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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Handhaben von Lagereinheiten sowie ein hierfür geeignetes Betriebsverfahren. Insbesondere findet die Erfindung Anwendung als Handhabungsroboter für standardisierte Material-Kisten, sogenannte KLT (Kleinladungsträger).
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Mit fortschreitender Automatisierungstechnik wird der Handhabung von Kleinladungsträgern zunehmend Bedeutung beigemessen. Bekannt ist ein Stapel-Bedienfahrzeug zum Ein- und Auslagern von Lagereinheiten, bei dem eine erste Tragvorrichtung zum Auflegen zumindest einer Lagereinheit an einer ersten Höhenverstell-Vorrichtung und eine zweite Tragvorrichtung zum Auflegen zumindest einer Lagereinheit an einer zweiten Höhenverstell-Vorrichtung angekoppelt und jeweils entlang der vertikalen Richtung bewegbar sind. Hierfür sind die Lagereinheiten in der vertikalen Richtung zueinander beweglich. Die Tragvorrichtungen weisen ausfahrbare Greifvorrichtungen auf. Von einer Stapellagereinheit, z. B. Behälter mit vier Seitenwänden und einer Bodenplatte, der seitwärts außerhalb des Stapel-Bedienfahrzeugs angeordnet ist, wird durch die erste Tragvorrichtung mindestens eine Lagereinheit nach oben abgehoben, die darunterliegende - nunmehr oberste - Lagereinheit durch die zweite Tragvorrichtung in horizontaler Richtung abgezogen und anschließend durch die erste Tragvorrichtung die abgehobene Lagereinheit nach unten auf den Reststapel abgesetzt. Hierdurch erfolgt eine Lageraktion einer außerhalb des Stapel-Bedienfahrzeugs befindlichen Bodenlagerung von Lagereinheiten. Es ist ein Fahrzeug-Steuerungssystem zur Steuerung der Höhenverstellungs-Antriebsvorrichtungen und zumindest einer der Greif-Antriebsvorrichtungen und dabei der jeweils zugehörigen Greifvorrichtungs-Positionierungsanordnungen vorhanden. Das Fahrzeug-Steuerungssystem weist eine Sende-Empfangs-Einrichtung auf, mit der die Fahrzeug-Steuerungsvorrichtung kommandiert werden kann. Die Fahrzeug-Steuerungsvorrichtung ist derart ausgeführt, dass diese über Funk in Kommunikationsverbindung mit einem zentralen Einsatzsystem steht.
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Ein Nachteil besteht hierbei darin, dass die Bewegungselemente, die auf dem Stapel-Bedienfahrzeug angebracht sind, keine Sensoreinrichtungen zur dreidimensionalen Lageerkennung (3D-Pose) der Lagereinheit aufweisen. Dadurch ist eine automatische Steuerung der Bewegungen der Lagereinheiten aufgrund ihrer sensorischen Erfassung nicht möglich.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, die die genannten Nachteile lindern oder sogar vermeiden. Insbesondere soll auf konstruktiv einfache Weise die selbsttätige Durchführung von Lageraktionen verbessert werden. Außerdem soll das Verfahren automatisch flexible und zeitsparende Lageraktionen ermöglichen.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Vorrichtung und einem Verfahren gemäß den unabhängig formulierten Patentansprüchen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, weitere Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ausführen, die mit den Merkmalen aus den Patentansprüchen kombinierbar sind.
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Hierzu trägt eine Vorrichtung zum automatischen Handhaben von Lagereinheiten (LE) bei, zumindest aufweisend:
- - eine Stützeinrichtung,
- - mindestens eine Greifvorrichtung zum Erfassen, Fördern und Abgeben zumindest einer Lagereinheit,
- - zumindest eine Höhenverstell-Vorrichtung, an der die Greifvorrichtung angekoppelt und mit dieser bewegbar ist,
- - zumindest eine Kamera zur Erfassung der Lage mindestens einer Lagereinheit, wobei die zumindest eine Kamera eine Auswerteeinheit aufweist, die zur direkten Bewegungssteuerung der Greifvorrichtung eingerichtet ist.
