Univ., Diss.--Dortmund, 1989.

Zugl.: Erlangen, Nürnberg, Univ., Diss., 2009

Die Fahrzeuglokalisierung ist im Bereich der Fahrerassistenzsysteme von entscheidender Bedeutung und Voraussetzung fur verschiedene Anwendungen der Robotik, wie z.B. Navigation oder Kollisionsvermeidung fur fahrerlose Transportsysteme (FTS). In dieser Arbeit wird ein Verfahren zur Lokalisierung mittels Landmarken vorgestellt, die eine Orientierung bezuglich einer Karte ermoglichen. Dabei werden der Erweiterte- Kalman-Filter und der Partikel-Filter fur diese Aufgabe untersucht und verglichen. Ein Schwerpunkt dieser Betrachtungen stellt dabei der Partikel-Filter dar. Die besondere Problematik der Initialisierung wird ausfuhrlich fur beide Filter dargestellt. Simulationen und Versuche zeigen, dass sich der Partikel-Filter fur eine robuste Lokalisierung der Fahrzeugposition verwenden lasst. Im Vergleich dazu kann der Erweiterte-Kalman-Filter nur im begrenzten Maße eingesetzt werden. / The localization of vehicles is of vital importance in the field of driver assistance systems and a requirement of different applications for robotics, i.e. navigation or collision avoidance for automatic guided vehicle systems. In this thesis an approach for localization by means of landmarks is introduced, which enables an orientation regarding a map. The extended Kalman filter and the particle filter are analyzed and compared. The main focus for this consideration is on the particle filter. The problematic for initialization is discussed in detail for both filters. Simulations and tests prove that the particle filter is suitable for robust localization of the vehicle position. Compared to this, the extended Kalman filter can only be used to a certain extend.

