Navigations- und Sicherheitssysteme, die mobile Roboter antreiben, sind das Kernmerkmal mobiler Roboter, das es dem Roboter ermöglicht, sich von der aktuellen Position zum gewünschten Ziel zu bewegen. Die Navigation von mobilen Robotern wird traditionell als Lösung des Problems verstanden, das sich aus diesen drei Fragen ergibt:
- Wo bin ich?
- Was sind die anderen Orte, die mit mir zu tun haben?
- Wie komme ich von hier aus zu anderen Orten?
Bei diesen Fragen geht es um die Bestimmung eines kollisionsfreien Weges von einem Punkt zu einem anderen bei gleichzeitiger Minimierung der Gesamtkosten des entsprechenden Weges. Je nach Beschaffenheit der Umgebung kann die Bahnplanung in eine statische und eine dynamische Umgebung unterteilt werden. In einer statischen Umgebung ist alles statisch, mit Ausnahme des mobilen Roboters, bei dem die Hindernisse ihre Position mit der Zeit ändern. Ändern die Hindernisse ihren Standort und ihre Ausrichtung mit der Zeit, spricht man von dynamischer Bahnplanung. Ein mobiler Roboter in einer dynamischen Umgebung muss den kürzestmöglichen Weg von einem beliebigen Startpunkt zu einem definierten Ziel finden, der sicher (Hindernisvermeidung) und möglichst reibungslos sein muss.
Beliebte Navigationstechnologien für mobile Roboter
Mit dem Aufkommen des Internets der Dinge (IoT) und der Industrie 4.0 wurden mobile Roboter für viele Anwendungen in verschiedenen Bereichen wie Industrie, Raumfahrt, Verteidigung und anderen sozialen Sektoren eingesetzt. Sie werden für den Materialtransport, die Kommissionierung, spezielle Anwendungen wie Desinfektionsroboter usw. eingesetzt. Daher ist ein intelligenter mobiler Roboter erforderlich, der sich autonom in verschiedenen statischen und dynamischen Umgebungen bewegen kann. Für die Navigation und Hindernisvermeidung von mobilen Robotern wurden bereits verschiedene Techniken angewandt. Lassen Sie uns einige von ihnen verstehen,
LIDAR-basierte Navigation -
Es gibt mehrere Möglichkeiten für Sensoren, die Umgebung abzubilden und zu verfolgen und die Position des mobilen Roboters zu bestimmen.
Die LIDAR-Technologie (Light Detection and Ranging) ist ein wesentlicher Bestandteil der Autonomie und Navigation von Robotern. Sie ermöglicht es mobilen Robotern, sich außerhalb kontrollierter Situationen und vordefinierter Aufgabenfunktionen in unvorhersehbaren und ungewohnten Situationen zu bewegen. Lidar-Sensoren liefern einen konstanten Strom hochauflösender 3D-Informationen über die mobile Umgebung, einschließlich der Ortung von Objekten und Personen. Die SLAM-Technologie (Simultaneous Localization and Mapping) ermöglicht es, die Innenraumfähigkeiten eines Roboters mit den Lidar-Daten zu nutzen. Zu den Vorteilen der SLAM-Technologie gehören "einfache Navigation ohne Abhängigkeit von externen Technologien und die Erstellung von 3D-Karten in Echtzeit bei geringeren Kosten und geringerem Energiebedarf".
Vision-basierte Navigation -
Das Sichtsystem des Roboters ermöglicht es dem mobilen Roboter, seine Umgebung wie ein Mensch zu sehen und die Informationen zu interpretieren. Bei der bildgestützten Navigationstechnik werden ein Computeralgorithmus und Daten von optischen Sensoren verwendet, um den optimalen Weg zu berechnen. Der Algorithmus übersetzt die visuellen Informationen in konzentrierte Umgebungsdaten, so dass der Standort des mobilen Roboters identifiziert werden kann, und wählt von dort aus einen optimalen Weg, um sein Ziel zu erreichen. Danach wird das Fahrsystem des mobilen Roboters aktiviert, um sein Ziel zu erreichen.
Warum eine Vision für die Navigation?
Herkömmliche Roboternavigationssysteme, die herkömmliche Sensoren wie Ultraschall, IR, GPS, Lasersensoren oder Magnetbandnavigation usw. verwenden, haben mehrere Nachteile, die entweder mit den physikalischen Beschränkungen der Sensoren zusammenhängen oder sehr teuer sind. Die Bildsensorik hat sich zu einer beliebten Alternative entwickelt, bei der Kameras die Gesamtkosten senken und flexibel sind.
