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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines mobilen Kommissionierroboters zur automatischen Kommissionierung von Objekten, insbesondere von Gütern in einem Warenlager, wobei der Kommissionierroboter einen Roboterarm zur Aufnahme oder Abgabe des Objekts aufweist und der Kommissionierroboter zur Aufnahme oder Abgabe des Objekts an eine Lagerstelle soweit herangefahren wird, dass die Lagerstelle mit dem Roboterarm erreicht wird.
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Unter Kommissionierung versteht man alle Methoden zur Zusammenstellung von bestimmten Objekten, insbesondere von Gütern, in Warenlagern, aus einem bereitgestellten Gesamtsortiment. Dabei soll die Zusammenstellung aufgrund von Aufträgen, z.B. Kundenaufträgen oder Produktionsaufträgen erfolgen. In jüngster Zeit werden hierfür vermehrt vollautomatische Systeme eingesetzt. Dabei werden z.B. Handelsgüter von autonom betriebenen Transportfahrzeugen von einer Quellposition aufgenommen und auf einer auf dem Fahrzeug transportierten Zielpalette abgesetzt. Insbesondere werden hierzu mobile Kommissionierroboter verwendet, die die Handelsgüter selbstständig mittels Roboterarmen aufnehmen können. Diese Kommissionierroboter erhalten die Auftragsdaten wie Auftragsnummer, Koordinaten des Lagerortes, Stückzahl und Gewicht der Güter automatisch von einem Zentralrechner. Sie können z.B. bestimmte Regalfächer in Regallagern gezielt anfahren und das gewünschte Objekt mithilfe eines ein Aufnahmewerkzeug aufweisenden Greifsystems aus dem Regalfach entnehmen und handhaben.
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Bei autonom betriebenen Transportfahrzeugen sind bereits Systeme zur Kollisionsvermeidung bekannt, die einen sicheren Betrieb gewährleisten und ein unbeabsichtigtes Auffahren auf ein Hindernis oder gar eine Verletzung einer auf der Fahrbahn befindlichen Person verhindern sollen. Die gängigen Methoden zur Kollisionsvermeidung basieren auf Distanzmessung mittels Laser, Ultraschall oder Radar. Dabei wird der direkte Freiraum in Fahrtrichtung des Transportfahrzeugs ermittelt. Auch eine Überwachung der Umgebung des Transportfahrzeugs mittels einer Kamera ist schon bekannt.
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Beim Betrieb von mobilen Kommissionierrobotern in Warenlagern werden allerdings andere Anforderungen an ein Sicherheitskonzept gestellt als z.B. beim Betrieb von autonomen Transportfahrzeugen in Produktionshallen. Da sich Kommissionierroboter häufig zwischen Regalreihen bewegen und zur Aufnahme von Objekten selbsttätig mit dem Roboterarm in die Regale greifen, entstehen zusätzliche Risiken. Außerdem erhöht ein oftmals praktizierter gemischter Betrieb, bei dem autonome Kommissionierroboter und Menschen nebeneinander an Regalen arbeiten, das Unfallrisiko.
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Die üblicherweise bei autonomen Transportfahrzeugen eingesetzten Laserscanner eignen sich für solche Betriebsbedingungen, in denen mobile Kommissionierroboter eingesetzt werden, nur begrenzt, da sich die Umgebung in den Regalreihen und in den Regalfächern, in die von dem mobilen Kommissionierroboter mit dem Roboterarm hineingegriffen wird, um Objekte aufzunehmen, sehr stark ändert. Ein Laserscanner ist in diesen Fällen nicht immer in der Lage eine in der Nähe eines Regals befindliche Person von einem abgestellten Gegenstand zu unterscheiden. Dies gilt auch für eine Überwachung mittels Kamera.
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Außerdem muss der mobile Kommissionierroboter aufgrund bestehender Vorschriften einen seitlichen Abstand von mindestens 500 mm zum Regal einhalten. Diese Lücke ist ebenfalls schwierig zu überwachen. Im Übrigen sind Laserscanner sehr teuer.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass ein sicherer Betrieb auch in schwierigen Betriebsumgebungen gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass am Kommissionierroboter ein Abstandselement ausgefahren wird, das bei der Aufnahme oder Abgabe des Objekts den horizontalen Abstand zwischen dem Kommissionierroboter und der Lagerstelle zumindest nahezu vollständig überbrückt.
