Hochleistungsrechner und Kameras bieten konfigurierbare All-in-One-Lösung
Autonom agierende und hochautomatisierte mobile Arbeitsmaschinen und Anbaugeräte benötigen Hochleistungsrechner, um die Vielzahl an Sensorik-Informationen zielführend zusammenzubringen. Für Maschinenhersteller ist die Fusion von kamerabasierter Sensorik, elektrischer Aktorik in Verknüpfung mit Cloud- und Satellitendiensten eine große Herausforderung. STW hat mit dem HPX.ai-vision eine zentrale Automatisierungsplattform entwickelt, die die ganzheitliche Automatisierung von Maschinen und Robotern in einem Gerät erlaubt.
360-Grad-Surroundview-Systemanbieter gibt es viele. Solche mit integrierter Personen- oder Objekterkennung ebenfalls. Häufig werden diese Systeme der Komplexität und Flexibilität von mobilen Arbeitsmaschinen jedoch nicht gerecht. Zwei Beispiele: Traktoren ziehen je nach Einsatz eine Vielzahl unterschiedlicher Anbaugeräte, Baumaschinen transformieren oft ihre Außenmaße extrem, je nachdem, ob sie fahren oder im Arbeitsprozess tätig sind. Herkömmliche Umgebungserfassungssysteme lassen sich an diese Gegebenheiten nicht anpassen. Es wird der Bereich überwacht, der vorab definiert wurde.
Ein weiterer herausfordernder Einsatzfall: Outdoor-Anwendungen in der mobilen Robotik. Neben der Umfelderfassung zur Sicherstellung der Kollisionsvermeidung mit Objekten – und noch wichtiger: mit Lebewesen – und der Automatisierung des Fahr- und Arbeitsprozesses, müssen Geofencing-Vorgaben berücksichtigt werden, damit der Betrieb innerhalb des vorab definierten Arbeitsbereichs gesichert wird. Für diese Anwendungen müssen verschiedene Automatisierungsplattformen fusioniert, Daten erfasst und in ein einheitliches Format gebracht werden.
Und das funktional sicher, wie Christian Klausner, Director Product Management bei STW, erklärt: „Solange ein Maschinenführer auf dem Fahrzeug sitzt, ist die funktionale Sicherheit zwar auch wichtig, aber nicht so entscheidend wie beispielsweise bei der Feldrobotik. Diese Roboter benötigen eine KI-basierte Umfelderkennung und kompatible Aktor- und Fahrsysteme, die selbständig erkennen und entscheiden, wann eine unsichere Situation entstehen kann, und entsprechende Gegenmaßnahmen ergreifen. Die HPX-Plattform ist eine Lösung, die auch diesen hohen Safety-Anforderungen gerecht wird.“ STW bietet mit dem HPX.ai-vision ein vorkonfiguriertes, flexibel anpassbares, intelligentes Surroundview-Komplettsystem mit Optionen im Gesamtsystem bis hin zur ASIL-B-Safety-Zertifizierung.
LIDAR- und Kamerasysteme fusionieren
Die Automatisierungsplattform kommt im STW-typischen robusten Aluminiumdruckgussgehäuse. Der HPX.ai-vision ist mit Schutzart bis IP6K7 verfügbar und benötigt keine aktive Kühlung. Somit ist die Hochleistungsplattform für die anspruchsvollsten Anwendungen in der Land-, Bau-, Forst- und Kommunaltechnik unter widrigen Umgebungsbedingungen geeignet.
Hinsichtlich der Connectivity zu Sensor- und nachgelagerten Steuerungen lässt die HPX-Plattform keine Wünsche offen. Bis zu acht hochauflösende (GMSL2-)Kameras lassen sich ebenso anschließen wie Displays. Bis zu zehn Single-Pair-Ethernet-Anschlüsse sowie eine 100/1000 Base-TX-Schnittstelle erlauben die Datenübertragung mit bis zu 1Gbit/s. Ein USB-Anschluss, CAN und RS232-Schnittstellen runden die Konnektivitätsoptionen ab.
Das Besondere: Kamera- und LIDAR-Kombinationen können parallel ohne Leistungsverlust mit dem HPX.ai-vision verarbeitet und bewertet werden. Außerdem ermöglicht der Hochleistungsrechner die Integration von mehreren KI-basierten Systemen. Beispielsweise kann neben einer intelligenten 360-Grad-Rundumsicht-Überwachung mit Personenerkennung ein zusätzliches Kamerasystem zur KI-gestützten Prozessoptimierung eingesetzt werden. Anwendungen hierfür finden sich etwa in der Precision Farming oder im vernetzten Straßenbau.
Für solche Lösungen wurden bislang mehrere dedizierte Systeme benötigt, wie Christian Klausner erläutert: „Mit der HPX-Plattform erhalten Maschinenhersteller eine größere Flexibilität. Weniger Einzelsysteme, die harmonisiert werden müssen, bedeuten weniger Komplexität – neben den offensichtlichen Vorteilen wie geringeren Anschaffungs- und Betriebskosten. Unsere offenen Softwaresysteme ermöglichen zudem die Integration von zusätzlichen Cloud-Computing-Diensten, um nochmals mehr aus den Daten rauszuholen.“
Leistungsstarke Hardware
Zur Verarbeitung der Daten auf der Maschine bietet der HPX.ai-vision eine innovative Prozessorarchitektur. Eine QuadCore Linux CPU agiert als Hauptrechner. Eine dedizierte GPU übernimmt die Verarbeitung der vom integrierten FPGA im AMD Zynq™ UltraScale+™ MPSoC vorprozessierten Kamera- und Sensorinformationen. Zur Realisierung von AI-Funktionen wie etwa Personenerkennungssystemen steht ein eigenständiger leistungsfähiger KI-Prozessor bereit.
In Verbindung mit Cloud-basierten Systemen, die beispielweise über das STW Kommunikationsmodul TCG angebunden sind, können Maschinen- und Roboterbetreiber unter anderem AWS-Dienste anbinden, die etwa die direkte Verknüpfung mit ERP-Softwareservices ermöglichen. Die funktional sichere Ansteuerung der Maschinen-Aktorik kann aus dem HPX.ai-vision bis hin zu den Safety-zertifizierten STW-Steuerungen der ESX.4-Familie erfolgen. Die Überwachung von Drücken, Temperaturen, Beschleunigungen und Winkeln kann ebenfalls mit hochrobusten und – je nach Variante – Safety-zertifizierten STW-Sensoren realisiert werden.
Zur bauma wird STW den HPX.ai-vision als zukunftsfähige Plug-and-Play-Lösung für intelligente Surroundview-Systeme vorstellen. Maschinenhersteller können das Bundle aus zentralem Rechner und kompatiblen Kameras (ArkCam Velos) direkt bei STW beziehen und in Verbindung mit dem STW-Systembaukasten aus Steuerungen, Sensoren und Software anwenderfreundlich integrieren.
STW auf der bauma: Halle A2, Stand 225.
