1. Homepage

3D sensoren: veilig manoeuvreren om botsingen te voorkomen

Gigantisch, tientallen tonnen zwaar en onoverzichtelijk: wereldwijd worden er in containerhavens Reach Stackers gebruikt om containers te verplaatsen en te stapelen. Om tijdens het snelle en nauwe manoeuvreren op de containerterminal botsingen te voorkomen, biedt ifm een slimme oplossing: een 3D-camera aan de achterkant van de Reach Stacker bewaakt het achterste gebied, detecteert objecten in het rijpad en waarschuwt de bestuurder voor mogelijke botsingen.

De bestuurder kijk recht vooruit wanneer hij de 14 meter brede en 40 ton wegende container, bevestigd aan de giek van de Reach Stacker, moet vervoeren door de smalle paden tussen de containerstapels. Zelfs tijdens het achteruit manoeuvreren moet de bestuurder de horizontaal gelegen container in de gaten houden om te voorkomen dat hij de andere gestapelde containers raakt.

Dit zorgt regelmatig voor gevaarlijke situaties, bijvoorbeeld wanneer twee Reach Stackers tegen elkaar aanbotsen bij het achteruit manoeuvreren, vrachtwagens de weg oversteken of wanneer mensen of objecten zich in het manoeuvreergebied bevinden. Met een gewone achteruitkijkcamera kan de bestuurder achter zich kijken, maar het nadeel van een dergelijke camera is dat hij passief is. Dit wil zeggen dat de bestuurder geen waarschuwing krijgt in gevaarlijke situaties.

Het automatisch voorkomen van botsingen
De O3M-camera van ifm biedt actieve bescherming: de geïntegreerde 3D-sensor laat op het scherm in de cockpit niet alleen de obstakels achter het voertuig zien, maar registreert ook de grootte, positie en mogelijke beweging/richting ervan. Op basis van de omgevingsdetectie en de eigen beweging van de Reach Stacker beoordeelt het O3M-systeem de mate van gevaar van de gedetecteerde objecten. Het waarschuwt de bestuurder voor obstakels op zijn weg, zonder daarbij waarschuwingen te geven voor objecten in ongevaarlijke gebieden. Dit voorkomt irritatie bij de bestuurder.

Een ander voordeel van het slimme O3M-systeem is, dat wanneer een ander voertuig het rijpad vanaf de zijkant benadert, het risico veel sneller waargenomen wordt dan bij een op afstand gebaseerde waarneming.

Camerabeeld met een 3D-overlay
Het O3M-systeem heeft twee geïntegreerde camera’s: een conventionele 2D-camera en een 3D-camera die de exacte afstand naar elke pixel bepaalt. Het voordeel voor de gebruiker: gedetecteerde objecten worden gemarkeerd in het geproduceerde 2D-beeld. Gevaarlijke obstakels worden bijvoorbeeld rood gemarkeerd en minder gevaarlijke obstakels geel of groen.

Bovendien kan er een extra waarschuwingssymbool weergegeven worden. Deze overlay wordt volledig gegenereerd in de O3M, dus er is geen extra hardware, complexe instelling of programmering nodig. Met de ifm softwaretool ‘’Vision Assistant’’ kan de weergave gemakkelijk aangepast worden aan de applicatie (kleur, symbolen, taal, etc.).

Gefaseerde waarschuwingen
Gelijktijdig met de visuele weergave wordt er een waarschuwing verstuurd naar de CAN-interface, waarna er een extra geluidssignaal geproduceerd kan worden of zelfs geremd kan worden. De reactie wordt bepaald op basis van de afstand tot het obstakel. In eerste instantie wordt er een akoestische en visuele waarschuwing gegeven. Als de bestuurder niet reageert en de situatie gevaarlijker wordt, kan het voertuig geremd worden.

Het O3M-systeem in detail
De geïntegreerde PMD-3D-chip van ifm registreert de omgeving en objecten driedimensionaal met slechts één opname. Dit voorkomt bewegingsonscherpte die kan optreden bij het gebruik van lijnscanners. De gepatenteerde en meermaals bekroonde PMD-technologie van ifm vormt de basis voor dit sensorsysteem, dat bestand is tegen de zware omstandigheden waar mobiele machines en voertuigen mee te maken hebben. Naast het robuuste en compacte design is het O3M-sensorsysteem speciaal ontworpen voor buitentoepassingen met veranderende lichtinvallen of fel zonlicht. De ifm 3D-sensor heeft geen bewegende componenten in tegenstelling tot andere sensoren zoals laserscanners. Daardoor is hij bijzonder robuust en slijt hij niet snel. De werking van de PMD-technologie is gebaseerd op het Time-of-Flight principe. De omgeving wordt verlicht door gemoduleerd, onzichtbaar infraroodlicht en het gereflecteerde licht valt op het PMD-sensorelement. Dit element is ook verbonden met de modulatiefrequentie van de lichtbron. Elke pixel van de PMD-chip bepaalt de afstand tot de omgeving op basis van de faseverschuiving tussen het verzonden en ontvangen signaal. De geïntegreerde, actieve onderdrukking voor vreemd licht verhindert volledig de verzadiging van de beeldsensor door invallend extern licht. Zodoende kan de PMD-3D-sensor bij vol instralen van de zon tot 120 klx worden gebruikt. De geïntegreerde 2 × 32-bits processorarchitectuur zorgt voor een snelle en betrouwbare evaluatie van de 3D-gegevens rechtstreeks in het systeem met maximaal 50 beelden per seconde.

Slimme functies
De slimme 3D-sensoren voor mobiele applicaties beschikken over geïntegreerde evaluatiefuncties die naast botsingsvermijding ook een groot aantal andere toepassingen mogelijk maken, bijvoorbeeld lijngeleiding of gebiedsbewaking.  Dankzij een geavanceerd algoritme uit de automobielindustrie kan een betrouwbare automatische objectherkenning tot 20 objecten worden gegarandeerd.

Met behulp van het gebruiksvriendelijke ‘’ifm Vision Assistant’’ voor Windows kunnen in slechts een paar stappen de systeemparameters ingesteld worden. De gebruiker hoeft hiervoor maar enkele parameters in te voeren, bijvoorbeeld met betrekking tot de geometrie van het voertuig. De instelling neemt slechts een paar minuten in beslag en dan is het systeem klaar voor gebruik.

Communicatie interfaces
De uitvoer van de voorbewerkte data vindt plaats via de CAN-bus op basis van CANopen of SAE J 1939. Indien nodig kan de complete 3D-informatie verwerkt worden via Ethernet UDP en een externe verwerkingseenheid. Dit biedt de gebruiker een open systeem.

Conclusie
Het O3M systeem is een autonoom assistentiesysteem voor mobiele applicaties dat op voorhand waarschuwt voor botsingen en, indien nodig, actief kan ingrijpen tijdens het rijden.  De complete ‘’intelligentie’’ is geïntegreerd in een compacte sensorbehuizing. Met behulp van de gebruiksvriendelijke besturingssoftware kunnen de parameters in slechts enkele stappen ingesteld worden. Hierdoor kan het systeem voor verschillende soorten voertuigen gebruikt worden. ifm biedt u een voordelige oplossing voor meer veiligheid in (maar niet alleen) de havenlogistiek.