Stretch von Boston Dynamics bringt mobile Roboter an die Spitze der Intralogistiktechnologie

Dec 20, 2023

Von Mike Santora | 27. April 2023

Mit dem Fokus auf Autonomie, Flexibilität und Sicherheit setzt Boston Dynamics sein Robotik-Know-how auf eine kommerzielle Roboterlösung mit Automatisierung und integrierten Sicherheitstechnologien von Beckhoff ein.

Boston Dynamics hat Stretch™ als autonome mobile Fallbearbeitungslösung zum Entladen von Anwendungen konzipiert. (© Boston Dynamics, 2023)

Da die Intralogistikbranche immer schneller voranschreitet, wird die mobile Robotik noch wichtiger. Viele Lösungen befördern Kartons und Behälter von Punkt A nach Punkt B. Beim Heben von Kartons von Förderbändern oder aus Sattelaufliegern und Versandbehältern zum Palettieren und Depalettieren treten Einschränkungen auf. Um den Anforderungen von Lager- und Vertriebszentren besser gerecht zu werden, hat Boston Dynamics eine innovative Roboterlösung namens Stretch entwickelt. Die autonome mobile Fallhandhabungslösung für Entladeanwendungen kombiniert die drei Jahrzehnte Forschung und Entwicklung des Robotikführers mit Automatisierung und integrierten Sicherheitstechnologien von Beckhoff.

Stretch wurde von Grund auf für die Anforderungen dieser Branche entwickelt und verfügt über eine kompakte, äußerst manövrierfähige Basis, die sich sicher in jede Richtung bewegen und Rampen oder andere Hindernisse überwinden lässt. Ein Wahrnehmungsmast nutzt fortschrittliche Computer-Vision für eine schnelle und präzise Fallerkennung. Was Stretch auszeichnet, ist sein speziell entwickelter Roboterarm mit sieben Freiheitsgraden und einem adaptiven Vakuumgreifer, der mit dem Wahrnehmungssystem zusammenarbeitet, um ein möglichst breites Spektrum an Kartons zu manipulieren. Eine optionale Batterie mit hoher Kapazität kann den Stretch zwei volle Schichten lang mit Strom versorgen und so ein kontinuierliches, flexibles Entladen ermöglichen.

Wie die anderen Roboterdesigns von Boston Dynamics hilft Stretch Menschen bei der Bewältigung langweiliger, schmutziger und gefährlicher Anwendungen in der Fertigung und Lagerhaltung, erklärt Matthew Meduna, technischer Leiter Hardware Engineering bei Stretch: „Spot®-Benutzer legen großen Wert darauf, einen Roboter zu haben, der effektiv automatisiert.“ Aufgaben wie die Inspektion von Industrieanlagen, die Erkennung gefährlicher Gase oder die Untersuchung verdächtiger Pakete, um Menschen vor Gefahren zu schützen. Ebenso liegt für Stretch ein unglaublicher Wert in der Automatisierung von Aufgaben, die in Lagerhäusern und 3PL-Einrichtungen nur schwer dauerhaft besetzt werden können, wie etwa das Entladen von Anhängern ."

Für das Stretch-Entwicklungsteam steht die Sicherheit der Menschen an erster Stelle Boston Dynamics hatte mehrere Ziele für Stretch. Der Roboter musste die Autonomie bieten, um intelligent auf Veränderungen in seiner Umgebung und Handhabungsanforderungen zu reagieren, was ein weiteres wichtiges Unterscheidungsmerkmal auf dem Markt darstellt. Es musste die erstklassigen Manipulationsfähigkeiten der anderen Plattformen von Boston Dynamics erweitern, um einen erheblichen Kundennutzen in der Intralogistik zu schaffen. Und es musste die nötige Mobilität bieten, um den ganzen Tag über Autonomie und Manipulationsfähigkeiten von Job zu Job zu ermöglichen. Um diese Fähigkeiten jedoch bei hoher Systemverfügbarkeit zu erreichen, musste die Stretch-Lösung robuste Sicherheitsfunktionen bieten, um Verletzungen oder Schäden zu verhindern.

„Wir mussten eine Lösung finden, die alle verschiedenen Arten von Sensoren und Sicherheitsfunktionen unterstützt, die für den Roboter erforderlich sind, und zuverlässige Unterstützung für Black-Channel-Sicherheitskommunikationsprotokolle über Ethernet bietet“, sagt Meduna. „Beckhoff lieferte mit TwinSAFE integrierte funktionale Sicherheits- und Maschinensteuerungstechnologien die perfekte Lösung.“

Ein optionaler Akku mit hoher Kapazität kann Stretch bis zu 16 Stunden lang mit Strom versorgen und so ein kontinuierliches, flexibles Entladen ermöglichen. (© Vorwort LLC, 2023)

