Wie führen AGV-Gabelstapler die Bahnplanung durch?

In den Bereichen der modernen Logistik und der industriellen Automatisierung sind fahrerlose Transportsysteme (FTS) zu einer Schlüsseltechnologie geworden. Diese autonomen Navigationsfahrzeuge spielen eine entscheidende Rolle bei der Vereinfachung von Materialtransportprozessen, der Verbesserung der Effizienz und der Verringerung menschlicher Fehler. Sie sind in der Lage, Materialtransportaufgaben ohne menschliches Eingreifen zu erledigen, und eine der Schlüsseltechnologien dafür ist die Bahnplanung. Wie also erreichen FTS-Gabelstapler die Bahnplanung?

Was ist FTS-Bahnplanung?

Einfach ausgedrückt, geht es bei der Bahnplanung darum, den optimalen oder kollisionsfreien Weg für ein FTS zu finden, der von seinem Startpunkt (Punkt A) zu seinem Ziel (Punkt B) in einer Arbeitsumgebung mit Hindernissen (Regale, Arbeitsstationen, andere FTS) führt. Eine effektive Bahnplanung stellt sicher, dass FTS harmonisch mit ihrer Umgebung zusammenarbeiten können, wodurch der Durchsatz maximiert und die Ausfallzeiten minimiert werden.

Seine Bedeutung liegt auf der Hand:

• Verbesserte Effizienz: Optimale Pfade bedeuten kürzere Auftragszeiten und einen höheren Durchsatz.
• Gewährleistung der Sicherheit: Vermeidung von Kollisionen zwischen AGVs, zwischen AGVs und Menschen oder Ausrüstung und Gewährleistung der Sicherheit von Menschen, Maschinen und Waren.
• Geringere Kosten: Reduzieren Sie unnötige Fahrten, sparen Sie Energie und verlängern Sie die Lebensdauer Ihrer Geräte.
• System-Koordination: Ermöglicht es mehreren FTS, als Ganzes zusammenzuarbeiten, um den reibungslosen Betrieb des gesamten Systems zu gewährleisten.

Die wichtigsten Methoden der AGV-Bahnplanung

Die Trassenplanung ist kein einstufiger Prozess, sondern in der Regel ein vielschichtiger, dynamischer Entscheidungsprozess.

1. Festgelegte Bahnplanung

Zur Navigation werden Magnetstreifen, QR-Codes oder elektromagnetische Spuren verwendet.

Vorteile: Stabil und zuverlässig, geeignet für Fabriken und Lagerhallen mit festem Grundriss.

Nachteilig: Mangelnde Flexibilität; bei einem Trassenwechsel muss das Gleis neu verlegt werden.

2. Kartengestützte Planung von Navigationswegen

Mit Hilfe von Technologien wie LiDAR und visuellem SLAM können FTS Karten ihrer Umgebung erstellen und sich selbst in Echtzeit lokalisieren.

Vorteile: Hohe Flexibilität, Anpassungsfähigkeit an dynamische Umgebungen und Fähigkeit zur spurlosen Navigation.

Nachteilig: Hohe Anforderungen an Rechenleistung und Sensorgenauigkeit sowie relativ hohe Kosten.

3. Globale Trassenplanung

Dies ist der Entwurf auf höchster Ebene, der vor Beginn der Aufgabe durchgeführt wird. Das System berechnet einen theoretisch optimalen Weg für das FTS auf der Grundlage einer bekannten, statischen globalen Karte (einschließlich aller festen Hindernisbereiche). Über die gesamte Fabrik- oder Lagerkarte hinweg berechnet das FTS-System den globalen optimalen Weg vom Startpunkt zum Endpunkt.

Gängige Algorithmen: A-Star-Algorithmus, Dijkstra-Algorithmus, Rapidly Expanding Random Tree-Algorithmus (RRT)

Merkmale: Optimale Pfadplanung, geeignet für die Zuweisung umfangreicher Aufgaben.

4. Lokale Trassenplanung

Während des Betriebs werden Echtzeitanpassungen vorgenommen, um plötzliche Hindernisse oder dynamische Störungen zu vermeiden.

Im realen Betrieb stößt man unweigerlich auf dynamische Hindernisse, die nicht in der globalen Karte enthalten sind, z. B. plötzlich auftauchende Arbeiter, vorübergehend abgestellte Paletten oder andere fahrende FTS. In solchen Fällen ist eine lokale Planung erforderlich.

Gängige Methoden: Methode des künstlichen Potentialfeldes, Methode des dynamischen Fensters.  

Merkmale: Verbessert die Sicherheit und Anpassungsfähigkeit, aber der Pfad ist möglicherweise nicht global optimal.

Implementierungsschritte für die AGV-Bahnplanung

Ein vollständiger Pfadplanungsprozess kombiniert in der Regel globale und lokale Planung mit den folgenden spezifischen Schritten:

1. Analyse der Anforderungen: WMS/MES gibt Aufgaben aus, bestimmt den Startpunkt, den Endpunkt, die Ladekapazität usw.

2. Modellierung der Umgebung: Einsatz der SLAM-Technologie zur Erstellung einer zwei- oder dreidimensionalen Karte der Arbeitsumgebung und Markierung von Schlüsselpunkten wie Hindernisbereichen, befahrbaren Zonen, Ladestationen und Werkbänken auf der Karte.

3. Globale Pfadberechnung: Das Planungssystem verwendet Algorithmen, um den theoretisch optimalen Weg für das FTS auf der Karte zu berechnen.

