Roboter unterstützen Logistikprozesse

Annina Schopen,

Container-Entladung will geregelt sein

Ein Seecontainer beinhaltet zwischen 20 und 30 Tonnen Ladung. Sie zu entladen ist ein logistischer, zeitlicher und physischer Kraftakt. Hier können intelligente Robotersysteme von Copal unterstützen, SEW liefert dafür passende Antriebs- und Automatisierungstechnik.

Beim Entlader Copal C2 fährt die Kabine von der Dockingstation aus in den Container. Das Transportband folgt und korrigiert automatisch Breiten- und Höhendifferenzen. © SEW

Das globale Gütertransportvolumen ist außergewöhnlich groß: Man spricht von etwa 100 Millionen Containern, die in der Welt transportiert werden. Weil Kunden ihre Waren immer schneller oder just in time geliefert bekommen möchten, steht die Transport- und Logistikbranche vor großen Herausforderungen. Seit Jahren hat sich der Zeitdruck permanent erhöht; jetzt kommt noch der fortschreitende Fachkräftemangel hinzu. Nach einem Zeitungsbericht vom Mai 2019 fehlten allein bei den Speditionen rund 10.000 Fahrzeugführer. Viele scheuten die körperlichen Belastungen wie schweres Heben sowie lange und unregelmäßige Arbeitszeiten. Die vorhandene Belegschaft sei überaltert und gehe in den kommenden Jahren in den Ruhestand. Auch aus Gründen des Unfallschutzes wäre eine Alternative zum manuellen Entladen von Containern sinnvoll. 

In der niederländischen Stadt ’s-Heerenberg (Provinz Gelderland), direkt an der Grenze zu Emmerich am Niederrhein, ist die Firma Copal Handling Systems beheimatet. Sie stellt solche Alternativen her: Robotersysteme, die auf engem Raum logistische Höchstleistungen vollbringen. Die Niederländer sehen hier eine große Marktlücke. Das Unternehmen begann mit der Entwicklung und dem Bau von Systemen zum Entladen von Sackware, in Zukunft wird sich Copal stärker auf Kartons konzentrieren und auf die technischen Möglichkeiten, sie reibungslos zu entladen, zu sortieren und zu stapeln.

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Das erste Entladesystem von Copal war ursprünglich ein ergonomisches Hebewerkzeug – ein bedienergesteuerter hydraulischer Balancer, der seitdem zu einer Punkt-zu-Punkt-Steuerung ohne Hydraulik optimiert wurde. Jan Grasmeijer, technischer Direktor bei Copal, berichtet: „Wim Bosman war Gesellschafter und CEO der Wim Bosman Group, eines globalen Logistikunternehmens. 2011 erkannte er im Prototyp des Containerentladers und -palettierers Copal C1 sofort das Potenzial dieses Systems und sah Möglichkeiten zur Weiterentwicklung. Er wollte verändern, dass die Menschen beim Entladen von Containern so schwere Lasten heben und transportieren mussten.“ Benedikt Geib, Projektingenieur bei SEW-Eurodrive, erklärt: „Es gibt immer strengere Vorschriften für das Heben von Lasten. Mit seinen Systemen möchte Copal zur Nachhaltigkeit und sozialen Verantwortung seiner Kunden weltweit beitragen – zu gesünderen Arbeitsbedingungen, weniger Verletzungen und mehr Prozessqualität.“

In 15 Minuten einsatzbereit

Eine neue Anwendung von Copal ist der C2-Entlader, eine mobile Handlingslösung. Die Entlader sind innerhalb von 15 Minuten einsatzbereit und können zum Entladen von Säcken sowohl im Innen- als auch im Außenbereich an mehreren Standorten aufgestellt werden. Lediglich ein Bediener überwacht den Betrieb mit Kameras und nimmt von seiner Kabine aus über einen Touchscreen per Joystick kleine Korrekturen vor. 

Mit dem so genannten Spider Gripper können Jutesäcke mit Nüssen, Kaffee oder Kakao mit einer Masse bis 100 Kilogramm angehoben und um 360 Grad gedreht werden. Ein Motion-Controller sorgt für die automatische Positionierung des Greifers. Mithilfe der Software werden die Säcke gescannt und die Reihenfolge der Entladung bestimmt. Der Greifer ist mit einem flexiblen Mechanismus mit mehreren Dreh- und Kipppunkten ausgestattet. Er greift die Säcke mit Nadeln und versetzt sie in einer fließenden Bewegung. Dank dieser reibungslosen Maschinenbewegungen kann die Arbeit schneller erledigt werden. So steigt die Produktivität ohne physische Anstrengungen des Bedieners. Auch Säcke, die beispielsweise diagonal übereinanderliegen, können aufgenommen und gerade auf ein Förderband abgelegt werden. Ein Roboter-Palettierer stapelt die Säcke dann in verschiedenen Mustern bis auf zwei Meter Höhe. Optional kann der Feuchtigkeitsgrad der Säcke durch Sensoren geprüft und Stichproben entnommen werden.

