Durch die Zusammenarbeit der TU Graz und zwei österreichischen Unternehmen konnte das Projekt des Laderobtors realisiert werden.

Bild: TU Graz / Video: TU Graz

Autonomes Laden Mobile Laderoboter in jedem Parkhaus

27.07.2021

Der von der TU Graz und zwei österreichischen Unternehmen entwickelte Prototyp eines mobilen Laderoboter soll zum flächendeckenden Einsatz der E-Mobilität beitragen. Der Roboter findet selbstständig zum geparkten E-Fahrzeug und versorgt es mit Energie.

Es klingt komfortabel: Das E-Fahrzeug meldet den Ladebedarf und ein mobiler Roboter macht sich auf den Weg, das geparkte Auto völlig selbstständig mit Energie zu versorgen. Die Suche nach einer E-Tankstelle und die Sorge nach der verbliebenen Reichweite gehören damit der Vergangenheit an.

Im E-Laderoboter verschmelzen zwei Komponenten zu einer Einheit: eine mobile Plattform, die sich autonom im Raum bewegen kann, und ein automatisierter Roboterarm, der das Ladekabel am Auto ansteckt. Die Plattform orientiert sich selbstständig im Raum und bewegt sich mit bis zu 20 km/h auf das Fahrzeug zu. Der auf dem Torso montierte Roboterarm führt das Ladekabel zum Tankdeckel und dockt dort an. Nach dem (Schnell-)Ladevorgang steckt sich der Roboter wieder ab und entfernt sich vom Fahrzeug.

„Der Tank- oder Ladevorgang eines Fahrzeugs ist für den Menschen keine große Herausforderung. Für ein automatisiertes System ist das hingegen eine sehr komplexe, millimetergenaue Angelegenheit“, eklärt Bernhard Walzel vom Institut für Fahrzeugtechnik der TU Graz.

Walzel und sein Institutskollege Helmut Brunner haben bereits 2018 mit einem stationären Laderoboter aufhorchen lassen. Nun haben die Techniker mit den beiden Partnerfirmen Alveri und Arti Robots am Demonstrator einer autonomen, mobilen Version gearbeitet. Hinter den Bemühungen steckt die Motivation, der E-Mobilität zu mehr Fläche zu verhelfen.

Kooperationen für mehr E-Mobilität

Walzel sagt: „Österreichweit gibt es derzeit rund 8.000 öffentlich verfügbare Ladestationen. Das ist ein echter Hemmschuh für die Verbreitung der E-Mobilität. Wer ständig überlegen muss, wie weit die nächste E-Tankstelle entfernt ist, fährt eher unentspannt. Wir müssen daher mit der Ladeinfrastruktur nachziehen. Ein mobiler Laderoboter, zum Beispiel in Parkhäusern, auf Park-&-Ride-Plätzen oder größeren Geschäftsparkflächen kann dazu einen entscheidenden Beitrag leisten.“

Das Ziel des oberösterreichischen Start-ups Alveri ist die Serienproduktion von E-Laderobotern. Die Firma hat sich nachhaltigen Mobilitätsdienstleistungen verschrieben und das Projekt ins Leben gerufen und finanziert.

Dazu Ehsan Zadmard, CEO von Alveri: „Wir haben mit dem Alveri-Charbo-Laderoboter nicht nur gezeigt, was mit bestehendem Know-how in Österreich möglich ist, sondern auch den Startschuss für mehr Kooperationen rund um Infrastruktur, Mobilitätsservices und Fahrzeugkonzepte hierzulande gesetzt.“

Potenzial des Roboters

Vor der Serienreife des Laderoboters stehen noch einige Optimierungen an. Derzeit hängt er noch am Stromkabel, die Integration einer Antriebsbatterie ist aus Gewichts- und Kostengründen, aber vor allem auch aus ökologischer Sicht nicht sinnvoll. Die Projektpartner arbeiten daher an einer Stromversorgung über Bodenkontakte.

