Agv

Die fahrerlosen Transportmittel werden für den Transport von Material verwendet, nämlich zum Abziehen oder Transportieren von Material mit aktiver oder passiver Lastaufnahmeeinrichtung. FTS sind interne, bodengebundene Verkehrssysteme mit automatischer Steuerung, deren Hauptaufgabe der Transport von Material, nicht aber von Personen ist. Diese werden innerhalb und ausserhalb von Bauwerken verwendet und setzen sich im Kern aus den nachfolgenden Bestandteilen zusammen:

Der herkömmliche Stapler oder sein "kleiner Bruder", der Hubwagen ("Ameise"), ist ein Gerät, das aufgrund seiner universalen Einsatzmöglichkeiten in fast allen Betrieben zu diesem Zweck zum Einsatz kommt. Bei den automatischen Transportanlagen gilt das System der fahrerlosen Transportfahrzeuge als eine möglichst flexible Alternative. So unterschiedlich wie die Aufgabenstellungen in der Branche sind auch die Einsatzbereiche für die fahrerlosen Transportsysteme; grundsätzlich gibt es keine konstruktiven Einschränkungen für FTS.

In der folgenden Übersicht erhalten Sie einen Einblick in die wichtigsten Daten und Merkmale der bisher eingesetzten Systeme: Die fahrerlosen Verkehrssysteme lassen sich "rund um die Uhr" an unterschiedlichste Aufgabenstellungen anpassen. Die Verwendung von FTF in der Krankenhaus-Logistik hat eine besondere Stellung, da es sich nicht um ein industrielles Umfeld im eigentlichen Sinn des Wortes handeln kann.

In England, wo sie ab 1956 auf den Markt gebracht wurden, arbeiteten EMI-Fahrzeuge nach dem gleichen Grundsatz. Ausgestattet mit automatischer Kupplung und der Möglichkeit, den Rückwärtsgang automatisiert durchzuführen, waren diese Wagen in der Lage, Trailer zu kuppeln und am Einsatzort abzustellen. Durch die vielen Freiheiten bei der Auslegung der Kraftfahrzeuge entstanden unzählige Ausstattungsvarianten.

Soll ein Auto automatisiert, d.h. ohne Mensch gefahren werden, ist die Steuerung eine der wichtigsten Aufgabenstellungen, die von Fahrzeugrechnern + entsprechender Elektronik + geeigneter Sensoren zu lösen ist. Der Fahrtrichtungswechsel wird durch Messen des oder der Lenkwinkel des Fahrzeuges bestimmt. Bekanntes Problem und eventuelle Ursachen für Odometriefehler: Fazit: Für ein fahrerloses Transportfahrzeug ist die Tachymetrie allein als Navigationsmaßnahme keinesfalls aussagekräftig.

Das Problem der Fahrtrichtungsbestimmung entfällt, wenn das Auto einer durchgängigen Richtlinie mit geeigneten Sensoren folgt. Auch eine eventuell notwendige Feinjustierung des Fahrzeuges am Zielort findet gegenüber einem äußeren Auslösesignal (Bodenmarkierung, Lichtschranke etc.) statt. Zur Reduzierung der mit der Leitfadenerstellung einhergehenden Aufwendungen kann die fortlaufende Richtlinie in eine unterbrochene Richtlinie (eine Abfolge von Stützpunkten) umgewandelt werden.

Sie sind mit geeigneten Sensoren zur Erfassung der Gitterpunkte (Magnetsensor, Transponderleser, Farbsensor/Kamera) und "Shimmy" von einem Gitterpunkt zum anderen ausgerüstet. Soll aus Gründen der Kosten der Bildschirmabstand groß sein, muss die Odometrierung und vor allem die Richtungsstabilität des Fahrzeuges sehr gut abgestimmt sein. Ein Drehgeschwindigkeitssensor (Gyroskop) wird oft verwendet, um die Änderung der Drehposition des Fahrzeuges zur Unterstützung bzw. Verbesserung zu messen.

