Autonomní provoz vysokozdvižných vozíků ve venkovním prostředí

Společnost Linde Material Handling (Linde MH), specialista na intralogistiku, a Aschaffenburgská univerzita aplikovaných věd (UAS) představily v závodě Linde MH v německém Aschaffenburgu výsledky výzkumného projektu KAnIS – kooperativní autonomní intralogistické systémy. V několika dílčích projektech byly vyvinuty systémy pro autonomní vysokozdvižné vozíky, které přepravují náklady v interiéru i exteriéru. Jeden z nich se zaměřil na kooperativní chování těchto vozíků, které si v reálném čase vyměňují informace prostřednictvím sítě 5G a edge serveru a mohou se navzájem informovat o překážkách. Projekt, trvající téměř čtyři roky, byl financován částkou přibližně 2,8 milionu eur v rámci programu výzkumu a vývoje Informační a komunikační technologie Svobodného státu Bavorsko.

Požadavky na vysokozdvižné vozíky pracující ve venkovním prostředí jsou mnohem vyšší než na ty, které pracují jen uvnitř budov. Patří mezi ně schopnost pracovat ve svažitém terénu, nutnost počítat s přítomností osob a dopravy a s různými povětrnostní vlivy (obr. 1).

Celkovým cílem projektu bylo prozkoumat, jak může kooperativní chování síťově propojených autonomních vozíků zlepšit provozní spolehlivost a manipulační výkon celého logistického systému. Pro řešení tohoto rozsáhlého úkolu bylo vytvořeno několik dílčích projektů, které se zabývaly lokalizací, řízením a kooperací vysokozdvižných vozíků, rozpoznáváním nosičů nákladu (palet, beden apod.), vlivem povětrnosti, prediktivní údržbou, optimalizací tras a automatickým řízením celé logistiky.

„Projekt Kanis byl pro univerzitu velmi komplexním interdisciplinárním výzkumným projektem. Podílelo se na něm deset profesorů a mnoho odborných asistentů a studentů,“ shrnul prof. Dr. Hans-Georg Stark, vedoucí projektu na UAS v Aschaffenburgu. „Oba partneři projektu měli velký prospěch z kombinace vědeckovýzkumných aktivit Aschaffenburgské UAS a dlouholetých zkušeností společnosti Linde MH v oblasti vývoje vysokozdvižných vozíků.“

Testovací scénáře zaměřené na reálné podmínky

Čtyři elektrické vysokozdvižné vozíky Linde E20, E25 a E30 s nosností 2 až 3 tuny byly automatizovány a vybaveny elektrohydraulickým řízením (Linde Steer Control), asistenčním systémem Linde Safety Pilot s elektronickým monitorem zatížení a integrovaným polohovacím zařízením vidlic. „Realizace výsledků výzkumu v praxi byla důležitým aspektem jak pro Linde MH, tak pro Aschaffenburgskou UAS,“ zdůraznil Mark Hanke, vedoucí oddělení koncepčního vývoje ve společnosti Linde MH. Od příštího roku budou vozíky dále vyvíjeny a testovány tak, aby v budoucnu mohly plnit čtyři specifické úkoly při manipulaci s materiálem: přepravu beden z drátěného pletiva, přepravu palet s bateriemi, přemisťování rámů vyráběných vozíků a dopravu jejich horních ochranných krytů, které musí být přepravovány na speciálních nosičích nákladu z předmontáže na hlavní montážní linky (obr. 2).

První dvě aplikace jsou čistě venkovní provozy, zatímco další dvě vyžadují, aby se vozíky pohybovaly uvnitř hal i mezi nimi. Je třeba překonat stoupání 8 % a v halách se nacházejí i další vozíky AGV a ručně ovládané vozíky. Aby čtyři vysokozdvižné vozíky Kanis mohly spolehlivě odebírat palety, bedny z drátěného pletiva a kovové rámy, i když nejsou uložené na podlaze na přesné pozici, jsou vybaveny mobilní kamerou umístěnou mezi vidlicemi. Ty zaměřují otvory pro vidlice v nosičích nákladu, aby bylo možné vidlice správně nastavit pomocí bočního posuvu. Upravena byla také konstrukce vozíků, aby umožnila integrovat bezpečnostní skenery, kamery a senzory do obrysu vozíku tak, aby jeho rozměry zůstaly co nejblíže standardní verzi. V interiéru se vozíky lokalizují s pomocí laserových skenerů, ve venkovním prostředí používají diferenciální GPS (Global Positioning System). Kromě toho jsou vybaveny dalšími senzory pro přechod z vnitřních prostor do venkovních. Na rozdíl od svých ručně ovládaných protějšků jedou automatizované vysokozdvižné vozíky na definovaných trasách vždy s vidlicí vzad, aby se zabránilo sklouznutí nákladu z vidlice při nouzovém zastavení.

