Der Markt für Fahrerlose Transportsysteme (FTS) wächst stetig. Laut Internationalem Roboterverband IFR wurden im Jahr 2018 weltweit 111.000 FTS in Betrieb genommen, 2019 waren es 176.000 und für die kommenden Jahre prognostiziert der IFR ein jährliches Wachstum von rund 60 Prozent. Fahrerlose Transportsysteme gibt es in den unterschiedlichsten Größen und Ausführungen: Sie werden als Schlepper für den Anhänger-Transport ebenso eingesetzt wie als Gabel- oder Niederhubwagen für die Paletten-Beförderung. FTS bewegen aber auch Karosserien in der Automobil-Industrie von einer Bearbeitungsstation zur nächsten, transportieren Bauteile in der Flugzeugproduktion oder schwere Papierrollen in Druckereien.
Viele Fahrerlose Transportsysteme bewegen sich auf festgelegten Routen, da die Bewältigung komplexer Bewegungsaufgaben nicht notwendig ist. Die Streckenführung kann auf mehrere Arten erfolgen. Unterschieden wird eine mechanische Zwangsführung, eine induktive Zwangslenkung mit aktivem Leitdraht bzw. passivem Stahlband sowie eine Linienführung über eine optische Bodenmarkierung. Dies sind etablierte Technologien und die Komponenten zur Ausrüstung eines FTS sind einfach und kostengünstig. Dafür verfügen diese nur über eine geringe bzw. keine Flexibilität bezüglich der Streckenführung. Weitere Nachteile der starren Navigation bestehen im hohen Aufwand zur Umsetzung, Anpassung oder Reparatur der Leitlinien. Auch die Beschaffenheit des Bodens muss berücksichtigt werden und ist nicht immer ideal für den dauerhaften Einsatz von FTS.
Es gibt aber noch einen weiteren Typ Fahrerloser Transportsysteme: Die sogenannten frei navigierenden FTS. Diese Fahrzeuge folgen nicht mehr vorgegebenen Markierungen oder Rasterpunkten, sondern orientieren sich an Umgebungsmerkmalen und werden mittels Laser, Rader oder Funkpeilung navigiert. Dadurch ist die Streckenführung maximal flexibel und kann bei Bedarf auch innerhalb kurzer Zeit verändert werden. Die Steuerung dieser Fahrzeuge erfolgt entweder über eine spezielle Software auf dem jeweiligen FTS oder über einen Zentralrechner.
Sensoren machen den Einsatz von FTS erst möglich
Damit es zuverlässig navigieren kann, muss jedes Fahrerlose Transportsystem mit Sensoren ausgestattet sein. „Je flexibler die Streckenführung bezüglich der Freiheitsgrade der Bewegung ist, desto leistungsfähiger muss das Sensorsystem sein, da die Anforderungen bezüglich der Sicherheit, der Erkennung des Umfeldes sowie der Lokalisierung der FTS komplexer sind“, so Dipl.-Ing. Markus Nowack von ASC. Das Unternehmen aus dem oberbayerischen Pfaffenhofen bietet für zahlreiche Einsatzgebiete applikationsspezifische Lösungen.
ASC entwickelt und fertigt hochgenaue Drehratensensoren, Beschleunigungssensoren, Neigungssensoren und Inertial Measurement Units (IMU). Da sowohl das Engineering als auch die Produktion und die Kalibrierung in Deutschland stattfinden, sind die Wege zwischen Entwicklung und Fertigung sehr kurz. Für den Kunden hat dies zahlreiche Vorteile: Er bekommt nicht nur eine ausführliche, individuelle Beratung, sondern auch exakt an seine Anforderungen angepasste Sensoren. Die Konfiguration erfolgt innerhalb kurzer Zeit, denn dank der schlanken Strukturen kann man hier deutlich flexibler agieren als mancher Wettbewerber.
