DE102007005538A1

DE102007005538A1 - System zur Lokalisierung von elektronisch markierten Transportbehältnissen

Info

Publication number: DE102007005538A1
Application number: DE200710005538
Authority: DE
Inventors: Dietrich Gerhard Ellsaeser
Original assignee: Ellsasser Dietrich Gerhard
Current assignee: Ellsasser Dietrich Gerhard
Priority date: 2007-02-03
Filing date: 2007-02-03
Publication date: 2008-08-07

Abstract

Um eine einfache Lokalisierung der Packstücke bzw. Tags zu ermöglichen, wird bei dem System, das der Erfindung zugrunde liegt, auf die Information der Absolutposition des Tags im Raum verzichtet. Es wird an Stelle einer absoluten Raumposition die Position in Relation zu anderen im Verbund gelagerten Packstücken detektiert. Die räumliche Information ist also immer eine Position relativ zu benachbarten Behältnissen oder Paletten. Somit gelingt es, in mehrreihigen Lagersituationen in die zweite Dimension durchzudringen und die Packstückidentität aus der zweiten und dritten dahinter gelagerten Lagerposition auszulesen. Dazu werden die Packstücke erfindungsgemäß, hier sei beispielhaft die Transportpalette beschrieben, mit Vorzugsstellen für den Signalübergang ausgestattet. Diese Übergangspole haben eine Adresse, man könnte den Ports an der Transportpalette mit ihren vier Seiten mit nach den geographischen Polen benennen.