Fahrerlose Transportsysteme (FTS) sind eine bedeutende Komponente zur Automatisierung von Produktions- und Logistiksystemen. Ihr effizienter Einsatz ist relevant für die Gewährleistung einer hohen Logistikqualität. In diesem Zusammenhang ist die Optimierung der FTS-Steuerung das Ziel zahlreicher Forschungsarbeiten. Die untersuchten Ansätze sollen dazu beitragen, die Leistung von FTS zu verbessern und damit einen möglichst effizienten Einsatz der Technik zu erzielen. In dieser Arbeit wird untersucht, ob das Leistungsverhalten von FTS durch dynamische Ladungsträgertransfers optimiert werden kann. Auf der Grundlage einer Adaption der Einsatzplanung ermöglicht der Ansatz einen Austausch von Ladungsträgern zwischen den Fahrzeugen während der Transportausführung. Auf diese Weise können Synergieeffekte, beispielsweise durch das Kombinieren von Transportaufträgen mit ähnlichem Ziel, genutzt werden. Transfers wurden für Anwendungsgebiete wie den Personen- oder Gütertransport bereits konzeptionell untersucht. Es ist offen, wie sie für FTS realisiert werden können und welche Effekte bezogen auf das Leistungsverhalten mit ihnen verbunden sind. Die Analyse stützt sich auf die Ausarbeitung eines Konzeptes, welches den dynamischen Transfer von Ladungsträgern für FTS ermöglicht. Mit ihm werden die Erkenntnisse aus vergleichbaren Domänen mit den Anforderungen an die Gestaltung von FTS zusammengeführt. Die daraus resultierende Planungsaufgabe wird durch ein mathematisches Modell beschrieben. Dieses zielt auf die Reduzierung der operativen Einsatzzeit der Fahrzeuge zur Ausführung der Transporte. Anhand des Modells werden ausgewählte Berechnungsverfahren zur Steuerung von FTS auf die neuartige Planungsaufgabe adaptiert. Die Evaluierung beruht zunächst auf der Untersuchung von Testinstanzen, die vom Umfang begrenzte Planungsszenarien im Kontext des Einsatzes von FTS in der Intralogistik beschreiben. Darauf aufbauend wird anhand einer Materialflusssimulation bewertet, ob das Konzept auf ein dynamisches System mit den dafür charakteristischen stochastischen Unsicherheiten und der Echtzeitanforderung an die Berechnung von Steuerungsentscheidungen übertragbar ist. Im Ergebnis wird ein Konzept beschrieben, das dynamische Transfers auf den Anwendungsfall FTS überträgt. Relevante Berechnungsverfahren wurden so adaptiert, dass sie eine Echtzeitsteuerung unter Berücksichtigung dynamischer Transfers erlauben. Im Rahmen der Evaluierung konnte die operative Einsatzzeit für die untersuchten Testinstanzen um bis zu 30 % reduziert werden. Der erzielbare Effekt ist von der Charakteristik der Planungsaufgabe (z. B. Lastwechselzeit der Fahrzeuge) abhängig. Für geeignete Konfigurationen konnten auch bei einer fortlaufenden Planung wesentliche Effekte identifiziert werden, in denen die operative Einsatzzeit der Fahrzeuge um mehr als 10 %, beziehungsweise die Anzahl benötigter Fahrzeuge reduziert wurde. Damit kann geschlussfolgert werden, dass dynamische Ladungsträgertransfers das Leistungsverhalten von FTS positiv beeinflussen können. Übergeordnet bietet das Konzept damit das Potenzial, die Effizienz bzw. die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von FTS zu verbessern oder eine Anwendung überhaupt erst möglich zu machen. / Automated Guided Vehicle Systems (AGVS) are essential to automate production and logistics systems. Their efficient operation is crucial to ensure high logistics quality. As a result, optimizing the control of AGVS is the subject of numerous research activities to improve system performance and achieve the most efficient use of the equipment. This thesis investigates whether the performance of AGVS can be optimized by dynamic transport load transfers. Through an adapted task assignment, the approach enables the exchange of transport loads between vehicles during transportation. In this way, synergy effects can be achieved, e.g., by combining transport tasks with similar destinations. Transfers have already been conceptually investigated for other areas of application, such as passenger or freight transportation. However, it remains open how they can be implemented for AGVS and which impact on the system performance can be achieved. The analysis is based on a concept that enables the dynamic transfer of transport loads between AGVS vehicles. It combines the findings from related domains with the requirements for the design of AGVS. A mathematical model describes the control task with the objective to reduce the operational deployment time of the vehicles for the execution of transportation tasks. Based on the model, selected computation methods for controlling AGVS are adapted to the concept. The evaluation is based on the investigation of test instances that describe particular planning scenarios in the context of the application of AGVS in intralogistics. Additionally, a material flow simulation evaluates whether the concept can be transferred to a dynamic system with stochastic uncertainties and real-time requirement for the calculation of control decisions. In conclusion, a concept is presented that integrates dynamic transfers into the AGVS use case. Common approaches of AGVS control were adapted to enable real-time control, taking dynamic transfers into account. Experiments revealed that the operational deployment time for single test instances was reduced by up to 30 %. The effect by dynamic transfers depends on the characteristics of the planning task (e.g., load exchange time of the vehicles). There were significant effects for suitable configurations, even with continuous planning, with a reduction of operational deployment time of the vehicles by more than 10 % or the number of vehicles needed. This leads to the conclusion that dynamic transfers have a positive effect on the performance of AGVS. Overall, the concept allows for improving the efficiency and cost-effectiveness of AGVS operation or even enabling their application.

Die Fahrzeuglokalisierung ist im Bereich der Fahrerassistenzsysteme von entscheidender Bedeutung und Voraussetzung fur verschiedene Anwendungen der Robotik, wie z.B. Navigation oder Kollisionsvermeidung fur fahrerlose Transportsysteme (FTS). In dieser Arbeit wird ein Verfahren zur Lokalisierung mittels Landmarken vorgestellt, die eine Orientierung bezuglich einer Karte ermoglichen. Dabei werden der Erweiterte- Kalman-Filter und der Partikel-Filter fur diese Aufgabe untersucht und verglichen. Ein Schwerpunkt dieser Betrachtungen stellt dabei der Partikel-Filter dar. Die besondere Problematik der Initialisierung wird ausfuhrlich fur beide Filter dargestellt. Simulationen und Versuche zeigen, dass sich der Partikel-Filter fur eine robuste Lokalisierung der Fahrzeugposition verwenden lasst. Im Vergleich dazu kann der Erweiterte-Kalman-Filter nur im begrenzten Maße eingesetzt werden. / The localization of vehicles is of vital importance in the field of driver assistance systems and a requirement of different applications for robotics, i.e. navigation or collision avoidance for automatic guided vehicle systems. In this thesis an approach for localization by means of landmarks is introduced, which enables an orientation regarding a map. The extended Kalman filter and the particle filter are analyzed and compared. The main focus for this consideration is on the particle filter. The problematic for initialization is discussed in detail for both filters. Simulations and tests prove that the particle filter is suitable for robust localization of the vehicle position. Compared to this, the extended Kalman filter can only be used to a certain extend.