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Vorzugsweise wird zum Erkennen von Hindernissen oder Personen im Zwischenraum zwischen dem Kommissionierroboter und der Lagerstelle ein Sensor verwendet, der an dem dem Kommissionierroboter abgewandten Ende des Abstandselements vorgesehen ist, und dass beim Erkennen eines Hindernisses oder einer Person der Betrieb des Kommissionierroboters gestoppt wird.
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Zweckmäßigerweise wird als Sensor ein mechanischer Sensor verwendet, der auf Berührung mit dem Hindernis oder der Person reagiert. Solche Sensoren werden auch als „Bumper“ bezeichnet.
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Auf diese Weise wird besonders zuverlässig verhindert, dass sich Personen oder Gegenstände im Zwischenraum zwischen der Lagerstelle, also z.B. einem Regal in einem Warenlager, und dem Kommissionierroboter befinden, während der Roboterarm des Kommissionierroboters zur Aufnahme oder Abgabe von Objekten z.B. in ein Regalfach greift.
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Dabei wird bevorzugt zumindest das dem Kommissionierroboter abgewandte Ende des Abstandselements in einer Höhe von höchstens 200 mm über dem Boden ausgefahren. Somit können auch niedrige Hindernisse sicher erkannt werden.
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Das Abstandselement wird zweckmäßigerweise soweit ausgefahren, dass zwischen dem dem Kommissionierroboter abgewandten Ende des Abstandselements und der Lagerstelle ein horizontaler Abstand von höchstens 70 mm verbleibt. Damit wird sichergestellt, dass sich keine Person mehr zwischen dem Ende des Abstandselements und dem Regal befinden kann.
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Mit Vorteil wird der Kommissionierroboter zur Aufnahme oder Abgabe des Objekts soweit an die Lagerstelle herangefahren, dass bei nicht ausgefahrenem Abstandselement ein horizontaler Abstand zwischen dem Kommissionierroboter und der Lagerstelle von mindestens 500 mm verbleibt.
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Der Sensor kann auch dazu benutzt werden, Bodenunebenheiten zu erfassen. Insbesondere bei Verwendung eines mechanischen Sensors, kann bei Berührung des Sensors mit dem Boden die Ausfahrbewegung des Abstandselements gestoppt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird das dem Kommissionierroboter abgewandte Ende des Abstandselements im ausgefahrenen Zustand am Boden abgestützt. Hierdurch kann eine Erhöhung der Standsicherheit des Kommissionierroboters erzielt werden. Hierzu kann am Ende des Abstandselements eine Abstützfläche vorgesehen sein, die auch größere Kräfte aufnehmen kann. Dadurch wird insbesondere bei Kommissionierrobotern mit ausladenden Roboterarmen, die weit in ein Regal hineingreifen, eine erhebliche Verbesserung der seitlichen Stabilität und somit der Standsicherheit des mobilen Kommissionierroboters bei der Handhabung von Objekten während des Kommissioniervorgangs erreicht. Dies erhöht auch insgesamt die Sicherheit des Betriebs des Kommissionierroboters.
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In Kombination mit der Verwendung des mechanischen Sensors ergibt sich auch die Möglichkeit, den Kommissionierroboter automatisch zu stoppen, sobald das Abstandselement vollständig ausgefahren ist und den Boden zur Abstützung berührt.
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Die Erfindung betrifft ferner einen mobilen Kommissionierroboter zur automatischen Kommissionierung von Objekten, insbesondere von Gütern in einem Warenlager, wobei der Kommissionierroboter einen Roboterarm zur Aufnahme oder Abgabe des Objekts an einer Lagerstelle des Objekts aufweist.
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Bei einem solchen Kommissionierroboter wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass am Kommissionierroboter ein ausfahrbares Abstandselement angebracht ist, mit dem im ausgefahrenen Zustand bei der Aufnahme oder Abgabe des Objekts der horizontale Abstand zwischen dem Kommissionierroboter und der Lagerstelle zumindest nahezu vollständig überbrückbar ist.
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Vorzugsweise ist an dem dem Kommissionierroboter abgewandten Ende des Abstandselements ein Sensor zum Erfassen von Hindernissen oder Personen angebracht. Dabei handelt es sich mit Vorteil um einen mechanischen Sensor, der auf Berührung mit dem Hindernis oder der Person reagiert.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Abstandselement mindestens zwei jeweils an einem Ende über ein Drehgelenk mit horizontaler Drehachse miteinander verbundene Lenkerelemente auf. Das andere Ende des ersten Lenkerelements ist über ein Drehgelenk mit horizontaler Drehachse an einem Drehpunkt am Kommissionierroboter befestigt. Die Lenkerelemente sind im eingefahrenen Zustand innerhalb der Kontur des Kommissionierroboters zusammengeklappt und im ausgefahrenen Zustand ausgeklappt.
