Im führerlosen Bus: Roboter soll in Lauenburg die Post austragen

Die Stadt Lauenburg in Schleswig-Holstein hat einen neuen Star: „Laura“. Vom Frühjahr an soll Lauenburgs automatisierte Roboteranlieferung (LAURA) die Behördenpost der Stadt auf die einzelnen Dienststellen und das Elbschifffahrtsmuseum verteilen. Am Donnerstag war der Prototyp des Roboters erstmals in der Elbstadt und hat erste Fahrversuche auf dem historischen Kopfsteinpflaster unternommen. Die Aufgabe: Das soll Laura in Lauenburg machen: Der Transportroboter soll mit dem Tabula-Shuttle die Behördenpost der Stadt Lauenburg zum Posteinlagerungszentrum fahren, dort aus dem Shuttle „aussteigen“ und die Post abholen. Anschließend fährt er mit der Post im Tabula-Shuttle zum Rathaus am Schlossplatz und gibt die Briefe dort ab. Im Rathaus werden die Briefe nach den einzelnen Außenstellen sortiert und wiederum von Laura, diesmal allerdings in Solofahrten ohne Shuttle, zu den einzelnen Amtsgebäuden rund um den Schlossplatz gebracht. Sofern Post auch für das Elbschifffahrtsmuseum anfällt, steigt „Laura“ erneut in das Tabula-Shuttle und lässt sich in die Unterstadt fahren. Dort wird der Roboter das Shuttle verlassen und die letzten Meter zum Museum alleine zurückgelegt. So ist „Laura“ aufgebaut: „Laura“ baut auf einer 17 Kilogramm schweren Clearpath Roboterbasis, dem Jackal, auf. Die Einheit mit einer Grundfläche von 50,8 mal 43 Zentimetern kann eine Nutzlast von bis zu 20 Kilogramm transportieren. Zu dieser Nutzlast gehören allerdings auch der Aufbau mit der Hülle, die Steuerungstechnik und die Sensoren. Im Jackal integriert sind neben dem Motor und dem Akkupack mit einer geschätzten Laufzeit von sechs Stunden ein Onbord-Computer zur Steuerung, ein Kreiselstabilisator und Beschleunigungssensor sowie ein GNSS-Modul zur Satellitenlokalisierung. Der Roboter hat eine Höchstgeschwindigkeit von sechs Kilometern pro Stunde, das Tabula-Shuttle fährt maximal 16 Stundenkilometer schnell. So funktioniert Transportroboter „Laura“: Zum Transport von Waren, in der Projektphase vorerst Briefe an die einzelnen Behörden der Stadt Lauenburg, hat Laura einen Stellplatz für einen 40 mal 30 Zentimeter großen und 22 Zentimeter hohen Euronorm-Behälter. So kann ein voller Behälter auch einfach gegen einen leeren getauscht werden. Der Zugang zum Transportbehälter wird über eine App gesichert. Das ist der Unterschied zwischen Tabula und „Laura“: Der fahrerlose Shuttle Tabula transportiert Menschen, der Transportroboter „Laura“ hingegen Waren – so weit, so klar. Allerdings gibt es bei der Orientierung einen wesentlichen Unterschied. Weil sich der automatisierte Bus auf einer Art digitalen Schiene bewegt, die vorher eingemessen wurde, wird seine Bewegungsform nicht als autonom, sondern „nur“ als automatisiert bezeichnet. Auch Laura fährt „nur“ automatisiert, allerdings darf sie sich in einem vorher festgelegten Korridor frei bewegen. Dabei muss sie auch mit unbekannten und sich bewegenden Hindernisse klarkommen, ihnen ausweichen und alternative Routen suchen. „Das ist ähnlich wie ein Staubsauergerroboter im Haushalt, nur dass dieser eine bekannte relativ gleichbleibende Umgebung hat und sich nicht wie ,Laura’ im öffentlichen Raum mit all den Herausforderungen bewegt“, sagt Projektkoordinator Matthias Grote. Die Sensortechnik: Damit „Laura“ ihr weiteres Umfeld erkennt und auch den Tabula-Shuttle findet, ist der Roboter an Front und Heck jeweils mit einer Kamera des Typs Stereolabs ZED 2 Stereo ausgestattet. Die jeweils rund 500 Euro teuren passiven Stereo-Kameras ermöglichen durch ihr räumliches Sehen auch eine Entfernungsberechnung. Zum Scannen und Erkennen der Umgebung ist Laura außerdem mit einem 16-lagigen 3D-Laserscanner Velodyne VLP-16 LiDAR aus dem Silicon Valley ausgestattet. Kosten: 3000 