Fahrerlose Transportsysteme (AGVs) – Chancen und Bedrohungen

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Eine Einführung in unsere neue Reihe Sommer 2021, die alles Wissenswerte über Sensortechnik enthält.

Lesedauer: ca. 4 Minuten. – 21.06.2021

„Ein Leopard wechselt nie seine Flecken“, heißt es. In den meisten Bereichen des Lebens ist jedoch der Wandel die einzige Konstante. Unsere Industrie zum Beispiel ist einem ständigen Wandel unterworfen, der zu industriellen Revolutionen führt. Derzeit erleben wir die vierte industrielle Revolution, die gemeinhin als Industrie 4.0 bezeichnet wird und bei der traditionelle, meist analoge organisatorische Prozesse durch den Einsatz moderner, intelligenter Technologien, wie intelligente Maschinen und das Internet der Dinge (IoT), automatisiert und digitalisiert werden. Eines der Schlüsselelemente der Automatisierung sind selbstfahrende Roboter, so genannte Automated Guided Vehicles (AGVs).

Definition, Anwendung und Vorteile von AGVs

Sie bewegen und navigieren autonom und bringen Teile zwischen den Produktionsstätten und Lagern hin und her. Angesichts des boomenden E-Commerce-Marktes ist die Lagerautomatisierung für die Verbesserung der Effizienz und die Senkung der Betriebskosten von entscheidender Bedeutung. Nach Angaben von Amazon hat sich die durchschnittliche Produktbearbeitungszeit vom Regal bis zur Verpackung von 90 Minuten auf 15 Minuten pro Bestellung verringert, was eine erstaunliche Leistungsoptimierung darstellt.

FTS bieten eine Vielzahl von Vorteilen: Sie sorgen für reibungslose Arbeitsabläufe, versorgen Menschen und Maschinen mit Teilen und übernehmen immer komplexere Aufgaben. Daher ist es für die Aufrechterhaltung des Leistungsniveaus und die Vermeidung von Ausfallzeiten von entscheidender Bedeutung, dass die FTS sicher und gleichmäßig fahren. Wenn mehrere fahrerlose Transportsysteme (AGVs) in einem Automated Guided Vehicles System, kurz AGVS, in Produktions- und Lagerhallen eingesetzt werden, müssen daher Probleme des Verkehrsmanagements wie Kollisionen und Blockaden gelöst werden.

Potenzielle Verkehrsmanagementprobleme von AGVs.

Deadlocks können als zirkuläres Warten zwischen mehreren AGVs aufgrund begrenzter freier Kapazitäten beschrieben werden, was dazu führt, dass AGVs beim Warten aufeinander stecken bleiben, was wiederum zu einer wertlosen Leistung und Energieverschwendung führt. Deadlocks können auf drei Arten verhindert werden: Erstens wird das System so aufgebaut, dass keine Deadlocks auftreten können. Zweitens sorgt ein spezieller Algorithmus dafür, dass die kontrollierte Zuteilung von Ressourcen das Auftreten von Deadlocks verhindert („Deadlock-Vermeidung“). Drittens werden durch ein spezielles Lösungsverfahren bereits eingetretene Deadlocks aufgespürt und beseitigt („deadlock detection and resolution“).

Wann immer Maschinen interagieren, sei es mit anderen Maschinen und/oder mit Menschen, besteht die Gefahr von Kollisionen, die zu Schäden unterschiedlichen Ausmaßes führen, weshalb die Kollisionsvermeidung von entscheidender Bedeutung ist. Zu den potenziell schadensverursachenden Gegenständen gehören unter anderem von der Decke herabhängende Kräne, Gabelstaplergabeln und andere hervorstehende Gegenstände. Allein in den USA kosten Gabelstaplerunfälle jährlich 135 Millionen Dollar. Folglich müssen FTS in der Lage sein, ihre Umgebung genau wahrzunehmen, um Kollisionen und Schäden zu vermeiden.

Sensor-Fusion und Sicherheitsmaßnahmen.

