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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum automatisierten Palletieren von Paketen, insbesondere mittels
eines Manipulators wie beispielsweise eines Industrieroboters.
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Insbesondere
zum automatisierten Stapeln von Einzelwaren oder Warengebinden,
die nachfolgend allgemein als Pakete bezeichnet werden, auf einer
vorgegebenen Ladefläche, beispielsweise einem begrenzten
Stellplatz, einem Lademittel wie zum Beispiel einer Palette, oder
eine Fördermittel wie beispielsweise einem Stetigförderer,
mittels eines Industrieroboters oder Palletierautomaten, i. e. dem
Palletieren von Paketen zu einem Paketstapel, ist es erforderlich,
die Anordnung der Pakete in dem Stapel zu planen, indem ein Palletier-
oder Lademuster generiert wird.
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Hierzu
schlägt die
EP
1 2211 203 B1 ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 vor, bei dem zunächst auf einer Ausgangslage der zwischen
bereits vorhandenen Paketen verbleibende freie Raum in eckige Unterräume
unterteilt wird. Angelieferte virtuelle Pakete werden dann sukzessive
in der Anlieferreihenfolge oder aus einem Puffer einzeln in einem
geeigneten Unterraum zunächst an dessen Rand positioniert
und anschließend gegebenenfalls noch verschoben, um die
Stabilität des entstehenden Stapels zu verbessern. Nachteilig
ist die so sukzessive entstehende Lage nicht optimal, da die Positionierung
der einzelnen Pakete im Wesentlichen von dem Freiraum der Ausgangslage
abhängt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, das automatisierte Palletieren
von Paketen zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst. Anspruch 11 stellt eine Vorrichtung, Anspruch
12 bzw. 13 ein Computerprogramm bzw. ein Computerprogrammprodukt,
insbesondere ein Speichermedium oder einen Datenträger,
zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 unter
Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren ist insbesondere zum
automatisierten Palletieren von verschiedenen Paketen mit unterschiedlichen
Abmessungen zu einem gemischten Paketstapel geeignet. Dabei werden
zur Generierung eines Lademusters virtuell Pakete am Rand einer
Ladefläche angeordnet, sofern zu berücksichtigende
Randbedingungen, beispielsweise die Stabilität des solcherart
generierten Paketstapels dies zulassen.
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Im
Gegensatz zu dem Verfahren der eingangs erläuterten
EP 1 2211 203 B1 wird
erfindungsgemäß zunächst eine virtuelle
Ausgangslage von mehreren neben- und/oder übereinander
angeordneten Paketen erzeugt. Diese kann insbesondere dicht gepackt
und/oder nach anderen Kriterien, beispielsweise der Stabilität,
Gewichtsverteilung, Warenverteilung oder dergleichen geplant werden.
Beispielsweise können zum Palletieren einer Verkaufspalette gezielt
Pakete unterschiedlicher Warengattungen in vorgegebener Weise verteilt
werden. So können etwa in einer Ausgangslage einer Getränkekistenpalette
Kisten mit unterschiedlichen Getränkesorten in gewünschter
Weise gemischt werden.
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Diese
Lage wird in einem nachfolgenden Schritt als Ganzes bezüglich
einer vorgegebenen Ladefläche, beispielsweise einer Palette,
einem Stellplatz oder einer unterliegenden Lage eines bereits teilweise
generierten Paketstapels zentriert. Diese Zentrierung kann beispielsweise
durch Minimierung eines Abstandes zwischen einem Massen- oder Flächenmittelpunkt
der Ausgangslage und einem Massen- oder Flächenmittelpunkt
der Ladefläche, durch Maximieren eines minimalen Abstandes
einer Außenkontur oder Einhüllenden der Ausgangslage
zu einem Rand der Ladefläche, oder zu einer Minimierung
eines anderen Abstandsmaßes, beispielsweise der Summe der
minimalen Abstände paralleler Abschnitte von Ausgangslagen-
und Ladeflächenrand, etwa durch Bestimmung einer pareto-optimalen
Lösung, implementiert sein.
