MANIPULA-TORsten (TORsten meets Friends)
Torwegge GmbH & Co. KG

 

MANIPULA-TORsten pickt Kiste
TORsten mit Roboterarm
MANIPULA-TORsten erledigt Picking-Aufgabe
MANIPULA-TORsten pickt KisteTORWEGGE

 

IFOY-Kategorie

AGV & Intralogistics Robot

Zusammenfassung

Dank der flexiblen Modularität kann TORsten unter anderem als Kombination aus selbst navigierendem FTS und Roboter basierend auf ROS-Systemen genutzt werden. Für das diesjährige IFOY-Szenario wurde das FTS mit einem Manipulator ausgestattet und so zu einem mobilen Pick-Roboter namens Manipula-TORsten transformiert. Ortsungebunden einsetzbar, schafft er effizientere Prozesse bei niedrigeren Produktionskosten. Ein integriertes induktives Ladesystem erhöht die Verfügbarkeit des Systems.

Beschreibung

TORstens modulare Bauweise sorgt für maximale Flexibilität und Skalierbarkeit und erfüllt damit eine wesentliche Anforderung in der Intralogistik. Das FTS lässt sich problemlos durch Fördertechnikkomponenten wie Rollen- oder Gurtförderern erweitern, um es an vorhandene Anlagen anzuknüpfen. Darüber hinaus ermöglicht das auf ROS basierende System den Einsatz in der mobilen Robotik.

Mit einem PILZ PRBT Manipulator ausgestattet, wird aus dem Basisfahrzeug TORsten der mobile Pick-Roboter Manipula-TORsten. Eine exakte SLAM-Navigation ermöglicht dabei einen ortsgebundenen Einsatz. Beide Einheiten des Manipula-TORsten sind personensicher und können über das IoT-Protokoll MQTT kommunizieren.

Manipula-TORsten automatisiert Produktions- und Pickingprozesse für zahlreiche Anwendungen und Branchen. Er ist an wechselnde Bedingungen anpassbar und bietet so volle Flexibilität.
Als Basisfahrzeug ist TORsten ein modulares Unterfahr-FTS zum omnidirektionalen Transport unterschiedlicher Ladungsträger oder Einzelbauteile bis 1,2 Tonnen. Das Fahrzeug ist dabei in etwa so groß wie eine Euro-Palette und lediglich 230 mm hoch. Mittels Laser-Konturnavigation fährt TORsten eigenständig durch den Raum, plant seine Routen selbst und ist personensicher.

Innovation

TORsten wird stetig weiterentwickelt, zuletzt insbesondere hinsichtlich der Robotersteuerung, Lokalisierung und Positionierung. Als Manipula-TORsten passt sich das System nun noch komplexeren Interaktionsumgebungen an.

Zu den drei Freiheitsgraden des omnidirektionalen Verfahrens wurde der Zustandsraum um sechs weitere Achsen der seriellen Roboterkinematik erweitert. Daraus resultiert ein erhöhter Aktionsradius. Stabile Pick-Prozesse erfordern daher eine 3D-Gesamtumgebungserfassung, wie sie durch die Integration heterogener Sensortechnologien wie Laserscanner und Tiefenbildkameras erfolgt.

Zur Verknüpfung der Technologien verfügt Manipula-TORsten über ein verteiltes Netz mehrerer Boardrechner. Darin lassen sich dank des ROS-Frameworks verschiedene Prozessoren (CPU, GPU) hersteller- und plattformunabhängig miteinander kombinieren und flexibel erweitern – so  auch bei der Integration der Roboterkinematik des PILZ-Manipulators.
Als mobiler Roboter hat das Gesamtsystem einen erhöhten Energiebedarf, weshalb das Energiekonzept weiterentwickelt wurde: Die Möglichkeit des stationsungebundenen induktiven Ladens verlängert die Laufzeit. Neben der Betriebsdauer erhöht sich dadurch der Aktionsradius des Systems.
Manipula-TORsten ist eine Weiterentwicklung des Basissystems, bei der weiterhin Flexibilität und Verfügbarkeit eine zentrale Rolle spielen. Die vollautomatisierte personensichere Gesamtlösung bildet eine innovative Komponente für zukunftsweisende Material- und Produktionsflüsse.

