Cobots entlasten Mitarbeiter Sehen, greifen, sortieren

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60 Hände sortieren täglich im Vertriebszentrum von Würth rund 3000 Schachteln mit Schrauben, Muttern und anderen Verbindungselementen. Vor wenigen Monaten gesellte sich ein kollaborativer Roboter dazu und übernimmt jetzt zum Teil die Arbeit und verbessert deutlich die Ergonomie des Arbeitsplatzes.

Als Würth das Vertriebszentrum VZ West am Standort Künzelsau-Gaisbach im Mai 2013 eröffnete, versprach Norbert Heckmann, Sprecher der Geschäftsleitung der Adolf Würth GmbH & Co. KG, unter anderem, dass die Mitarbeiter von den Innovationen des Neubaus profitieren würden. «Es wird Ihnen Ihr Tagesgeschäft noch leichter machen.» Dafür integrierte Würth moderne Technik und gestaltete die Arbeitsplätze ergonomisch. Das Ziel, nachhaltig auch mit der Ressource Arbeitskraft umzugehen, galt aber noch nicht als abgeschlossen: Auch heute überprüft der Spezialist für Montage- und Befestigungstechnik, ob Aufgaben zu monoton oder körperlich belastend sind – wie im Wareneingang des Vertriebszentrums.

Hier arbeiten pro Tag 30 Personen im Zwei-Schicht-Betrieb und bewegen circa 3000 Schachteln. Sie stapeln die 500 bis 5000 Gramm schweren quaderförmigen Kartons voller Schrauben, Muttern, Unterlegscheiben oder Stahlbauelementen von Paletten in Kleinladungsträger (KLT). «Die Gesamtlast eines Mitarbeitenden beträgt damit über die Schicht verteilt mehrere Tonnen. Ebenso belastend ist die Eintönigkeit der Tätigkeit», verdeutlicht Roland Schneider, Abteilungsleiter Technische Abteilung bei Adolf Würth GmbH & Co. KG.

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Bis dato war die konsequente Rotation nach vier Stunden das beste Mittel, um der Ergonomie und Eintönigkeit in manuellen Abwicklungen entgegenzuwirken. Um die Mitarbeiter zu entlasten, das weitere Wachstum abzudecken und dem zunehmenden Fachkräftemangel entgegenzuwirken, wird Würth den Automatisierungsgrad in der Logistik erhöhen.

Leichter Greifer, kluge Augen

Der Aufgabe, den bestehenden manuellen Handhabungsprozess intelligent zu automatisieren, stellte sich die J. Schmalz GmbH. «Das Umsetzen unterschiedlich grosser Kartons verschiedenen Gewichts ist die ideale Aufgabe für unseren Bin-Picking-Greifer SBPG», erklärt Matthias Frey, Business Development Robotik. Der SBPG ist ausreichend lang, um in die Kisten einzutauchen, und leicht genug, um die Traglast kleinerer Roboter nicht allzu sehr zu reduzieren. So kann ein raumsparender Cobot von Universal Robots den Greifer führen, während das Vision Eco-System for Schmalz VE4S das Sehen übernimmt. Indem Schmalz auf Standardkomponenten aus seinem Bereich Robotik und Vision zurückgreift, erhält Würth eine wirtschaftliche Lösung für weniger als 100 000 Euro, die dank der plug-and-play-fähigen Systeme schnell implementiert ist – ohne grossen Engineering-Aufwand.

Das Konzept stand rasch, wobei zwei Details das technologische Know-how von Schmalz besonders forderten: zum einen das Picken aus der Palette und das enge Setzen der Pakete in die Kisten trotz hoher Varianz, zum anderen das Erkennen einer Zwischenlage mit unbekanntem Aufdruck. Zusätzlich erschwerend hierbei ist, dass das Design der Zwischenlagen dem der Schachteln ähneln kann. «Der einzige Ansatz, der hier prozesssicher funktioniert hat, war der Einsatz von künstlicher Intelligenz», erklärt Frey. Das definierte Setzmuster realisierte Schmalz mit einer werkstückspezifischen Programmierung: «Wir sind mit einem begrenzten Teilespektrum gestartet, welches die erste Zelle zu 100 Prozent auslastet. Nun arbeiten wir daran, die Pick-Leistung der Folgezellen zu optimieren und das Teilespektrum zu erweitern, um weitere Artikel automatisiert einlagern zu können.»

