Palettierung mit Cobot
-kollaborativer Roboter

Nahezu jede Produktion hat am Ende ihrer Produktionslinie ein „Produkt“ das für den Verkauf oder die Weiterverarbeitung bereit gestellt wird.

Häufig werden diese Produkte in geschlossene oder offene Kartons, Trays, Kisten oder Säcke gefüllt und auf einer Palette gestapelt. Dieses stapeln der Verpackungseinheiten auf eine Palette wird Palettieren genannt. In der Vergangenheit wurde dieser Prozess von Menschen durchgeführt. In größeren Produktionen wird diese Aufgabe bereits schon seit längerer Zeit durch spezielle Großanlagen die auf Basis schwerer Industrieroboter basieren, umgesetzt.

Heute werden die Handhabungsstücke immer häufiger durch Roboter gestapelt

In den letzten Jahren gab es Entwicklungen, wie beispielsweise die stark steigene Mitarbeiterknappheit, höhere Wertschätzung der Mitarbeitergesundheit und -sicherheit, die dazu führten, dass auch Unternehmen in denen bisher noch mit Hilfe von Arbeitskräften die Verpackungseinheiten auf Paletten gestapelt wurden, nach automatisierten Lösungen suchen.

Typische Palettierlösungen, die auf der klassischen Industrierobotik basiert, eignet sich nicht für KMU

In bestehende Arbeitsabläufe einzugreifen gestaltet sich häufig nicht sonderlich leicht. So sind die zur Verfügung stehenden Räumlichkeiten oft knapp und eine große Roboterlösung zu teuer, kompliziert oder nehmen zuviel Platz ein.

Die Palettierung durch kollaborative Roboter stellt hier eine gute Lösung dar. Sie benötigt wenig Platz, kann häufig ohne Einhausung arbeiten, bringt körperliche Entlastung für die Mitarbeiter, ist leicht zu programmieren und ist nach kurzer Zeit auch wirtschaftlich rentabel.

Das Programmieren eines Doosan Robotics Cobot ist sehr intuitiv und einfach. Mit dem TaskBuilder kann mit Hilfe eines Drag and Dropverfahrens eine einfache Palettierung umgesetzt werden. Aufwändigere Aufgaben können mit dem Taskwriter und einer Skriptprogrammierung auf Pythonbasis erstellt werden.

Ist eine größere Anzahl von Palettiermustern gewünscht, die auch von den Bedienern eingerichtet werden soll, ist eine gesonderte Palettiersoftware zu empfehlen. Hier kann, wie bei einem Computerspiel, an einem Touchpanel durch Eingabe der gewünschten Parameter in wenigen einfachen Schritten das neue Palettiermuster erstellt werden.

Gerne stellen wir Ihnen die intuitive Palettiersoftware in einem Online-Meeting vor. Nehmen Sie hierzu bitte mit uns Kontakt auf.

Da der Preis eines Palettiersystems sich aus zahlreichen, anpassbaren Komponent zusammensetzt, variiert der Preis für eine Roboterpalettierung.

Einerseits ist der zu verwendende Cobot ausschlaggebend. Für Handhabungsstücke mit geringem Gewicht kann ein Roboter mit niedriger Traglast verwendet werden. Dieser ist in der Regel günstiger als ein kräftigerer Roboter (Vergleichen Sie hierzu beispielsweise den M0617 und den H2017 von Doosan Robotics).

Ein weiterer Faktor, der Einfluss auf den Preis eines Palettierroboter-Systems hat, ist die Geschwindigkeit, in der die Handhabungsstücke aufgenommen, verfahren und abgelegt werden sollen.

Bis zu einer Verfahrgeschwindigkeit von ca. 250mm/s kann in der Regel kollaborativ gearbeitet werden (vorausgesetzt die Handhabungsstücke lassen dies durch ihre Beschaffenheit zu und stellen keine Gefahr dar). Dann ist meist keine zusätzliche Sicherheitstechnik oder Einhausung notwendig. Dies macht das Palettiersystem deutlich günstiger.