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Dabei handelt es sich bei den Lagereinheiten (LE) insbesondere um Kisten (KLTs) oder ähnliche Transportboxen, die vorzugsweise stapelbar sind. Die Lagereinheiten können auch Werkzeuge, Pakete, Waren, etc. umfassen.
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Die Stützeinrichtung, z. B. ein Stützgestell, kann ein Rahmen sein, der aus Stangen, Rohren oder Profilelementen aufgebaut ist, wobei auch Öffnungen gebildet sein können. Die Bodenfläche und zumindest einzelne Seitenflächen der Stützeinrichtung können geschlossen sein.
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Ein Fördermodul umfasst zumindest eine Hub- und Absenkeinheit, an der eine Greifvorrichtung angeordnet ist. Die Hub- und Absenkeinheit fördert zumindest eine Lagereinheit in vertikaler Richtung innerhalb des Stützgestells nach oben und unten. Die Greifvorrichtung vermag zumindest eine Lagereinheit in horizontaler Richtung zu erfassen und freizugeben. Die Höhenverstell-Vorrichtung, an der die Greifvorrichtung angekoppelt ist, kann an der Stützeinrichtung angebracht oder in diese integriert sein. Die Greifvorrichtung ist über die Höhenverstell-Vorrichtung vertikal verstellbar und relativ zu der Lagereinheit bewegbar.
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Mit der hier vorgestellten Vorrichtung wird ein Rahmen und mindestens eine Greifereinheit, welche die Kisten von der Seite greifen können, zur Verfügung gestellt. Transportfahrzeuge, z. B. ein AGV (Automated Guided Vehicle bzw. fahrerloses Transportfahrzeug) oder Paletten mit den KLT können von hinten in einer Aufnahmefläche der automatischen Vorrichtung zum Handhaben (des Roboters) positioniert werden. Die Aufnahmefläche liegt dabei innerhalb der Stellfläche der Vorrichtung. Die Vorrichtung kann Kisten vom Wagen aufnehmen, ggf. einen Stapel teilen und den oberen Teil zwischenlagern. Die gewünschte Kiste kann auf ein Rollenband nach vorn oder seitlich ausgegeben werden.
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Zumindest eine Kamera ist zur Erfassung der Lage mindestens einer Lagereinheit vorgesehen. Die mindestens eine Kamera kann eine (Bild- und/oder Video-) Auswerteeinheit umfassen. Die Auswerteeinheit kann mit einem Bild- bzw. Video-Speicher ausgeführt oder datenleitend verbunden sein. Die Auswerteeinheit kann Teil der Kamera sein, es ist aber auch möglich, dass diese separat und mit der Kamera datenleitend verbunden ausgeführt ist. Eine (einzelne) Auswerteeinheit kann gegebenenfalls mit mehreren Kameras oder einem Kamerasystem zusammenwirken.
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Die Auswerteeinheit ist dazu eingerichtet, die Bewegung der Greifvorrichtung direkt bzw. unmittelbar vorzugeben. Das kann bedeuten, dass die Auswerteeinheit Bewegungsbefehle zum Betrieb eines Antriebs oder mehrerer/aller Antriebe der Greifvorrichtung direkt im passenden Koordinatensystem der Antriebe bereitstellt. Es kann ggf. auch bedeuten, dass die Bewegungsbefehle aus der Auswerteeinheit von den Steuerungen der Antriebe direkt umgesetzt werden können, also z. B. ohne großen Rechenaufwand. Ein Steuergerät kann mit der mindestens einen Auswerteeinheit datenleitend in Verbindung stehen, welche dann die Bewegung der Greifvorrichtung veranlasst.
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Auf diese Weise ist auf einfache Weise die selbsttätige Durchführung von Lageraktionen ermöglicht. Hierdurch wird die Vorrichtung zum Handhaben (des Roboters) aufgrund von visuellen Informationen einer Kamera bewegt. Dabei können im geschlossenen Regelkreis fortlaufend Bilder aufgenommen werden. Der Roboter wird aufgrund der gewonnenen Bildinformationen bewegt, bis die gestellte Aufgabe, die Steuerung der Bewegung der Greifvorrichtung, auf direkte Weise erfüllt ist.
