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The Implementation and Analysis of a Tendon-Based-Stewart-Gough-Platform (SGP) for an Automated Storage and Retrieval System for Mini-Load

Salah, Bashir

The warehouse plays an important connecting role in the logistics network inside the company and between the various processes within the company. Its major role is to maintain a constant supply of the products, maintenance of products for a specific time period and control the supply requirement, the consumer requirement and the demand of the situation. Hence, a methodology to improve the efficiency of a new design of the Automated Storage/Retrieval System to increase the throughput performance of the system is strictly required. Until now, all efforts to design Automated Storage and Retrieval Systems AS/RS have been carried out with Storage/Retrieval (S/R) machines. These have disadvantages of high investment value and restricted use due to the inflexibility of the physical layout. However, little attention has been paid so far to making use of the principles of the Stewart-Gough-Platform SGP on AS/RS. To construct new designs, we set up a system under the name SGP-AS/RS. This system has attractive features such as high performance and scalability. An SGP is a kind of cable-driven platform with parallel manipulators using an octahedral assembly of struts which has six degrees of freedom (x,y and z). Additionally, another analysis, which can help to obtain a methodology for estimating the single command and dual command cycle time of the SGP-AS/RS, is based on some assumptions. The resultant methodology depends on some parameter values, like dimensions of storage racks, location of the (I/O) points, maximum velocity consideration and acceleration/deceleration rate changes. These could also be used in future for selecting the right kind of (S/R) machine for this system. This tool was integrated with the main design tool, hence one could automatically evaluate the mid and maximum, single and dual command cycle time for the newly designed SGP-AS/RS.
An integrated storage system containing 5000 rack Bays has been presented, as well as the performance calculations of SGP-AS/RS with comparable storage and retrieval systems. At the same time, specified constraints were carried out. These calculations are based on the projected performance of the SGP-AS/RS. In contrast, the performance of comparable storage and retrieval systems are specified by the manufacturer.
Finally, the results of the designed SGP-AS/RS system are presented at the end of the dissertation, highlighting the important design parameters and the expected throughput from the system.

Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung aller Aspekte und Rahmenbedingungen bei der Ent-wicklung des SGP-Regalbediengeräts, sodass dieses am Ende problemlos in die innerbe-trieblichen Materialflusssysteme integriert werden kann. Von dem SGP-Regalbediengerät werden hohe Anforderungen wie hohe Durchsatzleistung und hohe Dynamik, Reduzierung der zu bewegenden Massen, hohe Energieeffizienz, Umweltschutz, hohe Wirtschaftlichkeit, Preisreduzierung im Unterschied zum anderen Konkurrenten etc. erwartet. Eine weitere Her-ausforderung ist, dass das SGP-Regalbediengerät auf einer neuartigen Technik beruht, die noch nie im Logistikbereich eingesetzt wurde, sondern bis jetzt nur im Robotikbereich ange-wendet wurde.
Im Rahmen dieser Arbeit werden ausschließlich automatische Kleinteilelager (AKL) betrach-tet. Das AKL ist ein häufig in der Lager- und Kommissioniertechnik eingesetztes System. Das Regalbediengerät ist ein zentrales Element des AKLs. Die aktuellen Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Regalbediengeräte konzentrieren sich im Wesentlichen auf die Verbesserung der bestehenden Komponenten. Untersucht wird der Einsatz neuer Werkstoffe für Teilbereiche der Regalbediengeräte und die Nutzung von ener-gieeffizienten Betriebsverfahren. Die dabei zu erreichenden Leistungen sind an die Grenzen der Technik gestoßen. Das SGP-Regalbediengerät beruht dagegen auf einer neuartigen Technik, die bis jetzt nicht im Logistikbereich eingesetzt wurde. Dabei wird das klassische Regalbediengerät durch eine Plattform, die an acht vorgespannten Seilen befestigt ist, ersetzt. Die Plattform wird mithilfe von acht Motoren, die unter Einsatz modernster Regelungsverfahren computergesteuert werden, bewegt. Dieser einfache Aufbau führt dazu, dass besonders niedrige Massen bewegt werden müssen. Außerdem werden Kunstfaserseile, die ein Vielfaches leichter als die konventionellen Stahlseile sind, verwendet. Dies führt dazu, dass die bereitgestellte Antriebs-leistung weitgehend für die Bewegung der Nutzlast genutzt wird.
Mithilfe des Stewart-Gough-Plattform Regalbediengeräts werden höhere Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und infolgedessen höhere Umschlagsleistungen erreicht. Außerdem spielt die Energieeffizienz und die zu bewegenden Masse eine große Rolle bei ihrer Entwicklung. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Marktanalyse durchgeführt. Sowohl die Bedürfnisse eines Marktes als auch die Kompetenzen des Unternehmens sind jedoch dynamisch. Durch diese Marktanalyse werden die Kundenbedürfnisse, Kundennutzen und Ein-kaufsvolumina ermittelt. Im Rahmen der Marktanalyse werden sowohl sechs konventio-nelle, als auch andere Arten von Regalbediengeräten vorgestellt und mit dem SGP-RBG verglichen. Die Anzahl der gelieferten Regalbediengeräte wird in Deutschland und international analysiert. Schließlich werden die Umschlagsleistungen des SGP-RBGs berechnet und mit sechs anderen Konkurrenten verglichen. Dabei werden sowohl Einzelspiel- als auch Doppelspielzeiten für verschiedene Lagerabmessungen berechnet. Danach wird die Entwicklung des Systemsaufbaus im Laufe der Zeit näher erläutert. Hierbei werden auch die Systemkomponenten näher beschrieben.

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Salah, Bashir: The Implementation and Analysis of a Tendon-Based-Stewart-Gough-Platform (SGP) for an Automated Storage and Retrieval System for Mini-Load. 2013.

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