KNAPP – 3D-kamerasystem i mobila robotar
Kameror vid ratten
3D-kamerasystem i autonoma mobila robotar
I en värld som anpassar sig till de snabba förändringarna och framstegen inom teknik och hållbarhet blir behovet av att omforma intralogistikprocesserna alltmer akut. KNAPP Industry Solutions, ett dotterbolag till KNAPP AG, en österrikisk pionjär inom intralogistik, sätter nya standarder med sina avancerade autonoma mobila robotar och kraftfull 3D-kamerateknik från ifm.
Det österrikiska företaget KNAPP har sitt säte i Hart bei Graz och är specialiserat på utveckling av kundanpassade logistiklösningar.
"Vi hjälper våra kunder att automatisera processer längs hela värdekedjan och driva på digitaliseringen. Vi är indelade i olika affärsenheter, t.ex. Food, Fashion, Retail, Wholesale och Industry. Inom Industry Solutions hjälper vi kunder inom tillverkningsindustrin och utvecklar autonoma mobila robotar, våra så kallade Open Shuttles", förklarar Philipp Gotzmann, gruppledare för mjukvaruutveckling för skyttelrobotstyrning.
Skyttelrobotarna transporterar varor autonomt mellan olika produktionsanläggningar eller lagerområden. De har många olika användningsområden, från transport av tunga pallar till små materialmängder och kartonger.
Till skillnad från exempelvis AGV:er (Automated Guided Vehicle), som följer en fast rutt, tillhör Open Shuttles kategorin AMR:er (Autonomous Mobile Robot). De kännetecknas av att de kan tillryggalägga sträckan mellan startpunkten och destinationen på ett flexibelt sätt och utan en fast rutt.
Fördelen: AMR:er kan snabbt anpassas till ändrade layouter och processer. Därmed minimeras ställtiden för nya uppgifter eller vid förändringar i miljön. Denna anpassningsförmåga gör det enkelt att skala upp eller ned efter behov, vilket ger en kostnadseffektiv lösning på lång sikt.
För att undvika kollisioner med människor eller föremål är tillförlitlig och kontinuerlig 3D-detektering av omgivningen en viktig komponent i autonom navigering.
Användning av O3R-kamerasystemet
Nyckelkomponenten för att uppnå denna avancerade flexibilitetsnivå är 3D-kameratekniken som utvecklats av automationsspecialisten ifm. Med det kraftfulla O3R-kamerasystemet kan Open Shuttle-robotarna exakt detektera fysiska objekt i tre dimensioner och röra sig smidigt och säkert i produktionsanläggningen.
Det gör det också möjligt för oss att till exempel upptäcka föremål som sticker ut i körbanan, som gaffelklor. Dessutom ger 3D-övervakning oss ett tillförlitligt sätt att upptäcka grindar och liknande.
Vi använder också O3R-systemet på våra "Open Shuttles Fork" för lastbärardetektering, dvs. för att upptäcka pallar eller palliknande lastbärare. Detta gör att vi kan plocka upp lastbärare som kan ha lite olika positioner, t.ex. efter att de har ställts ned av en manuell gaffeltruck.
3D-givarna används för att mäta lastbäraren och fastställa dess exakta position, så att den kan närmas och plockas upp med precision", säger Philipp Gotzmann.
Bild 1: 3D-kameran på "Open Shuttles Fork" sitter ovanför gaffeln och registrerar pallen exakt för kontaktfritt närmande och upptagning.
Bild 2: O3R-kameran känner exakt av pallens position och orientering, vilket möjliggör exakt närmande och smidig pallupptagning.
ifm blev valet
När det gällde att välja en lämplig 3D-lösning var ifm:s utvecklarvänliga och anpassningsbara teknik en viktig faktor i beslutet.
"Vi bestämde oss för att välja ifm:s lösning medan vi fortfarande testade den ute på fältet. De främsta anledningarna till detta var det lovande konceptet med distribuerade, relativt små kamerahuvuden och en central datorenhet för utvärdering, vilket också möjliggör egen mjukvaruutveckling.
För oss på KNAPP är det mycket viktigt att själva kunna kartlägga systemrelevanta processer, inklusive 3D-hinder- och lastbärardetektering, och att kunna påverka dem."
Bild 1: Autonomt navigerande "Open Shuttle" för transportuppgifter inom intralogistik. Bild 2: O3R-kameran är en kombinerad 2D/3D-kamera för konturigenkänning.
