Autonomní manipulační technika pro venkovní provozy! Budoucnost skladování je jasná

Projekt, který probíhal téměř čtyři roky, byl financován částkou přibližně 2,8 milionu eur v rámci programu výzkumu a vývoje "Informační a komunikační technologie" Svobodného státu Bavorsko.

"Autonomní vozíky budou postupně přebírat stále více dopravních úkolů," tvrdí Stefan Prokosch, iniciátor projektu KAnIS ve společnosti Linde MH. Jako technologický lídr v oboru chce specialista na intralogistiku zpřístupnit výhody autonomních vozíků zákazníkům, kteří k přepravě zboží nebo nakládání a vykládání těžkých nákladních vozidel používají vysokozdvižné vozíky s protizávažím. "Požadavky na vysokozdvižné vozíky pracující ve venkovních prostorách jsou však mnohem vyšší než na ty pracující čistě uvnitř budov. Patří mezi ně schopnost pracovat na svazích a v náklonech, přítomnost výrazně vyššího počtu osob a dopravy a různé povětrnostní vlivy a teplotní podmínky, které je třeba zohlednit," vysvětluje Prokosch. "Díky společné výzkumné práci s Aschaffenburg UAS se nám podařilo vyvinout životaschopná řešení těchto požadavků. Po dokončení projektu budou tyto poznatky tvořit nezbytný základ pro další vývojové projekty."

Celkovým cílem projektu bylo prozkoumat, jak může kooperativní chování síťově propojených autonomních vozíků zlepšit provozní spolehlivost a manipulační výkon. Pro řešení tohoto rozsáhlého úkolu bylo vytvořeno několik dílčích projektů, které se zabývaly lokalizací, regulací a řízením vozidel, jakož i kooperací vysokozdvižných vozíků, rozpoznáváním nosičů nákladu, vlivem povětrnostních vlivů, prediktivní údržbou, optimalizací tras a automatickým řízením nákladu.

"Projekt KAnIS byl pro univerzitu velmi komplexním interdisciplinárním výzkumným projektem. Podílelo se na něm deset profesorů a řada odborných asistentů a studentů," shrnul během akce prof. Dr. Hans-Georg Stark, vedoucí projektu KAnIS na Technické fakultě UAS v Aschaffenburgu. "Oba partneři projektu měli velký prospěch z intenzivní výměny mezi vědeckovýzkumnými aktivitami Aschaffenburg UAS a dlouholetými zkušenostmi společnosti Linde MH v oblasti vývoje vozidel."

Testovací scénáře zaměřené na praxi v reálných podmínkách

Čtyři elektrické protizávažové vozíky Linde E20, E25 a E30 s nosností 2,0 až 3,0 tuny byly automatizovány a vybaveny elektrohydraulickým řízením (Linde Steer Control), asistenčním systémem Linde Safety Pilot s elektronickým diagramem zatížení a integrovaným polohovacím zařízením vidlic. "Praktická realizace výsledků výzkumu byla důležitým aspektem jak pro Linde MH, tak pro Aschaffenburg UAS," zdůraznil Mark Hanke, vedoucí oddělení předvývoje ve společnosti Linde MH. Od příštího roku budou vozíky dále vyvíjeny a testovány tak, aby v budoucnu mohly plnit čtyři specifické úkoly při manipulaci s materiálem. Patří mezi ně přeprava beden s drátěným pletivem a palet s bateriemi a přemisťování rámů vozidel a horních ochranných krytů, které musí být přepravovány na speciálních nosičích nákladu z předmontáže na hlavní montážní linky.

První dvě aplikace jsou čistě venkovní provozy, zatímco další dvě vyžadují, aby se vozíky pohybovaly uvnitř hal i mezi nimi. Je třeba překonat stoupání 8 % a v halách se nacházejí i další vozidla AGV a ručně ovládaná vozidla. Aby čtyři vysokozdvižné vozíky KAnIS mohly spolehlivě odebírat palety, bedny z drátěného pletiva a kovové rámy, i když nejsou přesně zarovnány s podlahou, jsou vybaveny mobilní kamerou umístěnou mezi vidlicemi. Ta měří kapsy nosiče nákladu, aby bylo možné vidlice správně nastavit pomocí bočního posuvu. Upraveny byly také konstrukce rámu vozidla, dveří baterie a protizávaží. "Naším cílem bylo co nejvíce integrovat bezpečnostní skenery, kamery a senzory do obrysu vozíku tak, aby rozměry vozu zůstaly co nejblíže standardní verzi," říká Hanke. V interiéru se vozidla lokalizují pomocí laserových skenerů, v exteriéru používají diferenciální GPS (Global Positioning System), což je metoda zvyšující přesnost GPS. Kromě toho jsou vybavena dalšími místními senzory pro přechod z vnitřních prostor do venkovních. Na rozdíl od svých ručně ovládaných protějšků jedou automatizované vysokozdvižné vozíky na definovaných trasách vždy vzad, aby se zabránilo sklouznutí nákladu z vidlic v případě nouzového zastavení.

