Pick-Roboter TORU

Die eigene Vision ist klar formuliert: Magazino will das erste selbstdenkende und selbsthandelnde Warenlager der Welt schaffen – und ist auf bestem Weg dahin. TORU heißt der neue Logistikroboter, der sich aktuell im Praxistest bei großen Versanddienstleistern bewährt. Diese nutzen das intelligente, selbstfahrende System vor allem für die Auslagerung von Schuhkartons im Rahmen der Kommissionierung. Bei TORU handelt es sich konzeptionell um einen so genannten perzeptionsgesteuerten Roboter. Dieser ist in der Lage, durch Kameras, Bildverarbeitung, Sensoren und künstliche Intelligenz seine Umwelt wahrzunehmen, richtig zu interpretieren und darauf basierend Entscheidungen zu treffen.

Entscheidungen treffen? Bekommt TORU den Auftrag, ein bestimmtes Paar Schuhe zu picken, steckt dahinter zunächst die Lageradresse plus ein Barcode. Der Roboter weiß also, wo das Zielfach sein muss und navigiert dicht an dieses heran. Anschließend dreht sich die Hubsäule vorne am Fahrzeug um 90 Grad zum Regal, ein Greifer fährt zum angegebenen Fach und ab jetzt trifft TORU eigenständig Entscheidungen. Über dreidimensionale Kameraaufnahmen verschafft sich der Roboter zunächst ein Bild von der Ist-Situation. „Liegt im Regal überhaupt ein Schuhkarton? Gibt es den passenden Barcode? Bin ich überhaupt in der Lage, den Schuhkarton zu greifen, weil dieser vielleicht ein paar Zentimeter verschoben ist und sich beim Herausziehen verklemmen würde?“ Mit diesen Fragen beschreibt Magazino-Pressesprecher Florin Wahl zentrale Aufgabenstellungen der visuellen Analyse. Die Antworten darauf sind es, die das System aus München so einzigartig machen. Steht hinter einem Pickauftrag etwa ein Karton, der von einem Mitarbeiter etwas schief im Regal abgelegt wurde, versucht der Roboter seinen Greifprozess an die Gegebenheiten anzupassen. Stellt TORU fest, dass ein Greifen trotzdem nicht möglich sein wird, geht der Job an das System zurück – und ein Lagerarbeiter müsste das Kommissionieren per Hand übernehmen.

Stehen die Rahmenbedingungen auf grün, dann sind es vor allem Antriebe von FAULHABER, die für das Handling der Schuhkartons verantwortlich sind. Hierbei bilden Motion Controller, bürstenlose DC-Servomotoren der Serie BX4 und Planetengetriebe ein Antriebssystem, das eine Metallzunge aus- und wieder einfährt. Die Aufgabe besteht in diesem Fall darin, die Lücke zwischen dem Fahrzeug und dem Regalboden zu schließen. So ist der Weg geebnet, um die Kartons auf der glatten Fläche mit Unterdruck herauszuziehen.

Hohes Überlastverhalten

Für die Positionierung des Sauggreifers entlang einer Zahnstange setzt Magazino FAULHABER Antriebe vom Typ BX4 ein. Mit einer Leistung von 62 Watt liefern die bürstenlosen DC-Servomotoren im Dauerbetrieb Nennmomente bis 72 mNm. Interessant für Magazino sind die Spitzenmomente bis 96 mNm. Die Überlastfähigkeit ist entscheidend, um die Losbrechmomente beim Handling der Schuhkartons sicher zu bewältigen. „Wir brauchen Motoren mit hoher Leistungsdichte“, erklärt Raphael Vering aus der Maschinenbauentwicklung bei Magazino. Da die Spitzenmomente der Motoren nur in einem eng bemessenen Zeitfenster gefragt sind, besteht keine Gefahr vor Überhitzung.

Das kräftige Überlastverhalten der Motoren mit ihrem Durchmesser von gerade einmal 32 Millimetern bringt für die Münchner Logistikpioniere eine Reihe von Vorteilen mit sich. In der Auslegung ist die Grundlage geschaffen, durch die sichere Beherrschung der Losbrechmomente kleinere Motoren einsetzen zu können. Dies hat zur Folge, dass kleinere Antriebe naturgemäß leichter sind. „Die Masse des Greifers muss so gering wie möglich sein, da er im TORU auf der Vertikalachse mit bewegt werden muss“, verdeutlicht Raphael Vering. Je schwerer die Greifeinheit, desto größer die gefragte Motorleistung der Vertikalachse. Dann bliebe da noch die Frage des Schwerpunktes, wenn TORU Schuhkartons im obersten Boden eines Zwei-Meter-Regals greifen soll.

Ohne Frage: Der Schwerpunkt ließe sich recht unkompliziert durch eine stärkere Grundplatte wieder nach unten verlagern. Das jedoch macht die Fahreinheit schwerer. Folglich ist ein stärkerer Antriebsmotor notwendig. Der fordert vom Akku wiederum mehr Leistung ab und verkürzt so die Reichweite. Die Leichtigkeit in der Konstruktion ist auch deshalb geboten, weil TORU nicht nur auf festem Beton im Erdgeschoss einsetzbar sein soll, sondern auch auf filigranen Deckenkonstruktionen von Zwischengeschossen. „Gerade hier sind die erlaubten Flächenlasten stark limitiert. Wir wollen TORU aber möglichst variabel einsetzen können“, merkt Florin Wahl an. Größere Motoren würden zudem das Handling behindern – gerade dann, wenn Kartons wenige Zentimeter über dem Fußboden lagern und die Antriebe dafür einfach nicht im Weg sein dürfen. Mit der FAULHABER Lösung kommt Magazino ganz weit runter und eben auch rauf. „Das ist enorm wichtig, wenn wir die Kapazität eines Lagers zur Grundfläche betrachten. Jeder Regalboden mehr ist Gold wert“, bringt es Florin Wahl auf den Punkt.

Hinter der Idee von TORU steckt in der Umsetzung ein ausgefeiltes System aus Automation, Robotik, Vision und autonomem Fahren. Magazino war bei der Evaluierung der Antriebe deshalb auf der Suche nach Lösungen mit optimaler Leistungsdichte. Die Motoren müssen sich elegant in den vorhandenen Automationsverbund integrieren lassen. „Die Unterstützung der CANopen-Kommunikation war für uns entscheidend“, blickt Raphael Vering zurück. Dass die Münchner bei FAULHABER zudem eine passgenaue Motion Control Gesamtlösung nutzen können, verschaffte der Entwicklung mehr Freiraum für die weitere Optimierung der neuen Logistiklösung. „Wir müssen keine Zeit in die Konzeption eigener Regler oder die Integration von Encodern stecken“, unterstreicht Vering. Die Motion Controller der FAULHABER Generation V2.5 bilden mit den DC-Servomotoren hochdynamische Positioniersysteme. Als Rückführung nutzt Magazino die analogen Hallsensoren und spart sich damit den Einsatz eines gesonderten Encoders für die Rückführung. Die integrierte Stromregelung der Motion Controller begrenzt das Drehmoment und schützt damit Elektronik und Motor vor Überlast. Diese Funktion nutzt Magazino wiederum dafür, Störungen im Materialfluss zu erkennen – dann etwa, wenn sich ein Schuhkarton in einem Regalfach verklemmt hat und so die Entnahmeeinheit zum Stoppen bringt.

Mit dem TORU ist es Magazino gelungen, eine Materialflusslösung zu entwickeln, die einfach und sicher die Effizienz in der Logistik steigern kann. Welches Potenzial diese Erfindung hat, wird ganz aktuell an der Beschäftigungssituation in Deutschland deutlich. Kräfte sind knapp – vor allem nachts und am Wochenende. Doch gerade dann wird in den Online- Shops am meisten eingekauft. Der Einsatz autonomer und intelligent handelnder Logistikroboter wäre ein Weg, die Kommissionierung bis zum Wochenbeginn zumindest vorzubereiten. TORU verfügt dafür über ein mitfahrendes Regal, in das die entnommenen Kartons geschoben werden. Zentriereinheiten mit FAULHABER Antrieben helfen dabei, die Kartons platzsparend zu positionieren.