Como os robôs manipuladores móveis podem automatizar a separação de pedidos em armazéns? Um projeto de engenharia REEMAN

Como os robôs manipuladores móveis podem automatizar a separação de pedidos em armazéns? Um projeto de engenharia REEMAN

Explorando a separação de pedidos em prateleiras de armazém com uma plataforma AMR de 100 kg, braço robótico de 7 DOF e sistema de elevação vertical

Os robôs móveis autónomos transformaram a forma como os materiais se deslocam nos armazéns. Mas mover um artigo entre localizações e recolhê-lo diretamente de uma prateleira de armazenamento são dois desafios de automação diferentes.

Como pode um robô deslocar-se até uma prateleira de armazém, posicionar um braço robótico e preparar-se para recolher um artigo específico sem depender inteiramente de estações de trabalho fixas?

Esta questão tornou-se a base de um projeto de desenvolvimento de manipulação móvel que envolveu a REEMAN ROBOT e um cliente alemão de tecnologia industrial.

O projeto centra-se na integração do transporte autónomo com a manipulação robótica para apoiar a separação de pedidos em prateleiras de armazém e a movimentação de materiais industriais.

A REEMAN selecionou a sua plataforma de robô móvel autónomo (AMR)Big Dog Chassis, com capacidade nominal de carga do chassis de 100 kg, e combinou-a com umbraço robótico de 7 graus de liberdade com capacidade nominal de 5 kg, um alcance de 610 mm e um mecanismo de elevação vertical com 1.200 mm de curso.

A arquitetura resultante de Robô Manipulador Móvel reúne mobilidade autónoma, altura de trabalho ajustável e posicionamento do braço robótico. O projeto aborda também requisitos de navegação a laser, deteção 3D do ambiente, integração de visão RGB-D, seleção de garra e desenvolvimento de software.

Em vez de tratar o transporte e a separação de pedidos como operações não relacionadas, a abordagem de engenharia explora como podem tornar-se partes de um fluxo de trabalho coordenado de armazém.

Visão geral do projeto: um desafio de automação de armazém vindo da Alemanha

O projeto teve origem numa necessidade prática: permitir que um robô móvel se aproxime de diferentes locais de armazenamento e apoie a recolha de materiais das prateleiras do armazém.

O objetivo do cliente ia além da aquisição de um AMR convencional para transporte.

O sistema pretendido precisava de se deslocar entre localizações do armazém, operar junto às prateleiras de armazenamento, ajustar a altura de trabalho do braço robótico e apoiar o desenvolvimento de tarefas de recolha de objetos.

Estes requisitos conduziram a uma discussão de engenharia mais ampla sobre como uma plataforma móvel autónoma, um braço robótico, um mecanismo de elevação e um sistema de perceção devem funcionar em conjunto.

Porque é que a separação de pedidos em prateleiras de armazém é mais complexa do que o transporte autónomo de materiais?

A separação de pedidos em armazém exige que um robô interaja com objetos individuais, enquanto o transporte convencional por AMR envolve principalmente mover cargas entre localizações definidas.

Em muitos armazéns industriais, um AMR pode transportar mercadorias depois de um trabalhador ou outra máquina as ter colocado no robô.

No entanto, recolher um componente individual de uma prateleira envolve decisões adicionais.

O robô tem de determinar onde o artigo está armazenado, posicionar-se adequadamente, estabelecer a altura de operação do braço, identificar o alvo e executar um movimento de manuseamento adequado.

Para este projeto, a sequência de automação pretendida pode ser resumida da seguinte forma:

Atribuição de tarefa → Navegação autónoma → Aproximação à prateleira → Posicionamento vertical → Localização do objeto → Manipulação robótica → Transporte de materiais.

Cada etapa introduz requisitos de engenharia diferentes.

A plataforma móvel tem de chegar à localização necessária. O braço robótico tem de operar dentro do espaço disponível. O sistema de perceção tem de fornecer informações adequadas sobre o ambiente e o objeto alvo. O efetuador final tem de corresponder ao material a manusear.

É por isso que a separação de pedidos em armazém não pode ser abordada apenas com base nas especificações do braço robótico.

Todo o sistema tem de ser concebido em torno da tarefa.

Como a REEMAN selecionou a arquitetura de manipulador móvel

A abordagem da REEMAN centra-se na combinação de três capacidades complementares: movimento autónomo, posicionamento flexível do braço robótico e altura de operação ajustável.

