Multi-Kamera-Systeme sehen mehr

Das Rückgrat vieler Lager sind Gabelstapler, die allerdings aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts ein erhöhtes Unfallrisiko bergen. So können Sichtbehinderungen durch die Last oder die Mastkonstruktion zu gefährlichen Situationen sowohl für den Fahrer als auch für Personen in der Nähe führen. Zu den häufigsten Unfällen zählen Kippunfälle, Kollisionen mit Personen oder Hindernissen (Anfahrunfälle) oder herabfallende Lasten. Diese potenziellen Gefahren sind nicht zuletzt durch die schlechte Sicht des Fahrers bedingt, der gegebenenfalls die Ladung nicht zu 100 % sieht und so schlecht einschätzen kann, ob diese sicher auf einer Palette steht, der nicht überblickt, ob der Weg speziell beim Rangieren frei ist, oder der die Last in großer Höhe platzieren muss.

Multi-Kamera-Systeme erhöhen die Sicherheit, da sie sowohl die Sicht des Fahrers im toten Winkel deutlich verbessern können, als auch den Rundumblick um die Last herum oder auf die Last ermöglichen. In Zusammenarbeit mit Ultraschall-Sensoren oder LiDAR-Systemen fungieren diese vielen ‚Augen‘ als Grundlage für Assistenzsysteme analog zu Einparkhilfen bei PKWs und erleichtern das Rangieren mit unübersichtlichen Waren beziehungsweise Lasten.

Arbeitsabläufe effizienter gestalten

Darüber hinaus ermöglichen solche Assistenzsysteme eine Effizienzsteigerung der Arbeitsabläufe, wenn durch sie zum Beispiel ein autonomer Palettenroboter selbständig entscheiden kann, eine neue Route einzuschlagen, wenn seine ursprüngliche durch ein Hindernis blockiert ist. Durch eine solche flexible Routentour wird ein flüssiger Ablauf sichergestellt, der Warenzugang beziehungsweise die Belieferung bricht nicht ab und es entstehen keine Engpässe.

Ein weiterer Vorteil kamerabasierter Fahrzeuge ist die bessere Raumnutzung. KI-gestützt erkennen die Fahrzeuge, ob die Größe des vom Lagerverwaltungssystem vorgeschlagenen Platzes ausreicht. Oft kommen hier 3D-Scan-Methoden zum Einsatz, mit deren Hilfe nicht nur die Stellfläche, sondern auch das Volumen automatisch und genau erfasst werden. Durch die exakten Daten können Waren ideal eingelagert werden und das automatisierte Lagersystem entscheidet selbst, an welchem Lagerort eingelagert wird. Dies beschleunigt zum einen die Einlagerung und senkt zum anderen die Durchlaufzeit vom Wareneingang bis zur Verwendung in der Produktion.

Zusätzlich erhöht sich durch die schnelle visuelle Inspektion und Dokumentation im Wareneingang auch die Qualität der einzelnen Transportschritte: Der aktuelle Zustand wird schnell erfasst und eventuelle Beschädigungen, Verschmutzungen oder falsch aufgebrachte Labels werden direkt erkannt. Somit kann frühzeitig selektiert werden, der Materialfluss wird nicht durch fehlerhafte oder defekte Teile gestört.

Eine wichtige Rolle spielt last but not least die Skalierbarkeit der Lagerautomatisierung, die von teilautomatisierten Hubwagen bis zu vollautomatisierten Schwerlaststaplern reicht. Kamerabasierte Systeme helfen dabei, die Skalierbarkeit voranzutreiben.

