23 mei Zo werkt het: intelligente robots nemen de schappen over in de e-commerce

De TORU orderpickerrobot van Magazino is veelzijdig inzetbaar, dankzij microaandrijvingen en Motion Controllers van FAULHABER

De online retailsector groeit gestaag. De goederenstromen en logistiek die dit met zich meebrengt, vragen bij uitstek om technologische vooruitgang. Het doel: hogere efficiëntie door automatisering en digitalisering. Magazino is een jong bedrijf in het Zuid-Duitse München, dat technologie voor autonoom rijden combineert met robotica. Het resultaat heet TORU, en heeft de potentie om de logistiek volledig op zijn kop te zetten. Voor het hanteren van goederen gebruikt deze zelfrijdende logistieke robot aandrijvingen van FAULHABER, met geïntegreerde Motion Controller.

Magazino heeft een duidelijke visie: het bedrijf wil het eerste zelfdenkende, autonoom handelende magazijn ter wereld opzetten. En het is al behoorlijk op weg. De nieuwe logistieke robot heet TORU. Momenteel bewijst hij zich in praktijktests bij grote transport- en verzendbedrijven. De bedrijven gebruiken het intelligente, zelfrijdende systeem vooral om schoenendozen op te halen tijdens het orderpicken. Het concept achter de TORU berust op zogeheten perceptiebesturing. Met camera’s, beeldverwerking, sensoren en kunstmatige intelligentie kan de robot zijn omgeving waarnemen en correct interpreteren. Op basis van deze informatie kan de robot vervolgens zelfstandig beslissingen nemen.

Robot vormt zelf een beeld van zijn omgeving
Beslissingen nemen? Als TORU de opdracht krijgt om een bepaald paar schoenen op te halen, krijgt hij eerst de magazijnlocatie en een streepjescode. Zo weet de robot waar zijn doel zich bevindt. Hij navigeert direct naar de juiste locatie. De hefkolom aan de voorkant van het voertuig draait vervolgens 90 graden richting de stellage en een grijper beweegt naar de opgegeven container. Nu begint TORU zelfstandig beslissingen te nemen. Met driedimensionale camerabeelden vormt de robot zich eerst een beeld van de huidige situatie. “Staat er überhaupt een schoenendoos in deze stellage? Is de juiste streepjescode aanwezig? Kan ik de doos oppakken? Misschien is de doos een paar centimeter opzij geschoven en kan hij vast komen te zitten tijdens het oppakken?” Met deze vragen beschrijft Florin Wahl, de woordvoerder van Magazino, de primaire taken van de visuele analyse. Het Duitse systeem is echter uniek vanwege de antwoorden die het hierop geeft. Als een opdracht is gekoppeld aan een doos die scheef in de stellage is gezet door een medewerker, probeert de robot om zijn grijpproces aan de omstandigheden aan te passen. Als TORU beoordeelt dat grijpen niet mogelijk is, wordt de opdracht teruggegeven aan het systeem. Een magazijnmedewerker moet de order dan alsnog handmatig picken.

Als de robot geen problemen detecteert, zijn het vooral de aandrijvingen van FAULHABER die het mogelijk maken om de schoenendoos te verplaatsen. Een metalen spatel wordt uitgestoken en ingetrokken door een lineair aandrijfsysteem, bestaande uit Motion Controllers, DC-micromotoren type 3242 met grafietcommutatie, planetaire reductoren en spindelaandrijvingen. De taak is hier om het gat tussen het voertuig en de onderkant van de stelling te dichten, zodat het pad voor de schoenendozen vlak is. Deze kunnen nu met onderdruk uit de stelling op de spatel worden getrokken.

Uitstekend gedrag bij overbelasting
Magazino gebruikt aandrijvingen type 3268 van FAULHABER om de zuiggrijper te positioneren over een getand geleideframe. Met 62 watt levert deze borstelloze DC-motor een nominaal koppel van 72 mNm bij continubedrijf. Voor Magazino is echter ook het piekkoppel van 96 mNm van belang. Deze overbelastingscapaciteit is doorslaggevend om de aanloopkoppels bij het hanteren van de schoenendozen te overwinnen. Raphael Vening van de technische ontwikkeling bij Magazino: “We hebben motoren nodig met een hoge vermogensdichtheid”. Omdat de piekkoppels alleen bijzonder korte tijd nodig zijn, is er geen risico op oververhitting van de motoren.

