Met zware voertuigen is zelfrijdend rijden ouderwets

Autonome technologie goed ingeburgerd in mijnbouw, landbouw

De grootste focus van de auto-industrie ligt momenteel op zelfrijdende auto's. Gevestigde autofabrikanten en technologiebedrijven zoals Apple Inc. en Google van Alphabet Inc. werken aan de ontwikkeling van auto's en lichte vrachtwagens die menselijke bestuurders helpen of zichzelf begeleiden.

Fabrikanten van zware voertuigen hebben dat al bereikt. Caterpillar Inc. (Peoria, IL), met de hulp van Carnegie Mellon's National Robotics Engineering Center (Pittsburgh), brengt autonome vrachtwagens op de markt voor mijnbouw en andere toepassingen. John Deere (Moline, IL) van Deere &Co. was een vroege ontwikkelaar van autonome voertuigen, in dit geval tractoren en andere landbouwvoertuigen. In de loop der jaren heeft het hulp gekregen van NASA.

De katalysator voor dergelijke producten was de noodzaak om de kosten te verlagen en de productiviteit te verhogen. Zelfrijdende mijnbouwtrucks werken bijvoorbeeld langer omdat ze geen chauffeur hebben. Autonome tractoren kunnen nauwkeuriger zaaien en kunstmest verspreiden, waardoor geld wordt bespaard door overlapping te verminderen of te elimineren.

Dergelijke voertuigen rijden ook op aangewezen off-highway routes bij mijnen en velden. Dat is eenvoudiger dan auto's die zelf navigeren op de openbare weg.

"De toepassing [landbouw- en mijnbouwvoertuigen] is zeker meer beperkt, hoewel het nog steeds erg complex is", zegt Herman Herman, directeur van het National Robotics Engineering Center, onderdeel van Carnegie Mellons Robotics Institute. Het centrum heeft met zowel Caterpillar als Deere gewerkt.

Recente technologische ontwikkelingen hebben de verdere ontwikkeling van zelfrijdende terreinwagens versneld, zei Herman.

"Vanuit de hardwarekant zijn er veel nieuwe sensoren die niet alleen beter in staat zijn, maar ook goedkoper zijn, waardoor een geheel nieuwe reeks toepassingen mogelijk is", zei hij in een e-mailgesprek. "Van de softwarekant zijn er veel vorderingen gemaakt in AI-algoritmen [kunstmatige intelligentie] die ook veel betere mogelijkheden mogelijk maken."

Bovendien zei Herman:"Terwijl we meer robots ontwerpen en bouwen, is er veel beter begrip ontstaan ​​van het systeemengineeringperspectief van wat er nodig is om autonome systemen te bouwen, zoals de zelfrijdende vrachtwagen.”

Mijnbouwactiviteiten automatiseren

Zelfrijdende zware voertuigen gaan meer dan een kwart eeuw terug. Caterpillar en Carnegie Mellon begonnen in de jaren tachtig samen te werken aan manieren om mijnbouwapparatuur te automatiseren.

Aan het eind van de jaren negentig werkten de twee partners samen op een robotgraafmachine voor het automatisch laden van vrachtwagens. Dat systeem gebruikte scanning range finders om de te laden vrachtwagen te herkennen en obstakels in het werkgebied te detecteren.

"We hebben een autonoom laadsysteem voor graafmachines gedemonstreerd dat in staat is om vrachtwagens met zacht materiaal te laden met de snelheid van deskundige menselijke operators", aldus het robotica-instituut in een gepubliceerd technisch artikel. in 1998. "Het systeem past zowel zijn graaf- als stortplannen aan op basis van de zetting van de grond zoals gedetecteerd door zijn sensoren." Herman maakte deel uit van het team dat aan het project werkte.

In de jaren 2000 werkten Carnegie Mellon en Caterpillar samen aan de Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) competities voor autonome voertuigen. Daarna werkte het duo samen aan Autonomous Haulage Solutions (AHS), of zelfrijdende mijnbouwtrucks zoals de Cat 793F.

Caterpillar begon in 2011 met drie autonome mijnbouwtrucks voor testen en valideren, volgens achtergrondmateriaal geleverd door de fabrikant van zwaar materieel. Twee jaar later zette Caterpillar commercieel zes autonome vrachtwagens in. Tegen het einde van dit jaar verwacht de fabrikant van zwaar materieel dat 100 van dergelijke vrachtwagens op drie continenten zullen rijden.