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Indem
zunächst die virtuelle Ausgangslage erzeugt und erst anschließend
als Ganzes auf der Ladefläche angeordnet wird, kann die
Lage zunächst unabhängig von der Ladefläche,
insbesondere einem Freiraum einer unterliegenden Lage, geplant und vorzugsweise
optimiert werden.
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Anschließend
können Pakete der zentrierten Lage, insbesondere äußere
oder Randpakete dieser Lage, bevorzugt zusätzlich auch
innere Pakete der Lage, auf der Ladefläche derart voneinander
beabstandet werden, dass Pakete am Rand der Ladefläche
angeordnet sind. Vorzugsweise werden dabei alle äußeren
Pakete der Lage, soweit möglich, am Rand der Ladefläche
angeordnet.
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Hierzu
werden in einer bevorzugten Ausführung Eckpakete der zentrierten
Lage in Ecken der Ladefläche angeordnet, um diese maximal
auszunutzen. Anschließend oder unter Umgehung dieses Schrittes
werden Korridore am Rand der Ladefläche bestimmt und ein
oder mehrere äußere Pakete der zentrierten Lage,
einzeln oder gruppenweise, in diesen Korridoren am Rand der Ladefläche
angeordnet, wobei die Pakete in einem Korridor vorzugsweise äquidistant
verteilt bzw. einzelne Pakete in dem Korridor zentriert werden.
Diese Schritte können auch in mehreren Rekursionen wiederholt
werden, indem beispielsweise, nachdem zunächst die Eckpakete der
zentrierten Lage in Ecken der Ladefläche angeordnet worden
sind, anschließend jeweils Korridore für die nun
an den Enden einer Randreihe liegenden Pakete oder Paketgruppen
bestimmt und diese in den Korridoren am Ladeflächenrand
zentriert werden, so dass die Pakete einer Randreihe der Lage sukzessive
von außen nach innen in jeweils neu generierten Korridoren
an den Rand der Ladefläche verschoben werden.
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Indem
nach Anordnung der Randpakete der Lage am Rand der Ladefläche
beispielsweise das vorstehend beschriebene Verfahren für
die nach Abzug ihrer ursprünglichen Randpakete verbleibende innere
Teillage wiederholt wird, wobei ihre nunmehr außenliegenden
Pakete als neue Randpakete und der innerhalb der am Rand der Ladefläche
angeordneten Pakete zur Verfügung stehende Teil der Ladefläche,
vorzugsweise abzüglich eines freizuhaltenden Randstreifens,
der den Abstand zwischen zwei Paketreihen der Lage bestimmt, als
neue Ladefläche definiert werden, oder aber auch durch
ein simuliertes Abstoßen aller innenliegenden Pakete mit
gleichen oder unterschiedlichen, beispielsweise von den Maßen
der jeweiligen Pakete abhängigen Kräften, können
in einer bevorzugten Weiterbildung alle oder ein Teil der inneren
Pakete der zentrierten Lage einzeln oder gruppenweise innerhalb
der äußeren, am Rand der Ladefläche angeordneten
Pakete der Lage verteilt werden.
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Bevorzugt
wird nach dem virtuellen Zentrieren, dem virtuellen Verteilen der
Randpakete am Rand der Ladefläche und/oder dem virtuellen
Verteilen der inneren Pakete jeweils ein Stabilitätskennwert bezüglich
der solcherart veränderten Lage bestimmt und mit einem
Grenzwert verglichen, wobei der jeweilige Verfahrensschritt nur
akzeptiert wird, wenn der Stabilitätskennwert den Grenzwert
unterschreitet. So wird vorzugsweise die Ausgangslage nur auf der
Ladefläche zentriert oder werden vorzugsweise die Randpakete
nur am Rand der Ladefläche verteilt, falls sich ein Stabilitätskennwert
für die Lage, für den gesamten Paketstapel oder
für einzelne Pakete um nicht mehr als einen vorgegebenen
Prozentsatz gegenüber dem entsprechenden Wert bei unzentrierter Lage
bzw. nicht verschobenen Randpaketen verschlechtert. Andernfalls
werden die Pakete dieser Lage nicht am Rand angeordnet, sondern
die Ausgangslage beispielsweise unverändert, i. e. nicht auseinandergezogen,
in einer günstigen, stabilen Position und Orientierung
auf der Ladefläche angeordnet.
