STW stellt Demonstrator STWiesel auf der Agritechnica vor

Dr.-Ing. Simon Schätzle, Gruppenleiter Systemtechnologie, Sensor-Technik Wiedemann GmbH (STW), Kaufbeuren

Inhaltsverzeichnis

1. Demonstratorfahrzeug STWiesel
2. Übersicht der verbauten Komponenten
3. Fazit
4. Der Systembaukasten
5. Zum Unternehmen

Für Hersteller mobiler Arbeitsmaschinen stand bisher die Zuverlässigkeit, Robustheit und Energieeffizienz der Maschine an erster Stelle. Trends wie Digitalisierung, Hochautomatisierung und Leistungselektrifizierung stellen die Branche jedoch zunehmend vor neue Herausforderungen. Während zukünftige Maschinen mit gänzlich neuen Funktionen aufwarten werden, steigt die Komplexität der Maschine und die Diversität verwendeter Technologien stetig an.

Anschaulich lässt sich das am Beispiel eines Fahrzeugs zur chemielosen, mechanischen Unkrautbeseitigung darstellen. Die Grenze zwischen ‚mobiler Arbeitsmaschine‘ und ‚Roboter‘ verschwimmt hierbei zunehmend, da zahlreiche Technologien aus der mobilen Robotik zum Einsatz kommen. Darunter zählen unter anderem die

• Umfeldsensorik und -wahrnehmung,
• Lokalisierung und Navigation,
• das autonome Fahren,
• Sensorik zur Pflanzenanalyse,
• Schwarmintelligenz,
• Datenmanagement,
• Prozessplanung und
• V2X-Kommunikation (Vehicle-to-Everything).

Demonstratorfahrzeug STWiesel

Als Plattform für die Entwicklung und Evaluierung neuer Systemtechnologien hat die Sensor-Technik Wiedemann GmbH (STW) in Kaufbeuren eigens ein robotisches Demonstrator-Fahrzeug für autonome Indoor-Pick&Place-Aufgaben entwickelt. Das auf den Namen STWiesel getaufte Fahrzeug erkennt vorab definierte Objekte, deren Erfassung mittels Deep-Learning-Verfahren trainiert wurde. Diese Objekte können mithilfe der Sensoren zur Umfelderfassung, der autonomen Pfadplanung und Navigation angefahren und durch den Frontmagneten aufgenommen werden. Das Umfeld wird während der Navigation durchgehend gescannt, so dass das Fahrzeug auftretenden Hindernissen ausweichen kann. Nach der Aufnahme eines Objektes fährt das Fahrzeug an den Zielort und legt das Objekt dort ab.

Die Räder des STWiesels sind einzeln lenk- und ansteuerbar, so dass Ackermann-, Hinterrad-, Gleichlauf- und Hundeganglenkung möglich sind. Dadurch lassen sich verschiedene Fahrzeugtypen wie Gabelstapler, Traktor oder Fahrerlose Transportsysteme simulieren. Abgerundet wird der Demonstrator durch seine Fähigkeiten hinsichtlich Vernetzung und Datenmanagement: Machines.cloud und Machines.insight stellen die digitale STW-Lösungswelt für die Parametrisierung oder das Anzeigen von Telemetrie-Daten auf Endgeräten in direkter Nähe des Fahrzeugs oder in einem Leitstand dar. Stefan A. Lang, Leiter der Vorentwicklung bei STW, blickt stolz auf das STWiesel: „Dieser Demonstrator zeigt auf anschauliche Weise das technologische Potential von STW-Komponenten in der Robotik und macht vor allem den Nutzen für die Systementwickler unserer Kunden deutlich!“