Description

Bei der Erfindung handelt es sich um ein System zur Lokalisierung von Bauteilen, Verpackungen, Behältern, Paletten und dergleichen mehr Elemente mit bekannter Formgebung und Abmaßen, welche mit mindestens einem Transponder zur Identifikation sowie Vorzugsstellungen für die Signalleitung und Ports zum Routen der Information sind.
Bekannt ist die Transponder-Technologie seit 60 Jahren. Der Begriff Transponder bezeichnet ein sehr breit gefasstes technisches Feld.
In der Logistik versteht man heute unter dem Begriff Transponder einen Tag, welcher aus einem Chip besteht, der mit einer Antenne verbunden ist. Auf dem Chip ist eine Information gespeichert, welche mindestens aus einer Zeichenfolge oder Seriennummer besteht. Wenn der Tag mit Energie versorgt wird, kann die Information aus dem Chip über die Antenne übermittelt werden.
Nachteilig am Stand der Technik ist die Tatsache, dass zwar die Adresse des Tags gelesen werden kann, es gibt jedoch keine Information über die Lokalisation desselben. Die Anregung der Tags lässt, abhängig vom Frequenzverfahren, keine Ortung der Datenträger zu. Weiter ist ein großer Nachteil, dass auch zusätzliche Ortungsverfahren wie die Feldstärkenermittlung einer Anordnung von mindestens drei Antennen bedarf und sehr fehleranfällig ist, da die Einbausituation oft ungünstig ist und die Signale der Tags durch Metall oder Flüssigkeiten gedämpft oder reflektiert werden.
Bekannt sind Ortungsverfahren, welche Tags innerhalb einer definierten Fläche durch Feldmessung orten. Ein solches Verfahren zur Ortung von Transpondern durch die Messung der Feldstärke wird in der Anmeldung von Loek d'Hont, US 5 594 448 und 2004 von Werner Bloch für die AEG IDENTIFIKATIONSSYSTEME GMBH inhaltsgleich beschrieben. Kennzeichnend für alle diese Verfahren ist die Punktmessung innerhalb einer streng räumlich definierten Fläche. Es kann mit diesen bekannten Verfahren keine Lokalisierung von Volumenkörpern oder Flächen vorgenommen werden, da die Punktmessung keinen Bezug zur Exposition derselben ergibt.
Weiter bekannt ist die Lokalisierung von Tags durch die Messung von Signallaufzeiten. Diesen bekannten Verfahren ist gemein, dass zur Erfassung der Tags eine große Luftschnittstelle zu überbrücken ist. Diese Luftschnittstelle stellt einen entscheidenden Schwachpunkt im System dar, da Störeinflüsse in der Praxis nicht auszuschließen sind. Alle diese bekannten Systeme haben das Ziel, Transponder absolut im Raum zu orten, bzw. den Tag in Relation zu den stationären Positionen der Sendeanlagen, deren Position bekannt ist, zu orten.
Bekannt ist auch die NFC oder Near Field Communication, eine Technologie welche sich von der vorgestellten Erfindung vor allem dadurch unterscheidet, dass NFC ausschließlich für Peer to Peer Verbindungen ausgelegt ist, das vorgestellte System jedoch für Ad Hoc Netzwerke. Es erfolgt eine Koppelung zwischen einer nur durch die Leistung des Initiators begrenzten Anzahl von Induktivitäten.
Bekannt sind geographische Netze und Geo-Routing-Verfahren. Die vorgestellte Erfindung unterscheidet sich jedoch von solchen Netzen, da die Lokalisierung in diesen Netzen von geographischen statischen Ortskoordinaten bestimmt ist und nicht wie beim System, das der Erfindung zugrunde liegt ad hoc aufgebaut wird und dessen Positionen der Elemente in Relation zur Position des Initiators bestimmt werden.
So unterscheidet sich auch das Routing des Systems, das der Erfindung zugrunde liegt grundsätzlich von den bekannten Geo-Routing-Verfahren. Bei den bekannten Geo-Routing-Verfahren bestimmt der Zielort den Empfänger. Beim vorgestellten System, welches der Erfindung zugrunde liegt wird die Position der unterschiedlichen Netzknoten erst aus der Routingtabelle bestimmt.
Bei dem System, welches der Erfindung zugrunde liegt erfolgt die Lokalisation der einzelnen Elemente durch Vektoren. Die Seiten oder Umfänge der Elemente werden durch die Ports gekennzeichnet. Da die Elemente mit ihren Seiten sich in einer geordneten Struktur zueinander befinden, sind durch Richtung und Länge bestimmt. Durch Synthese der Routingpfade wird die Lage der einzelnen Elemente relativ zum Initiator eindeutig bestimmt.
Das System dem die Erfindung zugrunde liegt, hat also die Aufgabe, Verpackungselemente zu identifizieren und deren Lage relativ zum Initiator zweidimensional, seltener auch dreidimensional zu bestimmen.
