Interoperabilität beliebiger fahrerloser Transportfahrzeuge durch eine einheitliche Bewegungskoordination für die zukünftige vernetzte Intralogistik

Abstract

Ein zentraler Bestandteil zur Realisierung flexibler und wandlungsfähiger Produktionen stellen fahrerlose Transportfahrzeuge dar. Um ein noch höheres Maß an Wandlungsfähigkeit zu erzielen, bedarf es der Vernetzung dieser fahrerlosen Fahrzeuge auf Hardwareebene. So sollen nicht nur alleinstehende Fahrzeuge besser interagieren, sondern auch in einem Verbund gemeinsam Transportaufgaben möglich sein. Hierfür wird eine Interoperabilität auf Fahrzeugebene benötigt, so dass die verschiedenen Fahrzeuge untereinander kompatibel und unabhängig vonder Fahrwerkskonfiguration sind. Eine einheitliche Basis soll folglich für verschiedene Fahrzeugtypen eingesetzt werden können, um das Ziel der Vernetzung von einzelnen Fahrzeugen sowie in einem Verbund, zu ermöglichen. Für die Realisierung dieser Vision thematisiert diese Arbeit drei Forschungsfragen. Die Erste behandelt die Frage, ob eine Interoperabilität für die vernetzte Intralogistik auf kinematischer Ebene durch das Interagieren von Flurförderzeugen möglich ist. Gelöst wird diese, indem statt der momentan proprietär bestehenden Ansteuerung der verschiedenen Fahrzeugtypen eine einheitliche Basis zur kinematischen Beschreibung jedes beliebigen Fahrzeugtypus auf Grundlage der dabei definierten Omni-Kurven-Parameter hergeleitet wird. Diese ist unter anderem unabhängig von der Fahrzeuggeometrie gewählt und bildet die Bewegungsmöglichkeiten der verschiedenen Fahrzeugtypen ohne Singularitäten ab. Dadurch kann eine Interaktion auf kinematischer Ebene über die Systemgrenzen der einzelnen Fahrzeuge hinweg entstehen. Basierend auf dieser Ansteuerung leitet sich die zweite Forschungsfrage ab. Sie behandelt wie eine Bewegungskoordination anhand solch einheitlicher Schnittstellen gestaltet sein muss. Dementsprechend wird eine dahingehende Ansteuerung zur einheitlichen Bewegungskoordination der verschiedenen Fahrzeugtypen hergeleitet. Dabei müssen bestehende Bewegungskoordinationsvorgabemöglichkeiten wie im Falle einer manuellen Handsteuerung odervollautomatisierter Ansteuerungsverfahren weiterhin verwendet werden. Diese Bewegungskoordination wird in verschiedenen Fahrzeugtypen entsprechend eingesetzt und evaluiert. Wird eine einheitliche Basis zur Ansteuerung verschiedener Fahrzeugtypen verwendet, müssen die verschiedenen fahrdynamischen Grenzen, welche durch Lenkeinschläge und Fahrwerkseigenschaften bestehen, ebenfalls formuliert werden. Dadurch erfolgt eine konsistente Beschreibung der verschiedenen Fahrwerke und die Gewährleistung einer einheitlichen Interoperabilität. Die dritte Forschungsfrage adressiert die Gestaltung dieser Interoperabilität im Kontext einer einheitlichen Schnittstelle auf Navigations- und Pfadplanungsebene, so dass die fahrdynamischen Grenzen der individuellen Fahrzeuge berücksichtigt werden. Diese behandelt die fahrdynamischen Grenzen, indem die Beschreibung der Fahrzeuge in Omni-Kurven-Parameter aufgezeigt ist. Die auf der einheitlichen Basis der Omni-Kurven-Parameter dargestellten Grenzflächen beschreiben den Konfigurationsraum individuell und bringen eine einfache Vergleichbarkeit für die Pfadplanung und Navigation mit sich. Auch für den Verbundtransport ist die Betrachtung des Konfigurationsraumes aufgezeigt und kann somit individuell für jeden Verbund- und Fahrzeugtyp eingesetzt werden. Durch die Verwendung der Omni-Kurven-Parameter erfolgt die Beschreibung verschiedener Fahrwerke insgesamt konsistent und damit ist eine Interoperabilität auf einer einheitlichen Basis gewährleistet. Das Anwendungspotenzial reicht dabei von automatisierten bis zu nicht-automatisierten mehrachsigen Fahrzeugen, welche intuitiv im Verbund und einzeln manövriert werden können.