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Weitere
Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen
und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise
schematisiert, die einzige:
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1:
den Ablauf eines Verfahrens nach einer Ausführung der vorliegenden
Erfindung.
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1 zeigt
mäanderförmig den Ablauf einer, gegebenenfalls
mehrfach, insbesondere für jede Lage eines von unten nach
oben aufzubauenden Paketstapels, zu wiederholenden, Schleife eines
Verfahrens nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung
zum automatisierten Palletieren von Paketen 1.1,...3.1,
wie es in einer Rechenvorrichtung (nicht dargestellt) abläuft.
Dabei bezeichnet in üblicher Tensorschreibweise die führende
Ziffer die Reihe des Pakets in der Ausgangslage, i. e. 1.i ein
Paket i in einer äußersten bzw. Randreihe und 3.1 das
erste (und einzige) Paket der dritten (innersten) Reihe.
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In
einem Schritt S10 wird zunächst eine virtuelle
Ausgangslage von mehreren Paketen erzeugt. Hierbei kann, wie in 1 erkennbar,
eine hohe Packungsdichte innerhalb der Ausgangslage vorgesehen und
zugleich eine gewünschte Warenverteilung, beispielsweise
die Ansammlung von Paketen 1.5,...1.12 der gleichen
Warengattung, berücksichtigt werden.
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Diese
Lage wird dann in einem Schritt S20 bezüglich einer vorgegebenen
Ladefläche, deren Außenrand 10 in 1 strich-doppelpunktiert
angedeutet ist, zentriert. Eine solche Ladefläche kann
beispielsweise durch eine Palette, auf der die Ausgangslage platziert
werden soll, oder eine unterliegende Lage eines zuvor, vorzugsweise
lageweise in gleicher Weise aufgebauten, Paketteilstapels sein.
In Abwandlung der in 1 gezeigten Situation kann die
Ladefläche auch kleiner sein als die Aufstandsfläche
bzw. Einhüllende der Ausgangslage, sofern diese – beispielsweise
aufgrund einer nicht dichten Packung, eine entsprechende Kontraktion,
i. e. Verschiebung ihrer Randpakete nach innen hin, zulässt.
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Die
Zentrierung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass
die Ausgangslage als Ganzes derart auf der Ladefläche verschoben
wird, dass gleichgerichtete minimale Abstände paralleler Abschnitte
von Ausgangslage und Ladeflächenrand 10 gleich
groß werden, dass also in 1 der vertikale
Abstand zwischen den oberen Rändern und der vertikale Abstand
zwischen den unteren Rändern gleich groß ist und
der horizontale Abstand zwischen den linken Rändern und
der horizontale Abstand zwischen den rechten Rändern gleich
groß ist. Die Zentrierung kann jedoch auch durch Minimierung
einer anderen Abstandsnorm, beispielsweise des Abstandes zwischen
den Flächenschwer- oder -mittelpunkten der Ladefläche
und der Ausgangslage oder ihrer Umfüllenden, implementiert
sein.
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In
einem Schritt S30 wird nun ein Stabilitätskennwert S1 bezüglich
der zentrierten Lage bestimmt, wie er sich beispielsweise unter
Anwendung eines in der
DE
10 2007 001 263 A1 beschriebenen Verfahrens für
den Paketstapel mit der zentrierten Lage ergibt, und mit einem Grenzwert
verglichen, der 95% des nach dem gleichen Verfahren für
den Stapel mit unzentrierter Lage oder ohne die Lage bestimmten
Stabilitätskennwert S0 ergibt.
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Unterschreitet
der Stabilitätskennwert S1 bezüglich der zentrierten
Lage den Grenzwert (S30: „N”), werden die Pakete
dieser Lage nicht am Rand der Ladefläche angeordnet, sondern
die Lage in einer anderen geeigneten, insbesondere stabilen Position
und Orientierung auf der Ladefläche angeordnet.
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Andernfalls
(S30: „J”) werden in einem Schritt S40 alle vier
Eckpakete 1.1, 1.5, 1.13 und 1.16 der
zentrierten Lage in den nächstgelegenen Ecken der Ladefläche
angeordnet.