Sicherheitssystem
Der Einfluss von mobilen Robotern in Lagern und Fabriken wird sich in den nächsten fünf Jahren beschleunigen. Nach Angaben des Forschungs- und Beratungsunternehmens LogisticsIQ wird sich der Markt für Lagerautomatisierung von 13 Milliarden US-Dollar im Jahr 2018 auf 27 Milliarden US-Dollar im Jahr 2025 mehr als verdoppeln. Je mehr Roboter am Arbeitsplatz erwartet werden, desto wichtiger werden Fragen der Sicherheit für diejenigen, die mit ihnen arbeiten. Laut Lewandowski ist "Sicherheit von grundlegender Bedeutung". Um diese Sicherheitsbedenken zu zerstreuen, sind mobile Roboter mit einem zweistufigen Sensorsystem, 3D-Kameras und vielen anderen Sicherheitsprotokollen ausgestattet. Schauen wir uns die einzelnen Punkte etwas genauer an.
Wie funktionieren Sicherheitssensoren?
Viele der mobilen Systeme basieren auf der LIDAR-Technologie (Light Datection and Ranging) , so dass aus sicherheitstechnischer Sicht der Einstieg darin besteht, sicherzustellen, dass man über ein anerkanntes Sicherheitssystem zur Erkennung von Objekten und Personen und zur angemessenen Reaktion verfügt. Dies ermöglicht es dem Roboter auch, geeignete Modelle für das Risikoverhalten zu bewerten, was für das Sicherheitsmanagement bei der Zusammenarbeit zwischen Roboter und Mensch unerlässlich ist.
Mobile Roboter, die im Freien arbeiten, können sich auf Geolokalisierungsfunktionen wie GPS und Ortungstechnologien wie LIDAR verlassen, um herauszufinden, wo sie sich befinden und wohin sie gehen. In Innenräumen ist das in der Regel nicht möglich. Mobile Roboter, die in Innenräumen arbeiten, nutzen die SLAM-Technologie (Simultaneous Localization and Mapping), die die LIDAR-Informationen nutzt, um eine Karte der Umgebung des Roboters zu erstellen und den Roboter innerhalb dieser Karte zu finden.
Mobile Roboter sind sicherer als herkömmliche oder manuelle Fahrzeuge, da sie mit Komponenten ausgestattet sind, die ihnen helfen, autonomer zu werden, während der Fahrt den richtigen Weg zu finden, Fehler zu erkennen und zu diagnostizieren und die Umgebung zu verstehen.
Werfen wir einen kurzen Blick darauf, was diese Komponenten sind und wie sie funktionieren:
- 3D-Tiefenkamera: Eine der wichtigsten Sicherheitskomponenten ist die Kamera, die jedes Mal visualisiert, wenn ein mobiler Roboter ein Objekt durchquert.
- Ultraschallsensoren und mechanische Stoßdämpfer: Neben LIDAR und Tiefenkamera werden in mobilen Robotern auch andere Sensoren wie Ultraschallsensoren und mechanische Bumper (physische Kontaktsensoren) eingesetzt. Um Kollisionen mit unerwarteten Hindernissen zu vermeiden, helfen diese Sensoren bei der Erkennung und Kartierung.
- Warn- und Alarmlichter: Wenn sich der mobile Roboter einer Kurve nähert, fungieren die Warnleuchten als Richtungssignale, um das Personal in der Umgebung auf die Absicht des mobilen Roboters hinzuweisen, nach rechts oder links abzubiegen.
- Akustische Warn-/Alarmsignale: Wenn während des Betriebs des mobilen Roboters bestimmte Töne wie z. B. Lieder oder Geräusche auftreten, wird ein Warnton aktiviert.
- Not-Aus-Tasten: Wenn ein mobiler Roboter in einen Not-Aus-Zustand gerät, werden die Not-Aus-Tasten automatisch aktiv und stoppen die Bewegung des Roboters.
Ausgestattet mit den oben erwähnten kritischen Komponenten und Systemen entwickeln sich mobile Roboter immer mehr zu menschenfreundlichen Geräten und machen die Interaktion zwischen Maschine und Mensch zur alltäglichen Realität.