Die passende Hardware

Doch wie müssen die Kameras aufgebaut sein, um die genannten Funktionen erfüllen zu können? Die Elektronik sowie die Funktionalität der integrierten CPU müssen zunächst einmal geeignet sein, sehr große Datenmengen in Echtzeit verarbeiten zu können. Darüber hinaus muss die CPU robust designt sein und Umwelteinflüsse wie etwa Vibration, Kälte und Hitze verkraften. Texas Instruments bietet hier beispielsweise ‚AM67x‘-Prozessoren. Diese skalierbare CPU-Familie kann als Herzstück für intelligente kamerabasierte Lösungen in Gabelstaplern oder autonomen Flurfahrzeugen dienen. Sie verfügt über eine Multi-Core-Architektur, die sich aus bis zu vier Cortex-A53-Cores und einem Cortex-R5F zusammensetzt. Diese Kombination eignet sich für komplexe Steuerungen mit echtzeit- und sicherheitskritischen Aufgaben. Wahlweise sind die Prozessoren mit Bildverarbeitungsbeschleunigern ausgestattet, zum Beispiel einem Vision Processing Accelerator mit eingebauten Image Signal Processor (ISP). Dieser verarbeitet Bildinhalte und ermöglicht diverse Auflösungen sowie die Nutzung von Wide Dynamic Range (WDR), die speziell bei wechselnden Helligkeitsbedingungen hilfreich ist, etwa beim Übergang von einer Halle in den Außenbereich.

Das Embedded-Modul ‚TQMa67xx‘ verfügt neben zahlreichen Kamera- und Sensoreingängen auch über die entsprechenden Bildverarbeitungsbeschleuniger. © TQ-Systems

Hinzu kommt eine Linsenverzehrungskorrektur bei Weitwinkelobjektiven mittels Lens Distortion Correction (LDC): Zwar sollen Fischaugen-Kameraobjektive einen möglichst großen Bereich aufnehmen, die Wölbung der Linse führt aber auch zu einer Fehleinschätzung von Distanzen; LDC hilft dabei, das Bild korrekt auszuwerten.

Speziell für autonome Fahrzeuge wie einen Palettenstapler oder ein Flurförderfahrzeug ist der Depth and Motion Processing Accelerator (DMPAC) interessant, da dieser Beschleuniger für das räumliche Sehen über Stereokameras und die Einschätzung von Raum und Bewegung essentiell ist.

Die Bedeutung der Schnittstellen

Für viele Multi-Kameraanwendungen ist die Anzahl der verfügbaren Kameraschnittstellen entscheidend. Der AM67x bietet unter anderem bis zu vierfach MIPI-CSI zur direkten Anbindung von Kamerasensoren. Diese Schnittstellen sind speziell bei autonomen Flurförderfahrzeugen oder Staplern interessant – sei es als Rückfahrkamera zum sicheren Rangieren mit Waren oder für die Einschätzung, ob der vorgeschlagene Lagerplatz die entsprechende Größe vorhält. Darüber hinaus benötigt die Elektronik eine Vielzahl unterschiedlicher Schnittstellen: zum Beispiel CAN-FD, um Sensoren anzubinden, oder Display-Schnittstellen wie LVDS oder DSI, um ein oder mehrere Displays anzusteuern und verschiedene Inhalte, wie Konfigurationslisten oder die Rückfahr-kamera, abzubilden.

All dies erleichtert die Navigation durch die Waren. Über PCIe können mobile Netzwerkverbindungen wie WLAN, Bluetooth oder GPS angebunden und zur Vernetzung der Flurförderfahrzeuge verwendet werden. Hierüber können neue Aufträge oder Aufgaben verteilt und die Lagerdurchlaufzeit optimiert werden.

Andreas Willig ist Produktmanager bei TQ-Systems in Seefeld. © TQ-Systems

Auch Sicherheitsfunktionen sind an Bord der CPU, zum Beispiel Secure Boot oder Verschlüsselungen von Daten. Diese Funktionen schützen zum einen aufgenommene Bildinhalte vor fremdem Zugriff und Missbrauch, und stellen zum anderen sicher, dass zum Beispiel die Firmware der Flurförderfahrzeuge nicht manipuliert werden kann.

Speziell bei batteriebetriebenen Systemen wie Staplern ist die Energieeffizienz ein sehr wichtiges Thema. Die Fahrzeuge müssen im Mehrschichtbetrieb durchhalten und benötigen daher lange Batterielaufzeiten, entsprechen sparsam muss die Elektronik sein. Die AM67x-Familie bietet hier eine durchschnittliche Leistungsaufnahme von circa 6 W.

TQ als Hersteller von Embedded-Modulen bietet zwei Formfaktoren auf Basis des AM67x an: als Stecker- und als LGA-Modul (Lötmodul). Dank ihrer kompakten Bauweise lassen sich die Designs in unterschiedlichste Anwendungen der Logistikbranche integrieren – sei es als Nachrüstung oder als fester Bestandteil der Steuerelektronik von Flurförderfahrzeugen.