Lichtbasierte Ortung

Autonome Transportfahrzeuge navigieren über Licht

| Autor / Redakteur: Jürgen Schreier / Bernd Maienschein

Die Navigation des Transportsystems erfolgt über die Deckenbeleuchtung. Dr. Alexandre Bousaid, Bianca Miene (beide Osram) und Tommy Falkowski (Fraunhofer-IEM, v.l.) diskutieren die Technologie.
Die Navigation des Transportsystems erfolgt über die Deckenbeleuchtung. Dr. Alexandre Bousaid, Bianca Miene (beide Osram) und Tommy Falkowski (Fraunhofer-IEM, v.l.) diskutieren die Technologie. (Bild: Fraunhofer-IEM)

In einem BMBF-Verbundprojekt haben Osram, Götting, KEB Automation und das Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik (IEM) die Einsatzmöglichkeiten lichtbasierter Ortung in der Industrie erforscht. Fazit: Navigieren über Licht ist flexibel und zuverlässig und birgt großes Potenzial für die Industrie 4.0.

Physische Leitlinien (optisch, magnetisch, induktiv) und Lasernavigation sind gängige Technologien, um fahrerlose Transportsysteme (FTS) auf die Reise durch Werks- oder Lagerhallen zu schicken. Doch Navigieren mit Hilfe von Licht: Kann das funktionieren? Diese Frage stellten sich Osram, Götting, KEB Automation und das Fraunhofer. Und in der Tat: Es funktioniert. Ergebnis der dreijährigen Forschungskooperation ist ein Ortungssystem, das fahrerlose Transportfahrzeuge über Licht durch eine Logistik- oder Produktionshalle navigiert.

Ortung erfolgt über moduliertes Licht

Die Ortung erfolgt über an der Hallendecke montierte LED-Leuchten, die jeweils eine eindeutige Kennung über moduliertes, also speziell pulsierendes Licht aussenden. Für das menschliche Auge ist diese Modulation komplett unsichtbar. Es ändert sich somit nichts an der Beleuchtungssituation. „Mittels lichtbasierter Ortung kann eine aufwandsarme und flexible Navigation für autonome Fahrzeuge realisiert werden. Wenn wir sie künftig an die bestehende LED-Deckenbeleuchtung koppeln, könnte die Technologie ein wesentlicher Treiber für die Industrie 4.0 sein“, erläutert Christian Fechtelpeter, Wissenschaftler am Fraunhofer-IEM.

Blicken zufrieden auf drei Jahre Forschungsarbeit zurück: Das Projektteam mit Vertretern von Osram, KEB, Götting und Fraunhofer-IEM.
Blicken zufrieden auf drei Jahre Forschungsarbeit zurück: Das Projektteam mit Vertretern von Osram, KEB, Götting und Fraunhofer-IEM. (Bild: Fraunhofer IEM)

Exemplarisch umgesetzt wurde die Navigation im modularen Transportsystem „KATE“ (Kleine autonome Transporteinheit) der Firma Götting. Während die Standardversion des Fahrzeugs über auf dem Boden aufgebrachte optische Leitlinien und Transponder geleitet wird, kann die Spurführung jetzt über das neue System erfolgen. Osram modifizierte Standard-Industrie-LED-Leuchten und entwickelte eine Kamerasensorik, um das modulierte Licht zu empfangen.

Eine von Götting entwickelte Auswerteeinheit im Fahrzeug verarbeitet die Kamera- sowie weitere Sensordaten und ermöglicht somit die Navigation über ein Bedieninterface. Die interdisziplinäre Entwicklung des Gesamtsystems koordinierte das Fraunhofer-IEM mit Methoden des Systems Engineering. Erfolgsfaktoren waren vor allem die modellbasierte Spezifikation der Gesamtarchitektur im Sinne des Model Based Systems Engineering sowie die Testfallplanung.

FTS-Route lässt sich flexibel umprogrammieren

Die Umsetzung im Testfeld der Elektronikfertigung bei der KEB Automation zeigt: Die lichtbasierte Ortung würde bei Marktreife Vorteile gegenüber anderen Navigationstechnologien bieten. Mit wenig Aufwand könnten Unternehmen ihre bestehende Lichtinfrastruktur dafür nutzen. Da Hindernisse auf dem Hallenboden die Kommunikation zwischen Sender und Empfänger nicht unterbrechen, würde die Navigation weitestgehend störungsfrei erfolgen. Die Route der fahrerlosen Transportsysteme ließe sich im Bedarfsfall flexibel umprogrammieren, was wiederum Prozesse verschlankt und Arbeitsabläufe erleichtert.

Das Projekt LiONS (Lichtsensorbasierte Ortungs- und Navigationsdienste für autonome Systeme) wurde von Oktober 2015 bis Dezember 2018 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Bekanntmachung zur Förderung von „Sensorbasierten Elektroniksystemen für Anwendungen für Industrie 4.0 (SElekt I4.0)“ gefördert.

Die Projektpartner

  • Osram entwickelte sowohl die modifizierten LED-Leuchten als auch die entsprechende Sensorik für das Transportfahrzeug.
  • Die Götting KG entwickelt im Projekt ein spezielles Auswertemodul für sein fahrerloses Transportsystem „KATE“.
  • KEB ermöglichte als Anwendungspartner die exemplarische Anwendung in der eigenen Produktion und damit die Validierung im realen Einsatz.
  • Das Fraunhofer-IEM verantwortete die Gesamtsystemkonzipierung sowie die Testfallplanung und koordiniert das Gesamtprojekt. Im Sinne des Model Based Systems Engineering wurde das System der lichtbasierten Ortung ganzheitlich und modellgestützt konzipiert, wobei von Beginn an alle notwendigen Fachbereiche miteinbezogen wurden.

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