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Die Auswerteeinheit ist mit der Kamera bevorzugt elektrisch und datenleitend verbunden und eingerichtet, deren Bild- oder Videosignale zu verarbeiten. Die Auswerteeinheit ist insbesondere eingerichtet, eine Analyse der Bild- und/oder Video-Daten der Kamera vorzunehmen, sodass die Lagereinheit eindeutig bezüglich ihrer Lage/Position erfasst bzw. bestimmt werden kann. Die in der Auswerteeinheit bestimmte Lage kann mit vorgegebenen (z. B. gespeicherten und/oder eingestellten) Parametern abgeglichen oder beeinflusst werden, wobei dann auch ein Regelungssignal an die Steuerung übermittelt wird und dabei der Betrieb der Greifvorrichtung durch die Auswerteeinheit beeinflusst werden kann. Die Auswerteeinheit kann ein separates (elektronisches) Aggregat sein, es ist aber auch möglich, dass die Auswerteeinheit Teil des Steuergerätes zur Ansteuerung der Greifvorrichtung selbst ist. Die (mindestens) eine datenleitende Verbindung zwischen Auswerteeinheit und Steuergerät sowie Kamera kann kabelgebunden oder kabellos realisiert sein.
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Mit der hier vorgestellten Vorrichtung gelingt es, mit Kameras zufällig platzierte bzw. angeordnete Lagereinheiten, Werkstücke und Kisten auf (Band-) Förderern und/oder in Stapeln sowie die dreidimensionale Lageerkennung (3D-Pose) der Angreifpositionen aufzuspüren und zu erkennen, wobei Visual-Servoing-Methoden zur Anwendung kommen können, um die Greifvorrichtung direkt zu den Angreifpositionen in Realzeit zu steuern und zu führen. Dadurch kann gegebenenfalls auf eine zeitaufwendige Hand-Auge-Kalibrierung verzichtet werden.
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Mit dem hier vorgeschlagenen Visual Servoing Ansatz kann auch der Andockvorgang eines Transport-AGVs zur hier vorgestellten Vorrichtung gelenkt werden, insbesondere über Kameras mittels 6DoF-Pose Tracking natürlicher Bildlandmarken (z.B. Ecken oder Textur) und/oder mittels reflektierender Marker auf dem Transport-AGV sowie auf bzw. an der hier vorgestellten Vorrichtung. „6DoF“ bedeutet „6 Degrees of Freedom“, also 6 Freiheitsgrade.
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Die „Lage“ betrifft hierbei insbesondere die Position der Lagereinheit und/oder die Angreifposition für die Greifvorrichtung. Umfasst ist auch die Stellung der Lagereinheit, z. B. gerade, verkantet oder dergleichen. Die Bewegung der Greifvorrichtung umfasst die Greifvorrichtung als solche und/oder Teile der Greifvorrichtung in sechs Freiheitsgraden. Insbesondere umfasst sind die laterale Bewegung der Greifvorrichtung in vertikaler Richtung, z. B. durch die Höhenverstell-Vorrichtung, die laterale Bewegung der Greifvorrichtung in horizontaler Richtung, z. B. durch eine seitliche Versatzvorrichtung und/oder eine Ein- und Ausfahranordnung, die Bewegung von Greifelementen der Greifvorrichtung zum Öffnen und Schließen (Erfassen und Freigeben) sowie eine drehende Bewegung der Greifvorrichtung um vertikale und/oder horizontale Drehachsen.
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Die Vorrichtung kann so eingerichtet sein, dass eine Bewegungssteuerung der Greifvorrichtung als „Visual Servoing“ System oder Image-Based Visual Servoing (IBVS) Struktur ausgeführt ist.
