Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
In der Produktionslogistik bei BMW navigieren »Smart Transport Robots« mithilfe der IPA-Navigationssoftware.
Autonome Navigation für »STR« in der Intralogistik der BMW Group
In Kürze
Zu den Innovationen in der Produktionslogistik bei BMW gehört der von BMW und dem Fraunhofer IML entwickelte »Smart Transport Robot« (STR). Der STR navigierte dabei auf festen Spuren und benötigte für die Ortung spezielle Sensoren sowie ein engmaschiges Netz an Ankern. BMW wünschte eine flexiblere, autonomere und wirtschaftlichere Lösung und konnte diese mit der IPA-Navigationssoftware realisieren. Sie nutzt den ohnehin auf den STR vorhandenen Sicherheitslaserscanner zur Navigation. Verfahren zur dynamischen Pfadplanung und Hindernisumfahrung bieten den nötigen Autonomiegrad.
Im Detail
Bei der Implementierung gab es einige Herausforderungen. Das lag an der Qualität der Sensordaten in Kombination mit zum Teil hochdynamischen und hochveränderlichen Umgebungen, in denen der Roboter autonom navigieren muss. Im Gegensatz zu vergleichbaren Robotern verfügt der STR zur Umgebungserfassung lediglich über einen Sicherheitslaserscanner mit beschränktem Sichtbereich (180°-Sicht nach vorne). Zusätzlich erschweren eine stark veränderliche Umgebung mit wenigen festen Strukturen sowie eine hohe Dynamik durch Stapler, Routenzüge und Werkarbeiter die Laserscan-basierte Lokalisierung der Roboter. Der am IPA entwickelte Longterm-SLAM-Algorithmus (»Simultaneous Localization and Mapping«) gewährt trotzdem eine robuste Lokalisierung. Basierend auf den aktuellen Sensorbeobachtungen aktualisiert der Algorithmus dabei stetig die Umgebungskarte und kompensiert Unsicherheiten und Rauschen.
Auch hinsichtlich einer dynamischen Pfadplanung erfüllt die Software die Anforderungen der BMW-Anwendung. Hierbei sind insbesondere die Ausmaße und Sicherheitsfelder des Roboters zu berücksichtigen, die je nach Beladungszustand sowie Fahrgeschwindigkeit der STR variieren. Dennoch schafft es der STR, Hindernissen wie kreuzenden oder geparkten Fahrzeugen auszuweichen sowie Engstellen zu durchfahren. Damit können die STR autonomer agieren, geraten seltener in Blockaden und kommen effizienter ans Ziel. Ein weiterer Vorteil der Lösung ist die schnelle Inbetriebnahme in neuen Umgebungen, die die BMW-Mitarbeiter selbst ausführen können. Des Weiteren sind durch den Einsatz des Robot Operating Systems (ROS) in der Software anwendungsbedingte Anpassungen oder Weiterentwicklungen sowie Schnittstellen zu anderen Komponenten wie Bildverarbeitung oder Flottenmanagement ohne großen Aufwand realisierbar.
Zitat Josef Pilstl, Logistikplanung, BMW Group:
»Das Fraunhofer IPA entwickelt nicht nur Software für Prototypen, sondern begleitet uns beim STR auch verlässlich bei der Industrialisierung bis hin zur Serienreife des Produktes.«