KNAPP – 3D-camerasysteem in mobiele robots
Camera’s aan het stuur
3D-camerasysteem in autonome mobiele robots
In een wereld die wordt geconfronteerd met razendsnelle veranderingen en vooruitgang op het gebied van technologie en duurzaamheid, wordt het herontwerpen van intralogistieke processen steeds urgenter. KNAPP Industry Solutions, een dochteronderneming van KNAPP AG, een Oostenrijkse pionier op het gebied van intralogistiek, zet nieuwe normen met zijn geavanceerde autonome mobiele robots en de krachtige 3D-cameratechnologie van ifm.
De Oostenrijkse onderneming KNAPP uit Hart bij Graz heeft zich gespecialiseerd in de ontwikkeling van logistiek op maat.
“Wij helpen onze klanten processen langs de gehele waardeketen te automatiseren en de digitalisering te bevorderen. Wij zijn daarbij onderverdeeld in verschillende Business Units, bijvoorbeeld Food, Fashion, Retail, Wholesale en Industry. Op het gebied van Industry Solutions zijn wij verantwoordelijk voor klanten uit de maakindustrie en ontwikkelen we autonome mobiele robots, onze Open Shuttles”, legt Philipp Gotzmann, Team Lead Software Development Shuttle Control, uit.
Deze transporteren zelfstandig goederen tussen verschillende productielocaties of opslagruimten. Van het transporteren van zware pallets tot kleine materialen en dozen voldoen: ze dekken een breed scala aan eisen.
In tegenstelling tot bijvoorbeeld AGV’s (Automated Guided Vehicles), die een vast gemarkeerde route volgen, behoren de Open Shuttles tot de AMR’s (Autonomous Mobile Robots). Deze onderscheiden zich hierin dat ze de weg tussen start- en bestemmingspunt flexibel en zonder een gemarkeerde route kunnen afleggen.
Het voordeel: AMR’s kunnen zich snel aanpassen aan veranderende plattegronden en processen. Dit betekent dat de insteltijd voor nieuwe taken of omgevingen minimaal is. Dit aanpassingsvermogen maakt een eenvoudig schalen mogelijk op basis van de vraag, waardoor het op de lange termijn een kosteneffectieve oplossing wordt.
Om botsingen met mensen of objecten te voorkomen, is een betrouwbare en doorlopende 3D-detectie van de omgeving een centraal onderdeel van de autonome navigatie.
Gebruik van het O3R-camerasysteem
De sleutelcomponent voor deze uitstekende flexibiliteit is de 3D-cameratechnologie van de automatiseringsspecialist ifm. Met behulp van het krachtige O3R-camerasysteem kunnen de Open Shuttles fysieke objecten in de ruimte nauwkeurig vastleggen en zich naadloos en veilig in de productielocatie bewegen.
“Hiermee kunnen we ook objecten detecteren die uitsteken op het pad, zoals vorken. Verder garandeert de 3D-monitoring ons een veilige doorgangsdetectie voor poorten en dergelijke.
Ook gebruiken we het O3R-systeem op onze ‘Open Shuttles Fork’ voor productdragerdetectie, dat wil zeggen het detecteren van pallets of palletachtige productdragers. Zo zorgen wij ervoor dat de productdragers in enigszins variabele posities kunnen worden opgepakt, bijvoorbeeld als ze eerder door een handmatige heftruck zijn neergezet.
Door middel van de 3D-sensortechniek wordt de productdrager gemeten en wordt de exacte positie bepaald om vervolgens een nauwkeurige benadering en oppakmoment te kunnen waarborgen”, aldus Philipp Gotzmann.
Afbeelding 1: De 3D-camera aan de ‘Open Shuttles Fork’ zit boven de vork en registreert nauwkeurig de pallet voor contactloos benaderen en oppakken.
Afbeelding 2: De O3R-camera registreert de positie en oriëntatie van de pallet, waardoor een nauwkeurige benadering en soepel oppakken mogelijk is.
Keuze voor ifm
Bij het selecteren van een geschikte 3D-oplossing kon ifm punten scoren met een ontwikkelaarsvriendelijke en individueel aan te passen technologie.
“We hebben tijdens een veldtestfase al gekozen voor de oplossing van ifm. De redenen daarvoor waren vooral het veelbelovende concept met verdeelde, relatief klein gehouden camerakoppen en een centrale verwerkingseenheid voor evaluatie, die ook eigen softwareontwikkeling toestaat.
Voor ons als KNAPP is het heel belangrijk systeemrelevante processen, waaronder de 3D-obstakeldetectie en productdragerdetectie, zelf in kaart te kunnen brengen en hierop invloed te kunnen uitoefenen.“
Afbeelding 1: Zelfstandig navigerende ‘Open Shuttle’ voor transporttaken in de intralogistiek. Afbeelding 2: De O3R-camera is een gecombineerde 2D/3D-camera voor de omgevingsdetetctie.
