07/04/2023
Door Ad Spijkers
5G is veelbelovend maar is het goed genoeg voor betrouwbare datacommunicatie met mobiele robotica?
Een toenemend tekort aan geschoolde arbeidskrachten en de wens om op lange termijn kosten te besparen, zijn de belangrijkste drijfveren die de digitalisering en automatisering van de industriële productie versnellen. Om flexibele oplossingen te kunnen implementeren, is real-time draadloze communicatie vereist, zoals beloofd door de 5G-standaard voor mobiele communicatie. Alleen zo kunnen grote hoeveelheden gegevens en veiligheidsrelevante informatie snel heen en weer stromen en kunnen processtappen in de vereiste cyclus plaatsvinden.
Maar hoe betrouwbaar en stabiel is de technologie in specifieke toepassingen die te maken hebben met de automatisering van industriële productie en precisielandbouw? De Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) werkt onder meer aan twee projecten die daar inzicht in moeten geven: (gedeeltelijk) autonome robots voor intralogistiek en landbouw.
Vervoer per robot
Mobiele robots zijn bedoeld om het transport van goederen binnen of op een locatie, zoals een bedrijfs- of universiteitscampus, te automatiseren. Hiervoor gebruiken de onderzoekers twee voertuigtypes: tot 75 kg laadvermogen en tot 10 kg laadvermogen.
De leveringsopdrachten kunnen automatisch worden aangemaakt of met een druk op de knop in een controlestation worden geactiveerd. Zodra de bestelling is gestart, rijdt de robot (deels) autonoom naar het overslagpunt, haalt de levering op en brengt deze naar de bestemming.
Op een monitorwand in de meldkamer is het gehele wagenpark te volgen. Behalve camerabeelden zijn daar alle sensorgegevens, informatie over de reistijd, de huidige locatie en de pakketinhoud te bekijken. Dit werkt alleen met de hoge datasnelheden van 5G-technologie, omdat elke individuele robot een hoge uploadbandbreedte nodig heeft. Eventuele problemen of onbekende situaties meldt hij aan de meldkamer. Van waaruit neemt een operator via het 5G-netwerk de besturing over, want volledig autonoom rijden in een veeleisende reële omgeving is nog niet mogelijk.
Komende releases moeten de prestaties van mobiele 5G-netwerken verder verbeteren. Dan moeten wel steeds meer computerbronnen worden uitbesteed van de robot naar een edge-cloud om de complexiteit van de voertuigen, hun gewicht en energieverbruik te verminderen. (Deels) autonome transportvoertuigen worden dan interessanter voor industriële klanten, aangezien ook de aanschafprijs daalt en langere bedrijfstijden mogelijk zijn.
Gewasbescherming
Ook de landbouw biedt veelbelovende toepassingsmogelijkheden voor snelle mobiele communicatie, met name in de precisielandbouw. Daarbij kunt u denken aan efficiënt gebruik van hulpbronnen en bescherming van het milieu. Zo zouden in de toekomst bijvoorbeeld geen gebiedsdekkende methoden voor bemesting, gewasbescherming of irrigatie nodig zijn, maar nauwkeurige selectieve methoden.
De onderzoekers in Kaiserslautern maken gebruik van een autonoom systeem dat met behulp van drones onkruid lokaliseert (dock). Vervolgens wordt het onkruid met behulp van een veldrobot bestreden met een minimale hoeveelheid bestrijdingsmiddelen. De drone levert in eerste instantie beelden van het te bewerken gebied tot aan een randwolk, waar de positie van het onkruid wordt bepaald. Deze uitbesteding bespaart energie en gewicht op de drone en vergroot zo de looptijd enorm.
De veldrobot gebruikt de verwerkte data vervolgens voor zijn werk. Hij rijdt zelfstandig het meest efficiënte pad op het veld tussen de gedetecteerde onkruidposities en registreert ook het onkruid met een camera om het meegevoerde bestrijdingsmiddel nauwkeurig toe te dienen. Vervolgens zet hij de doppen aan op de spuitboom, die aan de voorzijde is gemonteerd en is aangesloten op de tank.
Ook hier is de robot verbonden met de centrale meldkamer, waardoor toegang op afstand mogelijk is in geval van een probleem of een onbekende situatie. Omdat de vaak fragmentarische netwerkdekking een uitdaging is in landelijke gebieden, wordt voor deze toepassing een mobiel 5G-netwerk gebruikt.
Vervolg
In deze projecten hoopt het onderzoeksteam dat de komende 5G-releases meer potentieel zullen ontketenen en zo eindelijk de haalbaarheid van de toepassing zullen bewijzen. Momenteel is de gewenste real-time communicatie nog niet gerealiseerd. Een van de dingen die de onderzoekers van de aangekondigde upgrades verwachten, is een grote vermindering van de latentie, waardoor vertragingen in de gegevensoverdracht worden geminimaliseerd.
Foto: RPTU