O³dyn - hochdynamisches Outdoor AGV

O³dyn steht als Outdoor AGV für eine neue Gattung autonomer Transportroboter in der Logistik. Das System verbindet hohe Leistungsfähigkeit, Dynamik und Flexibilität in einem hybriden Fahrzeug für Innen- und Außenbereich. Es transportiert Palettenlasten omnidirektional mit bis zu 36 km/h und verlässt die geschützte Umgebung von Lagerhallen, um auf Betriebsgeländen autonom zu agieren. Simulationsbasierte Künstliche Intelligenz bildet ein digitales Kontinuum, das Entwicklung, Erprobung und Sicherheit des Fahrzeugs unterstützt.

O³dyn steht als Outdoor AGV für eine neue Gattung autonomer Transportroboter in der Logistik. Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines hochdynamischen, autonomen Fahrzeugs, das Palettenlasten im Innen- und Außenbereich bewegt. Dieses Outdoor AGV soll die Grenzen klassischer Fahrerloser Transportsysteme (FTS) überwinden, die in der Regel mit deutlich geringerer Dynamik operieren nur für eine Umgebungskategorie ausgelegt sind. Zentrale Herausforderungen betreffen den sicheren Betrieb außerhalb reiner Hallenumgebungen, die Anpassung an unebene Böden im Außenbereich und die übergangslose Navigation zwischen Indoor- und Außenbereichen. Hinzu kommt die offene Frage, wie sich eine sichere autonome Fahrt mit unvorhersehbaren Hindernissen gewährleisten lässt.

»Für die industrielle Anwendung könnten wir den Rahmen statt aus Aluminium aus Stahl konstruieren. Antriebstechnik und Fahrwerk sind schon heute auf ein Gewicht von 1,3 Tonnen ausgelegt«
Guido Follert, Abteilungsleiter Maschinen und Anlagen am Fraunhofer IML

O³dyn zeigt, wie ein hochdynamisches Outdoor AGV Palettentransporte zwischen Innen- und Außenbereich neu denken kann.

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Das Outdoor AGV O³dyn kombiniert ein omnidirektionales Fahrwerk mit Mecanumrädern und einer Luftfederung. Diese Kombination ermöglicht Fahren auf engstem Raum und präzise Positionierung der Last. Die Luftfederung sichertn einen lastunabhängigen Lauf auf unebenem Untergrund. Das Fahrwerk passt sich Bodenunebenheiten im Außenbereich an und schont die transportierte Palette durch Federungs- und Dämpfungsfunktionen. 

Die Lastaufnahme nutzt das Luftfahrwerk. Zur Palettenaufnahme senkt sich O³dyn ab. Klinken fahren von außen zwischen die Palettenklötze und halten die Palette fest, sodass sie beim Transport nicht herausrutscht. Das Bremssystem besteht aus einer elektrischen Betriebsbremse und einer Notbremse mit verschleißenden Bremsplatten unter dem Rahmen. Im Notfall öffnen die Luftventile des Fahrwerks, das Fahrzeug senkt sich rasch auf die Bremsplatten und kommt sicher zum Stillstand. 

Für die übergangslose Navigation zwischen Innen- und Außenbereich setzen die Forschenden umgebungs- und funkbasierte Lokalisierungsalgorithmen ein. Die Lokalisierung nutzt Lidar-Scanner, 3D-Kamerasysteme und Differential-GPS/GNSS. Simulationsbasierte Künstliche Intelligenz bildet die Grundlage des Entwicklungsverfahrens. Moderne Grafikkarten ermöglichen Echtzeitsimulationen hochkomplexer Vorgänge. Motion Capturing gleicht Simulation und reales Fahrverhalten ab. Je geringer die Differenz, desto stärker nähert sich der cyberphysische Zwilling der Simulation dem realen Fahrzeug. 

Ein Novum ist das Entwicklungsverfahren: die simulationsbasierte Künstliche Intelligenz. Dank moderner Grafikkarten lassen sich damit hochkomplexe Vorgänge in Echtzeit simulieren. Mittels Motion Capturing gleichen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das Verhalten in der Simulation mit dem der realen Fahrzeuge ab und optimieren so das Simulationsmodell. Je mehr sich die Differenz von Modell und Realität reduziert, umso mehr nähert sich der cyberphysischen Zwilling in der Simulation dem Roboter an. Dieses Vorgehen kann Entwicklungszeiten massiv reduzieren: So lassen sich Prototypen bereits in der digitalen Realität testen, bevor sie gebaut werden. Zudem lassen sich die Entwicklungen von Hardware und Software auf diesem Wege entkoppeln. Es entsteht ein digitales Kontinuum der Entwicklung (»Robotic Continuum«).

Das Outdoor AGV O³dyn adressiert Palettentransporte, die Innen- und Außenbereiche verbinden. Viele Fahrerlose Transportsysteme konzentrieren sich auf Hallen oder Außenflächen und vereinen Leistung, Dynamik und Flexibilität nicht in einem System. O³dyn transportiert große Lasten im Format einer Palette mit bis zu 36 km/h und fährt omnidirektional. Das Fahrzeug verlässt die geschützte, definierte Umgebung von Lagerhallen und agiert autonom auf Betriebsgeländen.

Die Kombination aus Mecanumrädern und Luftfederung unterstützt Manöver auf engstem Raum und das präzise Positionieren von Paletten. Die Luftfederung passt sich unterschiedlichen Bodenverhältnissen im Außenbereich an und reduziert Belastungen für die Ladung. Für die übergangslose Navigation zwischen Innen- und Außenraum nutzt das System umgebungs- und funkbasierte Lokalisierungsalgorithmen. Lidar-Scanner, 3D-Kamerasysteme und Differential-GPS/GNSS liefern Daten zur Positionierung in unterschiedlichen Umgebungen.

• Durchgängige Transporte zwischen Lagerhallen und Betriebsgelände
• Reduzierte Rangierwege durch omnidirektionales Fahrwerk
• Stabiler Lauf auf unebenem Untergrund durch Luftfederung
• Hohe Dynamik bei gleichzeitig kontrollierter Notbremsung

Im Rahmen des Großforschungsprojekts Silicon Economy gefördert durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV).