Vorteile von 5G in der mobilen Robotik

Um der wachsenden Flexibilität verschiedener Produktionsprozesse gerecht zu werden, wird die Intralogistik zunehmend automatisiert, z. B. durch mobile Manipulationsroboter, die Material transportieren oder Montageaufgaben übernehmen. Der neue Mobilfunkstandard 5G ermöglicht dabei die Auslagerung von rechenintensiven Verarbeitungsprozessen, wie beispielsweise die KI-basierten Bildanalyse oder Fahrroutenberechnung eines mobilen Roboters, um somit sowohl eine effiziente Übertragung und Verarbeitung der Daten zu gewährleisten als auch wertvolle Energieressourcen zu sparen.

Der Lehrstuhl für Software Engineering der Universität Duisburg-Essen hat in Kooperation mit dem Lehrstuhl für Produktionssysteme der Ruhr Universität Bochum und der Comnovo GmbH die Vorteile von 5G in der mobilen Robotik untersucht. Dabei wurde ein mobiler Roboter verwendet, der sich innerhalb einer Produktionsumgebung millimetergenau referenzieren und anschließend positionieren soll. Der Roboter übermittelt dafür Bilder von seiner aktuellen Position und sendet diese mittels 5G an einen Edge Server innerhalb des Netzwerks. Die Referenzierung des Roboters erfolgt durch ArUco-Marker, die in verschiedenen Standorten innerhalb der Produktionshalle angebracht wurden. Enthält das vom Roboter übermittelte Bildmaterial einen solchen Marker, wird dieser von der Anwendungen auf dem Edge Server zunächst detektiert und auf verschiedene Parameter, wie beispielsweise Entfernung, und Ausrichtung, untersucht. Anschließend berechnet die Anwendung die Informationen zur Positionskorrektur und übermittelt die daraus resultierenden Positionsbefehle, wonach sich der Roboter innerhalb der Produktionsumgebung millimetergenau ausrichtet.

In diesem Zusammenhang wurden zudem verschiedene Bereitstellungskonfigurationen der Anwendung untersucht. Im Rahmen eines Experimentes wurde die Anwendung auf einem Edge Server innerhalb des 5G-Netzwerkes und verschiedener global verteilten Cloud Server bereitgestellt. Ziel dabei war, die Messung der Übertragungszeiten für die Übermittlung des Bildmaterials und der Positionsbefehle und somit auch die Anzahl der möglichen Referenzierungsanfragen für einen bestimmten Zeitraum. Die Anzahl der Anfragen für einen bestimmten Zeitraum ist für verschiedene Produktionsprozesse ein wichtiger Faktor, da Verzögerungen aufgrund von geringer Übertragungs- oder Verarbeitungszeiten typischerweise den gesamten Prozess beeinträchtigen. Die Messungen ergaben, dass durch den Einsatz von Edge Computing im Vergleich zu einer Bereitstellung der Anwendung in der Cloud im Durchschnitt täglich über 50 % mehr Anfragen gestellt werden können.