DE102004041938A1 - Stacking device e.g. reach stacker, for gripping e.g. container, has sensors for recording area of unknown layout of loads, preferably containers, and computer-aided image identification system for processing sensor data - Google Patents

Stacking device e.g. reach stacker, for gripping e.g. container, has sensors for recording area of unknown layout of loads, preferably containers, and computer-aided image identification system for processing sensor data Download PDF

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Abstract

The device (12) has a vehicle undercarriage (13), where a hinged telescopic arm has a load lifting tool that is mounted on the undercarriage. Sensors are provided on the stacking device for recording the area of unknown layout of loads, preferably containers. A computer-aided image identification system is provided for processing sensor data. The device serves as sensors cameras, laser scanners and/or radar scanners. An independent claim is also included for a method for gripping and stacking loads e.g. containers using a stacking device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stapelgerät, insbesondere einen Reachstacker, und ein Verfahren zum Greifen und Stapeln von Lasten, vorzugsweise Container, mit diesem Stapelgerät.The Invention relates to a stacker, in particular a reachstacker, and a method for gripping and Stacking loads, preferably containers, with this stacker.

Reachstacker sind gummibereifte Fahrzeuge mit Dieselmotoren und Fahrerkabine. Sie sind in der Lage Lasten, insbesondere Container, Trailer, Blech-Coils, Stückgut, usw., zu transportieren und zu stapeln. Bisher bekannte Reachstacker sind mit einem am Teleskoparm als Lastaufnahmemittel angeordneten Containerspreader ausgestattet, d. h. ein Heben und Senken des Spreaders erfolgt nur über den Teleskoparm. Sie können Container mehrreihig hintereinander und übereinander handhaben bzw. stapeln.Reach Stacker are rubber-tired vehicles with diesel engines and driver's cab. They are capable of loads, especially containers, trailers, sheet metal coils, general cargo, etc., to transport and stack. Previously known reachstackers are arranged with a telescopic arm as a load-carrying means Container spreader equipped, d. H. a raising and lowering of the spreader takes place only over the Telescopic arm. You can Handle and stack containers in a row in a row and one above the other.

Beim Betrieb eines Reachstackers ist zumeist das Greifen von Containern, die nicht unmittelbar im Sichtfeld des Bedieners liegen, zeitaufwendig, da der Spreader mit einer Genauigkeit von wenigen Zentimetern über dem Container positioniert werden muß, damit dieser den Container aufnehmen kann. In der 1 ist eine An ordnung von Containern gezeigt, wobei der Bereich unterhalb der gestrichelten Linie vom Bediener nicht eingesehen werden kann. Beim Greifen des linken oben liegenden Containers kann lediglich die Position des Spreaders anhand der Stellung des Auslegers geschätzt werden. Ist die Längsorientierung von diesem Container nicht genau senkrecht zum Ausleger, kann unter Umständen der Container gar nicht aufgenommen werden.When operating a Reachstackers, it is usually time-consuming to grasp containers which are not directly within the field of vision of the operator, since the spreader must be positioned with an accuracy of a few centimeters over the container so that it can pick up the container. In the 1 is shown an arrangement of containers, the area below the dashed line can not be viewed by the operator. When gripping the left overhead container, only the position of the spreader can be estimated from the position of the boom. If the longitudinal orientation of this container is not exactly perpendicular to the boom, then under certain circumstances the container can not be picked up at all.

Werden Container gestapelt, begegnen dem Fahrer ähnliche Probleme. Der Container muß möglichst positionsgenau angefahren werden. Ein ungenaues schräges Ablegen kann zur Verklemmung von benachbarten Containern führen, so daß diese nicht mehr angehoben werden können.Become Containers stacked, encounter the driver similar problems. The container must as possible be approached with exact position. An inaccurate oblique placement can lead to the jamming of neighboring containers, so that these can not be raised anymore.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Stapelgerät, vorzugsweise einen Reachstacker, derart weiterzubilden, daß das Greifen und Stapeln von Containern für den Bediener vereinfacht wird.task The invention is therefore a generic stacking device, preferably a Reachstacker, such that the gripping and stacking of Containers for simplifies the operator.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Stapelgerät gemäß Anspruch 1 gelöst. Dabei sind an dem Stapelgerät, insbesondere dem Reachstacker, das aus einem Fahrzeugfahrwerk und einem auf diesem verschwenkbar angeordneten Teleskopausleger mit einem Lastaufnahmemittel besteht, Sensoren zur Erfassung eines Bereichs aus einer nichtbekannten Anordnung von Lasten, vorzugsweise Container, vorgesehen. Weiterhin ist ein computergesteuertes Bilderkennungssystem zur Verarbeitung der Sensordaten enthalten.According to the invention this Task by a stacker according to claim 1 solved. In this case, at the stacking device, especially the reachstacker, which consists of a vehicle chassis and one on this pivotally mounted telescopic boom with a load receiving means, sensors for detecting an area from a non-known arrangement of loads, preferably containers, intended. Furthermore, a computerized image recognition system for processing the sensor data.

Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Stapelgeräts ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen. Hier sind insbesondere bevorzugte Verfahren zum Greifen und Stapeln von Containern mit dem erfindungsgemäßen Stapelgerät enthalten.preferred Embodiments of the stacking device according to the invention result arising from the subordinate claims to the main claim. Here are particularly preferred methods for gripping and stacking Containers with the stacking device according to the invention.

Die Erfindung betrifft im Einzelnen Stapelgeräte zum Greifen und Stapeln von Lasten, wie beispielsweise Containern, die mindestens drei Freiheitsgrade aufweisen. Derartige Geräte verfügen üblicherweise als Lastaufnahmemittel über ein Contai neraufnahmegerät (sogenannte Spreader), ein Fahrwerk und einen Ausleger. Das am Ausleger angebrachte Containeraufnahmegerät kann um eine Achse gedreht β(t), translatorisch bewegt T(t) und teleskopiert werden l(t). Der Ausleger umfaßt einen Antrieb, um Auslegerlänge l(t) und Aufrichtwinkel Θ(t) zu verändern. Mit Hilfe des Fahrwerks, das über eine Lenkung und über einen Vortrieb verfügt, kann die Position und die Orientierung des Stapelgeräts v (t) variiert werden.More particularly, the invention relates to stackers for gripping and stacking loads, such as containers, having at least three degrees of freedom. Such devices usually have as load handling means a Contai neraufnahmegerät (so-called spreader), a chassis and a boom. The boom-mounted container-receiving device can be rotated about an axis β (t), translationally moved T (t) and telescoped l (t). The boom includes a drive to vary boom length l (t) and pitch angle Θ (t). With the help of the chassis, which has a steering and a propulsion, the position and orientation of the stacking device v (t) can be varied.

Um einen Container vom Standort zum Zielort zu transportieren, muß das Stapellgerät den Container positionsgenau anfahren. Soll ein Container am Zielort gestapelt werden, so muß dies bündig zum Zielcontainer geschehen. Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben bei Stapelgeräten mit einem computergestützten Verfahren gelöst. Dabei kann aus zwei Betriebsarten gewählt werden. Im ersten Modus manövriert der Computeralgorithmus das Stapelgerät automatisch zum Zielobjekt. Im zweiten Modus dirigiert die Rechnereinheit mit optischen oder akustischen Signalen den Bediener zum Zielobjekt.Around To transport a container from the site to the destination, the stacker must handle the container Approach to exact position. Should a container be stacked at the destination this must be done flush with Target container happen. According to the invention, these tasks are included stack devices with a computerized Procedure solved. It can be selected from two modes. In the first mode maneuvered the computer algorithm automatically routes the stacker to the target object. In the second mode, the computer unit directs with optical or acoustic Signals the operator to the target object.

Anhand der 5 kann die Gesamtstruktur des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Greifen und Stapeln von Containern beschrieben werden. Hier ist die Gesamtstruktur des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Greifen und Stapeln von Lasten, vorzugsweise Containern, gezeigt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt folgende Schritte:

  • – Erfassen der Sensordaten
  • – Abschätzen der dreidimensionalen Lage und Orientierung von Umweltmerkmalen der Lasten schon während des Verfahrens des Stapelgerätes,
  • – Rekonstruktion der Lastkonturen aus den zuvor gewonnenen Schätzdaten,
  • – Erstellen eines Containerumweltmodells,
  • – Auswahl der Last.
Based on 5 For example, the overall structure of the method for gripping and stacking containers according to the invention can be described. Here is the overall structure of the inventive method for gripping and stacking loads, preferably containers, shown. The method according to the invention comprises the following steps:
  • - Acquire the sensor data
  • Estimating the three-dimensional position and orientation of environmental features of the loads already during the process of the stacking device,
  • Reconstruction of the load contours from the previously obtained estimated data,
  • - create a container environment model,
  • - Selection of the load.

