônico, a entrega de mercadorias por robôs trará um recurso interessante - a capacidade de escolher o horário exato da entrega de mercadorias através do aplicativo da loja (se houver essa função e robôs gratuitos por perto).

No futuro, veículos não tripulados para o transporte de mercadorias reduzirão o custo dos salários para os motoristas, aumentarão a eficiência da entrega de carga devido à capacidade dos drones de continuar se movendo sem parar para descansar e aumentar a segurança do transporte, eliminando o fator humano.

Veículos de entrega não tripulados podem ser usados ​​em toda a cadeia de suprimentos para a logística diária: do "armazém do futuro" aos veículos não tripulados e veículos aéreos não tripulados para superar os problemas da última milha. Os UAVs podem realizar:

• Logística em centros de triagem: portos, aeroportos, centros ferroviários, centros aduaneiros;
• entrega de mercadorias dos locais de produção para os centros de distribuição;
• entrega de mercadorias aos consumidores finais.

Tomemos, por exemplo, o Sberbank

Anualmente, são processadas cerca de oitenta mil toneladas de notas no banco: as notas são embaladas em pacotes, os pacotes são embalados em cassetes, os cassetes são movidos de um ponto para outro e todos os movimentos são feitos por pessoas. Ao automatizar pelo menos parte do processo, você pode reduzir significativamente o custo dessas operações, aumentar a produtividade do trabalho, precisão da contabilidade e reduzir o número de erros.

Outro exemplo marcante é a entrega de correspondência e carga para funcionários e clientes do banco. Os clientes precisam entregar cartões e levar cópias em papel dos documentos assinados por eles para os centros de armazenamento. Para cada funcionário, o serviço de logística do banco entrega 20 kg de carga por mês. Dadas as características geográficas do nosso país e o grande número de filiais do Sberbank em todo o país, a tarefa de entrega precisa e ininterrupta de mercadorias se torna muito interessante para a robótica.

Por isso, os robôs de logística são uma das áreas prioritárias do Laboratório de Robótica Sberbank. No outro dia, fechamos o aparelho no acelerador corporativo (as aplicações foram aceitas, inclusive para sistemas de logística). Certifique-se de falar sobre projetos interessantes.

Condição de mercado

O mercado de robôs de logística não pode se orgulhar do volume do mercado de manipuladores industriais: em 2016, o número de sistemas de logística instalados, embora tenha crescido 34% em relação a 2015, totalizou apenas 25.444 unidades com um valor total de aproximadamente US $ 0,9 bilhão (contra 1,8 milhões de unidades de robôs industriais com um tamanho de mercado de aproximadamente US $ 13 bilhões).

Prevê-se que entre 2018 e 2020, 190.000 robôs de logística serão vendidos, com um crescimento médio anual do mercado de 25% a 30%. Ao mesmo tempo, os robôs de logística representarão 48% das vendas de todos os robôs de serviço em 2018-2020.


Figura - Vendas de robôs logísticos em 2015-2016, bem como a previsão para 2017 para 2017 e 2018-2020 ( fonte )

Os fatores que impulsionam o crescimento do mercado de robótica logística são o desenvolvimento de tecnologias de inteligência artificial, novos materiais, além de reduzir o custo dos robôs, reduzindo o custo dos componentes:

1. A inteligência artificial permite diminuir o limiar de entrada dos robôs: eles não precisam mais preparar salas de uma maneira especial, a navegação pode ser realizada sem marcadores especiais.
2. Novos materiais e o desenvolvimento de tecnologias de armazenamento de energia reduzem o tempo de inatividade dos robôs, aumentando sua atratividade.
3. A produção em massa de componentes permite que os fabricantes reduzam os preços, o que afeta positivamente o custo de toda a solução.

Histórico de desenvolvimento

Os robôs logísticos iniciaram sua procissão relativamente recentemente e muito mais tarde do que seus colegas industriais. Até recentemente, apenas os robôs industriais eram comuns. Eles não podiam se mover, eram cegos, relativamente irracionais e realizavam os mesmos movimentos várias vezes ao dia, com um alto grau de precisão e repetibilidade. Para muitos processos simples de fabricação, como soldagem ou transferência de peças, essas habilidades são necessárias. No entanto, para resolver problemas de logística, alta precisão e repetibilidade não são suficientes: o robô deve não apenas agir, mas também entender o mundo, criar comportamentos dependendo das mudanças dinâmicas do ambiente, tomar decisões da melhor maneira possível.

O robô logístico deve lidar com uma ampla gama de produtos / peças diferentes em um número infinito de combinações. Apesar da complexidade da tarefa, isso é possível se o robô puder possuir as habilidades descritas acima: sentir o mundo, construir modelos, tomar decisões e agir de acordo com as circunstâncias.

As primeiras amostras experimentais de robôs móveis inteligentes começaram a aparecer por volta da década de 1960.

