Orientieren mit 3D-Kameras, KI und Edge Devices

"Autonome Transportfahrzeuge" ist einer der aktuellen Trends in der Intralogistik. Diese können von neuen Möglichkeiten, die die Bildverarbeitung heute bietet, profitieren. Künstliche Intelligenz, Kameras, die dreidimensionale Bilder aufnehmen, und hohe Rechenleistungen in Edge Devices führen zu einem rasanten Fortschritt. Solche Applikationen lassen sich besonders einfach und komfortabel umsetzen, wenn die neue O3R-Plattform von ifm verwendet wird.
 Autonom arbeitende mobile Roboter sind eine der Anwendungen für die neue Bildverarbeitungsplattform.
Autonom arbeitende mobile Roboter sind eine der Anwendungen für die neue Bildverarbeitungsplattform.Bild: ifm electronic gmbh

Am Anfang jeder Bildverarbeitungslösung steht die Kamera, die quasi das Auge des Systems ist. Auflösung, Geschwindigkeit, Lichtempfindlichkeit, 3D-Informationen – die technische Entwicklung bei den industriellen Kameras liefern immer bessere Ergebnisse und erzeugen dabei immer größere Datenmengen. Die nachfolgende Hardware muss aber auch in der Lage sein, diese teilweise sehr große Datenmenge zu verarbeiten. Ziel ist es, die für den Prozess benötigten Informationen zu extrahieren. Eine entsprechende Leistungsfähigkeit der Hardware ist für diese Aufgabe unabdingbar. Bei der Verarbeitung der Daten muss entschieden werden, wo genau diese erfolgen soll. Ein Ansatz, der in den vergangenen Jahren häufig verwendet wurde, war die Vorverarbeitung der Daten direkt in der Kamera. Die Menge der Daten, die dann übertragen werden muss, nimmt dadurch enorm ab. Dieser Vorteil wird allerdings mit einem vergleichsweise hohen Preis der Kameras „erkauft“. Wenn für eine Anwendung mehrere Kamerasysteme eingesetzt werden, wird eine solche Lösung schnell unwirtschaftlich. Zudem kommt es beim Engineering der Applikation oft zu Schwierigkeiten, denn die Informationen aus den verschiedenen Kameras müssen ja sinnvoll kombiniert werden. Typisches Beispiel für solche Applikationen sind Mehrkamerasysteme für die Umfelderkennung in der Logistik bzw. Fördertechnik.

 Die Hardware-Plattform O3R von ifm eröffnet neue Möglichkeiten in der industriellen Bildverarbeitung.
Die Hardware-Plattform O3R von ifm eröffnet neue Möglichkeiten in der industriellen Bildverarbeitung.Bild: ifm electronic gmbh

Spezialisierte Edge-Architektur

Einer der wichtigsten Anwendungsfälle sind autonom agierende Förderfahrzeuge in der Intralogistik – oder noch allgemeiner gefasst: Anwendungen der mobilen Robotik. In solchen Anwendungen zeigt sich sehr schnell, wie komplex und umfangreich die Anforderungen sind. Ziel in der Intralogistik sind autonom agierende Fahrzeuge, die Waren selbstständig von Punkt A zu Punkt B transportieren. Die Vorteile liegen auf der Hand: Es wird weniger Personal benötigt und die Systeme können praktisch rund um die Uhr im Einsatz sein. Automated Guided Vehicles (AGV) verwenden in der Regel mehrere Sensoren, die mit unterschiedlichen Prinzipien arbeiten. Neben RGB-Kameras und 3D-Kameras, wie die aus der O3R-Serie von ifm, kommen auch Laserscanner, Radar- oder Ultraschallsensoren zum Einsatz. Diese stellen quasi die Sinnesorgane der mobilen Maschine dar. Verwendet wird hier die sogenannte Sensordatenfusion, bei der zusätzliche Informationen aus der Kombination der Daten der verschiedenen Sensoren gewonnen wird. Die Synchronisation der Sensoren und Fusion der Sensordaten stellen allerdings Anwender und Hardware vor große Herausforderungen.

ifm bietet mit der speziell für diesen Bereich entwickelten Hardware-Plattform O3R eine ideale Lösung und erleichtert Entwicklern sowohl die Vorentwicklung als auch die Serienentwicklung durch eine ausgeklügelte Software-Umgebung und eine umfangreiche Auswahl an Software-Tools und Schnittstellen. Zentrale Komponente ist ein Edge-Device, das sowohl eine hohe Rechenleistung zu Verfügung stellt als auch die Möglichkeit, unterschiedlichste Sensoren einfach anzubinden. Insgesamt können bis zu sechs 3D-Kameras und zahlreiche weitere Sensoren angeschlossen werden. Der Kamera-Anschluss geschieht über FPD-Link (Flat Panel Display Link), für die anderen Sensoren stehen GigE-Schnittstellen zur Verfügung. CAN-Schnittstellen sorgen für die einfache Einbindung in die Architektur eines mobilen Roboters. Ein leistungsfähiges Linux-System, das mit einer Nvidia Video Processing Unit ausgerüstet ist, bildet die Hardware-Basis. Die Leistungsfähigkeit dieser GPU ist skalierbar und kann so auf die jeweilige Applikation angepasst werden. Mit den verfügbaren ROS2-Treibern lässt sich das System einfach in Robotik-Applikationen integrieren. Da die Bildverarbeitung bei dem neuen O3R-Konzept in das Edge-Gerät wandert, ist in der Kamera kaum Datenverarbeitung notwendig. Es können daher auch mehrere verschiedene Kameras eingesetzt werden, die entsprechend günstig sind. ifm bietet passend dazu Kamera-Köpfe, die 3D-Sensoren oder eine Kombination aus 3D- und 2D-Sensoren mit verschiedenen Öffnungswinkeln und Auflösungen enthalten.