Individuelle Konfiguration garantiert optimale Performance
Sämtliche Sensoren von ASC werden nach dem Baukasten-System gefertigt, sodass sie leicht modifizierbar und perfekt für die jeweilige Applikation optimiert sind. Die Inertial Measurement Units werden beispielsweise so konstruiert, dass sich die Drehraten- und Beschleunigungssensoren sowohl hinsichtlich der Anzahl als auch der Performance-Daten variabel integrieren lassen. ASC modifiziert aber nicht nur seine bewährten Sensoren, sondern entwickelt auf Wunsch auch komplett neue Lösungen. „Wir stimmen uns dabei eng mit dem Kunden ab“, erklärt Nowack. „Unser Vorgehen richtet sich nach seinen Vorgaben, aber auch nach der Art und Komplexität der Anwendung.“
Für Fahrerlose Transportsysteme eignen sich besonders die kompakten Drehratensensoren ASC 271/273 sowie die IMU 7. Die uniaxialen und triaxialen Drehratensensoren erfassen die rotatorischen Bewegungen der Fahrzeuge und sind somit speziell zur Optimierung der Kurvengeschwindigkeit geeignet. Wenn darüber hinaus lineare Komponenten überwacht werden sollen – wie bei der Steuerung des Fahrverhaltens beim Beschleunigen und Bremsen -, empfiehlt sich der Einsatz der IMU 7. Dank der sechs Freiheitsgrade ist neben der Messung der Fahrdynamik auch die Lokalisierung/Positionsüberwachung der FTS möglich.
Drehratensensoren sorgen für sicheren Gütertransport
Eine präzise Messung der Winkelgeschwindigkeit erlaubt die Anpassung der Fahrtgeschwindigkeit der FTS, sodass ein Verrutschen der Fracht verhindert wird. Die Drehratensensoren ASC 271/273 sind für die exakte Messung der Winkelgeschwindigkeit zuständig, denn sie verfügen über Messbereiche von ±75°/s, ±150°/s, ±300°/s und ±900°/s und eine Empfindlichkeit von 13,2 bis 1,1mV/°/s. Dank der niedrigen Bias-Instabilität von 9°/h und dem geringen Winkelfehler von lediglich 0,02°/s/?hz sind die vom Sensor ermittelten Drehraten-Werte sehr genau. Die Sensoren basieren auf MEMS-Vibrationsringelementen aus Silizium. Durch das mikromechanische Design werden im Fahrbetrieb auftretende Stöße und Vibrationen minimiert, sodass diese die Messwerte nicht verfälschen können.
Hohe Geschwindigkeit dank großer Präzision und hoher Abtastfrequenz
Die Drehratensensoren von ASC ermitteln unter anderem die Position von FTS, die in Häfen Container transportieren. Da diese FTS bereits über ein Absolut-Positionssystem verfügen, reicht die Messung der Drehrate um die Z-Achse für die Positionsbestimmung aus. Ein Hersteller von FTS setzt aus diesem Grund die uniaxiale Version des Sensors ein (ASC 271), für die dreidimensionale Orientierung im Raum bietet ASC die triaxiale Ausführung ASC 273 an. Die FTS erreichen eine Geschwindigkeit von bis zu 6m/s (22 km/h), was nur aufgrund des sehr guten Ansprechverhaltens der Drehratensensoren möglich ist. Ihr analoges Signal wird 50-mal in der Sekunde abgetastet, von der im Fahrzeug installierten Elektronik verarbeitet und als digitale Daten an den Bordcomputer des FTS übertragen. Dieser errechnet daraus einen Positionswert, der an die Leitstelle gesendet wird. Auf Basis der Werte ermittelt dann ein Zentralrechner die optimale Route für jedes Fahrzeug.
ASC-Sensoren erweitern das Einsatzgebiet von FTS in Container-Häfen
Für FTS ohne integriertes Absolut-Positionssystem sind die Inertial Measurement Units (IMU) von ASC prädestiniert. Sie verfügen sowohl über Drehraten- als auch über Beschleunigungssensoren und ermöglichen damit eine hochpräzise Routenführung. Die IMU eignen sich auch ideal für die überbrückende Navigation von FTS bei einem gestörten Funk- oder Satelliten-Signal.
Ein Einsatzbeispiel sind Portalhubwagen, die die von den FTS angelieferten Container abstapeln. Sie werden meist per Global Navigation Satellite System (GNSS) gesteuert. Im direkten Umfeld der Ship-to-Shore-Kräne am Kai können die Hubwagen bisher allerdings nicht arbeiten, weil die Stahlkonstruktion der Kräne das Satelliten-Signal verschatten würde. Mit den IMUs von ASC könnte ein vorübergehender Ausfall des GNSS-Signals dagegen kompensiert und das Einsatzgebiet der Hubwagen deutlich erweitert werden. Die geforderte Positioniergenauigkeit von ±0,5m auf 200m erreicht die ASC IMU 8 problemlos, da diese sowohl eine hervorragende Bias-Stabilität von 0,12°/h als auch einen sehr geringen Angular Random Walk von 0,017°/?h aufweist. Sensoren von ASC könnten also eine Schlüsselrolle bei der Weiterentwicklung der Hafen-Logistik einnehmen und einen wertvollen Beitrag dazu leisten, die Effizienz im internationalen Handel zu steigern.
www.asc-sensors.de
