Infrastruktursensoren für sichere, automatisierte Gabelstapler

In der Logistik arbeiten Menschen und Roboter oft eng zusammen. Wirklich effizient ist diese Kollaboration jedoch erst, wenn die Maschinen nicht von menschlichen Arbeitskräften getrennt werden müssen, sondern zur gleichen Zeit im gleichen Bereich arbeiten können. Dafür ist es erforderlich, die Sicherheit der Menschen jederzeit zu gewährleisten. Zum Beispiel müssen Roboter wie fahrerlose Transportsysteme ihre Geschwindigkeit der Situation anpassen, um Kollisionen zu vermeiden. Bisher ist es aber häufig so, dass die Hauptverantwortung für die Vermeidung von Kollisionen bei den Menschen liegt.

Damit Sicherheitsabstände stets eingehalten werden, kann die Umgebung mithilfe von Sensoren überwacht werden. Anhand einer Simulation hat das Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS zusammen mit Hitachi untersucht, ob dies die Situation im Lager verbessert.   

Simulation der Bewegungen von automatisierten Gabelstaplern

Screenshot der Simulation des Fraunhofer IKS: Ein automatisierter Gabelstapler neben hohen Regalen mit Waren.
© Fraunhofer IKS
Regale und Waren können die Sicht in Lagerhallen versperren.

Für das Heben von schweren Lasten kommen meist Gabelstapler zum Einsatz. Werden diese als fahrerlose Transportsysteme in gemischten Bereichen des Lagers genutzt, kommt es vor allem unter zwei Bedingungen zu kritischen Situationen:

  • Unübersichtliche Kreuzungen: Mensch und Maschine können sich erst sehen, wenn sie die Kreuzung betreten und müssen dementsprechend ihre Geschwindigkeit reduzieren, um gegebenenfalls rechtzeitig reagieren zu können. 
  • Schlechte Sichtverhältnisse durch Waren: Wenn Waren bewegt werden, können sich die Sichtverhältnisse und die Lage von toten Winkeln im Laufe der Zeit ändern.

Infrastruktursensoren, die das Verhalten der Transportsysteme dynamisch anpassen, können helfen, die Sicherheit in Lagern zu verbessern. Um das Nutzen- und Risikopotenzial solcher Infrastruktursensoren zu bewerten, untersuchte das Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS in Zusammenarbeit mit Hitachi die Auswirkungen dieser Sensoren auf die Leistung und Sicherheit von automatisierten Gabelstaplern. Dafür haben die Forscherinnen und Forscher einen Simulationsrahmen für die Bewegungen der fahrerlosen Transportsysteme in Lagern auf der Grundlage von Webots erstellt.

Zuerst wurde ein Beispiellayout eines Lagers modelliert. Modelle von menschlichen Arbeitskräften sowie bemannten und fahrerlosen Gabelstaplern wurden importiert, mit Aktoren und Sensoren ausgestattet und so programmiert, dass sie einfache Aufgaben ausführen. Die virtuellen Arbeiter folgen bestimmten Pfaden und gewähren den Gabelstaplern entweder Vorfahrt oder ignorieren diese. Die automatisierten Gabelstapler folgen einem dynamisch berechneten Weg, der auf Informationen der Infrastruktursensoren und der Gabelstapler selbst basiert. So werden Simulationen mit unterschiedlichen Konfigurationen und Szenarien ermöglicht und die Zuverlässigkeit der Algorithmen kann in verschiedenen Kontexten getestet werden.

Beispiel-Simulation von automatisierten Gabelstablern und Menschen

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Simulation des Fraunhofer IKS

Eine vom Fraunhofer IKS entwickelte Simulation ebnet den Weg für ein sicheres Zusammenspiel von Robotern und Menschen – ohne die Effizienz zu mindern. Dazu wurde ein unübersichtlicher Bereich des Lagers ausgewählt und Szenen untersucht, in denen ein menschlicher Arbeiter und ein automatischer Gabelstapler zu ähnlichen Zeiten kreuzen wollen.

Mehr Leistung und weniger Kollisionen

Die Leistung der Gabelstapler ist von mehreren Faktoren abhängig: Die Verteilung der Aufgaben, Navigation, Bahnplanung, Bewegungsplanung und weitere Aspekte beeinflussen ihre Performance. Um nur Auswirkungen unterschiedlicher Strategien für die Kollaboration zu untersuchen, wurden in der Simulation verschiedene Szenen betrachtet, in denen Mensch und Maschine zu ähnlichen Zeiten denselben Bereich überqueren wollten. Auch das Restrisiko für Menschen, die den Gabelstapler übersehen, konnte somit abgeschätzt werden. Die Simulation des Fraunhofer IKS zeigte, dass automatisierte Gabelstapler in Lagerhallen mit Infrastruktursensoren, im Durchschnitt 30% weniger Zeit benötigen, um die Kreuzung zu überqueren und gleichzeitig alle Kollisionen vermeiden können. Außerdem konnten verschiedene Strategien zum Umgang mit toten Winkeln untersucht werden.

Durch weitere Simulationen der Kollaboration im gesamten Warenlager konnten außerdem unvorhergesehene Gefahren identifiziert werden. Durch diese neuen Informationen kann Hitachi Methoden erarbeiten, um die Sicherheit im Lager weiter zu verbessern.

Der konstruierte Simulationsrahmen des Fraunhofer IKS ermöglicht es, Sicherheitskonzepte weiter zu verfeinern und sie mit anderen Konzepten zu vergleichen. Unter anderem können die Auswirkungen verschiedener Infrastruktursensoren bewertet werden. Das Fraunhofer IKS unterstützt auch Sie gerne bei der Wahl des passenden Safety-Konzepts. Sprechen Sie gerne die nebenstehenden Kontaktpersonen an, um weitere Informationen zu erhalten. 

 

Safe interaction of automated forklifts and humans at blind corners in a warehouse with infrastructure sensors

Lesen Sie hier das Paper, das im September 2021 auf der SafeComp vorgestellt wurde.

 

How robots in warehouses operate safely and efficiently

Auch auf unserem Blog stellen wir Ihnen das Projekt »SACSA« und die Beteiligung des Fraunhofer IKS vor. Lesen Sie direkt weiter.

 

Industrie 4.0

Industrie 4.0 steht für die Digitalisierung in der Produktion. Um die Vorteile sicher nutzen zu können muss eine vernetzte und automatisierte Produktion vor allem zuverlässig funktionieren. Lesen Sie mehr auf unserer Themenseite.