Autonomia della batteria del robot mobile autonomo: in che modo carico, terreno e ciclo di lavoro influiscono sul tempo di funzionamento

L'autonomia della batteria del robot mobile autonomo non è determinata esclusivamente dalla capacità della batteria. Lo stesso pacco batteria può fornire tempi di funzionamento diversi in termini di carico utile, condizioni del pavimento, pendenze, frequenza di accelerazione, apparecchiature ausiliarie e modifica del programma di lavoro del robot.

Per il dimensionamento pratico della batteria, l'autonomia viene meglio considerata come il rapporto tra l'energia utilizzabile della batteria e il consumo energetico medio reale del sistema. La capacità nominale stabilisce l'energia disponibile per il robot, mentre il percorso effettivo e il ciclo di lavoro determinano la velocità con cui viene utilizzata tale energia.

Una relazione iniziale utile è:

Autonomia stimata (ore) ≈ Energia utilizzabile della batteria (Wh) ÷ Potenza media del sistema (W)

Ciò fornisce una stima tecnica piuttosto che un tempo di funzionamento garantito. La validazione nel mondo reale dovrebbe comunque riprodurre il normale carico utile, il percorso, il modello di traffico, i carichi ausiliari e il programma di ricarica del robot.

Cosa determina l'autonomia della batteria del robot mobile autonomo?

L’autonomia della batteria del robot mobile autonomo dipende da due lati dell’equazione energetica: quanta energia della batteria può essere effettivamente utilizzata e quanta energia consuma l'AMR durante il completamento delle sue attività.

Le variabili più importanti includono:

Fattore di durata	Cosa cambia	Effetto sulla domanda della batteria
Capacità della batteria	Energia immagazzinata	Determina il bilancio energetico di base
Finestra energetica utilizzabile	Energia disponibile prima della ricarica	Limita l'energia pratica per ciclo
Carico utile	Massa del veicolo e domanda di trazione	Modifica la potenza di propulsione
Pavimento e terreno	Resistenza al rotolamento e trazione	Modifica il carico di lavoro del sistema di azionamento
Piste	Forza di salita richiesta	Aumenta la domanda di propulsione
Frequenza di avvio-arresto	Cicli di accelerazione	Modifica la potenza motrice media
Sistemi ausiliari	Sensori, computer, ascensori, trasportatori	Aggiunge carico continuo o intermittente
Ciclo di lavoro	Tempo trascorso in movimento, attesa, sollevamento e ricarica	Modifica il consumo medio del sistema

L'esame di queste variabili insieme fornisce una stima dell'autonomia più utile rispetto al confronto solo degli ampere-ora della batteria.

Capacità nominale rispetto all'energia utilizzabile

Le specifiche della batteria descrivono comunemente la capacità in ampere-ora o Ah. Per i calcoli dell’autonomia, i wattora sono generalmente più utili perché esprimono la capacità energetica della batteria in relazione alla tensione.

Una conversione di base è:

Energia nominale (Wh) = Tensione nominale (V) × Capacità nominale (Ah)

Una batteria da 48 V e una batteria da 24 V con lo stesso valore Ah non immagazzinano la stessa energia nominale. Questo è il motivo per cui Ah da solo non dovrebbe essere utilizzato per confrontare la capacità della batteria dei robot mobili autonomi con diverse tensioni di sistema.

Inoltre, l’energia nominale non dovrebbe essere trattata automaticamente come energia operativa pienamente utilizzabile.

Un sistema di batterie AMR funziona normalmente entro i limiti di gestione della batteria destinati a controllare le condizioni di carica e scarica. La finestra di energia utilizzabile deve quindi riflettere l’effettiva configurazione della batteria e le impostazioni del BMS piuttosto che presumere semplicemente che ogni wattora nominale sia disponibile durante ciascuna missione.

Il DOE descrive le batterie ricaricabili come sistemi che immagazzinano energia potenziale chimica e la rilasciano in un circuito elettrico esterno durante la scarica. Le prestazioni della batteria cambiano anche con l'invecchiamento dei materiali elettrochimici dovuto al funzionamento ripetuto.