“We waren niet op zoek naar een turnkey-systeem, maar juist naar een oplossing waarbij we samen met een partner aan een goed product en concept kunnen werken en eigen algoritmen en processen kunnen ontwikkelen. Wij hebben dit dan in eigen hand en kunnen we aanpassingen doorvoeren.
Een van de voordelen van het O3R-systeem is dat het zeer ontwikkelaarsvriendelijk is ontworpen. Er is een uitstekende documentatie voor ontwikkelaars. ifm biedt ook passende bibliotheken voor het ontwikkelen van eigen software, evenals verbindingen met ROS-stuurprogramma’s en dergelijke. Dat bevalt ons heel goed. Ook de kwaliteit van de samenwerking met onze collega’s bij ifm moet worden benadrukt”, resumeert Philipp Gotzmann bij KNAPP.
De ‘Open Shuttle Fork’ is een autonome mobiele robot (AMR) voor het transporerent van standaardpallets, stellingen en speciale productdragers.
Hoogwaardig camerasysteem
Het ifm-cameraplatform O3R is de allesomvattende oplossing voor de centrale, gesynchroniseerde verwerking van beeld- en sensorinformatie, speciaal ontwikkeld voor gebruik in autonome mobiele robots en andere zelfrijdende transportsystemen.
Kern van het systeem is een krachtige verwerkingseenheid, Video Processing Unit (VPU) genoemd. Gebaseerd op yocto-Linux en een Docker-architectuur, worden open ontwikkelomgevingen zoals Python, C++, CUDA en ROS ondersteund.
De VPU verwerkt informatie van maximaal 6 camerakoppen tegelijkertijd en kan deze bundelen en correleren met andere belangrijke sensorinformatie, zoals bijvoorbeeld die van een 2D Lidar-sensor, in de zin van een “Sensor Fusion”, om zo een betrouwbare en robuuste omgevingswaarneming te realiseren. Op basis hiervan kunnen efficiënte routeplannings- en navigatietaken worden uitgevoerd.
Afbeelding 1: Het centrale onderdeel van het O3R-systeem is de Video Processing Unit. Deze biedt aansluitmogelijkheden voor maximaal 6 camera’s.
Afbeelding 2: Een O3R-camera met 60° openingshoek bewaakt de hoofdroute, de andere camera met een kijkhoek van 105° registreert het gehele hoogteaanzicht in het rijgebied.
Met maximaal zes camera’s kan een volledige dekking van 360° worden bereikt. De 3D-camera’s maken deel uit van de platformoplossing. Ze beschikken over een openingshoek van 60° x 45° of 105° x 78° en maken gebruik van de geavanceerde PMD time-off-flight-technologie.
Dankzij de gepatenteerde “Coded Modulation Technology” is een betrouwbare detectie van obstakels en vreemde voorwerpen gegarandeerd, zelfs bij veel extreem licht van buitenaf en andere stoorsignalen. Naast het 3D-beeld als puntenwolk leveren de camera’s ook een klassiek 2D-beeld van de omgeving.
De interactie van camera's en sensoren maakt een robuuste implementatie mogelijk van relevante functies zoals anti-bots beveiliging, lokalisatie, navigatie en positionering.
“We hebben hier een camerakop geplaatst met een gezichtsveld van 60°. Het belangrijkste doel is om het belangrijkste rijgebied te bestrijken en de best mogelijke verlichting te verkrijgen met behulp van time-off-flight technologie voor het beoogde gebied.
Bovendien gebruiken we een camerakop met 105° gezichtsveld om het gehele hoogteaanzicht af te dekken, evenals de maximale hoogte van het voertuig wanneer het geladen is. Daarmee kunnen we een veilige doorgang garanderen bij poorten en dergelijke.
Onze ‘Open Shuttle Forks’ beschikken over een extra camera voor de palletherkenning. Deze wordt gebruikt om met de vorken de palletopeningen nauwkeurig te kunnen benaderen. De verdeling in individuele camerakoppen met een centrale verwerkingseenheid is zeer gunstig voor een kostenefficiënte monitoring.”
Het O3R-systeem bestaat uit een Video Processing Unit en maximaal zes camerakoppen.
Conclusie
De innovatieve combinatie van de Open Shuttles van KNAPP met de O3R-cameratechnologie van ifm is meer dan alleen een technische oplossing – het is een belangrijke stap voor de toekomst van de intralogistiek. Door de combinatie van flexibiliteit, precisie en aanpassingsvermogen bepaalt dit duo de nieuwe normen in de waardeketen van de intralogistiek.
De mogelijkheid tot op maat gemaakte ontwikkeling en integratie van geavanceerde sensortechniek opent nieuwe deuren naar het vergroten van de efficiëntie en duurzaamheid in de productie. Dit voorbeeld benadrukt niet alleen de technologische vooruitgang, maar onderstreept ook het belang van samenwerking en de open uitwisseling van ideeën tussen ondernemingen als KNAPP en ifm om zo de uitdagingen van de moderne maakindustrie te overwinnen en de toekomst actief vorm te geven.
