Logistics Journal: Proceedings
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Evaluierung der Lokalisierung von FTF durch robotergestützte RFID-Tests für einen Betrieb in unterschiedlichen Sicherheitsbereichen
Full text linkFür den flexiblen Einsatz von fahrerlosen Transportfahrzeugen (FTF) bietet sich die Nutzung in unterschiedlichen Sicherheitsbereichen mit entsprechend aktivierter Sicherheitstechnik an. Aktuell operieren FTF nur in einem Bereich für den sie entsprechend ausgerüstet sind. Für die Umschaltung der Sicherheitstechnik zwischen unterschiedlichen Sicherheitsbereichen muss eine nach Maschinenrichtlinien sichere Lokalisierung der Fahrzeuge erfolgen. Es wird getestet, ob RFID Technik für eine „Point of Interest“-Lokalisierung als zusätzlicher Kanal der Lokalisierung zuverlässig eingesetzt werden kann. Dafür werden „onmetal“ RFID Tags von einem Leichtbauroboter vor einem RFID Reader positioniert und die Distanz und Rotation variiert. Es werden zudem die Faktoren Trägerplattenmaterial, -stärke, -breite und Erdung der Trägerplatte betrachtet. Es konnte ein Einfluss der Trägerplattenbreite auf die Lesbarkeit der Tags festgestellt werden. Für Kombinationen aus Distanz und Rotation, die für den Einsatz der Lokalisierung von FTF zu erwarten sind, konnte die zuverlässige Lesbarkeit nachgewiesen werden. Der Einsatz von RFID eignet sich für die „Point of Interest“-Lokalisierung als zusätzlicher Kanal für ein sicheres Umschalten zwischen Sicherheitsbereichen.The flexible use of automated guided vehicles (AGVs) lends itself to their use in different safety areas with appropriately activated safety technology. Currently, AGVs only operate in one area for which they are appropriately equipped. In order to switch the safety technology between different safety areas, the vehicles must be safely localized in accordance with machine guidelines. Tests are being conducted to determine whether RFID technology can be reliably used for point of interest localization as an additional localization channel. For this purpose, on-metal RFID tags are positioned by a lightweight robot in front of an RFID reader and the distance and rotation are varied. Factors such as carrier plate material, thickness, width and grounding of the carrier plate are also considered. An influence of the carrier plate width on the readability of the tags could be determined. For combinations of distance and rotation, which are to be expected for the use of localization of AGVs, the reliable readability could be proven. The use of RFID is suitable for point of interest localization as a second channel for safe switching between safety areas
Paletten-Shuttle-Lager: Dynamik und Wechselwirkung auf den Regalbau
Full text linkIn diesem Beitrag wird, nach einem kurzen Rückblick auf die im Vorgänger-Artikel von 2021 [AA21] beschriebenen Grundlagen zur Erfassung und Erforschung des dynamischen Verhaltens von Paletten-Shuttle-Regallagern, die Vorgehensweise zur Bestimmung des dynamischen Verhaltens des Regalbaus bei Paletten-Shuttle-Systemen vorgestellt. Neben den individuellen Modellierungen für Regalbau, Shuttle-Fahrzeuge und Satelliten-Fahrzeuge werden die Referenzmodelle mit den für die Simulation genutzten Parametern präsentiert. Mit Unterstützung durch Eigenfrequenzstudien werden Lastfälle für diverse Worst-Case-Szenarien erarbeitet und numerisch simuliert sowie die Ergebnisse analysiert und vorgestellt. Eine Studie zu Potenzialen der Querschnittsoptimierung bei den Regalprofilen ergänzt die Betrachtungen. Abschließend erfolgt ein Ausblick auf weitere Arbeitsschritte, um letztendlich mit den erzielten Ergebnissen eine Handreichung zur belastungsoptimierten Auslegung von Regalbauten anbieten zu können. Diese soll die dynamischen Wechselwirkungen zwischen im leeren oder voll beladenen Regal (gleichzeitig oder gestaffelt) beschleunigten bzw. gebremsten Shuttles und Satelliten beschreiben. Entsprechende Empfehlungen für die Dimensionierung des Regals aber auch Steuerungsstrategien der Shuttle- bzw. Satelliten-Fahrzeuge in Bezug auf Beschleunigungsvorgänge