Compania elvețiană ANYbotics oferă soluții pentru aplicații robotizate, care necesită cele mai avansate cerințe de mobilitate și autonomie pentru medii provocatoare și greu accesibile. Sarcinile cheie, precum conștientizarea situației, controlul mișcării sau îndeplinirea misiunii necesită o performanță masivă de calcul embedded – livrată, în acest caz – de trei module COM Express de la congatec.
Datorită progreselor înregistrate în tehnologia senzorilor și a inteligenței artificiale, roboții, care anterior erau staționari și nu conștientizau mediul în care se află, se transformă acum în roboți mobili, autonomi și inteligenți. Această evoluție oferă o serie de avantaje, precum eliberarea oamenilor de sarcini potențial periculoase sau, dintr-un punct de vedere economic, optimizarea sarcinilor repetitive în aplicații industriale. Astfel de roboți pot îndeplini în mod autonom o serie de sarcini, care anterior, necesitau forță de muncă umană, iar lista acestor sarcini se extinde semnificativ.
Dintr-o asemenea perspectivă, nu este surprinzător că aplicațiile bazate pe roboți reprezintă o piață în plină expansiune. Se așteaptă ca piața globală a roboților inteligenți să aibă o rată anuală de creștere (CAGR) de 23%1). Cu toate acestea, creșterea variază în funcție de subsegmentul specific al acestei piețe. Piața roboților autonomi, de exemplu, este de așteptat să înregistreze o creștere CAGR de peste 49,5% în următorii 5 ani2), în timp ce piața roboților destinați aplicațiilor din agricultură este prevăzută să aibă o creștere anuală (CAGR) de 22,8%, în aceeași perioadă3). Piața roboților autonomi cu aplicații în domeniul civil, inclusiv vehiculele aeriene fără pilot (UAV – Unmanned Aerial Vehicles), vehiculele terestre fără pilot (UGV – Unmanned Ground Vehicles) și vehiculele maritime fără pilot (UMV – Unmanned Maritime Vehicles) s-a maturizat deja și se așteaptă să aibă o creștere oarecum mai lentă, dar totuși la o rată destul de atractivă de 15,9%4), din 2019 până în 2025.
© ANYbotics
Utilizatorii finali ai unor astfel de roboți pot fi găsiți în domenii de activitate, precum sectorul energetic, în procese industriale, de logistică, transport, producție în medii colaborative, agricultură, minerit și multe altele. ANYbotics, cu robotul său cu patru picioare – ANYmal C – proiectat să corespundă celor mai avansate cerințe de mobilitate și autonomie întâlnite în medii extrem de provocatoare, este unul dintre dezvoltatorii care vizează aceste piețe.
ANYmal C de la ANYbotics este un robot robust, proiectat să opereze în aceleași medii ca și oamenii.
Aici sunt incluse terenuri solicitante și accidentate, de exemplu, parcuri eoliene situate în zonele de coastă, platforme petroliere sau miniere și instalații industriale cu multe obstacole existente pe traseul unei hale de producție.
Ceea ce distinge robotul mobil autonom ANYmal C de alți roboți inteligenți este că acesta îndeplinește sarcini cu un grad înalt de autonomie, în medii umane dinamice și nu doar în spații foarte bine definite, cum ar fi depozite automate sau anumite zone de producție din fabrică. Robotul reacționează la obstacolele aflate în mișcare sau care apar neașteptat în cale, precum și la schimbarea condițiilor de mediu (iluminat, ploaie, zăpadă etc.). Mai mult, adoptă un comportament de soluționare a problemei fără îndrumare externă sau pur și simplu se poate opri pentru a evita posibile accidente. În schimb, pentru a-și îndeplini cu succes misiunea, roboții mobili autonomi au nevoie să-și planifice o rută optimă alternativă către locația țintă desemnată.
© ANYbotics
Pentru a naviga în siguranță și în mod fiabil prin halele industriale, sistemele autonome robotice (ARS – Autonomous Robotic Systems) au nevoie de o gamă largă de senzori pentru colectarea și interpretarea datelor referitoare la echipamente și la mediu. Scopul final este ca aceste sisteme ‘ARS’ să îndeplinească sarcini complexe la fel ca muncitorii calificați, utilizând cele mai avansate tehnologii de mobilitate și autonomie în spații extrem de provocatoare, cum ar fi instalațiile industriale sau șantierele de construcții de mari dimensiuni. Aceasta este singura modalitate prin care roboții autonomi își pot ‘menaja’ colegii (umani) de muncă de la expunerea în medii potențial periculoase și optimiza precizia și fiabilitatea achiziției de date.