Kleinere aandrijvingen
Het krachtige overbelastingsgedrag van de motoren – met hun diameter van slechts 32 millimeter – levert diverse voordelen op voor de Duitse logistiekpioniers. Het design levert de basis voor het gebruik van kleinere motoren, die betrouwbaar overweg kunnen met de hoge aanloopkoppels. Het resultaat is dat kleinere aandrijvingen inherent lichter zijn. “Het gewicht van de grijper moet zo klein mogelijk zijn, omdat we met de TORU natuurlijk ook langs de verticale as moeten bewegen”, licht Raphael Vering toe. Hoe zwaarder de grijpereenheid, des te meer vermogen er nodig is voor de aandrijving van de verticale as. Ook het zwaartepunt is van belang, zeker als TORU een schoenendoos moet ophalen van de bovenste plank op een stellage van twee meter hoog.

Natuurlijk kan het zwaartepunt eenvoudig lager worden gelegd met een dikkere bodemplaat. Dat zou de verplaatsingseenheid echter zwaarder maken, zodat hiervoor ook weer een zwaardere aandrijving nodig zou zijn. Die zou op zijn beurt meer vermogen van de accu vragen, zodat het bereik van de TORU kleiner zou worden. Een lichtgewicht design is ook nodig omdat de TORU niet alleen op vlakke betonnen vloeren op de begane grond wordt ingezet, maar ook op de minder sterke vloercontructies op tussen verdiepingen. “Vooral hier zijn de mogelijke oppervlaktebelastingen heel beperkt. We willen de TORU echter zo veelzijdig mogelijk maken”, vertelt Florin Wahl. Grotere motoren zouden ook de hantering hinderen, vooral als de dozen slechts een paar centimeter boven de vloer staan en de aandrijving simpelweg niet in de weg mag zitten. Met de oplossing van FAULHABER kan Magazino de TORU-grijper ver naar beneden verplaatsen en weer omhoog halen. “Dit is extreem belangrijk als je nagaat wat de capaciteit van een magazijn is ten opzicht van het vloeroppervlak. Iedere extra vierkante meter opslagruimte is goud waard”, legt Florin Wahl uit.

Het idee achter TORU is om een geavanceerd systeem op te zetten met automatisering, robotica, visuele technologie en autonoom rijden. Bij de selectie van de aandrijvingen was Magazino dus op zoek naar oplossingen met optimale vermogensdichtheid. Daarnaast moesten die oplossingen ook elegant kunnen worden geïntegreerd in het bestaande automatiseringsconcept. “De ondersteuning voor de CANopen-interface was voor ons doorslaggevend”, vertelt Raphael Vering. Omdat het bedrijf in München ook een perfect passend compleet Motion Control-systeem van FAULHABER kon gebruiken, had de afdeling Ontwikkeling meer vrijheid om de nieuwe logistieke oplossing verder te optimaliseren. “We hoeven geen tijd te investeren in onze eigen controllers of in de integratie van de encoders”, benadrukt Vering. De V2.5 Motion Controllers van FAULHABER vormen samen met de DC-micromotoren een extreem dynamisch positioneringssysteem. Magazino gebruikt analoge Hall-sensoren als feedbackregeling, zodat hiervoor geen aparte encoder nodig is. De geïntegreerde stroomregeling van de Motion Controllers beperkt het koppel en beschermt zo de elektronica en de motor tegen overbelasting. Magazino gebruikt deze functie ook om fouten in de goederenstroom op te merken, bijvoorbeeld als een schoenendoos klem zit in een schap. De uitname-eenheid stopt dan.

Kortom
Magazino levert met de TORU een geslaagde oplossing voor de goederenverwerking, die de efficiëntie in de logistiek eenvoudig en betrouwbaar kan verhogen. Met de huidige lage werkloosheid in Duitsland ligt de potentie van deze uitvinding voor de hand. Er is een groot tekort aan arbeidskrachten, met name ’s nachts en in de weekenden. En dat zijn precies de tijdstippen waarop consumenten veel online inkopen. Door het gebruik van zelfstandig werkende, intelligente robots voor de logistiek kan het orderpicken op zijn minst worden voorbereid voor het begin van de week. Hiervoor is de TORU uitgerust met een bewegend schap waarin de uitgenomen dozen worden geplaatst. Centreereenheden met aandrijvingen van FAULHABER helpen om deze dozen op een plaatsbesparende manier neer te zetten.