KI-gesteuerte autonome mobile Roboter revolutionieren die Fertigungseffizienz

Während der Einsatz künstlicher Intelligenz (KI) immer weiter zunimmt, variieren ihre Definition und Art ihrer Anwendung oft je nach Anwendung und Branche. In der Welt der autonomen mobilen Roboter (AMRs) beispielsweise nimmt KI die Form eines Systems an, das Daten sammelt, dann lernt und sich anpasst, wenn sich die Daten ändern. Im Wesentlichen besteht diese Anwendung von KI in ihrer Grundform in der Optimierung von Daten und findet typischerweise in Fertigungs-/Produktionsumgebungen statt in großen Lagerbetrieben statt.

Bei AMRs hilft KI dabei, den Materialfluss innerhalb einer Anlage durch die Verwendung gesammelter Daten zu optimieren, die dann in die AMR-Flottenmanagementsoftware integriert werden. KI-gestützte AMR-Flotten ermöglichen es Einrichtungen, große, sperrige, manuell bediente Gabelstapler durch agile, effizientere AMRs zu ersetzen. KI wird auch den Weg für den Einsatz von AMR in anspruchsvolleren Anwendungen ebnen, beispielsweise im Freien, in landwirtschaftlichen Umgebungen oder in eiskalten Umgebungen.

Eine Flottenmanagementsoftware mit KI optimiert die Routen, die AMRs entlang vorkonfigurierter Pfade nehmen. Bei diesen Routen handelt es sich um die strukturierten Pfade, denen eine Einrichtung AMRs folgen soll. In die Wege sind verschiedene Knotenpunkte zum Laden, Laden, Entladen und für andere Vorgänge eingebettet.

Die Optimierung der Bewegungen einer AMR-Flotte entlang vorkonfigurierter Pfade ist die Art und Weise, wie eine Einrichtung die Logistik koordiniert oder die Flotte verwaltet. KI-gestützte Flottenmanagementsoftware leitet den AMR-Verkehr durch eine Anlage, sorgt für einen effizienten Fluss und vermeidet Kollisionen. Während dies für zwei oder drei AMRs relativ einfach ist, wird es mit zunehmender Anzahl der AMRs in einer Flotte recht komplex.

Stellen Sie sich eine Anlage mit einer Flotte von mehr als 200 Robotern vor. Wie setzt man sie am besten ein, welcher Roboter fährt wohin und erledigt welche Aufgabe? An jedem Punkt entlang ihrer festgelegten Wege können sie auf der Grundlage der gesammelten Daten Entscheidungen treffen – nach rechts, links, zurück nach vorn. Die KI spielt also nicht nur eine Rolle dabei, wie ein Roboter von Punkt A nach Punkt B gelangt, sondern optimiert auch die Prozesse, die an den Punkten A und B ablaufen.

KI-gestützte Software

Ein Beispiel für eine AMR-Flottenmanagementsoftware mit KI-Funktionalität ist das Mobile Robot Expert System (KMReS) von KUKA. Die Software ermöglicht nicht nur ein umfassendes Flottenmanagement eines gesamten AMR-Systems, sondern regelt auch den gesamten Flottenverkehr und ist in der Lage, bei Hindernissen automatisch umzuplanen und umzuleiten.

Zur Unterstützung der AMR-Integration handelt es sich bei dem einfachen und intuitiven System um eine No-Code-Plattform, die es Einrichtungen ermöglicht, Einstellungen mithilfe eines Cursors zu konfigurieren, anstatt sie zu programmieren. Dies erfolgt über Flussdiagramme, und Benutzer erstellen Knoten von Roboteraktionen, die im Flussdiagramm miteinander verknüpft sind, das die Software dann ausführt. Mit der Software können Benutzer Arbeitsabläufe erstellen, verwalten und bearbeiten sowie Container überwachen und verwalten, mit denen die Roboter umgehen. All dies ermöglicht eine schnelle und effiziente Planung neuer oder geänderter Routen. Für Experten stehen noch weiterführende Programmiermöglichkeiten zur Verfügung, die die Software auch in ungewöhnlichen Anwendungen einsetzbar machen.

Das Kamerasystem KMP 1500P ermöglicht den sicheren, autonomen Transport schwerer Lasten in Fabriken und Logistikzentren. (Bild:KUKA)

Über die Verwaltung mehrerer AMRs entlang vorkonfigurierter Pfade hinaus ermöglicht die heutige Flottenmanagementsoftware diesen AMRs auch die Navigation um unerwartete Hindernisse auf ihren Pfaden. In ähnlicher Weise werden die Plattformen mit zunehmendem Einsatz von KI in der mobilen Robotik fortschrittliche Sensortechnologie nutzen, um Objekte auf ihrem Weg nicht nur zu erkennen, sondern auch zu identifizieren.

Im Wesentlichen handelt es sich bei einem AMR um eine Hardware, die von zahlreichen Sensoren abhängt, darunter 3D-Vision-Systeme und Kameras. Zusätzlich zur allgemeinen Navigation könnten sie diese Sensorarrays zusammen mit KI nutzen, um zu erkennen, ob es sich bei einem Hindernis um einen Menschen oder ein unbelebtes Objekt wie eine Palette handelt. Dies bedeutet wiederum, dass je besser 3D-Vision-Systeme und Kameratechnologien werden, desto effektiver ist ihre Objekterkennung und damit ihre Navigationsfähigkeiten.