Dagegen waren die Herausforderungen durch die engen Platzverhältnisse am Einsatzort und die zusätzliche Aufgabe, die leeren Behälter von einem Kistenband zu holen, verhältnismässig einfach zu erfüllen. Denn ein Laserscanner macht einen Sicherheitszaun überflüssig und sorgt somit für eine schlanke Zelle. Sobald sich eine Person nähert, verringert der kollaborative Roboter seine Geschwindigkeit und arbeitet mit reduzierten Kräften sicher weiter.

Ein System, drei Greifer

Um die unterschiedlichen Greifaufgaben zu erledigen, kann der Cobot selbstständig die Sauger des Bin-Picking-Greifers SBPG sowie – dank des Match-Schnellwechselmoduls – den ganzen Greifer tauschen. «Ein Lastaufnehmer ist immer am Roboterarm, während der andere im Greiferbahnhof wartet. Ist beispielsweise eine Kiste zu bewegen, holt sich der Cobot den dafür konzipierten PXT-Greifer. Dank der standardisierten Anbindung und Kommunikation ist dieser direkt einsatzbereit», erklärt Frey. Dem SBPG stehen drei Sauger, der SAOF oval, der SPB1 60 und der SPB1 80, zur Verfügung, sodass der Roboter jede Kartongrösse sicher handhaben kann. Das benötigte Vakuum stellt der pneumatische Vakuum-Erzeuger RECB bereit. Seine integrierte SEP-Düse sorgt für einen effizienten und zugleich energiesparenden Betrieb.

Schmalz implementierte eine Software, über deren Bedienoberfläche die Mitarbeitenden den aktuellen Auftrag eingeben. Diese kommuniziert mit der Kamera, dem Cobot und dem Sicherheitslaserscanner und passt nach der Eingabe die Robotersteuerung und die Kamera an die Aufgabe an. «Aktuell decken wir rund 30 Prozent des äusserst umfangreichen Warensortiments ab – Tendenz steigend», erklärt Frey im April 2022. Die Besonderheit hierbei ist zudem, dass Würth über die Software das gesamte Auftragsmanagement der Roboterzelle steuert. Was bereits zu 100 Prozent funktioniert, sind Features wie die Zielbehälterkontrolle, bei der die Kamera prüft, ob der bereitgestellte KLT wirklich leer ist, das Erkennen und Entnehmen der Zwischenlagen aus der Quellkiste und der Kollisionscheck. Hierbei berechnet die Software die Wegpunkte, die der Roboter anfährt und checkt mithilfe des digitalen Zwillings, ob es zu Kollisionen kommt. Ist dies der Fall, umgeht sie die Hindernisse und legt neue Wegpunkte fest.

Lob für die Cobot-Lösung

Der kollaborative Roboter ist seit Ende Dezember 2021 im Vertriebszentrum VZ West in Betrieb. «Was ich von unserem Personal aus dem Wareneingang höre, ist durchweg positiv – sie sind begeistert», berichtet Roland Schneider, der gleich darauf einen Einblick in den Arbeitsalltag mit dem Cobot gibt: Die Mitarbeitenden fahren mit dem Hubwagen eine Europalette mit Schachteln in den vorgesehenen Bereich. Die Kartons sind zwischen 100 und 250 Millimeter lang, 90 bis 100 Millimeter hoch und 90 Millimeter breit. Den KLT-Zielbehälter holt sich der Roboter selbst von einem Förderband. Die Roboter­zelle füllt so viele KLT-Behälter, bis die Euro­palette geleert ist. Beim Abschieben auf die Fördertechnik werden die Behälter gescannt und im SAP-System verbucht.

Die Lösung bei Würth zeigt, wie ein kollaborativer Roboter in Kombination mit einem Kamerasystem und der richtigen Programmierung Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter effektiv entlastet. «Der Cobot reduziert die monotone Arbeit, verbessert deutlich die Ergonomie und ist daher eine wertvolle Unterstützung. Jetzt gilt es, ihn nach und nach mit unserem gesamten Produktsortiment vertraut zu machen, damit er den personellen Engpass etwas entspannt», betont Schneider, der gerne weitere Projekte mit Schmalz und «dem tollen Experten-​Team um Herrn Frey» umsetzen will. SMM

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