HERAUSFORDERUNG SMART CONNECTIVITY: DAS POTENZIAL EINES AUTONOMEN REINIGUNGSROBOTERS AUSSCHÖPFEN

Mit der Kira B 50 hat das Traditionsunternehmen Alfred Kärcher SE & Co. KG einen innovativen Reinigungsroboter entwickelt, der die Bodenreinigung in gewerblich genutzten Gebäuden autonom durchführt. Um nicht nur ein strahlendes Reinigungsergebnis zu erzielen, sondern auch darüber hinaus den größtmöglichen Nutzen für Kundinnen und Kunden zu bieten, sollten drei IT-bezogene Anforderungen gemeinsam mit Zoi umgesetzt werden:

1. REGELMÄSSIGE UPDATES 

Eine Möglichkeit schaffen, den Reinigungsroboter über Mobilfunk mit der AWS Cloud zu verbinden und die Software regelmäßig zu aktualisieren. Die Updates beziehen sich nicht nur auf das Betriebssystem und die Applikationen, sondern auch auf die Peripheriekomponenten wie die Sensoren.

2. SMARTE KOMMUNIKATION 

Eine Kommunikationsschnittstelle zum Reinigungsroboter integrieren, um sowohl Endkundinnen und Endkunden als auch dem Kärcher Service eine Überwachung des Betriebszustands zu ermöglichen. 

Hierfür mussten Telemetriedaten übertragen werden, sodass Endkunden die Einstellungen des Reinigungsroboters in einem browserbasierten Dashboard im Cloud Backend überwachen und konfigurieren können. 

Geschulte Service-Techniker sollten zudem erweiterten Zugriff erhalten, um tiefgreifende Einstellungen an der Maschine vorzunehmen, Logfiles einsehen zu können und so eventuell notwendige Service-Einsätze bestmöglich zu planen.

3. TECHNIKERZUGRIFF OHNE MOBILFUNK 

Eine direkte Verbindung zwischen dem Laptop des Service-Technikers und dem Reinigungsroboter herstellen, da der Roboter auch in Umgebungen zum Einsatz kommt, in denen eine Mobilfunkverbindung zur Cloud Infrastruktur nur schlecht bis gar nicht möglich bzw. vorhanden ist. Der Service am Reinigungsroboter musste also unabhängig von einer Mobilfunkverbindung gewährleistet sein.

WIE SICH DIE KIRA B 50 MIT DER AWS CLOUD VERBINDET

EFFIZIENTE IOT-KOMMUNIKATION DURCH SOFTWARE GATEWAY UND AWS INTEGRATION

Im ersten Schritt der Implementierung entwickelten wir ein Software Gateway, um auf das Prozessabbild des Reinigungsroboters zugreifen zu können. Das Gateway ist als eigenständige Komponente innerhalb des Betriebssystems des Roboters umgesetzt. Das Gateway kann über eine im Betriebssystem vorhandene Interkommunikations-Funktionalität Informationen aus anderen Applikationen – wie der Navigation – abrufen und sie dem AWS Backend zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stellen.

Es gibt jedoch auch Systemkomponenten im Reinigungsroboter, die nicht über Interkommunikations-Funktionalität des Betriebssystem zugänglich sind – wie z.B. ein CANopen Bussystem oder eine lokale Datenbank zur Speicherung von Konfigurationen. Um auf diese Systemkomponenten zuzugreifen, haben wir entsprechende Schnittstellen in das Software Gateway integriert.

Mit Abschluss dieser Implementierung ist es dem Gateway möglich, mit allen notwendigen Systemkomponenten zu kommunizieren.

Als AWS Endpunkt für die Übertragung von Telemetriedaten aller Reinigungsroboter wurde der AWS Service IoT Core ausgewählt. Somit können alle Systemzustände mittels MQTT-Nachrichten an das IT-Backend in der AWS Cloud übertragen werden. 

Um den Service-Technikern auch bei fehlender Mobilfunk-Datenverbindung einen Zugriff auf den Reinigungsroboter zu ermöglichen, kann innerhalb der Maschine ein WLAN Access Point eröffnet werden. Über diesen Access Point verbindet sich der Service-Techniker mit seinem Laptop direkt mit der Maschine. Um Synergieeffekte der bereits vorhandenen Datenverbindung zwischen dem Reinigungsroboter und der AWS Infrastruktur zu nutzen, wurde die AWS Infrastruktur – bestehend aus einem IoT Core und IoT Jobs – innerhalb der Service Software, die auf dem PC des Service-Technikers installiert ist, nachgebildet.

Es ist wichtig, sicherzustellen, dass IoT-Geräte im Feld über Jahre hinweg überwacht und aktualisiert werden können. Dafür haben wir einen automatisierten Build-Prozess für das gesamte Betriebssystem inklusive aller Applikationen erstellt. Das so reproduzierbar hergestellte Image kann automatisiert auf die Maschinen ausgespielt werden. 

Im Detail werden hierfür zwei Partitionen innerhalb des autonomen Reinigungsroboters gebildet. In einer Partition befindet sich das Betriebssystem, das aktuell genutzt wird. In einer zweiten, inaktiven Partition wird das neue Betriebssystem-Image eingespielt. Nach einem erfolgreichen Update erfolgt ein Neustart der Kira B 50 und der GRUB Bootloader wählt das neue Image aus. Sollte es zu einem fehlerhaften Systemstart aufgrund eines defekten Updates kommen, macht der autonome Reinigungsroboter ein Rollback auf das letzte funktionierende Betriebssystem.

Anschließend lag der Fokus auf der Datenverbindung zwischen dem Gateway und der Außenwelt. Dies erforderte die Schaffung von Schnittstellen für Service-Techniker sowie die AWS Integration. Wir haben das Gateway daher um zwei Interfaces erweitert: den AWS Endpoint, der eine Verbindung zu AWS ermöglicht, sowie den Service Endpoint, der Service-Technikern Zugriff auf den Roboter gewährt.

ÜBER KÄRCHER

Die Alfred Kärcher SE & Co. KG mit Sitz in Winnenden und 150 Tochtergesellschaften in 80 Ländern ist der weltweit führende Anbieter von Reinigungstechnik. Für seine innovative Service- und Produktpalette, insbesondere die Kärcher Hochdruckreiniger, erlangte der Konzern internationale Bekanntheit in sämtlichen Bereichen der professionellen Reinigung. Das Familienunternehmen beschäftigt mehr als 15.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und kann auf eine über 85-jährige Firmengeschichte zurückblicken.

AWS und Service Endpoint schaffen Schnittstellen zur Außenwelt.

Auf einen Blick: alles, was die Kira B 50 benötigt, um Updates sicher und zuverlässig durchzuführen.

So kommuniziert das Betriebssystem über das Gateway mit den

anderen Systemkomponenten im Reinigungsroboter.