Industrielle IMU für fahrerlose Transportfahrzeuge (AGVs) und Fabrikroboter

Innerhalb einer Fabrikhalle ist das Satellitensignal, das ein Fahrzeug auf der Straße leitet, nicht verfügbar. Dächer, Stahlkonstruktionen und Regale blockieren es, doch die Maschinen in der Halle müssen dennoch wissen, wie sie sich bewegen: wie weit sich ein Fahrgestell gedreht hat, ob sich ein Mast unter Last neigt, wie ein Roboterkörper ausgerichtet ist, wenn er nach einem Teil greift. Diese Daten müssen von integrierten Sensoren stammen und über eine gesamte Schicht hinweg stabil bleiben. Unsere hochpräzise MEMS-IMU CHCNAV CI-710 ist genau für diese Aufgabe ausgelegt.

Bewegungserkennung an Orten, an denen keine Satellitensignale empfangen werden können

Moderne fahrerlose Transportfahrzeuge (AGVs) und Fabrikroboter sind auf präzise Bewegungs- und Lage-Rückmeldungen als Teil ihrer Navigations- und Steuerungssysteme angewiesen, um in Umgebungen, in denen externe Positionierungssignale nur begrenzt oder gar nicht verfügbar sind, sicher und effizient zu arbeiten. Im Gegensatz zu autonomen Fahrzeugen im Außenbereich müssen Maschinen im Innenbereich um Regale, Anlagen und sich bewegende Hindernisse herumnavigieren und dabei während Beschleunigungs-, Dreh-, Hebe- und Handhabungsvorgängen eine stabile Ausrichtung beibehalten.

Eine industrielle IMU liefert die kontinuierliche Bewegungsreferenz, die die Fahrzeugsteuerung benötigt, um kurzfristige Bewegungsänderungen zu erfassen und während des gesamten Produktionszyklus eine stabile Steuerung aufrechtzuerhalten.

Bei Industriefahrzeugen und Robotern hängt die Aufrechterhaltung einer zuverlässigen Bewegungsreferenz davon ab, wie gut die IMU Drift minimiert, Temperaturänderungen kompensiert und Daten mit hoher Übertragungsrate für die Echtzeitsteuerung liefert.

Wie der CI-710 die industrielle Bewegungssteuerung unterstützt

Der CI-710 ist eine MEMS-Inertialmesseinheit mit 6 Freiheitsgraden. Er liefert dreiachsige Winkelgeschwindigkeits- und Beschleunigungswerte sowie Temperaturdaten, und ein integrierter VRU-Algorithmus wandelt diese Daten in die Roll- und Nickwinkel des Trägers um. In einer Produktionshalle ermöglicht dies einem FTS, zu erfassen, wie weit es sich zwischen zwei Wegpunkten gedreht hat, einem Stapler, zu erkennen, dass sich sein Mast neigt, und einem Inspektionsroboter, die Ausrichtung seines eigenen Körpers zu ermitteln, bevor das Bildverarbeitungssystem das Gesehene interpretiert. All dies ist unabhängig von einer Satellitenortung, wodurch der Einsatz unter einem Dach möglich ist.

Offset-Instabilität und Kalibrierung über den gesamten Temperaturbereich

Zwei Größen entscheiden darüber, ob eine industrielle IMU einen Regelkreis aufrechterhalten kann. Die erste ist die Instabilität der Gyroskop-Vorspannung, und durch die Kalibrierung des Multisensor-Arrays wird diese beim CI-710 auf 0,5°/h gesenkt. Die zweite ist, wie sich dieser Wert bei Temperaturänderungen verhält. Jedes Gerät wird auf einem Drehtisch über den gesamten Betriebsbereich von -40 °C bis +85 °C kalibriert, wobei Bias, Skalierungsfaktor, Nichtlinearität und Kreuzkopplungsfehler kompensiert werden. Eine Werkstatt, in der es zu Beginn einer Schicht kalt ist und es gegen Nachmittag warm wird, führt nicht dazu, dass der Sensor aus der Kalibrierung gerät, sodass das Regelsystem der Maschine folgt, anstatt eine Korrektur für die thermische Drift vorzunehmen.

1000-Hz-Ausgang für Geräte mit hohem Dynamikbereich

Schnelle Maschinen benötigen schnelle Daten. Der CI-710 kommuniziert über einen differentiellen RS422-Anschluss mit einer Übertragungsrate von bis zu 1500 Kbit/s und kann so konfiguriert werden, dass er Rohbewegungsdaten mit 1000 Hz ausgibt. Bei dieser Rate erreicht eine Änderung der Lage den Regler innerhalb von ein oder zwei Millisekunden – genau darauf ist die Bewegungssteuerung im geschlossenen Regelkreis bei einem Hochgeschwindigkeits-AMR, einem Sortierroboter oder einem schweren automatisierten Kran angewiesen. Eine zu langsame Abtastrate macht sich in der Praxis durch Schwankungen bei Geradeausfahrten, Überschwingen beim Herausfahren aus Kurven oder das Abstellen einer Palette mit einer Abweichung von einigen Zentimetern bemerkbar.

