Future of Freight: Mobile Roboter in der Logistik

Immer mehr Menschen besitzen mobile Roboter für den Haushalt, zum Beispiel Staubsauger oder Rasenmäher. Schon diese einfachen, aber effizienten Systeme verweisen auf das Potenzial, das die autonome mobile Roboter-Logistik Unternehmen bietet. Insbesondere Märkte mit hohen Arbeitskosten und anspruchsvollen Kunden treiben die Nutzung von Robotern voran. Was ist jetzt schon möglich und was bringt die Zukunft?

Das Wichtigste in Kürze

Mobile Roboter in der Logistik können verschiedene Arten von beweglichen Systemen sein, die vor allem Transport- oder Kommissionieraufgaben vorwiegend innerhalb von Gebäuden ausführen. Dabei werden sie nicht direkt von Menschen gesteuert. Es gibt zwei Haupttypen von mobilen Robotern:

• Autonom geführte Fahrzeuge (AGVs) folgen vorgegebenen Routen. Diese Routen sind entweder physisch (etwa durch Schienen) oder zum Beispiel durch QR-Codes auf dem Boden, Magnetbänder oder Funksignale festgelegt.
• Autonome mobile Roboter (AMRs) sind eine Weiterentwicklung der AGVs. Sie planen ihre Route autonom in Echtzeit. Dank 3D-LiDAR-Technik (Light Detection and Ranging) und/oder Kameras können sie Hindernissen ausweichen und sind dabei nicht auf physische oder andere Leitstrukturen angewiesen.

Bedeutung von mobiler Robotik in der Logistik

Der wachsende E-Commerce-Markt sorgt nicht nur für einen Anstieg der absoluten Umschlagvolumina in den Logistikzentren, sondern bedingt auch eine Zunahme kleiner Transporteinheiten in geringen Stückzahlen. Um die gestiegenen Kundenanforderungen auch in Zeiten des Fachkräftemangels zu erfüllen, sind schnelle, effiziente, flexible und skalierbare Prozesse in der Lagerlogistik erforderlich.

Mobile Roboter in der Zusammenfassung

Mobile Roboter helfen in der Lagerlogistik dabei, die Betriebsabläufe zu optimieren, indem sie Prozesse nicht nur beschleunigen, sondern auch präzisieren. Dank digitaler Schnittstellen verfügen sie über detaillierte Informationen zu jedem Inventar, was zu einer geringeren Fehlerquote und einer verbesserten Bestandskontrolle führt. Mobile Roboter lassen sich bei Nachfrageschwankungen problemlos auf- oder abwärts skalieren. Somit kann flexibel auf Nachfragepeaks und -lows reagiert werden.

Fortschreitende Autonomisierung von Logistikrobotern

Es gibt in gewisser Weise einen fließenden Übergang zwischen stationären und mobilen Robotern. Zu den etablierten maschinellen Lagerassistenten zählen stationäre Greifroboter und Regalroboter. Letztere fahren auf festen Bahnen an Lagerregalen entlang und entnehmen Waren. Regalroboter sind zwar mobiler als Greifroboter, aufgrund ihres eingeschränkten Aktionsradius allerdings nur bedingt mobil.

AGVs, die sich auf vorgegebenen Routen im Lager bewegen, sind wiederum mobiler als Regalsysteme, die an ihr jeweiliges Regal gebunden sind. Mittlerweile hat sich die mobile Automatisierung weiterentwickelt und nutzt nun, angetrieben durch KI und LiDAR-Technik, dreidimensionale visuelle Autonomie. Dadurch sind mobile Roboter heute nicht nur selbstständiger in der Bewegung, sondern auch genauer und leistungsfähiger.

Welche Prozesse kann eine durch Robotik gestützte Logistik verbessern?

Bei aller schon bestehenden und prognostizierten Leistungsfähigkeit sollen mobile Roboter menschliche Arbeit nicht ersetzen, sondern ergänzen. Sie schaffen Ressourcen für Aufgaben, in denen der Mensch sein volles Potenzial sinnvoll abrufen kann. Insbesondere bei monotonen, zeitaufwändigen, gefährlichen oder unangenehmen Aufgaben werden Mitarbeitende entlastet, beispielsweise bei Transportaufgaben in Kühlräumen.

