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High Quality Education: KIT Rankings

Prof. Dr.-Ing. Kai Furmans
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Prof. Dr.-Ing. Kai Furmans is Academic Director of HECTOR School and the Program Director of Production & Operations Management (POM).

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Mobile Boxes

KIT Students Develop Innovative Shelf Concept for the Amazon Robotics Challenge

Article within the current edition of the KIT magazine lookKIT on information at the Karlsruhe Institute of Technology, Edition 3/2017. The text was written in German, an excerpt is available in English at the end of the text.

 

Lagerhaltung ist ein erheblicher Kostenfaktor und deshalb für viele Unternehmen ein Bereich, den sie vorrangig optimieren. Allen voran das weltumspannende Onlineversandhaus Amazon. So wundert es wenig, dass der Handelsriese in seinem international ausgerufenen Wettbewerb eine Aufgabe zu Regalsystemen und Lagerung stellte, in dem es viele Greif- und Erkennungsvorgänge zu bewältigen galt. Dem Team vom KIT, IFL PiRo, gelang es nun im japanischen Nagoya einen hervorragenden siebten Platz in der Gesamtwertung der Amazon Robotics Challenge zu erringen.

 

„In einer spannenden Woche mit drei intensiven Wettbewerbstagen haben wir eine Menge Herausforderungen bestanden und viel gelernt“, erzählt Kai Markert vom Institut für Fördertechnik und Logistiksysteme des KIT und IFL PiRoTeam-Captain. „Dass wir uns mit den weltweit besten hier in Japan messen können, spricht für unser junges Team.“

 

So lautete die konkrete Aufgabe der Amazon Robotics Challenge: Neben einem Pick Task (Aufträge kommissionieren, aus Regal entsprechend Auftragsliste entnehmen und in drei verschiedene Kartons einräumen) und einem Stow Task (Regalsystem einräumen, Regalinhalt dokumentieren) galt es in diesem Jahr auch das Regalsystem nach gesetzten Rahmenbedingungen selbst zu erstellen. Die zu greifenden Objekte waren dabei typische Artikel, wie sie im Versandhandel zu finden sind. Nur die Hälfte der Artikel war im Vorfeld des Wettbewerbes bekannt. Die restlichen Artikel bekam jedes Team erst 30 Minuten vor dem jeweiligen Wettbewerbsdurchlauf, um sie dem Robotersystem bekannt zu machen. Die Aufgaben mussten vom Roboter autark durchgeführt werden. Eingriffe des Teams waren nicht gestattet.

 

Das Team IFL PiRo ging mit einem innovativen Regalkonzept an den Start. Statt die Waren in einem herkömmlichen Regal anzuordnen, lagen die Objekte in mobilen Kisten, die horizontal um den zentralen Roboterarm arrangiert wurden. Teilweise waren die Kisten mit Schubladen ausgerüstet, die durch den Roboter selbst bedient wurden, sodass eine mehrgeschossige Anordnung möglich war. Durch die Schubladen konnte nutzbare Fläche gesteigert werden, bei limitierter Standfläche. In einem Warenlager der Zukunft könnte beispielsweise ein zweiter Roboter als Zubringer die passenden Kisten bringen und abholen. „Da die momentanen Warenhaussysteme technisch ausgereizt sind, wollten wir ein komplett neues System für das 21. Jahrhundert entwickeln, das die Vorteile des Robotergreifers voll zur Geltung kommen lässt“, so erklärt Markert den Grundgedanken der Lösung des Teams des KIT.

 

Das Gesamtsystem wurde daher so angeordnet, dass alle Handhabungsaktionen – also Erkennen, Greifen, Saugen, Ablegen – von oben mit ähnlichen Bewegungsmustern durchgeführt werden konnten. Hierdurch wurde die Bewegungsplanung und Durchführung deutlich einfacher, schneller und sicherer. Zudem konnte so ein Laserscanner, wie er in fahrerlosen Transportsystemen für Sicherheitsfunktionen eingesetzt wird, die Ebene über den Behältern überwachen. Hierdurch konnte wiederum der Erfolg beim Greifen, Saugen und dem Transport kontrolliert werden.

 

Um die Artikel aufzunehmen, nutzte der Roboter einen Greifer oder einen Saugnapf. Je nach Artikel entschied sich die Steuerung selbstständig für die passende Greifart, wählte die passenden Parameter und Kontaktpunkte aus. Ein Kamerasystem lieferte zwei- und dreidimensionale Bildinformationen. Bilderkennungssoftware und Neuronale Netze erkannten darin die Objekte. Greifpunkte konnten sowohl beim Einlernen der Objekte als auch nach der Objekterkennung aus der Lage und Größe des Objektes berechnet werden.

 

Das Team IFL PiRo besteht aus rund 15 Studierenden und wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Instituts für Fördertechnik und Logistiksysteme des KIT, es setzt sich aus den Disziplinen Maschinenbau, Feinwerktechnik/Mechatronik, Elektrotechnik, Informatik und Wirtschaftsingenieurwesen zusammen. Neben dem Systemkonzept von PiRo und umfangreicher Software wurden auch viele mechanische Teile selbst entwickelt und in der eigenen Werkstatt sowie mittels 3-D-Drucker hergestellt.

 

Video: https://youtu.be/3zJ7TLboaUU

Kontakt: kai markertMsk6∂kit edu

 

 

Excerpt in English

KIT Students Develop Innovative Shelf Concept for the Amazon Robotics Challenge

Translation: Maike Schröder

 

Warehousing is a major cost factor and hence a subject for optimization at many companies. A prominent example is Amazon, the world-spanning electronic commerce company. It therefore comes as no surprise that the trade giant launched an international competition relating to shelf systems and storage, in which a lot of gripping and detection processes had to be managed. In Nagoya, Japan, the IFL PiRo team of KIT achieved an excellent 7th place showing in the overall ranking of the Amazon Robotics Challenge.

 

Apart from a pick task (picking orders, picking products from the shelf according to the order list, and placing the products into three different boxes) and a stow task (putting products onto shelves, documenting shelf content), the teams were to design the shelf system according to framework conditions they were given. The objects to be picked were typical products of the mail order business. Only half of the products were known prior to the competition. The PiRo team presented an innovative shelf concept. Instead of arranging the goods in a conventional shelf, the objects were placed in mobile boxes arranged horizontally around the central robot arm. Some of the boxes could be moved by the robot like drawers, thus allowing for a multistory arrangement. “As today’s warehouse systems have reached their technical limits, we wanted to develop a completely new system for the 21st century in order to make full use of the advantages of the robot gripper,” team captain Markert explains.

The IFL PiRo team consists of about 15 students and scientific staff members of the KIT Institute for Materials Handling and Logistics. The disciplines covered are mechanical engineering, precision engineering/mechatronics, electrical engineering, computer science, and business engineering.

 

Video: https://youtu.be/3zJ7TLboaUU

Information: www.ipek.kit.edu/60_4530.php

Contact: kai markertKie6∂kit edu