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Die Lenkerelemente können z.B. als Stangen, Rohre, Längsprofile oder Bleche ausgebildet sein.
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Dabei sind der Drehpunkt am Kommissionierroboter, die Längen der Lenkerelemente und das Verhältnis der Winkelbewegungen in den Drehgelenken zueinander so ausgewählt, dass das dem Kommissionierroboter abgewandte Ende der Lenkerelemente beim Ausklappen eine Höhe über dem Boden von 200 mm nicht übersteigt. Der von den Lenkerelementen gebildete Klappmechanismus ist also so ausgeführt, dass das äußere Ende der Lenkerelemente, wo vorzugsweise der Sensor angebracht ist, beim Ausklappen in Bodennähe entlang bewegt wird. Dadurch wird gewährleistet, dass auch niedrige Hindernisse zuverlässig erkannt werden.
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Durch entsprechende Auswahl der Parameter Höhe des Drehpunktes des ersten Lenkerelements am Kommissionierroboter, Länge der Lenkerelemente, Verhältnis der Winkelbewegungen in den Drehgelenken und Winkelorientierung der Lenkerelemente im zusammengeklappten Zustand kann eine Kurve für die Bewegung des dem Kommissionierroboter abgewandten Endes der Lenkerelemente beim Ausklappvorgang definiert werden.
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Diese Parameter werden bevorzugt so festgelegt, dass das Ende der Lenkerelemente in einer bogenförmig nach unten verlaufenden Kurve bewegt wird, die komplett unterhalb einer Höhenbegrenzung von 200 mm über dem Boden bleibt und an einem Punkt den Boden erreicht, der in horizontaler Richtung mehr als 430 mm und weniger als 500 mm vom Drehpunkt am Kommissionierroboter entfernt ist. Dabei ist die Winkelorientierung der Lenkerelemente im zusammengeklappten Zustand so gewählt, dass sich die Lenkerelemente im zusammengeklappten Zustand innerhalb der Kontur des Kommissionierroboters befinden.
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Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung umfasst das Abstandselement zwei Lenkerelemente. Der Drehpunkt des ersten Lenkerelements liegt am Kommissionierroboter in einer Höhe über dem Boden von 233 mm. Die Länge des ersten Lenkerelements beträgt 250 mm und die Länge des zweiten Lenkerelements 300 mm. Die Lenkerelemente sind im zusammengeklappten Zustand in einem Winkel von -15° gegen die Vertikale in entgegengesetzter Richtung zur Ausfahrrichtung geneigt. Das Verhältnis der Winkelbewegungen in den Drehgelenken beträgt 1,3.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung sind die Lenkerelemente miteinander mechanisch gekoppelt und von einem Antrieb angetrieben. Durch die mechanische Kopplung der beiden Lenkerelemente ergibt sich als Vorteil, dass für die Erzeugung der Bewegung der beiden Lenkerelemente nur ein einziger Antrieb erforderlich ist, der auf einen der beiden Lenkerelemente wirkt, so dass die beiden Lenkerelemente mit geringem Bauaufwand ausgefahren und eingefahren werden können.
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Die Erfindung weist eine ganze Reihe von Vorteilen auf:
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Mit der Erfindung wird eine kostengünstige Lösung zur Erhöhung der Sicherheit von mobilen Kommissionierrobotern geboten. Kollisionen mit Hindernissen oder Personen werden auch in schwieriger Umgebung, z.B. in Regalreihen, zuverlässig vermieden. Durch die Möglichkeit, den Kommissionierroboter durch das Abstandselement zusätzlich am Boden abzustützen, wird ein Umkippen des Kommissionierroboters auch bei der Aufnahme von schweren Objekten sicher verhindert. Dabei kann auf ein zusätzliches Gegengewicht am Kommissionierroboter zur Stabilitätserhöhung verzichtet werden. Dadurch kann der Energieverbrauch des mobilen Kommissionierroboters reduziert werden. Es können schwerere Objekte oder mehr Objekte auf einmal kommissioniert werden, wodurch auch die Effizienz des Kommissionierroboters erhöht wird. Außerdem können mit dem Roboterarm weiter entfernte Objekte aufgenommen oder abgelegt werden, ohne dass die Gefahr eines Umkippens des Kommissionierroboters durch Schwerpunktverlagerung besteht. Zudem wird durch die Abstützung am Boden die Positioniergenauigkeit des Roboterams erhöht, wenn dieser seitlich in ein Regal in ein Regalfach eingefahren wird, da ein seitliches Kippen des Kommissionierroboters verhindert wird. Aufgrund des Abstandselements kann der Kommissionierroboter auf sichere Weise besonders nah an das Regal herangefahren werden. Daher braucht der Roboterarm nicht mehr so weit ins Regal greifen. Auch dadurch wird das Risiko eines Umkippens des Kommissionierroboters verringert.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigt
- 1 einen erfindungsgemäßen mobilen Kommissionierroboter seitlich neben einem Regal,
- 2 eine grafische Darstellung des Ausfahrens des Abstandselements mit Verdeutlichung der Bewegungsbahn des Abstandselements und
- 3 einen erfindungsgemäßen mobilen Kommissionierroboter seitlich neben einem Regal mit ausfahrendem Abstandselement.