und deren Gleichzeitigkeit bzw. Staffelung sollen Eingang in die Hinweise finden – im Sinne einer optimalen, ressourcenschonenden Auslegung des Stahlbaus der Regale.After a short review of the basics described in the previous article of 2021 for the acquisition and investigation of the dynamic behaviour of pallet shuttle racking systems, in this article, the procedure for the determination of the dynamic behaviour of the racking structure in pallet shuttle systems is presented. In addition to the individual modelling for racking, shuttles and satellites, the reference models with the parameters used for the simulation are presented. With the support of eigenfrequency studies, load cases for various worst-case scenarios are developed and numerically simulated, and the results are analyzed and presented. A study on the potentials of cross-section optimization of the rack profiles completes the considerations. Finally, there is an outlook on further work steps, in order to finally be able to offer a handbook for the load-optimized design of racking structures with the results obtained. This should describe the dynamic interactions between accelerated, braked shuttles and satellites in empty or fully loaded racking (simultaneously or staggered). Corresponding recommendations for the dimensioning of the racking, but also control strategies of the shuttle or satellite vehicles with regard to acceleration processes and their simultaneity or staggering, should find their way into the information in the sense of an optimal, resource-saving design of the steel construction of the racking
Estimating the Pose of a Euro Pallet with an RGB Camera based on Synthetic Training Data
Full text linkPosenschätzung einer Palette und anderer Logistikobjekte ist von entscheidender Bedeutung für verschiedene Anwendungsfälle, wie automatisiertes Handling oder Tracking. Innovationen in der Bilderkennung, Rechenleistung und maschinellem Lernen eröffnen kamerabasierten Ansätzen auf Basis neuronaler Netze neue Möglichkeiten für die gerätelose Lokalisierung. Hierfür werden große Trainingsdatensätze mit annotierten Posen benötigt. Die manuelle Annotation, insbesondere von 6D-Posen, ist ein äußerst arbeitsintensiver Prozess, weshalb neuere Ansätze oftmals auf synthetischen Trainingsdaten basieren. In dieser Arbeit wird die Generierung synthetischer Trainingsdaten für die 6D-Posenschätzung von Paletten vorgestellt. Anschließend werden die Daten verwendet, um den Deep Object Pose Estimation (DOPE)-Algorithmus [1] zu trainieren. Die ex¬perimentelle Validierung des Algorithmus belegt, dass die 6D-Posenschätzung einer Europalette mit einer Rot-Grün-Blau (RGB) Kamera möglich ist. Der Vergleich der Ergebnisse von drei variierenden Datensätzen unter verschiedenen Lichtverhältnissen zeigt die Relevanz eines geeigneten Datensatzdesigns, um eine genaue und robuste Lokalisierung zu erreichen. Die quantitative Auswertung zeigt für den bevorzugten Datensatz einen durchschnittlichen Positionsfehler von weniger als 20 cm. Der validierte Trainingsdatensatz und ein fotorealistisches Modell einer Europalette sind öffentlich zur Verfügung gestellt [2].Estimating the pose of a pallet and other logistics objects is crucial for various use cases, such as automatized material handling or tracking. Innovations in computer vision, computing power, and machine learning open up new opportunities for device-free localization based on cameras and neural networks. Large image datasets with annotated poses are required for training the network. Manual annotation, especially of 6D poses, is an extremely labor-intensive process. Hence, newer approaches often leverage synthetic training data to automatize the process of generating annotated image datasets. In this work, the generation of synthetic training data for 6D pose estimation of pallets is presented. The data is then used to train the Deep Object Pose Estimation (DOPE) algorithm [1]. The experimental validation of the algorithm proves that the 6D pose estimation of a standardized Euro pallet with a Red-Green-Blue (RGB) camera is feasible. The comparison of the results from three varying datasets under different lighting conditions shows the relevance of an appropriate dataset design to achieve an accurate and robust localization. The quantitative evaluation shows an average position error of less than 20 cm for the preferred dataset. The validated training dataset and a photorealistic model of a Euro pallet are publicly provided [2]
