In einem BMBF-Verbundprojekt wurde erforscht, welche Möglichkeiten die lichtbasierte Ortung insbesondere für den Einsatz in der Industrie hat. Das Fazit: Navigieren über Licht ist praktisch, flexibel und zuverlässig – und birgt großes Potenzial für die Industrie 4.0.
Die Navigation des Transportsystems erfolgt über die Deckenbeleuchtung. V.l.n.r: Dr. Alexandre Bousaid, Bianca Miene (beide Osram) und Tommy Falkowski (Fraunhofer IEM).
Fraunhofer IEM
Nach dreijähriger Forschungsarbeit fand das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Verbundprojekt LiONS (Lichtsensorbasierte Ortungs- und Navigationsdienste für autonome Systeme) im Dezember 2018 seinen Abschluss. Das Ergebnis ist ein Ortungssystem, das fahrerlose Transportfahrzeuge über Licht durch eine Logistik- oder Produktionshalle navigiert. Die Ortung erfolgt über an der Hallendecke montierte LED-Leuchten, die jeweils eine eindeutige Kennung über moduliertes, also speziell pulsierendes Licht aussenden. Für das menschliche Auge ist diese Modulation komplett unsichtbar und ändert somit nichts an der Beleuchtungssituation. "Mittels lichtbasierter Ortung kann eine aufwandsarme und flexible Navigation für autonome Fahrzeuge realisiert werden. Wenn wir sie künftig an die bestehende LED-Deckenbeleuchtung koppeln, könnte die Technologie ein wesentlicher Treiber für die Industrie 4.0 sein", erläutert Christian Fechtelpeter, Wissenschaftler am Fraunhofer IEM die Vorteile der Lösung.
Routen flexibel und sicher planen
Exemplarisch umgesetzt wurde die Navigation im modularen Transportsystem KATE (Kleine autonome Transporteinheit) der Firma Götting. Während die Standardversion des Fahrzeugs über auf dem Boden aufgebrachte optische Leitlinien und Transponder geleitet wird, kann die Spurführung jetzt über das neue System erfolgen. Der Leuchtmittelspezialist Osram modifizierte Standard-Industrie-LED-Leuchten und entwickelte eine Kamerasensorik, um das modulierte Licht zu empfangen. Eine Auswerteeinheit von Götting im Fahrzeug verarbeitet die Kamera- sowie weitere Sensordaten und ermöglicht die Navigation über ein Bedien-Interface. Die interdisziplinäre Entwicklung des Gesamtsystems koordinierte das Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM mit Methoden des Systems Engineering. Erfolgsfaktoren waren laut Fraunhofer IEM vor allem die modellbasierte Spezifikation der Gesamtarchitektur sowie die Testfallplanung.
Die Umsetzung im Testfeld der Elektronikfertigung bei KEB Automation zeigt: Die lichtbasierte Ortung böte Vorteile gegenüber anderen Navigationstechnologien. Unternehmen könnten mit wenig Aufwand ihre bestehende Licht-Infrastruktur nutzen. Da Hindernisse auf dem Hallenboden die Kommunikation zwischen Sender und Empfänger nicht unterbrechen, könnte die Navigation weitestgehend störungsfrei erfolgen und die Route der fahrerlosen Transportsysteme könnte flexibel umprogrammiert werden. Dies würde Prozesse verschlanken und Arbeitsabläufe erleichtern.