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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ladehilfsmittel zum Einsatz in einem automatisierten Kommissioniersystem, sowie einen Einsatz für ein Ladehilfsmittel. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechend eingerichtetes automatisiertes Kommissioniersystem. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum automatisierten Kommissionieren von Artikeln, die in einem erfindungsgemäßen Ladehilfsmittel bevorratet werden.
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Das Dokument
US 2002/0 067 984 A1 offenbart ein Roboter-Kommissioniersystem.
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In herkömmlichen, automatisierten Kommissioniersystemen werden herkömmliche Ladehilfsmittel, wie z. B. Tablare, Behälter, Paletten, etc., zum Transport von Artikeln innerhalb des Kommissioniersystems eingesetzt. Bei einer automatisierten Handhabung der Artikel ist es insbesondere zum Greifen der Artikel, z. B. durch einen Greifroboter, erforderlich, die genauen Ortskoordinaten eines zu greifenden Artikels zu kennen. In der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2006 039 697 A1 wird ein sog. ”Case Wheeler” beschrieben, bei dem Artikel, die auf einem Tablar gelagert sind, mit Hilfe eines Rollenfelds auseinander gefahren werden, um äußere Konturen eines jeden einzelnen Artikels für eine Computerauswertung klarer unterscheidbar zu machen. Das Rollenfeld greift von unten durch entsprechende Öffnungen in einem Tablarboden. Jede Rolle des Rollenfelds ist einzeln antreibbar. Auf diese Weise lassen sich kompakt und ohne Abstand zueinander angeordnete Artikellagen soweit auflösen, dass einzelne Artikel innerhalb einer Lage für eine automatische Bildverarbeitung erkennbar sind. Herkömmliche Bildverarbeitungsalgorithmen arbeiten mit einer Mustererkennung, die oft an ihre Grenzen stößt, wenn die Artikel in einer Schicht ohne Abstände relativ zueinander angeordnet sind. Die Erkennung einzelner Artikel wird umso schwerer, je einheitlicher bzw. ähnlicher sich die einzelnen Artikel (Aufdruck, etc.) sind.
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Da beim oben genannten „Case Wheeler” jede Rolle des Rollenfelds einzeln antreibbar ist, ist der Steuerungsaufwand zum Auseinanderfahren von Artikeln einer Schicht relativ groß. Außerdem ist der Anschaffungspreis recht hoch, da die einzelnen Rollen recht teuer sind und jedes Tablar mit entsprechenden Öffnungen im Boden versehen werden muss, um ein Durchgreifen der Rollen zu ermöglichen.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 41 24 703 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Schichten und Palettieren von Behältern, insbesondere Flaschenkästen, mit einem Schichtbildungsplatz zum Zusammenstellen einer Behälterschicht sowie einem neben diesem angeordneten Palettenbeladungsplatz zum Beladen von Paletten mit dem zusammengestellten Behälterschichten, die vom Schichtenbildungsplatz auf den Palettenbeladungsplatz mittels eines dazwischen angeordneten Portals umgesetzt werden. Dabei ist vorgesehen, dass die Abstützfläche des Palettenbeladungsplatzes konkav oder stufenförmig ausgebildet ist. Die Palette kann sich daher zum Ausgleich einer unebenen, insbesondere gewölbten Oberfläche unter dem Gewicht der abgesetzten Behälterschicht nach unten durchwölben.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 21 01 897 A offenbart einen nach unten offenen, mit seiner Unterkante auf einer Transporttrageplatte stehenden Transportbehälter. Im unteren Teil innerhalb des Behälters ist in Bezug auf eine Behälterwand ein plattenförmiger Träger lose angeordnet und liegt mindestens entlang seiner gesamten Oberkante an dieser passend an, so dass der Behälter dadurch versteift wird. Die Trägerplatte kann eben, oder gekrümmt sein oder sie kann lediglich eine konkave obere Oberfläche aufweisen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Erkennung von individuellen Artikeln innerhalb einer Artikellage bzw. -schicht zu vereinfachen, die auf oder in einem Ladehilfsmittel zu einem Bilderkennungs- bzw. Visionsystem transportiert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Ladehilfsmittel gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, das einen Boden aufweist, wobei der Boden des Ladehilfsmittels konvex relativ zu einer ebenen, horizontalen Ebene gewölbt ist, wenn das Ladehilfsmittel auf der horizontalen Ebene steht, wobei der Boden an seinem Rand mit einer oder mehreren Seitenwänden verbunden, wobei jede Seitenwand im Wesentlichen vertikal relativ zur horizontalen Ebene orientiert ist.