Der absolute geographische Raumbezug der Elemente wird durch die Lage des Initiators ermittelt. Der Initiator kann z. B. ein Stapler mit einem Staplerortungssytem sein. Dann wird die Lage der Elemente relativ anhand der vom Staplerortungssystem ausgegebenen Lage bestimmt (1). Die Lage im Raum des Elementes, an welches der Initiator direkt andockt wird durch die Lage desselben im Raum bestimmt. Die Lage der übrigen Elemente wird relativ zu diesem Element aus der Routingtabelle bestimmt. Die Routingtabelle gibt an, in welcher Beziehung die Seiten der Elemente zueinander stehen. Jedes Element eines Typs, beispielhaft sei hier eine Transportpalette oder ein Bierkasten genannt, besteht aus einem Vieleck mit mindestens drei oder vier Seiten. Jede dieser Seiten steht in einem Winkel zu den anderen Seiten desselben Elementes, z. B. Bierkasten und jede Seite hat einen Vorzugseintritt für die Netzwerkkommunikation. Dieser Vorzugseintritt sei in dieser Beschreibung als Port bezeichnet. Der Port hat einen Namen und eine Ausrichtung am Verpackungselement. Bei den Elementen Bierkisten sind von den 4 Seiten jeweils zwei parallel und liegen sich gegenüber. Man könnte die Seiten also z. B. einfach mit N, S, W, E bezeichnen. Bei dreidimensionalen Netzen kann man auch die Eckpunkte der Elemente mit Namen bezeichnen, z. B. NWU, NEU, SWU, SEU für die Oberseite und für die Unterseite NWD, NED, SWD, SED. Entscheidend an dem Systeme, das der Erfindung zugrunde liegt, ist die eindeutige Benennung der Ports, welche in der Routingtabelle auf eine eindeutige Zuordung der Geometrie des bezeichneten Elementes schließen lässt. Die Benennung der Ports zusammen mit der Seriennummer des Chips ergibt die MAC-Adresse des Ports (2).
Die Ports sind Vorzugsorte für die Einleitung der Kommunikation an den Köpfen der Migrationspfade. Im einfachsten Falle wären das Stromkontaktverbindungen, im vorgestellten Falle sind die Ports Antennen für die induktive Signalübertragung.
Wie beschrieben hat jeder Port eine Funktion für die Bestimmung von Lage und Exposition des Elementes, Bierkasten oder Palette oder dgl. mehr und deshalb müssen die Vorzugsstellen für die Signalleitung eine eigene Adresse haben. Im Allgemeinen werden diese Vorzugsstellen des Signaleintrittes am Ende der Pfade aus Antennen bestehen. Bekannte Systeme bestehen aus Tags, bei denen der Chip mit nur einer Antenne verbunden ist. Je nach angewendeter Frequenz können die Antennen in unmittelbarer Nähe zu den Chips angeordnet und ausgerichtet sein oder die Ports sind auf den Seiten der Elemente angebracht, was den Vorteil des Betriebes auf sehr geringem Energieniveau hat (2). In einer weiteren Ausführung sind die Antennen an der Außenseite des Elementes angeordnet, so dass bei der Signalübergabe nur ein geringer Luftspalt an den Ports zu überwinden ist. 3 zeigt ein Fass mit Ports an den 4 Seiten (3).
Die Elemente des Systems, welches der Erfindung zugrunde liegt, bestehen aus einem Chip, welcher mindestens die Seriennummer als ausgebbare Information enthält sowie den Ports mit den Antenne. Die Ports haben wie oben beschrieben Namen, welche zusammen mit der Seriennummer zur MAC Adresse oder Port-Adresse zusammengesetzt werden. Der Chip hat also für jeden Port einen Ausgang und jeder Port einen Antennenanschluss. (2) Jeder Tag hat eine Routingliste. In diese Routingliste werden die Pfade der Signalleitung eingetragen. Wenn der Initiator die Antworten der Tags empfängt, gehen die Antworten dieselben Pfade zurück. Dabei werden die Routinglisten an den Initiator übermittelt. Anhand der Routinglisten werden die Seiten der Elemente und der jeweils benachbarten Elemente abgebildet. Da die Abmessungen bekannt sind, kann eine verlässliche Aussage gemacht werden, wo welches Element steht. Dies gilt auch dann, wenn eine Palette gedreht ist, also Süden in Nordrichtung stehen sollte.
Das System, dem die Erfindung zugrunde liegt, verkürzt und bündelt die Luftschnittstelle an den Ports. Jeder Behälter ist mit mindestens einem Port ausgestattet. Die meisten Behältnisse haben eine rechteckige Grundfläche und sind quaderförmig. Die Behälter sind meist als Vieleck an ihrem Umfang ausgebildet, um eine Platz sparende, Seite an Seite Lagerung zu ermöglichen. Im Lager stehen die Behälter Seite an Seite im Verbund. Die Seiten werden mit Ports ausgestattet, so dass in einer räumlichen Beziehung stehende Übergabestellen für die Energie und Daten entstehen.
An jeder Seite gibt es eine definierte Luftschnittstelle zur Datenübertragung. Diese Schnittstelle ist mit einer Antenne zur Übertragung von magnetischer Feldinduktion ausgestattet. Über diese Luftschnittstelle, die auch als Datenport bezeichnet werden kann können nahtlos Datenprotokolle ausgetauscht werden. Geeignet ist dafür die gängige Frequenz von 13,6 MHZ, bei der die Daten induktiv, d. h. über ein hochfrequentes Magnetfeld übertragen werden. Das System ist prinzipiell auch bei anderen Frequenzen funktionsfähig, etwa im UHF Bereich. Die Übertragung bei den bekannten Sytemen findet immer zwischen zwei Partner statt, einem Initiator als Sender und einem Target, das die Informationen empfängt. Dies ist auch bei der Pulkabfrage so.
Bei dem System das der Erfindung zugrunde liegt wird die Abfrage des Initiators von Target zu Target geroutet. Dabei wird die Information jedes Targets beim Routen zu einer komplementären Information zusammengesetzt, welche Aufschluss über die räumliche Beziehung der Targets zueinander ergibt.