Roboter-Vision-System

Neben KI-gestützter Software hatten auch 3D-Stereokameras einen großen Einfluss auf die Weiterentwicklung der Robot-Vision-Systemtechnologie. Sie ermöglichen es Robotern, Teile zu erkennen – nicht nur ihren Standort, sondern auch ihre Ausrichtung. Das 3D-Stereokamera-/Bildverarbeitungssystem erfasst ein Teilbild und überträgt es an eine Software, die dann anhand der Bilder Daten extrahiert, die brauchbare Teile darstellen, die der Roboter aufnehmen kann. Anhand des Bildes ermittelt die Software, welches Teil sich in der optimalen Aufnahmeposition oder relativ nahe daran befindet, und sendet dann Entscheidungen an den Roboter.

Die Kameras des KMP 1500P können auch QR-Codes lesen. Dies kann genutzt werden, um ein höheres Maß an Präzision zu erreichen – Positioniergenauigkeit von +/- 5 mm – was häufig an Übergabepunkten erforderlich ist, an denen der Roboter Materialien aufnimmt oder abgibt. Bei der QR-Code-Navigation wird eine SLAM-Karte (Simultaneous Localized and Mapping) als Referenz für die Einrichtung der Pfade in der Software verwendet, und die QR-Codes werden auf dem Anlagenboden platziert, um sie für die Navigation zu verwenden. Warum QR-Codes verwenden?

Stellen Sie sich eine Anlage vor, in der sich in einigen Bereichen der Anlage die Umgebung häufig ändert. Anstatt physische Funktionen hinzufügen zu müssen, damit die SLAM-Navigation funktioniert, können diese Einrichtungen die QR-Codes verwenden, um die Roboter in diesen Bereichen zu navigieren.

Das Kamerasystem KMP 1500P ermöglicht den sicheren, autonomen Transport schwerer Lasten in Fabriken und Logistikzentren. Mit seinem agilen Antriebssystem kann der KMP 1500P durch komplexe und dynamische Umgebungen navigieren, sich an wechselnde Anforderungen anpassen und den Materialfluss optimieren. Dies sorgt für Agilität und Vielseitigkeit im Betrieb und hilft Unternehmen letztendlich dabei, schnell auf sich ändernde Marktanforderungen zu reagieren und eine höhere Produktivität zu erzielen.

Advanced Wheel and Drive

Die Flexibilität und Manövrierfähigkeit von AMRs wäre ohne das Aufkommen fortschrittlicher Rad- und Antriebstechnologie nicht möglich. Zu diesen Weiterentwicklungen zählen die omnidirektionalen Plattformräder von KUKA und die Differenzialantriebstechnologie diffDrive. Beim KMP 1500P AMR verfügt diffDrive über zwei zentral angeordnete, einander gegenüberliegende Antriebsräder und vier Lenkrollen an jeder Ecke. Das System ermöglicht es dem AMR, sich an einer einzigen Stelle zu drehen und zu drehen.

Die omnidirektionale Antriebstechnologie basiert auf dem Mecanum-Rad und bietet volle 360-Grad-Bewegungsfreiheit für unbegrenzte Manövrierfähigkeit. Sie werden von einem Elektromotor angetrieben und bestehen typischerweise aus zwei Felgen und neun freilaufenden Rollen, die im 45-Grad-Winkel montiert sind und sich unabhängig voneinander bewegen. Dadurch können sich automatisierte Plattformen nicht nur vorwärts und seitwärts, sondern auch diagonal bewegen – grundsätzlich ist jede Bewegung in einer Ebene ohne Lenkung möglich.

Während die Differentialantriebssysteme den AMR/die Plattform drehen müssen, um die Bewegungsrichtung zu ändern, ermöglichen die omnidirektionalen Antriebssysteme Bewegungen in jede Richtung, ohne die Ausrichtung der Plattform zu ändern.

Die Software ermöglicht nicht nur ein umfassendes Flottenmanagement eines gesamten AMR-Systems, sondern regelt auch den gesamten Flottenverkehr und ist in der Lage, bei Hindernissen automatisch umzuplanen und umzuleiten. (Bild:KUKA)

Auch auf Roboterseite kommt eine zusätzliche Software zum Einsatz – ein Betriebssystem –, das für die eigene Navigation des Fahrzeugs und für die Kommunikation mit der Flottenmanagementsoftware notwendig ist. Der Roboter wird außerdem über Software für Sicherheit und grundlegende Fahrsteuerung verfügen. Roboter-Vision-Systeme arbeiten mit dieser Software zusammen, die ein Kamerabild verarbeitet und dann die Aktion des Roboters basierend auf diesen visuellen Informationen steuert.

Während fortschrittliche Bildverarbeitungssysteme AMRs sozusagen die Macht des „Sehens“ verleihen, ermöglicht die KI ihnen die Identifizierung von Objekten und optimiert ihre Navigation in einer Fabrikhalle. Mithilfe gesammelter Daten und KI steuert aktuelle AMR-Flottenmanagementsoftware den Materialfluss innerhalb einer Anlage effektiver. Diese Fähigkeit bietet diesen Einrichtungen eine praktikable Alternative zum herkömmlichen Materialtransport, z. B. Gabelstaplern, und öffnet die Tür für den Einsatz von AMRs in einer Reihe anspruchsvollerer Anwendungen.

Dieser Artikel wurde von Denise Strafford, Regionalleiterin für fortgeschrittene Roboteranwendungen bei KUKA Robotics (Sterling, MI), verfasst. Weitere Informationen finden Sie hier  .