Die Cloud-basierte Navigationstechnologie, entwickelt am Fraunhofer IPA, macht den Einsatz von fahrerlosen Transportsystemen verlässlicher, flexibler und effizienter.

Die Cloud-basierte Navigationstechnologie, entwickelt am Fraunhofer IPA, macht den Einsatz von fahrerlosen Transportsystemen verlässlicher, flexibler und effizienter. Universität Stuttgart IFF/Fraunhofer IPA Foto: Rainer Bez

FTS sind in den meisten Einsatzumgebungen noch immer starre Installationen, denn die einzelnen Fahrzeuge folgen festen Routen. Die Informationen über ihre Einsatzumgebung, die sie für die Pfadplanung benötigen, müssen die bordeigenen Sensoren laufend erfassen. Stellt sich den FTS ein Hindernis in den Weg, bleiben sie stehen bis der Weg frei ist. Außerdem kann sich an Kreuzungen der Verkehr stauen. Einmal eingerichtet, lässt sich das FTS nur noch mit Aufwand an neue Layouts anpassen.

Um bei Umstrukturierungen kostspielige und zeitraubende Umbaumaßnahmen zu vermeiden, hat ein vierköpfiges Forscherteam um Gruppenleiter Kai Pfeiffer alle fahrerlosen Transportfahrzeuge sowie die externen Laserscanner einer Werkhalle über die Cloud miteinander vernetzt. „Diese ‚Cloud Navigation‘ ermöglicht die kooperative Kartierung und Pfadplanung über einen zentralen Navigationsserver. Dieser berechnet die Bahnen jedes einzelnen Fahrzeugs und bessert umgehend nach, wenn er ein Hindernis registriert“, erläutert der Ingenieur.

Umgebungskarte stets aktuell

Bestandteil der ‚Cloud Navigation‘ ist das eigens entwickelte Softwaremodul ‚Cooperative Longterm-SLAM‘ (SLAM = Simultaneous Localization and Mapping): Sämtliche im Raum installierten Laserscanner und die Sensoren aller fahrerlosen Transportfahrzeuge sammeln gemeinsam Informationen über ihre Umgebung und erstellen daraus eine Karte, die fortlaufend aktualisiert wird. „Aus diesen Daten errechnet der Cloud-basierte Navigationsserver die Routenkarten für jedes Fahrzeug“, berichtet Pfeiffer.

‚Predictive Driver‘, eine Weiterentwicklung des Softwaremoduls ‚Elastic-Band‘, übernimmt  die reaktive Pfadplanung. Sie reagiert auf spontan auftretende Hindernisse und errechnet eine Ausweichroute. Kreuzen sich die Routen zweier fahrerloser Transportfahrzeuge, stimmen sich deren Bewegungsplaner über die Cloud miteinander ab – das vermeidet Staus oder gar Kollisionen.

‚Cloud Navigation‘ spart Geld

Ein bestehendes FTS lässt sich jederzeit mit der ‚Cloud Navigation‘ nachrüsten. Dabei können Anwender die Cloud-Lösung lokal, als eine Art Leitrechner, implementieren. Erste Einsätze zeigen die Vorteile von ‚Cloud Navigation‘. „Tests haben ergeben, dass dadurch die Lokalisierungsgenauigkeit um bis zu 75 Prozent zunimmt“, so der Wissenschaftler. Außerdem verkürzt die kooperative Pfadplanung die Fahrwege um bis zu 20 %, während der reibungslose Verkehr an Kreuzungspunkten 25 % Zeit spart.

Zudem reduziert die ‚Cloud Navigation‘ die benötigte Hardware für die FTS: Die einzelnen Transportfahrzeuge kommen mit weniger Sensoren und Rechenleistung aus, weil sie keine rechenintensiven Navigationsalgorithmen ausführen müssen. „So werden FTS zugleich leistungsfähiger und wirtschaftlicher“, fasst Pfeiffer zusammen. Der Energiebedarf pro Recheneinheit sinkt um 70 % und die Kosten für Sensoren in bestimmten Fällen um bis zu 80 %.

Für ihre Innovation wurden die Wissenschaftler im Dezember 2017 mit dem 3. Platz des Hans-Jürgen Warnecke Innovationspreises 2017 ausgezeichnet.