Mobile autonome, kooperative Roboter in komplexen Wertschöpfungsketten

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Traktor fährt auf nasser Straße einen Parcours

Mobile autonome, kooperative Roboter in komplexen Wertschöpfungsketten


In globalisierten Wertschöpfungsnetzen besteht ein erheblicher Kostendruck. Die Optimierung einzelner Teilschritte oder einzelner Maschinen reicht nicht mehr aus, um im Wettbewerb bestehen zu können. Vielmehr versuchen Unternehmen Produktivitätssteigerungen durch intelligentes Management der gesamten Wertschöpfungskette zu erzielen. Dies gilt insbesondere für die Landwirtschaft und die innerbetriebliche Transportlogistik.

marion ist einen Schritt weiter gegangen. Ziel des Projekts war eine Roboterisierung von Arbeitsprozessen mit autonomen Fahrzeugen unter Berücksichtigung des gesamten Wertschöpfungsprozesses und der Kooperation aller beteiligten Maschinen. Somit können vormals weitgehend unabhängig agierende Einheiten nun ein gemeinsames Ziel verfolgen.

In marion wurden autonome mobile Maschinen entwickelt, die aufgrund ihrer Intelligenz auf Veränderungen in der Umgebung eigenständig reagieren können. Die Maschinen sind per Funk untereinander vernetzt und können so lokale Informationen wie Sensorwerte austauschen. Ein auf die Maschinen verteiltes, dynamisches Planungssystem bewertet auf dieser Basis kontinuierlich die aktuelle Situation und plant gegebenenfalls neu. Das Planungsergebnis steht allen vernetzten Maschinen zur Verfügung, die so z. B. ihre Fahrrouten untereinander abgestimmt abfahren können.

Use Cases
So entstand im Anwendungsfeld Landwirtschaft vom Mähdrescher bis zum Straßentransporter am Feldrand ein autonom agierendes Ernte- und Transportsystem. Durch die Betrachtung der gesamten Prozesskette und die Integration eines Kennzahlensystems wurde dabei ein definiertes Gesamtoptimum erreicht. Die ökonomischen und ökologischen Kriterien kann der Anwender dabei individuell gewichten. Somit können bspw. Zeit, Kraftstoff- und Maschinenkosten eingespart aber auch die Bodenverdichtung verringert werden. Zudem kann der Anwender die Planausführung im Vorfeld simulieren, um so bspw. Ressourcen optimal auszuwählen und Zeit- und Kostenaufwand abzuschätzen.

Im zweiten Anwendungsbereich, der innerbetrieblichen Transportlogistik, wurde eine autonome Be- und Entladefunktionalität realisiert, die sowohl bei automatisierten, wie auch manuell geführten mobilen Transportfahrzeugen zur Anwendung kommen kann. Das System ermöglicht einen flexiblen Einsatz von Robotern auch in Prozessen, die einem ständigen Wandel unterliegen. Hierfür wurde ein grafisches Konfigurationstool entwickelt, dass den Kunden befähigt, autonome Fahrzeuge mit geringstem Aufwand zu definieren.

Ein dynamisches Planungssystem ermöglicht dabei die kostenoptimale Fahrzeugführung unter Beachtung ästhetischer Gesichtspunkte, die für eine Akzeptanz von autonomen Fahrzeugen, die im gemeinsamen Arbeitsbereich mit Menschen arbeiten, erforderlich sind. Die Fahrzeuge kooperieren dabei auf verschiedenen Ebenen. So berücksichtigt bspw. eine Szenenanalyse die 3D-Laserscannerdaten aller beteiligten Fahrzeuge und ermöglicht so eine Bewertung komplexer Umgebungsbedingungen. Daneben kann bspw. das Schleppzugfahrzeug „CX-T autonom“ selbstständig einen Unterauftrag an ein Entladefahrzeug wie den „FM-X autonom“ vergeben, um am Zielort seine Anhänger entladen zu können


Wege zur Anwendung
Eine erste prototypische Umsetzung eines internetbasierten Marktplatzes ermöglicht den Endkunden den einfachen Erwerb bzw. die Aktivierung der entwickelten maschinennahen Software als Ergänzung zu seiner bestehenden Hardware. Wie dieser Marktplatz sind viele der im Projekt erarbeiteten Lösungen weitgehend branchenunabhängig. Daneben wurden auch erste Schritte Richtung branchenspezifischer Standardisierungen gegangen wie zum Beispiel bei der M2M-Kommunikation in der Landwirtschaft.

Ansprechpartner marion

Projektleitung

CLAAS GmbH

Münsterstr. 33
33428 Harsewinkel

 

Dr. Max Reinecke

Tel.: +49 (0)52 47-12 2686

E-Mail

 

 

Weiterführende Informationen

Hier finden Sie die Präsentationen der marion-Abschlussveranstaltung vom 19.09.2013.

 

Das Projekt marion 

Dr. Hermann Garbers, CLAAS (pdf)

 

Cyber-X-Systeme - Robotik/KI in Automatisierungs-Anwendungen 2026

Prof. Dr. Joachim Hertzberg, DFKI (pdf)

 

Planungssystem und Szenenanalyse für die Intralogistik

Dr. Ronny Hartanto, DFKI (pdf)

 

Anwendungsfeld Intralogistik

Dr. Joachim Toedter, Volker Viereck, Thomas Wittmann, Tino Krüger-Basjmeleh, STILL (pdf) 

 

Anwendungsfeld Landwirtschaft

Dr. Max Reinecke, CLAAS; Stephan Scheuren, DFKI (pdf)

 

Geschäftsmodell und Dienstemarktplatz

Christian Schäperkötter, CLAAS; Gudrun Tschirner-Vinke, ATOS (pdf)

 

Veröffentlichungen:

Scheuren, Stephan; Hertzberg, Joachim; Stiene, Stefan; Hartanto, Ronny. Infield Path Planning for Autonomous Unloading Vehicles. In Proceedings of 33. Jahrestagung Gesellschaft für Informatik in der Land-, Forst- und Ernährungswirtschaft (GIL 2013). Potsdam, Feb 20-21, 2013.

 

Tschirner-Vinke, Gudrun. Ein App Store für Maschinen. In: C-LAB Jahresbericht 2012, S. 34-35, 2013, Paderborn. ISSN: 1439-5797.  

 

Scheuren, Stephan; Stiene, Stefan; Hartanto, Ronny; Hertzberg, Joachim. Approximating Reference Trajectories for Autonomous Vehicles using Motion Primitives.  Autonomous Mobile Systems 2012, Informatik aktuell, pages 109–117, Berlin, Heidelberg, September 2012. Springer-Verlag

 

Röhr, Florian. Vom Marktplatz zu innovativen, virtuellen Marktplatzkonzepten für IT-Dienste. In: C-LAB Jahresbericht 2011, S. 38-39, 2012, Paderborn. ISSN: 1439-5797.

 

Jekal, Melanie; Specker, Markus. Nutzerprozesse am Beispiel des Projektes marion. In: C-LAB Jahresbericht 2011, S. 26-27, 2012, Paderborn. ISSN: 1439-5797.