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Fahrerloses Transportsystem Die richtige Navigationstechnologie für FTS auswählen

| Autor / Redakteur: Matthias Göhner* / Sariana Kunze

Um ein fahrerloses Transportsystem (FTS) an sein Ziel zu bringen, kommen verschiedene Technologien zum Einsatz. Entscheidend ist dabei immer die Applikation. Erfahren Sie, welche vier Navigationsmöglichkeiten es gibt und wofür sie sich eignen.

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Mit vier Technologien kann sich ein FTS durch die Produktion navigieren.
Mit vier Technologien kann sich ein FTS durch die Produktion navigieren.
(Bild: Leuze Electronic)

Von der Kontur-Navigation (Natural Navigation) über Laser-Radar, optische oder induktive Spurführung bis hin zur Raster-Navigation: Es gibt verschiedene Verfahren und Technologien, um ein fahrerloses Transportsystem (FTS) von einem Punkt A zu einem Punkt B in der Fertigung zu navigieren. Dabei hängt der Einsatz der entsprechenden Navigationstechnologie vor allem von der spezifischen Applikation ab.

Anhand des FTS-Preises die Navigation auswählen

Die optische und induktive Spurführung sind meist einfache Systeme, welche einer fest vorgegeben Spur folgen.
Die optische und induktive Spurführung sind meist einfache Systeme, welche einer fest vorgegeben Spur folgen.
(Bild: Leuze Electronic)

Experten empfehlen zudem den Preis des FTS als grobe Richtschnur für die Auswahl des geeigneten Navigationssystems heranzuziehen. So sollten die Kosten für die Navigationstechnologie maximal 5 % des FTS-Preises betragen – wie ein Rechenbeispiel aufzeigen soll: Etwa kommen bei einem 10.000 Euro teuren FTS keine Kontur-Navigation oder ein Laser-Radar in Frage, da diese über einer Kostenschwelle von 500 Euro liegen. Ein weiteres Entscheidungskriterium für die eine oder andere Variante ist, ob es sich bei dem FTS um ein Unterfahr- oder Plattformfahrzeug handelt. Als Unterfahrzeuge werden FTS bezeichnet, die unter die zu befördernde Last fahren und diese aufnehmen. Durch ihren Aufbau eignen sie sich beispielsweise nicht für Laser-Radar, wodurch dieses Verfahren für jene grundsätzlich ausgeschlossen ist. Plattformfahrzeuge sind solche, auf welche die Last aufgeschoben wird und welche ihre Ladung auf dem Fahrzeug transportieren.

Es lohnt sich also vor diesem Hintergrund, die einzelnen Navigationsmöglichkeiten detaillierter hinsichtlich ihrer möglichen Anwendungsgebiete zu betrachten:

Die vier Navigationstechnologien für FTS

  • Kontur-Navigation (Natural Navigation): Kontur-Navigation ist im angelsächsischen Sprachraum auch unter „Natural Navigation“ bekannt. Hierbei handelt es sich um die technisch aufwendigsten und auch die teuersten Navigationssysteme. Sie bieten eine konkurrenzlose Flexibilität und Genauigkeit. Muss der Fahrweg kurzfristig verändert werden, kann dies bei der Kontur-Navigation einfach und schnell durch einen Mausklick in der übergeordneten Software, dem sogenannten Flottenmanagement, geschehen. Da der Sensor am FTS meist in geringem Abstand zum Fußboden angebracht ist, eignet sich diese Navigationvariante für automatische Stapler und Traktoren, ebenso für die oben beschriebenen Unterfahr- oder Plattformfahrzeuge. Für diese Art der Navigation bearf es keiner weiteren Hilfsmittel, wie z. B. Reflektoren, optische oder magnetische Spuren sowie Markierungen oder Codes.
  • Laser-Radar: Das Navigieren per Laser-Radar ist ähnlich flexibel wie die Kontur-Navigation. Diese Navigationsvariante benötigt aber immer eine zusätzliche optische Verbindung des Sensors zu den Reflektoren. Deshalb muss der Sensor am FTS so weit oben angebracht werden, damit dieser jederzeit freie Sicht auf die Reflektoren hat. Wird die Verbindung zu den Reflektoren unterbrochen, beispielsweise beim Einfahren in einen Regalgang, muss das FTS auf eine andere Art der Navigation umschalten. Dadurch wird der Wechsel in einen gegebenenfalls weiteren Raum erschwert und die Flexibilität eingeschränkt.
  • Optische und induktive Spurführung: Die optische und induktive Spurführung sind meist einfache Systeme, welche einer fest vorgegeben Spur folgen. Dadurch sind sie in ihrer Flexibilität stark eingeschränkt. Auf der anderen Seite stellen sie aber auch eine kostenoptimierte Lösung dar. Da der Sensor am FTS mit geringem Abstand zum Boden angebracht wird, ist eine solche Art der Navigation vom gewählten Fahrzeugtyp unabhängig.
  • Raster-Navigation: Bei der sogenannten Raster-Navigation werden in einem vorgegebenen Raster Informationen wie z. B. 2D-Codes oder Transponder auf oder in die Fahrbahn eingelassen. Mithilfe der beim Überfahren der einzelnen Rasterpunkte ermittelten Informationen – bei einem 2D-Code sind das beispielsweise Codeinformation und Lesewinkel – kann das FTS zwischen den einzelnen Rasterpunkten navigieren und somit jeden vorgegebenen Punkt innerhalb des Rasters anfahren. Diese Art der Navigation eignet sich vor allem für saubere und wenig beanspruchte Unterlagen.

