Autonome und zuverlässige Navigation im Lager

Positionsbestimmung im Lager unabhängig von GPS und lokalen Netzwerken

Ob beim Planen des nächsten Familienausflugs, bei der Umfahrung eines Staus oder zum Tracking des eigenen Haustiers – GPS-basierte Anwendungen sind mittlerweile fester Bestandteil unseres täglichen Lebens geworden. Und das aus gutem Grund. Die Anwendungsmöglichkeiten bieten eine Vielzahl an Vorteilen. Ist bei der Anwendung allerdings ein zentimetergenaues Arbeiten von Bedeutung, stößt das System sehr schnell an seine Grenzen, auch bei Verwendung eines modernen RTK-Features. Gleiches gilt für den Einsatz in geschlossenen Räumen. In diesem Zusammenhang spielen vor allem die unzureichende Genauigkeit sowie die Tatsache, dass GPS in geschlossen Räumen faktisch nicht nutzbar ist, die entscheidende Rolle.
Wer im Indoor-Bereich, beispielsweise in einem Logistiklager, eine genaue Positionsbestimmung realisieren will, muss sich also etwas anderes einfallen lassen. Und genau das haben wir bei doks. innovation getan: Unser Inventurdrohnensystem inventAIRy ® XL sammelt automatisiert Bestandsdaten im Palettenregallager und navigiert dabei völlig unabhängig von der GPS-Verfügbarkeit, dem Vorhandensein lokaler Netzwerke oder sonstigen Eingriffen in die Lagerinfrastruktur.

Doch eins nach dem anderen…

GPS: Ungenau und teuer?

Drohnenlösungen, die für den Einsatz im Außenbereich gedacht sind, bieten oftmals die Möglichkeit, gewünschte Positionen zu markieren und diese über sogenannte Waypoints automatisch anfliegen zu lassen. Die Drohnen bestimmen hierzu über einen oder im besten Fall gleich mehrere GPS-Empfänger die eigene Position und verändern diese selbstständig, um die vom Anwender gewünschte Position zu erreichen. Dieses Feature ist sowohl aus technischer als auch aus anwendungsbezogener Sichtweise sinnvoll und auf dem Drohnenmarkt fest etabliert. Unter freiem Himmel ist die Verfügbarkeit einer für die Navigation notwendigen GPS-Verbindung meist dauerhaft gewährleistet und Nutzer können individuell bestimmte Punkte zielgenau anfliegen.
Für den Einsatz von Drohnen in Innenräumen, beispielsweise für die Datenaufnahme und Inspektion in Logistiklagern oder gar den Transport kleinster Güter, ist die GPS-gestützte Positionsbestimmung allerdings wenig zielführend. Einerseits ist ein ausreichend starkes GPS-Signal im Lagerbereich nicht vorhanden, sodass diese Navigationsmethode erst gar nicht umsetzbar ist. Andererseits würde es in der Navigation hierbei an Genauigkeit fehlen, die bei der anspruchsvollen Automatisierung von Bestandskontrollen von entscheidender Bedeutung ist. Um diese Problematiken zu lösen, wäre es möglich, ein Indoor-GPS Netzwerk im Lager einzurichten. Die Implementierung eines solchen Systems ist aber mit einem nicht zu vernachlässigenden Investment verbunden, das keinen direkten Mehrwert erzeugt und außerdem dafür sorgt, dass die Komplexität innerhalb des Lagers zusätzlich erhöht wird. Darüber hinaus wäre der Erfolg eines Drohneneinsatzes in diesem Falle von der Verfügbarkeit eines solchen Indoor-GPS Systems abhängig. Kommt es zu Störungen oder Ausfällen, können auch die Inventurdrohnen nicht zuverlässig arbeiten.

Doch welche Alternativen gibt es, um die Nutzung von GPS zu umgehen?