Von besonderer Bedeutung ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, daß die von den im Fahrzeug installierten Sensorelementen aufgenommenen Daten von einem Zustandsbeobachter fusioniert werden. Diese fusionierten Sensordaten S(t) dienen dem Zustandsbeobachter dazu die dreidimensionale Lage und Orientierung von Umweltsmerkmalen M(t) wie Containerecken, -kanten und -flächensegmenten abzuschätzen. Dabei ist es wesentlich, daß dieser Detektionsalgorythmus permanent, also schon während des manuellen Fahrens zum Zielcontainer, ausgeführt wird. Aus den ermittelten Daten werden Containerkonturen C(t) rekonstruiert und dazu verwendet, sukzessive das dreidimensionale Modell des Containerszenario U aufzubauen. In der Regel umfaßt das Modell nur Teilbereiche des gesamten Stapelszenarios und beinhaltet mehrere Container. Anhand von Plausibilitätsbedingungen wird daraus der Zielcontainer Z gewählt.Of particular importance in the process according to the invention is that of the sensor elements installed in the vehicle data is fused by a state observer. These fused sensor data S (t) serve the state observer to estimate the three-dimensional position and orientation of environmental features M (t) such as container corners, edges and surface segments. It is essential that this detection algorithm is carried out permanently, that is, even during the manual travel to the destination container. From the determined data, container contours C (t) are reconstructed and used to successively build up the three-dimensional model of the container scenario U. Typically, the model includes only portions of the entire stacking scenario and includes multiple containers. On the basis of plausibility conditions, the destination container Z is selected from this.

Bei Wahl eines vollautomatischen Betriebs berechnet das Modul zur Bahnplanung aus der dreidimensionalen Lage des Containers sowie aus dem Abstand und der Orientierung des Aufnahmegerätes (oder Containerunterseite des zu stapelnden Containers) erfindungsgemäß eine zeitindizierte Trajektorie für jede Gelenkvariable. Ein Achsregler sorgt dabei für eine stabilisierte Umsetzung der Sollbahn.at The choice of fully automatic operation is calculated by the module for path planning from the three-dimensional position of the container as well as from the distance and the orientation of the recording device (or container bottom of the container to be stacked) according to the invention a time-indexed trajectory for each joint variable. An axis controller ensures a stabilized implementation of the nominal path.

Wird der halbautomatische Betrieb gewählt, berechnet das Modul zur Bahnplanung aus der dreidimensionalen Lage des Zielcontainers sowie aus dem Abstand und der Orientierung des Aufnahmegerätes (oder Containerunterseite des zu stapelnden Containers) optische oder akustische Signale, um den Fahrer zum Ziel zu navigieren.Becomes semi-automatic operation selected, calculated the module for path planning from the three-dimensional position of the destination container as well as from the distance and the orientation of the recording device (or Container bottom of the container to be stacked) optical or Acoustic signals to guide the driver to the destination.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:Further Features, details and advantages of the invention will become apparent explained in more detail in an embodiment shown in the drawing. It demonstrate:

1: einen Reachstacker während des Aufnehmens eines Containers zur Verdeutlichung der Problemstellung, 1 : a reachstacker while picking up a container to clarify the problem,

2: einen Reachstacker in schematischer Darstellung gemäß einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung während des Aufnehmens eines Containers von einem Containerstapel, 2 Fig. 1 is a schematic representation of a reachstacker according to an embodiment of the present invention during picking up a container from a container stack;

3: eine schematische Darstellung eines Reachstackers, 3 : a schematic representation of a reachstacker,

4: eine Draufsicht auf einen Containerspreader, wie er als Lastaufnahmemittel in einem Reachstacker der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird und 4 : A top view of a container spreader, as it is used as a lifting device in a reachstacker of the present invention and

5: eine diagrammartige Darstellung der Gesamtstruktur des ertindungsgemäßen Verfahrens. 5 : A diagrammatic representation of the overall structure of the inventive method.

1 zeigt eine Anordnung von Containern 10 und einen Reachstacker 12, mit dem die Container umgeschlagen werden sollen. Der Bereich unterhalb der gestrichelten Linie 13 kann vom Bediener nicht eingesehen werden. Ohne besondere Maßnahmen kann daher beim Greifen des links oben liegenden Containers, wie hier in der Figur dargestellt, die Position des Spreaders lediglich anhand der Stellung des Auslegers 14 des Reachstackers 12 geschätzt werden. 1 shows an arrangement of containers 10 and a reachstacker 12 with which the containers are to be handled. The area below the dashed line 13 can not be viewed by the operator. Without special measures can therefore when gripping the left uppermost container, as shown here in the figure, the position of the spreader only based on the position of the boom 14 the reachstacker 12 to be appreciated.

