Mit Cobots automatisiert palettieren und verpacken

Cobots Mit Cobots automatisiert palettieren und verpacken

27.08.2018Autor / Redakteur: Helmut Schmid* / Jan Vollmuth

In puncto Anwendungspotenzial kollaborierender Roboter rücken die Verpackung und Palettierung verstärkt in den Fokus. Klug eingesetzt sind Cobtos ein wichtiges Mittel, um Marktanforderungen wie immer kürzeren Lieferzeiten gerecht werden zu können.

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Universal Robots (Germany) GmbH

Der Leichtbauroboter UR10 von Universal Robots kann mit seinem Arbeitsradius von bis zu 1,3 m und seiner Tragkraft von 10 kg Waren effizient abstapeln – so etwa bei der Firma Hensel.
(Bild: Hensel)

Jedes produzierende Unternehmen weiß: Der Wertschöpfungsprozess ist mit der Endmontage noch lange nicht vorbei. Damit Produkte in gewünschter Qualität fristgerecht geliefert werden können, muss selbst der letzte Schritt an der Fertigungslinie gut durchdacht sein – die Verpackung und Palettierung.

Roboter sind hier als ein gefragtes Werkzeug zur Automatisierung unumstritten. Das bestätigt auch die International Federation of Robotics (IFR). So sei die Anzahl der weltweit jährlich installierten Verpackungsroboter von 2007 auf 2017 auf rund 32.600 Stück um das Fünfzehnfache gestiegen. Für den Anwendungsbereich Palettierung und Kommissionierung verdreifachte sich der Wert im selben Zeitraum auf knapp 10.000 Stück im Jahr 2017. Knickarmroboter machten dabei 34% der installierten Verpackungsroboter aus.

Cobots ermöglichen Zusammenarbeit mit Menschen

Zu einem der Treiber dieser Entwicklung zählt die Generation der kollaborierenden Leichtbauroboter. Oftmals integrieren Betriebe Roboterarme in bereits bestehende Verpackungsanlagen, auf welche Mitarbeiter einen unmittelbaren Zugriff haben müssen. Grundlegendes Kriterium bei der Anschaffung eines neuen Roboters ist dann seine Fähigkeit zur Kollaboration – also zum direkten Einsatz neben dem Menschen ohne Schutzumhausung.

Als einer der Pioniere auf diesem Gebiet gilt Universal Robots (UR). Die kollaborierenden Leichtbauroboter des heutigen Weltmarktführers sind so gestaltet, dass sie direkt mit dem Anwender zusammenarbeiten können – leicht, flexibel und intuitiv bedienbar. Damit sind sie eine unkomplizierte und kostengünstige Alternative zu herkömmlichen Industrierobotern, so etwa auch kartesischen Maschinen, deren Anteil laut IFR im Verpackungsbereich rückläufig sei – von 71% im Jahr 2015 auf 51% in nur zwei Jahren.

Mit Blick auf die breite Einsatzpalette der kollaborierenden Technologie ist das nicht verwunderlich. Die Robotermodelle der e-Series von UR (UR3e, UR5e und UR10e – benannt nach ihrer Nutzlast in Kilogramm) können fast jede nur denkbare Aufgabe im Verpackungsprozess automatisieren – das kann die Etikettierung von Produkten sein oder das Abstapeln auf Paletten. Im Entscheidungsprozess sollte dafür auf ihre Traglast und Reichweite geachtet werden.

Cobot bewegt rund 2,5 t Paketmasse pro Schicht

Als letzte Komponente einer vollautomatisierten Anlage aus Montage- und Verpackungsmaschinen zur Herstellung von Kabelabzweigkästen bewegt bei der Gustav Hensel GmbH und Co. KG ein UR10 etwa 2,5 t Paketmasse pro Schicht.
(Bild: Hensel)

Im Bereich Palettierung sind speziell größere und stärkere Roboter eine geeignete Wahl, wie der UR10. Mit seinem Arbeitsradius bis zu 1,3 m und seiner Tragkraft von 10 kg kann er Waren höchsteffizient abstapeln – so etwa bei der Gustav Hensel GmbH und Co. KG. Als letzte Komponente einer vollautomatisierten Anlage aus Montage- und Verpackungsmaschinen zur Herstellung von Kabelabzweigkästen bewegt dort ein UR10 ca. 2,5 Tonnen Paketmasse pro Schicht.