Da die Komplexität von AGVS in Lagern und auf Baustellen auf der ganzen Welt weiter zunimmt, werden die Pfade und Netzwerke immer flexibler und umfassen sowohl unidirektionale als auch bidirektionale Pfade, was es für autonome Fahrzeuge noch schwieriger macht, in solchen Umgebungen zu navigieren. Zur Unterstützung der autonomen Navigation werden zwei Arten von Referenzfeldern in ein System implementiert, um potenzielle Hindernisse durch Personen und andere Objekte besser einschätzen und erkennen zu können: Das äußerste der beiden Felder wird als „Warnfeld“ bezeichnet und weist das FTS an, abzubremsen, wenn ein Hindernis innerhalb dieses Feldes erkannt wird. Das wichtigste Feld ist jedoch das innere „Sicherheitsfeld“. Wird in diesem Bereich eine Person oder ein Objekt erkannt, erhält das FTS die Information, einen Notstopp durchzuführen. Allerdings neigen die Sensortypen nicht dazu, die gleichen Überwachungsbereiche zu beobachten, weshalb in einem idealen autonomen System verschiedene Sensortypen gemeinsam eingesetzt werden. Dies wird als Sensorfusion bezeichnet. Die Kombination verschiedener Sensoren erhöht das so genannte Field-of-View (FoV) und damit den Grad der sicheren Bedienung eines FTS. Aufgrund der oft schweren Lasten, die von AGVs transportiert werden, und dem daraus resultierenden längeren Bremsweg ist ein breites Sichtfeld besonders wichtig.

In AGVs verwendete Sensortypen.

Heute gibt es verschiedene Methoden, die den FTS helfen, ihre Umgebung wahrzunehmen und sich entsprechend zu positionieren. Zu diesen Methoden gehören Sensortechniken wie Kameras, Radar, Lidar und 1D-Ultraschallsensoren (Sonar). Vor allem bei der Nahbereichserfassung gibt es jetzt einen erhöhten Bedarf an fortschrittlicher 3D-Kollisionsvermeidung. Hier bietet der 3D-Ultraschallsensor von Toposens eine Lösung für eine Vielzahl von Problemen. Mit einem Öffnungswinkel von bis zu 180 Grad im ultrakurzen Bereich deckt er einen größeren Sichtbereich ab als andere Sensoren und erkennt komplexe Objekte wie Gabelstaplergabeln, während er gleichzeitig robuste, lichttolerante Daten liefert. Dies wiederum erhöht die Produktivität und vor allem die Sicherheit.

Möchten Sie mehr über die verschiedenen Arten der in FTS verwendeten Sensorik erfahren? Achten Sie auf unseren nächsten Blog, in dem wir die Eigenschaften der verschiedenen Sensortypen, die in der heutigen Industrie 4.0 eingesetzt werden, näher beleuchten werden.

Für weitere Informationen über unsere modernen Sensorlösungen wenden Sie sich bitte an sales@toposens.com.

IHRE AGV-LÖSUNG

Die Toposens GmbH wurde 2015 in München gegründet und besteht aus Experten für Embedded Systems, Hardwareentwicklung, 3D-Sensorik, digitale Signalverarbeitung und Machine Vision. Gemeinsam haben sie erfolgreich den weltweit ersten 3D-Ultraschallsensor entwickelt, der auf dem Prinzip der Bionik basiert und die Echoortungstechniken einer Fledermaus nachahmt, um robuste, kostengünstige und präzise 3D-Datenpunkte aus der Nähe zu liefern. Im Gegensatz zu bestehenden Sensortechnologien, die durch Lichtverhältnisse, Reflexionen und Witterungseinflüsse beeinträchtigt werden können, hat Toposens ein System entwickelt, das 3D-Daten in Echtzeit kartiert und eine Objekterkennungssoftware einsetzt, um autonome Systeme wie FTS selbst in den schwierigsten Umgebungen zu steuern. Zu den Kunden von Toposens gehören einige der weltweit führenden Unternehmen in den Bereichen Robotik und Automotive. Das Unternehmen ist ein aktiver Beschleuniger in der Entwicklung von sicherheitskritischer Autonomie und hat seinen Sitz in München, Deutschland, mit einer Niederlassung in Sunnyvale, Kalifornien.

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