Dies erfordert eine präzise Lenkwinkelerfassung und -regelung sowie die Verarbeitung von mathematischen Verfahren per Software, d.h. eine komplexere Regelung als bei einem Fahrzeug mit durchgängiger Richtlinie. Ein solches Flächennetz - oft in Gestalt eines (regulären) Netzes - weist für die Kraftfahrzeuge mehr mögliche Routen auf als das Liniennetz, d.h. künftige Veränderungen an den FTF-Routen können rascher durchgeführt werden, da die Erdarbeiten für die Verlegung der neuen/zusätzlichen Netzpunkte nicht mehr nötig sind.

Bei den bisher vorgestellten Methoden wird ein sogenannter physikalischer Leitfaden zur Fahrzeuglenkung verwendet: Physikalische Eigenschaften (farbige Linien, Metallbänder, Wechselstromdrähte, Magneten usw.) werden entlang der angestrebten Route angebracht, die durch geeignete Sensoren am FTF erfasst und nachgeführt werden können. Kann oder soll eine physikalische Richtlinie nicht verwendet werden, gibt es eine Alternative, die sogenannte Virtual Guideline, die in Softwareform im Fahrzeugcomputer zur Verfügung steht.

In diesem Fall ist jedoch ein erheblicher Aufwand an Hard- und Software erforderlich, damit ein Auto mit Unterstützung dieser Virtuelle Richtlinie die angestrebten Ziele automatisiert und mit hinreichender (Wiederhol-)Genauigkeit erreicht. Allerdings haben diese Bezugspunkte keinen Zusammenhang mit der Strecke und stellen in keiner Hinsicht eine Richtlinie dar. Diese drei Unwägbarkeiten korrespondieren mit den drei Freiheitsgraden des Fahrzeuges in der Antriebsebene, d.h. X-Wert, Y-Wert und Drehwinkel der momentanen Fahrzeuglage (siehe auch Abschnitt Chassis, Kinematik) dem am Auto angebrachten fahrbaren Laser-Scanner (der "Peiler" zur Winkelmessung).

Der Referenzpunkt besteht aus retroreflektierendem Werkstoff, das eingestrahlte Licht wird in sich selbst zurückgestrahlt, d.h. zum Transmitter oder in diesem Falle zum direkt daneben angebrachten Receiver. ist eine Methode, bei der die momentane Fahrzeuglage und -richtung durch Messung der bestehenden Umwelt, d.h. ohne weitere Beschriftungen und eigens für den Fahrzeugeinsatz angebrachte Hilfen ermittelt wird.

Dazu bedarf es geeigneter Sensorik - wie 2D- oder 3D-Laserscanner oder Deckel-, 2D- oder 3D-Kameras - oder einer Verknüpfung mehrerer solcher Sensorik, mit denen die direkte Betriebsumgebung der Kraftfahrzeuge gemessen werden kann. Sensorik und Auswertungsrechner sind am oder im Auto angebracht, die Bewertung muss in Realzeit stattfinden und die Bewegung des Fahrzeugs während der Messung mitberücksichtigen.

Die Positionserfassung kann nur dann gelingen, wenn der Fahrzeugcomputer eine numerische Landkarte der Betriebsumgebung enthält, in der die aktuelle Messwertaufnahme klassifiziert werden soll. Sie kann entweder vom Auto selbst während einer Lern- oder Orientierungstour, die als SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) bezeichnet wird, erzeugt werden.

Mit den eingesetzten Software-Algorithmen können Änderungen in der Betriebsumgebung, die während der Betriebszeit der Kraftfahrzeuge immer wieder auftreten können, als Abweichung von den hinterlegten Karteninformationen erkannt, ggf. in die Landkarte integriert und auf dieser Basis die momentane Fahrzeuglage und -richtung weiter ermittelt werden. Bei Innenanwendungen oder in Gebieten ohne ausreichenden GPS-Empfang: Bei allen Funkpeilverfahren muss bei Verwendung einer einzigen Empfängerantenne zur Bestimmung des momentanen Gierwinkels des Fahrzeugs zunächst eine bestimmte Entfernung überbrückt werden, oder es müssen zwei Empfängerantennen mit einer bekannten Position (Ausrichtung und Entfernung) am Auto angebracht werden.