4. Verkehrsmanagement: Das System prüft, ob der Weg mit den geplanten Wegen anderer FTS kollidiert. Falls erforderlich, koordiniert es den Weg (z. B. indem es ein FTS kurz an einem Knotenpunkt warten lässt) oder plant den Weg neu.

5. Verteilung der Bahn: Die geplante Bahn wird an das FTS verteilt.

6. Lokale Hindernisvermeidung in Echtzeit: Das FTS fährt entlang des Weges, während Sensoren kontinuierlich die Umgebung scannen. Wird ein Hindernis erkannt, wird sofort eine Umgehung oder Umleitung vorgenommen.

7. Ausführung der Aufgabe und Rückmeldung: Das FTS erreicht den Zielpunkt, führt die Aufgabe aus und meldet seinen Status an das System zurück.

Welche Faktoren beeinflussen die Trassenplanung?

• Komplexität der Umgebung: Die Lagerregale, die Gangbreite und die Standorte der Gabelstapleraufnahmestellen wirken sich alle auf die Route aus.
• Planung der Aufgaben: Wenn mehrere AGVs gleichzeitig im Einsatz sind, müssen Staus vermieden werden.
• Sicherheit: In Bereichen, in denen Menschen und Maschinen zusammenarbeiten, muss der Sicherheit höchste Priorität eingeräumt werden, um einen sicheren Betrieb in einer Mensch-Maschine-Koexistenzumgebung zu gewährleisten.
• Optimierung der Effizienz: Minimierung der Leerlaufraten und des Energieverbrauchs zur Verbesserung der gesamten Logistikeffizienz.

Anwendungsfälle

Die FTS-Bahnplanungstechnologie hat ein breites Spektrum an Anwendungen. Die unbemannten Gabelstapler von AiTEN Robotics beispielsweise nutzen Laser-SLAM-Navigation und intelligente KI-Algorithmen, um einen flexiblen Transport in Szenarien wie Automobilteilen und Lebensmittelverarbeitung zu ermöglichen. Das System kann nicht nur automatisch die optimale Route wählen, sondern auch intelligente Ausweichmanöver und Pfadoptimierung durchführen, wenn mehrere Fahrzeuge im Einsatz sind, was die Effizienz von Lager und Produktion erheblich verbessert.

In Fertigungsbetrieben werden FTS in der Regel für den Transport von Rohstoffen, unfertigen Erzeugnissen und Fertigwaren zwischen verschiedenen Arbeitsstationen eingesetzt. Durch den Einsatz fortschrittlicher Bahnplanungsalgorithmen können FTS durch komplexe Fabriklayouts navigieren, Hindernisse und andere FTS umgehen und Materialien und Produkte schnell und effizient liefern.

In der Logistik- und Lagerhaltungsbranche spielen FTS eine entscheidende Rolle bei der Bestandsverwaltung, der Auftragsabwicklung und dem Transport. FTS können so programmiert werden, dass sie innerhalb von Lagern navigieren, Frachtpaletten aufnehmen und transportieren und sogar Waren ein- und ausladen. Durch eine optimierte Bahnplanung können sich AGVs innerhalb von Lagern effizient bewegen, unnötige Wege reduzieren und die Geschwindigkeit der Auftragsabwicklung verbessern.

Schlussfolgerung

Die Bahnplanung für FTS ist eine Kernkomponente der Logistikautomatisierung, die von festen Trajektorien bis zu intelligenter Navigation und von globaler Planung bis zur Hindernisvermeidung in Echtzeit reicht. Die verschiedenen technologischen Optionen bestimmen die Anwendungsszenarien und die Effizienz des Systems. Mit der kontinuierlichen Entwicklung von künstlicher Intelligenz und Sensortechnologie wird die FTS-Bahnplanung immer intelligenter werden und eine solide Grundlage für die Modernisierung der Automatisierung von Fabriken und Lagern bilden.

Die Auswahl einer geeigneten Bahnplanungslösung erfordert eine umfassende Berücksichtigung der Flexibilitätsanforderungen des Geschäftsszenarios, der Umweltkomplexität und des Investitionsbudgets. Das Verständnis der zugrundeliegenden Prinzipien wird Unternehmen helfen, FTS-Systeme besser zu konzipieren und zu implementieren und das Potenzial der intelligenten Logistik wirklich zu erschließen.

Über AiTEN Robotics

Als Unternehmen, das sich auf intelligente Logistiklösungen spezialisiert hat, hat sich AiTEN Robotics konsequent auf das Szenario der "intelligenten Fabrik" konzentriert und dabei technologische Innovationen mit den Bedürfnissen der Industrie eng verknüpft. AiTEN Robotics hat umfassende Dienstleistungen für über 200 Kunden aus der Fertigungsindustrie weltweit erbracht: Wir nutzen ein umfassendes Produktportfolio von Materialhandhabungsrobotern, um verschiedene Materialhandhabungsszenarien abzudecken, und haben ein intelligentes Planungssystem auf Industrieniveau entwickelt, das eine effiziente Zusammenarbeit zwischen mehreren Geräten ermöglicht. Durch ein umfassendes Lebenszyklus-Servicesystem, das von der Planung vor dem Verkauf über die Bereitstellung und Implementierung bis hin zur Betriebsoptimierung reicht, befähigen wir Unternehmen, die Transformation der Logistikintelligenz voranzutreiben und die digitale Modernisierung und hochwertige Entwicklung der Fertigungsindustrie kontinuierlich voranzutreiben.

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