The smaller, the better? Nano-hubs for cycle logistics as an urban-friendly alternative to micro-hubs
Full text linkVor allem in urbanen Gebieten stellt der Einsatz von Lastenrädern für die Sendungszustellung auf der letzten Meile einen vielversprechenden Ansatz dar, um die verkehrlichen und ökologischen Nachteile konventioneller Lieferfahrzeuge zu adressieren. Da Lastenräder jedoch geringere Ladevolumina und Reichweiten aufweisen, entsteht ein Bedarf an zusätzlichen Umschlagsknoten in unmittelbarer Nähe der jeweiligen Zustellgebiete. Entsprechende Konzepte wie Mikro-Depots werden bereits von einzelnen Paket-Dienstleistern erprobt, können sich jedoch aufgrund diverser Herausforderungen nicht über den Pilotstatus hinaus etablieren. Im Rahmen der Arbeit werden daher Nano-Depots als stadtverträgliche Alternative zu Mikro-Depots vorgestellt. Speziell wird ein Infrastrukturkonzept für Lastenräder entwickelt, welches sich durch eine modulare Bauweise an verschiedene städte-bauliche Einschränkungen und logistische Abläufe anpassen lässt. Darüber hinaus wird gezeigt, dass der Nano-Depot-Ansatz auch wirtschaftliche Vorteile gegenüber bestehenden Radlogistik-Prozessen aufweist. Auf Basis des methodischen Vorgehens zur Produktentwicklung nach VDI 2221 werden dafür zunächst einzelne Nano-Depot-Module auf konzeptioneller Ebene erarbeitet. Anschließend findet die Implementierung eines Simulationsmodells zum Vergleich der Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit verschiedener (Rad-)Logistikprozesse statt. Auf Grundlage des entwickelten Modulbaukastens bietet die Arbeit Anregungen für die weitere Entwicklung und Ausarbeitung von Radlogistikanlagen. Durch die Anwendung des entwickelten Simulationstools im Rahmen einer Fallstudie lässt sich darüber hinaus zeigen, dass herkömmliche Radlogistikprozesse sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile gegenüber dem motorisierten Lieferverkehr aufweisen, wobei sich letztere durch die Umsetzung des neuartigen Nano-Depot-Konzepts weiter ausweiten lassen.Especially for last-mile delivery in dense urban areas, cargo-bikes have become a sustainable alternative to overcome motorized delivery vehicles\u27 traffic and environmental disadvantages. However, as their capacity and range are lower compared to conventional delivery vehicles, there is a need for additional cargo-bike transshipment hubs near the respective delivery areas. While some parcel service providers show that they are successfully testing different concepts such as micro-hubs, several barriers prevent the implementation beyond pilot status. Hence, our work aimed to overcome these barriers by introducing nano-hubs as an urban-friendly alternative to micro-hubs. In particular, we proposed a modular design concept that enables the customization of transshipment hubs considering urban planning restrictions and logistical processes. Further, we aimed to prove that the nano-hub approach also has economic advantages compared to previous cycle logistics processes. For this, we first developed nano-hub-modules on a conceptual level following the methodological approach for product development according to VDI 2221. We then implemented a simulation model to compare different (cycle) logistics processes with regard to their sustainability and operational effort. The findings of our work are twofold. First, based on the proposed modular system design, we offer suggestions for further development and elaboration of infrastructure elements for cycle logistics. Second, by applying our approach as a case study to the city of Magdeburg, Germany, we could show that existing cycle logistics processes have ecological and economic advantages over motorized delivery traffic. In addition, we proved that these benefits could be further increased by implementing the nano-hub concept
