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Sicherer Kegelscanner verhindert Kollisionen

Ein intelligenter Scanner schützt autonom fahrende Industriefahrzeuge vor Kollisionen, indem er diese vorhersieht: Im kürzlich abgeschlossenen Projekt IGEL (Sicherer Kegelscanner) entwickelten Wissenschaftler am DFKI-Forschungsbereich “Cyber-Physical Systems” (CPS) unter der Leitung von Prof. Dr. Rolf Drechsler die Software für einen Laserscanner oder vergleichbaren Sensor, der anstelle der üblichen zweidimensionalen eine kegelförmige Fläche abtastet.
Der Sensor blickt dabei von oben auf den Boden und kann auf diese Weise sowohl Hindernisse beliebiger Höhe über dem Boden als auch Unebenheiten im Boden (Löcher, Gräben) erfassen. Hierzu wurde eine Software entwickelt, die aus dreidimensionalen Messwerten (einer sogenannten „Punktwolke“) eine Bodenebene berechnet, und auf dieser sowohl positive, d.h. aus ihr herausragende, als auch negative Hindernisse, wie Löcher und Abgründe, ab einer konfigurierbaren Mindestgröße erkennt. Diese führen zu einem Nothalt. Einzelne Messfehler, beispielsweise durch Luftverunreinigungen (Staub, Wassertropfen), werden toleriert, sodass nicht jede Fehlmessung einen Nothalt nach sich zieht; dies ist in Industrieumgebungen ein wichtiges Verfügbarkeitsmerkmal.
Das Konzept und die Gefährdungsanalyse für beide Algorithmen wurden vom TÜV Nord begutachtet und „sind geeignet, eine Hinderniserkennung für autonome Fahrzeuge zur Risikominimierung gemäß 2006/42/EG Anhang I zu realisieren“, d.h. sie sind als Sicherheitseinrichtung nach der Maschinenrichtlinie zulässig. Die Algorithmen wurden prototypisch implementiert und sind als ROS-Pakete verfügbar.

Screenshot des Projekt-Demonstrators: Mit einer Kinect als Sensor werden der Boden (grün) und Hindernisse (rot) sicher erkannt.

Die entwickelten Konzepte lassen sich sowohl zur Absicherung eines autonomen Fahrzeugs verwenden als auch als Assistenzeinrichtung eines gesteuerten Fahrzeugs, beispielsweise um die Rückwärtsfahrt eines Staplers abzusichern. Im Vergleich zu konventionellen Lösungen mit horizontal detektierenden Laserscannern werden Kollisionsschutz und Fahrzeugsicherung signifikant verbessert.
Das Projekt IGEL wurde vom DFKI in Zusammenarbeit mit der Firma Götting KG durchgeführt und vom BMBF im Rahmen des Programmes „KMU-innovativ“ gefördert.
www.dfki.de/cps/igel
DFKI-Kontakt:
Prof. Dr. Christoph Lüth
Christoph.Lueth@dfki.de