Lagerroboter AGV / AMR

Was die Navigationsleistung umfasst

Wir richten die Navigation für den Park aus Lagerrobotern AGV und AMR ein, der bereits dem Kunden gehört, und liefern die Fahrzeuge nicht selbst. Als Eingabe nehmen wir den Lagergrundriss, das Fahrwerksmodell und die Sensoren (Lidare, Kameras, Encoder) und schreiben den Softwareteil: Raumkarte, Routen, Ausweichregeln und die Logik der Flottendisposition. Die Lasten transportiert die Anlage des Kunden durch das Lager, während unser Verantwortungsbereich die Software ist, die aus einer Reihe von Fahrzeugen ein steuerbares System macht. Gesondert richten wir die Integration mit dem WMS und der oberen Ebene ein, damit Transportaufträge aus dem Buchungssystem kommen und nicht von Hand eingegeben werden. Das Ergebnis der Leistung ist eine funktionierende Navigationskonfiguration und Parameter, die vor der Übergabe in den Betrieb an der Anlage des Kunden geprüft wurden.

Wie die Navigation im Kern funktioniert

Der Roboter löst fortlaufend drei Aufgaben: wo er sich befindet, wie die Umgebung aussieht und auf welchem Weg er zum Ziel fährt. Die Lokalisierung gleicht die Daten von Lidar und Odometrie mit einer zuvor erstellten Lagerkarte ab, weshalb das Fahrzeug seine Position ohne Bodenmarkierung und Decken-Drahtführung kennt. Der Planer baut eine globale Route zum Zielpunkt, und die lokale Schleife berechnet die Bahn in Echtzeit neu und umfährt Menschen, Paletten und andere Technik. Der Flottendisponent verteilt die Aufträge zwischen den Maschinen, entzerrt sie an Kreuzungen und lässt nicht zu, dass zwei Fahrzeuge denselben Gang belegen. Diese gesamte Logik führt der Bordrechner der Anlage des Kunden aus, während wir sie über Parameter und Code vorgeben und nicht über Eingriffe in die Mechanik.

Geschichte der AGV

Den ersten automatisch gesteuerten Förderwagen baute 1953 Arthur (Mac) Barrett junior, Inhaber des Unternehmens Barrett Electronics aus Northbrook im Bundesstaat Illinois. Es war ein umgebauter Schleppzugwagen, der durch ein Lebensmittellager fuhr und dabei das Signal eines unter der Decke gespannten Drahtes verfolgte; ab 1954 wurde er serienmäßig unter dem Namen Guide-O-Matic verkauft. Später wurde der Draht in den Boden verlegt, und jahrzehntelang baute die AGV-Navigation gerade auf physischen Führungen auf – Drähten, Magnetbändern, optischen Linien. Das brachte Genauigkeit, band die Route aber starr an die Infrastruktur: Jede Änderung des Lagerlayouts erforderte ein Neuverlegen der Markierung. Moderne Lagerroboter haben sich von Drähten zur kartenbasierten Navigation und Bildverarbeitung verabschiedet, was den Hauptteil unserer Arbeit ausmacht.

Warum der Softwareanteil kritisch ist

Bei der drahtlosen Navigation wird das Verhalten der Maschine vollständig von der Software bestimmt, deshalb ist der Preis eines Einrichtungsfehlers hoch. Ist die Karte ungenau erstellt oder sind die Lokalisierungsparameter grob gewählt, driftet das Fahrzeug, verwechselt Gänge und hält dort an, wo die Durchfahrt frei ist. Die Positioniergenauigkeit wirkt sich unmittelbar auf die Sicherheit aus: Der Roboter teilt das Lager mit Menschen und Technik, und eine Abweichung von auch nur einem Dutzend Zentimetern auf einem engen Fahrweg wird zur Kollision oder Blockade. Auch die Flottendisposition beruht auf Programmlogik – ohne sie erzeugen mehrere Maschinen Staus und Deadlocks an Kreuzungen statt eines Produktivitätszuwachses. Deshalb stecken wir die meiste Zeit nicht in die Hardware, sondern in Kalibrierung, Karte und Fahrregeln und bringen sie an der Anlage des Kunden bis zu einem vorhersagbaren Verhalten.

Stack: ROS2, Nav2, SLAM

Das Grundgerüst ist ROS2, eine industrielle Middleware für den Nachrichtenaustausch zwischen den Knoten des Roboters, auf der die Sensortreiber, die Antriebssteuerung und der Datenaustausch mit der oberen Ebene aufbauen. Die Navigationsschicht bauen wir auf Nav2 – das ist der für ROS2 vorgesehene Routing-Stack, der Verhaltensbäume und einen verwalteten Lebenszyklus der Knoten nutzt, was kontrollierten Start, Stopp und die Wiederherstellung der Maschine ermöglicht. Die Erstellung der Lagerkarte und die anschließende Lokalisierung decken wir mit SLAM-Methoden ab: Der Roboter baut gleichzeitig eine Raumkarte auf und bestimmt darauf seine Position anhand von Lidar- und Odometriedaten. Dieses Zusammenspiel ist nicht an einen einzelnen Fahrwerkshersteller gebunden und eignet sich daher für einen heterogenen Park, in dem die Lagerroboter auf Technik verschiedener Hersteller aufgebaut sind. Der gesamte Stack ist quelloffen, was die Lizenzabhängigkeit beseitigt und die Konfiguration unter der Kontrolle des Kunden lässt.

Wann ROS2, Nav2 und SLAM entstanden

Den Begriff SLAM prägten 1995 Hugh Durrant-Whyte und John Leonard, und die mathematische Grundlage des Ansatzes wurde bereits 1986 in der Arbeit von Smith, Self und Cheeseman zur probabilistischen Beschreibung räumlicher Unsicherheit gelegt. ROS selbst entstand als Projekt bei Willow Garage: Das erste öffentliche Repository erschien im November 2007, und die Version ROS 1.0 kam 2010 heraus. ROS2 wurde bereits für industrielle und verteilte Aufgaben konzipiert, und seine erste Distribution Ardent Apalone wurde im Dezember 2017 veröffentlicht. Der Navigationsstack Nav2 für ROS2 wurde 2020 im Artikel »The Marathon 2« von Steve Macenski und Kollegen vorgestellt, in dem ein Roboter über einen dynamischen Campus eine Strecke von mehr als einem Marathon zurücklegte. Wir nutzen ausgereifte Versionen dieser Werkzeuge und keine rohen Builds, damit das Verhalten der Maschinen reproduzierbar ist.

Warum Sie das uns anvertrauen können

Die gesammelte IT-Erfahrung unseres Entwicklungsteams übersteigt 45 Jahre, und wir führen die Navigation als Ingenieuraufgabe durch, nicht als Satz fertiger Presets. Wir handeln nicht mit Fahrzeugen und sind an keinen bestimmten Hersteller gebunden, deshalb richten wir die Anlage ein, die bereits beim Kunden steht, und wählen die Parameter passend zu seinem Layout und Warenfluss. Jede Konfiguration fahren wir zunächst in der Simulation durch, dann an realer Technik im kontrollierten Modus und übergeben sie erst nach der Prüfung in den scharfen Betrieb. Diese Reihenfolge beseitigt das Risiko, dass die Lagerroboter mit unvorhersagbarem Verhalten in die Halle gehen und die Logistik zum Stillstand bringen. Es transportiert und manövriert die Anlage des Kunden, während wir für Programm, Karte und Disposition verantwortlich sind – und dafür, dass sie so funktionieren wie zugesagt.