Antriebslösungen : Faulhaber: Filigrane Antriebslösung für Logistikroboter

Magazino will das erste selbstdenkende und selbsthandelnde Warenlager der Welt schaffen – und ist auf bestem Weg dahin. Toru heißt der neue Logistikroboter, der sich aktuell im Praxistest bei großen Versanddienstleistern bewährt. Diese nutzen das intelligente, selbstfahrende System vor allem für die Auslagerung von Schuhkartons im Rahmen der Kommissionierung. Bei Toru handelt es sich um einen so genannten perzeptionsgesteuerten Roboter. Dieser ist in der Lage, durch Kameras, Bildverarbeitung, Sensoren und künstliche Intelligenz seine Umwelt wahrzunehmen, richtig zu interpretieren und darauf basierend Entscheidungen zu treffen.

Antriebe von Faulhaber ermöglichen das Handling von Lagerware. Dazu muss eine Metallzunge aus- und wieder eingefahren werden, um so die Lücke zwischen dem Fahrzeug und dem Regalboden zu schließen. Anschließend zieht Toru die Kartons auf der glatten Fläche mit Unterdruck heraus. Hierbei bilden Motion Controller, bürstenlose DC-Servomotoren der Serie BX4 und Planetengetriebe ein Antriebssystem.

Für die Positionierung des Sauggreifers entlang einer Zahnstange setzt Magazino Faulhaber Antriebe vom Typ BX4 ein. Mit einer Leistung von 62 Watt liefern die bürstenlosen DC-Servomotoren im Dauerbetrieb Nennmomente bis 72 mNm. Interessant für Magazino sind die Spitzenmomente bis 96 mNm. Die Überlastfähigkeit ist entscheidend, um die Losbrechmomente beim Handling der Schuhkartons sicher zu bewältigen. „Wir brauchen Motoren mit hoher Leistungsdichte“, erklärt Raphael Vering aus der Maschinenbauentwicklung bei Magazino. Da die Spitzenmomente der Motoren nur in einem eng bemessenen Zeitfenster gefragt sind, besteht keine Gefahr vor Überhitzung.

Das kräftige Überlastverhalten der Motoren mit ihrem Durchmesser von gerade einmal 32 mm hat für die Münchner Logistikpioniere eine Reihe von Vorteilen. Es werden kleinere Antriebe eingesetzt, die naturgemäß leichter sind. „Die Masse des Greifers muss so gering wie möglich sein, da er im Toru auf der Vertikalachse mit bewegt werden muss“, verdeutlicht Raphael Vering. Je schwerer die Greifeinheit, desto größer die gefragte Motorleistung der Vertikalachse. Dann bliebe da noch die Frage des Schwerpunktes, wenn Toru Schuhkartons im obersten Boden eines Zwei-Meter-Regals greifen soll.

Ohne Frage: Der Schwerpunkt ließe sich recht unkompliziert durch eine stärkere Grundplatte wieder nach unten verlagern. Das jedoch macht die Fahreinheit schwerer. Folglich ist ein stärkerer Antriebsmotor notwendig. Der fordert vom Akku wiederum mehr Leistung ab und verkürzt so die Reichweite. Die Leichtigkeit in der Konstruktion ist auch deshalb geboten, weil Toru nicht nur auf festem Beton im Erdgeschoss einsetzbar sein soll, sondern auch auf filigranen Deckenkonstruktionen von Zwischengeschossen. „Gerade hier sind die erlaubten Flächenlasten stark limitiert. Wir wollen Toru aber möglichst variabel einsetzen können“, merkt Florin Wahl an. Größere Motoren würden zudem das Handling behindern – gerade dann, wenn Kartons wenige Zentimeter über dem Fußboden lagern und die Antriebe dafür einfach nicht im Weg sein dürfen. Mit der Faulhaber Lösung kommt Magazino ganz weit runter und eben auch rauf. „Das ist enorm wichtig, wenn wir die Kapazität eines Lagers zur Grundfläche betrachten. Jeder Regalboden mehr ist Gold wert“, bringt es Florin Wahl auf den Punkt.

Hinter der Idee von Toru steckt in der Umsetzung ein ausgefeiltes System aus Automation, Robotik, Vision und autonomem Fahren. Magazino war bei der Evaluierung der Antriebe deshalb auf der Suche nach Lösungen mit optimaler Leistungsdichte. Die Motoren müssen sich elegant in den vorhandenen Automationsverbund integrieren lassen. „Die Unterstützung der CANopen-Kommunikation war für uns entscheidend“, blickt Raphael Vering zurück. Dass die Münchner bei Faulhaber zudem eine passgenaue Motion Control Gesamtlösung nutzen können, verschaffte der Entwicklung mehr Freiraum für die weitere Optimierung der neuen Logistiklösung. „Wir müssen keine Zeit in die Konzeption eigener Regler oder die Integration von Encodern stecken“, unterstreicht Vering. Die Motion Controller der Faulhaber Generation V2.5 bilden mit den DC-Servomotoren hochdynamische Positioniersysteme. Als Rückführung nutzt Magazino die analogen Hallsensoren und spart sich damit den Einsatz eines gesonderten Encoders für die Rückführung. Die integrierte Stromregelung der Motion Controller begrenzt das Drehmoment und schützt damit Elektronik und Motor vor Überlast. Diese Funktion nutzt Magazino wiederum dafür, Störungen im Materialfluss zu erkennen – dann etwa, wenn sich ein Schuhkarton in einem Regalfach verklemmt hat und so die Entnahmeeinheit zum Stoppen bringt.