Auf der Hannover Messe demonstriert das Fraunhofer IOSB-AST die Fernsteuerung eines knapp fünf Tonnen schweren Traktors aus einer Distanz von mehr als 200 Kilometern. Grundlage dieser Technologie ist das Environment-Perception-Kit (EnvP-Kit), das bestehende Fahrzeuge mit Assistenzsystemen und autonomen Funktionen ausstattet. Die Lösung ist vielseitig einsetzbar – von der Landwirtschaft über den Bergbau bis hin zu Krisengebieten.
Inhaltsverzeichnis
Autonome Maschinen im Praxiseinsatz
Moderne Arbeitsmaschinen sollen nicht nur effizient, sondern auch flexibel einsetzbar sein. Besonders in Bereichen, in denen Menschen nicht sicher arbeiten können oder lange Wege zurücklegen müssen, bieten autonome Maschinen erhebliche Vorteile. Forschende des Fraunhofer IOSB-AST haben eine Lösung entwickelt, mit der mobile Maschinen auch über große Entfernungen hinweg gesteuert werden können.
Ein Traktor mit einem Gewicht von fast fünf Tonnen kann von Besuchenden der Hannover Messe über 200 Kilometer entfernt bedient werden. Ermöglicht wird dies durch das Environment-Perception-Kit (EnvP-Kit), das als Nachrüstlösung für Fahrzeuge entwickelt wurde. Die modulare Plattform kombiniert Sensorik, Navigation und Kommunikation in einer einzigen Einheit.
Wie funktioniert das EnvP-Kit?
Das EnvP-Kit wird auf dem Dach der Zugmaschine installiert und stellt die zentrale Schnittstelle zwischen Bedienenden und Fahrzeug dar. Es umfasst alle essenziellen Komponenten, die für eine autonome oder ferngesteuerte Nutzung erforderlich sind.
Wichtige Bestandteile des EnvP-Kits:
- Stromversorgung: Ein stabilisiertes Energieversorgungssystem sorgt für eine kontinuierliche Stromzufuhr zu sämtlichen Sensoren, Steuerungsmodulen und Kommunikationssystemen. Dies stellt sicher, dass das System auch in anspruchsvollen Umgebungen zuverlässig arbeitet.
- Navigationsmodule: Das EnvP-Kit nutzt ein hochpräzises Dual-Antenna-RTK-GNSS (Real Time Kinematic Global Navigation Satellite System) in Kombination mit einer inertialen Messeinheit (IMU). Diese Kombination erlaubt eine exakte Positionsbestimmung und ermöglicht eine präzise Steuerung der Maschine, auch in unübersichtlichem Gelände.
- Kommunikationseinheit: Eine leistungsfähige drahtlose Verbindung gewährleistet die Übermittlung von Steuerbefehlen in Echtzeit. Je nach Anwendung kann das System verschiedene Kommunikationswege nutzen, darunter Mobilfunknetze (4G/5G) oder Satellitenverbindungen für abgelegene Einsatzgebiete.
- Sensoren zur Umgebungserfassung: Ein 3D-Lidar mit 128 Kanälen sowie ein zusätzliches 2D-Kamerasystem erfassen die Umgebung des Fahrzeugs. Dadurch kann das System Hindernisse erkennen, Entfernungen berechnen und eine sichere Navigation ermöglichen.
Steuerung über das Robot Operating System (ROS)
Die gesamte Steuerung des Traktors erfolgt über das weltweit etablierte Robot Operating System (ROS), ein Open-Source-Framework für Robotikanwendungen. Das ROS ermöglicht eine modulare und erweiterbare Softwarearchitektur, die sich an spezifische Kundenanforderungen anpassen lässt.
Das EnvP-Kit kommuniziert direkt mit dem CAN-Bus des Fahrzeugs – einem standardisierten Steuerungsnetzwerk für mobile Maschinen. Über diese Schnittstelle werden Befehle zur Bewegung des Traktors gesendet. Die Bedienenden können folgende Funktionen in Echtzeit steuern:
- Antrieb: Geschwindigkeit und Fahrtrichtung lassen sich präzise regeln.
- Lenkung: Die Zugmaschine kann durch detaillierte Lenkbefehle durch anspruchsvolles Terrain navigiert werden.
- Bremsen: Das Fahrzeug kann jederzeit sicher abgebremst oder gestoppt werden, um Unfälle oder gefährliche Situationen zu vermeiden.
Diese direkte Anbindung an die Fahrzeugsteuerung erlaubt es, Maschinen entweder vollautonom oder teilautonom zu betreiben. Durch die Kombination aus Teleoperation und autonomer Steuerung entsteht ein flexibles System, das sich an unterschiedliche Szenarien anpassen lässt.
Vorteile für verschiedene Einsatzbereiche
Die Einsatzmöglichkeiten der Technologie sind vielfältig. Besonders in der Landwirtschaft kann eine Fernsteuerung von Maschinen helfen, Arbeitskräfte zu entlasten. Auch in der Rohstoffgewinnung oder in gefährlichen Umgebungen, wie bei Rettungseinsätzen, bietet sich die Lösung an.
Norbert Fränzel, Gruppenleiter Kognitive Autonome Systeme am Fraunhofer IOSB-AST, erklärt: „Statt der zeitaufwendigen und kostenintensiven Neuentwicklung autonomer Fahrzeugmaschinen setzen wir mit unserer Lösung auf die Möglichkeit, Bestandfahrzeuge mit innovativen Technologien für Assistenz, Navigation und Lokalisierung effektiv und robust nachzurüsten. Der Kunde kann somit von der Flexibilität durch die Kombination von Teleoperation und vollautonomem Betrieb profitieren.“
Zukunft der autonomen Arbeitsmaschinen
Bereits seit 2014 forscht das Fraunhofer IOSB-AST intensiv an autonomen Maschinen. Im Fokus stehen Führungssysteme und Assistenzfunktionen für unterschiedliche Branchen. Ob fahrerlose Transportsysteme oder mobile Roboter für den Außenbereich – die Technologie bietet Potenzial für zahlreiche Anwendungen.
Durch den Einsatz von autonomen Maschinen lassen sich Effizienzsteigerungen, eine höhere Arbeitssicherheit und geringere Betriebskosten realisieren. Zudem können sie rund um die Uhr arbeiten und sind eine Lösung für den zunehmenden Fachkräftemangel.
Das Fraunhofer IOSB-AST bietet Unternehmen Unterstützung bei der Anpassung des EnvP-Kits an individuelle Anforderungen. Dazu gehören:
- Entwicklung neuer Zusatzfunktionen für mobile Maschinen
- Durchführung von Machbarkeitsstudien
- Erstellung von Funktionsmustern und Prototypen
- Begleitende Validierung während des Entwicklungsprozesses
Interessenten können das EnvP-Kit am Gemeinschaftsstand vom Fraunhofer IOSB-AST und Fraunhofer IOSB-INA, Halle 014, Stand H06 (32) in der Industrial Wireless Arena/5G Arena vom 31.03 – 04.04.2025 auf der HANNOVER MESSE kennenlernen und auch selbst ausprobieren.
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