DST an der Universität Duisburg-Essen: Roboter „CoboTank“ übernimmt schwere Lasten im Hafen

 

Ein Tankschiff zu beladen ist Schwerstarbeit. Verladeschläuche von bis zu 70 Kilogramm müssen vom Steiger an Bord gebracht werden. Wie ein kollaborativer Roboter diese Aufgabe übernimmt und zugleich die Sicherheit erhöht, zeigten Forschende der Universität Duisburg-Essen und des DST: Beim Zukunftstag Flüssiggutlogistik präsentieren sie die Ergebnisse des mit 2,75 Millionen Euro vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr geförderten Projekts „CoboTank“.

Für die deutsche Chemiebranche ist die Binnenschifffahrt zentral: Rund die Hälfte der landesweiten Flüssiggüter wird über Rhein, Elbe und andere Wasserstraßen transportiert. Doch die Branche kämpft mit dem Fachkräftemangel. „Die Tätigkeit pendelt zwischen Kraftakt und monotoner Überwachung“, sagt PD Dr. Magnus Liebherr vom Fachgebiet Allgemeine Psychologie: Kognition der Universität Duisburg-Essen. Beim An- und Abkoppeln der Schläuche ist körperliche Leistung gefragt, während der stundenlangen Beladung höchste Aufmerksamkeit – denn im Fehlerfall muss binnen Sekunden reagiert werden.

Hier setzt der neue Roboter an. „Unser Robotersystem trägt das Gewicht, der Mensch trifft die Entscheidungen“, erklärt Tobias Bruckmann, Professor am Lehrstuhl für Mechatronik der Universität Duisburg-Essen. Der Roboter nimmt die schweren Schläuche automatisiert auf, führt sie zum Schiff und gleicht dabei dessen Bewegungen aus. An Bord steuert die Bedienperson den Roboterarm über eine intuitive Handführung präzise zum Anschlussflansch. Danach übernimmt sie nur noch leichte Handgriffe wie das Verbinden des Erdungskabels. Das reduziert die körperliche Belastung deutlich – und halbiert den Personalbedarf: Statt vier Fachkräften reichen künftig eine an Bord und eine in der Leitstelle.

Damit die Zusammenarbeit reibungslos funktioniert, verfügt das System über umfangreiche Sensorik: Ein Kraft-Momenten-Sensor registriert die Bewegungsimpulse der Bedienperson, weitere Sensoren überwachen Umgebung und Schiffsbewegungen. Die größte Herausforderung sei gewesen, so Bruckmann, die sichere Kooperation zwischen Mensch und einem vergleichsweise großen Roboter zu gewährleisten – und ihn zugleich so präzise zu regeln, dass er selbst bei Wellengang millimetergenau mit dem Schiff mitläuft. Zudem musste ein völlig neues Bedienkonzept in ein Arbeitsumfeld integriert werden, das seit Jahrzehnten von Handarbeit geprägt ist. Ein entscheidender Erfolgsfaktor: Das Hafenpersonal war von Beginn an eingebunden – vom „alten Seebären“ bis zum Nachwuchs. Das kollaborative Robotersystem „CoboTank“ ist in Originalgröße am Lehrstuhl für Mechatronik zu sehen.

Im Hafenforschungslabor HaFoLa des DST – Entwicklungszentrums für Schiffstechnik und Transportsysteme e. V. – bilden fünf verschiedene Demonstratoren im Maßstab 1:16 den gesamten Ablauf vom Anlegen bis zum Umschlag ab. Die Versuchshalle mit einem 18 Meter langen Hafenbecken bildet Topographie und Infrastruktur realitätsnah nach und dient als Testzentrum für neue Technologien. „Durch die Skalierung können wir technische Konzepte kosteneffizient in die Praxis übertragen und im Zusammenspiel erproben“, erklärt Cyril Alias vom DST. „So erkennen wir Optimierungspotenziale, die Simulationen oft nicht zeigen.“

 
Universität Duisburg-Essen (UDE)
Die Universität Duisburg-Essen wurde am 1. Januar 2003 durch die Fusion der Gerhard-Mercator-Universität Duisburg und der Universität-Gesamthochschule Essen (beide 1972) gegründet. Sie gehört mit rund 40.000 Studenten aus 130 Nationen zu den – nach Studentenzahlen – zehn größten deutschen Universitäten. Sie verfügt über ein breites, international ausgerichtetes Fächerspektrum. Sie ist ein Zentrum der nanowissenschaftlichen und biomedizinischen Forschung sowie der Lehrerausbildung in NRW und bietet mehr als 240 Bachelor- und Masterstudiengänge an. Nach dem Times Higher Education (THE) Ranking belegte die Universität Duisburg-Essen unter den Hochschulen 2020 den 194. Platz weltweit.
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Fotos: Markus Nieradzik / UDE (1), Fotoagentur Roth / UDE (1)

 

  Duisburger Hafen, Entwicklungszentrum für Schiffstechnik und Transportsysteme e. V. DST, Universität Duisburg-Essen UDE