ボストン・ダイナミクスのストレッチにより、モバイルロボットがイントラロジスティクス技術の最前線に立つ

Dec 20, 2023

マイク・サントラ著 | 2023 年 4 月 27 日

ボストン ダイナミクスは、自律性、柔軟性、安全性に重点を置き、ロボット工学の専門知識をベッコフの自動化および統合安全技術を備えた商用ロボット ソリューションに応用しています。

ボストン ダイナミクスは、アプリケーションをアンロードするための自律移動式ケース処理ソリューションとして、Stretch™ を設計しました。 (© ボストン ダイナミクス、2023)

イントラロジスティクス業界が加速するにつれ、モバイルロボットの重要性はさらに高まるでしょう。 多くのソリューションでは、カートンやトートバッグを地点 A から地点 B に移動します。パレタイズやデパレタイズのためにカートンをコンベヤーから持ち上げたり、セミトレーラーや輸送用コンテナから持ち上げたりするときに制限が生じます。 倉庫と配送センターの要件をより適切に満たすために、ボストン ダイナミクスはストレッチと呼ばれる革新的なロボット ソリューションを開発しました。 荷降ろし用途向けの自律移動式ケースハンドリング ソリューションは、ロボティクス リーダーの 30 年にわたる研究開発と、ベッコフの自動化および統合安全技術を組み合わせたものです。

この業界のニーズを満たすためにゼロから設計されたストレッチは、あらゆる方向に安全に移動し、スロープやその他の障害物を移動できる、コンパクトで操作性の高いベースを備えています。 認識マストは、高度なコンピューター ビジョンを使用して、迅速かつ正確な症例検出を実現します。 ストレッチを際立たせているのは、7 自由度を備えた専用のロボット アームと、認識システムと連携して可能な限り幅広いカートンのセットを操作する適応型真空グリッパーです。 大容量バッテリー オプションにより、2 つのシフト全体にわたってストレッチに電力を供給し、継続的で柔軟な荷降ろしをサポートできます。

ボストン ダイナミクスの他のロボット設計と同様に、Stretch は、製造業や倉庫業における退屈で汚れていて危険なアプリケーションを管理するのに役立ちます。Stretch のハードウェア エンジニアリング担当テクニカル ディレクターの Matthew Meduna 氏は次のように説明します。「Spot® ユーザーは、効果的に自動化するロボットを持つことに大きな価値を見出しています。産業機器の検査、有害ガスの検知、人体に危害を及ぼさないようにする不審な荷物の調査などのタスク同様に、Stretch にとって、トレーラーの荷降ろしなど、倉庫や 3PL 施設に人員を常駐させることが難しいタスクを自動化することには、信じられないほどの価値があります。 。」

ストレッチ開発チームは人の安全を第一に考えていますボストン・ダイナミクスはストレッチにいくつかのゴールを決めた。 ロボットは、環境の変化や要件の処理にインテリジェントに反応する自律性を提供する必要がありました。これが市場におけるもう 1 つの重要な差別化要因です。 イントラロジスティクスにおいて重要な顧客価値を提供するには、ボストン ダイナミクスの他のプラットフォームの世界クラスの操作機能を拡張する必要がありました。 そして、一日を通して仕事から仕事へと自律性と操作機能をもたらす機動性を提供する必要がありました。 しかし、これらの機能を高いシステム可用性で実現するには、Stretch ソリューションが怪我や損傷を防ぐ堅牢な安全機能を提供する必要がありました。

「私たちは、ロボットに必要なさまざまなタイプのセンサーと安全機能をすべてサポートし、イーサネット上のブラックチャネル安全通信プロトコルの信頼できるサポートを提供するソリューションを見つける必要がありました」とメドゥナ氏は言います。 「ベッコフは、TwinSAFE 統合機能安全技術と機械制御技術を完璧に適合させました。」

大容量バッテリー オプションは、Stretch に最大 16 時間電力を供給し、継続的で柔軟なアンロードをサポートします。 (©Foreword LLC、2023)

