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Zukunftsweisende Sensoren für die Industrie

Radar für Robotik & Smart Factory

Industrie 4.0, Smart Factory, autonomes Fahren – diese Schlagwörter sind Teil der modernen und zukünftigen Technikwelt. Die Bereiche zeichnen sich durch einen hohen Automatisierungsgrad, Selbstorganisation, Digitalisierung und selbstlernende Systeme aus. Die Robotik nimmt dabei eine zentrale Rolle ein. Die autonomen oder automatisierten Maschinen können dank innovativer Sensortechnologie ihr Umfeld wahrnehmen. Auf diese Weise sind Industrieroboter in der Lage sich zu positionieren, zu navigieren oder auf Ereignisse in der Umgebung zu reagieren.
In dem Wachstumsmarkt entwickeln sich die technischen Möglichkeiten und Anforderungen schnell weiter. Mit unseren fortschrittlichen Radarlösungen und Forschungsarbeit tragen wir zu dem Innovationsprozess bei.
24GHz Sensoren
Unsere 24 GHz Sensoren sind in einer Vielzahl von Anwendungen integriert. Dies startet bei der automatischen Türöffnung, über Füllstandsmessungen in Tanks und reicht bis hin zu Trackingsystemen im Security Bereich. Mit fortschreitenden Weiterentwicklungen der höheren Frequenzen erweitern sich, dank neu erreichter technischer Vorteile, die Anwendungen für den Einsatz der Sensorik enorm. Erstmals ist auch Radar attraktiv für hochkomplexe Szenarien wie den Personenschutz im Maschinenumfeld, den Kollisionsschutz auf autonomen Robotern und Fahrzeugen oder das kollaborative Arbeiten von Mensch und Maschine.

Technische Perspektive:

Mit hoher Auflösung besser interagieren

In komplexen Industrieumgebungen ist das Auflösungsvermögen der Sensorik sehr wichtig. Dieser Faktor entscheidet darüber, wie genau der Roboter die Umgebung wahrnimmt. Je detaillierter die Auflösung bzw. das Trennungsvermögen bei der Objekterkennung, desto präziser und autonomer realisiert die Maschine Handgriffe oder die Navigation.
Radar erfasst Objekte über max. 4 Dimensionen:

 

Entfernung.
Die Entfernungsauflösung definiert sich durch die verwendete Bandbreite. 60 GHz Sensoren verfügen meist über eine Bandbreite von bis zu 4 GHz, was einer Auflösung in der Distanz von wenigen Zentimetern entspricht. Das ist um ein Vielfacheshöher als bei einem 24 GHz Band, wo maximal 250 MHz nutzbar sind und die Entfernungsauflösung bei etwa 75 cm liegt.
Geschwindigkeit.
Dabei erfolgt die Trennung von Objekten über die Messung der Bewegungsgeschwindigkeit.
Winkellage in Azimuth und im Elevations-Winkel.
Die Winkelauflösung ist durch die Anzahl und Kombination der Antennen bestimmt. Immer wenn zwei Objekte nicht über die Dimensionen Entfernung und Geschwindigkeit voneinander zu trennen sind, ist die Winkelauflösung notwendig. Sind die Informationen über Entfernung, Geschwindigkeit und Winkellage gegeben ist eine Objektlokalisierung im Raum (Position auf x, y und z-Achse) mit einer hohen Genauigkeit möglich.
Stärken der Radartechnik für den Einsatz in der Robotik:
 
  • 3-D Umgebungsüberwachung
  • kontinuierliche Objektlokalisierung, um Maschinenstopp so gering wie nötig zu halten
  • Keine Ausfälle durch Verschmutzung, Hitze, Schieflagen, Schutzkleidung oder Staub im rauen Arbeitsumfeld
  • Informationsgewinn für Effizienzsteigerung (z. B. Statistiken)
  • Erfassung von Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung, Entfernung und Winkelposition
  • Hohe Reichweiten für frühzeitige Interaktion
  • Anonymes Bewegungstracking von Personen oder Objekten
  • Outdoor & Indoor geeignet (Licht- und wetterunabhängig)
  • Objektklassifikation: Unterscheidung zwischen Mensch & Gegenstand
  • Flexibilitätsgewinn: Anpassbarer Erfassungsbereich, Integration auf stationären und mobilen Einheiten, keine Programmierung von Umgebungskarten notwendig

Mit Radar die Umgebung sehen

Radarsensoren liefern durch die Auswertung der Reflexion von elektromagnetischen Wellen ein Abbild ihrer Umgebung in Form einer Punktwolke. Mithilfe entsprechender Auswerte-Algorithmen und Clustering sind zudem Bewegungshistorien abbildbar und Objektklassifikationen möglich. Bei einer hochauflösenden 4-dimensionalen Radardetektion sind außerdem aufgrund der Winkelposition in Elevation, die eine Höheninformation bietet, auch Objektumrisse erkenntlich.

