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Sicherheit und Navigationshilfe für mobile Roboter

Eine Sensorik mit zwei Funktionen: Die Sicherheits-Laserscanner S300 CMS mit integrierter Navigationsunterstützung von Sick sorgen nicht nur für Sicherheit auf den Fahrwegen des mobilen Kokeisl Picking Robot, sondern helfen auch bei der Navigation und Positionierung. - Michael Dold Benjamin Heimpel

Fahrerlose Transportsysteme (FTS) kommen in Bereichen, in denen es auf die Beförderung oder Ein- bzw. Auslagerung von Stück- und Schüttgütern ankommt, als probates Mittel zum Einsatz. Unter den automatisierten Transportsystemen gelten fahrerlose Transportsysteme als die Lösung mit der grösstmöglichen Flexibilität. In Produktions- und Distributionsbetrieben erfüllen sie seit vielen Jahren die Forderung nach kurzen Durchlaufzeiten und einer hohen Anpassungsfähigkeit an unterschiedlichste Aufgabenstellungen. Hinzu kommt der Trend hin zu Fahrzeugen, die ohne Leitlinie frei fahren und sich über optische Navigationssysteme orientieren. Die Flotten werden also kleiner und die Fahrzeuge selbst immer intelligenter, denn die Verwendung von mitfahrender Sensorik zur Positionierung bringt es mit sich, dass die Speicherung und Verarbeitung von Daten im Fahrzeug durchgeführt wird. Gleichzeitig ist der Einsatz von FTS seit jeher eng mit der Thematik der Absicherung der Fahrzeuge, der Fahrwege und der Personen im Anlagenumfeld verbunden. Die heute wohl am weitesten verbreitete Absicherungstechnologie ist der Einsatz von sicherheitsgerichteten Laserscannern. Sie sind – im Gegensatz zu Bumpern und Schaltleisten – nicht nur platzsparend und wartungsarm, sondern können über die aktive Erfassung ihrer Umgebung ihre Schutzfelder flexibel gestalten. Im Jahr 2000 hat Sick unter dem Slogan «Keine Unfälle mit FTS» im sogenannten «Book of Ideas» einen ersten Ansatz vorgestellt, wie sich Fahrzeugsicherheit und Fahrzeugnavigation per Laser gewinnbringend kombinieren lassen. Mit den «Contour Measurement & Safety»-Sicherheits-Laserscannern der Baureihen S300 und S3000 und der gleichzeitigen Übernahme absichernder und navigationsunterstützender Funktionen wird in diesem Bereich eine neue Integrationsstufe erreicht. Dieses 2-in-1-Konzept der CMS-Sensoren mit standardmässig vorhandenem Inkrementalgeberanschluss ist montagefreundlich und platzsparend – gerade bei kleineren Fahrzeugen ein wichtiges Argument. Fahrzeugherstellern und Systemintegratoren bieten die Laserscanner aber auch steuerungstechnisch höchste Integrationsfreundlichkeit, da sie nur vorverarbeitete und individuell konfigurierbare Messdaten ausgeben.

Gebäudenavigation ohne Landmarken
Kokeisl Industrial Systems AG mit Sitz im solothurnischen Schönenwerd und einer Tochtergesellschaft in Köln entwickelt und vertreibt Schüttgutkommissionier und -dosieranlagen sowie innerbetriebliche Logistiklösungen und fahrerlose Transportsysteme. Eine der neuesten Entwicklungen ist ein modulares FTS mit integrierter Gebäudenavigation: der Kokeisl Picking Robot. Ein modulares Baukastensystem ermöglicht dabei unterschiedlichste Fahrzeugvarianten: Stapler mit Hochhubmasten bis 5,5 m, Niederhubfahrzeuge und solche mit Schleppanbauten bis maximal 4 t. Zur Durchführung der autonomen Transportaufgaben in komplexen Umgebungen muss sich der Picking Robot schnell und flexibel durch den modernen Produktionsbetrieb bewegen. Auf der Basis der konturmessenden Sicherheits-Laserscanner S300 CMS von Sick wurde das Navigationssystem ANT (Autonomous Navigation Technology) von BlueBotics entwickelt, das im Picking Robot Anwendung findet. Mithilfe der Messdaten der Scanner erfasst es automatisch die Umgebung, ohne dafür gebäudeseitig Installationen zu benötigen, und kann sich plötzlichen Veränderungen schnell anpassen. Das Fahrzeug braucht für die autonome Navigation weder vorgezeichnete Routen noch spezielle Landmarken wie induktive und magnetische Streifen bzw. Punkte, Reflektoren oder Ähnliches im Gebäude. «Dank unserer Schlüsselkomponenten in der Dosiertechnik sowie dem Kokeisl Picking Robot, dem FTS mit zukunftsweisender Navigationstechnologie, definieren wir die innerbetriebliche Logistik mit fahrerlosen Fahrzeugen neu», sagt Daniel Testi, CEO der Kokeisl Industrial Systems AG, Schönenwerd. «Zum ersten Mal orientiert sich ein Fahrzeug ausschliesslich mithilfe der Daten, die seine Sicherheitssensoren aufnehmen und übermitteln.»