Für die Bestimmung der aktuellen Lage und Richtung eines führerlosen Transportfahrzeuges bestehen unterschiedliche Ausstattungsvarianten. Sämtliche oben beschriebene Vorgehensweisen bestehen seit vielen Jahren und werden in der praktischen Anwendung mit Erfolg angewendet. Das Vorgehen mit einem virtuellen Leitfaden erlaubt vergleichsweise mehr Spielraum und erreicht damit in größerem Umfang die oben erwähnten Vorzüge bei der Nutzung von FTF, jedoch mit höheren Investitionsanforderungen.

Durch die große Anzahl der zu messenden Größen und die Datenmenge, die in Realzeit verarbeitet werden sollen, sind diese mit umfangreichen Sensoren, leistungsstarken Computern und einer komplexen Simulationssoftware ausgestatte. In der nebenstehenden Abbildung sind die Hauptkomponenten eines führerlosen Transportfahrzeuges dargestellt. Das Fahrverhalten der führerlosen Verkehrsfahrzeuge unterscheidet sich durch unterschiedliche Fahrwerkkonzepte, die sich in verschiedenen Hüllen (Grenzlinien des von der FTF abgedeckten Bereichs) und Radwegen ausdrücken.

Es wird zwischen linearen und oberflächenbewegten Fahrzeugen unterschieden. Prinzipiell hat jedes Auto drei Freiheitsgrade in seiner Antriebsebene: Bei einem linear beweglichen Auto können diese nicht getrennt von einander verstellt werden, da die Anordnung des Fahrgestellrahmens zum Gleisbogen durch das Fahrgestell festgelegt ist. Andererseits kann die Lage des Fahrgestells bei einem oberflächenbewegten Auto fahrzeugunabhängig angepasst werden.

Allerdings erfordert ein oberflächenbewegtes Fahrzeug in der Regel einen höheren Konstruktions- und Fertigungsaufwand. All dies hat jedoch keinen Einfluß auf die Mobilität und den Platzbedarf der Träger. Lenkungen ohne geometrische Lenkwinkel, die sogenannte Differentiallenkung: Hier wird die Richtung des Fahrzeuges durch verschiedene Geschwindigkeiten der Treibräder verändert ("Tankantrieb"). Mit Mecanum-Antrieb werden äußerst wendig, aber mit hoher Oberflächenpressung, so dass sie nicht auf jedem Bodenbelag einsetzbar sind.

Die Drehzahlsteuerung hat für die erreichbare Genauigkeit der Positionierung wesentliche Vorzüge, weshalb in der Praxis meist Leistungselektroniken zur Steuerung und Überwachung der Verfahrantriebe verwendet werden. Neben elektromotorischen Antrieben - besonders beim Schwerlasttransport - bietet Outdoor-FTF auch solche mit Verbrennungsmotoren und einem so genannten diesel-hydraulischen oder diesel-elektrischen Antrieben an. In Innenfahrzeugen wird hauptsächlich Plastik als Werkstoff für den Radträger verwendet (Polyester-Urethan-Kautschuk, z.B. Pevolon, oder Polyamid).

Die Elastizität solcher Räder führt jedoch zu Abrollbewegungen des Fahrzeuges, z.B. bei Kurvenfahrt, erschwert die Bahnkontrolle und führt aufgrund der lastabhängigen Durchmesseränderung zu verschlechterten Resultaten bei der Totrückrechnung (siehe oben) und bei der Feineinstellung. Weil in internen Transportmitteln sehr oft Elektro-Antriebe zum Einsatz kommen, sind entsprechende Stromspeicher in der Regel in Form von Akkus oder Akkus vorhanden.

Weil ein FTF immer einen Fahrzeugcomputer und mehrere andere Stromverbraucher hat, die mit Elektrizität zu versorgen sind, haben solche Autos normalerweise eine andere Bleibe. Die an das Kraftfahrzeug angeschlossenen Wicklungen kuppeln kontaktlos elektromagnetische Energien aus dem diese Leitungen umgebenden Magnetfeld nach dem Prinzip der Induktion.

Die folgenden Gleisführungstechniken zur Nachführung einer physikalischen Richtlinie sind in führerlosen Fahrzeugen bekannt und werden in der Anwendung eingesetzt: Zusätzlich wird die Fahrspurführung mittels eines virtuellen Leitfadens genutzt. Entscheidend für die Einsatzflexibilität, aber auch für die Einsatzfähigkeit und Leistung des Gesamtsystems fahrerlose Transportsysteme ist die Steuerung des Fahrzeugs. Zur Orientierung in der Betriebsumgebung nutzt die Fahrzeug-Steuerung verschiedene Sensorik und Aktorik.