Per la pianificazione del runtime, distinguere tra:

• Energia nominale: la capacità energetica nominale della batteria.
• Energia utilizzabile: l’energia disponibile nella finestra operativa selezionata.
• Riserva energetica: capacità intenzionalmente mantenuta per soddisfare la variabilità operativa e un comportamento affidabile di ritorno alla carica.

Mantenere questi tre valori separati semplifica il controllo e l'aggiornamento del dimensionamento della batteria.

L'assorbimento di potenza medio è importante

I calcoli di runtime dovrebbero utilizzare potenza media del sistema, non semplicemente la potenza di picco dei motori di azionamento.

Una batteria di robot mobile autonomo può fornire contemporaneamente energia a:

• Motori di azionamento
• Sistemi di sterzo
• LiDAR e altri sensori
• Fotocamere
• Informatica di bordo
• Comunicazione senza fili
• Sistemi di sicurezza
• Meccanismi di sollevamento
• Trasportatori o rulli
• Altri attuatori per la movimentazione del carico utile

Questi carichi non funzionano necessariamente a piena potenza per l'intero turno. I motori di trazione possono lavorare di più durante l'accelerazione o la salita, mentre un meccanismo di sollevamento può funzionare solo durante la salita e la discesa.

Un approccio di base basato sulla potenza ponderata può essere scritto come:

Potenza media ≈ Somma della potenza operativa di ciascun carico × la sua frazione di servizio attivo

Per un AMR esistente, tuttavia, il consumo energetico registrato della batteria durante periodi di funzionamento rappresentativi è solitamente più utile che fare affidamento interamente sui valori di targa dei componenti.

Se un AMR consuma 900 Wh in tre ore di funzionamento rappresentativo, ad esempio, la potenza media misurata dalla batteria in tale periodo è:

900 Wh ÷ 3 h = 300 W medi

Tale cifra può quindi essere utilizzata come punto di partenza per i calcoli del tempo di esecuzione in condizioni operative simili.

Autonomia, autonomia e tempo di attività

Autonomia, intervallo e tempo di attività descrivono parametri di prestazione AMR correlati ma diversi.

Durata è il periodo di tempo in cui il robot può funzionare da una condizione di carica iniziale definita prima di raggiungere la soglia di ricarica.

Allineare è la distanza che il robot può percorrere in condizioni operative definite.

Tempo di attività descrive la quantità di tempo di funzionamento richiesto in cui l'AMR rimane disponibile per il lavoro produttivo.

Un AMR può quindi avere un’autonomia della batteria adeguata ma richiedere comunque una strategia di ricarica adatta al programma di produzione. Al contrario, un AMR che utilizza la ricarica opportunità può supportare un’elevata disponibilità operativa anche se la sua autonomia ininterrotta con una singola carica è inferiore alla durata di un intero turno di struttura.

Per la pianificazione della flotta, questi parametri non dovrebbero essere utilizzati in modo intercambiabile.

Le condizioni reali cambiano durante l'esecuzione

Un runtime di laboratorio o di scheda tecnica non può rappresentare ogni magazzino o applicazione di produzione.

Il lavoro del NIST sulle prestazioni dei robot mobili identifica specificamente lo slittamento, la pavimentazione irregolare, le vibrazioni, i carichi pesanti e dinamici tra i problemi operativi reali e include lavori di test che coinvolgono guida con pesi e rampe.

Ciò è importante per la pianificazione della batteria perché un AMR consuma energia per completare il lavoro fisico. I cambiamenti nella massa, nella resistenza del percorso, nell’elevazione, nel comportamento di accelerazione e nella frequenza dell’attività modificano la potenza richiesta per completare quel lavoro.

Una stima del runtime dovrebbe quindi essere legata ad un profilo operativo definito, come ad esempio:

• Gamma di carico utile
• Lunghezza del percorso
• Tipo di pavimento
• Numero e grado delle rampe
• Velocità di viaggio tipica
• Partenze e fermate per percorso
• Tempo inattivo
• Attività di ascensore o trasportatore
• Opportunità di ricarica

Senza queste condizioni, un valore di runtime ha un valore limitato per la pianificazione della distribuzione.

In che modo il carico utile modifica l'autonomia della batteria del robot mobile autonomo

Il carico utile influisce direttamente sull’autonomia della batteria del robot mobile autonomo perché il sistema di propulsione deve spostare la massa combinata dell’AMR e del suo carico.