Auch die Komplexität der Palettieraufgabe hat einen Einfluss auf den Preis. Wird nur eine Art von Handhabungsstücken (z.B. Karton) gehandhabt und nur ein Palettiermuster verwendet, wird dies im Normalfall mit wenig Aufwand vom Entwickler des Palettiersystems bereitgestellt.

Werden jedoch unterschiedliche Handhabungsstücke, verschiedene Palettenarten, zahlreiche Palettiermuster und Prozessabläufe (mal die Label nach aussen und beim nächsten Muster nach innen ausgerichtet), kann eine zusätzliche Palettiersoftware sinnvoll sein. Diese wäre dann preislich ebenfalls zu berücksichtigen.

Neben den oben genannten Faktoren fließt auch der Unterbau, auf dem der Palettierroboter stehen soll, in die Budgetplanung ein.

Die Investitionskosten für eine automatisierte Palettierung können sich somit in einem Bereich von ca. 45.000 EUR bis ca. 100.000,- EUR oder mehr bewegen.

Ein Beispiel: Gesamtpaket Palettierung

Roboter können auch Kisten stapeln. Meist werden hier sogenannte KLT gestapelt. Grundsätzlich ist es auch möglich andere Kisten zu palettieren.

Das Handhaben der unterschiedlichen Kistenformen wird durch die Auswahl des richtigen Greifers ermöglicht. Besonderes Augenmerk sollte man hier auf die maximale Traglast des Roboters legen. Die tatsächliche Traglast, die für die zu handhabende Kiste übrig bleibt, hängt von dem Gewicht des verwendeten Greifers ab. Hat der Roboter also eine Gesamttraglast von 20kg (Beispiel Doosan Robotics H2017) und der Greifer wiegt 4kg, bleiben noch 16kg die die Kiste noch wiegen darf, um den Roboter nicht zu überlasten.

Das Stapeln von Säcken mit Hilfe eines kollaborativen Roboters ist möglich. In der Regel werden diese entweder mit einem Sauggreifer oder mit einem speziellen Parallelgreifer gehandhabt.

Besonders wichtig ist hier, dass die verwendete Greiftechnik kollaborierend ausgelegt ist. Wird ein Parallelgreifer mit einer zu hohen Greifkraft verwendet, kann der Cobot noch verwendet werden, muss aber umhaust oder mit zusätzlicher Sicherheitstechnik ausgestattet werden.

Wird mit einem Sauggreifer gearbeitet, ist die saugundurchlässigkeit des zu handhabenden Sackes zu prüfen. Auch die Formstabilität des Handhabungsstückes ist zu beobachten. Verschiebt sich der Inhalt des Sackes beim Handhaben zu stark, kann die Luftströmung abreißen und der Sack kann vom Roboter nicht länger gehalten werden.

Wenn ein Roboter auf einen verfahrbaren Unterbau platziert wird, kann das gesamte System an mehreren Einsatzorten betrieben werden.

Zu berücksichtigen ist, dass für jeden Einsatzort eine eigene Projekt-CE zu erstellen ist.

Weiter ist zu beachten, dass der Cobotpalettierroboter immer an der gleichen Position aufgestellt werden muss, um die vorgegebenen Abnahmepositionen auch passgenau zu treffen. In der Praxis wird dies mit einfachen Spannsystemen gewährleistet.

Besonders leicht ist es, einen Cobotpalettierer zu versetzen, wenn dieser kollaborativ eingesetzt wird. Dann gibt es keine Umhausung oder Sicherheitstechnik, die berücksichtigt wird.

Soll hingegen der Cobot nicht kollaborativ eingesetzt werden (z.B. weil er mit maximaler Geschwindigkeit von 1m/s fahren soll), dann muss an jedem Einsatzort die entsprechende Umhausung / Sicherheitstechnik zur Verfügung stehen bzw. entsprechend eingestellt werden.

