Autonom utendørs gaffeltruckdrift

Intralogistikkspesialist Linde Material Handling og Aschaffenburg University of Applied Sciences (UAS) presenterte resultatene av forskningsprosjektet "KAnIS – Cooperative Autonomous Intralogistics Systems" med levende demonstrasjoner på teststedet ved Linde-anlegget i Aschaffenburg 5. desember 2023. I flere delprosjekter ble det utviklet løsninger for de krevende bruksområdene til autonome motvektstrucker, som transporterer last både innendørs og utendørs. Et fokus var på samarbeidsadferden til disse kjøretøyene som utveksler informasjon i sanntid via et 5G-nettverk og en kantserver og kan advare hverandre om hindringer. Prosjektet, som pågikk i nesten fire år, ble finansiert med omtrent 2,8 millioner euro som en del av Fristaten Bayerns FoU-program 'Informasjons- og kommunikasjonsteknologi'.

"Autonome kjøretøy vil gradvis overta flere og flere transportoppgaver," hevder Stefan Prokosch, initiativtaker til KAnIS-prosjektet ved Linde MH. Som teknologileder i bransjen ønsker intralogistikkspesialisten å gjøre fordelene med autonome kjøretøy tilgjengelig for kunder som bruker motvektstruck for å transportere varer eller laste og losse tunge lastebiler. "Kravene til gaffeltrucker som opererer i utendørsområder er imidlertid mye høyere enn for rene innendørs kjøretøy. Disse inkluderer evnen til å operere i stigninger og stigninger, tilstedeværelsen av et betydelig høyere volum av mennesker og trafikk og forskjellige værpåvirkninger og temperaturforhold som må tas i betraktning," forklarer Prokosch. "Takket være det felles forskningsarbeidet med Aschaffenburg UAS har vi vært i stand til å utvikle levedyktige løsninger for disse komplekse kravene. Når prosjektet er fullført, vil disse funnene danne et vesentlig grunnlag for videre utviklingsprosjekter."

Det overordnede målet med prosjektet var å undersøke hvordan samarbeidsatferden til nettverkstilkoblede, autonome kjøretøy kan forbedre driftssikkerheten og håndteringsytelsen. For å løse denne brede oppgaven ble det dannet flere delprosjekter for å ta for seg kjøretøyplassering, regulering og kontroll samt gaffeltrucksamarbeid, lastbærergjenkjenning, påvirkning av værpåvirkninger, prediktivt vedlikehold, ruteoptimalisering og automatisk lasthåndtering.

"For universitetet var KANIS-prosjektet et veldig komplekst, tverrfaglig forskningsprosjekt. Ti professorer og mange forskningsassistenter og studenter var involvert," oppsummerte Prof. Dr. Hans-Georg Stark, prosjektleder KANIS, Fakultet for ingeniørvitenskap ved Aschaffenburg UAS, under arrangementet. "Begge prosjektpartnere har hatt stor nytte av den intensive utvekslingen mellom Aschaffenburg UAS sine vitenskapelige forskningsaktiviteter og Linde MHs mangeårige ekspertise innen kjøretøyutvikling."

Praksisorienterte testscenarier under realistiske forhold

Fire Linde E20, E25 og E30 elektriske motvektstrucker med en lastekapasitet på 2,0 til 3,0 tonn ble automatisert og utstyrt med elektrohydraulisk styring (Linde Steer Control), Linde Safety Pilot assistansesystem med elektronisk lastdiagram og en integrert gaffelposisjoner. "Den praktiske implementeringen av forskningsresultatene var et viktig aspekt for både Linde MH og Aschaffenburg UAS," understreket Mark Hanke, avdelingsleder i pre-utvikling vedLinde MH. Fra og med neste år skal kjøretøyene videreutvikles og testes slik at de kan utføre fire spesifikke materialhåndteringsoppgaver i fremtiden. Disse inkluderer transport av nettingkasser og av paller som inneholder batterier, og flytting av kjøretøyrammer og takvern, som må transporteres på spesielle lastbærere fra forhåndsmontering til hovedsamlebåndene.

