Tausendsassa bringt Smart Factory auf nächstes Level

Die Smart Factory mit ihrer infrastrukturreduzierten und automatisierten Logistik ist nicht mehr nur Vision. Vielmehr wurde sie von Branchen wie der Automobilindustrie und deren Zulieferern längst in die Realität überführt. Nun zeigen die Forschenden des Fraunhofer IML, wie Simulationsbasierte Künstliche Intelligenz die Smart Factory in eine höhere Dimension heben kann. Mit dem hochdynamischen autonomen Transportroboter »O³dyn«, der auf der LogiMAT in Stuttgart sein Debüt feierte, erreicht der Materialfluss der Zukunft das nächste Level.

Als autonomer Transportroboter ist »O³dyn« einer der ersten Bewohner des sogenannten »Robotik Kontinuums«, das Simulation und Maschinelles Lernen mit der Realität verbindet. Mit dem hochdynamischen Transportsystem möchten die Dortmunder Forschenden den außer- und innerbetrieblichen Palettenumschlag maßgeblich verändern. Entwickelt wurde »O³dyn« im Rahmen des Großforschungsprojekts Silicon Economy. Mit diesem Projekt, das vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) mit über 25 Millionen Euro über drei Jahre gefördert wird, möchte das Fraunhofer IML einer dezentralen, föderalen und offenen Plattformökonomie in Deutschland und Europa zum Durchbruch verhelfen.

Die technischen Details auf einen Blick:

• Antrieb: 4 Elektromotoren mit Lithium-Ionen-Technologie
• Leistung der Batterie: 100,8 Volt Nennspannung, 8,5 kWh
• Fahrwerk: omnidirektional
• Fahrzeuggewicht: 450 kg
• Höchstgeschwindigkeit: 36 km/h
• Nutzlast: 350 kg
• Ortungssystem: 3D-Kamerasystem, Lidar-Scanner und Differential-GPS

Im Gegensatz zu den meisten Fahrerlosen Transportsystemen, die entweder eine hohe Leistungsfähigkeit oder Dynamik oder Flexibilität aufweisen und entweder für den Innen- oder für den Außenbereich konzipiert sind, kann »O³dyn« alle drei Eigenschaften in sich vereinen. Er ist nicht nur hochdynamisch und autonom, sondern eignet sich auch für den hybriden Betrieb. Mit einer Fahrgeschwindigkeit von bis zu 36 km/h kann er omnidirektional große Lasten im Format einer Palette transportieren. Dabei verlässt er die geschützte und definierte Umgebung von Lagerhallen, um auf Betriebsgeländen dynamisch zu agieren. Deshalb nennen ihn die Forschenden »O³dyn« (gesprochen »Odyn«), was für omnidirektional, Outdoor und Open Source steht. Seine größte Stärke soll Odyn überall dort ausspielen, wo auf ausgedehnten Werksgeländen über längere Strecken Material von einem Gebäude zum nächsten gebracht werden muss. Hier transportiert er mühelos große Ladungsträger und wechselt nahtlos vom Innen- in den Außenbereich. Kommen heute für dieses Einsatzprofil meist Gabelstapler oder Routenzüge zum Einsatz, könnte Odyn zukünftig die Resilienz und Flexibilität erhöhen. Im Vergleich zu herkömm- lichen Transportfahrzeugen ließe sich mit Odyn, so die Forschenden, das Unfallrisiko reduzieren und die Effizienz deutlich steigern. Ein Routenzug beispielsweise muss immer erst gebildet werden: Es müssen Teile gepuffert und zusammengestellt werden, die dann im Milkrun entlang einer Produktionslinie verteilt werden. Der Koordinationsaufwand ist sehr hoch. Stattdessen könnten flexible und autonom agierende Einzelfahrzeuge Bedarfsorte direkt anfahren. Odyns Nutzlast beträgt aktuell 350 kg. Das Fahrzeug ließe sich jedoch problemlos für höhere Nutzlasten auslegen. »Für die industrielle Anwendung könnten wir den Rahmen statt aus Aluminium aus Stahl konstruieren. Antriebstechnik und Fahrwerk sind schon heute auf ein Gewicht von 1,3 Tonnen ausgelegt«, so Dipl.-Ing. Guido Follert, Abteilungsleiter Maschinen und Anlagen am Fraunhofer IML.

Damit Odyn im Innen- und Außenbereich problemlos fahren kann, haben die Forschenden das omnidirektionale Fahrwerk mit Mecanumrädern und einer Luftfederung kombiniert. Dadurch kann sich das Fahrzeug nicht nur auf engstem Raum – dank Traversieren und Seitwärtsfahrt – fortbewegen, sondern auch die Last präzise positionieren. Das Fahrwerk passt sich möglichen Bodenunebenheiten im Außenbereich an. Dafür sorgen die speziellen Räder sowie die Luftfederung, die einen sicheren, lastunabhängigen Lauf auf unebenem Untergrund garantiert. Dies schont sowohl die Last als auch das Fahrzeug. Das Luftfahrwerk sorgt auch für die Lastaufnahme. Zur Palettenaufnahme senkt sich das Fahrwerk ab. Die Ladungssicherung erfolgt durch Klinken, die von außen zwischen die Palettenklötze einfahren und diese festhalten. Dies verhindert das Herausrutschen der Palette beim dynamischen Transport. Das Bremssystem besteht aus der elektrischen Betriebsbremse und einer Notbremse, die mit verschleißenden Bremsplatten unter dem Rahmen arbeitet. Bei einer Notbremsung öffnen sich die Luftventile des Fahrwerks. Das Fahrzeug senkt sich auf die Bremsplatten ab und kommt sofort zum Stillstand.