In der 3 ist ein Reachstacker 12 dargestellt, der ein Fahrzeugfahrwerk 13 aufweist, in dem in üblicher und hier nicht näher dargestellter Weise ein Dieselmotor als Antriebsmotor angeordnet ist. Der hier dargestellte Reachstacker weist ein hinteres gummibereiftes Räderpaar 16 und zwei vordere Räderpaare 18 auf. Die vorderen Räderpaare sitzen auf den Antriebsachsen, während das hintere Räderpaar auf einer Längsachse sitzt. An dem Fahrzeugfahrwerk 13 ist heb- und senkbar ein Teleskopausleger 20 angeordnet. Der Teleskopausleger 20 ist in der hier dargestellten Ausführungsform in sich gekrümmt, wie insbesondere aus der 1 ersichtlich.In the 3 is a reachstacker 12 shown a vehicle chassis 13 has, in the usual and not shown here, a diesel engine is arranged as a drive motor. The Reachstacker shown here has a rear rubber-tyred pair of wheels 16 and two front pairs of wheels 18 on. The front pairs of wheels sit on the drive axles, while the rear pair of wheels sits on a longitudinal axis. At the vehicle chassis 13 is a telescopic boom can be raised and lowered 20 arranged. The telescopic boom 20 is curved in itself in the embodiment shown here, in particular from the 1 seen.

Der Teleskopausleger 20 ist über einen einzigen entsprechend dimensionierten Wippzylinder 22 heb- und senkbar. An der Spitze des Teleskopauslegers 20 ist als Lastaufnahmemittel im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein Spreader 24 angelenkt, mittels dem als Last beispielsweise ein Container 10 aufgenommen werden kann. Auf dem Fahrzeugfahrwerk 13 ist seitlich auch eine Fahrerkabine 28 angeordnet.The telescopic boom 20 is about a single appropriately sized rocker cylinder 22 raised and lowered. At the top of the telescopic boom 20 is a load-bearing means in the embodiment shown here, a spreader 24 articulated, by means of which as a load, for example, a container 10 can be included. On the vehicle chassis 13 is also a driver's cab side 28 arranged.

4 zeigt eine Draufsicht auf das Lastaufnahmemittel in Form des Spreaders 24. In den 3 und 4 sind die im folgenden verwendeten Bewegungsfreiheitsgrade, die von der Regeleinrichtung verarbeitet werden müssen näher bezeichnet. So kann der Spreader 24 um die Achse 26 um den Winkel β(t) gedreht werden, in der Richtung T(t) translatorisch bewegt werden und entsprechend bei Veränderung der Länge des Auslegers 20 um die Auslegerlänge l(t) teleskopiert werden. Der Ausleger selbst umfaßt einen Antrieb um die Auslegerlänge l(t) zu verändern. Über den Zylinder 22 wird der Aufrichtwinkel Θ(t) variiert. Mit Hilfe des Fahrwerks, das über eine Lenkung und über einen Vortrieb verfügt kann die Position und Orientierung des Stapelgerätes v(t) variiert werden. 4 shows a plan view of the load-receiving means in the form of the spreader 24 , In the 3 and 4 For example, the degrees of freedom of movement used by the control device are specified. So can the spreader 24 around the axis 26 are rotated by the angle β (t), are translationally moved in the direction T (t) and, accordingly, when the length of the boom is changed 20 telescoped around the boom length l (t). The boom itself includes a drive to change the boom length l (t). About the cylinder 22 the angle of elevation Θ (t) is varied. With the help of the chassis, which has a steering and a propulsion, the position and orientation of the stacking device v (t) can be varied.

In der 2 ist ein erfindungsgemäßer Reachstacker 12 gezeigt, in welchem eine erste CCD-Kamera 30 und eine zweite CCD-Kamera 32 zur Vermessung der Container, die sich im Nahfeld des Spreaders befinden, angeordnet sind.In the 2 is an inventive Reachstacker 12 shown in which a first CCD camera 30 and a second CCD camera 32 for surveying the containers located in the near field of the spreader.