Mobile Roboter sind vor allem für folgende Tätigkeiten im Lager geeignet. Ihr Vorteil: Sie sind dabei nicht an die Arbeitszeiten ihrer menschlichen Kolleg:innen gebunden.

• Transport schwerer und/oder sperriger Güter
• Einlagerung und Entnahme
• Sortierung
• Kommissionierung

Anwendungsfälle für mobile Logistik-Roboter

Derzeit dominieren im Arbeitsalltag der Lagerlogistik AGVs, die einfache Aufgaben ohne komplexe Entscheidungsfindung oder Anpassung an ihre Umgebung übernehmen: zum Beispiel die Übergabe von Paketen oder das Bewegen von Materialien auf festgelegten Routen. Neben diesem etablierten Anwendungsfall gibt es jedoch weitere geeignete Einsatzbereiche.

Transporte zwischen festgelegten Punkten

Der Gütertransport zwischen zwei Punkten im Lager nimmt viel Arbeitszeit in Anspruch. Der Einsatz mobiler Roboter ist eine effektive Möglichkeit, wiederkehrende Arbeitsbelastungen und Laufwege von Mitarbeitenden deutlich zu reduzieren. Nur wenige Mitarbeitende überwachen eine Flotte von Transportrobotern, während die übrigen Menschen wertschöpfendere Aufgaben übernehmen können.

Für den Transport zwischen festgelegten Punkten gibt es zahlreiche marktfähige Lösungen. In der Regel sind diese Systeme mit grundlegender Steuerungstechnik ausgestattet. Dazu gehören beispielsweise Sensoren zur Spurführung und Berührungsmelder, die es den Systemen ermöglichen, einfache Abläufe zu befolgen und bei Kontakt mit einem Hindernis sicher anzuhalten.

Mögliche Gerätetypen für den Punkt-zu-Punkt-Transport sind

• 3D-Systeme: beispielsweise autonome Gabelstapler und Hochregalstapler für das Kommissionieren und Einlagern von Paletten
• 2D-Systeme: beispielsweise autonome Hubwagen oder Roboter zum Ziehen von Lasten

„Follow Me!“ – der EffiBOT von DHL

Außerdem gibt es Lösungen mit Follow-Me-Modus, mit denen Roboter Personen folgen können und dabei Lasten übernehmen. Solche Follow-Me-Systeme können in Umgebungen eingesetzt werden, die für die meisten vollautonomen AMR-Technologien derzeit noch zu komplex sind. Ein Beispiel hierfür ist der EffiBOT, der in DHL-Logistikzentren den Mitarbeitenden hinterherfährt.

Bei der manuellen Kommissionierung werden die Wagen der Mitarbeitenden schnell zu schwer. Hohe Auftragsmengen beschränken die Kommissionierung auf jeweils einen Auftrag und zwingen die Mitarbeitenden zu langen Wegen. EffiBOT ist perfekt auf die Bedürfnisse dieser Kolleg:innen zugeschnitten. Als Follow-Me-Roboter folgt er ihnen durch das Regalsystem. Er arbeitet also nicht autonom, übernimmt aber das Tragen der Lasten, so dass mehr Artikel pro Tour kommissioniert werden können.

Bevor der Transportbehälter des EffiBOTs voll ist, schickt der oder die Kommissionierer:in ihn zum Ablageort. Dank seiner fortschrittlichen Navigationsfunktion fährt EffiBOT selbstständig zum Ziel. Sensoren informieren ihn über seine Umgebung und mögliche Hindernisse. Dadurch werden Kollisionen vermieden und die Sicherheit erhöht. In der Zwischenzeit stößt ein weiterer EffiBOT zum Mitarbeitenden, um neue Artikel aufzunehmen.

