小麦粉倉庫のAMR：LiDARの誤警報、IP等級、そして粉塵の舞う空気の中で実際に効く保守

去年の11月、繁忙期の直前、無線が午前3時に私を起こした。

「ボス、3号機がまた止まりました。前方に障害物があると言っていますが、何もありません、ただの小麦粉の粉塵の雲だけです。」

3号機は完成品小麦粉倉庫のAMRの1台で、パレタイザーから待機エリアまで25キロの小麦粉袋を運び、1日に100回以上走っていた。小麦粉倉庫で働いたことがある人なら分かるが、空気中にはいつも細かい白いもやが漂っている。光の筋の中で漂うのが見える。ロボットはパレタイザーの風下、粉塵が最も濃い場所で止まっていた。その夜勤だけで7回も緊急停止した。1回ごとに誰かがリセットしに行かなければならない。夜勤のリーダーは激怒していた。

正直に言おう。AMRが来る前、ベンダーの提案書は夢のようだった。走行精度2センチ以内、360度障害物検知、死角ゼロ。だが契約書の小さな文字で、誰も注意深く読まなかった一行があった。「動作環境：清潔で乾燥した屋内床」。清潔で乾燥？小麦粉倉庫で？後で抗議しに行くと、「合意した環境を超えた使用だ」と言われた。機械の保守はするが、誤停止は故障には数えない。その損失はこちらが呑んだ。

粉塵のある倉庫でAMRについて誰も教えてくれないことがある。問題はロボットが荷物を運べるかではない。その「目」が粉塵を通して見えるかだ。LiDARはレーザー光を発射し、反射が戻ってくるまでの時間を測る。小麦粉の粉が空中に漂い、光が粉塵粒子に当たって真っ直ぐ跳ね返ると、ロボットは前方30センチに壁があると判断する。緊急停止、アラーム、そして人間が助けに来るのを待つ。業界ではこれを「空中反射」と呼ぶ。粉塵は倉庫で最も一般的な誤検知の要因で、霧や蒸気よりも多い。

もっと厄介なのは2種類目の問題だ。粉塵がLiDARの窓に積もって膜になる。一気に盲目になるのではない。ゆっくりと見えなくなっていく。最初は走行精度が2センチから5センチにずれたが、私たちは気にしなかった。2週間後、ロボットが交差点で「ためらう」ようになり、S字カーブを描き始めた。1か月後、1台は完全に自己位置を見失い、北を探してその場で回転し続けた。ソフトウェアのバグだと思った。ベンダーは1日かけてリモート診断し、LiDARの窓を拭いてくれと言ってきた。布で一拭きすると、小麦粉の粉塵で真っ白になり、ロボットは完璧に走った。その日、私は本当の教訓を学んだ。粉塵のある倉庫では、AMRの保守対象の第1位は車輪でもバッテリーでもない。「目」だ。

同じ授業料を払わなくて済むよう、私たちが一つずつ解決していった方法をここに書く。

ステップ1は最も原始的なものだった。拭くことだ。保守シートには「LiDAR窓の清掃は毎週」と書いてあった。小麦粉倉庫では、それは冗談だ。シフトごとに1回に変えた。夜勤チームは引継ぎの際に乾燥した埃の出ない布で窓を拭く。2分で終わり。その1つの変更で、誤停止は1日7〜8回から3〜4回に減った。正直に言って、その2分は建物全体で最も費用対効果の高い2分だ。

ステップ2はソフトウェアのチューニングだった。ベンダーのエンジニアがリモートで2つのパラメータを開いた。マルチエコーフィルタリングだ。レーザーが複数の反射を受けたら、最も遠いものを本物の障害物として採用し、近いものは粉塵ノイズとして捨てる。もう1つは近距離障害物の信頼度しきい値を上げた。粉塵の反射は弱く返ってくるからだ。チューニング後、誤停止はさらに1日1〜2回に減った。だがフィルタリングを強くかけすぎると代償がある。ある時、床にあった空パレットをフィルタが消してしまった。ロボットはそのまま突っ込み、車輪を30分間挟まれた。フィルタの強さと検知感度はトレードオフで、粉塵が最も濃いゾーンでは人間の判断の余地を残すべきだ。パラメータを最大にはしない。