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Die Seitenwände verhindern ein Abrutschen der Artikel vom Ladehilfsmittel. In Abhängigkeit von einem Wölbungsgrad tendieren zumindest solche Artikel zum Abrutschen vom Ladehilfsmittel, die in äußeren Randbereichen des Ladehilfsmittels angeordnet sind.
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Durch die konvexe Wölbung des Bodens werden die einzelnen Artikel, wenn man sie von oben betrachtet, aufgespreizt. Die Aufspreizung äußert sich in keilförmigen Spalten zwischen den einzelnen Artikeln, die von oben besser erkennbar sind als dicht gepackte Artikel ohne Spalte zwischen denselben.
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Insbesondere ist ein Krümmungsradius des Bodens so gewählt, dass sich zwischen Artikeln, die vorzugsweise in einer Schicht, auf das Ladehilfsmittel geladen sind, Spalte bilden, die dann mittels einer automatischen Bildverarbeitung derart aufgelöst werden können, dass eine räumliche Lage jedes Artikels auf dem Ladehilfsmittel eindeutig bestimmbar ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jeder Spalt in einer oberen (virtuellen) Ebene, die die Bildbearbeitung zur Auflösung nutzt, mindestens 2 mm groß.
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Versuche haben ergeben, dass Abstände in der Größenordnung von 2 mm und größer ohne größere Probleme von den heutzutage gängigen Bildverarbeitungsprogrammen erkennt werden können.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn die obere virtuelle Ebene einer Draufsicht auf das mit Artikeln beladene Ladehilfsmittel entspricht.
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Vorzugsweise weist der Boden einen ebenen, horizontal ausgebildeten Ladehilfsmittelboden und einen austauschbaren, konvex gewölbten Einsatz auf.
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Auf diese Weise ist es möglich, herkömmliche Ladehilfsmittel nachträglich umzurüsten. Der Einsatz kann nachträglich in das Ladehilfsmittel eingefügt werden und ermöglicht so die konvexe Wölbung des Bodens.
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Bei einer weiteren besonderen Ausgestaltung entspricht die Grundfläche des Einsatzes im Wesentlichen einer Grundfläche des Ladehilfsmittelbodens.
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Damit ist es möglich, verschieden dimensionierte herkömmliche Ladehilfsmittel mit entsprechend ausgebildeten Einsätzen nachzurüsten. Die Einsätze rutschen nicht im Ladehilfsmittel herum. Dadurch ist gewährleistet, dass die Artikel auf der gewölbten Fläche des Einsatzes nicht versehentlich wieder dicht zusammenrutschen.
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Außerdem ist es von Vorteil, wenn das Ladehilfsmittel ein Tablar oder ein Behälter ist.
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Tablare und Behälter eignen sich insbesondere deshalb besonders gut, weil sie über einen umlaufenden Rand verfügen, der die Artikel auf dem Ladehilfsmittel hält. Insbesondere wenn ein Einsatz verwendet wird, kann der Rand des Tablars oder des Behälters zum Fixieren des Einsatzes benutzt werden.
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Des Weiteren wird die obige Aufgabe mit einem Einsatz für ein Ladehilfsmittel gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7, das einen ebenen Ladehilfsmittelboden aufweist, gelöst, wobei der Einsatz derart gewölbt ist, dass Artikel, die auf dem Einsatz in das Ladehilfsmittel geladen sind, auf einer den Unterseiten der Artikel abgewandten Seite mit Spalten zueinander beabstandet sind.
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Außerdem wird die obige Aufgabe durch ein Kommissioniersystem gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8 mit einer tischen Bildverarbeitung zur Bereitstellung von Ortskoordinaten von Artikeln gelöst, die einem automatisierten Greifroboter in oder auf Ladehilfsmitteln zugeführt werden, wobei das System aufweist: ein Visionsystem mit integrierter Bildverarbeitung; einen automatisierten Greifroboter; eine Fördertechnik; und eine Vielzahl von Ladehilfsmitteln nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei die mit Artikeln beladenen Ladehilfsmittel mittels der Fördertechnik am Visionsystem vorbei geführt werden und anschließend zum Greifroboter gefördert werden, wo einzelne Artikel automatisiert vom Greifroboter gegriffen werden, um sie an einen Zielort, insbesondere in einen Auftragsladungsträger, zu versetzen.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine sehr schnelle Identifizierung von individuellen Artikeln, die lagenweise bereitgestellt werden.
