Innowacyjna nawigacja i pojazdy AGV. KINEXON korzysta z komputerów embedded marki Kontron

| Prezentacje firmowe

KINEXON Brain to inteligentne oprogramowanie do nawigacji pojazdów autonomicznych AGV. Ponieważ działa ono niezależnie od markerów naziemnych i innych oznaczeń, zanieczyszczenia czy trudne warunki otoczenia nie stanowią dla niego problemu. KINEXON Brain wykorzystuje komputer embedded typu Box PC firmy Kontron, który przeznaczony jest do aplikacji w wymagających warunkach środowiskowych.

Innowacyjna nawigacja i pojazdy AGV. KINEXON korzysta z komputerów embedded marki Kontron

Dziwaczne, obracające się ramiona robotów, które wykonują swoją pracę autonomicznie i precyzyjnie na liniach produkcyjnych, autonomicznie sterowane pojazdy, które przemieszczają się w przejściach magazynów wysokiego składowania i niezawodnie odnajdują swoją drogę - w inteligentnej fabryce nie jest to już fikcją.

Industry 4.0 oraz Industrial Internet of Things (IIoT) zmieniają procesy produkcyjne i logistyczne w sposób, który jeszcze kilka lat temu uważano za fantazję. Już niedługo obiekty połączone w sieci będą mogły wchodzić w interakcje automatycznie we wszystkich obszarach ich działania.

Autonomiczne pojazdy (AGV) są już teraz do tego zdolne, jednak ich sprawne działanie warunkuje korzystanie ze szczegółowych informacji dotyczących położenia i statusu, których nie można uzyskiwać i przetwarzać bez stosowania zaawansowanej elektroniki oraz specjalizowanych aplikacji.

ZAUTOMATYZOWANY TRANSPORT

 
Rys. 1. KINEXON Brain jako warstwa zintegrowana na poziomie pojazdu

Pojazdy AGV są dziś używane w wielu firmach produkcyjnych i logistycznych. Przewożą produkty, części lub materiały z magazynu do wcześniej określonego miejsca przeznaczenia w zakładzie produkcyjnym lub w magazynie. W celu samodzielnego podążania trasą pojazd musi być w jakiś sposób nawigowany.

Dotychczas systemy nawigacyjne wykorzystywały markery naziemne - tzw. taśmy prowadzące, m.in. wersje kolorowe i magnetyczne. Ten rodzaj nawigacji istnieje od końca lat 50. XX wieku. Czujnik optyczny w AGV odczytuje taśmę prowadzącą i podąża jej śladem. Takie rozwiązanie jest jednak nieelastyczne aplikacyjnie, drogie i często wymaga poprawek ze względu na trudne warunki środowiskowe.

W przeciwieństwie do produkcji w pomieszczeniach czystych, warunki w większości zakładów produkcyjnych są raczej trudne. Zanieczyszczenie podłogi, zakłócenia świetlne, pył i opary utrudniają AGV wykrycie drogi.

Wcześniej używane systemy nawigacyjne często też wymagały złożonych przebiegów mapowania w celu wcześniejszego zmierzenia pomieszczeń. Systemy laserowe, takie jak algorytmy SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) z rozpoznawaniem przestrzennym, również mają swoje ograniczenia w warunkach przemysłowych.

Firma KINEXON Industries, założona w Monachium w 2015 roku, opracowała rozwiązania, dzięki którym można optymalnie wdrożyć wymagania IIoT. Podstawową jej działalnością jest udoskonalanie precyzyjnych systemów pozycjonowania i zarządzania ruchem. Zindywidualizowane, dostosowane do wymogów klienta rozwiązania obejmują sprzęt, oprogramowanie układowe i oprogramowanie aplikacyjne, a także odpowiednie usługi.

Specjaliści z Monachium opracowali nowe podejście do oprogramowania nawigacyjnego dla AVG, którym jest KINEXON Brain. Bazuje ono na wykorzystaniu sieci czujników, które zapewniają precyzyjne pozycjonowanie i wykrywanie ruchu obiektów.

SZYBKA LOKALIZACJA I KONTROLA

 
Fot. 1. Inteligentna nawigacja w pojazdach sterowanych automatycznie: KINEXON Brain z systemem pozycjonowania opartym na czujnikach zaimplementowany w bramce dostępowej IoT firmy Kontron

W trudnych warunkach wysoce wyspecjalizowane czujniki nawigacyjne umożliwiają szybką lokalizację i kontrolę AGV i autonomicznych robotów serwisowych. Dane wymagane do lokalizacji i nawigacji są gromadzone przez gęstą sieć opartą na połączeniu systemu INS (Inertial Navigation System), danych laserowych i informacji o położeniu z bezprzewodowego systemu lokalizacji (KINEXON Sensor Network).

KINEXON Brain automatycznie wybiera najlepsze informacje o lokalizacji w każdej sytuacji i łączy je w celu dokładnego określenia położenia. Technologia lokalizacji bezprzewodowej zapewnia dokładne dane o położeniu nawet w najtrudniejszych warunkach.

W razie potrzeby można skorygować lokalne i względne szacunki położenia czujników pojazdu. Zapewnia to dokładność pozycjonowania równą 5 cm i odchylenie kursu o mniej niż 2° w prawie wszystkich środowiskach przemysłowych.