Kollisionsschutz, z.B. auf

  • AGVs

  • Kränen

  • Gabelstaplern

  • Offroad-Fahrzeugen

Bisherige Sensorlösungen erfassen meist nur eine Schnittebene der Umgebung. In den Fahrweg hineinragende Objekte sind deswegen für sie nicht erfassbar. Nur Gegenstände, die sich genau auf einer Linie vor dem Sensor befinden, werden detektiert. Auch eine Verkippung der Maschine, Schieflagen bei ungleichmäßig verteilter Ladung auf dem Transportfahrzeug oder Unebenheiten im Boden sind deswegen problematisch. Radarsensoren betrachten ihre Umgebung in drei Dimensionen und sind durch das optimierte Sichtfeld flexibler in der Positionierung. Sie nehmen dank 3D-Umfelderfassung auch Gegenstände wahr, die nicht direkt in der Fahrspur befinden. Auch im Außenbereich zeigen sie keine Schwäche – Dunkelheit, Dreck, schlechtes Wetter oder Staub stellen kein Problem dar. Zudem ist die Reichweite eines Radarsensors flexibel an die Anforderungen anpassbar. Auch in großen Entfernungen detektiert Radar zuverlässig und erfasst Hindernisse frühzeitig. Auch die Navigation kann durch die Radardaten unterstützt werden.

Personenschutz, z. B. an

  • Stationären Maschinen

  • AGVs

  • Offroad-Fahrzeugen

  • Transportfahrzeugen, z.B. Mülltransportern

  • Bahnübergängen

  • Schließkanten von z.B. Türen, Toren, Schranken

Wenn die Sensoren im Einsatz zum Schutz vor Verletzungen oder Schäden sind, sind die Anforderungen an die zuverlässige Funktionalität besonders hoch. Doch viele Technologien kommen in rauen Umgebungen oft an ihre Grenzen. Wechselnde Lichtverhältnisse, Regen, Schnee und eine hohe Partikelbelastung machen die Verwendung von optischen Sensoren schwierig bis unmöglich.

Die robuste Radartechnik hingegen spielt in solch schwierigen Umfeld seine Vorteile aus. Erhalten die 3D-Umfeldüberwachungssysteme Einzug in die Fertigungshallen, eröffnen sich außerdem neue Möglichkeiten: Durch die raumumfassende, kontinuierliche Überwachung in Echtzeit haben sperrige Schutzzäune bald ausgedient. Die 3-D-Umfeldsensorik ist nicht nur für sicherheitsgerichtete Funktionen nutzbar: Die hohen Reichweiten und die umfangreiche Datenerhebung sind außerdem nützlich für statistische Auswertungen oder der Ansteuerung weiterer Funktionen.

Kollaboratives Arbeiten, z. B.

  • Roboterarme

 

Auch beim kollaborativen Arbeiten zwischen Mensch und Maschine geht es um Sicherheit. In erster Linie um die Kollisionsvermeidung mit Objekten und um die Vermeidung von gefährlichen Unfällen mit Personen. Doch Industrieroboter übernehmen bei dieser Anwendung immer komplexere Aufgaben. So sind die Anforderungen auch etwas anders als bei autonomen oder automatisierten Fahrzeugen oder der Maschinenumfeldüberwachung. Heute übernehmen die Roboterarme unterstützende Funktionen und arbeiten automatisiert. In Zukunft arbeiten jedoch Mensch und Maschine Hand in Hand oder interagieren direkt miteinander. Dies fordert ein besonders hohes Auflösungsvermögen und eine sehr hohe Messgenauigkeit. Neben einer möglichst präzisen Ausführung ist stets der Körper- auch einen Gliedmaßenschutz ist zu gewährleisten. Aufgrund der räumlichen Nähe von Mensch und Maschine sind extrem schnelle Reaktionszeiten notwendig, die die durch kurze Zykluszeiten des Sensors erzielt werden.

Technik der zukünftigen Arbeitswelt & des Alltag

Sprechen Sie uns an

InnoSenT gilt dank des starken Fokus auf Forschung und Entwicklung als Technologietreiber im Bereich Radarsensorik. Unser Ziel ist es mit innovativen Radarprodukten, die Problemstellungen der verschiedenen Anwendungen zu lösen. Arbeiten wir gemeinsam bereits heute an der Technik von Morgen. 
Dr. Eva Maria Buchkremer
Head of Product Management

+49-9528-9518-1273

 

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