Pentru a obține date cuprinzătoare de conștientizare a situației, ARS trebuie să fie dotat cu diferiți senzori de percepție, care să permită o operare sigură. Această localizare și cartografiere simultană (SLAM – Simultaneous localization and mapping) trebuie să funcționeze chiar și în medii complexe și dinamice. În robotul ANYmal C, compania ANYbotics a introdus o gamă largă de senzori pentru navigație și planificarea traseului. Pentru detectarea obstacolelor și informațiilor despre teren, ARS este echipat cu camere optice stereoscopice pe toate părțile, pentru a oferi un câmp vizual de 360 de grade cu informații despre profunzimea de câmp. Un sistem sofisticat de detecție LiDAR (Light detection and ranging) oferă date suplimentare despre mediu, pentru navigare pe o rază de până la 100 de metri. Pentru teleoperare, precum și pentru modul de funcționare “teach-in” pentru trasee dedicate, ANYmal C este echipat în față și în spate cu două camere cu unghi larg, pentru a oferi operatorului o vedere clară. Atunci când operează în mediul exterior, ANYmal C poate dispune suplimentar de un receptor pentru sisteme globale de navigație prin satelit, precum GPS.
În afară de gama sa largă de senzori cu camere stereoscopice cu un câmp vizual de 360 de grade și LiDAR pentru cartografierea mediului, robotul poate transporta o încărcătură utilă de 10 kg de senzori suplimentari pentru inspecție. — © ANYbotics
Dar conștientizarea situației pentru localizare și cartografiere este doar o parte a sarcinii de a pune în mișcare robotul autonom cu patru picioare. O altă funcție extrem de importantă este controlul în timp real al sistemului locomotor avansat, pentru deplasare omnidirecțională, care permite robotului ANYmal C să depășească trepte înalte de până la 25 cm, să urce scări industriale cu înclinare de până la 45° și să se “strecoare” prin spații mai strânse de 50 cm.
Pe lângă sarcinile de navigație și deplasare, ANYmal C trebuie să-și îndeplinească misiunea și, în acest scop, acesta poate fi configurat să transporte o sarcină utilă alcătuită din senzori, de până la 10 kg și să aibă o autonomie de 2, până la 3 ore. Într-o primă aplicație, ANYmal C a fost optimizat pentru activități de inspecție a unor instalații industriale – interior și exterior – și pentru cercetarea altor medii solicitante. Pentru această sarcină, robotul a fost echipat cu o unitate de inspecție optică ‘pan-tilt’ formată dintr-o cameră cu zoom optic, pentru a citi măsurătorile de la indicatoarele și contoarele analogice. Totodată, robotul a fost echipat și cu o cameră termică, pentru a verifica căldura excesivă nedorită sau alte anomalii termice, care pot apărea la mașini sau alte echipamente.
Pentru detectarea scurgerilor de gaz, ANYmal C a fost echipat cu senzori de gaz, în timp ce un microfon cu ultrasunete pentru inspecție acustică putea ajuta la identificarea anomaliilor unui echipament, într-un stadiu incipient.
Pentru a executa toate cele trei sarcini în paralel, cu cea mai înaltă fiabilitate și la cea mai bună performanță, ANYbotics utilizează un design modular bazat pe două procesoare Intel i7 hexa-core și un procesor Intel i7 dual-core cu virtualizare pentru a separa continuu diferitele subtaskuri de pe nuclee. Aceste procesoare furnizează puterea de calcul pentru controlul avansat al mișcării, cartografierea în timp real și navigarea autonomă, precum și pentru alte aplicații client sofisticate. Acest design flexibil permite echilibrarea prețului și performanței pentru fiecare sarcină și servește drept bază pentru orice alte actualizări (sau modernizări) ulterioare.
ANYbotics utilizează trei module COM de la congatec pentru fiecare robot, cu două tipuri diferite de procesoare: Intel® Core™ i7 hexa core și procesoare dual core ULT, cu consum mic de putere. Pentru cartografiere, planificarea traseelor și controlul mișcării în timp real se folosesc nuclee dedicate. Pentru aplicații client personalizate, este utilizată o altă placă de procesare. — © congatec
Sistemul este ușor de utilizat, robust și complet rezistent la apă și praf (IP67). Acest design revoluționar califică ANYmal C pentru multe alte sarcini, inclusiv căutare și salvare (SAR – Search and rescue), controale de securitate, salvare după cutremure de pământ sau, pur și simplu, livrare de colete. Pentru proiectarea unității de calcul, ANYbotics folosește modulele COM Express (Computer -on-Module) de la congatec. Computerele pe modul se bucură de o mare popularitate pentru astfel de sisteme embedded, deoarece acestea sunt platforme standardizate gata de utilizare, ușor de integrat și includ toate driverele și firmware-ul necesar.
Comparativ cu proiectele complet personalizate, computerele pe modul (COM) oferă numeroase avantaje pentru roboții mobili autonomi care necesită componente de calcul embedded compacte și robuste. — © congatec
Aceste module combină toate elementele cheie, cum ar fi CPU, RAM, interfețe de mare viteză și, uneori, unitatea grafică – totul într-un singur pachet de încredere.