Das Ingenieurteam von Boston Dynamics begann bereits in der frühen Phase des Stretch-Designs im Jahr 2019 mit lokalen Beckhoff-Experten zusammenzuarbeiten, darunter dem regionalen Vertriebsingenieur Brian Buck. „Die Flexibilität und die große Auswahl an Optionen, die Beckhoff bietet, waren ausschlaggebende Faktoren für die Entscheidung von Boston Dynamics, unser zu verwenden.“ Technologien sowohl im Roboter als auch außerhalb des Roboters als Teil der Gesamtlösung für Steuerung und Sicherheit“, fügt Buck hinzu. TwinSAFE nutzt den bewährten Fail Safe over EtherCAT (FSoE)-Standard, der TÜV-zertifiziert ist und sogar den Übergang von Sicherheitszuständen ermöglicht über WLAN in einer hierarchischen Sicherheitsarchitektur. FSoE kommuniziert Sicherheitsdaten über das standardmäßige industrielle Ethernet-System EtherCAT mithilfe eines Black-Channel-Ansatzes. Die Vorteile von EtherCAT – Echtzeitkommunikation, freie Wahl der Topologie, bis zu 65.535 Knoten in einem Netzwerk, umfangreiche Diagnosemöglichkeiten und mehr – stehen dem Sicherheitssystem zur Verfügung. Die TwinSAFE-Lösung reduziert die Verkabelung, die Festverdrahtung von Sicherheitsschaltern und die Verwaltung verschiedener Softwarepakete, was zur Vereinfachung der Implementierung des Sicherheitssystems beiträgt.

Auch Stretch gewinnt durch TwinSAFE SC (Single Channel) von Beckhoff an Bedeutung. Dies ermöglicht die Hinzufügung von Standard-Analogsignalen für die sichere Position und sichere Geschwindigkeit des mobilen Roboters. TwinSAFE SC unterstützt Standardsignale sowohl für Steuerungs- als auch Sicherheitsaufgaben und verhilft Maschinen so zum Erreichen eines Sicherheitsniveaus bis Kategorie 3, Performance Level d. Darüber hinaus sind keine speziellen Sicherheitsgeber erforderlich. Stattdessen können Standard-Encoder mit einem vollständigen Angebot an TwinSAFE SC-Encoder-Eingangssignaltypen einschließlich SSI-Schnittstelle, Sin/Cos, EnDat 2.2, Inkrementalgeber RS422 und Inkrementalgeber 24V HTL verwendet werden.

Standardisiert, schlank und vor allem sicher Jeder Stretch-Roboter verfügt über einen eingebetteten CX5130-Controller, der das System überwacht und mit einem separaten PC zur Flottenverwaltung kommuniziert. „Der CX5130 stellt fest, ob sich der Roboter in einer ausreichend sicheren Umgebung befindet, um Bewegungen zuzulassen, und aktiviert die Stromverteilungszonen und löst die Bremsen, wenn dies von der Steuerungssoftware angefordert wird“, sagt Meduna. Neben mehreren EtherCAT-Klemmen übernehmen TwinSAFE- und TwinSAFE-SC-Klemmen, darunter die EL1918, EL2912 und EL2904, die Safety-Funktionalität. Diese sind entscheidend für die Überwachung der Gelenke des Roboterarms sowie der Geschwindigkeit und Winkel der Räder. Zwei einkanalige Encoder-Schnittstellen validieren die Genauigkeit der Positionsdaten: EL5001-0090 für SSI und EL5101-0090 für Inkremental-Encoder mit Differenzsignalen (RS422) oder TTL-Single-Ended-Signalen.

Ein Remote-Flottenmanagement-Panel gewährleistet die Sicherheit des gesamten Arbeitsbereichs mithilfe eines eingebetteten CX8190-Controllers mit einer ähnlichen Reihe von EtherCAT- und TwinSAFE-Modulen. Diese lesen Eingaben von Not-Aus-Schaltern, Sicherheits-E/As, Wagen- oder Förderbanderkennung und Dock- oder Landkabelerkennung. „Dieser Steuerungsaufbau übernimmt die gesamte Sicherheitskommunikation in der Zelle, in der Stretch arbeitet“, erklärt Buck. „Zusätzlich zur Lichtsteuerung ermöglichen diese Technologien dem Flottenmanager, den Sicherheitszustand des Stretch-Roboters drahtlos über ein lokales Wi-Fi-Netzwerk zu steuern, beispielsweise wenn ein Not-Aus gedrückt wird oder eine Person den Arbeitsbereich betritt.“ , Stretch wechselt in den abgesicherten Modus.

