SOLUTION 02 / Robotics

Yanmar erleichtert die Arbeit mit dem Auto-Docking-System und dem Roboterboot mit Autonavigation und schafft so eine sichere Zukunft

Forschungs- und Entwicklungszentrum
Durch die Automatisierung des Andockvorgangs, der für die Benutzer schon immer anstrengend war, bietet Yanmar ein sicheres Andocken mit einem Fehlerbereich, der auf nur wenige zehn Zentimeter begrenzt ist. Durch die Ergänzung des Autonavigations-Roboterboots leistet Yanmar nicht nur einen Beitrag zur Schifffahrt, sondern entlastet auch die in der Fischerei und Schifffahrt tätigen Personen, was zu alternativen Arbeitskräften und Arbeitseinsparungen auf See führt.

ISSUE

Eine neue Herausforderung, um die Belastung der Benutzer zu reduzieren und eine Gesellschaft zu schaffen, in der die Menschen beruhigt arbeiten können

Das Marinegeschäft ist eine der Stärken von Yanmar. Wir unterstützen weiterhin Offshore-Mitarbeiter mit einer Vielzahl unserer Produkte und Dienstleistungen, die aus einer neuen Perspektive geboren wurden. Yanmar konzentriert sich auf das Andocken*, das Geschicklichkeit in der Schiffsnavigation erfordert, aber eine große Belastung für die Mitarbeiter darstellt. Yanmar hat die Entwicklung eines „Auto-Docking-Systems“ für reibungsloses und sicheres Andocken ohne lästige Bedienung und eines „Auto-Navigations-Roboterboots“, das automatisch eine sichere Route bestimmt, um die Fahrt auf See zu kontrollieren, in Angriff genommen. Die Entwicklung dieser Systeme wird nicht nur für die Schifffahrt von großem Vorteil sein, sondern auch für den Fischereimarkt, wo die Zahl der Mitarbeiter abnimmt und die Nachfrage nach Aquakulturen steigt, was den Gefahren im Offshore-Bereich zugutekommt. Seit 2017 entwickelt Yanmar diese Systeme mit dem Gedanken, die Belastung der Offshore-Mitarbeiter durch den Ersatz und die Verringerung von Tätigkeiten auf hoher See zu lindern.

Ursprünglich begannen wir mit der Entwicklung dieser Technologie für das übliche Einzelpropeller- und Einzelruderboot, wie man es aus dem Automobilbereich kennt. Im weiteren Verlauf des Projekts wurde klar, dass ein enormer Arbeitsaufwand für die Entwicklung erforderlich war, da die Steuerung des Andockvorgangs für ein Schiff mit einem einzigen Propeller und einem einzigen Ruder schwierig ist. Der Grund dafür war nicht nur die Anfälligkeit für eine stabile Position bei Wind und Wellen, sondern auch die mangelnde Flexibilität für eine direkte Kraftanwendung bei einer seitlichen Bewegung. Mit dem Wunsch, ein neues Produkt so schnell wie möglich auf den Markt zu bringen, gingen wir dazu über, ein Schiff mit zwei Propellern und zwei Rudern zu verwenden, das mit mehreren Antriebseinheiten ausgestattet ist, und beschlossen, die Arbeitsstunden für die Entwicklung zu konsolidieren. Durch die Installation einer Antriebsverteilungsanlage, die das Schiff in jede Richtung bewegen kann, und die Anwendung des dynamischen Positionierungssystems, das wir 2015 entwickelt haben, hat Yanmar schließlich die Basistechnologie für das Auto-Docking- und Auto-Navigations-System fertiggestellt.*Um das Boot an den Pier, das Floß oder das Ufer auf dem Meer anzufahren.

SOLUTION

Yanmar wird die Probleme seiner Kunden lösen und sich weiterhin der Herausforderung stellen, eine zukunftsweisende Gesellschaft zu schaffen und das Leben der Menschen zu bereichern.

