De machines die nu op de markt zijn, zijn veelal nog te duur. Bovendien zijn ze doorgaans trager dan hun menselijke collega’s. Maar ook op dit terrein gaan de ontwikkelingen snel. Tijdens de 11e International Conference on Automation in Warehousing, die IFS Conferences in het Engelse Kempston (Bedford) eerder dit jaar in Helsinki organiseerde, werden enkele interessante nieuwe ontwikkelingen gepresenteerd. Ook die machines waren nog erg kostbaar, maar volgens de ontwikkelaars wel sneller en aanzienlijk betrouwbaarder dan vorige generaties.
“Tegenwoordig is het goed mogelijk om het orderpicken te automatiseren met behulp van mobiele robots” , vindt U.G. Tielker, een robot- deskundige die is verbonden aan het Fraunhofer Institut fur Materialfluss und Logistik (IML) in Stuttgart. “Weliswaar zijn ze trager dan de mens. Maar als er goederen met een gewicht van 20 kilo of meer moeten worden verzameld, is de robot een betere keuze. Hij is dan even snel als de mens, maar hij krijgt het in elk geval niet aan zijn rug.” Hij heeft voor deze vorm van automatisering een robot op het oog die geintegreerd wordt in automatische magazijntransportsystemen (AMT’en), zoals stellingbedieningsapparaten. Het IML heeft zo’n machine ontworpen. Ze kan ook als afzonderlijke unit samenwerken met een magazijn-transportmiddel bij de verwerking van Europallets.

Europallets
lleen

“Uitgangspunt voor het ontwikkelen van de robot was de werkwijze die de magazijnmedewerker volgt bij het orderpicken. Je moet niet de fout maken een stationnaire robot in te zetten, want die werkt niet op dezelfde wijze als een orderverzamelaar van vlees en bloed.” , zegt de Duitse deskundige. Maar er was een probleem dat moest worden opgelost voordat orderpicken uit/van pallets kon worden gerobotiseerd. De reeds bestaande mobiele robots voor orderpicken zoals ze ingezet worden in bij voorbeeld de farmaceutische industrie en in de textielbranche, zijn niet geschikt voor het omgaan met deze zware ladingen. “Maar Europallets zijn de meest gebruikte produktdragers” , stelt Tielker en dat gegeven is voor de mensen van het Fraunhofer Institut aanleiding geweest voor het ontwikkelen van een orderpick-robot die deze pallets wel kan behandelen. Men heeft daarbij voortgeborduurd op het reeds bestaande AMT’en.
“In sommige volledig geautomatiseerde magazijnen worden de horizontale transportfunkties voor pallets verricht door AMT’en die zich onafhankelijk van elkaar en van andere transportmiddelen door de stellinggangen begeven. Deze AMT’en zijn bevestigd aan en rijden over de rails die aan de gangzijde het front vormen van de stellingen. Zij nemen de volle pallets over van de installatie die de pallets aan de kop van de stelling aanvoert. In feite zijn AMT’en kleine intern transportwagens die met hun lading langs de stelling rijden tot de plaats bereikt is waar de pallet moet worden opgeslagen” , legt Tielker uit. In figuur 1 is het systeem in beeld gebracht.
De nieuw ontwikkelde robot is op een chassis gebouwd dat identiek is aan dat van de AMT. Hierdoor kan de robot de beide stellingen aan weerszijden van de gang bedienen. Zelfs kan hij – indien tot staan gebracht tussen twee palletlokaties op dezelfde stelling – vier pallets tegelijk benaderen voor orderpicken. Het geheim zit in de rotatie van de bovenste arm van de robot. Op het starre chassis is namelijk een roterende kolom geplaatst (zie fig. 2). Deze kolom is driedelig telescopisch opgebouwd en kan daarom ook verticaal bewegen.
Behalve een verticale is er ook een (eveneens driedelige) horizontale telescopische arm die de zogeheten ‘hand-as’ in positie brengt. Deze hand-as of grijper wordt evenals de kolommen pneumatisch aangedreven. Hij neemt rechthoekig gevormde verpakkingen van de pallet en plaatst deze op de vloerplaat van de robot, waarna ze naar de lift worden getransporteerd. De draaicirkel van de grijper heeft een diameter van 3900 mm met een ‘dode’ ruimte bij de kolom van 1300 mm. De maximaal te bereiken hoogte bij een pallet door het heffen van de verticale kolom is 1750 mm.