Shakey

Um dos primeiros foi o Shakey the Robot , desenvolvido no Centro de Inteligência Artificial do Stanford Research Institute (agora chamado SRI International).


Figura - Robô Shakey ( fonte )

O robô estava equipado com uma câmera de televisão, um telêmetro óptico e sensores de colisão. Ele foi capaz de se movimentar nos escritórios e distinguir entre objetos especialmente pintados.

Shakey, o robô, foi o primeiro robô móvel de uso geral a ter o início da inteligência artificial. Enquanto outros robôs devem ser instruídos em cada estágio individual de uma tarefa maior, Shakey pode analisar as equipes e dividi-las em partes principais por conta própria, graças a um agendador especialmente projetado.

O projeto Shakey reuniu pesquisas em robótica, visão computacional e processamento de linguagem natural. Os resultados mais notáveis ​​do projeto são o algoritmo de pesquisa A * , a transformação Hough e o método do gráfico de visibilidade .

Hilare

Outro representante interessante dos primeiros robôs de IA é o robô móvel autônomo Hilare. Hilare foi desenvolvido em 1977 no Laboratório de Análise e Arquitetura de Sistemas em Toulouse, França. Ele é considerado o primeiro robô móvel francês capaz de trabalhar autonomamente em um ambiente desconhecido, percebendo e analisando o mundo ao redor e tomando decisões com base na análise.


Figura - Hilare Robot ( fonte )

Hilare é mais como um robô móvel / logístico moderno. Então, Hilare estava equipado com:

• sensores ultrassônicos para detectar objetos próximos;
• telêmetro a laser para compilar um mapa bidimensional do ambiente;
• odômetro para medir a distância percorrida;
• quatro microprocessadores Intel 80286 para processar dados de sensores.

As versões subsequentes desse robô de pesquisa - Hillare 2 (1990) e Hillare 3 (1999) levaram a progressos significativos no campo de robôs móveis e aproximaram o surgimento dos modernos dispositivos de logística.


Figura - Robô Hilare 2 ( fonte )

TRC Helpmate

Um dos primeiros robôs de correio a serem distribuídos em hospitais foi o Helpmate da TRC, desenvolvido no início dos anos 90. No total, cerca de 100 robôs foram colocados em operação. O ajudante entregou alimentos, remédios etc. aos pacientes. O principal sucesso do projeto foi a liberação de pessoal qualificado das atribuições de correio. O sistema estava à frente de seu tempo e abriu caminho para vários sistemas de correio em hospitais e ambientes fechados.


Figura - TRC Helpmate ( fonte )

Exemplos de sistemas modernos

Robôs logísticos para ambientes de produção

Apesar do alto número de fornecedores de robôs de armazém, os robôs de armazém totalmente autônomos (capazes de se mover sem a preparação especial de instalações) passaram a ser utilizados há relativamente pouco tempo. Muitas empresas estão se desenvolvendo ativamente nessa área.

KUKA OmniRob

Por exemplo, o OmniRob de KUKA (Alemanha) implementa o conceito de um manipulador móvel para resolver as tarefas de captura e transporte de peças e mercadorias. O robô é uma plataforma com um manipulador montado com uma pinça. Uma característica distintiva da plataforma são as rodas - as chamadas omni-wheels , que têm a capacidade de se mover em direções diferentes.


Figura - KUKA OmniRob ( fonte )

Neobotix MM-800

Outro manipulador móvel MM-800 da Neobotix (Alemanha) possui um manipulador KUKA de seis estágios montado em uma plataforma móvel. O Plaftorma fornece vida útil da bateria por 10 horas. O MM-800 é usado na fábrica da AUDI em Ingolstadt.


Figura - Neobotix MM-800 ( fonte )

Robôs logísticos para ambientes de não produção

Amazon Robotics (sistemas Kiva)

Um exemplo impressionante da criação e implementação bem-sucedidas de robôs de logística de armazém é o Kiva Systems , posteriormente comprado pela Amazon e renomeado Amazon Robotics. A empresa foi fundada em 2003 e em 2008 já havia implementado sua solução para três grandes clientes.


Figura - Amazon (Kiva) AGV ( fonte )

Os robôs da empresa são plataformas móveis com capacidade de elevação de 500 e 1.500 kg, equipadas com sensores infravermelhos para evitar colisões, um computador de bordo e comunicação sem fio com software de gerenciamento baseado em nuvem. Todos os robôs têm baterias a bordo e devem ser recarregados uma vez por hora, durante cinco minutos.

Para resolver os problemas de acelerar e simplificar a entrega de mercadorias, a Kiva desenvolveu sua própria abordagem para a organização do armazém. Todos os produtos são armazenados em racks especializados. Ao inserir um pedido, o sistema encontra o robô mais próximo e o envia ao rack com as mercadorias necessárias. Os robôs se movem pelo armazém seguindo os códigos QR colocados no chão. Quando o robô atinge um ponto predeterminado, entra embaixo do balcão, levanta-o usando um mecanismo de parafuso especial e é levado ao operador para emitir mercadorias.

