Der sichere Weg zum eigenen UGV Controller für autonome Fahrzeuge

Das autonome Fahren erlebt derzeit nicht nur auf der Strasse einen Hype. In vielen technischen und industriellen Anwendungen sind UGVs (Unmanned Ground Vehicles) in grosser Zahl unterwegs, und immer neue Anwendungen kommen dazu. Der Weg zum eigenen autonomen Fahrzeug führt aber über einige Hürden.

Damit ein UGV sicher und zuverlässig verkehren kann, bedarf es einiger Technik: Typischerweise umfasst dies eine digitale Karte des Gebiets, in dem das Fahrzeug sich bewegen soll (Mapping), dann die richtige Sensorik und Algorithmen für die Bestimmung der gegenwärtigen Position und Orientierung auf der Karte (Sensor Fusion und Pose Estimation), das Auffinden eines Pfades zu einem beliebigen Ziel auf der Karte (Path Planning) und schliesslich das Erkennen von unerwarteten Hindernissen sowie das Verhindern von Zusammenstössen, beispielsweise durch Anhalten oder Ausweichen (Collision Avoidance).

Bei all diesen Aufgaben können vielfältige Schwierigkeiten dazukommen. Beispielsweise gibt es Fälle, wo am Anfang noch gar keine Karte verfügbar ist, so dass die Karte erst während des Fahrens aufgebaut werden soll (Simultaneous Localization and Mapping, SLAM). Oder ein zweites Fahrzeug kreuzt den Weg und stellt daher ein bewegtes Hindernis dar, so dass beim Umfahren die Bewegung des anderen Fahrzeugs berücksichtigt werden muss.

Günstiger zum eigenen Fahrzeug-Controller

Die Methoden, mit denen man derartige Aufgabenstellungen löst, sind technisch und mathematisch sehr anspruchsvoll und übersteigen – besonders bei KMUs – schnell einmal das Entwicklungsbudget.

Stettbacher Signal Processing AG (SSP) bietet eine Alternative: Die Firma hat in den vergangenen Jahren für verschiedene autonome Fahrzeuge Controller entwickelt. Diese bestehen einerseits aus einer Platine und andererseits aus Software. Die Hardware ist modular aufgebaut und umfasst – je nach Ausführung – einen leistungsfähigen Rechner, Sensoren, einen GPS/RTK-Empfänger, ein WiFi- und ein LTE-Modul für die Kommunikation via Wireless LAN und/oder Mobilfunknetz, mehrere Ethernet-, USB- und CAN-Schnittstellen sowie serielle und parallele digitale Ein- und Ausgänge. Damit lassen sich fast beliebige zusätzliche Peripherien anschliessen und verwalten, wie beispielsweise Leuchten, Lidars, Kameras etc. und natürlich die Motorcontroller. Zudem lässt es sich damit indoor und/oder outdoor fahren.

Als Software kommt das bekannte Robot Operating System (ROS 2) in Frage oder ein anwendungsspezifisches, von Stettbacher Sig­nal Processing AG entwickeltes UGV-Frame­work. ROS ist ein Open-source-Projekt, an dem zahlreiche internationale Universitäten mitarbeiten. Bezüglich Funktions­umfang hat ROS die Nase eindeutig vorn. Trotzdem muss beim Einsatz von ROS be­achtet werden, dass Hochschulprojekte in der Regel nicht die gleichen Zielsetzungen verfolgen wie industrielle Entwicklungen. Aus diesem Grund hat SSP ihre eigene Software vor allem auf Übersichtlichkeit und Effizi­enz getrimmt. Beide Lösungen werden jedoch gleichermassen unterstützt.

Basierend auf den erprobten Hard- und Software-Frameworks von Stettbacher Signal Processing AG lassen sich anwendungsspezifische autonome Fahrzeuge rasch und zielgerichtet realisieren. Vor allem die durch SSP selbst entwickelten Komponenten sind flexibel und lassen sich insbesondere für spezielle oder besonders anspruchsvolle Aufgaben ideal optimieren.

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