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In 1 ist ein mobiler Kommissionierroboter 1 gezeigt, der sich seitlich neben einem Regal 2 befindet. Der Kommissionierroboter 1 weist einen Roboterarm 3 auf, der Objekte in das Regal 2 stellen oder von dort entnommen kann.
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Am Kommissionierroboter 1 ist ein ausfahrbares Abstandselement 4 vorgesehen, mit dem der horizontale Abstand zwischen dem Kommissionierroboter 1 und dem Regal 2 nahezu vollständig überbrückt werden kann.
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Am vorderen Ende des Abstandselements 4 ist ein mechanischer Sensor 5 angebracht.
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Der mobile Kommissionierroboter 1 fährt mit einem seitlichen und horizontalen Abstand von etwas mehr als 500 mm zum Regal 2 entlang des Regals 2. Bei Erreichen einer im Regal 2 befindlichen Zielpalette 10, von der ein Objekt 11 entnommen und kommissioniert werden soll, wird der mobile Kommissionierroboter 1 angehalten. Dann wird das Abstandselement 4 ausgefahren. Mit dem am Abstandselement 4 angebrachten mechanischen Sensor 5 wird der seitliche Abstand zum Regal 2 geschlossen und somit sichergestellt, dass sich keine Person im seitlichen Zwischenraum zwischen dem Kommissionierroboter 1 und dem Regal 2 befindet. Sobald der mechanische Sensor 5 ein Hindernis oder eine Person erfasst, wird der Kommissionierroboter 1 sofort gestoppt. Sofern sich weder Hindernisse noch Personen im Zwischenraum befinden, wird das Abstandselement 4 so weit ausgefahren, bis es mit seinem vorderen Ende den Boden berührt. Zwischen dem vorderen Ende des Abstandselements 4 und dem Regal 2 verbleibt ein horizontaler Abstand von weniger als 70 mm, zum Beispiel 68 mm. Durch Abstützung des Kommissionierroboters 1 mittels des Abstandselements 4 wird die Stabilität des Kommissionierroboters 1 erheblich erhöht. Sobald das Abstandselement 4 fest am Boden abgestützt ist, kann mit der Aufnahme oder der Abgabe der Objekte 11 mittels des Roboterarms 3 begonnen werden. Der Roboterarm 3 kann aufgrund der Stabilitätserhöhung durch die Abstützung über das Abstandselement 4 auch über weitere Distanzen in das Regal 2 hineingreifen. Sobald das betreffende Objekt 11 aufgenommen oder abgelegt ist, wird der Roboterarm 3 wieder zurückgefahren und das Abstandselement 4 wieder in eine Parkposition innerhalb der Kontur des Kommissionierroboters 1 eingefahren.
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Die 2 zeigt eine grafische Darstellung des Vorgangs des Ausfahrens des Abstandselements 4 aus 1. Im vorliegenden Beispiel umfasst das Abstandselement 4 zwei Lenkerelemente A und B.
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Die Lenkerelemente A, B sind an jeweils einem Ende mittels eines Drehgelenks D2, das eine horizontale Drehachse aufweist, miteinander verbunden. Das Lenkerelement A ist an einem zweiten Ende mittels eines Drehgelenks D1, das eine horizontale Drehachse aufweist, am mobilen Kommissionierroboters 1 drehbar angelenkt. Das Lenkerelement B ist an dem zweiten Ende mit dem Sensor 5 versehen. Das Lenkerelement A weist zwischen den Drehgelenken D1, D2 die Länge L1 auf. Das Lenkerelement B weist von dem Drehgelenk D2 zu dem Sensor 5 die Länge L2 auf.