De vrachtwagens hebben geen menselijke operators. Ze hebben routes ontworpen, maar kunnen alternatieve routes selecteren om hun toegewezen bestemmingen te bereiken. Ze worden ingezet op afgelegen mijnsites en staan ​​onder toezicht van een centraal controlesysteem dat wordt bemand door menselijke supervisors. Sensoren en aanverwante technologie stellen vrachtwagens in staat om andere voertuigen en mijnwerkers te ontwijken. De vrachtwagens stoppen als een object of voertuig in de weg staat. Ze leveren ook diagnostische gegevens en waarschuwen het controlecentrum als er reparaties nodig zijn.

Caterpillar blijft "actief samenwerken" met het Carnegie Mellon roboticacentrum, zei Joe Forcash, engineering supervisor bij het Pittsburgh Automation Center van het bedrijf in een e-mail.

"Er zit veel complexiteit en technologie in deze oplossing", zei Herman.

Beneden op de boerderij

Boerderijvelden zijn ook de locatie van zelfrijdende voertuigen, waaronder tractoren en maaidorsers. De voertuigen van John Deere zijn niet volledig autonoom. Er zijn nog steeds operators aan boord. Ze rijden de eerste gebogen rij en leren die in feite aan het geleidingssysteem van de tractor. Daarna doet het systeem het grootste deel van het rijden en kan de machinist zijn handen van het stuur halen.

Deere bekeek zelfrijdende technologie als een manier voor klanten om kosten te verlagen en apparatuur langer te laten werken.

"Stel je voor dat je op een snelweg rijdt en je band op de witte lijn moet houden", zegt Terry Pickett, manager geavanceerde engineering voor John Deere Integrated Solutions. "Elke keer dat je van de witte lijn afging, kostte het je $ 3. Je zou bijna in de gaten worden gehouden.

"We zijn in 1996 echt een gericht pad ingeslagen", vervolgde Pickett. "We werkten samen met Stanford University aan GPS-gebaseerde begeleiding." Eind jaren negentig werkte het bedrijf nauw samen met Stanford aan een geavanceerd GPS-gebaseerd geleidingssysteem en een Deere-systeem dat ontworpen was voor robuustheid en kosteneffectiviteit, zei Pickett:"We probeerden op dat moment te beslissen hoe nauwkeurig we moesten zijn om operaties in het veld uit te voeren.”

In het begin van de jaren 2000 introduceerde Deere zijn eerste AutoTrac-systeem. Het doel was destijds om een ​​nauwkeurigheid te hebben binnen 40 centimeter "en we kwamen binnen op 25", zei Pickett.

Ook in deze periode heeft Deere een overeenkomst gesloten met NASA's Jet Propulsion Laboratory over GPS-ontvangers.

In 2004 heeft Deere zijn StarFire GPS-ontvangers aangepast, waardoor ze gebruik kunnen maken van NASA's grondstationnetwerk en NASA-software kunnen gebruiken voor het corrigeren van GPS-signalen. De licentie van het bedrijf bij NASA eindigde in 2015 nadat Deere zijn eigen systeem had ontwikkeld.

Het NASA-pact "bracht ons drie of vier jaar eerder op de markt", zei Pickett. "Het stelde ons in staat om een ​​meer gericht en dieper denkproces te doen", terwijl we zijn eigen systeem ontwikkelden, zei hij.

"Het bracht ons van een systeem van 25 centimeter [nauwkeurigheid] naar een systeem van 7 of 8 centimeter", zei hij. "Nu is het 3 centimeter nauwkeurig."

Naast het assisteren van operators, helpen Deere-systemen de werktuigen te begeleiden voor het bewerken, planten en bemesten. Deere-systemen helpen een tractor en werktuig om hetzelfde precieze pad te volgen. Een tractor die een graankar trekt, kan bijvoorbeeld op de juiste plek komen om graan uit een maaidorser te laden.

Deere heeft prototypes gebouwd voor volledig zelfrijdende landbouwvoertuigen, maar verwacht niet dat dergelijke voertuigen binnenkort zullen worden ingezet, zei Pickett. "Het is niet zozeer de technologie zelf", zei hij. "Zo doe je het hele werk."

Zelfrijdende prototypes

Andere bedrijven kijken naar volledig zelfrijdende tractoren. CNH Industrial (Londen), dat landbouwmachines verkoopt onder de merken Case en New Holland, en Autonomous Solutions Inc. (Logan, UT), onthulden vorig jaar twee prototypes op de 2016 Farm Progress Show in Boone, IA.

“Landbouwmachines kunnen momenteel niet zonder bestuurder werken ”, zegt Matt Nielsen, marketingdirecteur voor Autonomous Solutions, de technologiepartner van CNH. "Er zijn enkele technologieën die helpen bij het nemen van bochten, maar niets is echt driverless."