OBig Dog Chassis fornece a base móvel, o braço robótico de 7 DOF permite a manipulação localizada e o mecanismo de elevação vertical amplia a gama de alturas de trabalho potenciais.

1. Porque usar oBig Dog Chassis?

OREEMAN Big Dog Chassis fornece uma plataforma móvel autónoma com capacidade nominal de 100 kg para integrar equipamento de manipulação robótica.

Para este projeto de separação de pedidos em armazém, a mobilidade é essencial porque as operações pretendidas ocorrem em diferentes locais de armazenamento e não numa única estação de trabalho permanentemente instalada.

A base móvel autónoma fornece a base para transportar o sistema robótico integrado até às áreas de operação designadas.

A sua capacidade nominal de carga do chassis de 100 kg é uma consideração importante na seleção do braço robótico, da estrutura de elevação, dos controladores e de outro hardware.

No entanto, a carga do chassis não deve ser confundida com a capacidade de manuseamento de objetos do robô.

Os componentes integrados contribuem para a carga transportada pela plataforma móvel. A sua massa, posições de montagem e efeitos na estabilidade têm de ser considerados durante o design do sistema.

Para aplicações em armazém, a pegada do robô móvel, o espaço de passagem disponível e os requisitos de posicionamento também são importantes.

Estas considerações influenciaram o foco do projeto na criação de uma configuração prática de manipulação móvel, em vez de simplesmente fixar um braço robótico a uma plataforma móvel.

2. Porque foi selecionado um braço robótico de 7 DOF?

Um braço robótico de 7 DOF proporciona flexibilidade articular adicional para abordar objetos a partir de diferentes posições e orientações.

O braço robótico selecionado tem as seguintes especificações:

• Graus de liberdade: 7 DOF
• Carga nominal: 5 kg
• Alcance de trabalho: 610 mm
• Repetibilidade: ±0,05 mm

Em ambientes de armazém, os materiais podem estar posicionados junto a prateleiras circundantes ou outras estruturas.

Um braço robótico necessita, por isso, de flexibilidade suficiente para ajustar a sua postura mantendo o efetuador final dentro da área de trabalho necessária.

Sete graus de liberdade proporcionam opções adicionais de planeamento de movimento em comparação com uma configuração de braço mais restrita.

O alcance de trabalho de 610 mm define o alcance nominal do braço, enquanto a repetibilidade de ±0,05 mm descreve a sua capacidade de regressar consistentemente a posições programadas.

A repetibilidade do braço robótico não é o mesmo que a precisão completa de separação de pedidos do sistema.

O desempenho de um sistema móvel de separação de pedidos depende também do posicionamento da base móvel, da localização de objetos, da calibração da câmara, da configuração do efetuador final e da integração mecânica.

Durante as discussões de desenvolvimento, o cliente solicitou comparações de opções de carga útil do braço de 3 kg, 5 kg e 10 kg.

O objetivo era avaliar os requisitos de manuseamento e os custos do equipamento antes de selecionar uma configuração adequada.

O projeto acabou por selecionar a especificação do braço robótico com capacidade nominal de 5 kg.

3. Porque é que a separação de pedidos em armazém necessita de um mecanismo de elevação vertical?

Um mecanismo de elevação vertical permite que um braço robótico opere a partir de diferentes alturas, ajudando a resolver as limitações das instalações de altura fixa.

As prateleiras de armazenamento contêm frequentemente vários níveis. Um braço robótico que consegue aceder a uma posição da prateleira pode não conseguir alcançar outra sem alterar a sua altura de montagem.

Para responder a este requisito, o projeto selecionou um mecanismo de elevação com:

• Curso de elevação efetivo: 1.200 mm
• Carga máxima da guia de elevação: 25 kg
• Precisão de posicionamento da guia de elevação: 1 mm

O sistema de elevação ajusta a posição vertical de operação do braço robótico, permitindo que o alcance de trabalho do braço seja aplicado a diferentes alturas.

Isto é particularmente relevante para aplicações que envolvem vários níveis de prateleiras.

No entanto, o envelope de trabalho final depende de mais do que o curso de elevação.

A geometria do braço robótico, a altura de montagem, as dimensões da prateleira, a posição do objeto e a folga circundante influenciam todas as posições a que o robô consegue aceder.

O cliente considerou também a colocação central do braço, a altura total do robô, a folga das portas e o potencial acesso por elevador.