Vi var inte ute efter ett nyckelfärdigt system, utan efter en lösning där vi tillsammans med en partner kunde arbeta fram en bra produkt och ett bra koncept och utveckla våra egna algoritmer och processer. På så sätt behåller vi kontrollen och kan göra justeringar.
En av fördelarna med O3R-systemet är att det är mycket utvecklarvänligt och att det finns utmärkt dokumentation för utvecklare. ifm tillhandahåller också bibliotek för utveckling av egen mjukvara samt medel för integrering av ROS-drivrutiner och liknande. Det gillar vi verkligen. Kvaliteten på samarbetet med våra kollegor på ifm förtjänar också ett särskilt omnämnande", sammanfattar Philipp Gotzmann på KNAPP.
"Open Shuttle Fork" är en autonom mobil robot (AMR) för transport av standardpallar, ställningar och speciallastbärare.
Högpresterande kamerasystem
O3R-plattformen från ifm är en heltäckande lösning för centraliserad och synkroniserad bearbetning av bild- och givarinformation, särskilt utformad för användning i autonoma mobila robotar och andra system för automatiserade styrda fordon.
Kärnan i systemet är en kraftfull beräkningsenhet som kallas VPU (Video Processing Unit). Baserat på en yocto-Linux- och Docker-arkitektur stöds öppna utvecklingsmiljöer som Python, C++, CUDA och ROS.
VPU:n utvärderar information från upp till sex kamerahuvuden samtidigt och kan samla och korrelera den med annan viktig givarinformation, t.ex. från en 2D-Lidar-givare, i en "givarfusionsprocess" för att möjliggöra tillförlitlig och robust miljöperception. På grundval av detta kan effektiva ruttplanerings- och navigeringsuppgifter utföras.
Bild 1: Videobearbetningsenheten är den centrala komponenten i O3R-systemet. Den ger möjlighet att ansluta upp till sex kameror.
Bild 2: En O3R-kamera med en 60-graders bildvinkel övervakar huvudkörvägen medan den andra kameran med en 105-graders bildvinkel registrerar hela den upphöjda vyn i körområdet.
Med upp till sex kameror är det möjligt att uppnå en fullständig 360-graderstäckning. 3D-kamerorna ingår också i plattformslösningen. De har en öppningsvinkel på antingen 60 x 45 grader eller 105 x 78 grader och använder avancerad PMD-flygtidsteknik.
Den patenterade "Coded Modulation Technology" säkerställer tillförlitlig detektering av hinder och främmande föremål, även vid ökad exponering för omgivande ljus och i närvaro av många andra störningssignaler. Förutom 3D-bilden som ett punktmoln ger kamerorna också en klassisk 2D-bild av omgivningen.
Samspelet mellan kameror och givare möjliggör en robust implementering av relevanta funktioner som kollisionsundvikande, lokalisering, navigering och positionering.
Vi har installerat ett kamerahuvud med ett synfält på 60 grader. Fokus ligger på att täcka det huvudsakliga körområdet och uppnå bästa möjliga belysning med flygtidsteknik för det övervakade området.
Vi använder också ett kamerahuvud med 105 graders bildfält. Detta gör att vi kan täcka fordonets fulla höjd, liksom den maximala åkhöjden när det är lastat. På så sätt kan vi säkerställa en trygg och säker passage genom grindar och liknande.
Vår "Open Shuttle Fork" har en extra kamera för palldetektering. Den används för att säkerställa att gafflarna är exakt placerade i pallens öppningar. Denna kombination av enskilda kamerahuvuden och en central datorenhet är en stor fördel när det gäller kostnadseffektiv övervakning."
O3R-systemet består av en videobearbetningsenhet och upp till sex kamerahuvuden.
Slutsats
Den innovativa kombinationen av KNAPP:s Open Shuttle-robotar med ifm:s O3R-kamerateknik är mer än bara en teknisk lösning – den är ett viktigt steg in i intralogistikens framtid. Genom att kombinera flexibilitet, precision och anpassningsförmåga sätter denna duo nya standarder i värdekedjan för intralogistik.
Möjligheten till specialanpassad design och integrering av avancerade givare öppnar nya dörrar till ökad effektivitet och hållbarhet i produktionen. Detta exempel belyser inte bara de tekniska framstegen, utan också vikten av samarbete och öppet kunskapsutbyte mellan företag som KNAPP och ifm för att möta utmaningarna i den moderna industrin och aktivt forma framtiden.