Das System muss über die gesamte Fahrzeugbreite und die Ladung wirken und das Auto stoppen, bevor feststehende Fahrzeugteile mit Menschen in Berührung kommen. Darüber hinaus müssen die Bremse in der Lage sein, das Kraftfahrzeug bei der vom FTF-Hersteller zulässigen höchstzulässigen Steigung zu belasten (Haltebremse). Für das Stoppen des Fahrzeuges in Notfallsituationen sind Not-Aus-Taster an leicht erreichbaren Punkten, am besten an allen vier Eckpunkten, notwendig.

Wird ein Not-Aus-Taster gedrückt, geht der FTF unmittelbar in den Not-Aus-Zustand (d.h. es wird während der Fahrten mit größtmöglicher Verlangsamung gebremst) und verbleibt dort, bis der Not-Aus-Taster wieder entsperrt wird. Sämtliche Sicherheitsvorrichtungen zum Personenschutz müssen unmittelbar und softwareunabhängig auf ein Not-Aus-Modul einwirken, damit das Auto unmittelbar und gefahrlos zum Stehen kommt.

Das System besteht aus zwei Komponenten, die auf zwei Stufen aufgeteilt sind: In der Regel können Blockabschnitte nur von einem einzelnen Wagen besetzt werden. Zur Nutzung der Vorzüge fahrerloser Systeme wird in der Regel die kontaktlose Datenübertragung zwischen den stationären Anlagen und den Kraftfahrzeugen genutzt. Das Betriebsumfeld des Fahrzeugsystems wird durch die Gesamtheit der so genannten Peripherieanlagen bestimmt.

Sie haben einen nicht unerheblichen Einfluß auf die Anlagenverfügbarkeit, auf die Störungshäufigkeit, ggf. auch auf den Fahrzeugverschleiß etc. Andere Bestandteile der direkten Betriebsumgebung eines Fahrzeuges sind die für die Steuerung und Fahrspurführung notwendigen Fahrbahnelemente: Die Anwendungsumgebung umfasst auch stationäre Lastübernahmestationen und Anlagen zur Stromversorgung, aber auch Gleiselemente wie Brandschutztüren, Fahrstühle und Hebebühnen sowie Ständer.

Wesentlicher Bestandteil der Anwendungsmodellierung, die die Datengrundlage für die gesamte Systemprogrammierung bildet, ist die Fahrbahnprogrammierung, d.h. die Abbildung des Grundrisses, in dem sich die Kraftfahrzeuge fortbewegen. Dies geschieht in der Regel graphisch, d.h. mit Hilfe eines CAD-Tools und auf der Grundlage eines CAD-Layout der Entwicklungsumgebung.

Weil diese Form der Fahrschulprogrammierung außerhalb des Fahrzeugs, z.B. am Computer im Office, stattfindet, wird sie als Offline-Programmierung bezeichnet. Dabei wird das Auto mit der manuellen Steuerung auf den von Ihnen gewählten Fahrweg gefahren und die Flugbahnen werden von der Software des Fahrzeugs erfasst und gespeichert. Vor allem - im Unterschied zur Offline-Programmierung - wird ein Auto gebraucht, das während dieser Zeit nicht für den Transport zur Verfugung steht.

Containerterminals Altenwerder (CTA) der HHLA: Günter Ullrich: Leitsystem. Im: Tagesbericht Hafen vom 10. Juli 2011, S. 4 Alle oben genannten VDI-Richtlinien zum Thema führerlose Verkehrssysteme wurden von Mitgliedern des Fachausschusses "Fahrerlose Verkehrssysteme" des VDI (FA 309; früher: VDI-Abteilung B7) erstellt und werden vom Beuth-Verlag in Berlin veröffentlicht. Hochsprung ? VDI-Richtlinie 2510 "Fahrerlose Transportsysteme"; Beuth-Verlag, Berlin, S. 6 f.

Springen auf die Seite ? Geführte Fahrzeuge werden bald selbständig auf Fehlfunktionen ansprechen.