ボストン ダイナミクスのエンジニアリング チームは、2019 年のストレッチ設計の初期段階で、地域セールス エンジニアのブライアン バックを含む地元のベッコフの専門家と協力し始めました。「ベッコフが提供する柔軟性と幅広いオプションが、ボストン ダイナミクスが当社の製品を使用することを選択した決め手となりました。」制御と安全性のトータル ソリューションの一部として、ロボット内外の両方のテクノロジーを活用しています」と Buck 氏は付け加えました。TwinSAFE は、TÜV 認定の信頼できる Fail Safe over EtherCAT (FSoE) 標準を活用しており、安全状態の移行も可能にします階層型安全アーキテクチャの Wi-Fi 経由で。 FSoE は、ブラック チャネル アプローチを使用して、標準の EtherCAT 産業用イーサネット システム経由で安全データを通信します。 EtherCAT の利点 – リアルタイム通信、トポロジの自由な選択、1 つのネットワーク上の最大 65,535 ノード、広範な診断など – を安全システムで利用できます。 TwinSAFE ソリューションは、ケーブル配線、安全スイッチの配線、さまざまなソフトウェア パッケージの管理を削減し、安全システムの実装を簡素化します。

また、ストレッチはベッコフの TwinSAFE SC (シングル チャネル) を通じてアドバンテージを獲得します。 これにより、移動ロボットの安全な位置と安全な速度のための標準アナログ信号の追加が可能になります。 TwinSAFE SC は、制御タスクと安全タスクの両方の標準信号をサポートし、機械がカテゴリ 3、パフォーマンス レベル d までの安全レベルを達成できるように支援します。 さらに、専用のセーフティエンコーダは必要ありません。 代わりに、標準エンコーダを、SSI インターフェイス、Sin/Cos、EnDat 2.2、インクリメンタル エンコーダ RS422、インクリメンタル エンコーダ 24V HTL などの TwinSAFE SC エンコーダ入力信号タイプのすべての製品とともに使用できます。

標準化、合理化、そして何よりも安全各ストレッチ ロボットは、内部に CX5130 組み込みコントローラを備えており、システムを監視し、フリート管理のために別の PC と通信します。 「CX5130は、ロボットが動作を許可するのに十分な安全な環境にあるかどうかを判断し、制御ソフトウェアからの要求に応じて配電ゾーンを作動させ、ブレーキを解除します」とメドゥナ氏は言う。 いくつかの EtherCAT ターミナルに加えて、EL1918、EL2912、EL2904 などの TwinSAFE および TwinSAFE SC ターミナルは安全機能を処理します。 これらは、ロボット アームの関節や車輪の速度と角度を監視するために重要です。 2 つのシングルチャネル エンコーダ インターフェイスで位置データの精度を検証します。SSI 用の EL5001-0090 と、差動信号 (RS422) または TTL シングルエンド信号を備えたインクリメンタル エンコーダ用の EL5101-0090 です。

リモート フリート管理パネルは、同様のラインナップの EtherCAT および TwinSAFE モジュールを備えた CX8190 組み込みコントローラを使用して、作業ゾーン全体の安全を確保します。 これらは、非常停止、安全 I/O、カートまたはコンベアの検出、ドックまたは海岸ケーブルの検出からの入力を読み取ります。 「この制御セットアップは、Stretch が動作しているセルの周囲の安全通信を処理します」と Buck 氏は説明します。 「スタックライト制御に加えて、これらのテクノロジーにより、フリート管理者はローカル Wi-Fi ネットワーク経由でストレッチ ロボットの安全状態をワイヤレスで制御できるようになります。たとえば、非常停止が押された場合や人が作業ゾーンに入った場合などです。 , ストレッチはセーフモードになります。」

