Automatisierung Was ist ein AGV?

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Mittlerweile setzen viele Branchen auf AGV. Doch was genau sind AGV? Worin liegen die Unterschiede zu AMR (Autonomous Mobile Robots) und warum ist hier SLAM relevant? Welche Vorteile bieten AGV gegenüber anderen Transportsystemen? Und mit welchen Technologien navigieren sie?

Die Abkürzung AGV steht für „Automated Guided Vehicle“, bei denen es sich um flurgebundene, fahrerlose Transportsysteme (FTS) handelt, die für den autonomen Güter- und Materialtransport in der innerbetrieblichen Logistik eingesetzt werden. Hierbei können die AGV koordiniert mit weiteren autonomen Transportsystemen zusammenarbeiten.

Fahrerlose Transportsysteme gibt es eigentlich schon seit mehr als 70 Jahren, denn Anfang der 1950er Jahre entwickelt das US-amerikanische Unternehmen Barrett Electronics ein Trolleysystem, das mithilfe von an einer Hallendecke eines Lebensmittellagers angebrachten Drähten navigierte.

Wo werden AGVs eingesetzt?

Allen voran ist die Lagerlogistik wohl einer der am meisten genutzten Einsatzbereiche von AGVs. Darüber hinaus dienen die Systeme dazu, Produktionsprozesse zu unterstützen, in dem sie eine Fertigung kontinuierliche mit Materialien versorgt. Aber auch im Recycling- und Abfallmanagement sind AGVs für den automatisierten Abtransport von Abfallstoffen zu finden. Viele Branchen profitieren mittlerweile vom Einsatz der fahrerlosen Transportsysteme, darunter die Automobilindustrie, viele Unternehmen aus der metall- und kunststoffverarbeitenden Industrie, die Lebensmittel- und Getränkeindustrie, die Pharmaindustrie sowie Elektronikindustrie (z. B. zum Transport von empfindlichen Stoffen oder Materialien in Reinräumen), das Gesundheitswesen (etwa zum Transport von Medikamenten, Laborproben etc. in Krankenhäusern) und natürlich die Transportlogistik und der E-Commerce für eine optimierte Lagerhaltung.

Welche Technologien nutzen AGV?

Die Steuerung eines AGV ist gewissermaßen eine Kombination aus Navigationstechnologien, verschiedenster Sicherheitsmechanismen und einer zentralen Steuerung, wobei sich die konkrete Ausstattung eines AGV stets an den Anforderungen der Umgebung sowie der gewünschten Präzision und Flexibilität am Einsatzort richtet.

Allein für die Navigation bieten sich hier eine ganze Reihe an unterschiedlichen Technologien und auch Kombinationsmöglichkeiten an. Grundsätzlich können AGV hierbei nicht nur auf vorgegeben Pfaden navigieren, sondern auch autonom in unbekannten Umgebungen. Ein feiner Unterschied, der bislang die Eigenschaft von AGV zu AMR (Autonomous Mobile Robots) trennte, die in der Regel immer selbstständig ohne feste Strecken navigieren können. Moderne AGV heben diesen Unterschied aber mittlerweile auf.

Technologien für die AGV-Navigation

• Laserscanner

• Lasertriangulation

• Optische oder induktive Sensoren

• Kameras

• SLAM (Kombination aus Sensorik und Kamera)

• 2D-Codenavigation

• Trägheitsnavigation mit Gyroskope und Encoder

Für die Navigation von AGVs bieten sich zunächst Laserscanner wie z. B. LiDAR-Systeme an, die bestimmte unveränderlichen Punkte in der Umgebung erfassen und aus den sich hieraus ergebenden Koordinaten eine virtuelle Karte zur autonomen Orientierung erstellen. Solche Systeme funktionieren selbst bei schlechteren Lichtverhältnissen, sind aber mitunter staub- und schmutzempfindlich, was eine regelmäßige Wartung erfordert.

Eine weitere Möglichkeit besteht in der Lasertriangulation, wobei ein Lasersensor zur Orientierung die Position des AGV anhand von mindestens drei sichtbaren Reflektoren erfassen muss. Diese Positionsbestimmung ist sehr präzise. Allerdings müssen hierzu zunächst die Reflektoren in bestimmten für den AGV sichtbaren Bereichen installiert werden.

Definition

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Natürlich bieten sich auch optische oder induktive Sensoren für die Navigation an, wobei das AGV einem Magnetband, Induktionskabel oder einer auf dem Boden aufgebrachten Linie zur optischen Erkennung folgt. Diese Option ist aber u.a. relativ unflexibel, sollte sich die Route des AGV einmal ändern müssen. Weitaus komplexere Routen setzt dieses System ebenfalls Grenzen.

Als weitere optische Variante ist die kamerabasierte Navigation, die bestimmte Markierungen oder Muster in der Umgebung nutzt, um die Position des AGV zu bestimmen. Diese Form der Navigation eignet sich bei häufigen Routenänderungen, funktioniert aber bei schlechteren Lichtverhältnissen oder geringeren Kontrasten nur bedingt.

Eine Kombination aus Sensorik (z. B. LiDAR) und Kameras ist das sogenannte SLAM (Simultaneous Localization and Mapping), um Navigationskarten zu erstellen und gleichzeitig die Position des AGV innerhalb des „Mapping“ zu erkennen. Solche Systeme sind sehr präzise, auch bei der Navigation in unbekannten Umgebungen. Allerdings ist der Rechenaufwand vergleichsweise hoch und die Implementierung eines solchen AGV komplex.