Marktrelevanz

Frei navigierendes Verfahren hat den Raum am Markt eingenommen und hält in fast allen intralogistischen Prozessen Einzug. Die mobile Robotik ist der nächste Evolutionsschritt und wird von der Technologieakzeptanz der FTS profitieren. Sie kann überall dort zum Einsatz kommen, wo stationäre Robotik an ihre räumlichen Grenzen stößt. Zudem führt das moderne Konsumverhalten zu einem erhöhten Kommissionierungsaufwand. Das Potential solcher Automatisierungslösungen ist noch längst nicht erschöpft.

Bis zur Vollautomatisierung ist allerdings vorerst eine Migrationsphase vonnöten, bei denen Menschen mit Maschinen interagieren. Dadurch entstehen hohe Anforderungen an die Personensicherheit. Der daraus resultierende Markt kann mit Manipula-TORsten optimal bedient werden.

Hauptvorteile für den Kunden

Eine automatisierte Kommissionierung bedeutet vor allem höchste Verfügbarkeit der Produktionskraft solcher Systeme bis hin zum Einsatz rund um die Uhr. Dazu kann Manipula-TORsten sowohl mit Menschen, aber auch mit Maschinen interagieren. Dies schafft die Grundlage zum Lückenschluss manueller Prozesse, beispielsweise im E-Commerce vom Warenkorb bis zum Versand. Prozesse werden somit nicht nur schneller und effizienter, sondern auch genauer und sicherer, da Fehler minimiert werden und das System über eine ausgeklügelte Sicherheitstechnik verfügt.

Die Weiterentwicklung des TORsten-Systems zu einem mobilen Manipulator kombiniert die beiden bisher gängigen Ansätze zur Teilautomatisierung – Roboter zu Ware und Ware zu Roboter. Dies führt zu deutlich geringeren Pickzeiten (Wegfall von Rücktransporten, Verringerung von Leerfahrten) und sinkenden Produktionskosten bei gleichzeitiger Produktionssteigerung. Darüber hinaus kann das flexible System einzelne stationäre Komponenten ersetzen, wodurch die Kosten weiter minimiert werden. 

Die Summe der genannten Vorteile zahlen darauf ein, Kunden effizienter und somit erfolgreicher zu machen. Da das System auf die Standardtechnologie ROS aufsetzt, reduziert sich für Betreiber die Technologievarianz und somit die Komplexität, wodurch eine Anschaffung stets zukunftssicher, flexibel und vor allem skalierbar bleibt.

Technische Daten

Datenblatt

Konkurrenzprodukte


Video: Fair-Impressions

 

IFOY Test


Truck Name  Torwegge
Truck Type  MANIPULA-TORsten
Date of Test  08.03.2019

Testbericht

Torwegge gewann 2017 einen IFOY AWARD mit dem TORsten AGV. In diesem Jahr wurde das Unternehmen für die begehrte Auszeichnung nominiert und hat eine Weiterentwicklung dieses Preisträgers ins Rennen geschickt: den MANIPULA-TORsten, einen mobilen Manipulator.

Der MANIPULA-TORsten besteht aus einem kompakten TORsten AGV. Das System ist etwa so groß wie eine Europalette und nur 230 Millimeter hoch. Darauf ist der Manipulator montiert ist: bei der IFOY-Nominierung ein Roboterarm von PILZ. Auch andere Konfigurationen sind denkbar.

Das während der IFOY Test Days gezeigte System kann für Kommissionierung, E-Commerce-Aktivitäten oder andere Aufgaben genutzt werden, bei denen die Kombination aus einem präzise navigierenden Fahrerlosen Transportsystem (FTS) und einem Manipulator Vorteile bietet, um Aufgaben noch effizienter und kostengünstiger durchzuführen. Die Kombination beider Techniken verhindert Leerfahrten. Das System kann sowohl für Waren-zu-Roboter- als auch für Roboter-zu-Ware-Konzepte eingesetzt werden.

