Anritsu Corporation
Avtor: Tomohide Yamazaki, Pomočnik direktorja, Anritsu Corporation
Avtonomni transportni roboti, zlasti avtomatizirana vodena vozila (AGV) in avtonomni mobilni roboti (AMR), hitro pridobivajo na pomenu v proizvodnem in logističnem sektorju, kar je posledica potrebe po reševanju pomanjkanja delovne sile in povečanju produktivnosti z razvojem pametnih tovarn.
V proizvodnem sektorju je primer uporabe avtomatiziranih transportnih robotov za premikanje delov in končnih izdelkov med linijami v avtomobilskih tovarnah. V logističnem sektorju se AMR uporabljajo za pobiranje določenih artiklov s polic v distribucijskih centrih za e-trgovino in njihov prevoz do pakirnih območij, pa tudi v sistemih v skladiščih, kjer se palete in kontejnerji avtomatsko prevažajo.
AGV-ji sledijo vnaprej določeni poti z uporabo linij za vodenje, magnetnega traku, dvodimenzionalnih kod ali laserjev. Ob zaznavanju ovire se ustavijo s pomočjo senzorjev, kot so kamere in LiDAR. Tipične uporabe vključujejo prevoz delov znotraj tovarne in med proizvodnimi linijami, kot tudi avtomatiziran prevoz palet in zabojnikov v skladiščih.
AMR-ji ne potrebujejo usmerjevalne poti, saj samostojno določajo svojo pot z uporabo samodejnega določanja lokacije in generiranja zemljevida za navigacijo na podlagi podatkov, ki jih prejmejo od senzorjev. AMR-ji uporabljajo tehniko, imenovano simultana lokalizacija in kartiranje (SLAM), za zbiranje teh podatkov iz senzorjev, kot so LiDAR in kamere. AI se lahko uporabi za dinamično optimizacijo poti, odzivanje na ovire z navigacijo okoli njih in učinkovito upravljanje logistike. Poleg prevoza delov in palet AMR-ji ponujajo tudi dodatne funkcije, kot so pobiranje in sortiranje delov, kar dodatno zmanjša potrebo po človeški delovni sili in odpravlja napake operaterjev.
Brezžična komunikacija v avtomatskih transportnih robotih
AGV-ji in AMR-ji uporabljajo različne brezžične tehnologije, kot so Bluetooth®, brezžični LAN in LPWA (low power wide area) omrežja za pridobivanje podatkov od senzorjev in nadzornih informacij. Z izkoriščanjem brezžične komunikacije je mogoče doseči zelo natančno in zanesljivo pozicioniranje, kar prispeva k preprečevanju prekinitev procesov in nesreč med prevozom. Poleg tega se zdaj za uporabo v AMR-jih uvajajo zelo zanesljive 5G in zasebne 5G tehnologije. V naslednjih poglavjih so predstavljene značilnosti posameznih tehnologij brezžične komunikacije.
Bluetooth tehnologija se uporablja za komunikacijo na kratke razdalje s senzorji, ki ustvarjajo le majhne količine podatkov. Brezžični Bluetooth moduli, ki se običajno uporabljajo za prenos kontrolnih programov in diagnostičnih podatkov, se odlikujejo po nizki porabi energije in nizki ceni. Bluetooth v5.0 in novejše različice so dodale funkcije, kot so komunikacija na dolge razdalje in natančno pozicioniranje v notranjih prostorih.
Brezžična LAN omrežja se pogosto uporabljajo v pametnih tovarnah in skladiščih. Podpora za visoke hitrosti prenosa podatkov (do 30 Gbps v primeru Wi-Fi 7) jih naredi primerne za prenos podatkov v realnem času, kot so slike in informacije o položaju, med avtomatskimi transportnimi roboti in njihovimi krmilnimi sistemi, pa tudi za daljinsko upravljanje in posodobitve programske opreme. Vendar pa je pas 2,4 GHz, ki ga uporabljajo brezžična LAN omrežja, skupen z drugimi brezžičnimi napravami, na primer tistimi, ki delujejo v pasu ISM, zato obstaja veliko tveganje za radijske motnje med napravami. Da bi premagali to težavo, proizvajalci prehajajo na uporabo pasov 5 in 6 GHz.
Tehnologije 5G in zasebne 5G ponujajo prednosti, kot so gosto pokritje širokega območja in odlična odpornost proti motnjam. Omogočajo tudi nemoteno predajanje in upravljanje mobilnosti med več brezžičnimi dostopnimi točkami, s čimer zagotavljajo neprekinjeno komunikacijo. Poleg tega ultra zanesljiva komunikacija z nizko zakasnitvijo (URLLC) v 5G in zasebnem 5G omogoča zelo zanesljivo komunikacijo z nizko zakasnitvijo in visoko prepustnostjo s sistemi, kot so programirljivi logični krmilniki (PLC), ki nadzorujejo opremo proizvodne linije, in sistemi za upravljanje skladišč (WMS), ki upravljajo prihajajoči in odhajajoči tovor, materiale in izdelke v skladišče in iz njega, ter upravljanje zalog.
