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ZIM MULTILOK

Entwicklung eines Selbstlokalisierungssystems zur Bestimmung der genauen Position und Orientierung mobiler bodengebundener Systeme basierend auf Multisensordatenfusion

Fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) und mobile Roboter dienen dem automatisierten Transport von Gütern und müssen zur Erfüllung dieser Aufgaben automatisch, d.h. ohne menschlichen Eingriff, navigieren können. Traditionell werden FTF spurgebunden mittels optischer Leitlinie oder induktivem Leitdraht geführt. Dieses Verfahren ist sehr unflexibel, weshalb FTF heutzutage vornehmlich mittels virtueller Leitlinie geführt werden. Mobile Roboter haben in der Regel einen höheren Autonomiegrad als FTF und navigieren dann völlig frei, also ohne physische oder virtuelle Leitlinie. Für die Navigation benötigen FTF und mobile Roboter die Kenntnis der eigenen Position und der Orientierung (Ausrichtung) bezüglich eines zweidimensionalen Koordinatensystem der Einsatzumgebung (Selbstlokalisierung / Eigenortung).

Die Lokalisierung von mobilen Systemen außerhalb von Gebäuden kann durch den Einsatz von Satellitenortungssystemen wie z.B. GPS realisiert werden. In Umgebungen, in denen keine oder nur unzureichende GPS-Informationen vorhanden sind, wie z.B. innerhalb von Gebäuden oder in durch Gebäude abgeschatteten Bereichen, ist eine Positionsbestimmung mittels Satellitenortung nicht möglich. In solchen Umgebungen müssen andere Ortungstechnologien herangezogen werden.

Ein mögliches Verfahren zur Positionsbestimmung unter Nutzung der Auto-ID-Technologie ist die Rasternavigation. Dabei werden passive RFID-Transponder in oder auf dem Untergrund angebracht. Die Future-Shape GmbH hat mit dem NaviFloor® einen Bodenbelag entwickelt, in dem RFID-Transponder eingebettet sind. Durch die Einbettung des RFID-Underlays in einen Kunstharzboden ist dieser auch für hohe Belastungen geeignet, wie sie z.B. durch schwere FTF entstehen. Mittels RFID-Leser kann ein FTF oder ein mobiler Roboter die ID eines RFIDTransponders auslesen, sobald dieser sich in Lesereichweite befindet. Durch Kenntnis der Position aller RFID-Transponder der Einsatzumgebung kann das FTF oder der mobile Roboter seine Position selbst bestimmen. Eine direkte Bestimmung der Orientierung ist mit dieser Technik nicht möglich. Erst wenn mindestens zwei RFID-Transponder überfahren wurden, kann die Orientierung grob bestimmt werden.

Zur Navigation von FTF mittels RFID-Transpondern muss bisher die Startorientierung manuell bestimmt und in die Steuerung der FTF übertragen werden. Der Abgleich der Orientierung während der Fahrt mittels RFID-Transpondern erfordert zusätzliche Sensoren (Radsensoren, Gyroskop) sowie die genaue Kenntnis der Kinematik des FTF in Kombination mit der Geometrie und Anbringung der RFID-Antennen. Eine Anpassung ist für jeden FTF-Typ einzeln durchzuführen und in die Fahrzeugsteuerung zu implementieren. Dieser Anpassungsaufwand verhindert momentan eine größere Verbreitung des NaviFloor®.

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines modularen Lokalisierungsgeräts, welches die Bestimmung der genauen Position und Orientierung mobiler bodengebundener Systeme wie Fahrerloser Transportfahrzeuge (FTF) oder mobiler Roboter im Außenbereich mittels GPS und im Innenbereich auf Basis des NaviFloor® ermöglichen soll. Das Gerät soll unabhängig von den Sensoren des FTF oder des mobilen Roboters arbeiten. Kernidee ist die Trennung der Hardware zur Lokalisierung des FTF von der Hardware zur Steuerung des FTF, um den Integrationsaufwand für FTF-Hersteller zu minimieren.

Zusammen mit der Future-Shape GmbH wird ein Gerät entwickelt, das neben einem integrierten GPS und einem RFID-Leser über weitere Sensoren zur Orientierungsbestimmung und zur genauen Positionsinterpolation verfügen soll. Durch geeignete Fusionierung der Sensormesswerte miteinander und mit den Daten des RFID-Lesers soll eine genaue Bestimmung der Orientierung und Position ermöglicht werden.

Das Lokalisierungssystem ist primär für die Verwendung in FTF oder mobilen Robotern vorgesehen. Es werden jedoch auch alle anderen mobilen Objekte unterstützt, bei denen ein Lesegerät in Bodennähe angebracht werden kann. Dies können beispielsweise Gabelstapler, Einkaufswagen, elektrische Rollstühle, Krankenhausbetten oder auch wertvolle Geräte oder Gegenstände sein, deren Aufenthaltsort automatisch erfasst werden soll.