Im Folgenden wird auf die Funktionsweise der einzelnen Module genauer eingegangen.in the The following will focus on how the individual modules work received.

Am Gerät montierte Sensorelemente wie Kameras, Laserscanner oder Radarscanner erfassen permanent einen Bereich aus einer nicht bekannten Anordnung von Containern. Die Bilddaten des Kamerasystems werden einer digitalen Bildvorbereitung unterzogen, so dass daraus Bildinformationen wie Containerecken, -kanten oder Stabilisationsstreben detektiert werden können. Es besteht prinzipiell auch die Möglichkeit, die Eckbeschläge der Container mit Hilfe von Mustererkennungsverfahren zu detektieren. Die zweidimensionale Bildinformation wird im nächsten Schritt einer dreidimensionalen Lage und Orientierung zugeordnet und in das Zielkoordinatensystem transformiert. Dabei ist es erforderlich, den relativen Abstand der extrahierten Merkmale zum Kamerasystem zu ermitteln. Dafür werden, je nach Systemkonfiguration, drei unterschiedliche Messprinzipien in entsprechender Kombination verwendet: At the Device mounted Sensor elements such as cameras, laser scanners or radar scanners capture permanently an area from an unknown array of containers. The image data of the camera system are subjected to a digital image preparation, so that from it image information such as container corners, edges or Stabilization struts can be detected. It exists in principle also the possibility the corner fittings to detect the container using pattern recognition methods. The two-dimensional image information becomes a three-dimensional image in the next step Assigned position and orientation and transformed into the target coordinate system. It is necessary, the relative distance of the extracted Identify characteristics of the camera system. For this, depending on the system configuration, three different measuring principles in a suitable combination used:

Stereokamerastereo camera

Die Bildmerkmale der beiden Kamerabilder werden zugeordnet und die räumliche Position der Merkmale durch das Triangulationsverfahren berechnet.The Image characteristics of the two camera images are assigned and the spatial Position of the features calculated by the triangulation method.

Einzelkamera bei Verwendung des perspektivischen AbbildungsverhältnissesSingle camera using the perspective imaging ratio

Die Breite der Container ist eine genormte Größe. Da die optischen Eigenschaften der Kamera bekannt sind, können die Merkmale, die der Quer- und Deckseite der Container zugeordnet sind, mittels des perspektivischen Abbildungsverhältnisses dreidimensional vermessen werden.The Width of the container is a standard size. Because the optical properties the camera are known the characteristics associated with the transverse and cover side of the container are, by means of the perspective reproduction ratio be measured three-dimensionally.

Kamerasystem mit Laserscannercamera system with laser scanner

Am Gerät werden zusätzlich zum Kamerasystem ein oder mehrere Laserscanner angebracht, die dreidimensionale Meßdaten in Form einer Punktwolke liefern. Dabei ist mindestens ein Laserscanner so ausgerichtet, dass mindestens ein Messstrahl parallel zur optischen Achse verläuft. Da die Scanner mit einem bestimmten Abstand vom Kamerasystem montiert sind, werden die dreidimensionalen Messpunkte der Lasersensoren mit Hilfe einer Koordinatentransformation in das Kamerakoordinatensystem überführt, so dass den entsprechenden Pixel eine dreidimensionale Lage zugesprochen werden können. Zusätzlich werden diese Daten dazu verwendet, um Containerflächensegmente zu detektieren.At the Device additionally attached to the camera system one or more laser scanners, the three-dimensional measurement data deliver in the form of a point cloud. At least one laser scanner is like that aligned so that at least one measuring beam parallel to the optical Axis runs. Because the scanners are mounted at a certain distance from the camera system are the three-dimensional measuring points of the laser sensors transferred by means of a coordinate transformation in the camera coordinate system, so that the corresponding pixels are given a three-dimensional position can be. additionally These data are used to form container surface segments to detect.

Die relative Lage und Orientierung der Umweltmerkmale M(t) ändern sich während der Bewegung des Stapelgerätes. Aus diesem Grund wird zur schnelleren Schätzung der Umweltzustände ein Zustandsbeobachter eingesetzt, der zum einen die Daten der unterschiedlichen Sensoren fusioniert und zum anderen die Odometrie verwendet. Dabei werden die Gelenkvariablen x (i) (t) des Gerätes erfaßt und dem Beobachter nach einer Transformation in das entsprechende Sensorkoordinatensystem zur Verfügung gestellt (Vektor O(t)).The relative location and orientation of the environmental features M (t) change during movement of the stacker. For this reason, a condition observer is used for the faster estimation of the environmental conditions, which fuses the data of the different sensors and uses odometry. The joint variables x (i) (t) of the device are detected and made available to the observer after a transformation into the corresponding sensor coordinate system (vector O (t)).