Estes requisitos demonstram porque é que a elevação vertical e o design da plataforma móvel têm de ser avaliados em conjunto.

O objetivo é equilibrar o alcance operacional com as restrições físicas de um armazém industrial.

Como é que um manipulador móvel encontra e manuseia artigos de armazém?

Um manipulador móvel utiliza diferentes funções de deteção para navegação e manipulação robótica: a perceção do ambiente ajuda o robô a chegar à localização correta, enquanto a perceção de objetos apoia a localização do alvo e o planeamento da preensão.

Para a plataforma móvel, a arquitetura do projeto da REEMAN utiliza navegação a laser e deteção 3D do ambiente.

Estas tecnologias apoiam a consciência ambiental, a localização, o planeamento de trajetórias e a deteção de obstáculos.

Quando um robô chega à localização de trabalho pretendida, a manipulação de objetos requer informações adicionais.

O sistema tem de determinar a localização do objeto alvo e estimar como o braço robótico se deve aproximar dele.

Por esta razão, o cliente incluiu a integração de visão de profundidade RGB-D entre os requisitos do projeto.

Uma câmara RGB-D fornece informações de imagem e profundidade que podem ser processadas por software de visão computacional para estimar a posição de um objeto no espaço tridimensional.

Estas informações podem apoiar o reconhecimento de objetos, o planeamento da preensão e o controlo do movimento do braço robótico.

O projeto explorou também a computação acelerada por GPU para visão computacional e desenvolvimento de manipulação baseada em IA.

Estes requisitos refletem uma distinção técnica importante:

A navegação autónoma leva o robô até à tarefa. A manipulação guiada por visão ajuda o robô a interagir com o objeto alvo.

Ligar as duas funções requer uma comunicação coordenada entre a plataforma móvel, o sistema de perceção, o controlador do braço robótico e o software de aplicação.

Porque é que a seleção da garra e a integração de software são importantes?

A capacidade de um manipulador móvel de manusear diferentes objetos depende de mais do que a carga nominal do braço robótico.

O efetuador final tem de ser adequado ao peso, dimensões, forma e características da superfície do material.

Durante as discussões do projeto, o cliente avaliou soluções de garra específicas para a aplicação, incluindo configurações adaptativas de três dedos.

Estas opções são relevantes na avaliação de como manusear objetos com diferentes geometrias, como caixas, contentores e componentes industriais.

A seleção da garra tem também de ter em conta o peso do próprio efetuador final, a força de preensão necessária e o movimento de manuseamento pretendido.

A par dos requisitos mecânicos, a integração de software foi um tema importante.

O cliente manifestou interesse em acesso ao SDK Python, integração ROS, ensino por arrasto, teleoperação e na capacidade de desenvolver aplicações de IA personalizadas.

Estes requisitos de desenvolvimento influenciam a escolha de controladores, protocolos de comunicação, interfaces de software e hardware de computação.

Em vez de assumir que todas as aplicações robóticas exigem a mesma configuração de software, o projeto considera a arquitetura de software de acordo com as tarefas de manuseamento pretendidas.

Para os integradores de sistemas industriais, esta é uma consideração significativa ao planear funcionalidades futuras ou adaptar um manipulador móvel a diferentes fluxos de trabalho de movimentação de materiais.

Robô Manipulador Móvel REEMAN: especificações técnicas

A tabela seguinte resume a arquitetura selecionada e as principais especificações associadas a este projeto de desenvolvimento de separação de pedidos em armazém.

As três especificações de carga descrevem componentes diferentes.

100 kg refere-se à carga do chassis móvel, 5 kg refere-se à carga nominal do braço robótico e 25 kg refere-se à carga máxima nominal da guia de elevação.

Estes valores não devem ser somados nem interpretados como uma única capacidade de movimentação de materiais.

A arquitetura selecionada fornece uma base para o desenvolvimento de aplicações de manipulação móvel com altura de trabalho ajustável e efetuadores finais específicos para cada tarefa.

Onde podem ser utilizados os robôs manipuladores móveis?

Os princípios de engenharia explorados neste projeto são relevantes para a automação de armazéns e outros ambientes industriais onde os materiais têm de ser manuseados em múltiplos locais de operação.

Separação e recolha de pedidos em prateleiras de armazém

A separação de pedidos em prateleiras de armazém é o objetivo principal da aplicação.

Um manipulador móvel pode ser desenvolvido para se aproximar de um local de armazenamento designado, ajustar a altura de operação do braço robótico, identificar o artigo necessário através de um sistema de perceção adequado e executar uma tarefa de manuseamento apropriada.

