産業用LiDARとは？

LiDAR技術は、重要なオペレーションプロセスの最適化、自動化による効率化、衝突回避による安全性の向上により、マテリアルハンドリングから工場、物流、港湾、鉱業、農業に至るまで多くの産業を急速に変化させつつあります。これは、私たちが 産業用LiDARです。産業用オートメーションは、現在LiDARの最大の成長分野の1つであり ABIリサーチは、スマートスペース、セキュリティ、および産業分野でのLiDARセンサーの総設置台数は、2030年までに1600万台に達すると推定しています。

ここでは、この技術の仕組みを理解した上で、その応用例を探ってみましょう。

産業用LiDARはどのように機能するのですか？

LiDAR（Light Detection and Ranging）とは、その名の通り、レーダーに相当する光技術です。LiDARは、高速の光パルスをターゲット（風景やその周辺の物体）に向けて照射し、その光が戻ってくるまでの時間を測定します。そのデータから距離を算出することができます。1本のレーザーを回すことで、2次元の点群データを作成することができます。 複数のレーザーを使えば、3次元の点群データを作ることができます。この点群データは、例えば自律走行車のナビゲーションのための地図作成に利用できますが、後述するように、多くの産業用途にも利用できます。しかし、すべてのLiDARが同じというわけではありません。クアナジーは、次世代技術で産業分野におけるLiDARのアプリケーションを変革しています。

LiDARをビジネスに活用するには？

産業用ロボットソリューション

産業用移動ロボットは、何十年も前から倉庫で使用されています。最初は床に沿ってワイヤーを追いかけ、後にシールを貼るようになりました。これは、インフラを整えるのに多くの時間を要し、柔軟性もありません。経路が決まっていて、ロボットは常にその決まった経路を移動するのです。そこで、15～20年前に一部の企業がリフレクター付きのLiDARを使い始め、この「ビーコン」から位置を三角測量することができるようになったのです。これによって、ロボットの位置をリアルタイムに把握できるようになりましたが、この方法ではまだ多くのセットアップとキャリブレーションが必要でした。現在では、2次元LiDARを用いて、自然の特徴から環境や場所そのものを地図にすることができるようになりました。このソフトウェアは、以下のように呼ばれています。 SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）と呼ばれるソフトウェアです。と呼ばれるソフトウェアで、インフラを設置することなく、セットアップや試運転の時間を大幅に短縮することができます。 2次元LiDARの課題は、ロボットが環境をインテリジェントに理解する能力です。ロボットは自分のいる場所を知っていますが、箱や人が目の前にあるかどうかは理解していないのです。クアナジー社の次世代LiDARを使えば、ロボットは自然な特徴ナビゲーションができるだけでなく、周囲の潜在的な物体や危険を察知し、それが何であるかを分類し、障害物を避け、代わりにもっと良い道を選ぶことができる。3D知覚は崖の検出も可能にし、ロボットがローディングドックの崖を知覚して崖から落ちないようにすることができます。

さらに、3D LiDARを使えば、複数のロボットが同じエリアを移動する場合、他のロボットが通過するのを停止して待つのではなく、別の道を選択するなど、よりスマートで効率的な判断を下すことができ、効率と安全性の両方を向上させることができます。3次元LiDARは、常に正確に物体を識別・分類し、その物体が何であるかに基づいてインテリジェントな決定を下すことを可能にします。このような3Dシステムは、コンピュータのリソースを圧迫することも、莫大なコストがかかることもなく、ますます身近になってきています。

また、ロボットのインフラを整えるのに何週間も何ヶ月もかかっていたのが、1時間以内に倉庫全体をマッピングしてロボットを配備することが可能になりました。ロボットは自分の居場所を即座に知ることができます。ロボットは、同時にローカライズを行う SLAMナビゲーション新しい環境をマッピングしています。倉庫でこのようなロボットの艦隊を想像してみてください。彼らは常にこのマップを更新し、それを共有しているのです。このテクノロジーは非常に便利なので ABIリサーチは、SLAMを搭載した自律移動ロボットの設置台数は、2030年までに1,500万台を超えると予測しています。

産業用倉庫の自動化ソリューション。

タグフリーのアセットトラッキング。倉庫では、リアルタイムで移動する資産を追跡する必要があります。従来は、バーコードやRFID、BLE、Wi-Fi、UWB（超広帯域タグ）など、さまざまなタグシステムを用いて追跡してきました。これらのタグには、それぞれ限界があります。最も明らかなのは、追跡したい対象物にタグを取り付け、交換用の電池をすべて維持する必要があることです。また、広い倉庫内では多くのリーダーを設置しなければ、必要な範囲をカバーすることができません。また、倉庫内はスチール製の棚が多いため、無線タグの精度に問題があります。 