Mit der Laserkonturnavigation navigiert das TORsten AGV mit einer maximalen Abweichung von fünf Millimetern. Sobald sich das Fahrzeug an einem Standort befindet, positioniert sich der Manipulator am Standort und der Kommissioniervorgang kann beginnen. Mit einer Spezialkamera wird der Manipulator jedes Mal neu positioniert. Diese Kamera erkennt das zu betreffende Fach oder den zu entnehmenden Behälter. Das System erkennt automatisch, wo Entnahmen stattfinden sollen.

Die nominierte Lösung bietet eine Tragfähigkeit von sechs Kilogramm. Je nach Konfiguration des Manipulators, der auf dem FTS platziert ist, sind aber auch schwerere Anwendungen möglich. Einer der Faktoren, die das beeinflussen, ist die Tragfähigkeit des FTS (1,2 Tonnen).

Das gesamte System wird durch das Robot Operating System, ROS, gesteuert, das in Zusammenarbeit mit der IfU IMA an der RWTH Aachen entwickelt wurde. In dieser Middleware lassen sich alle Systemkomponenten einfach integrieren und nach dem Plug & Play-Prinzip konfigurieren. ROS kann auch mit anderen Systemkomponenten im Lager kommunizieren.

Da der Energieverbrauch des FTS mit dieser neuen Nominierung deutlich höher ist, wurde das System mit einem induktiven Ladesystem ausgestattet. Bodenkontakte, beispielsweise an festen FTS-Haltestellen, ermöglichen ein schnelles und berührungsloses Laden der Batterie und gewährleisten so eine hohe Systemverfügbarkeit.

Das Ladeverfahren konnte jedoch während der IFOY-Testtage nicht gezeigt werden, da es eine Veränderung des Hallenbodens erfordert. Dies war in der Testhalle natürlich nicht möglich.

Beim IFOY-Setup führt MANIPULA-TORsten die vordefinierten Aufgaben ruhig und kontrolliert aus. Das FTS stellt einmal mehr seine praktische Navigations- und Transportfähigkeit unter Beweis. Der Roboterarm geht eine Dimension weiter.

IFOY Testfazit:

Die verwendeten Technologien machen das System sehr genau und ermöglichen eine effiziente, flexible und maßgeschneiderte Automatisierungslösung. Die Technologiekombination öffnet das Tor zu effizienteren vollautomatischen Transporten und Warenumschlägen.

 

IFOY Innovation Check

IFOY Innovation Check

Marktrelevanz

Fahrerlose Transportsysteme haben sich in den vergangenen 40 Jahren als flexible Transportmittel zur Produktionsversorgung etabliert. Gerade in den letzten zehn Jahren hat sich die Anzahl der Applikationen vervielfacht. Die Systeme erlauben gerade mit Hilfe moderner Navigations- und Kommunikationsverfahren die Verbindung eines hohen Automatisierungsgrades und hoher Flexibilität des Systems. Die Verbindung mit einem Roboterarm erlaubt zusätzlich eine flexible Lastaufnahme und -abgabe oder sogar Prozessschritte während der Transportzeit (Sortieren oder Montieren). Der ohnehin wachsende Hype könnte dadurch noch verstärkt werden.

Kundennutzen

Automatisierung und Flexibilität des Transports werden noch durch eine sinnvolle Nutzung der Transportzeit erhöht oder es können vollautomatisierte Lastaufnahmen und -abgaben realisiert werden. Erst dann ist der automatisierte Materialfluss komplett

Neuheitsgrad

Perzeptionsbasierte Navigation und Steuerung mit weitreichender Nutzung des ROS (Robot Operating System) in allen Steuerungskomponenten können klar als innovativ eingestuft werden. Die Verbindung von Transport und Handling ist aus Einzelanwendungen speziell aus USA bekannt, kann aber ebenfalls als durchaus innovativ eingestuft werden.

Funktionalität / Art der Umsetzung

Der Umfang wurde auf dem bereits vor zwei Jahren als Unterfahrschlepper vorgestellten Basisfahrzeug realisiert und anhand einer Beispielanwendung realisiert – zusätzliche Funktionen neben Lastübergabe und Transport sind noch nicht umgesetzt.