Ja, auch kleine, leichte Kartons können verlässlich mit einem Cobot gestapelt werden. Der Vorteil ist, dass nicht zwingend einer der großen Roboter benötigt wird. Hier kann auch ein M0617 mit 6kg Traglast und 1,70m Reichweite eingesetzt werden.

In vielen Köpfen sind noch die Wartungsintervalle und Gegebenheiten der klassischen Industrierobotik vorherrschend. Die kollaborativen Roboter von bspw. Doosan Robotics verfügen über Elektromotoren und sind wartungsfrei. Lediglich Softwareupdates, die den Roboter immer weiter verbessern und neue Funktionen mitbringen, sind auf Wunsch einzuspielen. Die Anfälligkeit für Gelenkschäden, Steuerungsausfälle oder Softwarefehler variieren sehr stark je Cobot-Hersteller. Nach unserer Erfahrung mit Doosan Robotics Geräten sind uns aus den letzten 4 Jahren keine Schäden bekannt, die auf das Gerät selbst zurückzuführen sind. 

Weitaus häufiger treten Schäden auf, die durch Einflüsse von außen entstehen. So entstehen bspw. Kratzer, Abplatzungen oder Brüche, wenn durch ungeschickten Werkzeuggebrauch, Unfälle mit Staplern oder ähnlichen Maschinen Kollisionen verursacht werden.

In der Regel geht man davon aus, dass Cobots ca. 35.000 und mehr Arbeitsstunden leisten können, ohne dass sie einer Reparatur bedürfen. Sollten Roboter dann ausfallen, sind sie für gewöhnlich so aufgebaut, dass einzelne Komponenten mit wenig Aufwand getauscht werden können und der Roboter dann wieder einsatzbereit ist.

Fehler in der Sotware, der Hardware oder der erstellten Programme, fallen in der Regel entweder schon bei der Qualitätsprüfung des Herstellers oder der ersten Probedurchgänge einer Anwendung auf.

Ist eine Anwendung bereits mehrmals fehlerfrei durchlaufen worden, kommen, da der Roboter nur die bereits durchgeführten Aufgaben unverändert wiederholt, normalerweise keine neuen Fehler hinzu.

Anders ist dies, wenn Veränderungen zum ursprünglichen Szenario hinzukommen. Beispielsweise wenn die Kartonmaße sich ändern, die ursprünglich angenommene Ergonomie der Handhabungsstücke nicht beibehalten wird oder die Abnahme- oder Ablageposition nicht wie im Anwendungsprogramm eingegeben, angefahren werden kann.

Ein Beispiel aus der Praxis:

Bei einem Hersteller von Schokoladenstückchen wurde der Palettierroboter auf das rechteckige Kartonmaß eingestellt. Wurden die Kartons mit dem Schüttgut allerdings nicht sofort nach Produktion und Abfüllung in die Kartons palettiert, drückte das Schüttgut von innen auf den Karton und bildete dort einen Bauch. Somit war die Geometrie des Kartons nichtmehr verlässlich und es kam zu Störungen beim Ablegen der Kartons.

Das Problem konnte durch einen Sicherheitsabstand von wenigen Millimetern zwischen den gestapelten Kartons, behoben werden.

Bevor ein Palettiersystem in den realen Betrieb geht werden Handhabungstests durchgeführt. Sollen beispielsweise Kartons mit einem Vakuumgreifsystem gehandhabt werden, wird erst geprüft ob diese saugdicht sind und verlässlich durch den Cobot / Roboter gehandhabt werden können.

Wird bei den ersten Handhabungstests (hier wird meist Ausschussware verwendet) festgestellt, dass die Kartons (oder andere Handhabungsstücke) sich verformen, beschädigt werden oder reißen, werden weitere Vorgehen getestet.

Meist werden andere Greifsysteme getestet, langsameres Verfahren ausprobiert oder eine andere Verpackung oder Schutzmaterial für gefährdete Produktstellen hinzugefügt.