Esta arquitetura fornece uma base para ligar a recolha de materiais ao transporte autónomo.

Manuseamento de peças industriais

Nas instalações de fabrico, pequenos componentes e materiais embalados precisam frequentemente de ser manuseados em diferentes estações de trabalho.

Um braço robótico móvel oferece uma abordagem para combinar o movimento entre estas localizações com a manipulação robótica localizada.

A configuração adequada de braço, garra e controlo depende do peso, geometria e requisitos de manuseamento dos componentes.

Transferência de materiais entre múltiplas estações de trabalho

Os layouts de fabrico contêm frequentemente equipamentos posicionados em diferentes áreas de operação.

Um manipulador móvel pode apoiar o desenvolvimento de fluxos de trabalho que envolvam posicionamento, transferência e interação com materiais em múltiplas estações.

Isto proporciona uma potencial alternativa à instalação de um braço robótico fixo separado em cada local de manuseamento.

Investigação em robótica e desenvolvimento de aplicações

Para os programadores de robótica e integradores de automação industrial, uma plataforma de manipulação móvel pode apoiar trabalho que envolva planeamento de movimento, integração de perceção, controlo de braços robóticos, coordenação de tarefas e desenvolvimento de software específico para a aplicação.

Estas capacidades são relevantes na avaliação de como os sistemas robóticos podem ser adaptados a diferentes fluxos de trabalho industriais.

Vídeo de robótica relacionado — apenas para referência

Vídeo de robótica relacionado: Veja a referência de robótica separada no YouTube

O vídeo seguinte é fornecido como uma referência de robótica separada e não mostra o projeto do cliente alemão. Os requisitos técnicos do projeto e a configuração do sistema selecionado são descritos de forma independente neste artigo.

Perguntas frequentes sobre robôs manipuladores móveis

P: O que é um robô manipulador móvel para separação de pedidos em armazém?

R: Um robô manipulador móvel combina uma plataforma móvel autónoma com um braço robótico para apoiar tarefas de movimentação de materiais em diferentes localizações. Para a separação de pedidos em armazém, o fluxo de trabalho pretendido envolve navegar até às prateleiras de armazenamento, posicionar o braço, identificar os objetos alvo e realizar operações de manuseamento de artigos. A configuração completa depende das dimensões das prateleiras, das características dos materiais e do nível de automação necessário.

P: Qual é a capacidade de carga do manipulador móvel REEMAN?

R: O projeto REEMAN utiliza a plataformaBig Dog Chassis com uma carga nominal do chassis de 100 kg. O seu braço robótico de 7 DOF selecionado tem uma carga nominal separada de 5 kg, enquanto a guia de elevação vertical tem uma carga máxima nominal de 25 kg. Estas especificações descrevem componentes mecânicos diferentes e não devem ser combinadas.

P: Porque usar um braço robótico de 7 DOF em vez de um mecanismo de manuseamento fixo?

R: Um braço robótico de 7 DOF oferece posicionamento articular flexível, permitindo diferentes configurações de aproximação dentro do alcance operacional do braço. Isto é útil para aplicações de armazém que envolvam objetos com diferentes orientações ou próximos de estruturas circundantes. O braço selecionado proporciona um alcance de trabalho de 610 mm, carga nominal de 5 kg e repetibilidade de ±0,05 mm.

P: O robô consegue manusear artigos em diferentes níveis de prateleiras de armazém?

R: O mecanismo de elevação vertical selecionado proporciona 1.200 mm de curso efetivo, permitindo ajustar a altura de operação do braço robótico. Combinado com o alcance do braço, isto apoia o desenvolvimento de tarefas de manuseamento em diferentes níveis de prateleiras. As posições efetivamente alcançáveis dependem da geometria do robô, da configuração das prateleiras, da altura de montagem e da folga disponível.

P: Como é que o robô navega e identifica objetos?

R: A plataforma móvel utiliza navegação a laser e deteção 3D do ambiente para apoiar a localização e o movimento no ambiente de operação. Para tarefas de manipulação, o projeto considerou a integração de uma câmara de profundidade RGB-D para fornecer informações sobre objetos e espaço para reconhecimento e planeamento da preensão. Estas funções abordam diferentes fases do fluxo de trabalho pretendido de separação de pedidos em armazém.

P: O manipulador móvel pode usar diferentes garras?