Die Automatisierungssoftware TwinCAT 3 von Beckhoff lieferte eine durchgängige Engineering-Umgebung und Laufzeit für die Sicherheitsanwendung. Das Team von Boston Dynamics vertraute bei der Programmierung von SPS und Sicherheitslogik auf TwinCAT und nutzte Echtzeit-Ethernet-Kommunikation, um UDP mit anderen Computern in der Lösung zu kommunizieren. Mit TwinCAT können Ingenieure in den Sprachen programmieren, mit denen sie am besten vertraut sind oder die am besten zum Projekt passen, einschließlich der verfügbaren IEC 61131-3-Sprachen und ihrer objektorientierten Erweiterungen, Funktionsblöcke und Informatikstandards in Microsoft Visual Studio®. „Die Unterstützung dieser Standards ermöglicht es uns, ein großes Ökosystem von Automatisierungskomponenten zu berücksichtigen“, sagt Meduna. „Das ist äußerst wichtig, da wir weiterhin integrierte Lösungen entwickeln.“

Mobiler Roboter liefert LKW-Ladung ROI Die kommerzielle Markteinführung von Stretch erfolgte Anfang 2022 mit deutlichen Unterscheidungsmerkmalen zu anderen mobilen Robotern auf dem Markt. Stretch kann LKWs und Schiffscontainer autonom entladen und bleibt dabei äußerst flexibel. Mit einem leistungsstarken Vakuumgreifer und einem fortschrittlichen Bildverarbeitungssystem handhabt der Roboter eine Vielzahl von Pakettypen mit einem Gewicht von bis zu 50 Pfund, ohne dass eine Vorprogrammierung der SKU-Nummer oder Informationen zur Kartongröße erforderlich sind. Es kann sogar Pakete, die während des Entladevorgangs verrutschen oder herunterfallen, selbstständig bergen. Das robuste Beckhoff-Portfolio und die zuverlässige Unterstützung durch Vertriebs- und Anwendungstechniker trugen zum erfolgreichen Start bei. Die große Vielfalt an Geräten und Optionen von Beckhoff ermöglichte es Boston Dynamics, die funktionale Sicherheitsabdeckung des Stretch-Roboters in kürzester Zeit schnell zu verbessern. „Dadurch konnten wir flexibel auf neue Designänderungen reagieren und viele verschiedene handelsübliche Sensoren und Komponenten unterstützen“, sagt Meduna.

Automatisierungs- und Robotik-Experten treffen sich auf dem Testgelände von Boston Dynamics: (von links) Gilbert Petersen, Intralogistics Industry Application Specialist bei Beckhoff; Brian Buck, Regional Sales Manager bei Beckhoff; Matthew Meduna, Technischer Leiter Hardware Engineering, Stretch bei Boston Dynamics; Eric Landry, Direktor Supply Chain bei Boston Dynamics; und Doug Schuchart, Global Material Handling and Intralogistics Manager bei Beckhoff. (© Vorwort LLC, 2023)

Zukünftig plant Boston Dynamics den Einsatz umfassender Beckhoff-Technologien, um einzigartige Kundenanwendungen bestmöglich zu unterstützen und bei der Weiterentwicklung der Robotiktechnologien ein Höchstmaß an Sicherheit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten. „Wir entwickeln und veröffentlichen ständig neue Software-, Hardware- und Systemverbesserungen, um die Fähigkeit unserer Roboter zu verbessern, Menschen in realen Anwendungen zu helfen“, fügt er hinzu. „Innovation ist das Lebenselixier unseres Unternehmens. Boston Dynamics basiert auf fast 30 Jahren Forschung und Entwicklung im Bereich fortschrittlicher mobiler Roboter, und diese Bemühungen kommen mit kommerziell erhältlichen Produkten wie Stretch zum Tragen.“

Boston Dynamics: Eine Robotik-Revolution – in Wiederholung Boston Dynamics ist weltweit führend in der Entwicklung und dem Einsatz hochmobiler Roboter, die die schwierigsten Herausforderungen in vielen Branchen bewältigen können. Boston Dynamics wurde 1992 von Marc Raibert gegründet und ist aus dem MIT Leg Lab hervorgegangen. Das Unternehmen verfügt nun über 30 Jahre Erfahrung in der Entwicklung von Robotern mit fortschrittlicher Mobilität, Manipulation und Wahrnehmung. Die Kernaufgabe des Unternehmens besteht darin, außergewöhnliche Robotertechnologien zu erfinden und zu entwickeln, die das Leben der Menschen bereichern. Neben Stretch umfasst das Portfolio des Unternehmens derzeit Spot – den vierbeinigen Roboter, der für industrielle Inspektion, öffentliche Sicherheit, Wissenschaft und andere Anwendungen entwickelt wurde – und den weltweit fortschrittlichsten humanoiden Roboter Atlas. Die Roboterdesigns von Boston Dynamics ahmen bewusst die ausgeklügelten Bewegungen von Menschen und Tieren nach, um ihnen zu ermöglichen, dorthin zu gelangen, wo andere Roboter nicht hinkommen.

Boston Dynamicswww.bostondynamics.com

Beckhoffwww.beckhoff.com