Mobility 2/2025

KOMPENSIERTE

KOMPENSIERTE NEIGUNGSDATEN 6DOF-SENSOREN: PRÄZISE BEWEGUNGS- ERFASSUNG IM EXTREMBEREICH In der Welt mobiler Maschinen und automatisierter Systeme ist die präzise Erfassung von Bewegungen entscheidend. Dies gilt insbesondere bei rauen Umgebungsbedingungen wie Vibrationen, Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit, Staub oder Schmutz. Inertiale Messeinheiten bieten hierfür eine leistungsstarke Lösung. Aufgrund der integrierten mikro-elektromechanischen Systeme (MEMS) messen die inertialen Messeinheiten (IMU) die Beschleunigung in alle drei Raumrichtungen sowie die Drehrate um sämtliche drei Raumachsen. Über die nachgelagerten Auswertungen werden die Rohdaten zur Ermittlung weiterer bewegungsrelevanter Größen kombiniert. In industriellen und logistischen Anwendungen bilden moderne IMUs die Grundlage für mehr Effizienz, Sicherheit und Automatisierung. In der modernen Intralogistik zeichnet sich ein klarer Trend zu fahrerlosen Transportsystemen (FTS) und einer konsequenten Effizienzsteigerung ab. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, ist ein exaktes Monitoring von Bewegungs- und Steuerungsprozessen unerlässlich. Dazu dient vor allem der Einsatz moderner Sensortechnologie. VALIDE DATEN SELBST BEI STARKEN VIBRATIONEN Eine applikationsspezifische Herausforderung stellt dabei die Neigungsmessung an Gabelstaplern dar. Diese Fahrzeuge sind konstruktionsbedingt nur geringfügig gedämpft, wodurch Vibrationen und Stöße nahezu ungehindert auf das Chassis übertragen werden. Herkömmliche, statische Neigungssensoren stoßen hier an ihre Grenzen. Der 6DoF-Sensor von Pulsotronic stellt in diesem Zusammenhang eine robuste Lösung dar. Durch die Verknüpfung von Beschleunigungssensoren und Gyroskopen sowie die Anwendung eines eingebauten Sensorfusionsalgorithmus lassen sich äußere Beschleunigungen durch Gyrodaten kompensieren. Daher stellt 32 MOBILITY 2025/02

MOBILE SENSORIK 01 02 dungen wie autonome Fahrzeuge, Robotik oder Baumaschinen bedeutet das mehr Kontrolle, höhere Sicherheit und bessere Systemeffizienz. Bewegungen können nicht nur erkannt, sondern ebenfalls präzise gesteuert werden. 01 Robust gegenüber dynamischen Einflüssen aufgrund der vibrationsunempfindlichen Sensortechnologie 02 Sechs Freiheitsgrade umfassen drei translationale sowie drei rotatorische Bewegungen - besonders vorteilshaft in dynamischen Anwendungen der Sensor selbst unter starken Vibrationen und dynamischen Bewegungen valide Neigungsdaten bereit - ein wesentlicher Vorteil in mobilen Anwendungen. Konkret wird der Sensor beispielsweise bei der Neigungsmessung des Schubmasts verwendet. Diese Information ist besonders beim Anfahren von Paletten wichtig, um sicherzustellen, dass sich der Gabelträger in der korrekten Position befindet. Gerade in fahrerlosen Systemen oder bei anspruchsvollen Fahrsituationen mit klassischen Gabelstaplern trägt der 6DoF-Sensor mit seinen kompensierten Neigungsdaten erheblich zur Erhöhung von Effizienz und Sicherheit bei. VOLLSTÄNDIGES BILD VON LAGE UND DYNAMIK Die Bezeichnung 6DoF steht für „Six Degrees of Freedom“ - sechs Freiheitsgrade, in denen sich ein Objekt im Raum bewegen kann. Diese umfassen drei translationale Bewegungen (vor/zurück, seitwärts, auf/ab) sowie drei rotatorische Bewegungen (Rollen, Nicken, Gieren). Ein Sensor, der derartige Bewegungen erfassen kann, liefert ein vollständiges Bild der Lage und Dynamik eines Objekts im Raum. Das erweist sich speziell in dynamischen Anwendungen als vorteilhaft, bei denen sowohl Lageveränderungen ebenso wie Rotationen gleichzeitig auftreten. Für Anwen- EINFACHE INTEGRATION IN BESTEHENDE SYSTEME Ein Merkmal der 6DoF-Sensoren ist ihre Fähigkeit, drei zentrale Größen parallel aufzunehmen: Beschleunigung, Drehrate und kompensierte Neigung. Die simultane Datenerfassung ermöglicht eine umfassende Analyse der Bewegungsdynamik in Echtzeit. Das eröffnet einen wesentlichen Vorteil in Anwendungen, in denen schnelle Reaktionen und exakte Steuerung gefragt sind. Die Sensoren stellen dabei sowohl Rohdaten als auch verarbeitete Werte zur Verfügung. Zu den Rohdaten zählen die linearen Beschleunigungen entlang der X-, Y- und Z-Achse sowie die Drehraten um die drei Raumachsen. Diese Daten bilden die Grundlage für eine interne Sensorfusion, bei der mathematische Algorithmen die verschiedenen Messgrößen miteinander kombinieren. Das Ergebnis ist eine genaue Berechnung der kompensierten Neigung, ergänzt durch weitere bewegungsrelevante Parameter. Ein besonderer Vorteil für Anwender besteht in der Flexibilität der Datenausgabe: Je nach Bedarf können entweder die Rohdaten, die verarbeiteten Werte oder beides gleichzeitig bereitgestellt werden. Das erlaubt eine einfache Integration in bestehende Systeme sowie eine individuelle Anpassung an unterschiedliche Applikationen. Die parallele Lieferung der Messgrößen reduziert nicht nur den Einbindungsaufwand, sondern steigert ebenfalls die Systemeffizienz, da keine zusätzlichen Sensoren oder komplexe Datenfusion auf Systemebene erforderlich sind. Die interne Sensorfusion sorgt zudem für eine stabile und zuverlässige Datenausgabe selbst unter starken Vibrationen oder wechselnden Umgebungsbedingungen. Im Vergleich zu herkömmlichen statischen Neigungssensoren, bei denen äußere Beschleunigungen und Vibrationen zu verfälschten Messwerten führen können, bietet der 6DoF-Sensor eine robuste Lösung: Störgrößen werden aktiv ausgeglichen, sodass präzise Neigungsinformationen auch in dynamischen Umgebungen verfügbar bleiben. Als Beispiel sei die Neigung einer Baggerschaufel genannt. Die für die Berechnung der Neigung genutzte Fallbeschleunigung wird durch die Beschleunigung des Baggers überlagert und damit verfälscht. Aufgrund ausgefeilter Algorithmik können 6DoF- Sensoren diese Überlagerung kompensieren. MOBILITY 2025/02 33