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Wie in der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2008 046 325 A1 beschrieben, auf die vollumfänglich hier Bezug genommen wird, können heutzutage Artikelstückzahlen in einer Größenordnung von 10.000 und größer pro Stunde gegriffen und umgesetzt werden. Dazu sind Menschen nicht mehr in der Lage. Um derartige Leistungen zu erzielen, sind Beschleunigungen von bis zu 10 g erforderlich. Beschleunigungen von bis zu 10 g resultieren in entsprechend hohen Geschwindigkeiten. Derartigen Greifrobotern müssen aufgrund der hohen Leistung auch dementsprechend viele Artikel pro Stunde zugeführt bekommen. Dies erfolgt häufig, indem Tablare mit vollständigen Lagen oder Schichten von Artikeln bereitgestellt werden. Um jeden Artikel einer Lage greifen zu können, muss der Greifroboter aber zuvor wissen, wo die individuellen Artikel sitzen bzw. liegen. Wenn pro Tablar z. B. 20 Artikel bereitgestellt werden, muss das Visionsystem also in der Lage sein, innerhalb sehr kurzer Zeit, vorzugsweise in der Größenordnung von maximal 1 s, diese 20 Artikel örtlich genau zu bestimmen.
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Da bei der vorliegenden Erfindung die Artikel aufgespreizt werden, so dass sich Spalte zwischen den einzelnen Artikeln ausbilden, können heutzutage gängige Bildverarbeitungsprogramme die Artikelanordnung schnell genug auflösen. Würde man die Artikel nicht aufspreizen, wären Zeitdauern in einer Größenordnung des 10- bis 100-fachen erforderlich. Damit würde sich die Leistung des Gesamtsystems wiederum entsprechend reduzieren und den Einsatz von Greifrobotern obsolet machen.
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Die obige Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum automatisierten Kommissionieren von Artikeln gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen eines Ladehilfsmittels; Beladen des Ladehilfsmittels mit Artikeln; Aufspreizen der Artikel in dem Ladehilfsmittel durch Anordnen der Artikel auf einer konvex in Richtung des Visionsystems gewölbten Ebene; Vorbeiführen des beladenen Ladehilfsmittels an einem Visionsystem;
Bestimmen von Ortskoordinaten eines jeden Artikels auf dem Ladehilfsmittel durch graphisches Auswerten von Spalten zwischen den Artikeln, die durch die konvexe Wölbung hervorgerufen werden und die von oben, in einer vertikalen Draufsicht auf das Ladehilfsmittel, sichtbar sind; Übermitteln der zuvor bestimmten Ortskoordinaten an einen automatisierten Greifroboter; und Greifen von einem oder mehreren Artikeln durch den Greifroboter basierend auf den bestimmten Ortskoordinaten.
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Vorzugsweise wird ferner ein (seitliches) Höhenprofil durch das Visionsystem gelesen und ausgewertet, um auch übereinander gestapelte Artikel auf dem Ladehilfsmittel örtlich auflösen zu können.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf ein beladenes Ladehilfsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Schnittansicht entlang einer Linie II-II in der 1;
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3 eine Draufsicht auf ein herkömmliches, beladenes Ladehilfsmittel;
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4 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kommissioniersystems; und
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5 ein erfindungsgemäßes Kommissionierverfahren in Form eines Flussdiagramms.
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In 1 ist eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Ladehilfsmittel 10 gezeigt. Exemplarisch ist das Ladehilfsmittel 10 hier in Form eines Tablars 12 mit einem z. B. umlaufenden Rand 14 implementiert. Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Ladehilfsmittel 10 auch in Form von z. B. einer Palette (ohne Rand), eines Behälters oder anderen Ladungsträgern implementiert sein könnte.
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In der 1 ist das Tablar 12 vollständig mit Artikeln 16, hier in einer Lage 18 von Artikeln 16, beladen. Zwischen den einzelnen Artikeln 16 haben sich Spalte 20 sowohl in einer Längsrichtung (x-Richtung) als auch in einer Querrichtung (y-Richtung) ausgebildet. Die Spalte 20 werden durch eine konvexe Wölbung des Bodens in Richtung eines Inneren des Tablars 12 hervorgerufen.
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Bezug nehmend auf 2, die eine Schnittansicht entlang einer Linie II-II der 1 zeigt, ist die konvexe Aufwölbung eines Bodens 22 gegenüber einer horizontal orientierten Auflagefläche des Tablars 12 gut zu erkennen. Der Boden 22 kann z. B. den ebenen, horizontalen Ladehilfsmittelboden 24, wie man ihn von konventionellen Ladehilfsmitteln kennt, und einen austauschbaren Einsatz 26 aufweisen. Der Einsatz 26 kann nachträglich in das Tablar 12 eingefügt werden und weist eine Grundfläche auf, die nahezu einer Ladefläche des Tablars 12 entspricht. Zwischen diesen Flächen ist ein kleines Spiel vorgesehen, um das Einfügen des Einsatzes 26 in das Tablar 12 zu erleichtern.