Der Schlüssel zur automatischen Schiffssteuerung ist die Fähigkeit, die eigene Position zu ermitteln, um die Position des Schiffes zu lokalisieren. Obwohl bei GNSS, einschließlich GPS, Abweichungen von mehreren Metern auftreten, haben wir uns zum Ziel gesetzt, die Abweichung mit unserem Autodocking-System auf wenige zehn Zentimeter zu beschränken. In der frühen Entwicklungsphase haben wir die Echtzeit-Kinematik (RKT) übernommen, die auch in den Robotertraktoren von Yanmar eingesetzt wird, die im landwirtschaftlichen Bereich aktiv sind. Wir errichteten eine Basisstation auf der Hafenseite und entwickelten das System, das Korrektursignale zur Verbesserung der Genauigkeit ausgibt. Es konnte jedoch nur an einem bestimmten Hafen eingesetzt werden, an dem die Basisstation aufgestellt wurde, und es gab auch ein Sicherheitsproblem, da es keine Sensoren hatte, die seine tatsächliche Umgebung erkennen konnten. Aus diesem Grund wurde das Schiff im nächsten Schritt mit 3D-LIDAR ausgestattet, einem Sensor, der die Umgebung erkennt, und man konzentrierte sich auf die Entwicklung eines Systems, das die eigene Position mit hoher Präzision einschätzt, indem es umliegende Objekte misst.

Dadurch ist es uns gelungen, die Abweichung bei der Positionsbestimmung auch ohne Basisstation auf wenige zehn Zentimeter zu begrenzen. Außerdem wurde es möglich, das Boot anhand der Umgebung automatisch zu steuern, indem man einfach den Ort angibt, an dem es andocken soll. Seit Beginn der Entwicklung konnten wir die Zeit, die für das automatische Andocken benötigt wird, von vier Minuten auf praktische zweieinhalb Minuten reduzieren. Bei der Navigation auf hoher See wird eine grobe, weiträumige Karte mit einem Radar erstellt, um die Navigationsroute festzulegen. Während der Fahrt entlang dieser Route wird die Umgebung mit 3D-LIDAR detailliert erkundet, so dass nahe gelegene Hindernisse erkannt werden können. Darüber hinaus wird 3D-LIDAR verwendet, um eine hochauflösende Karte für die Navigation und das Andocken im engen Raum zu erzeugen. Das Auto-Docking-System wählt eine sichere Route mit geringerem Kollisionsrisiko und führt den Prozess von der Navigation bis zum Andocken automatisch durch. Das erfolgreiche Ergebnis wurde durch die unerschütterliche Entschlossenheit des Entwicklungsteams erzielt, ein System zu schaffen, mit dem die Benutzer sicher navigieren und das Schiff frei und ohne Stress an seiner Position andocken können.

Das 3D-LIDAR des Bugs erfasst präzise die Umgebung.

Für die Festlegung der Navigationsroute wurde eine weiträumige Karte auf dem Meer erstellt.

Für das Innere eines kleinen Hafens oder zum Andocken wurde eine hochauflösende Karte erstellt.

RESULT & FUTURE

Anwendung von Technologie in verschiedenen Bereichen

Entwicklung durch Versuch und Irrtum. Es gibt keine andere Möglichkeit zu prüfen, ob das System sicher und reibungslos funktioniert, als durch Tests in einer realen Umgebung. Die Auswahl einer Testumgebung ist jedoch aufgrund des Mangels an Testfeldern in Japan äußerst schwierig. Durch die Zusammenarbeit mit Yanmar Marina konnten wir die Erlaubnis der lokalen Verwaltung wie Stadt und Präfektur sowie der Fischereibetriebe einschließlich der Anwohner einholen, um eine Testumgebung zu entwerfen und zu bauen, die einen echten Hafen nachbildet. Wir waren in der Lage, eineinhalb Monate lang eine vollständige Evaluierung in einer Modellumgebung durchzuführen und unter verschiedenen Wetterbedingungen wie Regen, Schnee und starkem Wind Testläufe durchzuführen.