De to første bruksområdene er rene utendørsdrift, mens de to andre krever at lastebilene kjører både inne og mellom hallene. Gradienter på 8 prosent må overkommes, og det er også andre AGV-er og manuelt betjente kjøretøy i hallene. For å sikre at de fire KAnIS-gaffeltruckene pålitelig kan plukke opp paller, nettingkasser og metallrammer selv om de ikke er nøyaktig på linje med gulvet, er de utstyrt med et mobilkamera montert mellom gaflene. Den måler lommene på lastebæreren slik at gaflene kan plasseres riktig via sideforskyvningen. Designene til kjøretøyrammen, batteridøren og motvekten ble også tilpasset. "Målet vårt var å integrere sikkerhetsskannere, kameraer og sensorer så mye som mulig i kjøretøyets kontur, slik at lastebilens dimensjoner forblir så nær standardversjonen som mulig," sier Hanke. Innendørs lokaliserer kjøretøyene seg via laserskannere, utendørs bruker de differensiell GPS (Global Positioning System), en metode for å øke nøyaktigheten til GPS. I tillegg har de ekstra lokale sensorer for bytte fra innendørs til utendørs områder. I motsetning til deres manuelt opererte motstykker, kjører de automatiske gaffeltruckene alltid i revers på sine definerte ruter for å forhindre at lasten sklir av gaflene i tilfelle en nødstopp.

Sanntidskommunikasjon med lastebiler og infrastruktur

Et spesielt fokus i forskningsprosjektet var på de automatiserte gaffeltruckenes oppfatning av omgivelsene for å sikre pålitelig samhandling med andre trafikanter. Til dette formålet er kjøretøyene utstyrt med 3D-skannere og HD-kameraer i tillegg til sensorene til personvernsystemet. Kameradataene danner grunnlaget for å detektere og klassifisere objekter ved hjelp av AI-algoritmer og deretter lokalisere dem for å justere kjøretøyets hastighet og bremse ned til stillestående. Men det er ikke alt. Et annet nøkkelproblem fokuserte på kritiske situasjoner som oppstår når folk befinner seg i skjulte områder som ikke kan oppdages av gaffeltruckens sensorer og nærmer seg kjøretøyets kjørevei. Det er her samarbeid mellom gaffeltruckene spiller inn, for hvis en annen gaffeltruck er i nærheten, kan den gi relevant informasjon. Dette krever imidlertid sanntidsoverføring av persepsjonsdataene. For å oppnå disse lave ventetidene har Linde satt opp et privat 5G-nettverk ved Aschaffenburg-anlegget. Persepsjonsdataene overføres fra gaffeltruckene til en edge-server, som bruker de lokalt oppdagede objektene til å lage en global liste over alle detekterte objektene og sender den tilbake til gaffeltruckene.

Testen ble utført ved hjelp av en kollisjonstestdukke som plutselig dukker opp bak en vegg og kjører inn i gaffeltruckens bane. Uten samarbeidende oppførsel kan ikke den automatiserte gaffeltrucken stoppe i tide og kjører inn i dummyen. Men hvis den mottar sanntidsinformasjon fra en gaffeltruck i nærheten, kan den forutse den farlige situasjonen på forhånd og bremse i tide. Siden det ikke alltid er mulig å anta at en andre gaffeltruck er i nærheten, ble det installert åtte stasjonære 3D-laserskannere i kryss og gatewayer langs rutene som KANIS-gaffeltruckene skal reise i fremtiden. De lokale objektlistene til de stasjonære laserskannerne slås også sammen på kantserveren og informasjonen gjøres tilgjengelig for alle kjøretøy.

"Raske trådløse nettverk er forutsetningen for at autonome gaffeltrucker skal være i stand til å samarbeide i utendørsområder og reagere på uforutsette trafikksituasjoner i sanntid," understreket prof. Dr. Klaus Zindler, visepresident for forskning og overføring ved Aschaffenburg UAS, ved begivenhet. "Vårt mål er å utvikle generelle standarder og algoritmer ved hjelp av AI-metoder, som deretter kan brukes fleksibelt på forskjellige kjøretøy og applikasjoner og fortsette å lære."

Rensesystem for sensorer, batterilading med robot

En annen arbeidspakke så på hvordan man rengjør de nærliggende optiske sensorene når de blir skitne fra vannsprut i regn eller våte veidekker. Dette er kritisk fordi hvis pålitelig gjenstandsdeteksjon ikke lenger er mulig, vil førerbeskyttelsessystemet automatisk bringe truckentrygttil stopp. For å forhindre dette utviklet prosjektteamet et rensesystem som bruker trykkluft til å blåse bort eventuelle skitne vanndråper som kan ha samlet seg på laserskannerne.

Et annet prosjektteam undersøkte mulige løsninger for autonom lading av gaffeltruckbatteriene. Resultatet ble til fordel for en AI-basert robot som kobler ladepluggen til gaffeltruckens ladeuttak. Baksiden av lastebilen ble modifisert tilsvarende og en automatisk betjent ladeklaff ble lagt til for å beskytte ladekontakten mot skitt og vannsprut.