Die Merkmalsinformation M(t) ist die Basis für die Rekonstruktion von Containerkonturen C(t). Zunächst werden die vermessenen Kanten und Flächensegmente vertikalen und horizontalen Ebenen zugesprochen. Anschließend wird die Schnittmenge berechnet, die aus Geraden oder Punkten besteht. Punkte werden dabei als mögliche Containerecken und Geraden werden als Kandidaten für Containerkanten interpretiert. Zusätzlich werden die Umweltmerkmale M(t) selektiert, die zur Beschreibung der Kontor (Containerecken und -kanten) verwendet werden können. Anhand von geometrischen Plausibilitätsbedingungen werden aus diesen Informationen Teilbereiche des Containerkontors rekonstruiert. Dabei ist es hilfreich, die im Containerumweltmodell U bereits vorhandenen rekonstruierten Konturen zu berücksichtigen.The feature information M (t) is the basis for the reconstruction of container contours C (t). First, the measured edges and surface segments are awarded vertical and horizontal planes. Then the intersection is calculated, which consists of straight lines or points. Points are interpreted as possible container corners and straight lines are interpreted as candidates for container edges. In addition, the environmental features M (t) are selected, which can be used to describe the Kontor (container corners and edges). On the basis of geometric plausibility conditions, parts of the container account are reconstructed from this information. It is helpful to consider the reconstructed contours already present in the container environment model U.

Die rekonstruierten Teilbereiche der Containerkonturen C(t) werden dazu verwendet, um ein dreidimensionales Containerumweltmodell U zu generieren. Dabei spiegelt das Modell das während einer manuellen oder automatischen Fahrt erfaßte Containerszenarios wieder, indem die Konturinformationen sukzessive ergänzt werden. Es wird darüber hinaus versucht, nicht rekonstruierte Konturen derart zu ergänzen, dass die Container in Größe und Position dreidimensional beschrieben werden können. Die Lage und Orientierung von den Containern, die nicht im unmittelbaren Lichtraumprofil der Sensoren liegen, werden anhand der rekonstruierten Nachbarcontainer geschätzt. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass schon vor der eigentlichen Positionierung das Szenario der Containeranordnung bekannt ist. Dadurch können schlecht einsehbare Verladesituationen mit Hilfe des Containerumweltmodells rekonstruiert oder abgeschätzt werden. Zudem bietet das Umweltmodell eine Sicherheitsfunktion, da falsch detektierte Containermerkmale mit Hilfe einer Plausibilitätsüberprüfung ausgeschlossen werden können. Ein weiterer Vorteil des Umweltmodells liegt darin, dass die Lageinformation der dreidimensionalen erfaßten Container auch dann verwendet werden können, wenn Sensoren ausfallen oder ihr optischer Erfassungsbereich bei der Zielannäherung z. B. durch Hindernisse eingeschränkt wird.The reconstructed subregions of the container contours C (t) are used to generate a three-dimensional container environmental model U. In doing so, the model reflects the container scenarios detected during a manual or automatic journey by successively supplementing the contour information. It is also trying to complement non-reconstructed contours so that the container in size and position can be described in three dimensions. The location and orientation of the containers that are not in the immediate gauge space of the sensors are estimated using the reconstructed neighboring containers. The advantage of this method is that the scenario of the container arrangement is known even before the actual positioning. As a result, difficult to view loading situations can be reconstructed or estimated using the container environment model. In addition, the environmental model offers a safety function, since incorrectly detected container characteristics can be excluded with the help of a plausibility check. Another advantage of the environmental model is that the position information of the three-dimensional detected container can also be used when sensors fail or their optical detection range in the target approximation z. B. is restricted by obstacles.