L'effetto è più visibile durante l'accelerazione, la salita, i frequenti cambi di velocità e i percorsi in cui la resistenza al rotolamento è significativa.

Il carico utile dovrebbe pertanto essere incluso sia nel dimensionamento della batteria che nella convalida dell'autonomia.

Il carico utile aumenta la domanda di trazione

Lo spostamento di un AMR più pesante richiede che il sistema di azionamento generi trazione e coppia sufficienti per il profilo di movimento richiesto.

Durante l'accelerazione, la relazione di base segue:

Forza = massa × accelerazione

All’aumentare della massa totale del veicolo, è necessaria più forza per ottenere la stessa accelerazione. Il sistema di azionamento deve fornire quel lavoro meccanico, aumentando la richiesta della batteria durante gli eventi di accelerazione.

Il carico utile può anche influenzare la resistenza al rotolamento perché il carico sulle ruote cambia con l’aumento della massa del veicolo. L'effetto esatto dipende dal design della ruota, dal materiale del pneumatico, dalla superficie del pavimento, dal sistema di cuscinetti e dal telaio AMR.

Per i calcoli della batteria, il punto importante è non applicare una penalità universale sul carico utile. Invece, il consumo energetico dovrebbe essere misurato o modellato per la condizione di carico prevista per il robot.

Gli avviamenti frequenti aumentano i consumi

Due AMR che trasportano lo stesso carico utile possono avere un consumo energetico medio diverso se i loro percorsi utilizzano profili di movimento diversi.

Considera due flussi di lavoro:

• Itinerario A: viaggio lungo e continuo a velocità relativamente stabile
• Itinerario B: ripetute accelerazioni, arresti, svolte, attese e ripartenze

Il percorso B crea cambiamenti più frequenti nella domanda di guida. Anche quando la distanza totale percorsa è simile, il profilo di carico della batteria può essere diverso.

Ciò è particolarmente rilevante in:

• Aree di stoccaggio ad alta densità
• Flussi di lavoro con punti di ritiro frequenti
• Incroci trafficati
• Linee di produzione con passaggi ripetuti
• Ambienti di flotta con frequente controllo del traffico

Per queste applicazioni, l’energia media per missione completata può essere più utile della sola distanza.

La distribuzione del carico influisce sulla domanda

Il peso totale del carico utile non è l'unica variabile del carico utile che vale la pena controllare durante i test. Anche il posizionamento e la distribuzione del carico possono influenzare il comportamento della base mobile.

Un carico irregolare o variabile può alterare il carico delle ruote e le condizioni di trazione. I carichi utili dinamici possono anche influenzare la stabilità durante l'accelerazione, la svolta e l'arresto.

Un test rappresentativo sull'autonomia della batteria dovrebbe quindi utilizzare la stessa disposizione di carico prevista durante il normale funzionamento anziché semplicemente aggiungere una quantità equivalente di peso in qualsiasi punto del telaio.

Per gli AMR che trasportano pallet, scaffalature, contenitori o apparecchiature montate, i carichi di prova dovrebbero riprodurre il normale baricentro e le condizioni di movimentazione il più fedelmente possibile.

Test di runtime a pieno carico

Il dimensionamento della batteria dovrebbe includere test all'estremità superiore dell'intervallo di carico utile previsto quando tale condizione rappresenta un funzionamento normale o prevedibile.

Il lavoro di misurazione dei robot mobili del NIST enfatizza i test delle prestazioni sotto guida ponderata, rampe, pavimenti irregolari e altre condizioni operative piuttosto che fare affidamento su un unico ambiente di test idealizzato.

Un utile test a pieno carico può registrare:

• Stato di carica iniziale della batteria
• Stato di carica finale della batteria
• Energia consumata
• Durata della prova
• Distanza percorsa
• Numero di missioni completate
• Carico utile
• Itinerario
• Si ferma e riparte
• Utilizzo della rampa
• Attività del sistema ausiliario
• Temperatura della batteria
• Eventi di ricarica

La ripetizione dello stesso profilo di test produce una linea di base più utile rispetto a una singola esecuzione.

L'obiettivo non è semplicemente quello di determinare il tempo di esecuzione più lungo possibile. Si tratta di stabilire un uso ripetibile dell’energia nelle condizioni operative che l’AMR incontrerà effettivamente.

