Mit Fahr-Lenk-Systemen wendig und sicher autonom unterwegs

Von fahrerlosen Transportfahrzeugen (FTF, Bild 1) können heute ganz unterschiedliche Branchen profitieren, angefangen vom Online-Handel bis hin zum produzierenden Gewerbe wie beispielsweise die Automobilfertigung oder auch die Krankenhauslogistik. Sie werden in immer mehr Betrieben flexibel und effizient für die eigene Logistik genutzt, weil sie sich für den Transport verschiedenster Güter mit unterschiedlichen Gewichten und Spezifikationen auslegen lassen.

Mit dem AgroDrive hat ebm-papst hierfür das passende Fahr-Lenk-System inklusive Rad entwickelt (Bild 2). In den Ausführungen Light, Standard und Heavy kann es Lasten bis 100 kg, 300 kg, beziehungsweise 500 kg pro Antriebseinheit bewegen. In der maximalen Ausbaustufe mit vier Fahr-Lenk-Systemen der Variante Heavy ist dann eine Traglast von zwei Tonnen problemlos möglich. Die Einbaumaße sowie die elektrischen, mechanischen und steuerungstechnischen Schnittstellen sind bei allen Ausführungen identisch, die Raddurchmesser, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung variieren und auch die mögliche Traglast und die Bodenfreiheit unterscheiden sich.

Jede Antriebseinheit besteht aus zwei bürstenlosen DC-Motoren, Getriebe, Sensorik und allen erforderlichen Anschluss-Steckern. Die zwei Motoren tragen durch das Überlagerungsgetriebe je nach Anforderung zum Lenken, Beschleunigen, Fahren oder Bremsen bei. Der unendliche Lenkwinkel ermöglicht die Flächenbeweglichkeit des Fahrzeugs, auch aus dem Stand. Etliche Einsatzbereiche haben sich die omnidirektionalen Fahrsysteme aufgrund dieser Eigenschaften bereits erschlossen. In der Automobilfertigung sind sie zum Beispiel bei Fahrzeugen zum Transport von Warenkörben oder sogar Rohkarossen im Einsatz. Sie sind die treibende Kraft bei Transportaufgaben im Online-Handel und im HealthCare-Bereich entlasten sie das Klinikpersonal, z.B. beim Transport mobiler Röntgen-Systeme. Auch beim Hersteller selbst sind sie im Einsatz.

Sicherheitskonzept mit Funktionsbausteinen für Siemenssteuerungen

Für Fahrzeughersteller ist es unkompliziert, die Fahr-Lenk-Systeme ArgoDrive in ihre Fahrzeuge zu integrieren, nicht nur mechanisch, sondern auch im Hinblick auf die Steuerungstechnik. Sicherheitskonzept und Verkabelung sind bei allen ArgoDrive-Varianten völlig identisch. All-in-one-Kabel und industriegerechte Stecker erleichtern den elektrischen Anschluss. Der Hersteller bietet für Sicherheitszertifizierungen alle relevanten Sicherheitskennzahlen wie MTTFd-Werte sowie BP-10-Werte und die Anforderungen der FTS-Normen ISO 13849 und ISO 3691-4 sind erfüllt.

Wer heute bei der Entwicklung eines fahrerlosen Transportsystems mit der Steuerung S7 1500F als Fahrzeugsteuerung arbeitet beziehungsweise SIMOVE für Navigation und Flottenmanagement nutzt, hat es besonders einfach. Vordefinierte ArgoDrive-Funktionsbausteine erleichtern die Einbindung der Fahr-Lenk-Systeme ins Steuerungsprogramm; die Regelung der Motoren übernehmen dann die Regler PDC600F von Siemens, die mit der übergeordneten Steuerung über Profinet und Profisafe kommunizieren. Damit stehen viele Safety-Funktionen für einen sicheren Betrieb der fahrerlosen Transportfahrzeuge zur Verfügung und für ein funktionierendes Setup des Fahr-und-Lenksystems sind keine weiteren Komponenten erforderlich.

Die Sicherheit ist beim Betrieb fahrerloser Transportsysteme ein zentrales Thema. Wenn sich die Arbeitsumgebung des Personals mit den Verkehrswegen der FTF überschneiden, müssen Kollisionsrisiken ausgeschlossen werden. ArgoDrive bietet dafür mehrere Möglichkeiten. Bei einer Schutzfeldverletzung beispielsweise muss das Antriebssystem den Befehl eines sicheren Stopps der Sicherheitssteuerung zuverlässig ausführen. Für die Antriebe  muss vor allem eine hohe Bremsleistung zur Verfügung stehen. Der ArgoDrive erreicht hier unter Nutzung der elektromotorischen Bremsen eine Verzögerung von bis zu 2,5 m/s², ebenso ist durch Nutzung der zusätzlich integrierten Bremse eine Notbremsung möglich. Auch beim Versagen der Stromversorgung des FTF geht die Antriebseinheit in einen sicheren Halt, um unkontrollierte Bewegungen zu vermeiden. Damit unterstützt der ArgoDrive alle typischen und notwendigen Safety-Anforderungen.

Das einzelne Fahr-Lenk-System wird hierzu über die zwei externen Regler angesteuert. Auch die Signale für den Lenkwinkel sind redundant ausgelegt und die Position ist jederzeit abfragbar. Die in den Reglern integrierte STO-Funktion (Safe Torque Off) sorgt für einen sicheren Halt (PLe). Haltebremse und STO lassen sich auch gemeinsam auslösen. Außerdem überwacht der Antrieb, dass eine bestimmte Maximalgeschwindigkeit nicht überschritten wird (SLS, Safe Limited Speed) und das Fahrzeug sich nur in die freigegebene Richtung bewegt (SDI, Safe Direction). Dafür haben die Motoren standardmäßig zwei unabhängige Gebersysteme: die integrierten Hallsensoren zur Kommutierung und einen hochauflösenden Inkrementalencoder zur Regelung. Durch den Abgleich beider Signale kann die Elektronik die Drehzahl funktional sicher erfassen.

Hinzu kommen weitere Sicherheitsfunktionen: SP (Safe Position) überwacht das Anfahren. Anhand des integrierten Lenkwinkelgebers kann die Steuerung zudem die Position des Fahrzeugs überwachen, indem sie die Signale der Motorregler mit dem Lenkwinkelgeber vergleicht. Per SSM (Save Speed Monitoring) lässt sich außerdem sicherstellen, dass sich die Drehzahl in einem definierten Korridor bewegt. Bei einer Grenzwertüberschreitung geht das Fahrzeug dann in den sicheren Zustand, hält also an. Auch die Ansteuerung des Bremsvorgangs wird überwacht; hierfür gibt es die Funktion SBC (Safe Break Control).

Mit dem ArgoDrive steht damit eine sichere, flexible und einfach integrierbare Antriebslösung für fahrerlose Transportfahrzeuge zur Verfügung, die in Bezug auf Flächenbeweglichkeit und Kompaktheit keine Kompromisse erfordert und sich für den Einsatz in unterschiedlichsten Branchen eignet. (na)

Der Beitrag beruht auf Unterlagen von ebm-papst.