Taktgeber für automatisiertes Rangieren

Beim ersten Fahrerlosen Transportfahrzeug, das Mitte des 19. Jahrhunderts in den USA auf den Markt gekommen ist, handelt es sich um einen Schlepper, der mithilfe eines optischen Erkennungssystems und Spurmarkierungen automatisiert wurde. Mehr als 60 Jahre später ist die Idee der automatisierten Logistik nicht nur wieder en vogue, sondern auch technisch komplexer. Zudem haben sich die Einsatzbereiche vervielfältigt. So kann der Prototyp des Fraunhofer IML, der KAMAG Transporttechnik GmbH & Co. KG und weiterer Projektpartner nun automatisiert Wechselbrücken rangieren.

Noch hat der von KAMAG und dem Fraunhofer IML entwickelte Wechselbrückenumsetzer eine Fahrerkabine. Diese ist jedoch meist nicht besetzt, denn das Automated Guided Vehicle (AGV) erledigt seine Arbeit auf dem Logistikhof von DB Schenker auch ohne Fahrer. Dazu haben die Entwickler das ehemals manuell steuerbare Fahrzeug mit spezieller Software und Sensorik umgerüstet. Jetzt sind Arbeiten wie die Wechselbrücke von ihrem Stellplatz abholen, sie zum Beladen an der Laderampe andocken und anschließend zu ihrem neuen Platz manövrieren für das AGV kein Problem: »Wir haben das Fahrzeug soweit, dass dieser Prozess vollständig automatisiert abläuft«, so Jonas Stenzel vom Fraunhofer IML. Damit ist das neue AGV der erste Wechselbrückenumsetzer unter den fahrerlosen Transportfahrzeugen.

Größte Herausforderung ist die Personensicherheit

Der Weg dahin barg einige Herausforderungen. Im Gegensatz zu Fahrzeugen für den Indoor-Einsatz müssen AGVs für den Außenbereich für alle Wetterbedingungen gerüstet sein – ob Schnee, Nebel oder – aus Stenzels Sicht besonders heikel – Glätte. Die »enorme Herausforderung« bei diesem Projekt lag jedoch woanders. »Alle autonomen Fahrzeuge müssen der Maschinenrichtlinie genügen«, weiß Stenzel. »Denn durch AGVs dürfen keine Personen gefährdet werden. Die Erfüllung dieser Maßgabe ist im Außenbereich recht anspruchsvoll.«

Eine konkrete Gefahr entstünde zum Beispiel, wenn die aufgeklappten Türen der Wechselbrücke nicht festgestellt sind und diese während der Fahrt unkontrolliert »schlackern« würden. Für diese Problematik fand das Entwicklerteam eine Lösung. Außerdem dürfe die Sensorik keine Person übersehen. Um dies zu bewerkstelligen, so Stenzel, habe man lange nach einem geeigneten Sensor gesucht. In diesem Bereich, erklärt der Wissenschaftler, wird zurzeit viel entwickelt. Die Lösung ist jetzt ein Outdoor-LIDAR-Sensor ähnlich denen, die auch beim autonomen Fahren auf der Straße verwendet werden. Eine naheliegende Lösung, da die Automobilhersteller vor der gleichen Herausforderung stehen, nämlich den Personenschutz immer und uneingeschränkt zu gewährleisten. »Das Sicherheitsrisiko zu kontrollieren ist der Knackpunkt. Deshalb ist auch das autonome Fahren auf der Straße noch nicht so weit fortgeschritten, wie die Automobilindustrie das vor einigen Jahren angekündigt hat. Bei der autonomen Hoflogistik kommen wir aber sicherlich schneller voran, da die Situation auf dem Hof übersichtlicher und weniger chaotisch ist« erläutert Jonas Stenzel.

Präzisieren beim Rangieren ist das A und O

Die am Fraunhofer IML entwickelte Software des AGVs erkennt beim Rückwärtsfahren mithilfe eines Sensors am Fahrzeugheck die Beine der Wechselbrücke. Sie ist befähigt, die genaue Position der Wechselbrücke zu berechnen, denn Präzision ist beim Rangieren von Wechselbrücken entscheidend. Es können mit dem Softwaremodul sogar Wechselbrücken aufgenommen werden, die schief auf ihrem Platz abgestellt wurden.

Ein zweites Modul ermöglicht es dem AGV, die verschiedenen Abstellhöhen der Wechselbrücken zu unterscheiden und den Hubtisch auf die richtige Höhe zu bringen. Die Software erstellt jedes Mal ein neues 3D-Abbild, wenn das AGV auf eine neue Wechselbrücke zufährt, um sie aufzunehmen. Die Berechnungen für die beiden Teilfunktionen erfolgen jeweils während der Fahrt – also dynamisch.

Serienproduktion erwünscht

Die Entwicklung des Prototyps hat vor knapp drei Jahren begonnen und der Markt fragt nach einer produktreifen Lösung. Die Forscher am Fraunhofer IML arbeiten derweil weiter daran, die Software zu erweitern und zu verbessern. Sie wollen die »Robustheit« der Prozesssteuerung erhöhen. Potenzial sieht Stenzel auch darin, mithilfe eines Programms die Fahrwege zu optimieren, damit das AGV immer den kürzesten Weg nimmt. Zudem soll das Fahrzeug schneller werden. Mindestens 20 km/h seien geplant. Mit der Geschwindigkeit würde auch der Anspruch an die Personensicherheit wachsen. »Momentan schafft der Wechselbrückenumsetzer zwar höhere Geschwindigkeiten als viele Indoor-AGVs. Doch für den Verwendungszweck, für den das AGV von KAMAG und dem Fraunhofer IML entwickelt wurde, ist das noch nicht wirtschaftlich«, so Stenzel. Derzeit könnten die dafür eingesetzten bemannten Lkw ihren Auftrag deutlich schneller erledigen.

Test auf Herz und Nieren bei DB Schenker

Wie sich der jetzige Prototyp in der Praxis macht, verfolgen die Projektmitarbeiter bei Testeinsätzen unter realen Bedingungen auf dem Gelände von DB Schenker. Der Logistikhof bietet sich aus Stenzels Sicht hervorragend für den Probebetrieb an: Bis zu 1.000 Wechselbrücken müssen hier täglich bewegt werden. Der hohe Umschlag ist prädestiniert für eine Automatisierung, da diese die Effizienz erhöhen könnte.

Mit ihrem Wechselbrückenumsetzer haben die Projektpartner um KAMAG und Fraunhofer IML eine weitere automatisierte Logistiklösung auf den Weg gebracht. »In ein paar Jahren soll das AGV hinsichtlich Software und Geschwindigkeit ausgereift sein«, so Stenzel. Die Funktion, im Falle eines Worst-Case-Szenarios manuell per Funkfernbedienung die Notbremse zu ziehen, soll dann überflüssig sein. Wie allerdings das Fahrzeug dann aussehen wird – ob mit oder ohne Fahrerkabine – bleibt abzuwarten.