 


Marktrelevanz

 ++

Kundennutzen

 +

Neuheits- / Innovationsgrad

 ++

Funktionalität  / Art der Umsetzung

 +

++ sehr gut / + gut / Ø ausgeglichen / - weniger / - - nicht vorhanden

 

MANIPULA-TORsten (TORsten meets Friends)
Torwegge GmbH & Co. KG

 

MANIPULA-TORsten picking a box
TORsten with manipulator
MANIPULA-TORsten handles picking job
MANIPULA-TORsten picking a boxTORWEGGE

 

IFOY Category

AGV & Intralogistics Robot

Summary

TORsten follows a versatile modular design, allowing it to be used as a self-navigating ROS-based AGV and robot. The AGV was fitted with a manipulator for this year’s IFOY usage scenario, transforming it into a mobile picking robot aptly named Manipula-TORsten. TORsten provides a fully mobile solution to ensure efficient procedures while lowering production costs. An integrated inductive charging system increases the AGV system’s availability.

Description

TORsten has a modular design that maximises versatility and scalability, which are key requirements in intralogistics. The AGV is easy to extend by goods handling components such as roller and belt conveyors for integration into existing installations. Apart from that, the ROS-based system allows for use in mobile robotics.

Equipped with a PILZ PRBT manipulator, TORsten in its base version converts into Manipula-TORsten, a mobile picking robot. Accurate SLAM navigation means that the AGV can be used as a fully mobile system. The two units in Manipula-TORsten are HSW-compliant and communicate using the MQTT IoT protocol.

Manipula-TORsten automates production and picking processes in a wide variety of applications and industries; the AGV adapts to changing conditions for full flexibility.
The TORsten AGV in its base version comprises a modular underrider for handling a variety of load carriers or individual components of up to 1.2 tonnes in any direction. The AGV is around as big as a euro pallet and only 230 mm high. Laser contour navigation guides TORsten without assistance according to its own route plans while keeping to the requirements of staff safety.

Innovation

TORsten is constantly developed, the last example being improvements in robot control, localisation and positioning. As Manipula-TORsten, the AGV can now adapt to even more complex interaction environments.
The three degrees of freedom in omnidirectional movement have seen an additional six axes in the AGV’s state space in serial robot kinematics resulting in an increase in radius of action. Stable picking procedures require overall environment detection in three dimensions as implemented by integrating heterogeneous sensor technologies such as laser scanners and deep-imaging cameras.

Manipula-TORsten has a distributed network of on-board computers to connect the technologies. The ROS framework allows different CPUs and GPUs to be combined and scaled up regardless of manufacturer and platform, the integration of robot kinematics in the PILZ manipulator being a case in point.

Mobile robots have a heavy power requirement, so the power concept has undergone further development with a station-independent inductive charging system to increase battery life. Apart from operating times, this also increases the system’s radius of action.

Manipula-TORsten is an extension to the base system, and also prioritises versatility and availability. The complete fully automated HS-compliant solution serves as an innovative component in advanced material and production flows.

Marktet relevance

Freely navigated movement has taken its place on the market with ongoing adoption in almost all intralogistics processes. Mobile robotics comes as the next evolutionary step and will benefit from the acceptance of AGV technology. The AGV can be used where stationary robots cannot overcome their spatial limits. Apart from that, modern consumer behaviour has led to more intensive picking. The potential for automation solutions such as this is far from exhausted.

Even so, a migration phase with humans working together with machines will be needed before complete automation can be achieved, placing heavy requirements on health and safety at work. Manipula-TORsten would be ideal for the resulting market.

Main customer benefits

Above all, automated picking maximises the availability of productive capacity in these systems with potential for 24/7 deployment. In addition, Manipula-TORsten works with both humans and other machines, helping to closing the gap in manual processes such as in e-commerce from the virtual shopping cart to final shipment. This would not only speed up the process but also improve reliability and accuracy by minimising errors with sophisticated safety technology in the system.

Further development the TORsten system into a mobile manipulator combines the two approaches to partial automation applied up to now – robots to goods and goods to robots. This will lead to substantially faster picking times by eliminating return and empty runs while also reducing production costs and increasing production rates. This versatile system could save costs even further by replacing individual stationary components.

