Bietet ANT Hindernisvermeidung? (Und wann sollte man sie einsetzen?)

Ja, unsere ANT-Technologie umfasst eine sichere und hochgradig konfigurierbare Form der Hindernisvermeidung namens SmartPass. Erfahren Sie mehr über SmartPass und darüber, wann Hindernisvermeidung sinnvoll ist – mit diesem ausführlichen Leitfaden.

Hindernisvermeidung wird in Ausschreibungen und Lastenheften für mobile Roboter immer häufiger gefordert. Doch was bedeutet sie in der Praxis wirklich – und ist sie immer die effizienteste Lösung?

In diesem Leitfaden erklären wir:

• Was Hindernisvermeidung ist
• Wie sie sich von virtueller Wegverfolgung unterscheidet
• Wann die verschiedenen Navigationsmodi sinnvoll sind
• Wie die SmartPass-Technologie von BlueBotics die Vorteile beider Ansätze kombiniert

Überblick: Wie mobile Roboter navigieren

1. Wegverfolgung
Fahrzeuge folgen einem vorgegebenen Weg – entweder physisch (z. B. Magnetband) oder virtuell (wie bei der ANT-Kontournavigation).

2. Hindernisvermeidung
Fahrzeuge bestimmen ihre Fahrwege selbstständig, dynamisch und in Echtzeit.

FTS vs. AMR: Wo liegt der Unterschied?

Generell folgen FTS einem vordefinierten Weg, während AMR ihre Umgebung kontinuierlich erfassen, um selbstständig ihre Route zu bestimmen.

Der Beleg dafür? Die Norm ANSI/RIA R15.08-1-2020, die Sicherheitsanforderungen für die Konstruktion und Integration industrieller mobiler Roboter definiert, beschreibt den Unterschied wie folgt:

„Der grundlegende Unterschied zwischen FTS und AMR besteht darin, wie sie sich durch die vorgesehene Betriebsumgebung bewegen. Ein FTS bewegt sich automatisch entlang vordefinierter Führungswege (virtuell oder physisch) und nutzt Kollisionsvermeidung, während ein AMR Hindernisse erkennt und seinen Weg durch die Berechnung eines hindernisfreien Pfades durch freien Raum anpasst, anstatt einem vorgegebenen Weg zu folgen.“

Vergleichen wir die AGV-typische Wegverfolgung und die AMR-typische Hindernisvermeidung im direkten Vergleich:

Wichtig zu wissen: „ANT driven“-Fahrzeuge können sowohl virtuelle Wegverfolgung als auch unsere Form der Hindernisvermeidung (SmartPass) nutzen – sogar innerhalb derselben Installation.

Nachdem wir nun die Unterschiede betrachtet haben, werfen wir einen Blick auf die Vor- und Nachteile beider Ansätze.

Eine hilfreiche Möglichkeit, diese Navigationsansätze zu vergleichen, besteht darin, ihre idealen Anwendungsfälle zu betrachten.

Wann ist Hindernisvermeidung sinnvoll?

Reine Hindernisvermeidung – bei der ein Fahrzeug seine Route kontinuierlich selbst erstellt – kann sinnvoll sein, wenn ein Roboter klein ist und in einer stark frequentierten Umgebung eingesetzt wird.

Ein gutes Beispiel sind Reinigungsroboter, wie sie beispielsweise von Cleanfix angeboten werden. Diese Roboter müssen einen bestimmten Bereich reinigen, wobei die Reihenfolge keine Rolle spielt.

In Umgebungen wie Einkaufszentren oder Flughäfen ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass die Roboter von Cleanfix auf Hindernisse, insbesondere Personen, treffen. Würde der Roboter bei jedem Hindernis stoppen (wie ein FTS), würde der Boden niemals gereinigt werden. In diesem Fall ist reine Hindernisvermeidung die ideale Lösung.

Wann ist Wegverfolgung sinnvoll?

Wegverfolgung eignet sich deutlich besser für industrielle Umgebungen, beispielsweise für Materialtransportanwendungen in Lagern und Produktionsstätten.

Der Schlüssel zum Erfolg? Gut geschultes Personal vor Ort, das blockierte Fahrzeuge bemerkt und Hindernisse schnell beseitigt – oder besser noch verhindert, dass sie entstehen.

Bei großen Fahrzeugen mit schweren Lasten ist Wegverfolgung besonders sinnvoll, da Mitarbeitende sich wohler fühlen, wenn das Fahrzeugverhalten vorhersehbar und klar nachvollziehbar ist.

Wegverfolgung eignet sich außerdem für Standorte mit begrenztem Platzangebot, wie Brownfield-Fabriken, wo das Umfahren von Hindernissen schnell zu Blockadesituationen führen kann.

Der Mythos der Effizienz von Hindernisvermeidung

Trotz der oben genannten Praxiserfahrungen hält sich die Vorstellung, Hindernisvermeidung sei grundsätzlich der effizienteste Ansatz.

