KNAPP – 3D-kamerasystemer i mobile robotter
Kameraer ved rattet
3D-kamerasystem i autonome mobile robotter
I en verden, hvor man skal tilpasse sig hurtige forandringer og fremskridt inden for teknologi og bæredygtighed, er der et stadigt stigende behov for at ændre intralogistikprocesser. KNAPP Industry Solutions, som er et datterselskab af den østrigske pioner inden for intralogistik, KNAPP AG, sætter nye standarder med dets avancerede autonome mobile robotter og effektive 3D-kamerateknologi fra ifm.
Den østrigske virksomhed KNAPP er beliggende i Hart ved Graz og er specialiseret i udvikling af skræddersyede logistikløsninger.
"Vi hjælper vores kunder med at automatisere processer i hele værdikæden og fremme digitalisering. Vi er delt i forskellige forretningsenheder, f.eks. fødevarer, mode, detailhandel, engros og industri. Hos Industry Solutions betjener vi kunder i fremstillingsindustrien og udvikler autonome mobile robotter, vores såkaldte Open Shuttles," forklarer Philipp Gotzmann, teamleder for udvikling af software til shuttle-styring.
Disse shuttles transporterer varer autonomt mellem forskellige produktionssteder eller lagerområder. De dækker en lang række anvendelsesområder fra transport af tunge paller til små materialer og kartoner.
I modsætning til for eksempel AGV’er (Automated Guided Vehicles (automatisk styrede køretøjer)), som følger en fast rute, falder Open Shuttles ind under kategorien AMR (Autonomous Mobile Robots (autonome mobile robotter)). De er karakteriseret ved, at de kan dække afstanden mellem startpunktet og destinationen fleksibelt og uden en fast rute.
Fordelen: AMR’er kan hurtigt tilpasse sig ændrede layouts og processer. Derfor minimeres opsætningstiden til nye opgaver eller i tilfælde af ændringer i omgivelserne. Denne tilpasningsevne gør det nemt at skalere op eller ned efter behov og er en omkostningseffektiv løsning på langt sigt.
For at undgå kollisioner med personer eller genstande er pålidelig og kontinuerlig 3D-detektering af omgivelserne et vigtigt element i autonom navigation.
Brug af O3R-kamerasystemet
Det vigtigste element i at nå denne grad af fleksibilitet er 3D-kamerateknologien udviklet af automatiseringsspecialisten ifm. Med det effektive O3R-kamerasystem kan Open Shuttles præcist detektere fysiske objekter i tre dimensioner og køre uhindret og sikkert omkring i produktionsfaciliteten.
Dette giver os for eksempel også mulighed for at detektere genstande, der rager ind i kørebanen, såsom gaffeltænder. Derudover giver 3D-overvågning os et pålideligt middel til detektering af passagen af porte og lignende.
Vi bruger også O3R-systemet på vores ”Open Shuttles Fork” til detektering af lastbærere, dvs. til detektering af paller eller pallelignende lastbærere. Dette giver os mulighed for at plukke lastbærere, der kan være placeret lidt forskelligt, f.eks. efter de er blevet sat ned af en manuelt betjent gaffeltruck.
3D-sensorerne anvendes til at måle lastbæreren og bestemme dens nøjagtige position for at sikre, at man kan nærme sig og løfte lastbæreren sikkert," siger Philipp Gotzmann.


Billede 1: 3D-kameraet på en ”Open Shuttles Fork” sidder oven over gaflen og griber præcist pallen til berøringsfri tilgang og opsamling.
Billede 2: O3R-kameraet detekterer nøjagtigt pallens position og retning og giver mulighed for at nærme sig pallen præcist og løfte den gnidningsløst.
Beslutning i ifm’s favør
Da en passende 3D-løsning skulle vælges, var ifm’s udviklervenlige og brugerdefinerbare teknologi en afgørende faktor for beslutningen.
"Vi besluttede os for ifm’s løsning, mens vi stadig testede den i felten. De primære årsager til dette var det lovende koncept med distribuerede, relativt små kamerahoveder og en central computerenhed til evaluering, som også giver mulighed for softwareudvikling internt i virksomheden.
For os hos KNAPP er det meget vigtigt, at vi selv kan kortlægge systemrelevante processer, herunder 3D-detektering af forhindringer og lastbærere og have indflydelse på dem."