Der Initiator erzeugt das RF-Magnetfeld. Das Target hat einen genau auf die Frequenz des Inititators eingestellten Schwingkreis und stellt damit eine Last für das Magnetfeld dar, entzieht dem Magnetfeld also Energie. Die Lastmodulation wird nun im Gegensatz zu den bekannten Verfahren von Port zu Port weitergeleitet, so dass jeder Empfänger nicht nur die Information sondern auch die Energie von seinem empfangenden Port zu den nächstliegenden Ports des oder der angrenzenden Behältern weiter routet.
Der Initiator kann die aus der Rückkoppelung aus dem Schwingkreis ausgeleitete Energie messen und den Energieinput kompensieren oder limitieren. Die Übertragung erfolgt halbduplex, jedoch können mehrere Behälter synchron senden und empfangen.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung können die Behälter jedoch auch Energie z. B. in einem Kondensator speichern, dann kann die Übertragung im Aktivmodus stattfinden.
Als Behälter wird hier eine Transportpalette beispielhaft beschrieben. Die Palette hat 4 Seiten, die als Nord, Süd, West und Ost beschrieben werden können. Im Cluster stehen die Paletten also immer Nord an Süd und Ost an West. Transportpaletten sind symmetrisch und können deshalb durchaus auch 180 Grad gedreht sein. Deshalb können die Paletten natürlich auch Nord an Nord stehen usw. Dies ist jedoch unerheblich, da dann alle Pole einer Palette geographisch 180 Grad versetzt sind.
Maßgebend ist, dass die Palette eine definierte Lage zu anderen daneben eingelagerten Paletten hat. Jede Palette ist mit einem Tag ausgerüstet, der passiv oder aktiv sein kann, im Allgemeinen aber passiv sein wird. Dieser Tag ist mit den Ports verbunden. Wenn ein Port über magnetische Induktion angeregt wird, dann kann der Tag ausgelesen werden. Beim Auslesen bildet der Port zusammen mit dem Tag der Palette die Portadresse der Transportpalette. Die beispielhaft dargestellte Palette hat als Rechteck also vier Portadressen und einen Tag. Jede Portadresse erhält mit der magnetischen Induktion auch einen Datenstrom. Der Datenstrom besteht aus der Adresse des sendenden Ports. Bei der Antwort fügt jeder Port also die Portadresse des Ports bei, welcher die Kommunikation initiiert hat. Wesentlich ist, dass die Information der Adresse des sendenden Ports zusammen mit dem Inhalt des Tags an den empfangenden Port der benachbarten Palette übergeben wird. Diese Information kann auch verkürzt werden, z. B. im dem der Portinhalt auf die vier Ports aufgeteilt wird und diese Teiladressen dann am Schluss zusammengesetzt werden.
Maßgebend ist, dass die Taginformation, welche im Wesentlichen aus der Palettenadresse besteht mit den Portnamen (z. B. Süd, Nord, West, Ost) des sendenden Ports übermittelt wird und beim Routen zum Ziel immer mit dem der Portadresse der durchleitenden Palette ergänzt wird. Auf diese Weise entsteht die Information, wo sich welche Palette oder welcher Tag in Relation zu den anderen Tags oder Paletten befindet.
Jeder Palette ist mit einem Tag ausgestattet, welcher von den Ports mit Energie versorgt wird. Die Ports selbst sind durch einen Bus miteinander verbunden, so dass die in einen Port eingeleitete Energie und der Datenstrom über einen abgeschirmten Leiter an die anderen Ports der Palette weitergeleitet werden und diese Ports die Information mit ihrer eigenen Portadresse weiter routen können.
Im Allgemeinen sind die Tags passiv, es können jedoch auch aktive Ports mit eigener Stromversorgung zur Anwendung kommen. Ebenso ist es möglich, die elektromagnetischen Wellen in den Ports in elektrische Ströme umzuwandeln und diese mit den Daten im Bus weiterzuleiten.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung werden die Ports mit der räumlichen Ausrichtung am Initiator oder an mehreren Initiatoren angeordnet. Damit wird die Zuordnung der räumlichen Anordnung der Targets durch die der Erfindung zugrunde liegende Prinzip der Vorzugsrichtung für die Energiezuführung an dem Initiator vorgenommen. Die Tags am Ziel haben dann keine Vorzugsrichtung, sondern die Ansprache der Targets wird über Richtantennen selectiv vorgenommen. Die Richtantennen haben die Portadresse und beim Empfang wird die ID des Targets aus dem Namen des Anntennenports des Initiators zur räumlichen Struktur zusammengesetzt.
Diese Kombination des Systems eignet sich vor allem für UHF Frequenzen. In einer weiteren Ausführung kann die gerichtete Antenne auch mit einem seitwärts ausgerichteten Initiator ausgestattet sein.
Das System, das der Erfindung zugrunde liegt sieht dabei vor, dass die Richtantenne in einem Winkel zur Förderrichtung in die Ebene der Targets strahlt. Die Kommunikation ist mit der Fördereinrichtung synchronisiert, so dass die Empfangenen Target-IDs jetzt nicht einer Portadresse sondern einer Position auf der Fördereinrichtung zugeordnet werden.

