Deze cobot moet goed kunnen zien

Toen Würth in mei 2013 het verkoopcentrum VZ West op de locatie Künzelsau-Gaisbach opende, beloofde Norbert Heckmann, voorzitter van de raad van bestuur van Adolf Würth GmbH & Co. KG, onder andere dat de medewerkers zouden profiteren van de innovaties van het nieuwe gebouw. Hij zei: "Het zal uw dagelijkse werkzaamheden nog makkelijker maken." Met dit doel integreerde Würth moderne technologie in het gebouw en werden er ergonomische werkplekken ontworpen. De doelstelling om ook duurzaam met het personeel om te gaan werd echter nog niet als voltooid beschouwd: ook nu nog controleert de specialist voor montage- en bevestigingstechniek of taken te eentonig of fysiek zwaar zijn, zoals op de afdeling inkomende goederen van het verkoopcentrum.

Hier werken 30 mensen in twee ploegen per dag waarbij zij ongeveer 3.000 dozen verplaatsen. Zij stapelen de kubusvormige dozen van 500 tot 5.000 gram vol schroeven, moeren, sluitringen of stalen constructie-elementen vanaf pallets in kleine ladingdragers (SLC). "De totale belasting van een werknemer bedraagt dus enkele tonnen verdeeld over de dienst. De eentonigheid van het werk is net zo belastend," verduidelijkt Roland Schneider, hoofd van de technische afdeling bij Adolf Würth GmbH & Co. KG.

Tot nu toe was een consequente rotatie na vier uur de beste manier om de ergonomie en eentonigheid van de handmatige verwerking tegen te gaan. Om de werknemers te ontlasten, verdere groei op te vangen en het toenemende tekort aan geschoolde werknemers tegen te gaan, gaat Würth de automatiseringsgraad in de logistiek verhogen.

Schmalz stelde zich tot taak het bestaande handmatige verwerkingsproces intelligent te automatiseren. "Het verplaatsen van dozen van verschillende afmetingen en gewichten is de ideale taak voor onze BinPicking-grijper SBPG", legt Matthias Frey, Business Development Robotics, uit. De SBPG is lang genoeg om in de dozen te rijken en licht genoeg om de hefcapaciteit van kleinere robots niet te veel te verminderen. Hierdoor kan een ruimtebesparende cobot van Universal Robots de grijper begeleiden terwijl het Vision Eco-System voor Schmalz VE4S zorgt voor het zien. Door gebruik te maken van standaardcomponenten afkomstig van de afdeling robotica en zicht, biedt Schmalz een economische oplossing aan Würth voor minder dan 100.000 euro die dankzij plug-and-play-systemen snel kan worden geïmplementeerd, zonder veel engineeringwerk.

Het concept stond al snel vast, hoewel twee details een bijzondere uitdaging vormden voor de technologische knowhow van Schmalz: ten eerste het van de pallet nemen en strak in de dozen plaatsen ondanks de grote variatie in pakketten, en ten tweede het herkennen van een tussenlaag met een onbekende opdruk. Wat het hier nog ingewikkelder maakt, is dat het ontwerp van de tussenlagen kan lijken op dat van de dozen. "De enige aanpak die hier procesveilig werkte was het gebruik van kunstmatige intelligentie", legt Frey uit. Schmalz implementeerde het gedefinieerde instelpatroon met werkstukspecifieke programmering. "We zijn begonnen met een beperkt assortiment onderdelen, waarmee de capaciteit van de eerste cel voor 100 procent werd benut. Nu werken we aan het optimaliseren van de pickprestaties van de volgende cellen en het uitbreiden van het onderdelenspectrum om extra items automatisch te kunnen opslaan."

De uitdagingen in verband met de krappe ruimte op de locatie en de extra taak om de lege containers van een krattenbaan te halen, waren daarentegen relatief gemakkelijk te overwinnen. Een laserscanner maakt een veiligheidshek overbodig en zorgt zo voor een slanke cel. Zodra een persoon nadert, vermindert de collaboratieve robot zijn snelheid en blijft veilig werken met verminderde krachten.

Voor de verschillende grijptaken kan de cobot zelfstandig de zuignappen van de SBPG BinPicking-grijper verwisselen en dankzij het het MATCH snelwisselsysteem zelfs de gehele grijper. "Eén lastpicker bevindt zich altijd op de robotarm terwijl de andere wacht in het grijperstation. Als er bijvoorbeeld een krat moet worden verplaatst, haalt de cobot de daarvoor ontworpen PXT-grijper op. Dankzij de gestandaardiseerde aansluiting en communicatie is deze meteen klaar voor gebruik," legt Frey uit. De SBPG beschikt over drie zuignappen, de SAOF-ovaal, de SPB1 60 en de SPB1 80, zodat de robot elk formaat doos veilig kan verwerken. Het vereiste vacuüm wordt geleverd door de pneumatische RECB vacuümgenerator. Zijn geïntegreerde SEP-nozzle zorgt voor een efficiënte en tegelijk energiebesparende werking.

Schmalz implementeerde software met een gebruikersinterface die werknemers gebruiken om de taak in te voeren. Deze communiceert met de camera, de cobot en de veiligheidslaserscanner en stelt na het invoeren de robotbesturing en de camera af op de taak. "Momenteel dekken we ongeveer 30 procent van het extreem uitgebreide assortiment - en de trend is stijgend", legt Frey in april 2022 uit. Het bijzondere hierbij is ook dat Würth het gehele ordermanagement van de robotcel via de software aanstuurt. Wat al 100 procent werkt zijn functies zoals de doelcontainercontrole, waarbij de camera controleert of de aangeboden SLC daadwerkelijk leeg is, de detectie en verwijdering van de tussenlagen uit de bronbox, en de controle op botsingen. Hier berekent de software de waypoints die de robot nadert en gebruikt de digital twin om te controleren of er botsingen zullen optreden. Indien dit het geval is, vermijdt hij de obstakels en bepaalt hij nieuwe waypoints.

De collaboratieve robot is sinds eind december 2021 in gebruik in het distributiecentrum VZ West. "Wat ik hoor van ons personeel op de afdeling inkomende goederen is altijd positief. Ze zijn enthousiast", meldt Roland Schneider, die meteen daarna een inkijkje geeft in het dagelijkse werk met de cobot: de werknemers verplaatsen met een heftruck een europallet met dozen naar de daarvoor bestemde ruimte. De dozen zijn tussen 100 en 250 millimeter lang, 90 tot 100 millimeter hoog en 90 millimeter breed. De robot haalt de SLC-doelcontainer zelf van een transportband. De robotcel vult zoveel SLC-containers als nodig zijn, totdat de europallet leeg is. Wanneer de bakken op de transportband worden geschoven, worden ze gescand en in het SAP-systeem geboekt.

De oplossing bij Würth laat zien hoe een collaboratieve robot in combinatie met een camerasysteem en de juiste programmering medewerkers effectief kan ontlasten. "De cobot vermindert eentonig werk, verbetert de ergonomie aanzienlijk en is daarom een waardevolle ondersteuning. Het is nu zaak om hem geleidelijk vertrouwd te maken met ons volledige productassortiment, zodat het personeelsprobleem enigszins wordt verlicht", benadrukt Schneider, die nog meer projecten wil gaan uitvoeren samen met Schmalz en "het geweldige team van deskundigen rond de heer Frey".