ステップ3では危うく間違えるところだった。誰かが提案した。LiDARを完全密閉の防塵カバーで覆ってしまえば、問題は永遠に解決するのでは？ベンダーのエンジニアは首を振った。熱はどうするんだと。駆動モーターとコントローラーはもともと熱を持つ。密閉すれば、35度の夏の日にモーターは過熱して出力を落とす。実際に、完全密閉IP65をうたうデモ機を借りて試してみた。防塵性能は本物だった。だが4時間連続運転の後、本体は卵が焼けるほど熱くなり、3日目にはモーター過熱アラームを出し始めた。結論はほとんどの人の直感に反する。

IP等級は高ければ高いほど良いわけではない。 IPコードでは、最初の数字が粉塵を表す。5は「防塵」を意味する。粉塵が多少入っても動作に影響しない。6は完全な「粉塵密閉」だ。6の方が勝ちに聞こえるだろう？だが粉塵のある倉庫で完全密閉のIP65ボディは熱の罠になる。モーターとコントローラーが高温で焼け続け、寿命が短くなる。私たちのラインは今ではIP52以上だ。MiRの600と1350は市場初のIP52等級AMRで、防塵に加えて防滴、まさに「過酷な環境」向けに作られている。粉塵はあるが化学工場ではない小麦粉倉庫では、丁寧な清掃を伴うIP52がIP65を上回る。

もう1つの直感に反する話。最も高価なLiDARが最も粉塵に強いわけではない。 多チャンネルの高級3D LiDARを載せた機体を試したが、点群が密な分、粉塵中のノイズも密になり、誤警報はむしろ元の機体より多かった。最も安定していたのは、マルチエコーと粉塵フィルタリングアルゴリズムを備えた普通の2D安全LiDARだ。粉塵の舞う空気の中で「目」に求められるのは耐干渉アルゴリズムであり、チャンネル数ではない。

私たちの調達用レッドライン・チェックリスト。

最後の1つは厳しい交渉から生まれた。受入基準を明記した補足契約を結んだ。「粉塵ゾーンで連続8時間あたり誤停止3回以下」。さもなくば機械は返品だ。ベンダーは最初反発し、私たちの環境は特殊だと言った。1週間膠着した後、エンジニアを3日間現場に常駐させ、フィルタの全パラメータと清掃手順をチューニングし、一発で合格した。それ以来、倉庫に入る全ての設備の受入条件には環境条項が付く。同業者の皆さん、契約に書いてなければ、アフターサービスの交渉で必ず負けます。毎回です。

保守については、今ではチームが「三大作業」と呼ぶものをシフトスケジュールに固定している。

1つ目、シフトごとにLiDAR窓を乾燥した埃の出ない布で拭く。濡れ布巾は絶対に使わない。水と小麦粉は糊になり、センサーをもっとひどく塞ぐ。2つ目、フィルターを毎週交換する。シャーシの冷却吸気口にフィルターがあり、小麦粉の粉塵は2週間で半分を詰まらせる。吸気の風量が落ちるとモーター温度は真っ直ぐ上がり、走行もそれに連れてずれ始める。Xiao Wangがある時交換を1回飛ばした。ロボットが「龍を描く」ように走り始め、十数センチもコースを外れて、ラックに当たりかけた。3つ目、毎月車輪のトレッドと駆動軸を清掃する。湿った小麦粉は車輪にこびりつき、一旦覆われると滑りとオドメトリの狂いが出る。

ロボット4台で、三大作業のコストは人件費と消耗品で月800元以下だ。1日7〜8回の誤停止を食らっていた頃は、1回のリセットと待ち時間が平均12分。ロボット1台あたり1日ほぼ1時間の稼働損失だった。私たちの物量では、1か月に動かなかった貨物のコストは保守費の10倍どころではなかった。

現場の仲間への最後のリマインダー。小麦粉倉庫、飼料工場、建材置き場。空気中に粉塵が漂う場所では、AMRが入る前に3つの質問を自分に投げかけてほしい。機体のIP等級は？そのLiDARは粉塵が何か知っているか？契約に粉塵環境の受入基準はあるか？3つ全てに答えられなければ、署名するな。ベンダーの提案書は実験室向けに書かれている。粉塵はあなたの倉庫にあるのであって、彼らの倉庫にはない。

Chen Feng（倉庫運営マネージャー）著 英語版からの翻訳。内容に相違がある場合は英語版を優先します。