Hängefördersystem mit Funktionskomponenten aus nachwachsenden Rohstoffen – Aufbau und Dauerlauftest
No full textKernsegment des Beitrages ist ein Hängefördersystem für den geringen Lastbereich. Das Hängefördersystem mit den Funktionskomponenten aus nachwachsenden Rohstoffen stellt eine Substitutionsvariante zur Aluminiumbauweise dar. Es wurde ein Funktionsprototyp mit einem kombinierten Trag- und Gleitelement aus Wood Polymer Composite sowie einer Weiche in Mischbauweise aus Stahl, WPC und Wood Veneer Composite (WVC, Sperrholz) aufgebaut, mit Weg- und Kraftsensoren ausgestattet und im Dauerlauftest über 416 Tagen die Funktionsfähigkeit überprüft. Mit dem Test wurden die zeitlich veränderliche Biegeverformung des WPC-Profils, der Vorspannkraftverlust in den Schraubverbindungen sowie der Verschleiß in Hinblick auf die Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems ermittelt. Mit dem Dauerlauftest konnte die Funktionsfähigkeit im Praxisfall nachgewiesen werden.The core segment of the contribution is an overhead conveyor system for the low load range. The overhead conveyor system with the functional components made from renewable raw materials represents a substitution variant for the aluminum construction. A functional prototype was developed with a combined load-bearing and sliding element made of wood polymer composite and a switch in a mixed construction made of steel, WPC and wood veneer composite (WVC, plywood). set up, equipped with displacement and force sensors and tested for functionality in an endurance test over 416 days. The test determined the time-varying bending deformation of the WPC profile, the loss of preload force in the screw connections and the wear with regard to the functionality of the overall system. With the endurance test, the functionality could be proven in practice
Bewertung von Multi-Agent Path Finding Verfahren für deren Einsatz in robotisierten Logistiksystemen
Full text linkSeit einigen Jahren existieren Logistiksysteme, in denen hunderte Autonome Mobile Roboter für die Kommissionierung oder Sortierung eingesetzt werden. Die Pfadplanung für die in diesen Systemen navigierenden Roboter ist ein aktuelles Problem, für dessen Lösung seit geraumer Zeit Multi-Agent Path Finding (MAPF) Verfahren verwendet werden. Bisher besteht jedoch kein Konsens darüber, welche Bewertungskriterien es erlauben, die Eignung einer MAPF-Methode für eine bestimmte Anwendung abzuschätzen. In dieser Arbeit leiten wir daher qualitative Bewertungskriterien her (Skalierbarkeit, Konfliktmanagement und Lösungsqualität), die eine solche Eignungsbeurteilung ermöglichen. Unter Verwendung dieser Kriterien stellen wir fest, dass für Robotic Mobile Fulfillment Systeme die Priority Based Search geeignet ist, während in robotisierten Sortiersystemen die Explicit Estimation Conflict Based Search zweckmäßig ist. Für roboterbasierte Produktionsversorgung wiederum, empfehlen wir die Conflict Based Search.In recent time, logistics systems have been in place in which hundreds of autonomous mobile robots are used for tasks such as picking or sorting. Path planning for the robots navigating in these systems is still a relevant problem, for which Multi-Agent Path Finding (MAPF) methods have been considered for some time. However, there has been no consensus on which evaluation criteria allow for estimating the suitability of a MAPF method for a particular application. In this work, we therefore derive qualitative evaluation criteria (scalability, conflict management, and solution quality), that enable such a suitability assessment. We use these criteria to find that Priority Based Search is suitable for Robotic Mobile Fulfillment systems, while Explicit Estimation Conflict Based Search is appropriate in robotic sorting systems. For robotic-based production logistics, we recommend the Conflict Based Search algorithm