The sum of the advantages mentioned pays in to make customers more efficient and thus more successful. Since the system is based on the standard technology ROS, the technology variance and thus the complexity is reduced for operators, whereby a purchase always remains future-proof, flexible and above all scalable.

Technical Data

Data Sheet

Competitive Products


Video: Fair-Impressions

 

IFOY Test


Truck Name  Torwegge
Truck Type  MANIPULA-TORsten
Date of Test  March 8, 2019

Test Report

In 2017 Torwegge won an IFOY Award with the TORsten AGV. This year the company has been nominated for the prestigious awards with a further development of that award winner: the MANIPULA-TORsten, a mobile manipulator.

The MANIPULA-TORsten consists of a compact TORsten AGV. It is about the size of a europallet and only 230 millimeters high, on which a manipulator has been mounted - in the case of the IFOY nomination a PILZ robot arm. Other configurations are also conceivable.

The system shown during the IFOY Test Days can be used for order picking, e-commerce activities or other tasks where the combination of a precisely navigating AGV and a manipulator offers advantages to perform tasks more efficiently and at lower costs. The combination of both techniques prevents empty transportation trips. The system can be used for both goods-to-robot and robot-to-goods concepts.

Using laser contour navigation, the TORsten AGV navigates with a maximum deviation of five millimetres. As soon as the vehicle is on a location, the manipulator positions itself in the current location and the picking process can begin.

A deep image camera is used to position the manipulator each time again. This camera recognises the tray or box to be picked and automatically identifies where exactly it is to be picked.

The nominated solution offers a load capacity of six kg. However, depending on the manipulator configuration which is placed on the AGV, heavier alternatives are also possible. One of the factors determining this is the load capacity of the AGV (1.2 tons).

The entire operation is controlled by the Robot Operating System, ROS in short, which was developed in cooperation with IfU IMA RWTH Aachen University. In this middleware, all system components can be easily integrated and configured according to the plug & play principle. ROS can also communicate with other system components in the warehouse.

Because the energy consumption of the AGV is significantly higher with this new nomination, the system is equipped with an inductive charging system. Floor contacts, e.g. at fixed AGV stops, allow the battery to be charged quickly and without contact, thus ensuring a high level of availability.

However, this charging principle could not be shown during the IFOY Test Days, as it requires permanent adjustments to the floor. This was of course not possible in the test hall.

During IFOY set-up, MANIPULA-TORsten performs the predestined tasks calmly and controlledly. The AGV once again proves its practical navigation and transport capabilities. The robotic arm certainly adds a dimension.

IFOY test verdict:

The techniques used make the system very accurate and enable an efficient and flexible custom-made automation solution. The combination of techniques opens a door to more efficient fully automatic transports and goods handling.

 

IFOY Innovation Check

IFOY Innovation Check

Market Relevance

Driverless transport systems (autonomous guided vehicle) have established themselves over the past 40 years as flexible means of transport for production supply. The number of applications has multiplied in the last ten years in particular. With the help of modern navigation and communication processes, the systems allow the combination of a high degree of automation and high system flexibility. The connection with a robot arm also permits flexible load pick-up and delivery or even process steps during the transport time (sorting or assembly). The already growing hype could thus be further intensified.

Customer Benefit

Automation and flexibility of the transport are increased by a sensible use of the transport time or fully automated load pick-up and delivery can be realized. Only then is the completely automated material flow complete.

Degree of Novelty

Perception-based navigation and control with extensive use of the ROS (Robot Operating System) in all control components can be clearly classified as innovative. The combination of transport and handling is known from individual applications, especially in the USA, but can also be classified as quite innovative.

Functionality / Type of Implementation

The scope was realized on the basic vehicle presented two years ago as an underride vehicle and realized on the basis of an example application - additional functions besides load transfer and transport have not yet been implemented

 


Market relevance

 ++

Customer benefit

 +

Degree of novelty / innovation

 ++

Functionality  / Type of implementation

 +

++ very good / + good / Ø balanced / - less / - - not available