Sicherheit nach Norm, Navihilfe nach Mass
Der Sicherheits-Laserscanner S300 CMS erfüllt die sicherheitstechnischen Anforderungen des Performance Level d nach EN ISO 13849 sowie SIL2 nach IEC 61508 und entspricht mit Typ 3 nach IEC 61496 den Anforderungen an optoelektronische Schutzeinrichtungen für diesen Einsatzzweck. Zwei Gerätevarianten stehen zur Verfügung. Der S300 Professional CMS verfügt über eine Reichweite von 2 m und bietet vier programmierbare und im Betrieb automatisch umschaltende Schutzfeldsätze. Damit ist das Gerät ideal für kleine Transportfahrzeuge und Serviceroboter geeignet. Stellen die transport- und fahrwegetechnischen Einsatzbedingungen wie beim Kokeisl Picking Robot komplexere Anforderungen an die berührungslose Absicherung, bietet der S300 Expert CMS nochmal vier weitere Feldsätze, bestehend aus je einem Schutz- und einem Warnfeld. Mit diesen insgesamt acht Warn- und Schutzfeldern können dann mehrere Überwachungsrichtungen, schwierige Kurvengeometrien oder unterschiedliche Geschwindigkeiten noch präziser und prozesseffizienter berücksichtigt werden. Auf den Kokeisl-Fahrzeugen kommen jeweils zwei Sicherheits-Laserscanner zum Einsatz. Diagonal zueinander installiert, ermöglichen sie durch ihren 270°-Scanwinkel rundherum eine komplette Front-, Heck- und Seitenüberwachung. Gleichzeitig zur normengerechten Bereichsüberwachung erfassen die S300 CMS eine Vielzahl von Konturdaten und Messwerten. Sie werden in Form vorverarbeiteter Rohdaten, deren Telegrammaufbau individuell definiert werden kann, an das Navigationssystem BlueBotics ANT übergeben. Kokeisl kann also z. B. individuell festlegen, ob Messdaten kontinuierlich oder getriggert ausgewertet werden sollen, ob der Zustand der statischen Eingänge und der sicheren OSSD-Ausgänge (Output Signal Switching Device) übertragen werden soll und ob Geschwindigkeits- und Inkrementalgeberwerte ebenfalls Teil des Telegramms sein sollen.

Sicher unterwegs in jeder Situation und Position
Der Kokeisl Picking Robot bewegt sich mit einer maximalen Geschwindigkeit von 1,5 m/s und einer Genauigkeit von ± 10 mm durch den Betrieb. Mithilfe der Messwerttelegramme des S300 CMS prüft der Navigationsrechner auf dem Fahrzeug permanent die Umgebung, misst die Abstände zu potenziellen Hindernissen und weiss zu jeder Zeit, wo sich das Gefährt befindet. Dabei erkennt es mithilfe der Konturmessung des S300 CMS und deren Auswertung im Navigationssystem Gegenstände oder arbeitende Personen und stoppt oder weicht ihnen sicher aus. Darüber hinaus passt es die Fahrgeschwindigkeit an die Umgebung an. Dies führt dazu, dass der Picking Robot selbst in sensiblen Sicherheitsbereichen nicht unnötig die Geschwindigkeit verringert oder gar gestoppt wird. Der S300 CMS ist nur ein Beispiel für die vielfältigen Sensor- und Steuerungslösungen, die das Sick-Portfolio für autonome Fahrzeuge bereithält. Ein anderer Laserscanner – der S3000 mit acht programmierbaren Warn- und Schutzfeldern sowie abstufbaren Reichweiten von 4 m, 5,5 m und 7 m – bewährt sich bei der Absicherung grosser und oftmals schneller FTS. In vielen Anwendungsfällen können die sicheren Laserscanner zusammen mit der Sicherheitssteuerung Flexi Soft von Sick, die über die sichere Datenschnittstelle EFI (Enhanced Functional Interface) mit den Sensoren kommuniziert, integrationsfreundliche, hoch verfügbare und wirtschaftliche Komplettlösungen für die Absicherung von automatischen Fahrzeugen bilden. Mit dem NAV 300 bietet Sick zudem einen präzisen Navigationssensor an, der für die Erfassung von natürlichen wie auch künstlichen Landmarken ausgelegt ist. Parametrierbare Encoder für die navigationsunterstützende Wegmessung (Odometrie), Auto-ID-Systeme für die Gebinde- und Positionsidentifikation sowie Robust- und Miniatursensorik für die Objektdetektion gehören ebenfalls zum Portfolio und ermöglichen sensorische Komplettlösungen für mobile Fahrzeuge aus einer Hand.

Sick AG 6370 Stans, Tel. 041 619 29 39
contact@sick.ch
www.sick.ch


Kokeisl 5012 Schönenwerd, Tel. 062 825 11 61
info@kokeisl.ch
www.kokeisl.chMichael