In che modo le condizioni del terreno e del pavimento modificano l'utilizzo dell'energia AMR

Le condizioni del pavimento influiscono sul consumo di energia AMR perché il sistema di azionamento deve superare la resistenza tra le ruote del robot e la superficie di spostamento.

Un percorso interno liscio, un pavimento industriale ruvido e un percorso contenente rampe possono porre esigenze diverse alla stessa batteria di robot mobile autonomo.

Il terreno dovrebbe quindi essere trattato come parte del profilo energetico dell’AMR piuttosto che come una considerazione meccanica separata.

Resistenza al rotolamento per tipo di superficie

La resistenza al rotolamento è la forza che si oppone a una ruota mentre rotola su una superficie.

Per gli AMR, la resistenza al rotolamento è influenzata da fattori quali:

• Materiale delle ruote
• Diametro della ruota
• Deformazione del pneumatico
• Massa del veicolo
• Condizioni dei cuscinetti
• Durezza del pavimento
• Rugosità del pavimento
• Contaminazione superficiale

Un pavimento industriale liscio e duro può produrre un profilo di resistenza diverso da cemento ruvido, giunti, pavimenti danneggiati o altre superfici irregolari.

L'esatta differenza di energia dovrebbe essere misurata per l'effettiva combinazione ruota-pavimento anziché assegnarle una percentuale fissa.

Ciò è particolarmente importante quando lo stesso AMR viene utilizzato in diverse parti di una struttura con condizioni di pavimento diverse.

Le pendenze aumentano la domanda del motore

Un AMR che sale su un pendio deve lavorare contro la gravità oltre a superare la resistenza al rotolamento.

La componente gravitazionale agente lungo un pendio può essere rappresentata come:

Forza ascendente = massa × accelerazione gravitazionale × sin(angolo di inclinazione)

Ciò significa che il carico utile e la pendenza interagiscono.

Un robot con carico leggero e un robot a pieno carico che utilizzano la stessa rampa non impongono le stesse esigenze al sistema di propulsione. Allo stesso modo, aumentando la pendenza cambia la forza necessaria per spostare la stessa massa in salita.

Per le strutture contenenti rampe o transizioni graduali, i test di funzionamento dovrebbero includere tali sezioni anziché stimare il consumo energetico solo dal funzionamento a pavimento.

Lo slittamento delle ruote spreca energia

Lo slittamento delle ruote può aumentare il consumo di energia perché la potenza del motore non si traduce più in modo efficiente in un movimento utile del veicolo.

Il NIST identifica lo slittamento come uno dei problemi riscontrati nei test sui robot mobili, insieme alla pavimentazione irregolare, alle vibrazioni e ai carichi dinamici.

I potenziali contributori includono:

• Polvere o detriti
• Superfici bagnate o contaminate
• Transizioni di superficie
• Carico irregolare delle ruote
• Accelerazione improvvisa
• Manovre strette
• Irregolarità del pavimento

Un robot può quindi consumare energia senza compiere i progressi previsti.

Se un percorso produce ripetutamente problemi di trazione, il consumo di energia per missione completata può essere più informativo della distanza nominale percorsa.

I pavimenti ruvidi aumentano i consumi

I pavimenti ruvidi o irregolari possono modificare la richiesta di energia AMR in diversi modi.

Potrebbe essere necessario che il robot esegua ulteriori correzioni di sterzata, cambi velocità più frequentemente, superi una maggiore resistenza al rotolamento o risponda a variazioni di vibrazioni e trazione. Il profilo di guida risultante può differire notevolmente dal movimento continuo su un pavimento uniforme.

Il NIST riconosce specificamente la pavimentazione irregolare e le vibrazioni come condizioni pratiche di prestazione dei robot mobili.

Per la pianificazione dell’autonomia della batteria, l’approccio migliore consiste nel dividere una struttura in condizioni di percorso significative e misurare le missioni rappresentative al loro interno.

Ciò può rivelare se una parte della struttura richiede costantemente più energia per viaggio rispetto a un'altra.

