Mehr Intelligenz für mobile Lagerroboter

In Lagern auf der ganzen Welt arbeiten autonome Roboter an der Seite von Menschen, um Waren schneller als je zuvor zu versenden – und die Nachfrage nach Geschwindigkeit wird immer größer. Viele Einzelhändler versprechen einen Versand innerhalb von zwei Tagen und haben ein hohes Auftragsvolumen zu bewältigen. Daher hängt der Erfolg davon ab, inwieweit die Lagerhäuser den Prozess des Auffindens, Kommissionierens und Verpackens von Waren automatisieren können. Bisher mussten Menschen mit Barcode-Scannern durch ein Lagerhaus navigieren, die Artikel einer Bestellung finden und sie zurück in den Versandbereich transportieren, wo sie verpackt und versandt wurden.

Um diesen Prozess zu beschleunigen, haben große Einzelhändler in Roboter investiert, die ganze Regale mit Inventar quer durch das Lager zu den Mitarbeitenden bringen können. Als die Robotertechnologie immer intelligenter und geschickter wurde, konnten die Lagerhäuser das System vereinfachen, indem Roboter die Artikel aus den Regalen entnehmen und auf Förderbänder legen ließen, um sie zum Versandbereich zu bringen.

Die nächste Phase dieser Entwicklung erfordert einen grundlegenden Wandel in der Arbeitsweise von Lagerrobotern. Bislang haben die Systeme die Arbeit von Mensch und Roboter weitgehend getrennt. Die nächste Generation von Robotern wird aus ihren Käfigen befreit, sodass sie in denselben Räumen arbeiten können wie die Menschen um sie herum. Dieser Wandel erfordert einen neuen Fokus darauf, diese Roboter sicherer, intelligenter, kompakter und autonomer zu machen.

Je mehr Roboter in Kognition, Geschicklichkeit, Anpassungsfähigkeit und Denkvermögen dem Menschen ähneln, desto mehr gleichen sie ihm auch äußerlich. Der Schwerpunkt der, die diese Roboter ausführen, wird sich ebenfalls verlagern, zunächst von der Mensch-Roboter-Zusammenarbeit hin zu einer vollständigen Autonomie der Roboter, die dann ohne menschlichen Eingriff (Humans-in-the-Loop) arbeiten werden. Diese bevorstehende Evolution der Lagerhaltung hat massive Auswirkungen auf Verbindungssysteme, Gebäudeautomation, Stromversorgung und Elektrifizierung. 

Da Roboter immer leistungsfähiger werden und zunehmend Aufgaben in Lagern übernehmen,  ist es entscheidend, dass sie sicher und effizient arbeiten und dabei zentrale Ziele wie kürzere Lieferzeiten unterstützen.

Um dieses Gleichgewicht zu erreichen, benötigen sie fortschrittliche Sensoren, integrierte Sicherheitssysteme und eine verbesserte Konnektivität. 

Roboter müssen mit leistungsfähiger Sensorik ausgestattet sein, um menschenähnliche Wahrnehmungs-, Geschicklichkeits- und Denkfähigkeiten zu entwickeln:

• Für die Umfelderkennung benötigen sie LIDAR-, Vision- oder Infrarotsensoren.
• Um ihre Denkprozesse zu verbessern, benötigen sie mehr Rechenleistung, die komplexe Algorithmen für KI und maschinelles Lernen verarbeiten kann, darunter Grafikprozessoren (GPUs) und neuronale Prozessoren (NPUs).
• Um kooperativ und effektiv innerhalb eines Lager-Ökosystems zu interagieren, ist eine zuverlässige Anbindung an lokale und entfernte Netzwerke über Ethernet, RJ45, Edge- und/oder Cloud-Geräte und -Protokolle erforderlich.
• Um in der Nähe von Menschen sicher arbeiten zu können, benötigen sie Timer, Encoder und Drehmomentsensoren, die ihnen helfen, die Vorgaben am Einsatzort einzuhalten und potenziell unsichere Aktivitäten zu unterbinden.
• Um die Stromversorgung sicherzustellen und die Batterien aufgeladen zu halten, benötigen sie passende Steckverbinder und flexible Andocksysteme, die ein autonomes Aufladen ermöglichen.
• Außerdem benötigen sie Motoren und Bewegungssysteme, die es ihnen ermöglichen, sich frei und geschickt genug zu bewegen, um ein immer größeres Spektrum an Tätigkeiten im gesamten Lager auszuführen.
  

Die Gewährleistung eines zuverlässigen und sicheren autonomen Betriebs unter allen Einsatzbedingungen ist von entscheidender Bedeutung. Sensoren und Verbindungssysteme müssen nicht nur leistungsfähig, sondern auch robust und langlebig sein. Und da die Systeme immer komplexer werden, könnte die Fähigkeit zur Selbstdiagnose potenzieller Wartungsprobleme durch eine Verbindung zur Cloud Zeit und Kosten sparen, da Lagerhäuser bestrebt sind, ihre Roboterflotten instand zu halten.