Kollaborative Roboter gelten in der Betrachtung der Förderfähigkeit häufig als „digitale Neuerung“. Dadurch ist es oft (die schlussendliche Entscheidung liegt dennoch bei der entsprechenden Förderstelle) möglich, beispielsweise Beratungskosten die in Bezug zu der Anschaffung liegen, Den Roboter und damit verbundene Materialien selbst und/oder Mitarbeiteraufwendungen fördern zu lassen.

Diese Fördermittel kommen in Frage

Insbesondere wenn der Palettier-Cobot durch eine entpsrechende Verknüpfung mit dem Warenwirtschaftssystem  in die Digitalisierung des Unternehmens einbezogen wird, kann bspw. das Digital-Jetzt Förderprogramm oder der DigiBonus zum Tragen kommen. Hier sind häufig Fördermittel in Höhe von bis zu 50% der förderfähigen Projektsumme realisierbar.

Auch Fördermittel wie bspw. die betriebliche Innovationsförderung, die einzelbetriebliche Investitionsförderung oder das Forschungszulagengesetz können zum Tragen kommen.

Da Cobots nicht nur die Prozesse verbessern, sondern auch zur Mitarbeitergesundheit und -sicherheit beitragen, sind auch Fördermittel aus diesen Bereichen möglich.

Neben den oben genannten Fördermitteln sind auch Mittel zur Verbesserung der Energieeffizenz unter Umständen passend.

Diese Anlaufstellen können weiterhelfen

Einen genauen Überblick bietet die Webseite www.foerderdatenbank.de.

Je nach Bundesland gibt es unterschiedliche Fördermöglichkeiten. Es lohnt sich einen Förderlotsen, eine Wirtschaftsförderungsgesellschaft, die Investitionsbank oder die Industrie- und Handelskammer zur Beratung hinzuzuziehen.

Erfahrungen aus der Praxis

Einer unserer Kunden, ein mittelständischer Hersteller von Trockensalz, hat seine Roboterpalettierung (einen H2017 mit einem EasyRobotics-Unterbau), die an sein Warenwirtschaftssystem gekoppelt wurde, mit fast 50% der gesamten Projektkosten über das DigitalJetzt-Programm gefördert bekommen.

Ein weiterer Kunde, ein Fertigungsbetrieb aus dem Alugussbereich, hat Fördergelder für seinen Cobot (keine Palettierapplikation) über Mittel zur Energieeinsparung erhalten.

Es gibt zahlreiche Hersteller von klassischen Industrierobotern und kollaborativen Robotern (Cobots). Jeder Hersteller bietet mit seinen angebotenen Modellen unterschiedliche Leistungsdaten. Insbesondere die kollaborativen Roboter unterscheiden sich in den Traglasten die sie leisten können.

Der Cobot Hersteller Doosan Robotics stellt beispielsweise kollaborative Roboter her, die Traglasten von 5kg (oder weniger) bis 25kg realsieren können. Allerdings ist von den angegebenen Traglasten noch das Gewicht des benötigten Greifers abzuziehen. Dieses Gewicht liegt meist bei 3kg oder mehr.

Sollte ein Mensch in die Nähe eines klassischen Roboters gelangen, der mit voller Geschwindigkeit arbeitet, würde es zu schweren, wenn nicht sogar zu tödlichen Verletzungen kommen.

Kollaborative Roboter hingegen sind so gebaut, dass sie Quetschungen verhindern, Platzwunden durch ihre runde Bauart und ihre Sensitivität vermeiden.

Weiter gibt es, speziell für kollaborative Palettiersysteme, vorgegebene Rahmenbedingungen. So verfahren Cobots im kollaborativen Einsatz mit maximal 250mm/s, haben Greiftechnik die Verletzungsrisiken reduziert und können bspw. durch die Verwendung von Radar- oder Lasertechnik so eingestellt werden, dass in gewissen Bereichen trotzdem mit der maximalen Geschwindigkeit (bei Doosan Robotics 1m/s) gefahren werden kann.