Un alt avantaj derivă din faptul că modulele pe computer au un factor de formă standard și sunt scalabile din ambele puncte de vedere – generație de procesoare/producători. Acest lucru oferă OEM-urilor o flexibilitate deplină atunci când își scalează și actualizează soluțiile cu cea mai recentă tehnologie de procesare, chiar și după câțiva ani. Astfel, timpul și resursele clientului vor fi alocate doar pentru proiectarea plăcii de bază (carrier) și pentru asigurarea că toate funcțiile și interfețele se potrivesc exact aplicației, fără a mai fi nevoie să se implice în proiectarea – extrem de complexă – a procesorului.
Deși modulele COM Express standardizate sunt ușor interschimbabile, serviciile și calitatea oferite de furnizorii de module pot diferi semnificativ. OEM-urile ar trebui să fie atente la costul total optim de deținere (TCO). (n.r.: În lumea competitivă de astăzi, conceptul de cost total al deținerii (Total Cost of Ownership) este important atât pentru cumpărători, cât și pentru vânzători. Acesta are în vedere costul complet, de la achiziționare până la scoaterea din uz, cum ar fi întreținerea, repararea sau asigurarea produsului). Pe lângă prețul modulului în sine, există multe alte aspecte care joacă un rol în acest sens. În primul rând, calitatea proiectării trebuie verificată pentru a se asigura că modulul oferă o foarte bună rezistență termică, mecanică și electrică. Producătorii de soluții embedded de încredere oferă o documentație extinsă de testare, pentru a dovedi conformitatea unui modul. În al doilea rând, aceste soluții embedded trebuie să fie urmate de un pachet cuprinzător de asistență, pentru toate software-urile necesare hardware-ului utilizat, în vederea simplificării sistemului de operare și integrării software-ului. Disponibilitatea pe termen lung a acestor module este un alt factor cheie pentru reducerea TCO pe termen lung. Nu în ultimul rând, serviciul de proiectare oferit de furnizorul de soluții embedded este, de asemenea, un factor important. Chiar dacă vorbim despre soluții standardizate pregătite pentru o aplicație, proiectarea și dezvoltarea necesită o cooperare strânsă între furnizor și OEM. Aici intră în joc distribuitori specializați și parteneri tehnologici, care oferă servicii de proiectare personalizate complete, precum și asistență tehnică pentru a ajuta OEM-urile să își lanseze soluția pe piață cât mai repede posibil. Compania elvețiană Fabrimex Systems este un partener de vânzări autorizat al congatec, companiile având în spate o colaborare de succes, de 7 ani. Fabrimex Systems oferă toate produsele congatec la care adaugă, pe lângă expertiza ei tehnică, componente suplimentare, servicii de inginerie și produse personalizate la nivel de sistem. Tot legat de acest aspect, ANYbotics comentează despre parteneriatul cu Fabrimex Systems și congatec: “cooperarea a fost excelentă, fiabilă și foarte distractivă”.
Clientul a apreciat atât suportul local și serviciile oferite de Fabrimex Systems, cât și portofoliul de produse congatec, inclusiv setul complet de instrumente software, documentația tehnică și linia de produse COM, care oferă un ciclu de viață al produsului de 10-15 ani și actualizarări consistente în ceea ce privește computerele pe modul (COM) și computerele pe o singură placă (SBC) pentru proiecte viitoare și upgrade-uri compatibile.
Resurse:
1) https://www.businesswire.com/news/home/20200414006063/en/Global-Smart-Robot-Market-Expected-Grow-CAGR
2) https://www.globenewswire.com/news-release/2020/03/03/1994598/0/en/The-autonomous-delivery-robots-market-is-expected-to-register-a-CAGR-of-over-49-5-during-the-forecast-period-2020-2025.html
3) https://www.marketsandmarkets.com/PressReleases/agricultural-robot.asp
4) https://www.marketwatch.com/press-release/global-autonomous-mobile-robots-market-2020-cagr-status-future-demand-growth-factor-analysis-top-key-players-regions-and-industry-size-and-forecast-to-2025-2020-04-14
Autori: Péter Fankhauser, CEO & Co-Fondator ANYbotics și Zeljko Loncaric, Inginer de marketing congatec AG
Despre autori:
Dr. Péter Fankhauser este cofondator și CEO al startup-ului elvețian, ANYbotics din Zurich, unde dezvoltă roboți autonomi pentru medii dure, precum robotul ANYmal. În timpul doctoratului la ETH Zurich, Péter a dezvoltat strategii de cartografiere, planificare și control pentru ca roboții cu picioare să urce pe teren accidentat.
Zeljko Loncaric este inginer de marketing la congatec AG din Deggendorf (Germania). Înainte de a se alătura echipei congatec, la mijlocul anului 2010, a ocupat diverse funcții de management, marketing și vânzări în cadrul unor companii internaționale din Germania și Australia. Zeljko, deține un MBA în managementul afacerilor și o diplomă în Tehnologie Media la Universitatea din Deggendorf.
