Radargestütztes System mit Radar-Repeatern zur präzisen Umfelderfassung und Kollisionsvermeidung für Industrieroboter
Kurzfassung
Die fortschrittliche Radar-Technologie optimiert die industrielle Umgebungserfassung durch effiziente Repeater und präzise OFDM/FMCW-Signalverarbeitung. Mithilfe von Repeatern kann die Umgebung aus vielen verschiedenen Perspektiven gleichzeitig erfasst werden, während gleichzeitig nur eine zentrale Radareinheit benötigt wird.
Vorteile
- Überragende Messgenauigkeit
- Maximale Betriebssicherheit: Zuverlässig gegen Staub, Nebel oder schlechte Beleuchtung
- Energieeffiziente und flexible Bauweise
- Eindeutige Signalidentifikation erfolgt anhand spezieller Modulationstechnik der Repeater
- Skalierbare Systemarchitektur: Durch Hinzufügen weiterer Repeater.
Anwendungsbereiche
Diese Radar-Technologie zielt auf den wachsenden Markt der industriellen Automation ab, mit Schwerpunkt auf der Fertigungs- und Logistikindustrie. In der Automobilproduktion und Elektronikfertigung ermöglicht das System eine sichere Mensch-Roboter-Interaktion durch präzise Umgebungserfassung. Die Integration erfolgt in Industrieroboter, automatisierte Führungsfahrzeuge und Sicherheitssysteme.
Hintergrund
In der industriellen Automation und Robotik spielt die präzise Erfassung der Arbeitsumgebung eine zentrale Rolle für die Sicherheit und Effizienz. Die bisherigen Lösungsansätze basieren hauptsächlich auf optischen Systemen wie Kameras und LIDAR oder auf Ultraschallsensoren, die jedoch verschiedene Einschränkungen aufweisen.
Optische Systeme sind anfällig für Störungen durch Umgebungsbedingungen wie Staub, Nebel oder ungünstige Lichtverhältnisse. Ultraschallsensoren bieten zwar eine gewisse Robustheit, leiden jedoch unter begrenzter Reichweite und Genauigkeit. Zudem können diese konventionellen Systeme Geschwindigkeiten nur indirekt über zeitliche Differenzen ermitteln, was zu Ungenauigkeiten führt.
Problemstellung
Die Umgebungserfassung in der Industrieautomation steht vor drei wesentlichen Herausforderungen. Konventionelle optische Systeme und Ultraschallsensoren zeigen deutliche Schwächen unter realen Industriebedingungen, wo Staub, Dampf und ungünstige Lichtverhältnisse den Einsatz erschweren. Die bisherige indirekte Geschwindigkeitsmessung durch Positionsvergleiche führt zu Verzögerungen und Ungenauigkeiten bei dynamischen Prozessen. Zudem ermöglichen die meist statisch installierten Einzelsensoren keine vollständige Erfassung des Arbeitsraums, was besonders bei der Mensch-Roboter-Kollaboration ein Sicherheitsrisiko darstellt.
Dies erfordert eine innovative Lösung, die sowohl robust gegenüber Umgebungseinflüssen ist als auch präzise Echtzeit-Messungen aus verschiedenen Perspektiven ermöglicht.
Lösung
Die Universität Ulm hat eine innovative Lösung für die präzise Umfelderfassung entwickelt, die auf einem innovativen dreistufigen Radarsystem basiert. Diese technische Innovation verbindet moderne Radarkomponenten mit intelligenter Signalverarbeitung.
Der erste Signalverarbeitungsschritt beginnt mit der zentralen Radareinrichtung, die ein Ausgangssignal aussendet. Dieses Signal wird nicht nur von der Umgebung reflektiert, sondern auch von strategisch platzierten Radar-Repeatern empfangen. Diese Repeater, die am zu überwachenden Objekt befestigt sind, führen den zweiten Verarbeitungsschritt durch: Sie modulieren das empfangene Signal und versehen es mit einer eindeutigen Kennung, bevor sie es als zweites Signal aussenden.
Im dritten Schritt erfassen die Repeater die Reflexionen des zweiten Signals aus der Umgebung. Diese werden erneut moduliert und als drittes Signal ausgesendet. Die zentrale Auswerteeinheit verarbeitet alle empfangenen Signale und deren Reflexionen, um je eine präzise Umgebungserfassung aus der Perspektive jedes Repeaters zu erstellen.
Die technische Umsetzung basiert auf OFDM- oder FMCW-Radar-Technologie, die eine hohe Messgenauigkeit gewährleistet. Die Radar-Repeater sind dabei besonders energieeffizient konzipiert, da sie nur minimale Signalverarbeitung durchführen. Die Hauptverarbeitung erfolgt in der zentralen Auswerteeinheit, die durch die eindeutige Signalkennung der Repeater eine präzise Zuordnung und Analyse aller Signale ermöglicht.
Diese innovative Technologie der Universität Ulm ermöglicht präzise 3D-Objekterfassung durch Multipositions-Signalverarbeitung, was neue Standards für industrielle Automatisierung und Robotik setzt.