Industrie-PC

Überzeugende Vorstellung

Kinexon Brain ist eine intelligente Software für die Navigation von fahrerlosen Transportsystemen in rauen Umgebungen. Das Tool läuft auf einem Embedded-Box-PC von Kontron. Dieser ist für anspruchsvolle Bedingungen ausgelegt, wie der Anwenderbericht verdeutlicht.

21. Februar 2019
Überzeugende Vorstellung
Intelligente Navigation für FTS: Kinexon Brain mit sensorbasierter Ortung implementiert in einem IoT-Gateway von Kontron. (Bild: Kinexon)

Fahrerlose Transportsysteme (FTS) werden heute in vielen Fertigungs- und Logistikunternehmen eingesetzt. Sie transportieren die Produkte, Teile oder Materialien vom Lager zu einem vorab bestimmten Ziel in der Produktionsstätte, im Lager oder auf dem Gelände. Damit das Fahrzeug den Weg eigenständig ohne Fahrer bewältigen kann, muss es irgendwie navigiert werden. Bis dato nutzten Navigationssysteme dafür Bodenmarker, wie Linien oder Magnetstreifen. Diese Art der Navigation existiert schon seit den späten 50er-Jahren des 20. Jahrhunderts. Ein optischer Sensor im fahrerlosen Transportfahrzeug liest die Bodenmarker aus und fährt hinter diesen her. Doch diese Navigationsarten sind unflexibel, teuer und aufgrund des widrigen Umfelds häufig sehr wartungsintensiv. Denn die Umweltbedingungen sind in den meisten Betriebsstätten im Gegensatz zu Reinraumproduktionen eher schwierig. Bodenverschmutzungen, störende Lichteinstrahlung, Staub oder Dämpfe erschweren es dem Fahrzeug, seinen Weg zu erkennen. Bisher verwendete Navigationssysteme erforderten im Vorfeld oft aufwendige Messfahrten zur Aufzeichnung interner Karten. Auch laserbasierte Systeme, wie SLAM-Algorithmen (Simultaneous Localization and Mapping), welche neben der Navigation gleichzeitig die Umgebung erfassen, stoßen im industriellen Kontext an ihre Grenzen.

Hoch entwickelte Sensor-Netzwerk-Technologie

Bei der 2015 in München gegründeten Kinexon Industries GmbH entstehen Lösungen, mit denen sich die Anforderungen des Industrial Internet of Things (IIoT) umsetzen lassen. Kerngeschäft der Technologieschmiede ist das Entwickeln von Präzisionsortungs- und Bewegungssensoren. Die Lösungen orientieren sich an den Anforderungen der Kunden und bestehen aus Hardware, Firmware und Software sowie den entsprechenden Services. Die Münchner Spezialisten wählten für ihre FTS-Navigationssoftware mit Namen Kinexon Brain einen neuen Ansatz. Diese Lösung bietet eine sensorbasierte Ortung. Sie fusioniert mehrere Positionssensoren, wodurch eine deutlich genauere Eigenortung ermöglicht wird. Die hoch entwickelte Sensor-Netzwerk-Technologie ermöglicht die zentimetergenaue Positionierung und Bewegungserkennung von Objekten.

In schwierigen Umgebungen ermöglicht die spezialisierte Navigationssensorik die schnelle Lokalisierung und Steuerung fahrerloser Transportsysteme und autonomer Service-Roboter. Daten, die für die Lokalisierung und Navigation notwendig sind, werden über ein engmaschiges Netzwerk erfasst. Es basiert auf der Fusion von INS (Inertial Navigation System), Laserdaten und den Positionsinformationen des drahtlosen Lokalisierungssystems (Kinexon Sensornetzwerk).

Die Navigationssoftware wählt automatisch in jeder Situation die jeweils besten Lokalisierungsinformationen aus und kombiniert diese für eine genaue Positionsschätzung. Die funkbasierte Technologie liefert auch in schwierigen Umgebungen präzise Positionsdaten. Bei Bedarf werden so die lokalen und relativen Positionsschätzungen der fahrzeuggebundenen Sensorik korrigiert. Damit ist laut dem Unternehmen in beinahe allen industriellen Umgebungen eine Positionierungsgenauigkeit von fünf Zentimetern und eine Kursabweichung von unter zwei Grad zu erreichen.

Kinexon Funklokalisierung macht aufwendige Messfahrten zur Aufzeichnung interner Karten wie bei bisher verwendeten Navigationssystemen, etwa auf der Basis von Magnetstreifen, überflüssig. Fahrrouten und Wegpunkte können auf einem vorliegenden Grundriss aus dem CAD-System definiert und in das Leitsystem übertragen werden.

Das Sensornetzwerk arbeitet mit bidirektionaler Kommunikation und ermöglicht Navigation per Funk. Darüber hinaus lassen sich mit dem System sowohl personengesteuerte als auch fahrerlose Transportsysteme gleichzeitig orten. Das erhöht die Flexibilität und steigert die Effizienz. Außerdem kann das Sensornetzwerk übergreifend auch für weitere Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise das Asset Management, Routenoptimierung von Gabelstaplern oder die Automatisierung manueller Prozesse.