Eine generelle Bewertung und Empfehlung für die geeignete Navigationsvariante kann jedoch nur in Zusammenhang mit der Funktion des fahrerlosen Transportsystems innerhalb der jeweiligen Applikation getroffen werden. Es zeichnet sich jedoch laut Marktkennern ein Trend in Richtung Kontur-Navigation mit integrierter Sicherheitsfunktion ab.

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Sicherheits-Laserscanner
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Herr Brunner, Leuze Electronic bietet für die verschiedenen Navigationsverfahren für fahrerlosen Transportsystemen entsprechende Lösungen an. Sie erkennen einen Trend in Richtung Kontur-Navigation mit integrierter Sicherheitstechnik. Warum ist diese Variante beliebter?

( Bild: Leuze Electronic )

Die Kontur-Navigation verfügt über eine hohe Flexibilität, da sie nicht auf zusätzliche Hilfsmarken angewiesen ist. Bei allen anderen optischen, induktiven oder magnetischen Verfahren ist immer eine Kennzeichnung des Fahrwegs notwendig. Eine Veränderung des Fahrwegs ist nur möglich, wenn man die Markierungen am Boden ändert. Der Aufwand hierfür ist relativ hoch. Zudem ist eine regelmäßige Überprüfung der Markierungen notwendig, da sie mit der Zeit verschmutzen können. Der Fahrweg des FTS lässt sich hingegen bei Kontur-Navigation einfach per Software ändern. Darüber hinaus verfügen moderne Sicherheits-Laserscanner über eine Messdatenausgabe, welche die Daten für die Kontur-Navigation direkt liefert. Da für die Sicherheit des FTS ein Sicherheits-Laserscanner erforderlich ist, benötigt man auf dem FTS selbst keinen zusätzlichen Sensor für die Navigation. So bietet beispielsweise der Sicherheits-Laserscanner RSL400 von Leuze Electronic hochgenaue Messwerte mit einer Winkelauflösung von 0,1°.

Wo sehen Sie bei der Navigation von fahrerlosen Transportsystemen noch Optimierungsbedarf? Vor welchen Herausforderungen stehen die Anwender?

Industrie 4.0 erfordert flexiblere Lösungsansätze. Die Fabrik der Zukunft und die Herstellung von verschiedenen Gütern muss schnell und einfach angepasst werden können. Hierzu ist eine dynamische Veränderung des Fahrwegs für das FTS unabdingbar. Zudem muss das FTS in der Lage sein, temporären Hindernissen im Fahrweg selbständig auszuweichen. Eine leistungsstarke Kommunikation zwischen den FTS und eine im FTS realisierte dynamische Routenplanung sorgt künftig dafür, dass sich die FTS bei Hindernissen oder Engstellen auf den Fahrstrecken nicht stauen. Der Einsatz von kabellosen Kommunikationsnetzen mit hoher Datenrate, wie 5G, ist eine Voraussetzung, um diese Ziele zu erreichen.

Welche Neuheiten haben Sie hierzu auf der SPS 2019 vorgestellt?

Auf der SPS hat Leuze Electronic seine Safety Solutions gezeigt. Zu den Highlights im Safety-Bereich zählte der Sicherheits-Laserscanner RSL400. Durch die Kombination der RSL-Sicherheitstechnik mit einer hochwertigen Messdatenausgabe für die Navigation von FTS stellt er eine Variante dar, indem er die notwendigen Sicherheits-Anforderungen an das FTS mit Navigationsfunktionen in einem Gerät ergänzt. Darüber hinaus haben wir mit Smart Process Gating ein Verfahren gezeigt, das auf Basis der Sicherheits-Lichtvorhänge MLC530 entwickelt wurde. Es verzichtet gänzlich auf den Einsatz von zusätzlichen, signalgebenden Sensoren und stellt damit eine wirkliche Alternative zum Muting dar.

* Matthias Göhner, Industry Manager Intralogistics, Leuze Electronic

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