ROBSYC

De IML-robot werkt op krachtstroom: 380 Volt, die via een kabel wordt aangevoerd. Transformatoren op de robot brengen de spanning om tot een bruikbare voeding voor de aandrijvingsmotoren en voor het besturingssysteem. Men heeft afgezien van batterijvoeding, omdat de robot 20 kg moet kunnen ‘handlen’, wat nogal veel vermogen vraagt.
Een heel andere oplossing voor het automatiseren van een bepaalde vorm van orderpicken is die van een Frans consortium onder leiding van B- Plus Development en CEA-DTA’s Robotic Unit in Fontenay-aux-Roses. Een groep van zes bedrijven heeft met financiele steun van het Franse ministerie van onderwijs en wetenschappen ROBSYC ontwikkeld. Dit is een robot voor het oppikken van goederen vanaf een aanvoerconveyor, voor het sorteren van deze goederen en voor het formeren van stapels bij elkaar horende artikelen aan het eind van een afvoerconveyorbaan.
ROBSYC (de naam staat voor ROBot de SYnthese de Conditionnement) behandelt artikelen met een eigen gewicht van maximaal 2 kg of met een inhoud van maximaal 2 liter. Het artikel moet tenminste 2 vlakke, tegenover elkaar liggende zijkanten hebben. Het moet aan de robot aangeboden worden, liggende op de ene vlakke kant met de andere vlakke kant naar boven. De robot formeert de stapels aan het eind van de afvoerconveyor volgens een wisselend patroon (om en om). Het apparaat sorteert onderling van elkaar verschillende produkten volgens bepaalde criteria. De aan het eind van de afvoerconveyor geformeerde stapels worden overgedragen aan andere apparatuur, bij voorbeeld pallettiseermachines of dozeninpakmachines. ROBSYC is een prototype.
J.M. Carrere, manager van de robotdivisie van B Plus vertelt over de nieuwste loot aan de stam van zijn bedrijf. “De te behandelen produkten worden aangevoerd op een conveyorband die een snelheid heeft van 1 meter per seconde. De robot identificeert deze produkten met behulp van een vision-systeem en dat vindt plaats in een tempo van maximaal 100 artikelen per minuut.” Het gaat hier dan wel om artikelen die een eigen gewicht hebben van ten hoogste 200 gram, zodat de conveyor z’n maximale snelheid kan behalen. Het visionsysteem – een camera die de parameters (het uiterlijk, een barcode etc.) van het aangeboden artikel visueel opneemt en deze gegevens overdraagt aan een processorunit, die de parameters vergelijkt met de gegevens in z’n geheugen en vervolgens tot vaststelling van de identiteit overgaat – kan de identificatie gemakkelijk aan.
De aan- en afvoerconveyors van de robot vormen een hoek van 45 graden ten opzichte van elkaar. De robot is aangebracht boven het punt waar deze conveyors elkaar raken (zie fig. 3). Het mechanische deel van de robot wordt gevormd door 2 verticale statische kolommen die de motoren dragen waarmee de X-, de Y- en de theta-assen worden aangedreven. Dat gebeurt met behulp van een aandrijfriem. Aan de kolommen is ook een drager bevestigd, die in hoogte verstelbaar is. Deze drager bevat de lineaire geleider van de X-as, de mechanische aandrijving van de X-, Y- en theta-as en het mobiele gedeelte van de robot. Ook heeft de robot een zogeheten ‘end-effector’ die voor het formeren van de stapels gesorteerde artikelen zorgt.

Cyclus

Een komplete werkcyclus van ROBSYC bestaat uit de herkenning van een nieuw artikel door middel van het visionsysteem in een tijdsbestek van minder dan 350 milliseconden. Vervolgens worden de X- en Y-bewegingen zodanig gekombineerd dat de end-effector boven het artikel wordt gebracht. Daarna is er 0,1 seconde nodig om het artikel ‘op te zuigen’. De robot transporteert het object vervolgens van de input-conveyorband naar de outputband met een snelheid van 8 meter per seconde. Nadat het artikel op de outputband is gezet, keert de end- effector terug naar zijn uitgangspositie. Dit vindt plaats met een snelheid van 80 m/sekonde kwadraat.
Deze hoge snelheden worden gehaald binnen een werkruimte van 1.4 meter (X-as) bij 0.15 meter (Y-as). De accuratesse waarmee de robot met behulp van de X- en de Y-as positioneert, is circa 1 mm. De aandrijfriem slipt weliswaar 0,06 mm/sec., maar daarvoor is een automatische compensatieregeling aangebracht. De theta-as positioneert zelfs al roterend met een accuratesse van circa 0.1 radians. De end-effector voert z’n drie stappen (dalen – oppikken – hijsen) uit in minder dan 100 milliseconden. De in te stellen hoogte van de zuigmond ten behoeve van het oppikken van het artikel wordt bepaald met een tolerantie van plusminus 5 mm.
Het besturingssysteem van ROBSYC controleert elke milliseconde de positie van het artikel op de aanvoer- en op de afvoerband, alsmede de werksnelheden. De positie wordt gemeten met behulp van ‘resolvers’: meetinstrumenten die tegelijkertijd beslissingen nemen ter beinvloeding van het systeem. Carrere: “Wij kozen voor resolvers omdat zij doorwerken, ook wanneer zij worden blootgesteld aan krachten zoals die veroorzaakt worden door de 8G grote acceleraties van de terugkerende end-effector en aan de hoge temperaturen in de motoren, die boven de 100 graden Celsius uitkomen.” Ter illustratie: tot dusverre werd een versnelling van 4G als het hoogst bereikbare gezien en dan alleen nog voor lasten met een gewicht onder de twee kilo.
De door de resolvers uitgezonden signalen worden verwerkt door een Resolver to Digital Converter Circuit van het fabrikaat DDC (DDC 19200). De resolvers meten positie en snelheid van ieder bewegend deel steeds gedurende 1 milliseconde. Om de hoge meet- en besturingssnelheden te kunnen verwerken is gebruik gemaakt van TMS 320 digitale signaalprocessors.