しかし、私たちのLiDARは人、フォークリフト、移動ロボットなど、すべての移動資産をタグなしで、リアルタイムで高精度に追跡することができます。現在、このような技術は他にありません。クアナジーは「タグなし資産追跡™（TfAT）」という概念を作り上げました。

オートメーション・ストレージ＆リトリーバル（ASRS）。

倉庫の自動化技術のもう一つの側面は、長い棚の列からロボットがピッキングするASRS（Automatic Storage & Retrieval System）である。これは、ロボットが長い棚の列からピッキングを行うシステムです。コンピュータのソフトウェアが、ロボットがどこに行けば商品を取り出せるかを指示します。すべてが完璧に行われれば、それは良いシステムです。しかし、ロボットがパレットを完全に戻さなかったり、箱がロボットの前に落ちてきたりしたらどうなるでしょうか。このような場合にも、LiDARを使ってその状況を検知し、ロボットにダメージを与えないようにすることができます。

ビン・ピッキング

ビン・ピッキングもLiDARが役立つ分野です。. 大手倉庫に行ったことがある人なら、作業員が手作業でビンを選んでいるのを見たことがあると思います。作業員がボタンを押すことで、正しいビンから商品を取り出したことを確認するのです。このようなシステムを構築するには、費用と時間がかかります。Quanergyの技術はこれを改善します。 倉庫自動化システムLIDARスキャナーを使用して、すべてのビンの前面に仮想ゾーンを作成することで、この倉庫自動化システムを改善しました。このシステムは簡単に設定でき、作業員が間違ったビンからピッキングをするとアラームが鳴ります。これにより、ピッキングの時間と精度が向上し、さらに防風性も高まります。

ローディングドック 

何百ものドアがある物流センターでは、さまざまな理由から、倉庫作業員はトラックが到着してドアを開けられるようになったことを知る必要があります。フォークリフトが落ちないようにしたい。冷暖房のための環境空気をなるべく外に出したくない。トラックのドライバーは、しばらくトラックの中に座っていることが多いのですが、その間にハイクアップして、スタッフにどのベイにいるのか伝える必要があります。 

現在では、すべてのドアにセンサーが付いています。すべてのドアに配線する必要があり、センサーは非常に高価です。しかし、建物側に取り付けた1つのセンサーで、多くのドアを監視し、トラックが到着したことを確認し、作業員にトラックの位置を知らせることができるようになりました。これにより、物流センターの効率は大幅に向上します。  

アンチコリジョンシステム

衝突回避のために、対象物のシンプルなゾーン存在検知を必要とするアプリケーションは数多くあります。クアナジー社の M1 Edge LiDAR センサーは、センサーに直接QORTEX AWAREソフトウェアを搭載し、シンプルなデジタル出力を提供するためのゾーンを作成することが可能です。 M1 Edgeは最大3つのデジタルI/Oゾーン、またはイーサネット経由で最大128の出力が可能です。

パレット/ボックスの寸法記入。 

今日でも、作業員がパレットを組み立てて出荷する際には、巻尺を使っています。時間がかかるだけでなく、そのパレットのサイズを小さくしてしまうと、運送会社から多額のペナルティを請求されるからだ。それを防ぐために、梱包作業者は念のため、寸法に2インチを加えているのです。つまり、実際には必要ないかもしれない2インチの余分なスペースの代金を支払っているのです。しかし、パレットをバーチャルにスキャンできれば、時間を節約できるだけでなく、そのパレットの正確な体積を把握できるため、輸送コストも削減できます。これは現在、当社のLiDARを使って試験的に行っているものです。

港湾の自動化にLiDARを活用する。

停泊中の船から生のバルク材料を荷揚げする作業員は、手作業で製品を検査するため、安全が損なわれ、作業効率が低下しています。QuanergyのLiDARシステムは、360度のスキャン範囲、より高い解像度のための高密度な点群、3Dオブジェクトの視覚化機能を備えています。これらの機能により、クレーンはバルク材料の体積とその位置を検出し、すべての材料の仮想3D表現を可能にします。 作業員は、このデータを使って作業エリアを明確かつ正確に視覚的に表示することができ、荷役の完全自動化とソフトランディングを実現できます。LiDARは、作業者の安全性を高めながら、これらの作業を迅速に行うことができます。 作業者の安全性を高めることができます。

産業用LiDAR：多用途で価値あるもの

産業用オートメーションは、今日、競争上必要なものとなっています。コストと時間の節約になるだけでなく、効率、精度、安全性を向上させます。SLAMロボットナビゲーションから倉庫オートメーションの他のあらゆる側面まで、LiDARは驚くほど多用途で価値のあるテクノロジーです。今こそ、この技術でどのようにプロセスを改善し、収益を上げることができるかを考える時です。