KNAPP – 3D-kamerasystem i mobile roboter
Kameraer bak rattet
3D-kamerasystem i autonome mobile roboter
I en verden som tilpasser seg de raske endringene og fremskrittene innen teknologi og bærekraft, blir behovet for å redesigne intralogistikkprosesser stadig mer presserende. KNAPP Industry Solutions, et datterselskap av KNAPP AG, en østerriksk pioner innen intralogistikk, setter nye standarder med sine avanserte autonome mobile roboter og kraftig 3D-kamerateknologi fra ifm.
Det østerrikske selskapet KNAPP er basert i Hart bei Graz og spesialiserer seg på utvikling av tilpassede logistikkløsninger.
"Vi hjelper kundene våre med å automatisere prosesser langs hele verdikjeden og drive digitalisering. Vi er delt inn i ulike forretningsenheter, f.eks. Mat, mote, detaljhandel, engros og industri. I Industry Solutions betjener vi kunder i produksjonsindustrien og utvikler autonome mobile roboter, våre såkalte åpne skyttelvogner," forklarer Philipp Gotzmann, Team Lead Software Development Shuttle Control.
Skyttelvognene transporterer varer autonomt mellom forskjellige produksjonssteder eller lagringsområder. De dekker et bredt spekter av bruksområder, fra transport av tunge paller til små materialer og kartonger.
I motsetning til AGV-er (Automatiserte førerløse kjøretøy), for eksempel, som følger en fast rute, faller åpne skyttelvogner inn under kategorien AMR-er (Autonome mobile roboter). De er preget av at de kan dekke avstanden mellom startpunktet og destinasjonen fleksibelt og uten en fast rute.
The advantage: AMR-er kan raskt tilpasse seg endringer i oppsett og prosesser. Som et resultat blir oppsettstiden for nye oppgaver eller i tilfelle miljøendringer minimert. Denne tilpasningsmuligheten gjør det enkelt å skalere opp eller ned etter behov, noe som gir en kostnadseffektiv løsning på lang sikt.
For å unngå kollisjoner med mennesker eller gjenstander, er pålitelig og kontinuerlig 3D-deteksjon av omgivelsene en nøkkelkomponent i autonom navigasjon.
Bruk av O3R-kamerasystem
Nøkkelkomponenten for å oppnå dette enestående fleksibilitetsnivået er 3D-kamerateknologien utviklet av automasjonsspesialisten ifm. Med det kraftige O3R-kamerasystemet kan de åpne skyttelvognene nøyaktig oppdage fysiske objekter i tre dimensjoner og bevege seg sømløst og trygt rundt i produksjonsanlegget.
Det gjør det også mulig for oss, for eksempel, å oppdage gjenstander som stikker inn i bevegelsesbanen, for eksempel gaffelstifter. Videre gir 3D-overvåking oss en pålitelig måte å detektere passasje av porter og lignende.
Vi bruker også O3R-systemet på vår "åpne palleskyttel" for lastbærerdeteksjon, dvs. for å detektere paller eller pallelignende lastbærere. Dette gjør det mulig for oss å plukke opp lastbærere som kan ha litt forskjellige posisjoner, f.eks. etter at de har blitt satt ned av en manuell gaffeltruck.
3D-sensorene brukes til å måle lastbæreren og bestemme dens nøyaktige posisjon for å sikre at den kan bli nøyaktig tilnærmet og plukket opp," sier Philipp Gotzmann.
Bilde 1: 3D-kameraet på "palleskyttelen" sitter over gaffelen og fanger pallen nøyaktig for kontaktfri tilgang og henting.
Bilde 2: O3R-kameraet registrerer nøyaktig pallens posisjon og orientering, noe som muliggjør presis tilnærming og smidig opptak av pallen.
Beslutning i favør av ifm
Når det gjaldt å velge en passende 3D-løsning, var ifms utviklervennlige og tilpassbare teknologi en nøkkelfaktor i beslutningen.
"Vi bestemte oss for å gå med ifms løsning mens vi fortsatt testet den i felten. De viktigste grunnene til dette var det lovende konseptet med distribuerte, relativt små kamerahoder og en sentral datamaskinenhet for evaluering, som også muliggjør intern programvareutvikling.
For oss i KNAPP er det svært viktig å kunne kartlegge systemrelevante prosesser, inkludert 3D-deteksjon av hindringer og lastbærere, selv og å kunne påvirke dem.”
Bilde 1: Autonom navigering av åpen skyttelvogn for transportoppgaver i intralogistikk. Bilde 2: O3R-kameraet er et kombinert 2D/3D-kamera for omkretsgjenkjenning.