K-Box macht die Navigation möglich

Damit solch ein Navigationssystem wie Kinexon Brain funktioniert, werden große Datenmengen benötigt, die dann auch schnell verarbeitet werden müssen. Dafür sind kleine, leistungsstarke, aber auch robuste Hochleistungsrechner notwendig. Sie müssen diese Datenmengen schnell und effizient bewältigen – auch unter erschwerten Umweltbedingungen.

So fiel bei den Münchner Spezialisten die Entscheidung Anfang 2017, nach einer kurzen Marktuntersuchung sowie aufgrund positiver Erfahrungsberichte von Kunden, auf die K-Box von Kontron. Die Navigationssoftware des Münchner Start-ups ist auf einem IoT-Gateway der Kontron-K-Box der A-Serie implementiert.

Integrierbar in viele FTS

Die Lösung besteht aus einem Embedded-Box-PC mit IoT-Funktionalitäten sowie den Sensoren für die Kommunikation mit dem Sensornetzwerk. Hinzu kommen ein Feldbuskoppler für die Kommunikation mit externen I/O und weiteren Komponenten, die an das Gateway angeschlossen sind – wie etwa Motoren, Laserscanner oder eine Sicherheitssteuerung. Die auf der K-Box installierte Software fungiert als einheitliche Schnittstelle zur Hardwareplattform des Flurförderfahrzeugs.

Durch die Möglichkeit der Integration und Fusion unterschiedlicher Lokalisierungstechnologien wie SLAM und UWB-Ortung (Ultra-Wideband) bietet das System Robustheit und gleichzeitig Flexibilität. Zudem lässt sich jegliche Kinematik ansteuern.

»Durch den Einsatz von Kontrons K-Box ist es uns gelungen, innerhalb kürzester Zeit eine der führenden FTS-Lösungen für den Einsatz im industriellen Umfeld zu realisieren«, berichtet Johannes Feldmaier, Produktmanager AGV (Automated Guided Vehicles) bei Kinexon. »Dank der gebotenen Standards, der Skalierbarkeit und der verfügbaren Schnittstellen lässt sich Kinexon Brain problemlos in die Produkte der unterschiedlichsten Fahrzeughersteller integrieren.« Das erlaube eine Vielzahl von Anwendungen in diversen Einsatzfeldern, beispielsweise im Bereich der Intralogistik oder künftig auch im Service-Robotik-Bereich.

Heute ist die Box ein fester Bestandteil von FTS mit Kinexon Brain und fungiert innerhalb des Systems als Leitrechner, der die unterschiedlichen Sensordaten fusioniert. Das System liefert auch im Dauerbetrieb sowie bei eingeschränkter Kühlung und hohem Verschmutzungsgrad zuverlässig alle benötigten Daten. Durch die kompakte Bauweise eignet sich die K-Box auch für die Integration in flache, autonome Flurförderfahrzeuge. Das ist ein wichtiger Aspekt, da der Raum, der bei einem solchen FTS zur Verfügung steht, eingeschränkt ist.

Zusätzlich bietet die Box die notwendigen Schnittstellen für die FTS-Lösung der Münchner. »Viele Lösungen, die wir uns im Vorfeld angesehen haben, sind deutlich größer und schwerer als die K-Box und arbeiten mit aktiver Belüftung«, so Feldmaier. Dies sei aber bei flachen, autonomen Flurförderfahrzeugen nicht optimal, da sie sich nahe am Boden bewegen. Daraus resultiert ein hoher Staubanteil, den die Systeme verkraften müssen, um präzise Daten bereitzustellen.

Passiv kühlen bis 60 Grad

»Die Kontron-Produkte überzeugen durch ihre Kompaktheit und Robustheit sowie ihre Skalierbarkeit und den lüfterlosen Betrieb, der mittels einer guten passiven Kühlung bei Umgebungstemperaturen von bis zu 60 Grad Celsius möglich ist. Das Gehäuse der K-Box ist deutlich besser verarbeitet als vergleichbare Produkte«, erklärt der Produktmanager weiter. Zudem sei die Anordnung der Schnittstellen praxisnah. »Außerdem haben uns neben dem Preis-Leistungs-Verhältnis auch der kundennahe Support und Service insgesamt überzeugt. Überzeugt hat uns die Lösung auch, weil Kontron alle notwendigen Zertifizierungen vorweisen kann und eine vollständig getestete Systemkonfiguration präsentieren konnte.«

Zudem lobt er in diesem Zusammenhang die Zusammenarbeit in allen Projektphasen: Austausch und Beratung durch den Vertrieb, das Support-Team und auch die Betreuung durch den After-Sales waren und seien hervorragend.

embedded world: Halle 1, Stand 478

Erschienen in Ausgabe: 01/2019
Seite: 5 bis 59