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Unter „Visual Servoing“ bzw. auf visuellen Informationen basierte Robotersteuerung wird hier eine Technik verstanden, die Rückmeldeinformationen (Rückführung im Regelkreis) verwendet, die aus einem visuellen bzw. optischen Sensor extrahiert werden (visuelle Regelung). Unter „Visual Servoing“ ist demnach insbesondere eine Steuerung oder Regelung zu verstehen, um einen Roboter (bzw. eine Greifvorrichtung) aufgrund von visuellen Informationen von einem optischen Sensor, wie etwa einer Kamera, zu bewegen. Dabei können im geschlossenen Regelkreis fortlaufend Bilder aufgenommen werden und der Roboter kann aufgrund der gewonnenen Bildinformationen bewegt werden, bis die dem Roboter gestellte Aufgabe erfüllt ist. Wird zusätzlich die Stellgröße für den Roboter allein und direkt aus Bildinformationen berechnet (d.h. ohne Berechnung der absoluten Lage im Weltkoordinatensystem), wird hier von einer Image-Based Visual Servoing (IBVS) Struktur gesprochen.
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Bevorzugt kann eine (starre) Kamera-Anordnung aus mehreren Kameras vorgesehen sein, wobei jede Kamera eine Ebene im Raum überwacht. Mit Vorteil ist eine erste Kamera zur Beobachtung der horizontalen Ebene und/oder schräg seitlich dazu und/oder eine zweite Kamera zur Beobachtung der vertikalen Ebene vorhanden.
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Es ist auch möglich eine Kamera-Anordnung zu realisieren, bei der mindestens eine Kamera im Raum bewegt werden kann. Bevorzugt ist mindestens eine dritte Kamera an der Greifvorrichtung angeordnet, insbesondere zur Beobachtung der horizontalen Ebene und/oder eines Bereichs schräg seitlich dazu. Optional kann mindestens eine dritte Kamera an der Greifvorrichtung angeordnet sein, insbesondere zur Beobachtung der vertikalen Ebene und/oder eines Bereichs schräg seitlich dazu.
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Vorzugsweise ist zumindest eine Kamera zur zweidimensionalen (2D) und/oder dreidimensionalen (3D) Bildgebung bzw. -verarbeitung eingerichtet.
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Zweckmäßig ist die Kamera zur Erfassung einer Struktur, einer Form und/oder eines Gestaltungsmerkmal der Lagereinheit selbst oder einer (vorbestimmten) Markierung an der Lagereinheit eingerichtet. Insbesondere ist die Blickrichtung der Kameras entsprechend eingerichtet.
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Mit Vorteil ist zur Steuerung der Bewegung der Greifvorrichtung oder von Teilen der Greifvorrichtung eine Image-Based Visual-Servoing-Struktur (IBVS) vorhanden. Hierbei wird zusätzlich die Stellgröße für den Roboter allein und direkt aus Bildinformationen berechnet.
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Bevorzugt ist die Auswerteeinheit eingerichtet, auf Basis der Informationen der Kamera die Lage der Lagereinheit zu bestimmen. Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit auf Basis der Lage der Lagereinheit zur Steuerung der Bewegung der Greifvorrichtung oder von Teilen der Greifvorrichtung an eine Sollposition eingerichtet, wobei die Sollposition der Ort der Erfassung der Lagereinheit durch die Greifvorrichtung ist.
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Weitere Details der Vorrichtung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Erläuterung zu dem Betriebsverfahren. Insbesondere können die Erläuterungen zu dem Verfahren hier ergänzend herangezogen werden. Ebenso gilt, dass die vorstehenden Erläuterungen zur Vorrichtung die Beschreibung des Verfahrens ergänzen können.
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Weiter wird hier ein Verfahren zur Durchführung von Lageraktionen mit zumindest einer Lagereinheit (LE) mittels einer Vorrichtung zum automatischen Handhaben von Lagereinheiten mit zumindest einer Greifvorrichtung und einer Höhenverstell-Vorrichtung vorgeschlagen. Das Verfahren kann insbesondere mit der hier ebenfalls vorgestellten Vorrichtung durchgeführt werden.
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Die Kameras können die Greifvorrichtung zur gewünschten Greifposition mittels 6DoF-Posen-Ermittlung bewegen. Folglich erfordert diese direkte Bewegungssteuerung keine besonders genaue Positionierung bzw. Ausrichtung der Vorrichtung. Folglich können auch weniger exakte Achsenantriebe oder sogar kabelbetriebene Roboter eingesetzt werden.
