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Karlsruher bei der Amazon Robotics Challenge

Roboter bedienen das Warenlager der Zukunft

| Redakteur: Beate Christmann

So könnte es in Warenlagern bald zugehen: Statt aus Regalen bedient sich der Roboter des Team IFL Pi-Ro aus um ihn herum arrangierten Kisten. Er erkennt die gesuchten Objekte und stellt sie selbstständig im Warenkorb zusammen.
So könnte es in Warenlagern bald zugehen: Statt aus Regalen bedient sich der Roboter des Team IFL Pi-Ro aus um ihn herum arrangierten Kisten. Er erkennt die gesuchten Objekte und stellt sie selbstständig im Warenkorb zusammen. (Bild: KIT)

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Wissenschaftler aus Karlsruhe haben bei der Amazon Robotics Challenge in Japan mit einem neuen Warenlagerkonzept den 7. Platz belegt. Statt eines herkömmlichen Regals platzierten sie um einen Roboterarm herum Objekte in mobilen Kisten. Alle Handhabungsaktionen konnte dieser von oben mit ähnlichen Bewegungsmustern durchführen, wodurch die Bewegungsplanung wesentlich vereinfacht wurde.

15 Studenten und wissenschaftliche Mitarbeiter des Instituts für Fördertechnik und Logistiksysteme des Karlsruher Instituts für Technik KIT haben an der diesjährigen Amazon Robotics Challenge im japanischen Nagoya teilgenommen. IFL Pi-Ro – so der Name des Teams, belegte mit seinem neuartigen Regalkonzept für das Warenlager der Zukunft am Ende Platz 7 in der Gesamtwertung.

Auf dem Weg zur vollautomatisierten Logistikkette

„Da die momentanen Warenhaussysteme technisch ausgereizt sind, wollten wir ein komplett neues System für das 21. Jahrhundert entwickeln, dass die Vorteile des Robotergreifers voll zur Geltung kommen lässt“, erklärt Kai Markert, der Team-Captain, die Motivation, die hinter dem Projekt steht. Die Wissenschaftler machen sich also auf den Weg zur vollautomatisierten Logistikkette. Sie setzen sich mit dem Problem auseinander, dass es in einem Warenlager aktuell noch viele Greif- und Erkennvorgänge gibt, die von Robotern nicht automatisch durchgeführt werden können.

Horizontal angeordnete Kisten anstelle von Regalen

In Japan präsentierten sie nun ihre Ergebnisse: Statt die Waren in herkömmlichen Regalen anzuordnen, sortieren sie sie in mobile Kisten. Diese wiederum werden horizontal um einen zentralen Roboterarm arrangiert. Teilweise sind die Kisten wie Schubladen durch den Roboter selbstständig bedienbar, sodass eine mehrgeschoßige Anordnung möglich ist.

Um die Artikel aufzunehmen, nutzt der Roboter einen Greifer oder einen Saugnapf. Je nach Artikel entscheidet sich die Steuerung selbstständig für die adäquate Greifart, wählt die passenden Parameter und Kontaktpunkte aus. Ein Kamerasystem liefert zwei- und dreidimensionale Bildinformationen. Bilderkennungssoftware und neuronale Netze erkennen darin die Objekte. Greifpunkte können sowohl beim Einlernen der Objekte vorgegeben als auch nach der Objekterkennung aus der Lage und Größe des Objektes berechnet werden.

Vereinfachung der Bewegungsplanung und -durchführung

Das Gesamtsystem wurde so angeordnet, dass alle Handhabungsaktionen – also Erkennen, Greifen, Saugen, Ablegen – von oben mit ähnlichen Bewegungsmustern durchgeführt werden können. Hierdurch wird die Bewegungsplanung und Durchführung deutlich einfacher, schneller und sicherer. Zudem kann so ein Laserscanner, wie er in fahrerlosen Transportsystemen für Sicherheitsfunktionen eingesetzt wird, die Ebene über den Behältern überwachen. Hierdurch kann der Erfolg beim Greifen, Saugen und dem Transport kontrolliert werden.

Auch wenn das Fassungsvermögen dieses Systems auf den ersten Blick kleiner als ein Regalsystem gleicher Standfläche ist, lässt sich die Kapazität leicht steigern. Im Warenlager der Zukunft, könnte ein zweiter Roboter als Zubringer, die passenden Kisten bringen und abholen.

Interdisziplinäres Team bei der Challenge

Das Team IFL Pi-Ro ist interdisziplinär zusammengesetzt. Es besteht aus Maschinenbauern, Feinwerktechnikern/Mechatronikern, Elektrotechnikern, Informatikern und Wirtschaftsingenieuren. Neben dem Systemkonzept und umfangreicher Software wurden auch viele mechanische Teile selbst entwickelt und in der eigenen Werkstatt sowie mittels 3D-Drucker hergestellt.

Zur Amazon Robotics Challenge gehören die Aufgaben Pick Task (Aufträge kommissionieren, aus Regal entsprechend Auftragsliste entnehmen und in drei zur verschiedene Kartons einräumen) und Stow Task (Regalsystem einräumen, Regalinhalt dokumentieren). Die zu greifenden Objekte sind typische Artikel, wie sie im Versandhandel zu finden sind. Nur die Hälfte der Artikel ist im Vorfeld des Wettbewerbes bekannt. Die restlichen Artikel bekommt jedes Team erst 30 Minuten vor dem jeweiligen Wettbewerbsdurchlauf, um sie dem Robotersystem bekannt zu machen. Die Aufgaben müssen vom Roboter autark durchgeführt werden. Eingriffe des Teams sind nicht gestattet. In diesem Jahr galt es zudem das Regalsystem nach gesetzten Rahmenbedingungen selbst zu erstellen.

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