Come il ciclo di lavoro operativo cambia il runtime di AMR

Il ciclo di lavoro operativo descrive il modo in cui un AMR divide il proprio tempo tra attività quali viaggio, attesa, sollevamento, attracco, carico, scarico e ricarica.

Ha un effetto diretto sul tempo di esecuzione dell'AMR perché ogni attività crea un profilo di potenza diverso.

Un robot che trascorre la maggior parte del tempo viaggiando non utilizza la batteria del robot mobile autonomo nello stesso modo di uno che si ferma ripetutamente, solleva materiale, attende apparecchiature di processo e si sposta per brevi distanze.

Ciclo di lavoro operativo rispetto al Dipartimento della Difesa

Il ciclo di lavoro operativo e la profondità di scarica non sono la stessa cosa.

Il ciclo di lavoro operativo descrive come funziona il robot.

Gli esempi includono:

• 60% in viaggio
• 20% in attesa
• 10% movimentazione materiali
• 10% ricarica o docking station

Queste percentuali sono solo un esempio di come potrebbe essere descritto un profilo lavorativo; ogni distribuzione avrà il proprio modello.

Profondità di scarica (DoD) è un termine della batteria che descrive la quantità di capacità immagazzinata che è stata scaricata rispetto a uno stato di carica definito.

La ricerca NREL sulle batterie considera la profondità di scarica, lo stato di carica, la temperatura, il tasso di C e le condizioni del ciclo di lavoro di carica/scarica come variabili che possono influenzare le prestazioni e l'invecchiamento della batteria agli ioni di litio.

Mantenere il ciclo di lavoro operativo separato dalla DoD della batteria previene confusione quando si specificano i requisiti di autonomia.

Il traffico stop-start aumenta la domanda

Un AMR che opera in un corridoio libero con segmenti di corsa lunghi ha un profilo di propulsione diverso da quello che opera in un traffico denso.

L'operazione di arresto-avvio ripetuta può derivare da:

• Intersezioni
• Traffico umano
• Altri AMR
• Code delle celle di lavoro
• Stazioni di ritiro e riconsegna
• Porte
• Zone lente di sicurezza

Ogni evento di accelerazione modifica la richiesta del motore.

Per questo motivo, la velocità media da sola non descrive completamente il fabbisogno energetico di un AMR. Due percorsi con la stessa velocità media possono comunque avere un consumo energetico diverso se uno contiene sostanzialmente più eventi di accelerazione e decelerazione.

Quando i modelli di traffico sono importanti, i test sui percorsi dovrebbero riprodurre la normale congestione piuttosto che utilizzare una struttura vuota.

L'elettronica inattiva assorbe energia

L'attesa non significa necessariamente che l'AMR non stia consumando energia.

Molti sistemi rimangono attivi mentre il robot è fermo, tra cui:

• LiDAR
• Sensori di sicurezza
• Fotocamere
• Computer di bordo
• Rete senza fili
• Elettronica BMS
• Controllori
• Interfacce uomo-macchina

I motori di azionamento potrebbero richiedere poca potenza di propulsione durante un periodo stazionario, ma il robot ha ancora un carico elettrico di base.

Ciò diventa importante nei flussi di lavoro in cui gli AMR trascorrono lunghi periodi in attesa di macchine, ascensori, porte, trasportatori, operatori o altri robot.

Per queste applicazioni, la potenza inattiva dovrebbe essere inclusa nel consumo medio del sistema anziché considerare tutto il tempo stazionario come tempo a energia zero.

I carichi ausiliari riducono l'autonomia

Le attrezzature per la movimentazione dei materiali aggiungono un ulteriore livello al carico della batteria dei robot mobili autonomi.

A seconda del progetto AMR, i sistemi ausiliari possono includere:

• Ascensori
• Rulli
• Trasportatori
• Braccia robotiche
• Meccanismi di bloccaggio del carico utile
• Rack alimentati
• Sensori aggiuntivi
• Hardware di gestione termica

Alcuni carichi ausiliari funzionano continuamente. Altri creano eventi brevi e di maggiore potenza.

Il calcolo utile quindi non è semplicemente la potenza nominale di ciascun dispositivo ausiliario. La sua potenza moltiplicata per la frequenza e la durata di funzionamento dovrebbe essere incorporata nel profilo di servizio complessivo.