Unnötige Eingriffe in die Lagerinfrastruktur durch „Fake-GPS“

Um die Problematik der Positionsbestimmung mittels GPS zu umgehen, können beispielsweise sogenannte ArUco-Marker eingesetzt werden. Diese Referenzmarker, die optisch an QR-Codes erinnern, werden an neuralgischen Positionen im Lager angebracht. Über die in den eingesetzten Systemen, wie beispielsweise Drohnen, integrierten Kameras werden diese dann erfasst. Da die Positionen der einzelnen Marker innerhalb des Lagers bekannt sind, kann anhand erkannter Marker die eigene Position vom jeweiligen System im Lager bestimmt werden. Dazu würde eine Drohne ermitteln, in welcher Entfernung und Höhe sie sich zu dem erkannten Marker befindet und in welchem Winkel dieser zu sehen ist. Aus der Kombination der eigenen relativen Position zum jeweiligen Marker und der bekannten Information, wo sich dieser im Lager befindet, kann schließlich die eigene Position im Lager bestimmt werden.
Die Positionsbestimmung innerhalb eines geschlossenen Lagers ist auf diese Weisen also grundsätzlich realisierbar, bietet aber dennoch keine ausreichende Grundlage für eine vollständig autonome Navigation. Das System wäre nämlich weiterhin auf ein externes Netzwerk angewiesen, das in diesem Fall nicht aus Satelliten bzw. GPS-Sendern, sondern aus einer Vielzahl an ArUco-Markern innerhalb des Lagers besteht. Kommt es in diesem Netzwerk zu Störungen, beispielsweise weil einer der eingesetzten Marker nicht lesbar ist, sind auch Störungen beim Einsatz der Drohnen nicht zu verhindern. Darüber hinaus ist für diese Art der Positionsbestimmung auch wieder ein Eingriff in die Infrastruktur des Lagers notwendig. In allen Lagerbereichen, in denen selbstständig navigierende Systeme eingesetzt werden sollen, müssten die entsprechenden ArUco-Marker angebracht und verzeichnet werden. Allein die benötigte Anzahl solcher Marker spricht jedoch gegen einen Serieneinsatz: Für eine sichere Navigation in einem Lagergang werden bis zu 1.000 Marker benötigt.
Eine weitere Möglichkeit, Positionsbestimmungen innerhalb des Lagers durchzuführen, ist die Verwendung sogenannter Ultra-Wideband Lösungen, kurz UWB. Beim Einsatz dieser Nahfunktechnik werden die zu lokalisierenden Systeme mit Tags ausgestattet, die von Empfangsmodulen im Lager verortet werden können. Diese Empfangsmodule werden dazu entweder fest im Lager angebracht oder manuell bewegt. Die notwendigen UWB-Stationen können ebenfalls variabel aufgestellt oder, bspw. Als Teil von Lichtbändern in der Beleuchtung, fest integriert werden. Bereits aus dieser kurzen Betrachtung wird deutlich, dass also auch bei dieser Lösung Eingriffe in die Lagerinfrastruktur vorgenommen werden müssen. Autonome Systeme wären bei ihrer Navigation auch hier wieder von einem externen Netzwerk abhängig. In diesem Zusammenhang kommt außerdem hinzu, dass Positionsbestimmungen, die mit dieser Technologie durchgeführt werden, nur eine Genauigkeit von 10 – 30 cm aufweisen. Für eine sichere und automatisierte Navigation im Lager, zum Beispiel mit Flugrobotern, stellt der Einsatz von UWB daher keine zufriedenstellende Lösung dar.

Vollständig Autonome Navigation ohne Eingriffe in die Lagerinfrastruktur

Das Inventurdrohnensystem inventAIRy ® XL beweist, dass die Positionsbestimmung innerhalb des gesamten Lagers auch ohne den Einsatz von externen Hilfsmitteln und Netzwerken, wie ArUco-Markern oder Fake-GPS möglich ist. Durch das Zusammenspiel einer Flugdrohne, eines Bodenfahrzeugs sowie intelligenter Software und präziser Sensorik werden die Schwachstellen und Risiken der bisher beschriebenen Möglichkeiten zur Positionsbestimmung umgangen. Der im Bodenfahrzeug integrierten Laserscanner erfasst bei der Fahrt durch das Lager dauerhaft die eigene Umgebung. Die auf diese Weise ermittelten Daten werden dann mit einer vorab erstellten statischen Karte des Lagers abgeglichen. Anhand der Übereinstimmungen zwischen der vom System erfassten Umwelt und der hinterlegten Karte kann der Standort des Bodenfahrzeugs jederzeit punktgenau bestimmt werden. Da sich die Drohne bei der Bestandserfassung permanent über dem Bodenfahrzeug befindet, kann dieses wiederum jederzeit die Position bestimmen, in der sich die Drohne befindet. Dazu sind an der Unterseite der Drohne mehrere LEDs angebracht. Diese werden von einer nach oben ausgerichteten Kamera im Bodenfahrzeug dauerhaft aufgenommen. Aus den erkannten LED-Mustern kann das System dann identifizieren, in welcher Höhe und in welchem Winkel zum Regal sich die Drohne befindet. Zusätzlich werden über eine ausgewertete Sensorfusion bspw. Die Daten der IMU sowie des Barometers der Drohne analysiert. Durch die einfache Kombination der Position des Bodenfahrzeugs und der dazu relativen Position der Flugdrohne, kann jederzeit zuverlässig bestimmt werden, wo sich diese innerhalb des Lagers befindet und somit auch, welchen Palettenstellplatz sie gerade erfasst. Dieses Vorgehen erlaubt eine selbstständige und unabhängige Positionsbestimmung im Lager, die die entscheidende Grundlage für die vollständig autonome Navigation des Systems darstellt. Dabei erübrigt sich auch die Implementierung von externen Netzwerken oder die Notwendigkeit sonstiger Veränderungen an der Lagerinfrastruktur. Dies spart nicht nur Geld und Arbeitskraft, sondern sorgt auch dafür, dass inventAIRy ® XL schnell und unkompliziert in bestehende Lager integriert werden kann und innerhalb weniger Stunden einsatzbereit ist.
Automatisierte Bestandskontrollen, die zuverlässige Daten liefern, Lagermitarbeiter entlasten und die Lagertransparenz enorm steigern, müssen also keineswegs weit entfernte Zukunftsszenarien sein. Mit inventAIRy ® XL können Sie schon heute von einer Vielzahl bedeutender Vorteile profitieren, die spürbaren Mehrwert in Ihr Unternehmen bringen. Und das Beste daran: Dank der vollautonomen Arbeitsweise des Systems und der schnellen sowie unkomplizierten Implementierung, die vor Ort von unseren Experten durchgeführt wird, entsteht für Sie keinerlei Arbeitsaufwand, um von den Vorteilen von inventAIRy ® XL zu profitieren. Zusätzlich bieten die aufgenommenen Daten der Navigation sowie der eigentlichen Bestandserfassung eine ungeahnte Grundlage für viele weitere Anwendungsszenarien. Nutzen Sie beispielsweise die Karteninformationen für weitere autonome Systeme oder lassen Sie die aufgenommenen Bilddaten im Zusammenhang mit Regalinspektionen analysieren. Wir bieten die Daten, Sie entscheiden, was mit diesen passieren soll.