Japan

Deze vergelijken en rekenen in minder dan 200 nanoseconden. Dankzij hun snelheid kan die van de conveyorbanden en die van de theta-rotatie dan wel van de end-effector steeds tijdig worden aangepast.
Zo bezien heeft de machine maar een nadeel: haar prijs. Zonder vision- systeem kost ze 60.000 tot 70.000 dollar en voor levering van een machine met elektronisch gezichtsvermogen moet er 100.000 dollar aan Carrere’s bedrijf worden overgemaakt.
Behalve de Fransen zijn ook de Japanners aktief op de markt voor orderpickende robots. De Takenaka Corporation in Tokyo heeft een robot ontwikkeld die deel uitmaakt van een magazijnkraan. De robot bestaat uit een 3-assig bewegend gedeelte en een ‘picking indication systeem’. Dit systeem maakt gebruik van een ITV-camera en een monitor met ‘touch panel’. Takenaka’s woordvoerder K. Watanabe legt uit: “Wanneer de kraan een container uit een rek neemt, wordt de inhoud van die container gepresenteerd op de monitor bij de operator. Deze raakt het scherm aan op de plaats waar het te picken artikel te zien is. De robot haalt vervolgens automatisch het geidentificeerde en geindiceerde artikel uit de container.”
De robot is ontwikkeld om het automatisch opslaan van artikelen en het automatisch orderverzamelen mogelijk te maken in magazijnen die al vrijwel geheel automatisch bediend worden. Watanabe: “In de oude situatie, dus zonder robot, brengen de kranen eerst volle containers automatisch naar de plaats waar ze moeten worden opgeslagen en voor het orderpicken brengen ze die containers weer terug naar het werkstation. Daarna brengen ze diezelfde containers opnieuw naar de stelling terug. Die haal- en brengcyclus kost veel tijd en dat is eigenlijk overbodig wanneer je er voor zorgt om orderpicking te laten plaatsvinden op de plek waar de container is opgeslagen. Dat moet je dan door diezelfde kraan laten doen die de container naar z’n lokatie heeft gebracht” .

Stapelkraan

Het hart van de Japanse ontwikkeling is de kraan. Deze brengt de container met daarin opgeslagen de voorraad artikelen door de stellinggang. Hij is thans voorzien van de robot die door de Japanners consequent de ‘3-assige beweegbare unit’ wordt genoemd. Deze robot kan de container van en naar de kraan en van en naar de stelling verplaatsen en door middel van een zuigmond de te picken artikelen uit de container halen. “De beweegbare unit pakt ieder artikel apart op en deponeert het in een verzamelbak, die op een werkplateau op de kraan is aangebracht. Zodra deze bak vol is, wordt hij door de beweegbare unit op een conveyorbaan gezet die ook door de stellinggang loopt en deze brengt de verzamelbak naar het werkstation” , aldus de deskundige.
Hij vervolgt: “Wat het automatiseren van een orderpicksysteem zo moeilijk maakt, is de grote variatie in afmetingen, in gewicht en in hanteerbaarheid van artikelen op de diverse opslaglokaties. Maar wij zijn er toch in geslaagd dit probleem op te lossen en wel door de toepassing van de ITV-camera en de monitor met het ‘touch panel’ op het scherm” . De oplossing wordt in beeld gebracht door fig. 4.
De robot kan zowel gebruikt worden voor het nauwkeurig positioneren van volle containers op de stelling als voor orderpicking. Ook kunnen containers desgewenst worden overgebracht naar het werkstation, bij voorbeeld om ze te vullen. Het besturingsprogramma voorziet er in om containers, die tijdens het werk leegraken, over te brengen naar het werkstation of ze voorlopig op de stelling te laten staan. Kiest de operator voor deze laatste optie, dan onthoudt de computer welke containers leeg achtergebleven zijn. Na afloop van het orderpicken stuurt hij de gerobotiseerde kraan langs alle plaatsen waar een lege container staat en hij zorgt er voor dat deze naar het werkstation worden overgebracht. Opnieuw gevulde containers, die via de conveyors naar de kraan terugkeren, worden weer netjes op de stelling geplaatst.
hasuDe ROBSYC. Hij is geschikt voor orderpicken door middel van het herkennen van aangeboden artikelen, het sorteren van deze artikelen en het vormen van verder te verwerken stapels artikelen. De robot is een experimenteel prototype en werkt met uitzonderlijk hoge snelheden. (Foto: B Plus, Fontenay-aux-Roses, France)

Jan van de Nes

De orderpickingrobot/stapelkraan van Takenaka. (Foto: Takenaka Corp., Tokyo, Japan)

Een close-up van de pick-unit. (Foto: Takenaka Corp., Tokyo, Japan)