 Mehrere Kameras und weitere Sensoren lassen sich einfach an das Edge Device anschließen, in dem die Verarbeitung der Daten stattfindet.
Mehrere Kameras und weitere Sensoren lassen sich einfach an das Edge Device anschließen, in dem die Verarbeitung der Daten stattfindet.Bild: ifm electronic gmbh

Hohe Rechenleistung für KI-Anwendungen

Da das Edge-Device auf Linux-Basis sehr viel Rechenleistung bietet, können auch anspruchsvolle Applikationen umgesetzt werden. Speziell Anwendungen von Künstlicher Intelligenz (KI), die in der industriellen Bildverarbeitung eine immer größere Rolle spielen, sind auf diese Leistungsfähigkeit angewiesen. So lassen sich etwa neuronale Netze für Bildverarbeitungs-Anwendungen implementieren, die mit herkömmlichen algorithmischen Methoden nicht möglich wären. Diese Methoden des Deep Learnings lassen sich zum Beispiel einsetzen, um eine verbesserte Orientierung von autonomen mobilen Robotern (AMR) zu realisieren. Durch das dazu verwendete Verfahren, Simultaneous Localization and Mapping (Slamming), weiß der AMR, wie seine Umgebung aussieht und wo er sich innerhalb dieser Umgebung befindet (Localization). Wenn er sich in dieser Umgebung bewegt, kann er zusätzlich eine Karte seiner Umgebung anfertigen (Mapping). Durch den Einsatz von neuronalen Netzen und anderen Methoden der KI lassen sich solche Aufgaben lösen. Damit simuliert ein solches System genau die Methode, mit der ein Mensch diese Aufgabe auch löst. Mit unseren Sinnesorganen nehmen wir die Daten aus unserer Umgebung auf, und das neuronale Netz in unserem Gehirn erstellt daraus eine abstrakte Vorstellung einer Karte der Umgebung, in der wir uns bewegen.

Bildverarbeitung wird kostengünstiger

Die neue O3R-Plattform macht nicht nur sehr innovative Bildverarbeitungs-Anwendungen möglich, sondern gleichzeitig verringern sich auch die Kosten für solche Lösungen. Dadurch eröffnen sich neue Perspektiven, autonome mobile Roboter in Anwendungen einzusetzen, die bisher aus Kostengründen ausgeschlossen waren. In der Zukunft wird auf Basis der O3R-Plattform eine komplette Suite von Lösungen für die unterschiedlichsten Bereiche entstehen.

Seiten: 1 2Auf einer Seite lesen

Das könnte Sie auch Interessieren

Bild: Still GmbH
Bild: Still GmbH
Starkes Bindeglied 
in der Supply Chain

Starkes Bindeglied in der Supply Chain

Still automatisiert den innerbetrieblichen Transport im Nestlé Produktionswerk Biessenhofen mit Automated Guided Vehicles (AGVs). Herausforderung war, dass die Intralogistik während der laufenden Produktion reorganisiert werden musste. Das Resultat der Automatisierung ist ein kontinuierlicher Transport zur Versorgung und Entsorgung der Produktion an 24/7. Der Warenfluss konnte dadurch geglättet und die Warenbestände an den Maschinen abgebaut werden. Des Weiteren wurden auf dem Werksgelände sechs Lager für die Verpackungen der Nestlé Produkte aufgelöst und in Still Pallet Shuttle Kanallagern zusammengefasst. Die Automatisierung sorgt für eine Steigerung der Durchsatzleistung, Flexibilität und Prozesssicherheit.

Bild: Hubtex Maschinenbau GmbH & Co. KG
Bild: Hubtex Maschinenbau GmbH & Co. KG
Elektrofahrzeuge im Fokus

Elektrofahrzeuge im Fokus

Als Hersteller von Mehrwege-Seitenstaplern und maßgefertigten Spezialfahrzeugen für den Transport von langen, schweren und sperrigen Gütern, kennt Hubtex den Flurförderzeugemarkt ganz genau. Welchen Stellenwert ‚Grüne Logistik‘ für das Unternehmen hat, wie Energieverbräuche gesenkt und die Nachhaltigkeit noch weiter erhöht werden können, erklärt Geschäftsführer Hans-Joachim Finger im Interview. Ein Blick in die Entwicklungsabteilung verrät zudem, welche Neuheiten von Hubtex in 2023 zu erwarten sind.

Bild: ©Marcello Engi/Westfalia Parking-Systems GmbH & Co. KG
Bild: ©Marcello Engi/Westfalia Parking-Systems GmbH & Co. KG
Senkrechtstart 
für Auslagerleistung

Senkrechtstart für Auslagerleistung

Der Mozzarella rollt weiter auf Erfolgskurs: Zum vierten Mal hat Westfalia Logistics Solutions Switzerland die Intralogistik von Züger Frischkäse ausgebaut. Und dabei die Auslagerleistung des Gesamtsystems um 150 Paletten auf 400 Paletten pro Stunde sowie die Frischelager-Kapazität um 700 Palettenstellplätze erhöht. Nach der Auftragsvergabe im März 2020 ging im Dezember 2021 die Westerweiterung des größten Mozzarella-Herstellers und fünfgrößten Milchverarbeiters der Schweiz in Betrieb, die mehr als 10Mio.CHF investierte.