Automatisierung der Logistik Interaktiver Roboter hilft beim Entleeren von Containern

40-Fuß-Standardcontainer sind die häufigsten Seecontainer weltweit. Mit ihren Innenmaßen von rund 12 mal 2,3 mal 2,4 Metern haben sie ein Ladevolumen von gut 65 Kubikmetern und eine Nutzlast von zirka 26 Tonnen. Diese Container zu entleeren, ist eine schwere, heute in den Häfen überwiegend noch manuelle Arbeit. Künftig soll sie mithilfe eines neuartigen Roboters erledigt werden. Dazu forscht das BIBA – Bremer Institut für Produktion und Logistik an der Universität Bremen mit den Entwicklungspartnern BLG Handelslogistik, Schulz Systemtechnik aus Bremen und Framos aus Taufkirchen bei München in dem neuen Projekt „Interaktives Robotiksystem zur Entleerung von Seecontainern“ (IRiS).

Förderung im Programm für innovative Hafentechnologien

Das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) fördert das dreijährige Vorhaben im Rahmen des Programms für Innovative Hafentechnologien (IHATEC) mit 2,2 Millionen Euro. Der Gesamtumfang beträgt 3,16 Millionen Euro. Begleitet wird das Projekt vom Projektträger TÜV Rheinland, und Verbundkoordinator ist BLG Handelslogistik.

Ein wesentlicher Anteil der im- und exportierten Container wird in Seehäfen entleert und beladen. In den inzwischen hochtechnisierten Transportketten ist das Entleeren von Containern einer der letzten nicht automatisierten Prozesse, denn hier fehlt es noch immer an schlanken, einfach zu handhabenden, zuverlässigen und kostengünstigen technischen Lösungen. Aufgrund hoher Investitionskosten und Inbetriebnahmezeiten sowie der aufwendigen Anpassungen der bestehenden Infrastruktur nutzen nur wenige Hafenbetreiber die bisher vorhandenen automatischen und halbautomatischen Robotersysteme. Diese sind zudem häufig stationär und relativ groß, was auch die Flexibilität erheblich eingeschränkt. Entsprechend üben in der Regel noch immer Menschen diese monotone und körperlich extrem belastende Tätigkeit in einem zumeist nicht klimatisierten Umfeld aus. Entladen sie einen 40-Fuß-Standardcontainer, bewegen sie bis zu 1.800 Kartons mit einem Einzelgewicht von teils bis zu 35 Kilogramm.

Mensch-Roboter-Interaktionsschnittstelle zur besseren Zusammenarbeit

Das Vorhaben dient der Verbesserung der Arbeitsbedingungen sowie der Effizienz von Umschlagprozessen an Seehäfen. Der in dem Projekt entwickelte neuartige, mobile Roboter soll innerhalb kürzester Zeit ohne große Infrastruktur-Anpassungen zur Entladung eingesetzt werden können. Als erstes erfolgt die Aufnahme der technologischen und mitarbeiter-spezifischen Anforderungen.

Um die Zusammenarbeit mit der Maschine möglichst einfach zu gestalten, entwickeln die Projektpartner auch Mensch-Roboter-Interaktionsschnittstellen. Unterschiedliche Interaktionsmodule ermöglichen eine intuitive Kontrolle und Steuerung des Roboters. „So lässt sich der Roboter überwachen, und bei Störungen können die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter schnell und mit wenig Aufwand und vor allem ohne Programmierkenntnisse eingreifen – losgelöst vom Arbeitsort des Roboters auch von einem Leitstand aus. Das Risiko kostenintensiver Systemstillstände wird damit minimiert“, sagt Dr.-Ing. Hendrik Thamer, Leiter des Projektes am BIBA.

Parallel zur Mechatronik-Entwicklung: Simulationen mit digitalem Zwilling

„Die Entwicklung der Mechatronik des Systems wird von Beginn der Entwicklungsarbeiten an durch die Abbildung in einem digitalen Zwilling begleitet. So können Komponenten bereits im Vorfeld simuliert und virtuell getestet werden“, erklärt Thamer. Die Mensch-Roboter-Schnittstellen werden in einen exemplarischen Leitstand integriert. Sind abschließend alle einzelnen Komponenten in ein Gesamtsystem integriert, erfolgen die Labor- und Feldtests. Eine Herausforderung in dem Projekt ist auch die Analyse des Containerinhaltes. Sie erfolgt mithilfe neuester Methoden der künstlichen Intelligenz.

„Der im Projekt entstehende Prototyp wird schon 2019 zeigen, wie eine verlässliche Zusammenarbeit von Mensch und Maschine in der Versorgungskette aussehen kann“, sagt Wolf Lampe, Leiter Nachhaltigkeit und neue Technologien bei BLG Logistics. „Die Konstellation der Projektpartnerschaft und ein ausgereiftes Konzept geben Anlass zu diesem Optimismus.“