Atria Scandinavia, der größte Hersteller von vegetarischen Gourmetprodukten in Nordeuropa, setzt drei Roboterarme von UR in seiner Verpackungslinie ein.
(Bild: Universal Robots)

Für kleinteiligere Aufgaben wie die Etikettierung oder Verpackung wählen Betriebe gerne die kompakteren Modelle UR5 und UR3. Atria Scandinavia, der größte Hersteller von vegetarischen Gourmetprodukten in Nordeuropa, setzt zum Beispiel drei Roboterarme von UR in seiner Verpackungslinie ein. Sie etikettieren die Lebensmittel, verpacken sie in Kartons und stapeln sie schließlich auf Paletten ab. So bereiten sie pro Stunde knapp 230 Artikel zur Auslieferung vor.

Für jedes Material die passende Lösung

Für sich genommen ist ein Roboterarm nur ein „nacktes“ Werkzeug. Essenziell vor seiner Integration ist daher auch die Auswahl passender Peripherie-Produkte, sprich Greifer und Co. In der Regel gibt es für jede Verpackungseinheit und jedes Material eine Lösung – ob filigranes Papier, empfindliches Glas oder schwerer Karton.

Um Unternehmen nicht nur den richtigen Roboterkollegen zur Verfügung zu stellen, sondern gleich das erforderliche Gesamtpaket hat UR den Universal Robots+ Showroom etabliert. Diese Online-Plattform bietet eine Kollektion an Greifern, Software und sonstigem Zubehör, die garantiert mit den Robotern kompatibel sind.

Auf den Greifer kommt es auch noch an

Für sich genommen ist ein Roboterarm nur ein „nacktes“ Werkzeug. Essenziell vor seiner Integration ist daher auch die Auswahl passender Peripherie-Produkte, sprich Greifer und Co.
(Bild: Universal Robots / FTGRF Fotodesign)

Im Bereich der Palettierungsapplikationen beweisen sich häufig Sauggreifer. Schließlich sollten beim Abstapeln keine Störungskonturen generiert werden. Im Einsatz mit Parallelgreifern würden da immer wieder die eigenen Greiffinger beim Platzieren von Kartons im Weg stehen. Auch beim Mittelständler Hensel agiert der UR10 ausgestattet mit einem Sauggreifer. Dieser wurde gleich so konzipiert, dass er vier verschiedene Kartongrößen flexibel handhaben kann.

Den Begriff „kollaborierend“ erweitert UR um die Attribute Benutzerfreundlichkeit und einfaches Einrichten. Diese Definition geht mit der Vision des Herstellers einher, seine Robotertechnik Betrieben jeder Branche und Größe zugänglich zu machen – und das macht sich auch hinsichtlich des Programmierens von Palettieraufgaben bemerkbar.

Cobots mit integriertem Palettierassistenten

Die drei weiterentwickelten Roboterarme der E-Series von Universal Robots agieren dank eines eingebauten, werkzeugzentrierten Kraft-/Drehmomentsensorsmit mit höherer Präzision der Empfindlichkeit.
(Bild: Universal Robots)

Für jenes Anwendungsszenario verfügen UR-Roboter über einen integrierten Palettierassistenten. Durch ihn können Bediener in wenigen Schritten und kürzester Zeit eine Palettierung in einer oder mehreren Ebenen erstellen. Dafür wählen sie zunächst ein vordefiniertes Muster aus, in dem der Roboter die Güter abstapeln soll und bringen ihm die Abmessungen der Palette einfach durch das Anfahren ihrer vier Eckpunkte bei. Im Anschluss gilt es, die Anzahl der Positionen auf der Palette einzutippen sowie dem Roboter eine Musterbewegung für das Anfahren dieser Punkte zu zeigen. Den Rest erledigt der Assistent von selbst.

Der Vorteil liegt auf der Hand: die geringen Kosten für Programmierung und Integration. So liegt die Amortisationszeit kollaborierender Roboter meist unter 12 Monaten und ist damit die schnellste in der Branche – ein wahres Wettbewerbswunder für den abstapelnden Bereich. (jv)