bis 4000 Euro. Für die Nahfelderkundung und das Identifizieren von Hindernissen in unmittelbarer Nähe ist Laura an allen vier Seiten mit aktiven Stereo-Kameras Intel RealSense Tiefenkameras ausgestattet. Die BMI055 Inertial Measurement Unit (IMU) ist besonders für eine bessere Tiefenanalyse entwickelt, insbesondere wenn sich die Kamera bewegt wie bei für SLAM- und Tracking-Anwendungen. Hinzu kommen insgesamt vier Ultraschall-Abtandssensoren JSN-SR04T. Die Sensoren haben eine Reichweite zwischen zwei Zentimetern und etwa vier Metern. Die Programmierung: Die Sensoren sind die eine Sache. Damit sich Laura aber tatsächlich automatisiert bewegen kann, muss das Gefährt mit einer speziell entwickelten und programmierten Software ausgestattet werden. Dafür ist eine der drei Recheneinheiten unter der „Haube“ von Laura vorgesehen. Neben der im Jackal integrierten Motorsteuerung haben die Forscher ihren Prototypen mit einem lüfterlosen Industrie-PC Pokini I v3 ausgestattet. So fährt Tabula durch die Altstadt von Lauenburg: Hinzu kommt ein 100 mal 87 Millimeter großer Jetson AGX Xavier aus dem Hause NVIDIA, der speziell für mobile Logistikanwendungen entwickelt ist. Außerdem ist ein Arduino Mikrocontroller-Board verbaut. Die Transportmöglichkeiten: Das Jackal ist auf eine Zuladung von bis zu 20 Kilogramm ausgelegt. Die Forscher gehen davon aus, dass abzüglich des Eigengewichtes des Aufbaus, ergänzender Komponenten sowie möglicherweise leistungsfähigerer und damit schwererer Akkus am Ende eine Zuladung von vier Kilogramm möglich ist. Grundsätzlich stünden auch größere Transportroboter mit einer möglichen größeren Zuladung zur Verfügung. Diese würde dann aber nicht mehr zusätzlich zu den Passagieren ins Tabula-Shuttle passen. Eine Herausforderung ist nicht nur das Gewicht der Ladung, sondern auch die Verteilung. Je höher der Schwerpunkt der Ladung ist, desto instabiler wird auch die Fahrweise von „Laura“. Diese leichten Kippbewegungen, besonders verstärkt auf dem Kopfsteinpflaster, können Auswirkungen auf die Arbeit und Genauigkeit der Sensoren haben. Nach StVO wie ein Auto behandelt: Da der Transportroboter ein selbstfahrendes Gefährt ist und sich im öffentlichen Straßenbereich bewegen soll, wird er nach der Straßenzulassungsverordnung StVO wie ein Kraftfahrzeug behandelt. „Laura“ braucht also unter anderem eine Beleuchtung und unabhängige Bremssysteme. Dazu sollen auch neue Motoren mit Failsafe-Bremsen eingebaut werden. Insgesamt werden sich allein die Kosten für die Bauteile des später fertigen Roboters auf geschätzt 30 000 Euro belaufen. „Die maßgeblichen Kosten ergeben sich natürlich durch Personalkosten für Prüfungen, Konfigurationen und die Entwicklung der Software zur Fusion der unzähligen Sensordaten“, sagt Projektkoordinator Grote. Schrittweise ans Ziel: Das Projekt soll im Januar in Lauenburg starten. Begonnen werden soll mit der Postauslieferung im Frühjahr zunächst an einem Tag. Am Ende soll „Laura“ von Dienstag bis Freitag täglich die Post ausfahren. Kalkuliert wird einem täglichen Transportaufkommen von etwa 100 Briefen. Aufgrund fehlender Fahrstühle muss die Post in den Gebäuden selbst allerdings noch per Hand verteilt werden. Außerdem wird der Forschungsroboter immer von einer Begleitperson eskortiert. Bevor Laura ihren Dienst antritt, verpassen Designer dem Roboter unter anderem auch noch eine schnee- und regensichere Hülle. Weltkongress ist das große Ziel: Im Oktober 2021 kommen Experten aus aller Welt zum Mobilitäts-Weltkongress ITS World Congress in Hamburg zusammen. Tabula und TabulaLog gehören dabei zu den Top 5 der 20 ausgewählten Ankerprojekte. „Wir hoffen, dann zahlreiche Experten hier in Lauenburg begrüßen zu können“, sagt Koordinator Grote. Der Kongress dauert vom 11. bis zum 15. Oktober. Von Holger Marohn/LN