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Nun
werden freie Korridore K24, K612, K14, K15 und K1719 am Rand 10 der
Ladefläche zwischen den Eckpaketen 1.1, 1.5, 1.13 und 1.16 bestimmt,
die in 1 schraffiert angedeutet sind.
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Anschließend
werden in einem Schritt S50 die restlichen Randpakete 1.2,...1.4, 1.6,...1.12, 1.14, 1.15, 1.17...1.19 in
dem jeweils nächstgelegenen Korridor an den Rand 10 der
Ladefläche verschoben.
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Dabei
werden die Pakete 1.14, 1.15 jeweils einzeln in
dem ihnen zugeordneten Korridor K14 bzw. K15 verschoben und dort
am Rand 10 relativ zum Korridor zentriert.
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Die
Pakete 1.2,...1.4, 1.6,...1.12 und 1.17...1.19 werden
gruppenweise in dem ihnen zugeordneten Korridor K24, K612 bzw. K1719
verschoben und dort am Rand 10 relativ zueinander äquidistant verteilt,
wie in 1 durch Doppelpfeile angedeutet. Alternativ kann
auch zunächst für die jeweils verbliebenen außenliegenden
Pakete 1.1 und 1.4, 1.6 und 1.12 bzw. 1.17 und 1.19 ein
einzelner Korridor zwischen dem Eckpaket und ihrer dem Eckpaket
abgewandten Seite bestimmt werden, wie dies bei den Paketen 1.14, 1.15 der
Fall ist. Werden diese Pakete 1.1 und 1.4, 1.6 und 1.12 bzw. 1.17 und 1.19 dann
in diesen Einzelkorridoren am Rand 10 zentriert wie mit Bezug
auf 1.14, 1.15 beschrieben, und das Verfahren von
außen nach innen für die jeweils verbliebenen außenliegenden
Randpakete wiederholt, können die Pakete ebenfalls am Rand
verteilt werden, wobei nur Zentrierungen innerhalb eines Korridors
durchgeführt werden müssen.
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Nun
wird in einem Schritt S60 wieder der Stabilitätskennwert
S1 bezüglich der zentrierten Lage mit verschobenen Randpaketen 1.1,...1.19 bestimmt
und mit dem Grenzwert verglichen.
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Unterschreitet
der Stabilitätskennwert S1 nun den Grenzwert (S60: „N”),
werden die Pakete dieser Lage nicht am Rand der Ladefläche
angeordnet, sondern die Lage in der zentrierten Position unaufgezogen
auf der Ladefläche angeordnet.
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Andernfalls
(S60: „J”) werden in einem Schritt S70 auch die
inneren Pakete 2.1,...2.10, 3.1 verteilt.
Hierzu können beispielsweise die Schritte S20 bis S60 wiederholt
werden, wobei nunmehr die äußersten Pakete 2.1,...2.10 der
inneren Restlage nach Abzug ihrer an den Rand 10 der Ladefläche
verschobenen Randpakete 1.1,...1.19 als neue Randpakete
an den Rand einer neuen Ladefläche verschoben werden, die
sich durch proportionale Verkleinerung des Teils der Ladefläche
innerhalb der Randpakete 1.1,...1.19 ergibt.
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Anschließend
oder auch ohne diesen Schritt S70 kann die solcherart aufgezogene
Lage mit am Rand 10 der Ladefläche angeordneten
Paketen 1.1,...1.19 als Ladefläche für
eine weitere Ausgangslage dienen, indem die Schleife S10 → S60/S70
erneut durchlaufen wird.
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- 1.1,...1.19
- äußeres
Randpaket der Lage
- 2.1,...2.10
- Paket
der zweitäußersten Reihe der Lage
- 3.1
- inneres
Paket der Lage
- 10
- Rand
der Ladefläche
- K24
- Korridor
der Pakete 1.2–1.4
- K612
- Korridor
der Pakete 1.6–1.12
- K14,
K15
- Korridor
des Pakets 1.14, 1.15
- K1719
- Korridor
der Pakete 1.17–1.19
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 12211203
B1 [0003, 0007]
- - DE 102007001263 A1 [0020]