Bei einer zweidimensionalen Codenavigation scannen Kameras QR-Codes oder ähnliche Marker auf dem Hallenboden, häufig im Zusammenspiel mit einer Trägheitsnavigation, um Informationen zur Position des AGV zu erhalten. Diese Systeme sind in der Regel sehr flexibel und daher an veränderte Routen leicht anpassbar. Die Positionserkennung ist aber immer abhängig von der Qualität des auf dem Boden aufgebrachten Codes.

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Die Trägheitsnavigation nutzt schließlich Gyroskope und Drehgeber zur Bestimmung der Bewegungsdaten und Position. Da diese Methode für komplexere Aufgaben jedoch nicht präzise genug ist, wird sie häufiger in Kombination mit anderen Lösungen verwendet, wie z. B. der zweidimensionalen Codenavigation.

Antrieb, weitere Sensoren und Steuerung

Die reine Bewegungssteuerung von AGV erfolgt über die Antriebe, z. B. hochgenaue Servomotoren, die die Steuerungssignale in präzise Bewegungen umsetzen und die Geschwindigkeit des AGV der Umgebung anpassen. Weitere Sensoren liefern hierbei zusätzliche sicherheitsrelevante Informationen bspw. über Hindernisse, dem Nutzlastgewicht oder auch Steigungen, um die Bewegung des AGV in Echtzeit anpassen zu können, das Fahrzeug vor einer Kollision zu stoppen und generell einen sicheren Betrieb des AGV in Hallen mit Personen zu gewährleisten.

Die zentrale Steuerung von AGV lässt sich schließlich auf verschiedenste Weise realisieren. Hier einige Beispiele: Eine SPS verarbeitet u.a. die Daten des Navigationssystems und zusätzlicher Sensoren, um die Bewegung des Fahrzeugs zu steuern.

Denkbar ist aber auch eine zentrale Leitsteuerung, die die Aufgabenverteilung für mehrere AGVs übernimmt und ihre Bewegungen innerhalb eines Logistiksystems koordiniert. Darüber hinaus können AGVs natürlich auch über Feldbusprotokolle und Ethernet-Systeme mit einer Leitsteuerung und anderen autonomen Fahrzeugen kommunizieren.

Welche Vorteile haben AGV?

Im Vergleich zu Hubwagen, Gabelstaplern oder anderen eher traditionellen Transportsystemen können AGVs durch eine Vielzahl an Vorteilen überzeugen. Bei allen Vorzügen muss sich aber die Investition in ein solches System letztendlich auch rentieren, was zumeist der Fall ist, wenn es in einem Unternehmen sehr viele flurgebundene Materialbewegungen gibt.

Zu den Vorteilen gehören u.a. eine höhere Sicherheit, eine höhere Effizienz, Produktivität sowie Zuverlässigkeit, nachhaltige Kosteneinsparungen, eine hohe Flexibilität und Skalierbarkeit und eine verbesserte Arbeitsumgebung. Die konkreten Argumente:

Sicherheit: Die Ausstattung von AGVs besteht u.a. aus Sensoren, Kameras und weiteren Sicherheitseinrichtungen, die Kollisionen und damit Unfälle verhindern. Die Risiken von Schäden werden somit insbesondere in Umgebungen, in denen viele Personen arbeiten, reduziert.

Effizienz, Produktivität und Zuverlässigkeit: AGVs arbeiten rund um die Uhr, auch in der Nacht und an den Wochenenden. Bei entsprechender Automatisierung einer Fertigung kann somit die Effizienz und Produktivität erheblich gesteigert werden. Gleichzeitig wird der Materialfluss vor allem durch stets reproduzierbare Abläufe optimiert. AGVs sind somit wesentlich zuverlässiger als andere Transportsysteme, die nicht konsistent arbeiten und deren Abläufe nicht exakt planbar sind.

Kosteneinsparungen: Durch den Einsatz von AGVs lassen sich langfristig die Betriebskosten senken, da für den Materialtransport keine Personen mehr eingesetzt werden müssen. Darüber hinaus lassen sich Kosten einsparen, weil mögliche Fehlerquellen wie bspw. ein falscher Materialfluss vermieden werden.

Flexibilität und Skalierbarkeit: AGVs können meist einfach in bestehende Produktions- und Logistikprozesse integriert werden und sind in der Lage, sich an den Bedarf der Intralogistik anzupassen (z. B. veränderte Wege und Transportaufgaben). Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Intralogistik durch Investitionen in weitere AGVs auszubauen.

Verbesserte Arbeitsumgebung: Der Wegfall manueller Transporte erhöhte die innerbetriebliche Sicherheit. Die Mitarbeitenden werden von den zusätzlichen Aufgaben für den Materialtransport entlastet und können sich qualifizierteren Tätigkeiten widmen. Insgesamt wird die Arbeitsumgebung durch elektrisch betriebene AGVs sauberer und leiser, wodurch sich das gesamte Arbeitsumfeld entscheidend verbessern kann.

Automatisierung

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Anbieter von AGVs (Auszug)

• AGVE

• AutoStore

• Bär

• Daifuku

• Dematic

• DMG Mori

• Dusun

• EK Automation

• EPG

• Global AGV

• JBT Corporation

• Kendrion

• Kion Group

• Leuze

• Mecalux

• ProLog Automation

• Safelog

• Seegrid Corporation

• SEP Logistik

• Swisslog Holding

• TZBOT

• Viastore

Quellen:WikipediaViastoreEPGGlobal AGVDMG MoriBär AutomationAutostoreMecaluxRobo CTSEP LogistikSynaosAGVENeuvitionelektrotechnikAUTOMATISIERUNGProlog AutomationKendrionFortune Business InsightsSafelogPepperl+FuchsTZBOT

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