Forschung löst FTS-Problemstellung

FAPS, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Fahrerlose Transportsysteme (FTS) gibt es für den Indoor- oder für den Outdoorbereich. Für beide Anwendungsbereiche sind passende Lokalisierungssysteme verbaut, die auf die jeweilige Umgebung angepasst sind. Deshalb ist ein unterbrechungsfreier Wechsel von In- nach Outdoor oder umgekehrt insbesondere bei der Nutzung kosteneffizienter Sensoren aktuell ein großes technisches Hindernis, dem sich die Forschungsgemeinschaft Intralogistik / Fördertechnik und Logistiksysteme (IFL) e.V. in einem Projekt gewidmet hat.

Projektverantwortlich sind das Zentrum für Angewandte Forschung (ZAF) der Technischen Hochschule Ingolstadt sowie der Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) von der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Wir sprachen mit Maximilian Zwingel, der das Projekt „Kostenorientierte Synthese verschiedener Sensorik für einen sicheren Einsatz von fahrerlosen Schleppern im Indoor- und Outdoor-Betrieb bei Mischverkehr“ am Lehrstuhl FAPS verantwortet.

Herr Zwingel, das Forschungsprojekt läuft seit Ende 2018. Welche Projektabschnitte sind bisher erfolgt und wo stehen Sie aktuell im Projekt?

Die Konzeptfindung sowie die erste Evaluierung geeigneter Sensoren und Algorithmen für die übergangslose Ortung sind abgeschlossen, ebenso die Auswahl potenziell sicherer Sensorik zur Kollisionsdetektion und -vermeidung. Aktuell liegt der Fokus auf der Implementierung der Teilsysteme in einem Funktionsdemonstrator und der Optimierung der Sensordatenfusion für Ortung und Kollisionsvermeidung. Wir werden zusätzlich noch die erschwerten Bedingungen durch Umwelteinflüsse im Winter mit in das Projekt einfließen lassen. Dieser Wunsch ist im Projektbegleitenden Ausschuss noch nachträglich entstanden und deshalb läuft das Projekt noch bis Ende März 2021.

Können Sie schon erste Zwischenergebnisse verraten?

Im Bereich der übergangslosen Ortung eines autonomen Schleppersystems ist es gelungen, eine zeitlich unterbrechungsfreie Lokalisierung des Fahrzeugs, die die Anforderungen an die Genauigkeit im Anwendungsfall erfüllt, durch eine dynamische Gewichtung der Teilortungssysteme zu realisieren. Unterstützt wird dies durch eine automatisierte Erkennung der Einsatzumgebung des Fahrzeugs, sowie die Übermittlung von Umgebungsparametern zur Initiierung und Kalibrierung der Sensoren. Aktuell arbeiten wir an der Optimierung der verwendeten Logik, um die Genauigkeit über das aktuelle Niveau hinaus zu verbessern. Im Bereich der Sondierung von potentiell sicheren Sensoren für die Kollisionsdetektion und -vermeidung konnte eine mehrstufige Fusion von Daten für eine Vielzahl von Einsatzumgebungen evaluiert werden. Im Weiteren soll die Zuverlässigkeit des Systems weiter untersucht und gegebenenfalls feinjustiert werden.

Wie viele Sensoren haben Sie im Projekt analysiert?

Wir haben uns verschiedene Sensoren angeschaut, die auf unterschiedliche Art die Umgebungswahrnehmung ermöglichen. Dazu gehören kamerabasierte Systeme, ein Ultrabreitband(UWB)-Lokalisierungssystem, verschiedene LiDAR-Sensoren, dGPS-, Radar-, Ultraschall- und pyroelektrische Sensoren, aber auch Umgebungssensoren, die Temperatur, Luftdruck und -feuchte, Beleuchtungsstärke, Niederschlagsmenge und -art sowie Partikelanzahl und -größe messen. Zusätzlich haben wir auch eine inertiale Messeinheit sowie die Zuverlässigkeit der Odometrie von Schleppersystemen in der Analyse untersucht.

Wie sind Sie bei der Auswahl vorgegangen? Welche Kombination scheint aus aktueller Sicht am aussichtsreichsten?

Bei der Auswahl der Sensoren wurden primär zwei Kriterien beachtet: Die Eignung des etwaigen Messprinzips für die Lokalisierung und den „sicheren“ Einsatz einerseits sowie die Kosten der einzelnen Sensoren anderseits. Initial wurde jedes Messprinzip sachlich für den Anwendungsfall evaluiert. Sensoren, die einen hohen Mehrwert sowie eine potenzielle Mehrfachnutzung ermöglichen, wurden dann in verschiedene Leistungsklassen und auch Preiskategorien gruppiert und bewertet. Besonders hervorgehoben haben sich insbesondere Technologien, die auch von bekannten Automobilherstellern im Kontext des autonomen Fahrens eingesetzt werden. Weitere Impulse fanden sich in den aktuellen Entwicklungen der Sensoren im Bereich Smartphones und Spielekonsolen, die in kostengünstigen Lokalisierungssensoren resultieren.

Im Einsatz autonomer Schlepper im Innen- und Außenbereich bei Mischverkehr scheint nach aktuellem Arbeitsstand die Nutzung optischer Sensoren für die Umgebungserfassung in Kombination mit einer dynamischen Fusion von LiDAR-, Radar- und Inertialsensoren am aussichtsreichsten. Für die Lokalisierung wird zudem dGPS und eine UWB-basierte Ortung im Transitbereich genutzt.

Wie bewerten Sie die Arbeit im projektbegleitenden Ausschuss? Wie viele Unternehmen sind beteiligt?

Die Arbeit im projektbegleitenden Ausschuss lässt sich durchweg positiv bewerten. Sowohl die kleinen als auch größeren Unternehmen unterstützen das Forschungsprojekt in den Ausschusstreffen sowie darüber hinaus mit interessanten Impulsen und Expertenwissen aus den unterschiedlichen Bereichen. Der Ausschuss setzt sich neben den beiden Forschungsinstituten aus neun Unternehmen zusammen. Darunter befinden sich neben Intralogistikanbietern unter anderem auch ein Automobilhersteller sowie Anbieter von Lokalisierungstechnik.

Gibt es weiterführende Ideen nach Projektabschluss, die Sie als Fortführung/Weiterentwicklung des Projekts sehen?

Ja, da die übergangslose Ortung von fahrerlosen Schleppersystemen weitere Möglichkeiten einer autonomen Intralogistik erschließt. Im Austausch mit den Mitgliedern des Projektbegleitenden Ausschusses sowie interessierten Unternehmen keimen immer wieder neue Ideen auf.  Insbesondere die Fragestellung der „letzten Meile“, wie sie im Kontext der globalen Logistik genannt wird, sollte untersucht werden. Die Befähigung eines autonomen Schleppersystems im Innen- und Außenbereich stellt nur eine Versorgung von Bereitstellungsflächen entlang der Transportrouten sicher. Die Interaktion mit Nahversorgern und somit die Bereitstellung am Ort des Verbrauchs ist hierbei jedoch noch nicht ausreichend untersucht.

Haben Unternehmen schon Interesse bekundet, die Ergebnisse nach Ende der Laufzeit bei sich im Unternehmen umzusetzen, bzw. diese für eigene Projekte weiter zu entwickeln?

Hier sind insbesondere die Firmen zu nennen, die die Einsatzumgebungen im Rahmen der Evaluierung der Forschungsergebnisse stellen. Auch die Hersteller von Flurförderfahrzeugen sind an den Ergebnissen des Forschungsprojektes sehr interessiert.