Da das Containerumweltmodell U in der Regel mehrere Container umfaßt, muß daraus der Zielcontainer Z ausgewählt werden. Dies kann dadurch geschehen, indem das modellierte Containerszenario auf einem Touchscreen dargestellt wird und der Gerätebediener den Zielcontainer auswählt. Des weiteren kann der Zielcontainer auch automatisch gewählt werden. Dazu fährt der Bediener eigenständig den Zielbereich an. Da durch die Odometrie und einer entsprechenden Transformation in das Greiferkoordinatensystem stets bekannt ist, wo sich der Spreader im Containerumweltmodell befindet, wird der Zielcontainer dann ausgewählt, wenn ein bestimmter Abstand vom Zielcontainer zum Spreader (oder zur Containerunterseite beim Stapeln) unterschritten wird.Since the container environment model U usually comprises several containers, the destination container Z must be selected therefrom. This can be done by the modeled container scenario is displayed on a touch screen and the device operator selects the destination container. Furthermore, the destination container can also ge automatically be chosen. To do this, the operator independently drives the target area. As is always known by the odometry and a corresponding transformation in the gripper coordinate system, where the spreader is in the container environmental model, the target container is then selected when a certain distance from the target container to the spreader (or container bottom when stacking) is exceeded.

Die Zielkoordinaten des zu stapelnden oder des zu greifenden Containers sind die Basis für den Bahnplaner. Dabei kann zwischen einem vollautomatischen Betrieb, bei dem das Gerät den Spreader selbstständig zum detektierten Zielobjekt führt, und einem halbautomatischen Betrieb, bei dem der Bediener das Positionieren manuell durchführt, gewählt werden. Beim halbautomatischen Betriebsmodus wird der Bediener mit optischen oder akustischen Hinweisen zum Ziel navigiert. Bei Greifoperationen bestimmt der Bahnplaner im halbautomatischen Betrieb den relativen dreidimensionalen Abstand und Orientierungsversatz vom Spreader zum Zielcontainer anhand der Zielkoordinate Z und den aktuellen Gelenkvariablen x(t). Beim Stapeln berechnet der Bahnplaner im halbautomatischen Betrieb den Abstand von der Unterseite des zu stapelnden Containers zum Zielcontainer. Dabei werden die geometrischen Daten des zu stapelnden Containers aus der letzten Greifoperation ermittelt. Wesentlich ist beim halbautomatischen Betrieb, dass der Bediener eigenständig das Gerät nach seinen Vorstellungen steuert und kontinuierlich Richtungshinweise zum Zielcontainer erhält. Wählt der Bediener den automatischen Betrieb, fährt das Gerät selbstständig zum Zielcontainer. Unter der Berücksichtigung, ob gestapelt oder aufgenommen werden soll, generiert der Bahnplaner für jeden Freiheitsgrad des Gerätes eine zeitindizierte Trajektorie. Verfügt das Gerät über mehr kinematische Freiheitsgrade als der Arbeitsraum, ist die Berechnung der Sollgelenkswinkel der Antriebe nicht eindeutig. Diese zusätzlichen Freiheitsgrade werden ausgenutzt, um die Bahn nach vorgebbaren Gütekriterien zu optimieren. Ein mögli ches Gütekriterium gewährleistet einen zeitoptimalen Verlauf der Sollbahn, wobei geometrische Nebenbedingungen aus dem Umweltmodell U und antriebsbedingte Nebenbedingungen, wie die maximale Antriebsdynamik und kinematische Beschränkungen, berücksichtigt werden. Die generierte Solltrajektorie der Antriebsgelenke x (i) soll(t) wird mit einem nichtlinearen Achsregler nach dem Verfahren der „inverse torque methode" umgesetzt.The destination coordinates of the container to be stacked or to be gripped are the basis for the path planner. It can be between a fully automatic operation in which the device automatically leads the spreader to the detected target object, and a semi-automatic operation in which the operator performs the positioning manually, be selected. In the semi-automatic operating mode, the operator is navigated to the destination with visual or audible instructions. In gripping operations, in semi-automatic operation, the path planner determines the relative three-dimensional distance and orientation offset from the spreader to the destination container on the basis of the destination coordinate Z and the current joint variable x (t). When stacking, the path planner calculates in semi-automatic operation the distance from the bottom of the container to be stacked to the destination container. The geometric data of the container to be stacked is determined from the last gripping operation. It is essential in semi-automatic operation that the operator autonomously controls the device according to his ideas and continuously receives directional instructions to the destination container. If the operator selects automatic operation, the device automatically moves to the destination container. Considering whether to stack or record, the path planner generates a time-indexed trajectory for each degree of freedom of the device. If the device has more kinematic degrees of freedom than the working space, the calculation of the target joint angles of the drives is not clear. These additional degrees of freedom are exploited in order to optimize the web according to specifiable quality criteria. A possible quality criterion ensures a time-optimized course of the desired trajectory, with geometric constraints from the environmental model U and drive-related secondary conditions, such as the maximum drive dynamics and kinematic restrictions, being taken into account. The generated desired trajectory of the drive joints x (i) soll (t) is converted with a nonlinear axis controller according to the method of the "inverse torque method".