1

1: Staplerausrichtung relativ zu den Transportpaletten
2: Port
3: Tag
4: Initiator am Stapler

2

1: Initiator
2: Port S der Palette ID(abc)
3: Tag der Palette ID(abc)
4: Port E der Palette ID(abc)
5: Port W der Palette ID(def)
6: Routingtabelle

3

1: Fass Ports
2: Umlaufendes Antennenkabel

4

1: Richtantenne
2: Richtantenne
3: Tag
4: Stapler

5

1: Seitwärtsgerichtete Bündelantennen
2: Tag
3: Transportpalette

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 5594448 [0005]

Claims

System zur Lagebestimmung und Identifizierung von elektronisch gekennzeichneten Ladungsträgern oder Packstücken dadurch gekennzeichnet, dass Packstück und Initiator oder mehrere Packstücke miteinander in einer definierten Position eine mindestens eine adressierte Vorzugstellung für die Kommunikation vom Initiator zum Packstück eigenen Informationsträger sowie zurück bilden, welche durch mindestens einen bekannten Vektor bestimmt ist, aus welchem dann die Position des Packstückes errechnet wird.
System zur Lagebestimmung und Identifizierung von elektronisch gekennzeichneten Ladungsträgern oder Packstücken nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsträger mit mehreren Ports ausgestattet sind, welche eine Port-Adresse haben.
System zur Lagebestimmung und Identifizierung von elektronisch gekennzeichneten Ladungsträger oder Packstücken nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsträger mit einer Routerfunktion zur Weiterleitung der Portadressen ausgestattet sind.
System zur Lagebestimmung und Identifizierung von elektronisch gekennzeichneten Ladungsträgern oder Packstücken nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne und der Port mit dem Informationsträger durch einen elektrischen Leiter verbunden sind.
System zur Lagebestimmung und Identifizierung von elektronisch gekennzeichneten Ladungsträgern oder Packstücken nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne und der Port mit dem Informationsträger durch einen elektrischen Leiter verbunden sind.
System zur Lagebestimmung und Identifizierung von elektronisch gekennzeichneten Ladungsträgern oder Packstücken nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne und der Port mit dem Informationsträger durch einen Bus verbunden sind.
System zur Lagebestimmung und Identifizierung von elektronisch gekennzeichneten Ladungsträgern oder Packstücken nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Routinglisten zur Generierung der Lokalisierung der Packstücke in der Art verwendet werden, dass aus die Routingfiles zur Beschreibung der Gestalt der Packstücke verwendet werden.
System zur Lagebestimmung und Identifizierung von elektronisch gekennzeichneten Ladungsträgern oder Packstücken nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Initiator zur Schaffung der Vorzugsposition einen auf ein Target fokussierten Signalpfad und zusätzlich mit einem Sensor zur Erkennung der Position des Packstückes in einer Raumachse versehen ist, so dass die Kommunikation zwischen Initiator und Target einer bekannten Position im Raum zugeordnet werden kann.