Institut für
Robotik und Prozessinformatik

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MONAMOVE - Ein flexibles Transportsystem für Fabrikationsumgebungen

Einleitung

In modernen Produktionsanlagen gewinnt der Einsatz von flexiblen Materialflussystemen zunehmend an Bedeutung. Im Rahmen des MONAMOVE-Projektes (MONAMOVE = Monitoring and Navigation for Mobile Vehicles) wurden am Institut in Zusammenarbeit mit der Miag Fahrzeugbau GmbH Braunschweig neue Konzepte zur Navigation von fahrerlosen Transportfahrzeugen entwickelt. Um die Fahrzeuge in Umgebungen mit dynamischen, d.h. beweglichen bzw. sich bewegenden Hindernissen kollisionsfrei navigieren zu können, besteht ein üblicher Ansatz darin, die Fahrzeuge mit umfangreicher, meist teurer Sensorik auszustatten. Im Rahmen des MONAMOVE-Projektes wurde ein anderer Ansatz gewählt: Mit Hilfe eines globalen Überwachungssystems wird der Arbeitsraum vollständig beobachtet. Die auf diese Weise mögliche vollständige Erfassung aller Hindernisse im Arbeitsraum erlaubt es, mit Hilfe des globalen Navigationssystems vollständige Roboterbahnen zur Zielposition effizient und flexibel vorauszuplanen.

Der Navigator

Der Navigator hat die Aufgabe, für vorgegebene Zielkonfigurationen der Fahrzeuge vollständige, kollisionsfreie Bewegungen zu planen. Hierzu in der Literatur vorgestellte Planungsansätze verwenden typischerweise geometrische Weltmodelle, welche die Hindernisse im Arbeits- oder Konfigurationsraum darstellen. Die Bahnplanung erfolgt dann entweder durch geeignete Zerlegung des Freiraums, durch Potentialfeldverfahren oder mit Hilfe von Wegenetzen. Dynamische Hindernisse, deren Bewegungen im voraus bekannt sind, können anschließend berücksichtigt werden, indem entlang der geplanten Bahn das Geschwindigkeitsprofil angepasst wird. In realen Umgebungen, in denen Hindernisbewegungen nicht genau vorhersagbar sind, ist ein solches Vorgehen jedoch nicht möglich. Der Navigator des MONAMOVE-Systems unterscheidet daher die Vorausplanung einer kollisionsfreien Bahn und die Überwachung und ggf. Modifikation der Bahn während der Bewegung des Fahrzeugs. Hierzu werden die Hindernisse klassifiziert in statische Hindernisse, die immer dieselbe Position haben, in teilweise dynamische Hindernisse, die nur für begrenzte Zeit eine feste Position haben, und dynamische Hindernisse, die sich auf beliebige Weise bewegen können. Die Vorausplanung berücksichtigt lediglich die statischen und teilweise dynamischen Hindernisse. Wenn ein Fahrzeug eine Bahn abfährt, werden auch die dynamischen Hindernisse überwacht, um so, falls eine Kollision mit einem Hindernis droht, die vorausgeplante Bahn zu modifizieren bzw. neu zu planen. Da solche Ausweichmanöver stets mit erneuten Berechnungen und Verzögerungen verbunden sind, sollten die Bahnen von vornherein so geplant werden, dass die Wahrscheinlichkeit für eine Neuplanung möglichst gering wird. Hierzu wurde zunächst mit expliziten Regeln (wie z.B. Rechtsfahrgebot), an die sich alle dynamischen Objekte im Arbeitsraum halten sollen, experimentiert. Daran anschließend wurde ein flexiblerer Ansatz entwickelt, der als implizite Regeln statistische Daten über das vorherrschende Hindernisverhalten einbezieht (s. statistische Bewegungsplanung für mobile Roboter)

Das globale Überwachungssystem

Das Überwachungssystem beobachtet sowohl die Fahrzeuge als auch alle Bewegungen von Hindernissen in der dynamischen Umgebung. Hierzu werden mehrere Graubild-Kameras verwendet, welche an der Hallendecke der Experimentierumgebung montiert sind. Sie ermöglichen eine nahtlose und flächendeckende Überwachung. Mit Hilfe von Bildverarbeitungsverfahren, die auf einer Differenzbildanalyse basieren, werden die benötigten Informationen aus den aufgenommenen Bildern gewonnen. Um zuverlässige Messungen auch bei Beleuchtungsschwankungen zu ermöglichen, wurde eine automatische Referenzbildanpassung entwickelt. Während die dynamischen Hindernisse mit Hilfe der Sensorik überwacht werden, sind die Lagen der statischen Hindernisse von vornherein bekannt und können dem Planungssystem in Form einer Karte zur Verfügung gestellt werden. Somit steht dem Navigator stets eine aktuelle und vollständige Beschreibung des Arbeitsraums zur Verfügung - auch wenn die Hindernisse aus der Perspektive des jeweiligen Fahrzeugs noch gar nicht zu sehen sind. Zugleich ermittelt das Überwachungssystem die aktuellen Positionen und Orientierungen der Fahrzeuge, um so Odometriefehler kompensieren zu können.

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