Claims (10)

Stapelgerät, insbesondere Reachstacker, bestehend aus einem Fahrzeugfahrwerk und einem auf diesem verschwenkbar angeordneten Teleskopausleger mit einem Lastaufnahmemittel, gekennzeichnet durch am Stapelgerät angeordneten Sensoren zur Erfassung eines Bereichs aus einer nicht bekannten Anordnung von Lasten, vorzugsweise Containern, und einem computergesteuerten Bilderkennungssystem zur Verarbeitung der Sensordaten.Stacker, in particular Reachstacker, consisting of a vehicle chassis and a telescopic boom pivotally mounted thereon with a load-receiving means, characterized by arranged on the stacking device Sensors for detecting a region from a known arrangement of loads, preferably containers, and a computer-controlled Image recognition system for processing the sensor data. Stapelgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensoren Kameras, Laserscanner und/oder Radarscanner dienen.stacker according to claim 1, characterized in that as sensors cameras, Laser scanner and / or radar scanner serve. Stapelgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass optische und/oder akustische Signalgeber vorgesehen sind.stacker according to claim 1 or 2, characterized in that optical and / or Acoustic signalers are provided. Verfahren zum Greifen und Stapeln von Lasten, vorzugsweise Containern, mit einem Stapelgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche mit folgenden Schritten: – Erfassen der Sensordaten, – Abschätzen der dreidimensionalen Lage und Orientierung von Umweltmerkmalen der Lasten schon während des Verfahrens des Stapelgerätes, – Rekonstruktion der Lastkonturen aus den zuvor gewonnenen Schätzdaten, – Erstellen eines Containerumweltmodells, – Auswahl der Last.Method for gripping and stacking loads, preferably Containers, with a stacking device behind one of the preceding claims with the following steps: - To capture the sensor data, - estimating the three - dimensional position and orientation of environmental features of the Loads already during the method of the stacker, - reconstruction the load contours from the previously obtained estimation data, - Create a container environmental model, - Selection of the load. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein vollautomatischer und ein halbautomatischer Betrieb zum Greifen und Stapeln von Lasten, vorzugsweise Containern, wählbar ist.Method according to claim 4, characterized in that the existence fully automatic and semi-automatic operation for gripping and stacking loads, preferably containers, is selectable. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim vollautomatischen Betrieb die Sollbahn ermittelt wird und daß das Stapelgerät entsprechend gesteuert wird.Method according to claim 5, characterized in that that at fully automatic operation, the desired path is determined and that the stacking device accordingly is controlled. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim vollautomatischen Betrieb die Sollbahn ermittelt wird und daß das Stapelgerät mittels einer Regelung entlang der Sollbahn bewegt wird.Method according to claim 5, characterized in that that at fully automatic operation, the desired path is determined and that the stacking device means a control along the desired path is moved. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim vollautomatischen Betrieb über ein Bahnplanungsmodul aus der dreidimensionalen Lage des Containers sowie dem Abstand und der Orientierung des Lastaufnahmemittels bzw. der Containerunterseite des zu stapelnden Containers eine zeitindizierte Trajektorie für jede Gelenkvariable gebildet wird.Method according to claim 6 or 7, characterized that at fully automatic operation over a railway planning module from the three-dimensional position of the container as well as the distance and the orientation of the lifting device or the container bottom of the container to be stacked a time-indexed Trajectory for each joint variable is formed. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Achsregler eine stabilisierte Umsetzung der Sollbahn erfolgt.Method according to claim 8, characterized in that that about one Axis controller is a stabilized implementation of the desired path. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im halbautomatischen Betrieb über ein Bahnplanungsmodul aus der dreidimensionalen Lage des Zielcontainers sowie dem Abstand und der Orientierung des Lastaufnahmemittels bzw. der Containerunterseite des zu stapelnden Containers optische und/oder akustische Signale generiert werden, um den Bediener zum Ziel zu navigieren.A method according to claim 9, characterized in that in semi-automatic operation via a path planning module from the three-dimensional position of the target container and the distance and the Orientation of the lifting device or the container bottom of the container to be stacked optical and / or acoustic signals are generated to navigate the operator to the destination.
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