Auch die Software für die Steuerung des Roboters soll integriert werden. Noch läuft sie auf einem separaten PC. Einsparungspotenzial gibt es zudem beim Roboterarm, wie Brunner weiß: „Es gibt derzeit am Markt keinen Roboterarm für speziell diese Anwendung. Wir haben daher einen herkömmlichen kollaborativen Industrieroboterarm verwendet, der Bewegungsmöglichkeiten in einem großen Radius ermöglicht. So viel Bewegungsfreiheit brauchen wir für den Ladevorgang aber gar nicht. Hier ist also noch Potenzial für weniger Gewicht und Kosten. Der Einsatz eines solchen Systems rechnet sich vor allem dann, wenn ein einziger Roboter für mehrere Autos zuständig ist.“

Herausforderungen von autonomen Systemen

Geklärt werden müssen auch rechtliche und sicherheitsrelevante Fragen. Der Roboter wird sich in einem Bereich bewegen, in dem Menschen unterwegs sind. Das Vertrauen in die Systemsicherheit ist daher Grundvoraussetzung.

Konstantin Mautner-Lassnig von Arti Robots sagt: „Im gesamten Laderoboter sind mehrere Sicherheitsmechanismen implementiert. Die mobile Plattform tastet mit Laserscannern permanent die Umgebung nach möglichen Hindernissen ab und erkennt, wenn ein Objekt zu nahe kommt. Dann bleibt die Plattform sofort stehen.“ Auch für den Fall, dass jemand die Hand zwischen Ladestecker und Ladeöffnung hält, wurde mit einem Sicherheitsstopp vorgesorgt.

Ein offenes Thema der E-Mobilität sind Schnittstellen, etwa zwischen autonomen Systemen, digitalen Technologien und innovativen Antriebskonzepten. Walzel: „Es hat sich in den vergangenen Jahren unglaublich viel bewegt in der Entwicklung von E-Fahrzeugen, der notwendigen Infrastruktur, Lademöglichkeiten und automatisierten Systemen. Wichtig wäre nun, dass die einzelnen Systeme auch miteinander kommunizieren. Momentan müssen wir dem Roboter noch durch den geöffneten Tankdeckel signalisieren, welches Auto er laden soll. Das Ziel muss sein, dass das Fahrzeug seinen Ladebedarf eigenständig dem Roboter meldet. Oder dass die Fahrerin oder der Fahrer per App einen Roboter aktiviert.“

Ganz so weit ist der von der TU Graz und den Firmen Alveri und Arti Robots entwickelte Prototyp eines solchen Laderoboters zwar noch nicht. Aber die weltweit erste Demonstration kommt dieser Vision schon sehr nahe.

Drei Partner, drei Kompetenzen

Das Institut für Fahrzeugtechnik der TU Graz hat in der Entwicklung von automatisierten Laderobotern bereits Erfahrung, bislang waren diese jedoch nicht mobil. Dafür sorgte nun Arti Robots mit der universell einsetzbaren mobilen autonomen Plattform Chasi. Alveri wiederum bringt in das Projekt Erfahrung im Bereich Usability und Anwendungsszenarien ein und ist auch für das Design verantwortlich.

Die Finanzierung des Demonstrators erfolgte über Alveri. Vorarbeiten stammen aus verschiedenen öffentlichen Fördertöpfen, hauptsächlich aus jenen des Wissenschaftsfonds FFG. Aktuell befindet sich ein Förderansuchen für weiterführende Arbeiten bei der FFG in Evaluierung; hier soll das Ladesystem erstmals im öffentlichen Raum installiert und getestet werden.

Bildergalerie

  • Der automatisierte Roboterarm führt das Ladekabel millimetergenau zur Ladebuchse des Fahrzeugs und ist auf eine autonom navigierende mobile Plattform montiert.

    Bild: TU Graz

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