Diese kollaborative, automatisierte Kommissionierung ist ein wichtiger Schritt zur Optimierung der Lagerabläufe. Dank der gestiegenen Rechenleistung, KI und Computer Vision wird die Autonomie solcher Follow-Me-Systeme stetig zunehmen und es werden sich mehr Anwendungsfälle ergeben.

Be- und Entladen von Containern

Das Be- und Entladen von Containern und von Stückgut-Lkw ist körperlich anstrengend. Schwere Güter müssen in beengten Räumen schnell bewegt werden, um einen reibungslosen Ablauf der nachfolgenden Prozesse zu gewährleisten.

Solche Aufgaben können von robusten Laderobotern übernommen werden. Zur Fortbewegung verfügen diese Geräte über eine mobile Basis. Zur Aufnahme von Transportgütern dienen Greifarme. Kameras und Sensoren ermöglichen die sichere Fortbewegung und helfen dem System dabei, Objekte unterschiedlicher Formen und Größen zu erkennen.

Aktuell marktfähige Systeme dienen in der Regel dem Entladen einheitlicher Kartons oder Paletten. Das Be- und Entladen von gemischten Kartons ist hingegen komplex und erfordert weitere Forschung und Entwicklung, bis skalierbare, vollautonome Lösungen marktreif sind. Aufgrund von Fortschritten in den Bereichen Software und Bildverarbeitung ist jedoch davon auszugehen, dass mobile Roboter bald zusätzliche autonome Aufgaben im Bereich der Containerladung übernehmen können.

Auftragsabwicklung und Kommissionierung

Kommissionierroboter können die Effizienz des gesamten Auftragsabwicklungsprozesses steigern, indem sie die Laufwege der Mitarbeiter verkürzen und die Zeit zwischen den Kommissionierungen verringern.

Es gibt verschiedene Arten von Anwendungen zur Auftragsabwicklung, darunter Ware-zum-Mensch-Lösungen. Ein Beispiel hierfür sind AMRs, die selbstständig Waren aus den Regalen entnehmen und zur jeweiligen Kommissionier- oder Verpackungsstation transportieren. Dort bereitet eine menschliche Arbeitskraft den Auftrag für die Auslieferung vor, ohne selbst laufen zu müssen.

Durch den Einsatz von AMRs zur Unterstützung der Auftragsabwicklung und Kommissionierung können sich die Mitarbeitenden auf die Genauigkeit ihrer Arbeit konzentrieren und legen täglich kürzere Strecken zurück.

Automatisierung des Bestandsmanagements

Mit dem zunehmenden Transportvolumen gewinnt die optimale Nutzung von Lagerflächen an Bedeutung. Eine Möglichkeit, die Lagerdichte zu steigern, ist die Einführung eines automatisierten Lager- und Entnahmesystems (Automated Storage and Retrieval System, ASRS).

Ein solches System besteht aus einer Vielzahl computergesteuerter Komponenten zum automatischen Einlagern und Entnehmen von Lasten in und aus Lagerplätzen. Es ermöglicht die autonome Handhabung von Lagerprozessen ohne menschliche Intervention. Effektive ASRS-Lösungen reduzieren den Platzbedarf und beschleunigen die Kommissionierung.

Ein komplettes ASRS erfordert eine hohe Anfangsinvestition, die sich vor allem bei der Abwicklung großer Mengen an Artikeln mit niedriger und mittlerer Umschlagshäufigkeit rentiert.

Unterstützung des Anlagenmanagements

Mit dem Online-Handel wachsen auch die Lagerflächen. Durch die damit einhergehende quantitative Ausdehnung von Lagerhallen wird ein qualitativ hochwertiges Gebäudemanagement immer wichtiger. Reinigung, Sicherheit, Wartung und Reparatur sind dabei zentrale Faktoren.

Robotik spielt hier noch keine wesentliche Rolle, obwohl es bereits einsatzfähige Reinigungs- und Sicherheitsroboter gibt. Diese Systeme können auch über unebenes Gelände und manche sogar über Treppen navigieren.

Auch wenn der Einsatz mobiler Roboter in der Lagerreinigung und im Sicherheitsbereich aktuell noch begrenzt ist, werden sie voraussichtlich zukünftig eine wichtige Rolle in der intelligenten Infrastruktur für das Gebäudemanagement spielen.

