Problemstellung und Motivation
ahrerlose Transportsysteme, die Referenzmarken oder Induktionsschleifen als Navigationsinfrastruktur nutzen, sind aufgrund häufiger Änderungen dieser Infrastruktur nur auf wenigen statischen Hallenbereichen effektiv. Daher ist eine natürliche Navigation (Detektion umgebender Hindernisse; Kartographie und Navigation mittels SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) durch Verwendung von LiDAR-Sensordaten (Light Detection and Ranging)) erforderlich. Um jedem AMR (Autonomous Mobile Robot) regelmäßige Änderungen der Umgebung in seine Navigation übernehmen zu können, ist die Überlagerung und Überführung der durch die AMR-Sensorik gemessenen Punktwolken in eine Gesamtkarte sowie ein Zurückspielen dieser auf alle AMR notwendig.
read moreDie Einhaltung notwendiger Latenzen zur Korrektur von Ausweichrouten kann dadurch nicht gehalten werden.
Aufgrund der Heterogenität der Akteur Landschaft kann es zu regelmäßigen, kurzfristigen Abweichungen der Route kommen, um Kollisionen zu vermeiden. Speziell müssen die Geschwindigkeiten an Kreuzungspunkten aufgrund des Unfallrisikos reduziert werden. Dadurch wird die erwartete Effizienz der Nutzung verringert.
AMR sind trotz hoher Autonomie bzgl. Navigation, Routen- und Ausweichplanung eingeschränkt autonom, da die umliegende Infrastruktur nur begrenzt aktiv kommunizieren kann. Tore, Schranken, Lastwechselstationen, Aufzüge und andere Anlagenteile haben Steuerungen, aber nur in begrenztem Rahmen. Wird eine typgleiche Komponente vom Hersteller gewechselt, müssen alle AMRs auf die neue Schnittstelle umgestellt werden. Das erhöht den Koordinationsaufwand, Fehlerrate und unplanmäßige Ausfälle. Ein Austausch unterschiedlicher Komponenten benötigt mehrwöchentliche Planungs- und Testphase mit Stillstandzeiten.
Für die Auslieferung von Infrastrukturkomponenten, wie z.B. Gehäuseteilen (Chassis), wird am Wareneingang eine Avisierung vorgenommen. Danach wird ein AGV den vormontierten Teil entgegennehmen und zum Montagearbeitsplatz transportieren. Dort wird mit Hilfe eines Roboterarmes am AGV das Chassis verschraubt und anschließend zum Warenausgang gebracht, um es für den Versand mit anderen Infrastrukturkomponenten vorzubereiten. Da sich der Montageort aufgrund der Dynamik im Logistikzentrum ständig ändert, müssen die für die Montage notwendigen Bauteile (Schrauben) innerhalb des Logistikzentrums rechtzeitig transportiert werden (Transportkapsel). Ferner soll anhand bekannter oder erfasster Transportparameter (Dimension, Gewicht) entschieden werden, welches Fahrzeug für den Transport geeignet ist und diesen übernimmt – all das bei laufendem Logistikbetrieb (fahrende Gabelstapler/Ameisen, Menschen).
Zielsetzung
Nutzung von 5G im Logistik- und Mobilitätsbereich, damit werden neue Optionen bezüglich Positionierung, Kommunikation, Sensor Fusion und Echtzeit Kartografierung eröffnet. Diese neuen Optionen werden auf Infrastruktur-, Protokoll- und Applikationsebene untersucht, um den Einsatz autonomer logistischer und produktionstechnischer Prozesse mithilfe von AMRs zu ermöglichen.
Lösungsansatz
Es wird angestrebt, das Gesamtproblem in die Ebenen Infrastruktur, Protokoll und Applikation aufzuteilen.
Infrastrukturebene
Diese Ebene bildet die Grundlage für das Projekt mit der Einführung eines 5G Open-RAN-Netzwerks. Die Systemlösung beinhaltet die Installation von Fronthaul-Hardware sowie die Bereitstellung einer virtuellen Systemlandschaft. Auf Basis dieser Infrastruktur wird eine verteilte Edge-Cloud-Infrastruktur verwendet,
read moreum Edge-Micro-Services für die Anwendungstechnologie bereitzustellen. Diese beinhalten u.a. einen Positionsermittlungsservice zur groben Auflösung der AMR-Positionen, einen Navigations- und SLAM-Aggregationsservice, einen Service zur Verwaltung und Abwicklung von Echtzeitkartendaten und einen Gerätemanagementservice zur Kommunikation mit der AMR-Infrastruktur.