Bezprzewodowa lokalizacja KINEXON eliminuje potrzebę czasochłonnego mapowania tras, jak miało to miejsce w przypadku dotychczasowych systemów nawigacyjnych - na przykład korzystających z taśm magnetycznych. Drogi i punkty trasy można definiować w systemie CAD w oparciu o istniejące plany pomieszczeń i przekazywać do systemu sterowania.

Sieć czujników działa z dwukierunkową komunikacją i umożliwia precyzyjną nawigację drogą radiową. Ponadto system może być wykorzystywany do jednoczesnego lokalizowania pojazdów sterowanych przez człowieka i automatycznie, co zwiększa elastyczność i wydajność. Sieć czujników może być wykorzystywana również w innych aplikacjach, m.in. do zarządzania zasobami, optymalizacji tras wózków widłowych lub automatyzacji procesów ręcznych.

Johannes Feldmaier

Menedżer produktu AGV w firmie KINEXON

Rozwiązania, które wcześniej analizowaliśmy, są znacznie większe i cięższe niż KBox oraz pracują z aktywnym chłodzeniem. Nie jest to jednak optymalne w przypadku płaskich, autonomicznych wózków przemysłowych, przemieszczających się przy ziemi, gdyż skutkuje znacznym zapyleniem, z którym muszą sobie one radzić, dostarczając równocześnie precyzyjnych danych.

Z kolei produkty firmy Kontron cechują się zwartą i trwałą konstrukcją, skalowalnością i pasywnym układem chłodzenia, działającym nawet w temperaturach otoczenia do 60°C. Obudowa KBox jest znacznie lepsza niż w porównywalnych produktach. Ponadto dobór interfejsów jest bardzo praktyczny. Oprócz korzystnego współczynnika ceny do parametrów, byliśmy również pod wrażeniem wsparcia i serwisu, zorientowanego na klienta.

Rozwiązanie to przekonało nas również dlatego, że firma Kontron posiada wszystkie niezbędne certyfikaty i była w stanie zaprezentować w pełni przetestowaną konfigurację systemu. Należy pochwalić współpracę na wszystkich etapach realizacji projektu: wymiana informacji i konsultacje z działem sprzedaży oraz zespołem wsparcia i wsparcia posprzedażowego były i wciąż są doskonałe.

Korzystając z KBox, byliśmy w stanie wdrożyć jedno z czołowych rozwiązań AGV dla środowisk przemysłowych w bardzo krótkim czasie. Dzięki oferowanym standardom, skalowalności i dostępnym interfejsom KINEXON Brain może być łatwo integrowany z pojazdami różnych producentów. Pozwala to na zastosowania w różnych obszarach działalności, na przykład w intralogistyce, a w przyszłości również w sektorze robotyki serwisowej.

KOMPUTER KBOX FIRMY KONTRON ZAPEWNIA NAWIGACJĘ

Aby tak wyrafinowany system nawigacji jak KINEXON Brain działał, potrzebne są duże ilości danych, które następnie muszą być szybko przetwarzane. Wymaga to użycia małych i niezawodnych komputerów o dużej mocy obliczeniowej, które sprostają tym wyzwaniom nawet w trudnych warunkach środowiskowych.

Firma KINEXON zdecydowała się zastosować komputer KBox firmy Kontron na początku 2017 roku, po krótkiej ankiecie rynkowej i pozytywnych opiniach klientów. KINEXON Brain działa na bramce dostępowej IoT zrealizowanej na komputerze KBox serii A. System składa się z komputera embedded z funkcjonalnością IoT oraz z czujników do komunikacji z siecią.

Ponadto występuje tu sprzęgacz szyny fieldbus do komunikacji z zewnętrznymi liniami I/O i innymi komponentami dołączonymi do bramki, jak silniki, skanery laserowe lub kontroler bezpieczeństwa. Oprogramowanie KINEXON Brain zainstalowane na KBox działa jako jednolity interfejs do platformy sprzętowej wózka mobilnego.

Korzyści dla klienta są różnorodne. Na przykład, dzięki możliwości integrowania i łączenia różnych technologii lokalizacyjnych, takich jak lokalizacja SLAM i UWB (Ultra-Wideband), system oferuje maksymalną niezawodność, a jednocześnie największą możliwą elastyczność. Dodatkowo, dzięki kontroli całej kinematyki i możliwości łatwej integracji w pojazdach AGV różnych producentów, mogą być wdrażane różne scenariusze aplikacyjne.

Obecnie KBox stanowi integralną część AGV z KINEXON Brain i funkcjonuje w systemie jako komputer sterujący, łączący dane z różnych czujników. System niezawodnie dostarcza wszystkich wymaganych danych przy pracy ciągłej, również przy ograniczonym chłodzeniu i dużym stopniu zanieczyszczenia.

Dzięki małogabarytowej konstrukcji KBox nadaje się również do integracji w płaskich, autonomicznych pojazdach przemysłowych. Jest to ważny aspekt, gdy przestrzeń dostępna dla takiego pojazdu jest bardzo ograniczona. Ponadto KBox zapewnia interfejsy niezbędne w pojazdach AGV.

Cezary Morawski
Regional Sales Manager CEE
cezary.morawski@kontron.com
Kontron

Ilustracja tytułowa: Autonomiczna, elastyczna i precyzyjna nawigacja w obrębie istniejącej infrastruktury bez kłopotliwych, naziemnych oznaczeń

Zobacz również