Komunikace s nákladními vozidly a infrastrukturou v reálném čase

Výzkumný projekt se zaměřil zejména na vnímání okolí automatizovanými vysokozdvižnými vozíky, aby byla zajištěna jejich spolehlivá interakce s ostatními účastníky provozu. Za tímto účelem jsou vozíky kromě senzorů systému osobní ochrany vybavena 3D skenery a HD kamerami. Údaje z kamer tvoří základ pro detekci a klasifikaci objektů pomocí algoritmů umělé inteligence a jejich následnou lokalizaci s cílem upravit rychlost vozidla a zpomalit jej až do zastavení. To však není vše. Další klíčový problém se zaměřil na kritické situace, které vznikají, když se lidé nacházejí ve skrytých oblastech, které senzory vysokozdvižného vozíku nemohou detekovat, a přibližují se k dráze jízdy vozidla. Zde přichází na řadu spolupráce mezi vysokozdvižnými vozíky, protože pokud je v blízkosti jiný vysokozdvižný vozík, může poskytnout příslušné informace. To však vyžaduje přenos dat o vnímání v reálném čase. Pro dosažení těchto nízkých latencí zřídila společnost Linde v závodě v Aschaffenburgu soukromou síť 5G. Data o vnímání jsou z vysokozdvižných vozíků přenášena na okrajový server, který z lokálně detekovaných objektů vytvoří globální seznam všech detekovaných objektů a odešle jej zpět vysokozdvižným vozíkům.

Zkouška byla provedena pomocí figuríny, která se náhle vynoří zpoza zdi a vběhne do dráhy vysokozdvižného vozíku. Bez kooperativního chování nedokáže automatizovaný vysokozdvižný vozík včas zastavit a narazí do figuríny. Pokud však obdrží informace v reálném čase od blízkého vysokozdvižného vozíku, může nebezpečnou situaci předem předvídat a včas zabrzdit. Protože není možné vždy předpokládat, že se v blízkosti nachází druhý vysokozdvižný vozík, bylo na křižovatkách a branách podél tras, po kterých budou v budoucnu jezdit vysokozdvižné vozíky KAnIS, nainstalováno osm stacionárních 3D laserových skenerů. Místní seznamy objektů ze stacionárních laserových skenerů jsou rovněž sloučeny na okrajovém serveru a informace jsou zpřístupněny všem vozidlům.

"Rychlé bezdrátové sítě jsou předpokladem pro to, aby autonomní vysokozdvižné vozíky mohly ve venkovních prostorách jednat kooperativně a reagovat na nepředvídané dopravní situace v reálném čase," zdůraznil na akci Prof. Dr. Klaus Zindler, viceprezident pro výzkum a transfer v Aschaffenburg UAS. "Naším cílem je vyvinout obecné standardy a algoritmy využívající metody umělé inteligence, které pak lze flexibilně aplikovat na různá vozidla a aplikace a dále se učit."

Systém čištění senzorů, nabíjení baterií robotem

Další pracovní balíček se zabýval tím, jak čistit optické senzory v blízkosti země, když se znečistí od stříkající vody v dešti nebo mokrého povrchu vozovky. To je velmi důležité, protože pokud již není možné spolehlivě detekovat objekty, systém ochrany obsluhy automaticky bezpečně zastaví vozík. Aby se tomu předešlo, vyvinul projektový tým čisticí systém, který pomocí stlačeného vzduchu odfoukne všechny špinavé kapky vody, které se mohly na laserových snímačích nahromadit. 

Další projektový tým zkoumal možná řešení autonomního nabíjení baterií vysokozdvižného vozíku. Výsledek vyzněl ve prospěch robota na bázi umělé inteligence, který připojuje nabíjecí zástrčku k nabíjecí zásuvce vysokozdvižného vozíku. Zadní část vozíku byla odpovídajícím způsobem upravena a byla přidána automaticky ovládaná nabíjecí klapka, která chrání nabíjecí zásuvku před nečistotami a stříkající vodou.

Linde Material Handling, společnost ze skupiny KION, je celosvětově působící výrobce vysokozdvižných a skladových vozíků a poskytovatel řešení a služeb pro intralogistiku. Společnost má prodejní a servisní síť ve více než 100 zemích a je zastoupena ve všech hlavních regionech světa.

Vysoká škola aplikovaných věd v Aschaffenburgu

Vysoká škola aplikovaných věd v Aschaffenburgu byla založena v roce 1995 a v současné době na ní studuje přibližně 3 500 studentů. Univerzita se považuje za inovační centrum v metropolitním regionu Frankfurt nad Mohanem a klade velký důraz na praktickou orientaci a mezinárodnost. Úspěchy v aplikovaném výzkumu a transferu znalostí jsou obzvláště silnou stránkou Vysoké školy aplikovaných věd v Aschaffenburgu. Univerzita spolupracuje s podniky v Německu i v zahraničí v klíčových oblastech výzkumu inteligentních systémů, materiálů a informačního managementu a podporuje vlastní mladé vědce.