Kunden sehen AMR in perfekt inszenierten Marketingvideos, die scheinbar intelligent und koordiniert umherfahren, und schließen daraus intuitiv, dass dieser Ansatz effizienter sein müsse.

In den meisten Fällen stimmt das jedoch nicht. Trotz ihrer Attraktivität bleibt Hindernisvermeidung in industriellen Umgebungen häufig hinter den Erwartungen zurück.

Die Hauptprobleme des AMR-typischen Verhaltens in industriellen Umgebungen sind:

1. Geringere Geschwindigkeiten

Fahrzeuge, die Hindernisvermeidung als primären Navigationsmodus nutzen, bewegen sich typischerweise langsamer als FTS auf vordefinierten Routen.

AMR bewegen sich langsamer, weil sie permanent ihre Umgebung erfassen und berechnen müssen, wohin sie fahren sollen. Sie reduzieren ihre Geschwindigkeit, um auf Hindernisse reagieren zu können, und nehmen häufig längere Wege, um sie zu umfahren.

2. Geringere Flotteneffizienz

Die Effizienz von Flotten mit Hindernisvermeidung ist häufig geringer, da keine koordinierte Verkehrssteuerung vorhanden ist.

AMR werden von Grund auf rund um die Hindernisvermeidung entwickelt und nicht rund um ein integriertes Verkehrsmanagement.

Mit anderen Worten: Sie arbeiten unabhängig voneinander, anstatt von einem Flottenmanagementsystem über Blockaden informiert zu werden oder Anweisungen zu Bewegungen und Prioritäten an Kreuzungen zu erhalten.

3. Höheres Risiko von Deadlocks

Die Folge eines fehlenden leistungsfähigen Verkehrsmanagements sind Verkehrsblockaden. AMR blockieren sich häufig gegenseitig und unterbrechen dadurch Materialflüsse.

Einige AMR-Hersteller versuchen dieses Risiko durch einfache Verkehrsregeln zu reduzieren, etwa durch Vorzugsrichtungen oder Sperrzonen. Solche Maßnahmen bringen jedoch meist nur begrenzte Verbesserungen.

Praxisbeispiel: Leistungssteigerung von FTS in der Reifenproduktion

Bei BlueBotics haben wir erlebt, wie sich Hunderte von Endkunden zwischen Wegverfolgung und reiner Hindernisvermeidung entscheiden mussten – und wir haben auch die Folgen dieser Entscheidungen gesehen.

Das Ergebnis: In den meisten Fällen ist virtuelle Wegverfolgung auf Basis eines leistungsfähigen Verkehrsmanagements deutlich effizienter als reine Hindernisvermeidung.

In einem Beispiel betrieb ein nordamerikanischer Reifenhersteller eine Flotte von 37 mobilen Robotern, die alle mit reiner Hindernisvermeidung arbeiteten (die Navigationstechnologie stammte von einem anderen Anbieter, nicht von BlueBotics). Der Endkunde war mit der Gesamtleistung des Systems unzufrieden und verwies auf häufige Deadlocks sowie eine insgesamt geringe Effizienz.

Diese Roboter wurden anschließend mit der ANT-Kontournavigation nachgerüstet, und ihr grundlegender Navigationsansatz wurde von Hindernisvermeidung auf robuste, vorprogrammierte virtuelle Wegverfolgung umgestellt.

Ergebnis: Dieselbe Flotte erreichte einen höheren Durchsatz mit weniger Fahrzeugen – allein durch die Umstellung des Navigationsansatzes.

Der Reifenhersteller benötigte sieben FTS weniger, und trotz dieser Reduzierung ist das System heute 10 % produktiver als zuvor.

Zur Klarstellung: Es handelte sich um dieselben Fahrzeuge. Der einzige Unterschied bestand darin, dass sie nun virtuelle Wegverfolgung statt Hindernisvermeidung nutzten.

Die Vorteile von Wegverfolgung und Hindernisvermeidung kombinieren

Auch wenn Hindernisvermeidung für industrielle Anwendungen eindeutig nicht der optimale Ansatz ist, bedeutet das nicht, dass Wegverfolgung unter allen Umständen perfekt funktioniert. Zum Beispiel:

• Mitarbeitende können Gegenstände stehen lassen, die die Fahrwege der Roboter blockieren.
• Mitarbeitende reagieren möglicherweise zu langsam (oder gar nicht), wenn ein Fahrzeug blockiert wird und einen Alarm bzw. eine Benachrichtigung auslöst.
• Betreiber von FTS/AMR bewegen sich möglicherweise in Richtung vollständig automatisierter „Lights-out“-Betriebe und verfügen daher nicht über das Personal, das erforderlich wäre, um gelegentliche Fahrzeugblockaden zu beheben.

In diesen Fällen wäre das ideale Szenario, dass ein Fahrzeug, das normalerweise einem vorgegebenen Weg folgt, eine Blockade intelligent umfährt und anschließend sofort auf seinen ursprünglichen Weg zurückkehrt. Mit anderen Worten: das Beste aus beiden Welten.