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Es versteht sich, dass der Boden 22 aber auch allein durch den Ladehilfsmittelboden 24 gebildet werden kann, der dann aber selbst eine konvexe Wölbung aufweist.
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Der austauschbare Einsatz 26 stellt eine eigenständige Erfindung dar, da es mit ihm möglich ist, herkömmliche Ladehilfsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung nachzurüsten.
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Die in der 2 gezeigte Aufwölbung ist z. B. sphärisch. Ein Krümmungsradius der konvexen Aufwölbung ist dann derart gewählt, dass die Artikel 16 Spalte 20 zwischen sich definieren, die mittels eines gängigen Bildverarbeitungsalgorithmus aufgelöst werden können. Üblicherweise arbeitet der Bildverarbeitungsalgorithmus in einer Ebene oberhalb der Artikel 16, wie es in 2 exemplarisch durch eine Strichlinie 31 angedeutet ist. Es versteht sich, dass die Strichlinie 31 auch tiefer als in der 2 gezeigt liegen kann.
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Um ein vollständiges Abrutschen der Artikel 16 vom aufgewölbten Boden 22 zu verhindern, ist das Tablar 12 vorzugsweise seitlich durch kurze Seitenwände 28 und lange Seitenwände 30 begrenzt (vgl. auch 1).
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In diesem Sinne weisen die erfindungsgemäßen Ladehilfsmittel
10 eine leicht größere Ladefläche als herkömmliche Ladehilfsmittel auf. Ein exemplarisches, herkömmliches Tablar
12' ist in einer Draufsicht in der
3 gezeigt. Da das Tablar
12' über einen flachen Boden verfügt, sind die Artikel
16 dicht an dicht gepackt. Es bilden sich keine Spalte
20 zwischen den Artikeln
16 aus. Die Ladefläche des herkömmlichen Tablars
12' lässt sich somit platzoptimieren. Jedoch ist eine Zeit, die gängige Bildverarbeitungs- bzw. Bilderkennungsalgorithmen benötigen, um die Struktur der einzelnen Artikel
16 aufzulösen, viel zu lang, um den Anforderungen gerecht zu werden, wie sie durch ein sog. Robo-Picking definiert sind. Das Robo-Picking ist in der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2008 046 325 A1 ausführlich beschrieben, auf die hier Bezug genommen wird.
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In 4 ist eine Seitenansicht eines schematischen Kommissioniersystems 50 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei dem das erfindungsgemäße Ladehilfsmittel 10, wie es im Zusammenhang mit den 1 und 2 beschrieben wurde, zum Einsatz kommen.
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Das Kommissioniersystem 50 der 4 weist ein sog. Visionsystem 52, eine Recheneinheit 54, einen Greifroboter 56 sowie eine Fördertechnik 58 auf. Die Fördertechnik 58 ist hier exemplarisch auf einem horizontal orientierten Hallenboden 60 angeordnet und fördert entlang einer Hauptförderrichtung 62, wie sie mit Hilfe eines Pfeils in der 4 von links nach rechts angedeutet ist. Eine Auflagefläche 63 der Fördertechnik 58 ist ebenfalls in der 4 gezeigt. Bei der Fördertechnik 58 kann es sich z. B. um ein Förderband, eine Rollenbahn oder Ähnliches handeln.
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Das Visionsystem 52 weist optional eine Abdeckung 64 und ein Kamerasystem 66 auf. Das Kamerasystem 66 hat einen Sichtbereich 68. Der Sichtbereich 68 wird durch die Abdeckung 64 gegen Streulicht aus der Umgebung abgeschirmt. Dies erhöht den Kontrast von Bilden, die mit dem Kamerasystem 66 von oben entlang eines vertikal nach unten gerichteten Hilfspfeils 70 von den Ladehilfsmitteln 10 aufgenommen werden.
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Das Kamerasystem 66 ist entweder mit einer Recheneinheit 54 verbunden oder hat die Recheneinheit 54 integriert. Im Beispiel der 4 ist das Kamerasystem 66 mit der Recheneinheit 54 fest verdrahtet. Alternativ können alle Komponenten des Kommissioniersystems 50 auch über drahtlose Verbindungen miteinander kommunizieren, wie es durch einen Hilfspfeil 74 angedeutet ist.
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Der stromabwärts angeordnete Greifroboter 56 weist einen Greifarmmechanismus 76 mit einer Greifeinheit 78 auf.
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Nachfolgend wird ein Betrieb der Kommissionieranlage 50 kurz beschrieben.