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Der Sensor 5 ist bevorzugt als Sensorleiste, sogenannter Bumper, ausgebildet, deren Länge der Länge einer seitlich neben dem Kommissionierroboter 1 abgestellten Palette 10 entspricht. Wenn der Sensor 5 mit den Lenkerelementen A, B in Richtung zu der abgestellten Palette 10 bewegt wird, wird mit dem als Sensorleiste ausgebildeten Sensor 5, der der Palette 10 zugewandt ist und in Richtung zur Palette 10 bewegt wird, sichergestellt, dass sich weder Hindernisse noch Personen im Zwischenraum zwischen Palette 10 und Kommissionierroboter 1 befinden.
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Die Lenkerelemente A und B sind miteinander gekoppelt, beispielsweise mechanisch gekoppelt, so dass sich die Lenkerelemente A, B gleichzeitig bewegen. Dadurch ist nur ein einziger Antrieb für die Bewegung der beiden Lenkerelemente A, B erforderlich. Dies kann beispielsweise durch eine mechanische Kopplung der Drehgelenke D1, D2 erfolgen. Hierbei ist bevorzugt das Lenkerelement A angetrieben. Durch die Kopplung der beiden Lenkerelemente A, B wird beim Antrieb des Lenkerelements A und somit einer Bewegung des Lenkerelements A auch eine Bewegung des Lenkerelements B erzielt. Die Kopplung der Lenkerelemente A, B ist derart ausgeführt, dass sich ein bestimmtes Verhältnis der Winkelbewegungen in den Drehgelenken D1, D2 einstellt, d.h. die Bewegung der Lenkerelemente A, B ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis aufweist.
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In der 2 sind Koordinaten x und y aufgetragen. Die Koordinate x betrifft die Höhe, gemessen vom Boden, auf dem der Kommissionierroboter 1 steht. Die Koordinate y gibt den horizontalen Abstand vom Drehpunkt (= Drehgelenk) D1, also dem Befestigungspunkt des ersten Lenkerelements A am Drehgelenk D1 des Kommissionierroboters 1 wieder. Durch gezielte Auswahl der Parameter Höhe d des Drehpunktes D1 des Lenkerelements A am Kommissionierroboters 1, Länge L1 des ersten Lenkerelements A, Länge L2 des zweiten Lenkerelements B, Verhältnis der Winkelbewegungen in den Drehgelenken D1 und D2 und Winkelorientierung α der Lenkerelemente A, B im zusammengeklappten Parkzustand P kann eine Kurve K für die Bewegung des dem Kommissionierroboter 1 abgewandten Endes E der Lenkerelemente A, B beim Ausklappvorgang definiert werden. In der Grafik sind die Positionen der Lenkerelemente A und B abwechselnd mit durchgezogenen und gestrichelten Linien dargestellt, wobei das Lenkerelement A jeweils um 15° um den Drehpunkt D1 weitergedreht wird.
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Der Drehpunkt D1 des Lenkerelements A liegt in einer Höhe d über dem Boden von d = 233 mm. Die Länge L1 des ersten Lenkerelements A beträgt L1 = 250 mm und die Länge L2 des zweiten Lenkerelements B beträgt L2 = 300 mm. Die Lenkerelemente A und B sind im zusammengeklappten Parkzustand P in einem Winkel α von α = -15° gegen die Vertikale in entgegengesetzter Richtung zur Ausfahrrichtung geneigt. Das Verhältnis der Winkelbewegungen in den Drehgelenken D1 und D2 beträgt 1,3.
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Aus der Grafik ist ersichtlich, dass die aus diesen Parametern resultierende Kurve K, die den Verlauf des Endes E des Abstandselements 4 beschreibt, komplett unterhalb einer Höhe von 200 mm bleibt. Außerdem endet die Kurve K in einem horizontalen Abstand F vom Drehpunkt D1 von F = 480 mm am Boden.
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In 3 ist derselbe Kommissionierroboter 1 mit denselben Bezugsziffern dargestellt wie in 1. Zusätzlich ist in 3 die grafische Darstellung des Ausfahrvorgangs des Abstandselements 4 aus 2 eingetragen. Der horizontale Abstand a des Kommissionierroboters 1 vom Regal 2 beträgt a ≥ 500 mm. Der verbleibende Abstand b vom Endpunkt F des Abstandselements 4 im ausgefahrenen Zustand beträgt b ≤ 70 mm.
