Kameras am Steuer

Das österreichische Unternehmen Knapp hat sich auf die Entwicklung von maßgeschneiderten Logistiklösungen spezialisiert. Diese befördern selbstständig Waren zwischen verschiedenen Produktionsplätzen oder Lagerflächen. Vom Transport schwerer Paletten bis hin zu Kleinmaterialien und Kartons, decken sie ein breites Spektrum an Anforderungen ab. Anders als z.B. AGVs, die einer fest markierten Route folgen, zählen die Open Shuttles zu den AMRs und zeichnen sich dadurch aus, dass sie den Weg zwischen Start- und Zielpunkt flexibel und ohne eine markierte Route zurücklegen können. Um Kollisionen mit Menschen oder Gegenständen zu vermeiden, ist eine zuverlässige und lückenlose 3D-Erfassung des Umfelds ein zentraler Bestandteil der autonomen Navigation.

3D-Kameratechnik als Schlüsselkomponente

Die Schlüsselkomponente für die hohe Flexibilität ist die 3D-Kameratechnik von IFM. Mithilfe des O3R-Kamerasystems können die Open Shuttles physische Objekte präzise im Raum erfassen und sich nahtlos und sicher in der Produktionsstätte bewegen.

„Wir verwenden bei unseren Open Shuttles das O3R-Kamerasystem von IFM, um Hindernisse im Fahrweg zu erkennen. Es bietet eine volle 3D-Überwachung des gesamten Fahrwegs auf der gesamten Fahrzeughöhe. Wir können damit einen Zusatzschutz zu den bereits vorhandenen und als sicher zertifizierten Laserscannern gewährleisten. Damit können wir auch z.B. in den Fahrweg hineinragende Objekte, wie Gabelzinken, erkennen. Weiter gewährleistet uns die 3D-Überwachung eine sichere Durchfahrtserkennung für Tore und Ähnliches. Auch verwenden wir das O3R-System an unserem Open Shuttle Fork für die Ladungsträgerdetektion, also zur Erkennung von Paletten oder palettenähnlichen Ladungsträgern. Damit sorgen wir für die Aufnahme von Ladungsträgern an leicht variablen Positionen, wenn diese z.B. zuvor durch einen manuellen Stapler abgestellt wurden. Mittels der 3D-Sensorik wird der Ladungsträger vermessen und die exakte Position bestimmt, um dann eine genaue Anfahrt und Aufnahme gewährleisten zu können“, so Philipp Gotzmann, Team Lead Software Development Shuttle Control bei Knapp.

Performantes Kamerasystem

Die Kameraplattform O3R ist eine ganzheitliche Lösung zur zentralen, synchronisierten Verarbeitung von Bild- und Sensorinformationen, speziell entwickelt für den Einsatz in autonomen mobilen Robotern und anderen fahrerlosen Transportsystemen. Kern des Systems ist eine leistungsstarke Recheneinheit, Video Processing Unit (VPU) genannt. Basierend auf Yocto-Linux und einer Docker-Architektur werden offene Entwicklungsumgebungen, wie Python, C++, Cuda und ROS unterstützt.

Die VPU wertet Informationen von bis zu sechs Kameraköpfen gleichzeitig aus und kann diese mit weiteren wichtigen Sensorinformationen, wie z.B. die eines 2D-Lidar-Sensors, im Sinne einer Sensorfusion bündeln und korrelieren, um eine zuverlässige und robuste Umgebungswahrnehmung zu realisieren. Auf dieser Basis können effiziente Routenplanungen und Navigationsaufgaben durchgeführt werden.

Mit bis zu sechs Kameras lässt sich eine lückenlose 360°-Abdeckung realisieren. Die 3D-Kameras sind ebenfalls Bestandteil der Plattformlösung. Sie verfügen über einen Öffnungswinkel von wahlweise 60×45 oder 105×78° und nutzen das PMD-Time-of-Flight-Verfahren. Mithilfe der Coded-Modulation-Lösung wird auch unter erhöhter Fremdlichteinwirkung und vielen weiteren Störsignalen eine zuverlässige Detektion von Hindernissen und Fremdobjekten gewährleistet. Neben dem 3D-Bild als Punktewolke liefern die Kameras auch ein klassisches 2D-Bild des Umfelds. Die Interaktion von Kameras und Sensoren ermöglicht die robuste Umsetzung relevanter Funktionen, wie Kollisionsschutz, Lokalisation, Navigation und Positionierung.

Gotzmann dazu: „Auf unseren Open Shuttles haben wir zur Hinderniserkennung zwei 3D-Kameras verbaut. Die Idee dabei ist, die unterschiedlichen Vorteile der Kameraköpfe zu nutzen. Wir haben hier einen Kamerakopf mit einem Sichtfeld von 60° verbaut. Dabei geht es vor allem darum, den Hauptfahrbereich abzudecken und eine möglichst gute Ausleuchtung mit der Time-of-Flight-Technik für den betrachteten Bereich zu erhalten. Zusätzlich verwenden wir einen Kamerakopf mit 105° Sichtfeld, um die gesamte Höhensicht sowie die maximale Fahrhöhe des Fahrzeugs im beladenen Zustand abzudecken. Damit können wir eine Durchfahrt bei Toren und Ähnlichem sicher gewährleisten. Unsere Open Shuttle Fork besitzen eine weitere Kamera zur Palettenerkennung. Sie dient dazu, mit den Gabeln exakt die Palettentaschen anfahren zu können. Die Aufteilung in einzelne Kameraköpfe mit einer zentralen Recheneinheit kommt uns für eine kosteneffiziente Überwachung sehr zugute.“