R: O projeto considerou efetuadores finais específicos para a aplicação, incluindo opções de garra adaptativa de três dedos. A seleção da garra depende da forma, tamanho, massa, condições da superfície e ação de manuseamento necessária do objeto. O peso da própria garra e os requisitos mecânicos também têm de ser considerados em conjunto com a carga nominal do braço robótico.

P: O manipulador móvel da REEMAN pode suportar desenvolvimento em Python, ROS e IA?

R: O acesso ao SDK Python, a integração ROS, as interfaces de controlo do braço robótico e o desenvolvimento relacionado com IA foram incluídos nas discussões técnicas do projeto. A computação acelerada por GPU também foi explorada para aplicações de visão e planeamento da preensão. O ambiente de desenvolvimento disponível e as interfaces suportadas dependem dos controladores selecionados, do hardware de computação e da configuração de software.

P: Quais são os principais desafios de engenharia ao integrar um AMR com um braço robótico?

R: Os engenheiros têm de avaliar a carga do chassis móvel, o alcance do braço robótico, o peso do equipamento integrado, o centro de gravidade, a folga de operação, o posicionamento e a comunicação entre controladores. Para a separação de pedidos em armazém, a geometria das prateleiras, o design do efetuador final, a perceção de objetos e a sequenciação de tarefas também afetam a arquitetura do sistema.

P: Como devem as empresas escolher um robô manipulador móvel para automação de armazém?

R: A seleção deve começar pela tarefa pretendida e não pela aparência do robô ou por uma única especificação. Os fatores importantes incluem o peso dos materiais, a altura das prateleiras, os requisitos de alcance, a largura dos corredores, o espaço de operação disponível, o método de separação de pedidos e as necessidades de integração de software. A REEMAN ROBOT pode avaliar estes requisitos ao desenvolver uma configuração adequada de manipulação móvel.

P: Qual é o principal valor de engenharia de combinar oBig Dog Chassis com um braço robótico?

R: OREEMAN Big Dog Chassis fornece uma plataforma móvel autónoma com capacidade nominal de 100 kg para integrar hardware de manipulação robótica. Combinado com um braço robótico de 7 DOF com capacidade nominal de 5 kg e um mecanismo de elevação vertical com 1.200 mm de curso, o sistema reúne mobilidade, altura de trabalho ajustável e manipulação robótica numa única plataforma. Esta arquitetura apoia o desenvolvimento de soluções de separação de pedidos em prateleiras de armazém, manuseamento de componentes industriais e automação em múltiplas estações de trabalho, ampliando as capacidades dos AMR convencionais para além do transporte de materiais.

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De mover materiais a manuseá-los: o próximo passo na automação de armazéns

O valor da manipulação móvel reside em combinar movimento e interação física dentro de um fluxo de trabalho industrial coordenado.

Para o requisito de separação de pedidos em armazém do cliente alemão, a REEMAN ROBOT selecionou a plataformaBig Dog Chassis e combinou-a com um braço robótico de 7 DOF e um mecanismo de elevação vertical.

A arquitetura aborda vários desafios práticos de engenharia, incluindo o acesso a diferentes alturas de prateleiras, o posicionamento do braço robótico, a perceção de navegação, os requisitos de reconhecimento de objetos e a seleção de garras específicas para a aplicação.

Mais importante ainda, o projeto destaca como os requisitos de automação de armazéns estão a expandir-se para além do transporte.

Um AMR convencional move materiais entre localizações. Um manipulador móvel fornece uma base para realizar operações adicionais após chegar ao destino necessário.

O próximo passo na automação de armazéns não é simplesmente mover materiais com mais eficiência, mas desenvolver sistemas robóticos que possam interagir com os materiais onde o trabalho tem de acontecer.

Para a REEMAN ROBOT, este projeto reflete uma abordagem de engenharia centrada em requisitos reais de aplicação e na integração de tecnologias robóticas adequadas.

A REEMAN ROBOT trabalha com integradores de automação industrial, operadores de armazém e programadores de robótica para explorar configurações de manipulação móvel adaptadas a tarefas específicas.

Está a planear um robô de separação de pedidos em armazém ou um AMR com braço robótico? Contacte a REEMAN ROBOT para discutir os pesos dos seus materiais, dimensões das prateleiras, folgas de operação, requisitos de efetuador final e necessidades de integração de software.

REEMAN ROBOT

Para além do transporte. Rumo à manipulação móvel inteligente.