Komunikace s nákladními vozidly a infrastrukturou v reálném čase

Výzkumný projekt se zaměřil zejména na vnímání okolí automatizovanými vysokozdvižnými vozíky: aby byla zajištěna jejich spolehlivá interakce s ostatními účastníky provozu. K tomu jsou vozíky kromě bezpečnostních senzorů vybaveny 3D skenery a kamerami s velkým rozlišením. Údaje z kamer tvoří základ pro detekci a klasifikaci objektů prostřednictvím algoritmů umělé inteligence a jejich následnou lokalizaci s cílem upravit rychlost vozíku a zpomalit jej až do zastavení.

To však není vše. Další klíčovou úlohou jsou kritické situace, které vznikají, když se lidé nacházejí ve skrytých oblastech, které senzory vysokozdvižného vozíku nemohou detekovat, a přibližují se k dráze jízdy vozidla. Zde přichází na řadu spolupráce mezi vysokozdvižnými vozíky, protože je-li v blízkosti jiný vysokozdvižný vozík, může svým sousedům poskytnout příslušné informace. To ale vyžaduje přenos dat v reálném čase. K tomu zřídila společnost Linde v závodě v Aschaffenburgu privátní síť 5G. Data o okolní scéně jsou z vysokozdvižných vozíků přenášena na edge server, který z lokálně detekovaných objektů vytvoří globální seznam všech detekovaných objektů a odešle jej zpět vysokozdvižným vozíkům.

Testy byly provedeny pomocí figuríny, která se náhle vynoří zpoza zdi a vběhne do dráhy vysokozdvižného vozíku (obr. 3). Bez kooperativního chování nedokáže automatizovaný vysokozdvižný vozík včas zastavit a do figuríny narazí. Jestliže však obdrží informace v reálném čase od blízkého vysokozdvižného vozíku, může nebezpečnou situaci předvídat a včas zabrzdit. Protože není možné vždy předpokládat, že se v blízkosti nachází druhý vysokozdvižný vozík, bylo na křižovatkách a branách podél tras, po kterých budou v budoucnu jezdit vysokozdvižné vozíky Kanis, nainstalováno osm stacionárních 3D laserových skenerů. Místní seznamy objektů ze stacionárních laserových skenerů jsou rovněž sloučeny na edge serveru a informace jsou zpřístupněny všem vozidlům.

Systém čištění senzorů, nabíjení baterií robotem

Další část projektu se zabývala tím, jak čistit optické senzory umístěné nízko nad zemí, když se znečistí stříkající vodou v dešti nebo od mokrého povrchu vozovky. To je velmi důležité, protože není-li možné spolehlivě detekovat objekty, bezpečnostní systém vozík automaticky zastaví. Aby se tomu předešlo, vyvinul projektový tým čisticí systém, který stlačeným vzduchem odfoukne všechny kapky vody a nečistoty, které se mohly na laserových snímačích nahromadit.

Další projektový tým zkoumal možnost autonomního nabíjení baterií vysokozdvižného vozíku za použití robotu naváděného systémem na bázi umělé inteligence. Robot připojuje kabel nabíječky k zásuvce na vysokozdvižném vozíku (obr. 4). Zadní část vozíku byla odpovídajícím způsobem upravena a byla přidána automaticky ovládaná nabíjecí klapka, která chrání nabíjecí zásuvku před nečistotami a stříkající vodou.

[Linde MH: On the path to autonomous outdoor operation of forklift trucks. Tisková zpráva, prosinec 2023.]

(Bk)

Obr. 1. Požadavky kladené na autonomní vysokozdvižné vozíky pracující ve venkovním prostředí jsou mnohem vyšší než na vozidla pracující výhradně v interiéru; kromě stoupání a klesání a výskytu překážek a chodců hrají významnou roli také povětrnostní a teplotní vlivy

Obr. 2. Jedním z úkolů automatizovaných vysokozdvižných vozíků je přeprava stropních ochranných rámů na speciálních nosičích z předmontáže na hlavní montážní linky

Obr. 3. Testování bezpečnosti provozu pomocí figuríny: vozíky si vyměňují informace v reálném čase, takže se vozík o osobě dozví od svých sousedů, i když ji jeho senzory právě nedetekují

Obr. 4. Autonomní nabíjení baterií vysokozdvižného vozíku za použití robotu