Ohne feste Infrastruktur einsetzbar

Ohne feste Infrastruktur einsetzbar

Automatisierter Materialfluss mit FLIP und innovativer Lastaufnahme

FLIP ist ein Fahrerloses Transportfahrzeug, das mit einem innovativen Lastaufnahmemittel Behälter vom Boden aufnehmen kann. Es eignet sich besonders für Materialfluss-Anwendungen mit vielen oder sich häufig ändernden Quellen und Senken. FLIP demonstriert zudem einen neuartigen Lokalisationssensor.

1. Innovatives Fahrzeugkonzept: 
FLIP mit cleverer Lösung zur Aufnahme und Abgabe von Behältern auf dem Boden. (Quelle: IML)
2. Guter Einblick: Explosions­darstellung der im Fahrerlosen Transportfahrzeug FLIP eingesetzten Komponenten. (Quelle: IML)
3. Ein möglicher Anwendungs­fall von FLIP sind flexibel gestaltbare Behälter­transporte 
in der Spritzguss­fertigung. (Quelle: Adobe Stock)
4. Lastaufnahme ohne Übergabestation: Zwischen den Behältern sind nur geringe seitliche Abstände erforderlich. (Quelle: IML)
5. Kaum erkennbar: 
Der Prototyp von FLIP ist an einen Behälterstapel gefahren und übernimmt ihn mit dem kompakten LAM.  (Quelle: IML)

Mit dem Fahrerlosen Transportfahrzeug (FTF) FLIP® (Flexible Lifter for Intralogistics and Production) leistet das Dortmunder Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik (IML) einen weiteren Beitrag zur infrastrukturreduzierten Intralogistik. Im Gegensatz zu der breiten Masse an FTF für den Transport von Kleinladungsträgern (KLT) benötigt FLIP für die Lastaufnahme und Lastabgabe keine Übergabestationen, wo das Transportgut auf einer definierten Höhe bereitgestellt oder entgegengenommen wird. FLIP wurde entwickelt, um Behälter oder Behälterstapel direkt vom Boden aufnehmen oder auf dem Boden abgeben zu können. Dafür ist keine fest installierte Infrastruktur erforderlich. Die Lastübergabe ist prinzipiell an beliebigen Positionen möglich. Eine besondere Anforderung an die Entwickler bestand darin, sehr geringe seitliche Abstände neben der aufzunehmenden Last zu ermöglichen, damit auch relativ dicht nebeneinander oder neben anderen Objekten stehende Behälter aufgenommen werden können. Zusätzlich sollte das Lastaufnahmemittel(LAM) von FLIP eine möglichst geringe technische Komplexität aufweisen.

Mögliche Anwendungsfälle

Geeignete Anwendungsfälle für den Einsatz von FLIP finden sich vor allem im Produktionsumfeld. Der Verzicht auf Übergabestationen ist aufgrund geringerer Investitionskosten besonders vorteilhaft bei Anwendungen mit vielen Quellen und Senken, wie Maschinen oder Arbeitsplätzen.

Ein in der Praxis häufig anzutreffendes Szenario für FLIP ist beispielsweise die Spritzgussfertigung. Hier produzieren viele Maschinen oft Kleinteile als Schüttgut direkt in KLT hinein. Diese stehen auf oder nahe dem Boden und müssen regelmäßig gegen leere Behälter ausgetauscht werden. Oftmals werden diese KLT dann zunächst manuell oder mit hohem technischen Aufwand automatisch palettiert und manuell per Hubwagen oder vergleichsweise großem und teurem Paletten-FTF abtransportiert. Der Transport mit einem Behälter-FTF, das vom Boden aufnehmen kann, ermöglicht dagegen die automatische Maschinenanbindung durch ein Transportsystem ohne aufwändige Palettiertechnik an jeder Maschine. Gleichzeitig reduzieren sich durch den Verzicht auf Paletten der Bestand und der Flächenbedarf an den Produktionsmaschinen.

Ebenso wirkt sich der Verzicht auf Übergabestationen vorteilhaft bei solchen Anwendungen aus, bei denen das Transportnetzwerk häufig geändert werden muss. Dies betrifft z. B. Anordnungen von manuellen Arbeitsplätzen und Montagelinien mit einem hohen Anteil an kundenindividuellen Produkten. Hier ist eine flexible Anpassung des Layouts wesentlich einfacher möglich, da die Bereitstellpositionen für Produktionsmaterialien ohne eine Veränderung von mechanischen Übergabeeinrichtungen für ein FTF adaptierbar sind.

Da zwischen benachbarten Behältern nur ein geringer seitlicher Abstand benötigt wird, lässt sich FLIP auch zur Bedienung von kompakten Bodenblocklagern von Behälterstapeln nutzen. Hier sind z. B. Leerbehälterspeicher denkbar. Sofern jedoch die Gesamtmasse des Stapels die Tragfähigkeit von FLIP nicht überschreitet, können auch Stapel mit gefüllten Behältern transportiert und gelagert werden. Solche Anwendungen sind z. B. in Großbäckereien denkbar. Ein von FLIP automatisch bedienter Puffer von Behälterstapeln ist aufgrund des geringen Infrastrukturbedarfs in seiner Größe und seiner Position einfach anpassbar.