Einmalige Referenz für LiDAR, Bildverarbeitung und GNSS

Nur wenige Automatisierungsstacks basieren auf einem einzigen Sensor. LiDAR, Kameras und – sofern ein Betrieb im Außenbereich erforderlich ist – GNSS können alle in denselben Schätzer einfließen, und ihre Fusion hängt im Wesentlichen davon ab, ob ihre Zeitstempel übereinstimmen. Die integrierte 1PPS-Synchronisation richtet die Ausgabe des CI-710 auf ganze Sekunden aus und gibt jedem Datenstrom eine gemeinsame Referenz. Dadurch entfällt ein Großteil der Integrationsarbeit bei der SLAM-Kartierung in der Fabrik, bei der automatisierten Vermessung von Anlagen und bei Produktionslinien mit mehreren Robotern, wo ein Zeitfehler von wenigen Millisekunden zu einem Positionsfehler von Zentimetern führt.

Redundanz im industriellen Betrieb

Der CI-710 verfügt über mehrere Gyroskope und Beschleunigungssensoren statt nur eines Paares, sodass die Datenausgabe auch dann weiterläuft, wenn ein Sensor ausfällt – was bei einer rund um die Uhr betriebenen Anlage von entscheidender Bedeutung ist. Er ist so konstruiert, dass er den Vibrationen, Stößen und Belastungen einer in Betrieb befindlichen Anlage standhält. Das Gehäuse ist kompakt und standardisiert, und die RS422-Schnittstelle wird von den gängigen industriellen Steuerungen bereits unterstützt, sodass die Integration eher eine Frage der Verkabelung und des Protokolls als ein Entwicklungsprojekt ist.

Wo der CI-710 in der Fertigung zum Einsatz kommt

Als spezielle Inertialsensorik-Komponente innerhalb eines autonomen Systems liefert der CI-710 Lage- und Bewegungsdaten, die eine Vielzahl industrieller Anwendungen unterstützen, darunter:
 

• Führungslose Transportfahrzeuge (AGVs) und autonome mobile Roboter: Rückmeldung zu Bewegung und Lage in Lager- und Werkstattbereichen ohne Satellitenempfang.
   
• Inspektionsroboter und Robotermanipulatoren: Echtzeit-Daten zu Roll- und Nickwinkel für präzises Greifen und Prüfen.
   
• SLAM-Kartierung innerhalb von Betriebsstätten und automatisierte Vermessung von Anlagen.
   
• Intelligente Lagerstapler und automatisierte Hafenkräne: Lageüberwachung bei Wind und hoher Belastung.
   
• Dynamische Fördersysteme und unbemannte Industriefahrzeuge.

Bei fahrerlosen Transportfahrzeugen (AGVs) und Fabrikrobotern fungiert der CI-710 als zentrale Komponente zur Bewegungserfassung und liefert die für die autonome Navigation, die Roboterpositionierung und die Echtzeitsteuerung erforderlichen Lage- und Bewegungsdaten.

Die Trägheitsmessung ist eine Ebene des Systemstacks. Wenn sich eine Maschine zwischen Innen- und Außenbereichen bewegt, kombinieren unser Dual-Antennen-GNSS/INS-System CGI-610 und unser GNSS/INS-System CGI-230 in Automobilqualität Satellitenortung und Trägheitsmessungen zu einer einheitlichen Navigationslösung. In unserer Erklärung zur Funktionsweise der Trägheitsnavigation werden die Unterschiede zwischen den beiden Ebenen dargelegt, und unsere Navigations- und Ortungslösungen veranschaulichen, wie diese in autonomen Maschinen – von Werksfahrzeugen bis hin zu humanoiden Robotern – kombiniert werden.

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Über CHC Navigation

CHC Navigation (CHCNAV) entwickelt fortschrittliche Lösungen für Kartografie, Navigation und Ortung, die darauf ausgelegt sind, Produktivität und Effizienz zu steigern. CHCNAV bedient Branchen wie Geodaten, Landwirtschaft, Maschinensteuerung und autonome Systeme und liefert innovative Technologien, die Fachleute unterstützen und den Fortschritt der Branche vorantreiben. Mit einer globalen Präsenz in über 140 Ländern und einem Team von mehr als 2.200 Fachkräften gilt CHC Navigation als führendes Unternehmen in der Geodatenbranche und darüber hinaus. Weitere Informationen zu CHC Navigation [300627.SZ] finden Sie unter: https://navigation.chcnav.com/about/overview