Für den Entlader wurde eine spezielle Software entwickelt, die monotone Handlungen weitgehend automatisiert. Um den Mast zu steuern, kommt die Software Movikit Hydraulic Controller zum Einsatz. © SEW

Die Systeme von Copal sind komplex. Entsprechende Anforderungen gelten für die Antriebs- und Steuerungstechnik. Auf der Suche nach einem geeigneten Lieferanten wandte sich das Unternehmen an SEW-Eurodrive. Chefingenieur Versteeg: „Für uns war es wichtig, einen Lieferanten mit weltweiter Präsenz zu finden, der bei Ausfällen innerhalb weniger Stunden reagieren kann“. Copal wollte seinen eigenen Serviceaufwand optimieren und achtete bei der Lieferantenwahl auf moderne Servicefähigkeit, wie vorausschauende Instandhaltung und Ferndiagnose. Hinzu kommt, dass SEW von der Programmerstellung bis zum Austausch von defekten Teilen auch vor Ort zur Verfügung steht. „Wir sind der Ansicht, dass die Verantwortung über den gesamten Lebenszyklus betrachtet auf mehrere Schultern verteilt werden muss“, begründet Direktor Grasmeijer die Entscheidung.

Motion-Controller steuert Kinematik

SEW unterstützte Copal bei der Berechnung des kinematischen Modells. Es beschreibt alle erforderlichen Bewegungen. Im Wesentlichen gibt es vier Bewegungen, die einem sogenannten LRRL-Muster folgen (linear-rotierend-rotierend-linear). Drei dieser vier Bewegungen (X-Achse horizontal, Parallelarm und Hubsäule) erfolgen über elektrisch angetriebene Achsen. Die vierte Achse, Hubsäule linear, wird hydraulisch gesteuert, ist aber in das Bewegungsmodell integriert und wird durch einen Motion-Controller von SEW gesteuert. Dabei handelt es sich um den Typ Movi-C UHX84. 

Benedikt Geib erläutert: „Er ist das Herz der Steuerung des kinematischen Modells, das die erforderlichen Wege berechnet. Die Bewegungsachsen werden über Ethercat gesteuert und jede Millisekunde mit neuen Positionsdaten versorgt. Insgesamt gibt es sechs Achsmodule für zehn Servomotoren. Die Zylinder der hydraulischen Hubsäule werden per Ethercat-Remote-IO von SEW gesteuert.“

Eingeschränkte Bewegungsfreiheit

Eine Herausforderung bei der Auslegung und dem Bau des Robotersystems besteht in der eingeschränkten Bewegungsfreiheit, sodass ein herkömmlicher Industrieroboter keine Option war. Aus diesem Grund erhielt die modulare Automatisierungsplattform Movi-C den Vorzug. Sie umfasst die Engineering-Software, Steuerungstechnik, Motoren sowie zentrale und dezentrale Umrichter. Die Movi-C-Doppelachsenmodule können zwei Motoren steuern und bauen sehr kompakt. 

Aufgrund beengter Verhältnisse ist auch immer der Platz zu berücksichtigen, auf dem die Säcke abgelegt werden. Dabei ist zwischen Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit abzuwägen. Schließlich geht es darum, den schnellsten Weg zu wählen, ohne dass der Ausleger der Maschine den Container berührt und sich so selbst beschädigt. Während die Containerbreite standardisiert ist, bestimmt die Höhe des Containers (Standard oder Großraum) den Bewegungsraum der Maschine.

Die verwendeten Getriebe, darunter die Kegelradgetriebe-Baureihe in Aufsteckausführung für den platzbeschränkten Einbau, sind weitestgehend spielarm. Dadurch wird eine präzise Positionierung sichergestellt. Für größere Lasten werden asynchrone Servomotoren der Baureihe DRL../DR2L.. (die energiesparende IE3-Ausführungen) von SEW eingesetzt. Sie haben eine höhere Eigenmassenträgheit als marktübliche Synchronmotoren und sind daher optimal in Applikationen eingesetzt, bei denen aus regelungstechnischen Gründen ein ausgeglichenes Trägheitsverhältnis zwischen Last und Motor gewünscht ist. Andrea Balser, SEW-Eurodrive /as

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