Per un robot con diversi carichi elettrici:

Potenza media del sistema ≈ Potenza di azionamento + potenza di controllo e sensore + potenza ausiliaria ponderata + perdite di sistema

Ciò fornisce una base più realistica per la stima del tempo di esecuzione.

Come stimare il runtime AMR nel mondo reale prima della distribuzione

Una stima pratica del tempo di esecuzione dell'AMR può essere costruita in cinque fasi:

1. Calcolare l'energia nominale della batteria.
2. Determinare l'energia utilizzabile della batteria.
3. Stimare o misurare la potenza media del sistema.
4. Applicare una riserva operativa.
5. Convalidare il risultato su percorsi rappresentativi.

Il calcolo dovrebbe quindi essere rivisto se cambiano i carichi utili, i percorsi, le condizioni del pavimento, la frequenza delle attività, l'hardware ausiliario o la strategia di ricarica.

Calcolare l'energia utilizzabile della batteria

Inizia con l’energia nominale della batteria:

Energia nominale (Wh) = Tensione nominale (V) × Capacità (Ah)

Individuare quindi l'energia che verrà effettivamente resa disponibile durante il funzionamento di routine.

Una rappresentazione utile è:

Energia utilizzabile = Energia nominale × Frazione di energia utilizzabile

La frazione utilizzabile dovrebbe derivare dalla progettazione specifica del sistema batteria e dai limiti operativi piuttosto che da un presupposto universale.

Se un BMS o una strategia della flotta mantiene deliberatamente i limiti superiori e inferiori dello stato di carica, tali limiti dovrebbero riflettersi nel calcolo.

Energia nominale ed energia utilizzabile

Considera un AMR che richiede una media di 200 W durante il funzionamento rappresentativo e necessita di 8 ore di funzionamento.

L'energia fornita richiesta è:

200 W × 8 h = 1.600 Wh

Se selezionato batteria Se la strategia operativa rende disponibile l'energia nominale dell'80% per l'uso di routine, l'energia nominale richiesta prima di aggiungere qualsiasi riserva di distribuzione separata sarebbe:

1.600 Wh ÷ 0,80 = 2.000 Wh

La distinzione importante è che il 20% al di fuori della finestra utilizzabile non equivale automaticamente a un margine di sicurezza ingegneristica.

I limiti operativi della batteria e la riserva di autonomia devono essere trattati separatamente.

Stima dell'assorbimento di potenza medio

La potenza media può essere inizialmente stimata in base ai carichi dei componenti del robot e al ciclo di lavoro.

Per componente i:

Potenza ponderataᵢ = Potenza operativaᵢ × Frazione di tempo attivoᵢ

Poi:

Potenza media stimata = Somma dei carichi ponderati

I gruppi tipici includono:

Sistema	Comportamento di potere
Sistema di guida	Altamente variabile in termini di movimento e carico utile
Sensori	Spesso attivo durante tutta l'operazione
Informatica	Spesso continuo
Comunicazioni	Continuo o quasi continuo
Ascensore o trasportatore	Intermittente
Altri attuatori	Dipendente dall'attività

Per un AMR esistente, i dati energetici registrati forniscono una base più solida.

Se la batteria eroga 1.200 Wh durante quattro ore di funzionamento rappresentativo:

Potenza media lato batteria = 1.200 Wh ÷ 4 h = 300 W

Quel valore misurato riflette già gran parte della reale interazione tra propulsione, sensori, calcolo, ausiliari e condizioni del percorso.

Trazione e carichi ausiliari

È utile separare i carichi in due ampi gruppi durante il test.

Carichi legati alla trazione

• Propulsione
• Sterzo
• Accelerazione
• Arrampicata
• Manovra

Carichi ausiliari

• Sensori
• Informatica
• Comunicazioni
• Ascensori
• Trasportatori
• Altre attrezzature per il carico utile

Questa separazione semplifica la risoluzione dei problemi.

Se il consumo di energia aumenta dopo che l’AMR riceve un nuovo accessorio per la movimentazione dei materiali, gli ingegneri possono confrontare il consumo ausiliario prima di riprogettare la batteria di propulsione. Se il consumo aumenta solo su un percorso, le cause più probabili potrebbero invece essere il carico utile, il terreno, il traffico o la pendenza.