Applikationsebene
Erstens werden standardmäßige AGV-Baugruppen verwendet, um mechanische und elektrische Komponenten und Rechnerplattformen zu erweitern und mit einem Kommunikationsmodul auszustatten, um eine 5G-fähige AMR-Plattform zu erstellen. read more
Zweitens wird eine Echtzeit-Kartografierung, Sensorfusion und Objekterkennung entwickelt. Diese Echtzeitkartografierung nutzt die Onboard-Sensorik, um Punktwolken hochzuladen. Auf Edge-Ebene wird die Karte (analog zu OpenStreetMap oder Google Maps) mit kachelorientierter Segmentierung verwendet, um die empfangenen Punktwolken zu überlagern. Die AMR-Navigation basiert somit auf einer groben Edge-basierten Navigation sowie einer kachelbasierten Feinnavigation, die auf dem AMR ausgeführt wird. Darüber hinaus verwendet der Positionierungsdienst Informationen von der Onboard-Sensorik sowie vom Navigationsdienst, um eine robuste Navigation und Fahrplanung des AMRs sicherzustellen. Schließlich dient die integrierte Kameramodule der Detektion von Objekten (insbesondere Personen und Fahrzeugen), um sicherheitsrelevante Informationen an den Navigationsdienst zu übermitteln.
Protokollebene:
Das Ziel besteht darin, eine standardisierte, systemagnostische Kommunikation zwischen Akteuren der vorliegenden Systemlandschaft herzustellen. Dazu wird ein protokolltechnischer Abwicklungsmechanismus verwendet, wie OPC UA als plattformunabhängiges, service-orientiertes Protokoll für den Datenaustausch.
read more Darüber hinaus unterstützen Device Management und Asset Communication Service die Selbstbeschreibung von AMR und Infrastrukturkomponenten. Mit Device Management wird das Onboarding (Integration in Kommunikationsinfrastruktur)
und die Enumeration von AMR bzw. Infrastrukturkomponenten realisiert. Der Asset Communication Service ermöglicht es, Komponenten zu finden und mit ihnen zu kommunizieren. Darüber hinaus führt die Selbstbeschreibung generische
Typbeschreibungen ein und trennt herstellerabhängige Softwarebausteine von standardisierten Kommunikationsbausteinen.
Projektinformationen
Infrastruktur, Technologie und Applikationen für die situationsbezogene autonome mobile Robotik mittels 5 G
Im Rahmen des Forschungsvorhabens ITAMoRo 5G wird die Einsetzbarkeit von 5G im Logistik- und Automatisierungsbereich untersucht. Mobile Roboter spielen hier eine zunehmende Rolle, vor allem im Zusammenhang mit Industrie 4.0 und flexiblen Produktionssystemen. 5G wird dabei als Schlüsseltechnologie zur Positionsbestimmung, Kommunikation, Sensorfusion und Echtzeitkartografierung eingesetzt. Dazu werden auf den Ebenen Infrastruktur, Protokolle und Applikationen getestet und schließlich in Betrieb genommen. Die Infrastruktur-Ebene untersucht 5G und Edge Computing als neue Technologien für vernetzte mobile Plattformen. Auf der Protokoll-Ebene wird ein standardisierter Daten- und Serviceaustausch für die Interaktion mit Peripheriegeräten betrachtet. Die Applikationsebene stellt Softwarebausteine und Edge Microservices, wie Echtzeitkartografierung, Grob- und Feinnavigation, automatische Interaktion und Bahnplanung für die Realisierung autonomen mobiler Roboter zur Verfügung. Durch den Einsatz in realen Betriebsumgebungen können Erkenntnisse gewonnen werden, die wiederum in das Projekt einfließen.
Projektbeteiligte
Beschreibung und Aufgabenverteilung
Konsortialführung
Die INperfektion wurde 2017 gegründet und bietet als Full-Service-Provider Automatisierungslösungen an und setzt Projekte im Anlagen- und Maschinen- sowie Sondermaschinenbau um. Das Portfolio beinhaltet Mechanik und
Konstruktion, Engineering von
Anlagenkomponenten, Antriebstechnik, Robotik,
read more Hard-/Softwareentwicklung, Elektronikfertigung, Elektroanlagenkonstruktion, Schaltschrankbau sowie Wartung konzipierter Lösungen. Seit der Partnerschaft mit FANUC Robotics aus dem Jahre 2019, arbeitet die INperfektion ständig an innovativen und weitreichenden Projekten. Seit 2021 sind wir Automation Partner von SEW und die Zusammenarbeit focussiert in vielen interessanten Projekten, wie z.B. die Unterstützung mit der vorhandenen Expertise und dem Kontakt zu SEW bei der Umsetzung einer Autonomen Mobilen Roboterplattform (AMR). Aufgrund vergangener Erfahrungen in der Abwicklung mittlerer und größerer Projektgeschäfte inkl. der Partnerkommunikation, übernimmt die INperfektion als Konsortialführung das Projektmanagement sowie die Koordination.
Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT vereint langjähriges Wissen und Erfahrung aus allen Gebieten der Produktionstechnik. In den Bereichen Prozesstechnologie, Produktionsmaschinen, Mechatronik, Produktionsqualität und Messtechnik sowie Technologiemanagement bietet es Kunden und Projektpartnern angewandte Forschung und Entwicklung
mit unmittelbar umsetzbaren
read more Ergebnissen. Die Abteilung Messtechnik des Fraunhofer IPT konzentriert sich auf die Entwicklung von produktionsintegrierten Messsystemen und der zugehörigen Kommunikations- und Computinginfrastruktur. Dazu gehören Konzeptionierung, Auslegung und Umsetzung sowohl im eigenen Maschinenpark als auch bei Partnern vor Ort. Im Rahmen dieser Infrastruktur wurde eine Factory Cloud in
der Zusammenarbeit mit der German Edge Cloud entwickelt. Zudem verfügt das IPT über ein 5G Testbed, dass in Kooperation mit dem Unternehmen Ericsson installiert wurde. Seit Anfang 2018 kann dieses System in der gesamten Maschinenhalle
des Instituts für Testzwecke genutzt werden.
Die siticom GmbH steht seit Jahren als gefragter Partner der Mobilfunkunternehmen und Hersteller von Mobilfunk Equipment im Bereich Testautomatisierung, Virtualisierung und Cloudification sowie der Integration von Teillösungen in bestehende Gesamtlösungen zur Verfügung. Seit der Freigabe von Funklizenzen für private Netze in Deutschland bietet siticom auch Lösungen im
read more Umfeld des 5G-Netzes an. Von Anfang an konzentrierten sich die Aktivitäten auf SA-5G-Systeme und Open-RAN-Systeme, die in bestehende Kundeninfrastrukturen eingebunden werden. Seit Februar 2020 betreibt siticom ein eigenes Campusnetz,
um Integrationstests mit Komponenten verschiedener Hersteller durchzuführen. Die Ergebnisse werden derzeit in zahlreichen Kundenprojekten umgesetzt, darunter Projekte im Umfeld von Industrie 4.0, Steuerung teilautonomer Fahrzeuge
in einem öffentlichen Testfeld und die Bereitstellung einer Open-RAN-Lösung für eine Forschungseinrichtung. Weitere Projekte sind in Vorbereitung. Das Verbundprojekt ITAMoRo wird aus der Kölner Niederlassung heraus bearbeitet.
Die VCK Logistics SCS GmbH ist Teil der VCK-Gruppe mit Sitz in den Niederlanden und hat ihren Hauptsitz in Düsseldorf. Seit über 25 Jahren bietet VLS maßgeschneiderte Supply Chain Solutions im Telekommunikationsgeschäft an, die von Beschaffung über Lagerlogistik bis hin zu Value-added Services und Distribution reichen. Das Unternehmen ist spezialisiert auf Warehousing, Staging, Last-Mile-Logistik und Installationen.VLS ist der bevorzugte
read more Logistikeinsatzpartner für Ericsson bei der Errichtung von 2G, 3G, 4G und 5G Mobilfunkknoten sowie für Kunden wie NOKIA, Telefonica, Swisscom, Axians, Vinci, TEQPORT, T-Mobile und Vodafone. Das Angebot umfasst Lagerhaltung, Value-added
Services, Inhouse Service, Facility Management Services sowie On-site Transportation und IT-Lösungen.
Das WZL mit dem Lehrstuhl für Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement unterhält ein umfassendes Forschungsprogramm in den Bereichen Robotik und Produktionsplanung. Zudem hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Flexibilisierung von Produktionsprozessen, messtechnisch-gestützte Montage und Prädiktion mit ML (u. a. freeMoVe, ProAktiW (BMBF), Oracle, Fasim XL (AiF), Exzellenzcluster (DFG)) zu erforschen. Im Rahmen des Projekts ARCH.Ai wird das WZL Fertigungsmesstechniken und
read more Prädiktionsmodelle für Bauteile entwickeln. Exzellenzcluster „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“, BMBF ProAktiW und messtechnich-gestützter kooperierender Roboter (DFG). Kompetenz:Am WZL der RWTH Aachen forscht der Lehrstuhl für Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement
an Industrialisierungsprozessen in der Produktion. Interdisziplinäre Teams untersuchen prozessintegrierte Sensorik. Die Gruppe messtechnisch-gestützte Montage beschäftigt sich mit Messsystemen zur Prozessregelung, u.a. „light-based
factories“ mit optischen Messsystemen, LaserTrackern und Nikon iGPS. Basierend auf öffentlichen Forschungs- und Entwicklungsprojekten wie AiF, FaSim_XL, DFG-Exzellenzcluster „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“, BMBF
ProAktiW und DFG Messtechnisch-gestützter kooperierender Roboter.
Kontakt uns
