Schlau, schnell und dank Simulationsbasierter Künstlicher Intelligenz seiner Zeit voraus: Bühne frei für „Odyn“. Der autonome Transportroboter ist einer der ersten Bewohner des „Robotic Continuums“, das Simulation und maschinelles Lernen mit der Realität verbindet. Entwickelt wurde der hochdynamische Transportroboter, der den außer- und innerbetrieblichen Palettenumschlag maßgeblich verändern soll, am Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML.
Im Gegensatz zu den meisten Fahrerlosen Transportsystemen, die entweder eine hohe Leistungsfähigkeit, Dynamik oder Flexibilität aufweisen und entweder für den Innen- oder den Außenbereich konzipiert sind, kann „O3dyn“ gleich alle drei Eigenschaften in sich vereinen. Odyn ist nicht nur hochdynamisch und autonom, sondern auch für den hybriden Betrieb ausgelegt. Er kann große Lasten im Format einer Palette mit einer Fahrgeschwindigkeit von bis zu 36 km/h omnidirektional transportieren. Dabei verlässt er die geschützte und definierte Umgebung von Lagerhallen, um auf dem jeweiligen Betriebsgelände dynamisch zu agieren. Deshalb auch der Name „O3dyn“ (gesprochen Odyn), der für omnidirektional, Outdoor und Open Source steht.
Odyn ist nicht nur das erste Exemplar einer neuen Gattung mobiler Roboter aus dem ›Kontinuum‹. Seine Entwicklung markiert den Einstieg in eine offene Form internationaler Forschung und Entwicklung rund um autonome Fahrzeuge und Roboter. Mit Odyn sind wir dem Ziel, das vielzitierte Datengold zu heben und die richtigen Algorithmen an den Start zu bringen, wieder ein Stückchen nähergekommen.
Prof. Michael ten Hompel, geschäftsführender Institutsleiter des Fraunhofer IML
„Digitalisierung schafft Fortschritt. Das von uns geförderte Silicon-Economy-Projekt zeigt mit Odyn ganz konkret, wie Automatisierung, Künstliche Intelligenz und Digitalisierung mit Open-Source-Entwicklungen die Logistik in Deutschland noch weiter voranbringen“, sagt Dr. Volker Wissing, Bundesminister für Digitales und Verkehr. Das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) fördert das Projekt über einen Zeitraum von drei Jahren mit über 25 Millionen Euro.
Odyn – ein kleiner Allrounder
Damit Odyn sowohl im Innen- als auch im Außenbereich problemlos fahren kann, haben die Forschenden das omnidirektionale Fahrwerk mit Mecanumrädern und einer Luftfederung kombiniert. Dadurch sind nicht nur ein Fahren auf engstem Raum und eine präzise Positionierung der Last möglich. Dank der speziellen Räderwahl und der Luftfederung ist zudem ein sicherer, lastunabhängiger Lauf auf unebenem Untergrund garantiert. Das Fahrwerk kann sich an mögliche Bodenunebenheiten im Außenbereich anpassen. Gleichzeitig wird mithilfe der Federungs- und Dämpfungsfunktion die Ladung geschont.
Die Lastaufnahme erfolgt ebenfalls unter Zuhilfenahme des Luftfahrwerks. Zur Palettenaufnahme senkt sich Odyn ab. Die Ladungssicherung erfolgt durch Klinken, die von außen zwischen die Palettenklötze einfahren und diese dann festhalten. Hierdurch kann die Palette beim Transport nicht herausrutschen. Das Bremssystem des flinken Transportroboters besteht aus der elektrischen Betriebsbremse und einer Notbremse, die mit verschleißenden Bremsplatten unter dem Rahmen arbeitet. Bei einer Notbremsung werden die Luftventile des Fahrwerks geöffnet. Das Fahrzeug senkt sich sehr schnell auf die Bremsplatten und kommt so im Notfall ganz sicher zum Stillstand.
Sicherheit im autonomen Betrieb gewährleisten
Eine weitere Herausforderung, die die Forschenden meistern mussten, war die übergangslose Navigation zwischen Indoor- und Outdoorbereich. Diese lösten sie mit umgebungs- und funkbasierten Lokalisierungsalgorithmen. Die Lokalisierung greift auf Lidar-Scanner, 3D-Kamerasysteme und Differential-GPS/GNSS zurück. Die größte Schwierigkeit, vor der die Forschenden zurzeit noch stehen, ist die Sicherheit im autonomen Betrieb.
Wie die Automobilindustrie müssen auch wir Lösungen finden, um eine sichere autonome Fahrt im öffentlichen Raum sicherzustellen mit allen Unvorhersehbarkeiten wie plötzlich auftauchende Hindernisse auf dem Fahrweg . Hier liegt noch ein Stückchen Arbeit vor uns.
Guido Follert, Abteilungsleiter Maschinen und Anlagen am Fraunhofer IML
Ein Novum ist auch das Entwicklungsverfahren: die Simulationsbasierte Künstliche Intelligenz. Dank moderner Grafikkarten lassen sich damit hochkomplexe Vorgänge in Echtzeit simulieren. Mittels Motion Capturing gleichen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das Verhalten in der Simulation mit dem der realen Fahrzeuge ab und optimieren so das Simulationsmodell. Je mehr sich die Differenz von Modell und Realität reduziert, umso mehr wird der Roboter zum cyberphysischen Zwilling der Simulation. Dieses Vorgehen kann Entwicklungszeiten massiv reduzieren: So lassen sich Prototypen bereits in der digitalen Realität testen, bevor sie gebaut werden. Zudem lassen sich die Entwicklungen von Hardware und Software auf diesem Wege entkoppeln. Es entsteht ein digitales Kontinuum der Entwicklung („Robotic Continuum“).
Odyn wurde im Rahmen des Großforschungsprojekts Silicon Economy entwickelt. Das Konzept und die Konstruktion werden quelloffen (als Open Source) bei der Open Logistics Foundation zur Verfügung gestellt. Mit dem Großforschungsprojekt Silicon Economy will das Fraunhofer IML einer dezentralen, föderalen und offenen Plattformökonomie in Deutschland und Europa zum Durchbruch verhelfen.