Übersicht der verbauten Komponenten

• Das Datenmanagementmodul TCG-4 integriert das STWiesel in die digitale Welt und fungiert mit seinen Schnittstellen als Router zwischen Maschinennetzwerk und Umgebung. Mittels M2M-Netzen über WiFi, Bluetooth, LoRaWAN oder Wireless M-Bus kann mit anderen Maschinen kommuniziert werden und eine direkte Schnittstelle zum Nutzer hergestellt werden. Eine komfortable Übertragung der Maschinendaten und Positionsdaten (GNSS) zu dedizierten Servern oder Cloud-Lösungen wie etwa Machines.cloud (IoT) erfolgt per WiFi oder Mobilfunkanbindung (2G, 3G, 4G). Im Falle des STWiesels werden Motor- beziehungsweise Fahrzeugdaten sowie Zustandsinformationen etwa zur aktuellen Fahraufgabe übermittelt. Für Nutzer des ROS-Frameworks (Robot Operating System) stellt STW die Funktion ‚ROS2Cloud‘ zur einfachen Übertragung der ROS-Daten in die Cloud bereit. Somit kann von jedem Ort der Welt auf die entsprechenden Daten zugegriffen werden. Dies ermöglicht die Realisierung von Anwendungen wie beispielsweise der Dokumentation der Maschinennutzung (für Gewährleistungszwecke), Abrechnungsverfahren, Predictive Maintenance und Flottenmanagement. Weiterhin ermöglicht das frei programmierbare, Linux-basierte TCG-4-Modul die dezentrale Verarbeitung von Daten (Edge Computing). Auf dem STWiesel wird etwa der Lidar-Datenstrom unter Nutzung des ROS-Frameworks zur Erstellung lokaler Karten und für die automatisierte Navigation und Pfadplanung prozessiert. Einfache Anwendungen mit OpenCV sind ebenfalls möglich und können zur Unterstützung der Spurführung genutzt werden.
• Als Mensch-Maschine-Schnittstelle kommt ein VSX-Touchdisplay zum Einsatz. Der bidirektionale Datenaustausch erfolgt kabellos über ein weiteres TCG-4-Modul. Der Bediener kann den Fahrmodus in einer eigens dafür programmierten Oberfläche auswählen, Telemetriedaten ablesen, Parametrisierungen vornehmen, hochautomatisierte Prozesse starten oder eine Live-View der Fahrzeugkameras aufrufen.
• Die Steuerung ESX-4CS-GW dient der Verarbeitung von Steuerbefehlen und generiert entsprechend des Fahrmodus die Signale für die Aktoren der Lenkung, des Antriebs und der Höhenverstellung des Magneten sowie dessen Aktivierung. Weiterhin dient sie als Ethernet-Gateway für die Verbindung der TCG-4 mit einem leistungsstarken Mobile Embedded PC. Über die Open-Source-Software OpenSyde von STW können am CAN-Bus angeschlossene Komponenten wie etwa die Steuerung ESX-4CS-GW im eingebauten Zustand konfiguriert und die Firmware aktualisiert werden. Weiterhin ist es möglich, mittels eines integrierten CAN-Monitors die auftretenden CAN-Nachrichten darzustellen.
• Die Software OpenSyde ist sowohl Framework als auch Toolset für die Implementierung, Analyse, Wartung und Dokumentation von Funktionen und Programmen in Steuerungssystemen für mobile Arbeitsmaschinen. Sie zeichnet sich vor allem durch ihre Offenheit aus und bietet frei nutzbare Schnittstellen zu Programmen etwa für die Erfassung von Anforderungen oder Integration von Steuerungen von Drittanbietern. Mit dieser Software gelingt die zügige Realisierung von Applikationen, die funktionale Sicherheit berücksichtigen müssen. Zudem bietet OpenSyde dem Entwicklungs- und Serviceteam eine nutzerfreundliche Bedienoberfläche mit modernem Design und Durchgängigkeit beginnend bei der Variablendefinition bis hin zum Support.
• Ein kombinierter Sensor zur Messung von Beschleunigung und Neigung in drei Achsen steht mit dem Typ NGS zur Verfügung. Optional ist dieser auch mit Kreiselsensoren zur zusätzlichen Erfassung von Winkelbeschleunigungen und -geschwindigkeiten in drei Achsen verfügbar. Der NGS ist bereits heute im STWiesel eingebaut und für die zukünftige Sensordatenfusion vorgesehen. Die erfassten Werte werden digital über CAN-Bus (CANopen-Protokoll) ausgegeben. Robustheit, die hohe Genauigkeit und Langzeitstabilität des Sensors sowie seine einfache Installation und Inbetriebnahme prädestinieren ihn für Regelungsprozesse von beweglichen Komponenten an mobilen Arbeitsmaschinen. Er wird daher bei der nächsten Ausbaustufe des STWiesels eine wichtige Rolle spielen.
• Im STWiesel ist eine Zentralelektrik zur Versorgung und Absicherung der Komponenten verbaut. Diese ist mit Sicherungen und Relais bestückt, um zum Beispiel die Hauptspannungsversorgung vom Akku sowie verschiedene Spannungskreise des Fahrzeugs abzusichern. STW entwickelt kostengünstig auf die Kundenanforderungen zugeschnittene Zentralelektriken. Diese eignen sich aufgrund verschiedener Einpresskomponenten (Stecker, Relais, Sicherungen sowie Powerelemente) sowohl für kleine als auch große Leistungen. Die Zentralelektriken fügen sich somit optimal in den Systembaukasten von STW ein.

Fazit

Mit der Entwicklung des Demonstrators STWiesel verfolgt STW das Ziel, Know-how rund um hochautomatisierte und autonome Arbeitsprozesse zu gewinnen. In Kombination mit gezieltem Technologie-Screening werden somit Eigenschaften zukünftiger Produkte identifiziert und implementiert. Mit der Umsetzung in STW-Produkte, die diese neuartigen Technologien bieten, können sich Maschinenhersteller noch besser auf die sich verändernden Anforderungen und Wünsche der Kunden einstellen. „Die Möglichkeit, das ROS-Framework über das Datenmanagementmodul TCG-4 zu nutzen, erleichtert beispielsweise die Ansteuerung von Aktoren, das Auslesen von Sensoren, die Kommunikation zwischen Prozessen und verschiedener Hardware sowie die Implementierung von autonomen Fahrfunktionen oder Bildverarbeitung“, so Stefan A. Lang abschließend. „Somit werden STW-Produkte im Kontext von Roboteranwendungen für unsere Kunden in der Landwirtschaft und vielen weiteren Märkten zunehmend attraktiver.“ co

Weitere Details zu den aufgeführten Komponenten:

hier.pro/3ontk

Messe Agritechnica 2019:
Halle 15, Stand F49

Kontakt:

Dr.-Ing. Simon Schätzle

Gruppenleiter Systemtechnologie | Vorentwicklung

simon.schaetzle@wiedemann-group.com

Sensor-Technik Wiedemann GmbH
Am Bärenwald 6
87600 Kaufbeuren
Tel.: +49 8341 95050
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