Applicare una riserva di runtime

Normalmente una stima dell'autonomia non dovrebbe essere progettata in base all'arrivo al punto di ricarica senza margine operativo residuo.

Una riserva specifica per il progetto può tenere conto di variabili quali:

• Cambiamenti di percorso
• Attesa inaspettata
• Traffico
• Variazione del carico utile
• Invecchiamento della batteria
• Missioni più lunghe
• Disponibilità di stazioni di ricarica

Non esiste un’unica percentuale di riserva adatta a ogni implementazione della resistenza antimicrobica.

Il valore appropriato dipende dal rischio operativo, dalla ridondanza della flotta, dall'accesso alla tariffazione, dalla criticità della missione e dalla variabilità osservata durante i test.

Anche l’invecchiamento della batteria dovrebbe essere considerato durante la pianificazione a lungo termine. La ricerca NREL lo dimostra batteria agli ioni di litio il degrado è influenzato da fattori quali temperatura, stato di carica, profondità di scarica, tasso di C e condizioni del ciclo di lavoro.

Il dimensionamento della batteria dovrebbe quindi supportare l'autonomia richiesta durante il periodo di servizio previsto, non solo quando il pacco è nuovo.

Convalida con test del percorso

Il valore finale del tempo di funzionamento deve essere verificato in condizioni operative rappresentative.

Una matrice di validazione utile può includere:

Prova variabile	Condizioni da includere
Carico utile	Valigie vuote, normali e previste per carichi elevati
Pavimento	Superfici della struttura rappresentativa
Elevazione	Rampe e sezioni graduate
Traffico	Normale congestione operativa
Movimento	Arresti, svolte e accelerazioni tipici
Attrezzatura ausiliaria	Attività normale
Periodi di inattività	Comportamento di attesa reale
Ricarica	Programma effettivo di attracco e ricarica

Il lavoro di misurazione della robotica del NIST supporta questo approccio generale di test delle prestazioni utilizzando metodi di test e scenari operativi definiti per valutare i robot mobili in condizioni quali guida con pesi, rampe, pavimentazione irregolare, carichi e slittamento.

Per ogni test, registrare sia il tempo che l'energia.

Le metriche utili includono:

• Wh per missione
• Wh per miglio o chilometro
• Wh per movimento del carico utile
• Potenza media
• Autonomia tra gli eventi di ricarica
• Energia utilizzata durante i periodi di inattività
• Stato di carica al completamento della missione

Ciò produce un modello di runtime legato all’effettiva attività di produzione piuttosto che a una specifica generica della batteria.

Pianifica le finestre di addebito delle opportunità

L’autonomia con una singola carica è solo una parte della disponibilità della flotta AMR.

Se il flusso di lavoro prevede periodi di inattività prevedibili, la ricarica occasionale può reintegrare parte dell'energia utilizzata durante il funzionamento senza richiedere che il robot rimanga presso un caricabatterie per un intero turno.

Le potenziali finestre di ricarica includono:

• Pause di produzione programmate
• Attesa tra un compito e l'altro
• Cambi di turno
• Periodi di coda
• Periodi di flotta a bassa domanda

Il calcolo importante diventa un bilancio energetico:

Energia netta utilizzata = Energia operativa consumata − Energia reintegrata durante le finestre di ricarica

La tariffazione opportunità è più efficace quando le opportunità di ricarica sono sufficientemente prevedibili da essere incluse nella pianificazione della flotta.

Non dovrebbe, tuttavia, essere utilizzato per nascondere una batteria sottodimensionata. La batteria del robot mobile autonomo dovrebbe comunque fornire un margine operativo sufficiente per variazioni realistiche del percorso, opportunità di ricarica mancate e normale invecchiamento della batteria.

Per le decisioni ingegneristiche, tieni separate tre domande sulle prestazioni:

1. Per quanto tempo può funzionare l'AMR con l'energia utilizzabile della batteria?
2. Quanta energia consuma una tipica missione?
3. La ricarica programmata può sostituire l'energia abbastanza rapidamente da mantenere il tempo di attività richiesto?

Rispondendo a tutte e tre le risposte si ottiene un quadro più affidabile dell’autonomia della batteria del robot mobile autonomo rispetto alla sola capacità della batteria.

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