SwissLog RoboCourier

Os robôs SpeciMinder e RoboCourier da SwissLog são plataformas móveis compactas e independentes que se movem livremente em ambientes estacionários e de laboratório típicos. As plataformas estão equipadas com locais para instalação de carga e podem entregar mercadorias de forma autônoma aos destinatários especificados.


Desenho - SwissLog RoboCourier ( fonte )

Os robôs estão equipados com interfaces para integração com portas e elevadores para movimentação entre salas e pisos, um sistema de navegação a laser para re-planejamento dinâmico de trajetórias e para evitar obstáculos. O SpeciMinder e o RoboCourier podem trabalhar de forma independente - eles não precisam de um servidor de gerenciamento, as tarefas de navegação e planejamento podem ser resolvidas a bordo de robôs.

Rebocador Aethon

Aethon (EUA) oferece uma abordagem diferente. Baseia-se em uma plataforma móvel compacta na qual os carros podem ser acoplados para armazenamento e transporte de vários produtos hospitalares (pratos, medicamentos, roupas de cama, amostras de sangue, produtos farmacêuticos, etc.). As plataformas podem atracar em todos os carrinhos suportados para reduzir o tráfego e aumentar a eficiência do sistema (por exemplo, o carrinho pode ser transportado por transporte público: uma plataforma leva o carrinho a um determinado ponto, depois outro carrinho é movido por outra plataforma). Alega-se que mais de 500 robôs estão em operação em cerca de 450 hospitais, que entregam mais de 5 milhões de entregas por ano.


Figura - Aethon TUG ( fonte )

Robôs logísticos para áreas externas

Inúmeras startups desenvolvem e oferecem veículos aéreos não tripulados terrestres ou voadores, conceitualmente semelhantes, para reduzir custos e acelerar a entrega de mercadorias ao consumidor final. Entre eles: SideWalk (parceria com a DHL), Starship (criada pelos engenheiros fundadores do Skype) e Dispatch (MIT / UPenn).


Desenhos - Nave estelar e expedição transportam robôs

A nave estelar pode transportar cargas de até 10 kg, e o Carry Dispatch pode transportar cargas de até 50 kg. Esses robôs são usados ​​para entregar mercadorias a menos de 30 minutos do centro de distribuição local e são capazes de entregar pequenas embalagens, mantimentos, pizza, etc.

Entre o desenvolvimento de sistemas de entrega usando veículos aéreos não tripulados, destacam -se Amazon Prime Air Delivery , Drone Delivery Canada e JD.COM . Todos eles, com graus variados de sucesso, resolvem o mesmo caso - a entrega rápida de mercadorias de pequeno tamanho e peso de lojas on-line a clientes que usam veículos aéreos não tripulados. A Amazon fez sua primeira entrega comercial em 17 de dezembro de 2016. A Drone Delivery Canada está desenvolvendo seu sistema de gerenciamento e despacho de drones em um aeroporto dos EUA; o JD.COM começou a entregar mercadorias para áreas rurais como parte de uma operação piloto.






Desenho - Amazon Prime Air , Canadá Drone Delivery , JD.COM

Nova tecnologia

Onde procurar e em que direção desenvolver seu próprio produto?

IoT

Os robôs vivem em um mundo digital e, para seu trabalho mais eficiente e significativo, é necessário espalhar o mundo digital para o físico o máximo possível. Novos conceitos de digitalização e rede de mídia (IoT, Indústria 4.0) podem levar a automação corporativa a um nível muito mais alto.

Autonomia

Melhorar a produtividade, a velocidade e a navegação totalmente autônoma sem a preparação especial da sala ajudará a diminuir o limiar para os clientes entrarem no produto.

Disponibilidade

A maior disponibilidade do sistema devido ao tempo de carregamento reduzido dos robôs, além de aumentar a confiabilidade dos dispositivos, ajudará a atrair clientes.

Simplicidade

Instalação e configuração rápidas e intuitivas, facilidade de manutenção e facilidade de uso ajudarão a diminuir o limiar de entrada e a atrair clientes.

Inteligência artificial

Os robôs já aprenderam a andar sozinhos, mas ainda enfrentam problemas com o reconhecimento de padrões em condições difíceis. O desenvolvimento de tecnologias de percepção permitirá que os robôs produzam um ciclo completo de pedidos de montagem de armazéns sem intervenção humana. Isso reduzirá o tempo de preparação dos pedidos e o custo de manutenção do armazém.

Colaboração

A capacidade de trabalhar ao lado da equipe e executar tarefas no mesmo espaço que uma pessoa permite personalizar os processos de produção e logística.