LPWA se uporablja za zbiranje majhnih količin podatkov, običajno med senzorji in merilniki, na velike razdalje več kilometrov, z nizko porabo energije in hitrostjo prenosa podatkov okoli 1 Mbps. Mobilni LPWA, kot sta LTE CAT.M1 in NB-IoT, uporablja bazne postaje mobilnih telefonov, medtem ko nemobilni LPWA, vključno z LoRaWAN in Sigfox, uporabljata predvsem namenske dostopne točke.
Besedna znamka in logotipi Bluetooth® so registrirane blagovne znamke v lasti Bluetooth SIG, Inc. Vsakršna uporaba teh znamk s strani Anritsu je pod licenco.
Izzivi, s katerimi se soočajo brezžične komunikacijske naprave
Čeprav so komercialni moduli za brezžično komunikacijo na splošno skladni z vsemi ustreznimi standardi in predpisi, se njihova praktična zmogljivost lahko znatno razlikuje, ko so vgrajeni v avtomatskega transportnega robota. Na njihovo delovanje lahko vplivajo dejavniki, kot so kovinsko okolje, dinamične spremembe v brezžičnem okolju in motnje iz opreme komponent, ki se nahajajo v okolici. Ti izzivi lahko med uporabo povzročijo nestabilno brezžično komunikacijo. Zato je ključnega pomena, da se preveri, ali brezžični modul deluje pravilno, ko je vgrajen v avtomatski transportni robotski sistem.
Elektronske komponente, kot so napajalni tokokrogi, inverterji, procesorji, zasloni in brezžični moduli, ki so del avtomatskega transportnega robota, so lahko tudi viri šuma in tako povzročajo radijske motnje znotraj robota. Ta pojav, pri katerem šum, ki nastaja znotraj naprave, negativno vpliva na kakovost brezžične komunikacije, se imenuje „“avtointoksikacija“ ali „intra-EMC“. To lahko vodi do izgube podatkov, zamud v komunikaciji in v najslabšem primeru do prekinitev komunikacije, kar lahko povzroči motnje v delovanju sistema. Zato je bistveno, da se v prototipni fazi avtomatskih transportnih robotov preveri delovanje RF oddajnika in sprejemnika ter splošna kakovost brezžične komunikacije.
Ker se standardi brezžične komunikacije razlikujejo glede na državo in regijo, morajo avtomatski transportni roboti ustrezati lokalnim standardom. Poleg tega je zaradi razlik v razpoložljivih radiofrekvenčnih pasovih za 5G in brezžična LAN-omrežja med državami/regijami potrebno certificiranje, da se dokaže skladnost z lokalnimi zakoni in predpisi. Zato je treba opraviti testiranje na podlagi parametrov za vsak komunikacijski standard in frekvenčni pas, kot so zmogljivost prenosa in občutljivost sprejema. Glede na zapletenost tega procesa obstaja potreba po načinu za samodejno in s tem učinkovitejše izvajanje testiranja.
EMC in motnje v tovarnah in skladiščih
Elektromagnetni šum, ki ga povzročajo naprave v tovarnah in skladiščih, ter odboj in zastiranje radijskih valov s kovinskimi in drugimi predmeti lahko povzročajo motnje, ki prihajajo po več poteh in slabljenje moči radijskih valov, s čimer se poslabša kakovost brezžičnih komunikacij. Poleg tega lahko radijske motnje, ki izvirajo izven tovarne ali skladišča, poslabšajo komunikacijo in potencialno povzročijo motnje v delovanju robotov.
Da bi zmanjšali izgubo kakovosti komunikacije, je potrebno popolno razumevanje radijskega okolja, tako znotraj kot zunaj, kar zahteva preverjanje prisotnosti motenj. Če se zaznavajo neželeni radijski signali, je treba identificirati njihove vire in jih odpraviti. Poleg tega je treba upoštevati tudi zamude v komunikaciji, ki jih povzročajo drugi dejavniki, ki niso radijski signali. Ti vključujejo nepravilnosti v komunikacijskih usmerjevalnikih, stikalih in avtomatskih transportnih robotih, nameščenih v tovarnah in skladiščih.