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Erfindungsgemäße Tablare 12, die einen aufgewölbten Boden 22 aufweisen, werden über die Fördertechnik 58 zum Visionsystem 52 befördert. Sobald die Tablare 12 mit ihren aufgespreizten Artikeln 16 unterhalb des Kamerasystems 66 angeordnet sind, kann die Fördertechnik 58 kurzzeitig angehalten werden, um die Aufnahme eines Standbilds zu ermöglichen. Ein Anhalten ist aber nicht unbedingt erforderlich. Die benötigten Bilder können auch im Vorbeifahren erstellt werden. Ein derartiges Bild zeigt eine Draufsicht auf die Artikel 16 im Tablar 12. Dieses Standbild wird mit Hilfe von gängigen Bildverarbeitungsalgorithmen im Wege einer Mustererkennung ausgewertet (Erkennen von individuellen Objekten bzw. Artikeln, d. h. Objekte mit bekannter Produktzuordnung). Ausgewertet werden die Ortskoordinaten der individuellen Artikel 16. Diese Ortskoordinaten werden anschließend an den stromabwärts angeordneten Greifroboter 56 weitergeleitet. Der Greifroboter 56 entnimmt dann mittels der Greifeinheit 78 die Artikel 16. Die Aufspreizung, die durch die Aufwölbung des Bodens 22 im Tablar 12 hervorgerufen wird, vereinfacht des Weiteren auch einen Greifvorgang, insbesondere wenn die Greifeinheit 78 in Form von mechanischen Greiffingern ausgebildet ist, die die Artikel 16 seitlich greifen. Alternativ kann die Greifeinheit 78 aber auch in Form eines Saugmechanismus ausgebildet sein, der die Artikel 16 von oben greift bzw. ansaugt.
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Es versteht sich, dass das Visionsytem 52 der 4 ferner mit einem Scanner ausgestattet sein kann, der insbesondere ein seitliches Höhenprofil der Artikel 16 auf dem Tablar 12 bestimmt. Manchmal kommt es vor, dass die Artikel 16 übereinander gestapelt auf dem Tablar 12 zum Visionsystem 52 bzw. zum Greifroboter 56 transportiert werden. In diesem Falle ist nicht immer gewährleistet, dass das Visionsystem 52 allein aus der Draufsicht, wie sie mit dem Kamerasystem 66 gewonnen wird, alle Artikel 16 hinsichtlich ihrer örtlichen Lage erkennen kann. Dazu können zusätzlich die Höhenprofile benutzt werden.
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Bezug nehmend auf 5 ist das erfindungsgemäße Kommissionierverfahren erläutert.
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In einem Schritt S1 werden die Ladehilfsmittel 10 bereitgestellt und mit den Artikeln 16 beladen. In einem Schritt S2 werden die beladenen Ladehilfsmittel 10 an das Visionsystem 52 geliefert und dort an einem Kamerasystem 66 zur Aufnahme eines Standbilds vorbeigeführt. In einem Schritt S3 werden aus dem Standbild Ortskoordinaten durch Auswerten von Spalten 20 zwischen den Artikeln 16 bestimmt. Die Spalten 20 werden durch die gewölbte Ebene hervorgerufen, auf denen die Artikel 16 angeordnet sind.
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In einem Schritt S4 werden die so bestimmten Ortskoordinaten an den Greifroboter 56 übermittelt, damit dieser in einem Schritt S5 die Artikel 16 vom Ladehilfsmittel 10 greifen und umsetzen kann. Ergänzend können in einem Schritt S6 Höhenprofile erstellt werden, um auch übereinander gestapelte Artikel 16 örtlich auflösen zu können.
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Es versteht sich, dass der erfinderische Gedanke auch in der Weise umgesetzt werden kann, dass die Ladehilfsmittel 10 mit Ausnehmungen im Boden 22 versehen sind, die zumindest im Bereich des Visionsystems von Hubeinheiten (z. B. Stiften) durchgriffen werden, wobei mehrere Hubeinheiten (nicht dargestellt) vorgesehen sind, deren einhüllende Oberfläche (im ausgefahrenen Zustand) die zur Implementierung der Erfindung benötigte konvexe Wölbung im Boden abbilden. Alternativ zu mechanischen Stempeln können auch aufblasbaren Körper oder Ähnliches verwendet werden.
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Außerdem kann die Erfindung auch bei Ladehilfsmitteln mit Fachunterteilung eingesetzt werden.
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Die Aufspreizung vereinfacht nicht nur die Erkennung der Objekte bzw. Artikel, sondern auch ein seitliches Greifen, d. h. das automatisierte mechanische Kommissionieren.