Viele unerwartete Probleme traten auf, bevor wir eine solche Auswertung mit einem tatsächlichen Schiff getestet haben. Zum Beispiel war das Erscheinungsbild von Bojen und Flößen bei der Beobachtung durch das Radar in diesem System anders als erwartet. Wir fanden auch heraus, dass die Gefahr besteht, dass sich das Seil zwischen Boje und Anker verfängt, auch wenn Bojen umfahren werden können, und wir wurden uns auch bewusst, dass diese Positionen aufgrund von Wetterveränderungen instabil sind. Durch die Einbeziehung von Umweltinformationen in den Routenplan, die Kombination mehrerer Sensoren zur Verbesserung der Erkennungsrate usw. haben wir ein zuverlässigeres und sichereres Navigationssystem geschaffen. Für weitere Sicherheit arbeiten wir auch an Maßnahmen gegen schlechtes Wetter. In Bezug auf den Wind war es möglich, innerhalb eines Fehlers von 50 cm zu navigieren, während man bei einer Windgeschwindigkeit von 7 m/s fuhr.

Yanmar verfolgt konsequent das Ziel, ein sicheres und hochpräzises System zu errichten. In Zukunft werden wir die Forschung und Entwicklung fortsetzen, um die Technologie in verschiedenen Bereichen anzuwenden.

Andocktest in Yanmar Marina

Ausweichtest für Boje und Floß

INTERVIEWEine nachhaltige Robotik-Technologie zu etablieren, um Wohlstand für Mensch und Natur zu erreichen

Während der Entwicklung des Auto-Docking-Systems haben sich viele Unternehmen und Regierungsbehörden nach dem System erkundigt. Yanmar ist auch in der Lage, von der Grundlagenforschung über die Motoren und den Rumpf bis hin zu den Systemen, der Entwicklung und der Produktion von Schiffen Einheitlichkeit zu bieten. Die Stärke von Yanmar ist, dass wir die Verantwortung für die gesamte Fertigung übernehmen und Anpassungen flexibel handhaben können. Auf diese Weise wird die breite Einführung des Einsatzes von Autonavigations-Roboterbooten und Autodocking-Systemen die Arbeiter in der Fischerei und in der Schifffahrt von den rauen Umgebungen befreien, was zu einer sichereren und ruhigeren Arbeit führt.

Naohito Hara, Verantwortlicher für Steuerungstechnik, sagte: „Diese Entwicklung der Technologie steht erst am Anfang. Derzeit sind diese Systeme nur unter eingeschränkten Bedingungen wirksam, beispielsweise in einem Hafen. Wir möchten Menschen, die in der Aquakulturbranche arbeiten oder an verschiedenen Operationen auf See beteiligt sind, die Technologie zur Verfügung stellen, um eine praktischere Systemumgebung zu bieten.“ Tomoya Fukukawa, verantwortlich für Forschung und Entwicklung der Autonavigation Robotic-Technologie, sagt: „Um echte Sicherheit zu bieten, könnten wir uns bei der Suche nach Technologie dem psychologischen und emotionalen Aspekt des Kunden nähern.“ Yuichiro Dake, verantwortlich für Erkennungstechnologie, sagt: „Wir möchten eine Robotiktechnologie auf den Markt bringen, die auch in der Praxis funktioniert, anstatt sie nur auf den Markt zu bringen.“ Auf diese Weise wird Yanmar die Probleme seiner Kunden lösen und sich weiterhin der Herausforderung stellen, eine zukunftsweisende Gesellschaft zu schaffen und das Leben der Menschen zu bereichern.

SOLUTION 02 Other Solution Technology

Robotertraktor, der die Effizienz und Präzision verbessert und gleichzeitig die Belastung für die Arbeiter auf ein Minimum reduziert.

Fish counting system Reducing burdens on workers for sustainable fisheries.