Mit ANT in Ihrem Fahrzeug können Sie genau diese Kombination mittels einer Funktion namens SmartPass realisieren.

Was ist SmartPass?

SmartPass ist eine erweiterte Funktion innerhalb unserer ANT-Software-Suite, die kontrollierte Hindernisvermeidung zur virtuellen Wegverfolgung hinzufügt.

Kurz gesagt kombiniert SmartPass:

• Die Effizienz und Vorhersehbarkeit von FTS
• Mit der Flexibilität von AMR (wenn diese erforderlich ist)

Im Gegensatz zur AMR-typischen Hindernisvermeidung stellt SmartPass sicher, dass sämtliche Ausweichmanöver kontrolliert, vorhersehbar und mit der Gesamteffizienz der Flotte vereinbar bleiben.

Dieses Video erklärt alles:

Wie funktioniert SmartPass?

Anstatt einfache Verkehrsmanagementfunktionen über eine Hindernisvermeidungsfunktion zu legen – ein Ansatz, den verschiedene AMR-Hersteller mit begrenztem Erfolg verfolgt haben –, geht SmartPass den umgekehrten Weg: Es ergänzt den standardmäßigen Modus der virtuellen Wegverfolgung von ANT um intelligente und konfigurierbare Hindernisvermeidung.

Das bedeutet, dass die leistungsfähigen Verkehrsmanagementfunktionen unseres ANT server Flottenmanagementsystems ebenfalls auf SmartPass-Ausweichmanöver angewendet werden.

Dieser Ansatz bietet drei wesentliche Vorteile:

1. Auf Effizienz optimierte Bewegungen

• Fahrzeuge mit SmartPass wählen den kürzesten Weg um ein Hindernis herum und kehren anschließend unmittelbar auf ihren virtuellen Fahrweg zurück.
• SmartPass-fähige Fahrzeuge bewegen sich schneller als herkömmliche AMR.
• Aktionen wie das Bewegen von Gabeln oder die Kommunikation mit Anlagen erfolgen während eines SmartPass-Manövers und sparen dadurch Zeit im Vergleich zu einem herkömmlichen sequenziellen Ablauf.
• In der Nähe von Aufnahme- und Abgabepunkten werden SmartPass-Manöver unterbunden, um die erforderliche Präzision sicherzustellen.

2. Minimiert Deadlocks

• SmartPass-Fahrzeuge führen niemals gleichzeitig Ausweichmanöver im selben Bereich aus – beispielsweise wenn sie sich in einem schmalen Gang gegenüberstehen. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit von Deadlocks deutlich reduziert.
• Fahrzeuge weichen ausschließlich Objekten aus und niemals anderen Fahrzeugen – ein weiterer wichtiger Faktor zur Vermeidung von Deadlocks.

3. Vollständig konfigurierbar

SmartPass ist sicher, vorsichtig und vollständig konfigurierbar, sodass es sich an die Anforderungen jedes Kunden und jedes Standorts anpassen lässt. Ihr Team kann beispielsweise festlegen:

• Die maximale Entfernung, die sich ein Fahrzeug von seinem virtuellen Fahrweg entfernen darf.
• Die Bereiche eines Standorts (oder sogar einzelne Fahrwege), in denen SmartPass nicht verwendet werden darf.
• Fahrzeugspezifische Parameter, beispielsweise den exakten Abstand, bei dem vor einem Hindernis angehalten werden soll.

Welchen Navigationsmodus sollten Sie wählen?

In den meisten Fällen empfehlen wir bei BlueBotics die Nutzung reiner Wegverfolgung. Das folgende Schema kann Ihnen jedoch helfen, die richtige Entscheidung zu treffen oder Ihre bestehende Wahl zu bestätigen.

Szenario 1: Wenn ...

• Die Umgebung überwiegend statisch und gut kontrolliert ist.
• Ein hohes Maß an Flottenkoordination erforderlich ist.
• Sicherheit höchste Priorität hat.

• Wählen Sie virtuelle Wegverfolgung.

Szenario 2: Wenn ...

• Die oben genannten Anforderungen gelten, und zusätzlich eine realistische Wahrscheinlichkeit besteht, dass Objekte die Fahrt Ihrer Roboter blockieren könnten ...

Wählen Sie virtuelle Wegverfolgung + SmartPass.

Szenario 3. If…

• Fahrzeuge einen gesamten Bereich abdecken müssen und die Reihenfolge dabei keine Rolle spielt (wie beispielsweise bei Reinigungsrobotern) ...

Wählen Sie reine Hindernisvermeidung.

Zur Erinnerung: Alle oben beschriebenen Navigationsmodi stehen in den Konfigurationseinstellungen unserer Software ANT lab zur Verfügung. Dabei ist die virtuelle Wegverfolgung die Standardeinstellung.

Möchten Sie die richtige Navigationsstrategie für Ihr Fahrzeug bestimmen?

Unsere BlueBotics-Ingenieure besprechen dieses Thema gerne ausführlicher mit Ihnen. Kontaktieren Sie uns, um einen Termin zu vereinbaren.