Eingesetzte Komponenten und Funktionen

Der jeweilige Aufbau der FTF lässt sich differenzieren in Komponenten und Baugruppen für die Basisfunktionen Fahren, Energieversorgung, Lokalisation und Navigation, Lastaufnahme sowie übergeordnet die Fahrzeugsteuerung. Das Fahrwerk von FLIP besteht aus einem Drehschemel an der Vorderachse sowie zwei nicht angetriebenen Rollen an der Hinterachse im Bereich der Lastaufnahme. Wenngleich andere Fahrwerksprinzipien ebenfalls möglich sind, gewährleistet der Drehschemel durch die Rotation des Fahrzeugs um die Hinterachse eine präzise Behälteranfahrt bei gleichzeitig schmal bauenden passiven Hinterrädern. Zur Energieversorgung dienen Lithium-Eisenphosphat-Akkumulatoren, die auf einen Dauerbetrieb von mindestens acht Stunden ausgelegt sind. Zur Steuerung wird eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) eingesetzt, auf der eine vom Fraunhofer-IML entwickelte und bereits vielfach in der Praxis bewährte Navigationssoftwarebibliothek läuft. Diese Bibliothek führt – abhängig von den Positionsdaten und dem jeweils im Fahrzeug verwendeten Fahrwerksprinzip und -parametern – die Bahnplanung durch und wandelt diese in Steuerbefehle für die Antriebe um. Die Navigationssoftwarebibliothek bildet eine Vielzahl von unterschiedlichen Lokalisationsverfahren ab bzw. hat entsprechende Schnittstellen. Im konkreten Anwendungsfall von FLIP wurde diese Softwarebibliothek um die Anbindung an einen neu am Markt verfügbaren hochpräzisen Lokalisierungssensor erweitert. Dieser Sensor vermisst während der Fahrt Bodenmerkmale und liefert Bewegungs- und Positionsdaten. Dabei wird auch in dynamischen Umgebungen ohne zusätzliche Infrastruktur eine sehr hohe Genauigkeit erreicht. Unabhängig von diesem Sensor kann FLIP auch mit beliebigen anderen Lokalisierungsverfahren realisiert werden.

In vielen der möglichen Anwendungsfälle manipulieren auch Menschen die Behälter und ordnen sie zur Übergabe an FTF ohne Fixpunkte und daher mit größeren Toleranzen im Raum an. FLIP muss somit die exakte Position dieser Behälter relativ zur eigenen Position mit einer anwendungsspezifisch hohen Genauigkeit erkennen. Dafür ist vorgesehen, mit einem Laserscanner zunächst die relevanten Koordinaten zur Identifikation der Behälterkanten und deren Abstand und Winkel relativ zum Fahrzeug zu erfassen. Anschließend wird aus diesen Daten eine Bahn für eine exakte Behälteranfahrt geplant und umgesetzt.

Clevere Lastaufnahme

Um einen möglichst hohen Flächennutzungsgrad zu erzielen, ist FLIP mit einem kompakten Lastaufnahmemittel (LAM) ausgerüstet. Im Bereich der Lastaufnahme der 400 mm breiten Behälter hat das Fahrzeug eine Gesamtbreite von 560 mm. Das Funktionsprinzip der Lastaufnahme basiert auf der gleichzeitigen Umwandlung einer linearen Bewegung in Fahrzeuglängsrichtung über zwei verschiedene Hebelmechaniken sowohl in eine Zustellbewegung zum Behälter hin als auch in eine Hubbewegung. Nach aktuellem Stand wird im Funktionsprototyp die lineare Ausgangsbewegung mit Hilfe eines Spindelantriebs erzeugt. Es existieren allerdings Ideen und Konzepte für eine weitere Reduktion der Komplexität der Lastaufnahme. Der Funktionsprototyp von FLIP ist für den Transport von Gütern mit einer Masse von maximal 60 kg ausgelegt. In Abhängigkeit von der Beladung können zwei bis drei übereinander gestapelte KLT transportiert werden. Bei geringerer Beladung sind entsprechend mehr KLT stapelbar. Grundsätzlich lässt sich das Lastübergabeprinzip aber für andere Massen, Baugrößen und -formen adaptieren. Dadurch sind bei Bedarf Applikationen für den Transport von kleineren Behältern über Rolluntersetzer bis hin zu Schwerlastpaletten denk- und umsetzbar.

Nächste Entwicklungs-schritte

Auf Basis des auf der LogiMAT 2019 in Stuttgart vorgestellten Funktionsprototyps von FLIP führt das Fraunhofer-IML aktuell und in den kommenden Monaten mit geeigneten Entwicklungspartnern Gespräche über eine Lizenzierung der zum Patent angemeldeten Technologie und eine gemeinsame Weiterentwicklung bis hin zur Serienreife. Da diese Gespräche noch nicht abgeschlossen sind, können sich interessierte Unternehmen weiterhin an das Fraunhofer-IML wenden. Eine solche vom Dortmunder Institut schon vielfach praktizierte Entwicklungskooperation ist im Normalfall bezüglich Umfang und Dauer partnerspezifisch ausgerichtet. Während einige Unternehmen nur bei bestimmten Schwerpunktthemen, wie z. B. bei der Anforderungsdefinition oder bei der Überführung in einen überarbeiteten Prototyp, das Know-how des Fraunhofer-IML benötigen, wünschen andere Unternehmen die umfangreiche Begleitung aller Schritte von der Bauteilauslegung bis hin zur Einführung der Nullserie beim Kunden und ggf. sogar Unterstützung beim Produktionsanlauf. Seit der LogiMAT 2019 bestehen bereits Kontakte zu mehreren Anwendern aus unterschiedlichen Branchen. Auch weiterhin ist das Fraunhofer-IML an der Kommunikation mit zusätzlichen potenziellen Anwendern interessiert. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt lassen sich Anforderungen an ein Serienprodukt, die aus unterschiedlichen Anwendungsumgebungen kommen, noch bei der Produktentwicklung berücksichtigen. Denkbar wäre sogar eine Pilotanwendung.

Technische Logistik 08/2019 PDF-Download (1.7 MB) Autor: J. Behling, M. Rotgeri