Testiranje med razvojem in proizvodnjo
Anritsu ponuja testno opremo za oceno RF zmogljivosti vseh vrst brezžičnih komunikacij, vključno z brezžičnim LAN, Bluetooth, 4G/LTE in 5G. Spektralni analizatorji so idealni za preiskovanje šuma in radijskih motenj v napravah, medtem ko se vektorski omrežni analizatorji uporabljajo za oceno komponent, kot so antene in kabli. Anritsu-jev Bluetooth Test Set MT8852B je posebej zasnovan za preverjanje RF TRx značilnosti in povezljivosti Bluetooth naprav.
Poleg tega za testiranje brezžičnih komunikacijskih naprav na proizvodnih linijah Anritsu-jev univerzalni brezžični testni komplet MT8870A podpira različne standarde, vključno z 5G NR sub-6 GHz, NB-IoT in Wi-Fi. Za 5G njihova radijska komunikacijska testna postaja MT8000A ponuja funkcijo emulacije bazne postaje za RF-meritve, testiranje protokolov in testiranje aplikacij. Podpira tudi milimetrska valovna pasova FR1 in FR2. Poleg tega njihov radijski komunikacijski analizator MT8821C olajšuje RF TRx-testiranje za razvoj modulov LTE, CAT.M1 in NB-IoT.
Spremljanje in iskanje motilnih signalov
Motnje in interferenca radijskih signalov niso nujno stalno prisotne. Zato je treba zajeti prehodne in trenutne spremembe v radijskih valovih. Anritsu ponuja Field Master Pro MS2090A spektralni analizator v realnem času za zaznavanje prisotnosti motenj. Brezhibno pokriva frekvenčni pas 9 kHz – 54 GHz in lahko zajame prehodne in trenutne spremembe v RF okolju, da identificira nepravilnosti.
Za zaznavanje motenj in interferenčnih signalov so potrebni trije koraki. Prvi je ugotoviti prisotnost motenj ali interferenc. Pri tem se v realnem času izmerijo frekvenca, moč in pogostost pojavljanja teh neželenih signalov, vključno s trenutnimi in občasnimi signali. Drugi korak vključuje oceno območja, na katerega vplivajo neželeni radijski signali, z merjenjem okolice in kartiranjem moči teh neželenih signalov. Zadnji korak je ugotovitev vira in lokacije teh neželenih radijskih signalov s pomočjo spektralnega analizatorja, polarimetra in prenosne usmerjene antene.
Drugi ključni test vključuje preverjanje zakasnitve komunikacije in prepustnosti podatkov. Network Master Pro MT1000A je Ethernet tester, ki podpira 10/100/1000M do 100G Ethernet. Z uporabo strojne obdelave brez zanašanja na moč CPU je mogoče natančno oceniti kazalnike komunikacijske zmogljivosti, vključno s prepustnostjo, izgubo paketov, zakasnitvijo (latenco) in nihanjem paketov, na vseh brezžičnih LAN napravah.
Trendi v prihodnosti
Avtonomni transportni roboti se hitro razvijajo zahvaljujoč napredku v 5G tehnologiji, umetni inteligenci in močnejši integraciji z IoT napravami, kot so senzorji v tovarnah in skladiščih. Z nizko zakasnitvijo in stabilno komunikacijo bo 5G izboljšal koordinacijo med več roboti in natančnost daljinskega upravljanja robotov. Napredek na področju umetne inteligence, interneta stvari, tehnologije senzorjev in izogibanja oviram prav tako izboljšuje varnost sobivanja ljudi in robotov. V prihodnosti se pričakuje, da bodo roboti uporabljeni v cestnem in celo zračnem prometu. Trenutno razvijalci po vsem svetu izvajajo demonstracijske teste, da bi ocenili njihovo učinkovitost in rešili praktične izzive.
Obseg industrijskih aplikacij se širi in vključuje ne le logistiko in proizvodnjo, temveč tudi na kmetijstvo in medicino. Kmetijski sektor na primer uporablja transportne robote za spremljanje, žetev in setev pridelkov. V prihodnosti bodo transportni roboti povezani z IoT napravami, kot so senzorji temperature, vlažnosti in vode, ter bodo delovali avtonomno, da bi prihranili delovno silo in izboljšali učinkovitost.
Zaključek
Ker se avtomatizacija vse bolj uporablja v tovarnah in dobavnih verigah za zmanjšanje stroškov dela in izboljšanje učinkovitosti, je nastala potreba po zelo zanesljivih komunikacijskih tehnologijah z nizko zakasnitvijo. Anritsu se odziva na te potrebe z zagotavljanjem najsodobnejših testnih rešitev, s čimer pomembno prispeva k rasti trga in tehnološkim inovacijam. V prihodnosti bo Anritsu še naprej reševal izzive na terenu kot partner, ki podpira industrijsko avtomatizacijo in vedno večjo učinkovitost.
