Das fahrerlose Transportsystem (FTS) ist ein Gesamtsystem. Dieses umfasst Leitsteuerung, Datenkommunikation, Ladestationen und gegebenenfalls Einrichtungen zur Standortbestimmung. Die dazu gehörenden Fahrerlosen Transportfahrzeuge (FTF) sind klassischerweise eher spurgebunden. Das heißt, für diese Spurführung müssen sich Unternehmen genau überlegen, wie das feste Streckennetz im optimalen Fall aussehen sollte. Ist es einmal fest geplant, gehen Änderungen mit entsprechendem Anpassungs- und erneutem Optimierungsaufwand einher.
Autonome Mobile Roboter (AMR) hingegen kommen historisch aus der mobilen Robotik mit einem stärkeren Fokus auf flexibler Navigation ohne zusätzliche Infrastruktur wie Linien oder Reflektoren. AMR bestechen bei der freien Bahnplanung, wenn Fahrrouten nicht von vornerein festgelegt werden sollen. Die Leitsteuerung kann dann situativ für einzelne Fahrzeuge die Route neu berechnen, damit die Flotte die Transportaufträge optimal abwickeln kann, vornehmlich in Bezug auf eine minimierte Transportdauer und eine Maximierung der abzuarbeitenden Aufträge.
Ein solch hochflexibles System aus AMR bedeutet dann auch, dass die Transportdauer zwischen zwei festen Orten nicht immer exakt dieselbe sein muss. Im Mittel sinkt aber die Transportdauer für alle Aufträge. Hinsichtlich des Determinismus von gleichbleibenden Aufgaben ist das klassische automatisierte Fahren also im Vorteil. Sobald Hersteller von FTS aber eine situative Routenplanung wie eben beschrieben einbauen, nehmen die ‚autonomen‘ Fähigkeiten wieder zu.
Am Fraunhofer IPA genutzte und weiterentwickelte Techniken wie die SLAM-basierte Navigation (Simultaneous Localisation and Mapping) und freie Bahnplanung sind bei den Anwendungen, die die Forscher für die Industrie umgesetzt haben, meist Standard. Laut Dr. Kai Pfeiffer, Gruppenleiter und Servicerobotik-Experte am Fraunhofer IPA, verschwimmen die Grenzen zwischen FTS und AMR auch immer mehr. Jedoch klänge „autonomer mobiler Roboter“ um einiges moderner als der ältere Terminus „fahrerlose Transportfahrzeuge“. Um die Begrifflichkeiten transparenter zu gestalten, entwickelt der Fachausschuss für fahrerlose Transportsysteme des VDI aktuell einen Leitfaden zum Thema Autonomie.
Autonome Navigation von Fahrzeugflotten
Die Forscher des Fraunhofer IPA arbeiten daran, dass das Verhalten von Fahrzeugflotten effizienter und robuster wird. Vor allem in dynamischen Umgebungen wie zum Beispiel einer Automobilproduktion ist eine gemeinsame kontinuierliche Kartierung der Umgebung essenziell. Außerdem wird an der kooperativen lokalen Bahnplanung geforscht, einer situativen Regelung von Verkehrssituationen. Begegnen sich zwei oder mehr Fahrzeuge, tauschen sie ihre geplanten Wege aus und ‚verhandeln‘, wie sie optimal, ohne Störung und unter Berücksichtigung der jeweiligen Priorität von Transportaufträgen die Situation bewerkstelligen. Im Kontext der Navigation betrachten die Forscher zudem das maschinelle Lernen (ML). Dabei geht es um selbstkonfigurierende Systeme, die sich in neuen Einsatzumgebungen eigenständig auf das jeweilige Leistungsoptimum einstellen. Die Langzeitvision von Pfeiffer dabei ist: „One Navigation Solution fits all.“
Aktuell wird der Begriff der Autonomie häufig inflationär verwendet. Nach Ansicht von Pfeiffer kommt er jedoch erst zum Tragen, wenn die cloudbasierte globale Routenplanung bei der Berechnung der optimalen Route für die gesamte Flotte auf potentielle Konflikte zwischen einzelnen Fahrzeugen in einzelnen Verkehrssituationen stößt und die Konflikte nach bestimmten Kriterien geregelt werden können. Braucht die konfliktfreie Lösung wesentlich länger als die mit möglichen Konflikten, simuliert die globale Routenplanung die Situation. So lässt die kooperative lokale Bahnplanung die Situation mit den beteiligten Fahrzeugen durchspielen. Kann diese den möglichen Konflikt auflösen, wird die optimale Lösung verwendet. Die Fahrzeuge sind so in der Lage, die Situation eigenständig, also autonom zu regeln.
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Entscheidungskompetenz in Sachen FTS und AMR
Entscheidungskompetenz in Sachen FTS und AMR vermittelt auch ein Seminar des Fraunhofer IPA am 16. November 2021. Das Seminar führt zunächst in die Grundlagen von fahrerlosen Transportsystemen (FTS) ein und gibt Einblicke in die Autonomie von Fahrzeugen (AMR).
Über die Vorstellung von Anwendungsbeispielen in der Industrie bekommen die Teilnehmenden Einblicke in die Vielzahl der Einsatzmöglichkeiten. Für den Transfer in die industrielle Anwendung wird das Vorgehen zur Planung und Einführung eines FTS vorgestellt. Ein Rundgang im Roboter-Versuchsfeld des Fraunhofer IPA sowie eine interaktive Übung zur Gestaltung eines FTS anhand eines Fallbeispiels runden die Veranstaltung ab.
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