Tegelijkertijd:"Dat is de richting waarin het gaat", zei hij. “Het is heel gemakkelijk om enthousiast te worden over deze technologie. Het is een prachtige sprong. Maar er is nog veel meer te doen.”

De prototypes zijn uitgerust met camera's, radar en LIDAR, die lasers gebruikt om objecten te detecteren. "Dat is wat het voertuig zijn ogen geeft", zei Nielsen. Operators kunnen routes programmeren en het voertuig monitoren met een laptop of tablet. “We hebben nog geen smartphonemogelijkheden; dat zal in de toekomst zijn', zei hij.

Technologie voor de prototypes van zelfrijdende tractoren is geholpen door ontwikkelingswerk voor autonome auto's, waardoor de kosten van sensoren zijn gedaald, zei Nielsen.

"We zijn de GM's, Fords en Google's van de wereld erg dankbaar", zei hij. "De hoeveelheden geld die in de technologie zijn gestopt, hebben ons zeker geholpen."

Het is niet bekend wanneer volledig zelfrijdende tractoren commercieel zullen worden ingezet. Net als bij autonome auto's, zullen er waarschijnlijk juridische aansprakelijkheidsproblemen zijn om op te lossen. En er is de kwestie van de kosten.

"Technologie in zijn jonge staat is erg duur", zei hij. "Early adopters zullen uw grootschalige boerderijen zijn."

Halfparkeren met zelf parkeren

Een ander gebied voor zelfrijdende zware voertuigen ligt vlak bij de snelweg, bij laadperrons en andere voorzieningen.

Eaton Corp. (Dublin, Ierland), een energiebeheerbedrijf, ontwikkelt zelfparkeersystemen voor zware commerciële vrachtwagens. Het bedrijf noemt het Advanced Driver Assist System (ADAS).

Er zijn twee vormen van ADAS. Met Dock Assist rijdt een chauffeur een vrachtwagen zo dicht mogelijk bij een laadperron. De bestuurder zet vervolgens de bedrijfsrem aan en stopt het rijdende voertuig. Een schakelaar op het apparaat wordt omgedraaid en de vrachtwagen begint langzaam achteruit te rijden. Dock Assist schakelt de transmissiebediening in.

De transmissie detecteert het dock op basis van het toegepaste koppel terwijl u tegen het dok duwt. De vrachtwagen stopt en wordt geparkeerd. Dock Assist staat bekend als een "Niveau 2"-systeem en kan niet worden bediend zonder iemand op de bestuurdersstoel.

Autonoom zelf docken is uitgebreider. Het bevat GPS en vindt het dok waar de vrachtwagen moet parkeren. Het systeem stuurt commando's naar de transmissie, die de snelheid aanpast en de koppeling bedient. Het systeem bedient het stuur zonder dat de bestuurder het aanraakt.

"We hebben geen vaste lanceringsdatum", zegt Chris Nielsen, global product strategy manager voor Eaton's commerciële aandrijflijngroep. "Het is veilig om te zeggen dat je binnen een paar jaar wat technologie van ons zult zien om een ​​vrachtwagen te helpen dokken."

Het aansturen van de ontwikkeling kost geld. Vrachtwagens raken vaak beschadigd bij het aanmeren. "Je kunt schade toebrengen aan koppelingen, infrastructuur en trailers", zei hij. Ook:“Een van de grootste uitdagingen waar we in de hele sector mee te maken hebben, zijn chauffeurs. Er is een groot tekort daarbuiten.

"We spelen er nu al drie tot vier jaar mee om te ontwikkelen wat we hebben", vervolgde Nielsen. “Het is een beetje wachten tot de industrie haar achterstand inhaalt. Nu de belangstelling stijgt, beginnen we onze inspanningen op te voeren.”

Het zijn niet alleen zware voertuigen die autonoom rijden in industriële omgevingen. Seegrid (Coraopolis, PA) introduceert zijn GP8 Series 6 zelfrijdende pallettruck voor het laden en lossen van pallets. Hij is zo groot als een vorkheftruck en gebruikt vijf sets videocamera's.

Herman Herman van Carnegie Mellon verwacht dat autonome rijsystemen sneller gaan rijden in terreinomgevingen.

"Ik verwacht dat de adoptie van zelfrijdende technologie in veel industriële toepassingen zal toenemen voordat het wijdverbreid is in consumenten-/publiek gebruik," zei hij. "We zouden graag soortgelijke oplossingen ontwikkelen voor andere industrieën."