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Die Entwicklung von fahrerlosen Transportsystemen

Allein unterwegs

In der Industrie nutzen fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) heute Schlüsselreize in der Umgebung, um einer bestimmten Route zu folgen. Jonathan Wilkins, Marketingleiter von EU Automation, geht im folgenden der Frage nach, wie sich FTF von einfachen Lademaschinen zu intelligenten, fahrerlosen Robotern gemausert haben.

Bild: ©Don Pablo/Shutterstock.com

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Fahrerlose Transportsysteme (FTS) sind mobile Roboter, die zur Navigation Markierungen oder Signalen folgen. Das erste FTS wurde in den 1950er-Jahren von Barrett Electronics eingeführt. Es führte eine einfache Schlepphandlung durch und wurde dabei von einem Draht im Boden geführt. Seit den 1950ern ist der Markt rasant gewachsen, sodass FTS mittlerweile in zahlreichen Branchen zum Einsatz kommen.

Warum fahrerlose Transportfahrzeuge?

Fahrerlose Transportfahrzeuge werden vorwiegend zu Verladezwecken genutzt. Das kann eine Reihe von Aufgaben wie On-Time-Lieferung von Ersatzteilen an die Fertigungsstraße und Round-the-clock-Transit umfassen. Wenn das Fahrzeug mit einem Klemmmechanismus, einer Positioniervorrichtung und Werkzeugen ausgestattet ist, kann es eine Vielzahl von Aufgaben ausführen. Abhängig von der Anwendung und den Anforderungen lassen sich FTS einzeln oder als Flotte nutzen. Auf diese Weise sind FTS dem Bedarf entsprechend skalierbar, sodass Werksleiter gemäß der Anzahl der Fahrzeuge präzise Entscheidungen treffen können. FTS können mit Verfolgungssensoren ausgestattet werden, die es Werksleitern ermöglichen, die Position der einzelnen Fahrzeuge und somit die Materialbewegungen innerhalb des Werkes zu überwachen. Kommissionierung, Transit und Lieferung lassen sich im Rahmen dieses Verfahrens mit einem Zeitstempel versehen, um die Verfolgbarkeit noch weiter zu verbessern. Diese Informationen können in die ERP- oder MRP-Systeme des Unternehmens integriert werden. Je nach Anwendung gibt es verschiedene Arten von Fahrzeugnavigationsmethoden. Werksleiter können sich für ein einfaches System ähnlich den ersten FTS oder aber für fortschrittlichere Navigationsmethoden entscheiden.

Große Auswahl an Navigationsmethoden

Die ersten FTS wurden drahtgebunden durch das Werk geführt. Um auf diese Weise navigieren zu können, wird im Boden ein Draht verlegt, der ein Funksignal abgibt. Dieses Signal wird von einem Sensor im FTS erkannt. Das Fahrzeug folgt daraufhin dem Draht. Obwohl diese Navigationsmethode auch heute noch genutzt wird, stehen noch viele weitere Methoden zur Auswahl. Einige FTS fahren auf Magnet- oder Farbführungsbändern. Hierbei erkennen Sensoren das Band und folgen ihm. Führungsbänder kommen darüber hinaus bei der Laserzielnavigation zum Einsatz. Hierbei werden Reflexstreifen an Wänden, Pfosten oder Maschinen angebracht. Das FTS berechnet daraufhin mittels eines Laser-Senders und -Empfängers die Distanz. Das hat gegenüber der Kabelmethode den Vorteil, dass sich die Fahrzeugroute leichter ändern lässt, da sich die Streifen leicht abnehmen und an anderer Stelle wieder anbringen lassen. Bei der Trägheitsnavigation werden im Werk mithilfe von X-/Y-Koordinaten Referenzpunkte festgelegt. Die FTS bestimmen dann mithilfe eines Sensors, eines Gyroskops und eines Rad-Encoders die anzusteuernden Standorte. Änderungen der Fahrtwege lassen sich einfach durch eine Änderung der Referenzpunkte vornehmen, was diese Methode zu einer flexiblen Alternative macht. Einige Änderungen an der Werksinfrastruktur sind dennoch erforderlich und außerdem kann das Fahrzeug bei der Routenplanung keine unabhängigen Entscheidungen treffen. Der nächste Schritt wäre die sogenannte Open-Path-Navigation. Hierbei ist das Fahrzeug in der Lage, unabhängig von einem Ort zum anderen zu fahren.

Von der geführten zur autonomen Navigation

Herkömmliche FTS führen in einem Werk vordefinierte und vorprogrammierte Bewegungen aus. Das bedeutet, dass eine Änderung der Fahrtwege mit einigen Schwierigkeiten verbunden ist, sobald die spezifische Infrastruktur einmal eingerichtet ist. Vor Kurzem wurden flexiblere und intelligentere Fahrzeuge auf den Markt gebracht, die in der Lage sind, in für sie neuen Situationen unabhängige Entscheidungen zu treffen. Diese Fahrzeugart kann eines der Kernprobleme von FTS – unbekannte Situationen – überwinden. In einer sich verändernden Umgebung kann ein selbstgesteuertes Fahrzeug die bessere Wahl sein. Diese Art von Fahrzeug fährt führerlos und unabhängig von vorprogrammierten Signalen, die auf die Steuerung, die Beschleunigung oder das Bremsen einwirken. Mithilfe von laserbasierter Wahrnehmung und Navigationsalgorithmen lassen sie sich dynamisch durch das Werk navigieren. Mit einer eingebauten SPS können Fehler vermieden und Entscheidungen getroffen werden. Durch den Anschluss an ein zentrales Steuersystem kann das Fahrzeug die Zuverlässigkeit und Effizienz seiner Fahrtwege analysieren und diese entsprechend anpassen. Das Fahrzeug kann mithilfe von maschinellem Lernen effizienter auf neue Situationen reagieren. Selbstgesteuerte Fahrzeuge können mithilfe von Bordcomputern und einer erhöhten Anzahl von Sensoren komplexere Aufgaben ausführen und sogar eigene Entscheidungen treffen. Unabhängige, intelligente Navigationsmethoden sind sogar in der Lage, dafür zu sorgen, dass Werksleiter die Infrastruktur gar nicht erst ändern müssen. Eine solche Navigationsmethode ist die sogenannte Natural-Feature-Führung, bei der Fahrzeuge Bilder aufnehmen und speichern sowie deren Position in Bezug auf vorhandene Merkmale berechnen. Ein Beispiel für ein selbstgesteuertes FTS ist Otto von Clearpath Robotics, das bis zu 1.500kg bei 7km/h befördert. Es kann selbstständig den besten Fahrtweg wählen und dabei Kollisionen aus dem Weg gehen. Die Fahrzeuge nutzen außerdem im Rahmen von Bildführungssystemen Kameras quasi als ihre Augen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Werksleiter eine 3D-Ansicht der Umgebung erhalten, in der die Fahrzeuge betrieben werden. Das heißt, dass Bediener für den Fall, dass die FTS auf etwas Außerplanmäßiges oder Ungewöhnliches stoßen, leicht eine Erklärung dafür finden und entsprechende Korrekturen vornehmen können. Da immer mehr Fertigungsanlagen aufgerüstet und neue gebaut werden, ist davon auszugehen, dass fortschrittliche FTS in der intelligenten Fabrik eine entscheidende Rolle spielen werden. Da die Sensortechnik immer besser und die Selbststeuerung immer fortschrittlicher wird, werden FTS immer intelligenter und dynamischer und mausern sich so von geführten Fahrzeugen zu unabhängigen Entscheidungsträgern.


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