Beckhoff の TwinCAT 3 自動化ソフトウェアは、安全アプリケーションのためのエンドツーエンドのエンジニアリング環境とランタイムを提供しました。 ボストン ダイナミクス チームは、PLC と安全ロジックのプログラミングに TwinCAT を利用し、リアルタイム イーサネット通信を使用してソリューション内の他のコンピューターと UDP を通信しました。 TwinCAT を使用すると、エンジニアは、利用可能な IEC 61131-3 言語とそのオブジェクト指向拡張機能、関数ブロック、Microsoft Visual Studio® のコンピューター サイエンス標準など、最も使い慣れた言語、またはプロジェクトに最適な言語でプログラミングできます。 「これらの標準のサポートにより、自動化コンポーネントの大規模なエコシステムを検討できるようになります」と Meduna 氏は言います。 「統合ソリューションの開発を続ける上で、これは非常に重要です。」

モバイル ロボットはトラックに積んで ROI を実現しますストレッチの商用発売は 2022 年初頭に行われ、市場の他のモバイル ロボットとの明確な差別化が図られました。 ストレッチはトラックや輸送用コンテナを自律的に降ろすことができ、信じられないほど柔軟です。 強力な真空グリッパーと高度なビジョン システムを備えたこのロボットは、SKU 番号の事前プログラミングや箱のサイズ情報を必要とせずに、最大 50 ポンドまでのさまざまな種類のパッケージを処理します。 荷降ろしプロセス中に移動したり落下したパッケージを自律的に回収することもできます。Beckhoff の堅牢なポートフォリオと、セールスおよびアプリケーション エンジニアからの信頼できるサポートが、発売の成功を確実にしました。 ベッコフの多種多様なデバイスとオプションにより、ボストン ダイナミクスは非常に短期間でストレッチ ロボットの機能安全範囲を迅速に強化することができました。 「これにより、新しい設計変更に機敏に対応できるようになり、さまざまな既製のセンサーやコンポーネントをサポートできるようになりました」とメドゥナ氏は言います。

オートメーションとロボット工学の専門家がボストン ダイナミクスのテスト施設に集まります: (左から) ベッコフのイントラロジスティクス産業アプリケーション スペシャリスト、ギルバート ピーターセン氏。 ブライアン・バック氏、ベッコフの地域セールスマネージャー。 Matthew Meduna 氏、ボストン ダイナミクス社ストレッチ社ハードウェア エンジニアリング担当テクニカル ディレクター。 エリック・ランドリー氏、ボストン・ダイナミクス社サプライチェーン担当ディレクター。 Beckhoff 社のグローバル マテリアル ハンドリングおよびイントラロジスティクス マネージャーである Doug Schchart 氏は次のように述べています。 (©Foreword LLC、2023)

今後、ボストン ダイナミクスは、幅広いベッコフ テクノロジーを使用して、独自の顧客アプリケーションを最適にサポートし、ロボティクス テクノロジーの進化に伴い最大限の安全性と信頼性を確保する予定です。 「私たちは、実世界のアプリケーションで人々を支援するロボットの能力を高めるために、常に新しいソフトウェア、ハードウェア、システムの改善を開発およびリリースしています。」と彼は付け加えました。 「イノベーションは当社の生命線です。ボストン ダイナミクスは、高度なモバイル ロボットの 30 年近くにわたる研究開発に基づいて構築されており、その努力はストレッチのような市販製品として結実しています。」

ボストン・ダイナミクス: ロボット工学革命 - 繰り返しボストン ダイナミクスは、多くの業界で最も困難な課題に取り組むことができる高機動ロボットの開発と導入における世界的リーダーです。 1992 年に Marc Raibert によって設立された Boston Dynamics は、MIT Leg Lab からスピンアウトし、現在では高度な可動性、操作性、知覚を備えたロボットの開発で 30 年の経験を持っています。 同社の中核的な使命は、人々の生活を豊かにする優れたロボット技術を想像し、創造することです。 現在、同社のポートフォリオには、Stretch に加えて、Spot (産業検査、公共安全、学術、その他の用途向けに設計された 4 脚ロボット) と、世界で最も先進的なヒューマノイド ロボット Atlas が含まれています。 ボストン ダイナミクスのロボット設計は、人間や動物の高度な動きを意図的に模倣し、他のロボットが行けない場所にも行けるようにしています。

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