Analyse des Materialtransports auf Vibrationsflächenförderern für das vibrationsbasierte Blechhandling
Full text linkVibrationsflächenförderer sind eine effiziente Alternative für automatisiertes Blechhandling mit geringem materiellen und technischen Aufwand. Geneigte, vertikal vibrierende Faseroberflächen ermöglichen flexible Transportwege bei gleichzeitiger Funktionsintegration. Die Wirkzusammenhänge sind für den Praxiseinsatz jedoch nicht hinreichend bekannt. In diesem Beitrag wird der Förderprozess auf einem Vibrationsflächenförderer analysiert. Die Ergebnisse erlauben die Charakterisierung der Bewegungsphasen und Abhängigkeiten der Fördergeschwindigkeit. Darüber hinaus wird die Effizienz der Förderbewegung betrachtet.Vibratory brush conveyors are an efficient alternative for automated sheet handling with low material and technical expenditure. Inclined, vertically vibrating fibre surfaces enable flexible transport routes with integrated functionality. However, the interrelationships are not sufficiently known for practical use. In this paper, the conveying process on a vibratory brush conveyor is analysed. The results enable characterisation of motion sequences and dependencies of the conveying speed. Furthermore, the conveying efficiency is considered
Development of an Experimental Environment to Study the Challenges in Cyber-Physical Intralogistics Systems
Full text linkDer Trend zu heterogenen, dezentralen Systemen in der Intralogistik erfordert ein Konzept zur Beschreibung und Virtualisierung von Assets, um deren Interaktion zu ermöglichen. Das mehrschichtige Konzept der Cyber-Physical Intralogistics Systems wird eingeführt. Die Systembeschreibung (Descriptive Layer) definiert die Struktur der digitalen Zwillinge und der Kommunikation (Virtual Layer) von physischen (Roboter, Peripherie) und logischen Assets (Steuerungssysteme, Simulationen). Zur Umsetzung dieses Konzepts wurde am Institut für Fördertechnik und Logistiksysteme des Karlsruher Instituts für Technologie eine Versuchsumgebung entwickelt. Sie besteht aus physischen Komponenten, wie den Modellen mobiler Roboter oder Manipulatoren, und anderen intralogistischen Komponenten, wie Regalen und Ladestationen. Ergänzt wird die Umgebung durch Simulationen und Steuerungssoftware. In dieser Umgebung sollen Anwendungsfälle für CPIS implementiert und getestet werden. Durch die leicht zugänglichen Hardwarekomponenten und die mögliche Skalierung der Systeme in der Simulation können Implementierungszyklen verkürzt und Ergebnisse schnell erzielt werden, ohne dass eine reales Intralogistiksystem benötigt wird. CPIS können zur Initialisierung eines automatisierten Ladevorgangs oder zum Austausch von Positionsdaten aufgenommen durch Systemteilnehmer genutzt werden. Das primäre Ziel ist es, ein modulares System zu ermöglichen, neue Teilnehmer durch Plug-and-Play hinzuzufügen und Systeme wandelbar zu machen.The trend towards heterogeneous, decentral systems in intralogistics results in the need for a concept to describe and virtualize assets to enable their interaction. The multi-layer concept of Cyber-Physical Intralogistics Systems (CPIS) is introduced. The system description (descriptive layer) defines the structure of the digital twins and the communication (virtual layer) of physical (robots, periphery) and logical assets (control systems, simulations). To implement this concept, an experimental environment was developed at the Institute for Material Handling and Logistics and the Karlsruhe Institute of Technology. It consists of physical components, such as models of mobile robots or manipulators, and further periphery, such as racks and charging stations. The environment is supplemented by simulations and control software. Use cases for CPIS are to be implemented and tested in this environment. Due to the easily accessible hardware components and the possible scaling of the systems in the simulation, implementation cycles can be reduced, and results can be achieved quickly without requiring a real-world intralogistics system. CPIS can be used to initialize an automated charging process or to exchange perceived position data of system participants. The primary goal is to enable a modular system, add new participants through plug-and-play, and make systems easily changeable