Haben humanoide Roboter eine Zukunft in der Logistik?

Sei es der goldene C-3PO aus Star Wars oder der Cartoon-Roboter Bender aus Futurama: Ein menschengleicher Roboter mit zwei Beinen, zwei Armen und einem Kopf ist meist die erste bildhafte Assoziation, wenn das Thema Robotik aufkommt. Technisch sinkt die Schwelle zur Umsetzbarkeit von leistungsfähigen humanoiden Robotern immer weiter. Doch sind solche Roboter in der Logistik überhaupt sinnvoll?

Hier und in vielen anderen Wirtschaftsbereichen sind humanoide Roboter nur auf den ersten Blick eine gute Lösung. Wie sinnvoll ist es beispielsweise, auf zwei Beinen zu laufen, wenn Räder die schnellere Fortbewegungsmöglichkeit im Lager sind? Ebenso wenig zweckmäßig ist es, Roboter mit zwei Armen auszustatten, wenn für eine bestimmte Aufgabe ein Arm ausreicht und für eine andere drei Arme besser geeignet sind.

Anstatt den menschlichen Körper nachzubilden, ist es daher effektiver, Roboter entsprechend ihrer Aufgaben und mit Blick auf optimale Zusammenarbeit mit Menschen zu konstruieren.

Welche Potenziale und Hürden gibt es für die mobile Robotik in der Logistik?

In der langfristigen Perspektive steht bei der Robotik in der Logistik weniger die Einsparung von Personal im Vordergrund als vielmehr die Sicherstellung einer leistungsfähigen Logistik angesichts des bestehenden und in Zukunft vermutlich zunehmenden Fachkräftemangels.

Die Hauptpotenziale effektiver Robotiklösungen ergeben sich bereits aus den Anwendungsfällen:

• geringerer Personalbedarf
• geringerer Platzbedarf
• geringere Fehlerquote
• bessere Skalierbarkeit bei Nachfrageschwankungen
• Beschleunigung von Prozessen
• geringere Betriebskosten

All dies zusammen steigert die betriebliche Effizienz und Produktivität. Dabei variieren die tatsächlichen Potenziale mobiler Roboter von Unternehmen zu Unternehmen.

Neben den je nach System sehr hohen Investitionskosten gibt es außerdem technische Herausforderungen zu bewältigen:

• Die Robotersysteme müssen IT-Sicherheitsanforderungen erfüllen.
• Die Integration automatisierter Roboterlösungen verschiedener Hersteller sowie von Lagerverwaltungssystemen erfordert leistungsfähige Softwarelösungen.
• Die Integration in den Betriebsablauf wird durch viele Mitarbeitende und zahlreiche Hindernisse erschwert und erfordert eine umfassende Sicherheits- und Risikoanalyse.
• Wartungsprognosen müssen zuverlässig sein und Reparaturservices müssen schnell erfolgen, um kostspielige Ausfallzeiten zu vermeiden.

Mobile Roboter und die Zukunft der Logistik

Die mobile Robotik in der Logistik durchläuft derzeit einen Transformationsprozess. Um das Potenzial dieser Technologie voll auszuschöpfen, bedarf es neben leistungsstarker Roboter-Hardware auch fortschrittlicher KI-Technologien für eine bessere Orientierung und Objekterkennung.

Es gibt bereits zahlreiche Einsatzmöglichkeiten für mobile Roboter in der Logistik, die derzeit skaliert werden. Die gesamte verfügbare Technologie für mobile Roboter lässt sich jedoch noch nicht in jedem Lager einsetzen. Nicht nur muss die Technologie weiter reifen, auch müssen Entscheidungstragende mehr Vertrauen in sie gewinnen.

Wenn Zuverlässigkeit und Vertrauen gemeinsam wachsen, können mobile Roboter in absehbarer Zeit zusammen mit stationären Robotern einen Großteil der Lagerarbeit automatisieren und unterstützen und so die Effizienz in der gesamten Lieferkette steigern.