Vi var ikke ute etter et nøkkelferdig system, men en løsning der vi kunne samarbeide med en partner om et godt produkt og konsept, samt utvikle våre egne algoritmer og prosesser. På denne måten beholder vi kontrollen og kan foreta justeringer.
En av fordelene med O3R-systemet er at det er svært utviklervennlig, og at det finnes utmerket utviklerdokumentasjon. Ifm tilbyr også biblioteker for tilpasset programvareutvikling, samt muligheter for integrering av ROS-drivere og lignende. Dette setter vi stor pris på. Kvaliteten på samarbeidet med kollegene våre hos ifm fortjener også spesiell omtale," oppsummerer Philipp Gotzmann hos KNAPP.
Den åpne palleskyttelen er en autonom mobil robot (AMR) for transport av standardpaller, reoler og spesialtilpassede lastbærere.
Høyt ytende kamerasystem
O3R-plattformen fra ifm er den omfattende løsningen for sentralisert og synkronisert behandling av bilde- og sensorinformasjon, spesielt utviklet for bruk i autonome mobile roboter og andre automatiserte førerløse kjøretøysystemer.
Systemets kjerne er en kraftig dataenhet kalt Video Processing Unit (VPU). Basert på en yocto-Linux- og Docker-arkitektur støttes åpne utviklingsmiljøer som Python, C++, CUDA og ROS.
VPU-en evaluerer informasjon fra opptil 6 kamerahoder samtidig og kan samle og korrelere dette med annen viktig sensordata, som fra en 2D-lidar-sensor, i en "sensorfusjonsprosess" for å muliggjøre pålitelig og robust miljøoppfattelse. På dette grunnlaget kan effektiv ruteplanlegging og navigasjonsoppgaver utføres.
Bilde 1: Videobehandlingsenheten er den sentrale komponenten i O3R-systemet. Den gir mulighet for tilkobling av opptil 6 kameraer.
Bilde 2: Ett O3R-kamera med 60 graders synsvinkel overvåker hovedinnkjørselen, mens det andre kameraet med 105 graders synsvinkel fanger hele det forhøyede bildet i kjøreområdet.
Med opptil seks kameraer er det mulig å oppnå en sømløs 360 graders dekning. 3D-kameraene er også inkludert i plattformløsningen. De har en blendervinkel på enten 60 x 45 grader eller 105 x 78 grader og bruker avansert PMD time-of-flight-teknologi.
Patentert "Coded Modulation Technology" sikrer pålitelig deteksjon av hindringer og fremmedlegemer, selv med økt eksponering for omgivelseslys og i nærvær av mange andre interferenssignaler. I tillegg til 3D-bildet som en punktsky, gir kameraene også et klassisk 2D-bilde av omgivelsene.
Samspillet mellom kameraer og sensorer muliggjør robust implementering av relevante funksjoner som kollisjonsunngåelse, lokalisering, navigasjon og posisjonering.
Vi har installert et kamerahode med et synsfelt på 60 grader. Fokuset er på å dekke hovedkjøreområdet og oppnå best mulig belysning med time-of-flight-teknologi for det overvåkede området.
Vi bruker også et kamerahode med 105 graders synsfelt. Dette gjør at vi kan dekke hele høyden på kjøretøyet, samt den maksimale kjørehøyden når det er lastet. På denne måten kan vi sikre trygg og sikker passasje gjennom porter og lignende.
Den "åpne palleskyttelen" har et ekstra kamera for pallegjenkjenning. Den brukes til å sikre at gaflene er plassert nøyaktig i lommene på pallen. Denne kombinasjonen av individuelle kamerahoder og en sentral databehandlingsenhet er en stor fordel når det gjelder kostnadseffektiv overvåking."
O3R-systemet består av en videobehandlingsenhet og opptil seks kamerahoder.
Avslutning
Den innovative syntesen av KNAPPs åpne skyttelvogner og ifms O3R-kamerateknologi er mer enn bare en teknisk løsning – det er et viktig skritt for fremtiden innen intralogistikk. Ved å kombinere fleksibilitet, presisjon og tilpasningsdyktighet setter denne duoen nye standarder i den intralogistiske verdikjeden.
Muligheten for skreddersydd design og integrering av avanserte sensorer åpner nye dører for økt effektivitet og bærekraft i produksjonen. Dette eksemplet fremhever ikke bare teknologiske fremskritt, men også viktigheten av samarbeid og åpen utveksling mellom selskaper som KNAPP og ifm for å møte utfordringene i moderne industri og aktivt forme fremtiden.
