Der autonome mobile Laderoboter für E-Autos soll der E-Mobilität zu mehr Fläche verhelfen und Sorgen um Reichweite und Lademöglichkeiten ausräumen. (Bild: Frankl, TU Graz)
Im E-Laderoboter verschmelzen zwei Komponenten zu einer Einheit: eine mobile Plattform, die sich autonom im Raum bewegen kann und ein automatisierter Roboterarm, der das Ladekabel am Auto ansteckt. Die Plattform orientiert sich selbstständig im Raum und bewegt sich mit bis zu 20 km/h auf das Fahrzeug zu. Der auf dem Torso montierte Roboterarm führt das Ladekabel zum Ladedose des E-Autos und dockt dort an. Nach dem (Schnell-)Ladevorgang entfernt der Roboter den Stecker und entfernt sich vom Fahrzeug.
„Der Tank- oder Ladevorgang eines Fahrzeugs ist für den Menschen keine große Herausforderung. Für ein automatisiertes System ist das hingegen eine sehr komplexe, millimetergenaue Angelegenheit“, berichtet Bernhard Walzel vom Institut für Fahrzeugtechnik der TU Graz. Gemeinsam mit den Partnerfirmen Alveri und Arti Robots wurde am Demonstrator einer autonomen, mobilen Version eines bereits 2018 vorgestellten stationären Laderoboters gearbeitet. Hinter den Bemühungen steckt die Motivation, der E-Mobilität mehr Fläche zu verleihen.
Autonomer Laderoboter für E-Fahrzeuge
Ins Einkaufszentrum fahren, das E-Fahrzeug abstellen, Shoppen und anschließend eine vollständig geladene Batterie vorfinden - diese Vision rückt immer näher. Forschende der TU Graz haben in Kooperation mit den Unternehmen Alveri und Arti Robots einen autonom navigierenden Laderoboter entwickelt, der nicht nur das Fahrzeug selbstständig anfährt, sondern auch automatisch auflädt.
Roboter mit Zuständigkeitsbereich
Vor der Serienreife des Laderoboters stehen noch einige Optimierungen an. Derzeit hängt der Roboter noch am Stromkabel, die Integration einer Antriebsbatterie aus aus Gewichts- und Kostengründen, aber vor allem auch aus ökologischer Sichtweise nicht sinnvoll. Die Projektpartner arbeiten daher an einer Stromversorgung über Bodenkontakte. Auch die Software für die Steuerung des Roboters soll integriert werden. Noch läuft sie auf einen separaten PC.
Einsparungspotenzial gibt es zudem beim Roboterarm, weiß Institutskollege Helmut Brunner: „Es gibt derzeit am Markt keinen Roboterarm für speziell diese Anwendung. Wir haben daher einen herkömmlichen kollaborativen Industrieroboterarm verwendet, der Bewegungsmöglichkeiten in einem sehr großen Radius ermöglicht. Soviel Bewegungsfreiheit brauchen wir für den Ladevorgang aber gar nicht. Hier ist also noch Potenzial für weniger Gewicht und geringere Kosten. Der Einsatz eines solchen Systems rechnet sich vor allem dann, wenn ein einziger Roboter für mehrere Autos zuständig ist und zum Beispiel einen definierten Bereich in einer Parkgarage abdeckt.“
In Parkhäusern, auf halböffentlichen Parkflächen etwa an Universitäten oder auf Kundenparkplätzen könnte es künftig einen ausgewiesenen Parkbereich für E-Fahrzeuge geben, in dem Laderoboter manövrieren und die dort abgestellten Fahrzeuge versorgen. Adaptierungen in der Parkplatzarchitektur könnten dafür notwendig sein. Geklärt werden müssen auch rechtliche und sicherheitsrelevante Fragen. Denn so oder so: Der Roboter wird sich in einem Bereich bewegen, in dem Menschen unterwegs sind.
Das Vertrauen in die Systemsicherheit ist daher Grundvoraussetzung. Konstantin Mautner-Lassnig von Arti Robots dazu: „Im gesamten Laderoboter sind mehrere Sicherheitsmechanismen implementiert. Die mobile Plattform tastet mit Laserscannern permanent die Umgebung nach möglichen Hindernissen ab und erkennt, wenn ein Objekt zu nahe kommt. Dann bleibt die Plattform sofort stehen.“ Auch für den sehr hypothetischen Fall, dass jemand die Hand zwischen Ladestecker und Ladeöffnung hält, wurde mit einem Sicherheitsstopp vorgesorgt.
Kommunikationsfluss zwischen Auto und Ladeinfrastruktur
Ein offenes Thema der E-Mobilität insgesamt sind Schnittstellen, etwa zwischen autonomen Systemen, digitalen Technologien und innovativen Antriebskonzepten, wie Bernhard Walzel weiß: „Es hat sich in den vergangenen Jahren unglaublich viel bewegt in der Entwicklung von E-Fahrzeugen, der notwendigen Infrastruktur, Lademöglichkeiten und automatisierten Systemen. Wichtig wäre nun, dass die einzelnen Systeme auch miteinander kommunizieren. Momentan müssen wir dem Roboter noch durch den geöffneten „Tankdeckel“ signalisieren, welches Auto er laden soll. Das Ziel muss sein, dass das Fahrzeug seinen Ladebedarf eigenständig dem Roboter meldet. Oder dass die Nutzer per App einen Roboter aktivieren. Da wird sich in naher Zukunft noch viel bewegen“