Comparison of Varied 2D Mapping Approaches by Using Practice-Oriented Evaluation Criteria
Full text linkEin wichtiger Aspekt für die präzise Lokalisierung von mobilen Robotern ist die Qualität und Eignung der verwendeten Karte. Eine Vielzahl von Ansätzen stehen zur Erzeugung solcher Karten zur Verfügung, die in Punkten wie Aufwand, benötigter Hardware und nicht zuletzt der Qualität ihrer Ergebnisse teils stark variieren. Um ein besseres Verständnis von diesen Ansätzen und deren Eignung für konkrete Anwendung zu schaffen, werden in dieser Arbeit drei verschiedene Ansätze evaluiert und miteinander verglichen: SLAM, Terrestrischer Laser Scanner und öffentlich verfügbare Gebäudekonturen.A key aspect of the precision of a mobile robot’s localization is the quality and aptness of the map it is using. A variety of mapping approaches are available that can be employed to create such maps with varying degrees of effort, hardware requirements and quality of the resulting maps. To create a better understanding of the applicability of these different approaches to specific applications, this paper evaluates and compares three different mapping approaches based on simultaneous localization and mapping, terrestrial laser scanning as well as publicly accessible building contours
Learning from Demonstration in Material Handling Processes
Full text linkProzesse in der Materialhandhabung müssen flexibel und leicht anpassbar sein. Ein Mensch kann einfach lernen, eine Kiste aus einem Regal zu greifen. Einem Roboter dasselbe beizubringen, erfordert Programmierkenntnisse und daher Fachpersonal. Aus diesem Grund gewinnt der Ansatz des Lernens von Demonstration (LfD) in letzter Zeit an Bedeutung. Der Roboter lernt von einem Menschen, der die Aufgabe vorführt, und reproduziert sie dann in neuen Situationen. Im Bereich der Materialhandhabung gibt es viele Situationen, die vom Einsatz von Robotern profitieren könnten, aber die Umsetzung scheitert oft an komplexer Programmierung oder mangelnder Flexibilität der automatisierten Lösungen. Daher wird ein Framework vorgestellt, das auf diese spezifischen Anforderungen zugeschnitten ist. Die 5+5 Schritte des Material-Handling-Loops basieren auf der Annahme, dass die meisten Aufgaben in der Handhabung in einfachere Regeln unterteilt werden können. Für jede Aufgabe muss ein Objekt in einer Quelle aufgenommen werden, zu einer Senke transportiert und dort wieder abgelegt werden. Die Flexibilität dieses Ansatzes wurde in zwei Versuchsreihen untersucht. Obwohl es noch Verbesserungspotentiale gibt, konnte gezeigt werden, dass dieses Framework adaptive und flexible Anwendungen für das LfD in Materialhandhabungsprozessen ermöglicht.Processes in material handling must be flexible and easily adaptable. It is simple for a human to learn to grasp a box from a shelf. To teach a robot to do the same requires programming skills and therefore skilled personnel. Because of this the Learning from Demonstration (LfD) approach is gaining importance in recent years. A robot learns from a human demonstrating a task and then reproduces it in new situations. In the area of material handling many situations could benefit from the use of robots, but the implementation often fails because of complex programming or the lack of flexibility of the automated solutions. Therefore, a framework is presented, that is tailored to these specific requirements. The 5+5 Steps of the Material Handling Loop propose that most tasks in material handling can be segmented into simpler rules. Each of these tasks consist of picking up an object from a source, moving it to a sink and placing it down again. The flexibility of this approach was investigated in two experimental series. While there are still some short-comings and open issues, it is shown, that this framework enables adaptive and flexible applications for LfD in material handling processes