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MRK Roboter hilft beim Container entladen

| Redakteur: Katharina Juschkat

Um die Arbeitsbedingungen beim Entladen von Seecontainern zu verbessern und effizienter zu gestalten, arbeiten Wissenschaftler gemeinsam mit Partnerunternehmen an einem Roboter, der künftig dem Hafenarbeiter zur Seite stehen soll.

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Ein großer Teil der im- und exportierten Container wird in Seehäfen wie hier in Bremerhaven entleert und beladen. Roboter sollen künftig dabei helfen, die Container effizienter zu entladen.
Ein großer Teil der im- und exportierten Container wird in Seehäfen wie hier in Bremerhaven entleert und beladen. Roboter sollen künftig dabei helfen, die Container effizienter zu entladen.
(Bild: BLG Logistik Group AG & Co. KG)

Die 40-Fuß-Seecontainer sind 12 mal 2,3 mal 2,4 Meter groß und haben damit ein Ladevolumen von 65 Kubikmetern und eine Nutzlast von etwa 26 Tonnen. Diese Container sind die häufigsten Seecontainer weltweit und werden überwiegend von Hand entladen – eine schwere und mühevolle Arbeit. Künftig aber sollen sie mithilfe eines Roboters geleert werden. Dazu forscht das BIBA – Bremer Institut für Produktion und Logistik an der Universität Bremen – mit den Entwicklungspartnern BLG Handelslogistik, Schulz Systemtechnik und Framos in dem Projekt „Interaktives Robotiksystem zur Entleerung von Seecontainern“, kurz „Iris“.

Bis zu 1.800 Kartons von Hand ausladen

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.

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Aufgrund hoher Investitionskosten und Inbetriebnahmezeiten sowie der aufwendigen Anpassungen nutzen nur wenige Hafenbetreiber die bisher vorhandenen automatischen und halbautomatischen Robotersysteme. Zudem sind diese Systeme häufig stationär und relativ groß, was auch die Flexibilität erheblich einschränkt. 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 kg oder mehr.

Roboter soll teilautonom arbeiten können

Das mobile System, an dem die Forscher arbeiten, soll die Arbeitsbedingungen verbessern und die Effizienz von Umschlagprozessen an Seehäfen erhöhen. Der in dem Projekt entwickelte mobile Roboter soll innerhalb kurzer Zeit ohne große Anpassungen zur Entladung eingesetzt werden können. Er soll sich zwischen mehreren Toren selbstfahrend bewegen können. Ist der Container leerer, soll er hineinfahren können. Zudem verfügt er über ein neues Kinematik- und Greifsystem. Mithilfe verschiedener Methoden des maschinellen Lernens kann der Roboter verschiedene Packszenarien klassifizieren und optimal entladen.

Als erstes erfolgt die Aufnahme der technologischen und Mitarbeiter-spezifischen Anforderungen. Um die Zusammenarbeit mit der Maschine möglichst einfach zu gestalten, entwickelt das BIBA Mensch-Roboter-Interaktionsschnittstellen. Sie werden in einen exemplarischen Leitstand integriert. Sind abschließend alle einzelnen Komponenten in ein Gesamtsystem integriert, erfolgen die Labor- und Feldtests.

Mit unterschiedlichen Interaktionsmodulen können ein oder mehrere Roboter intuitiv kontrolliert und gesteuert werden. „So können die Mitarbeiter die Roboter überwachen und bei Störungen schnell und vor allem ohne Programmierkenntnisse eingreifen. Und das losgelöst vom Arbeitsort der Roboter von einem Leitstand aus. Das Risiko kostenintensiver Systemstillstände wird damit minimiert“, sagt Projektleiter Hendrik Thamer.

Bildverarbeitung analysiert Containerinhalt

„Die Planung, die Konstruktion, die Fertigung der Komponenten und die Inbetriebnahme des Roboters werden durch die Abbildung in einem digitalen Zwilling begleitet. So können die Komponenten bereits im Vorfeld simuliert und virtuell getestet werden“, erklärt Dipl.-Ing. Marco Schrader, Automatisierungs- und Robotikspezialist von Schulz Systemtechnik. Mithilfe des digitalen Zwillings kann die Forschungs- und Entwicklungsarbeit ressourcenschonend gestaltet werden.

Eine weitere Herausforderung in dem Projekt ist die Analyse des Containerinhaltes. Projektpartner Framos ist Spezialist der industriellen Bildverarbeitung. Das Unternehmen entwickelt Methoden für eine zuverlässige Klassifizierung der Packszenarien und Analyse des Containerinhaltes. „Die Objekterkennung basiert auf 2D-/3D-Bilddaten. Sie verwendet moderne Methoden der Bildverarbeitung und kombiniert diese mit maschinellem Lernen“, erklärt Simon Che’Rose, Entwicklungsleiter bei Framos. So kann das System unter anderem erkennen, ob ein Container vollautomatisch durch den Roboter entladen werden kann oder darin besondere Situationen herrschen, die eine manuell gesteuerte Bedienung des Roboters erfordert. Zudem werden Lage und Orientierung des Inhaltes analysiert und ermöglichen eine optimale Planung des Entladevorganges.

Das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) fördert dieses 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.

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