Billede 1: Autonomt navigerende ”Open Shuttle” til transportopgaver i intralogistik. Billede 2: O3R-kameraet er et kombineret 2D/3D-kamera til perimeter-genkendelse.
Vi leder ikke efter et nøglefærdigt system, men efter en løsning, hvor vi kan arbejde sammen med en partner om et godt produkt og koncept og udvikle vores egne algoritmer og processer. På denne måde bevarer vi kontrollen og kan udføre justeringer.
En af fordelene ved O3R-systemet er, at det er meget udviklervenligt, og at der findes fremragende udviklerdokumentation. ifm stiller også biblioteker til kundespecificeret softwareudvikling og midlerne til integrering af ROS-drivere og lignende til rådighed. Det kan vi rigtig godt lide. Kvaliteten af samarbejdet med vores kolleger hos ifm fortjener også særlig opmærksomhed," opsummerer Philipp Gotzmann hos KNAPP.

En ”Open Shuttle Fork” er en autonom mobil robot (AMR) til transport af standardpaller, stativer og specielle lastbærere.
Højtydende kamerasystem
O3R-platformen fra ifm er en omfattende løsning til centraliseret, synkroniseret behandling af billed- og sensorinformation, der er konstrueret specielt til brug i autonome mobile robotter og andre automatisk styrede køretøjssystemer.
Kernen i systemet er en kraftig computerenhed kaldet Video Processing Unit (VPU). Baseret på en yocto-Linux- og Docker-arkitektur understøttes åbne udviklingsmiljøer som Python, C++, CUDA og ROS.
VPU’en evaluerer oplysninger fra op til 6 kamerahoveder samtidig og kan bundte og koordinere dem med andre vigtige sensoroplysninger såsom oplysninger fra en 2D-Lidar-sensor i en ”sensorfusion”-proces for at muliggøre en pålidelig og robust miljøforståelse. På dette grundlag kan der udføres effektiv ruteplanlægning og navigationsopgaver.


Billede 1: Videobehandlingsenheden er den centrale komponent i O3R-systemet. Den giver mulighed for at tilslutte op til 6 kameraer.
Billede 2: Et O3R-kamera med en synsvinkel på 60 grader overvåger den primære kørebane, mens det andet kamera med en synsvinkel på 105 grader fastholder hele det forhøjede udsyn i kørselsområdet.
Med op til seks kameraer er det muligt at opnå en gnidningsløs dækning på 360 grader. 3D-kameraerne er også inkluderet i platformsløsningen. De har en åbningsvinkel på enten 60 x 45 grader eller 105 x 78 grader og anvender avanceret PMD time-of-flight-teknologi.
Patenteret "Coded Modulation Technology” (kodet modulationsteknologi) sikrer pålidelig detektering af forhindringer og fremmedlegemer, selv ved øget udsættelse for omgivende lys og ved tilstedeværelse af mange andre interferenssignaler. Ud over 3D-billedet som en punktsky tager kameraerne også et klassisk 2D-billede af omgivelserne.
Interaktionen af kameraer og sensorer muliggør en robust implementering af relevante funktioner som f.eks. forebyggelse af kollision, lokalisering, navigation og positionering.
Vi har installeret et kamerahoved med et synsfelt på 60 grader. Der fokuseres på at dække det primære kørselsområde og opnå den bedst mulige belysning med time-of-flight-teknologi til det overvågede område.
Vi bruger også et kamerahoved med et synsfelt på 105 grader. Dette giver os mulighed for at dække køretøjets fulde højde og den maksimale kørehøjde, når det er læsset. På denne måde kan vi sikre en sikker passage gennem porte og lignende.
Vores ”Open Shuttle Fork” har et ekstra kamera til palledetektering. Det anvendes til at sikre, at gaflerne placeres præcist i pallens lommer. Denne kombination af individuelle kamerahoveder og en central computerenhed er en stor fordel med hensyn til omkostningseffektiv overvågning.”

O3R-systemet består af en videobehandlingsenhed (VPU) og op til seks kamerahoveder.
Konklusion
Den innovative kombination af KNAPP’s Open Shuttles med O3R-kamerateknologi fra ifm er mere end blot en teknisk løsning – den er et vigtigt skridt henimod fremtidens intralogistik. Ved at kombinere fleksibilitet, præcision og tilpasningsevne sætter denne duo nye standarder i intralogistikkens værdikæde.
Muligheden for kundespecifik konstruktion og integration af avancerede sensorer åbner nye døre for mere effektivitet og bæredygtighed i produktionen. Dette eksempel fremhæver ikke kun de teknologiske fordele, men også vigtigheden af samarbejde og åben udveksling mellem virksomheder, såsom KNAPP og ifm, for at imødegå udfordringerne i den moderne industri og aktivt forme fremtiden.