Es ist schwierig, die Mobilität eines Roboters zu maximieren, ohne ihn an Kabel anzuschließen. Ein autonomer Roboter, der mit Batterien betrieben wird, muss jedoch in der Lage sein, sich regelmäßig aufzuladen, um seine maximale Leistungsfähigkeit zu erreichen. Roboter in die Lage zu versetzen, sich selbstständig an eine Ladestation anzudocken und Komponenten sicher zu verbinden, ist keine leichte Aufgabe. Roboter unterscheiden sich in Größe und Bauform, je nach Aufgabe, die sie erfüllen sollen. Die Lasten, die sie tragen, und die spezifischen Aufgaben, die sie bewältigen, variieren, je nachdem, ob sie greifen, ablegen, sortieren oder suchen sollen.

Die Ladelösungen von TE Connectivity sind so konzipiert, dass sie eine solide Verbindung herstellen und gleichzeitig genügend Spielraum bieten, damit Roboter den Steckvorgang autonom durchführen können. Auch die Ladesteckverbinder von TE sind auf den jeweiligen Robotertyp zugeschnitten. Der Ladesteckverbinder für einen Roboter, der schwere Paletten bewegt und verschiebt, hat beispielsweise andere Anforderungen als der Blindsteck-Ladesteckverbinder, der zum Aufladen von automatisierten mobilen Robotern verwendet wird, die einzelne Produkte aus den Regalen nehmen.

In jedem Fall müssen die Ladestationen mit Steckverbindern ausgestattet sein, die in schwierigen und schmutzigen Umgebungen zuverlässig funktionieren. Außerdem benötigen sie Netzfilter, um sicherzustellen, dass sie die richtige Strommenge zum effizienten Laden eines Roboters übertragen. Sowohl die Ladegeräte als auch die Ladeanschlüsse müssen so konstruiert sein, dass sie das automatische An- und Abkoppeln der Teile viele Male überstehen - möglicherweise über Hunderttausende von Steckzyklen hinweg.

Die Balance zwischen kompakter Bauweise und Leistungsfähigkeit stellt Ingenieurinnen und Ingenieure immer wieder vor Herausforderungen. Nahezu jeder Hersteller produziert Roboter mit einer Reihe von Nutzlasten, die alle einen unterschiedlichen Leistungsbedarf haben. In einer Cross-Docking-Anlage, in der keine kleineren Einheiten als Paletten verarbeitet werden müssen, können Bediener sehr schwere Roboter mit eingeschränkter Mobilität einsetzen. Auf der anderen Seite müssen Roboter, die einzelne Objekte aufnehmen oder sogar Medikamente in einer Apotheke sortieren können, wesentlich kleiner sein.

Da der Platz in den Lagern immer knapper wird und kleinere Roboter erfordert, sind die Anforderungen an Leistung, Signale und Drehmoment für diese Roboter gestiegen. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, haben sich Komponentenhersteller wie TE darauf konzentriert, leistungsfähigere und zuverlässigere Teile in einem kompakten Formfaktor zu produzieren. Hochspezialisierte Konstruktions- und Fertigungskapazitäten werden zunehmend an Bedeutung gewinnen, da Komponentenhersteller innovative Produkte entwickeln, die eine breite Palette von Kundenanforderungen erfüllen.

Die weitere Verfeinerung der Bewegungsabläufe von Robotern wird es ihnen ermöglichen, eine Reihe von Aufgaben zu übernehmen, die noch immer menschliches Eingreifen erfordern. So werden in den meisten Lagern immer noch Artikel in größeren Mengen gelagert, als es der typischen Bestellgröße entspricht, wie z. B. eine Schachtel mit 20 Zahnbürsten. Das bedeutet, dass ein Roboter den Karton zu einem Versandbereich bringen muss, wo ein Mensch eine einzelne Zahnbürste für eine Bestellung heraussucht. Roboter der nächsten Generation könnten in der Lage sein, diese eine Zahnbürste selbständig zu finden und herauszugreifen. Ebenso erfordern zerbrechliche und verderbliche Lebensmittel noch mehr Geschicklichkeit sowie die Fähigkeit, Druck und Drehmoment intelligent zu steuern, damit die Bewegungen eines Roboters keine zerbrechlichen Gegenstände wie Obst und Gemüse beschädigen.

Rechenleistung und die Fähigkeit, sich schnell und sicher auf engem Raum zu bewegen, werden für Lagerroboter, die diese immer komplexeren Aufgaben übernehmen können, immer wichtiger. Aber die Fortschritte in der Komponententechnologie, die die Roboter aus ihren Käfigen befreien und die Lagerautomatisierung vorantreiben, ebnen den Weg für Anwendungen in anderen Branchen, in denen die Roboterautomatisierung Geschwindigkeit, Leistung und Sicherheit verbessern kann. Das Tempo, mit dem Roboter neue Aufgaben in Lagern übernehmen, wird weiter exponentiell zunehmen. Damit steigt auch die Nachfrage nach Komponenten für Elektrifizierung, Automatisierung, Sensorik und Mobilität.