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Die Vielfalt von Gestalten von Lagereinheiten und die zugehörigen Greifpositionen daran kann damit auch ohne aufwändige Programmierung / Lernprozesse erfolgen. Stattdessen ist ermöglicht, dass dies selbstständig als „Maschinenlernprozess“ eingerichtet ist, der bevorzugt auf (abgespeicherten) Trainingsbildern aufsetzt, die dann mit den realen Bilddaten im Einsatz verglichen werden. Dabei können folgende Methoden und Hilfsmittel eingesetzt werden:
- Deep Learning:
- Deep Learning, auf Deutsch etwa tiefgehendes Lernen, bezeichnet eine Klasse von Optimierungsmethoden künstlicher neuronaler Netze, die zahlreiche Zwischenlagen (englisch: hidden layers) zwischen Eingabeschicht und Ausgabeschicht haben und dadurch eine umfangreiche innere Struktur aufweisen. In Erweiterungen der Lernalgorithmen für Netzstrukturen mit sehr wenigen oder keinen Zwischenlagen, wie beim einlagigen Perzeptron, ermöglichen die Methoden des Deep Learnings auch bei zahlreichen Zwischenlagen einen stabilen Lernerfolg.
- Neuronales Netz:
- Ein Convolutional Neural Network (CNN oder ConvNet), ist ein künstliches neuronales Netz.
- Es handelt sich um ein von biologischen Prozessen inspiriertes Konzept im Bereich des maschinellen Lernens. Grundsätzlich besteht die Struktur eines klassischen Convolutional Neural Networks aus einem oder mehreren Convolutional Layer, gefolgt von einem Pooling Layer. Diese Einheit kann sich prinzipiell beliebig oft wiederholen, bei ausreichend Wiederholungen spricht man dann von Deep Convolutional Neural Networks, die in den Bereich Deep Learning fallen. Architektonisch können im Vergleich zum mehrlagigen Perzeptron drei wesentliche Unterschiede festgehalten werden:
- - 2D- oder 3D-Anordnung der Neuronen
- - Geteilte Gewichte
- - Lokale Konnektivität
- Reinforcement Learning:
- Bestärkendes Lernen oder verstärkendes Lernen steht für eine Reihe von Methoden des maschinellen Lernens, bei denen ein Agent selbständig eine Strategie erlernt, um erhaltene Belohnungen zu maximieren. Dabei wird dem Agenten nicht vorgezeigt, welche Aktion in welcher Situation die beste ist, sondern er erhält zu bestimmten Zeitpunkten eine Belohnung, die auch negativ sein kann. Anhand dieser Belohnungen approximiert er eine Nutzenfunktion, die beschreibt, welchen Wert ein bestimmter Zustand oder Aktion hat.
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Insbesondere bei der Auswertung der mit der Kamera generierten Bild- oder Videosequenzen kann eines der vorstehend genannten Hilfsmittel eingesetzt werden.
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Insbesondere kann der Lernprozess auch im Betrieb der Vorrichtung weiter fortgesetzt werden.
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Es ist auch möglich, die von der Kamera generierten Bild- oder Videosequenzen über 5G-Mobilfunkstandard und/oder WLAN-Verbindung oder auch eine andere Datenleitung an einen (externen) Server (ggf. auch gestaltet als Auswerteeinheit) zu übermitteln, um dort die Bewegungssteuerung der Greifvorrichtung vorzubereiten bzw. zu veranlassen.
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Eine Fusion der Daten aller Kameras kann eine genaue und robuste Poseneinschätzung und genaue Bewegungsermittlung bereitstellen, damit der angesteuerte Greifer die Lagereinheit sicher greifen kann.
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Vorsorglich sei darauf hingewiesen, dass die Bezeichnung von Elementen mit Zahlwörtern („erste“, „zweite“,...) regelmäßig nur zur Unterscheidung erfolgt und keine Abhängigkeit oder Reihenfolge der Element vorgeben muss. Mit Blick auf die Kameras bedeutet dies beispielsweise, dass deren Anbringung (stationär, mitfahrend) und/oder Ort (an einem Träger, Greifer, etc.) unabhängig von der Bezeichnung frei beziehungsweise entsprechend den technischen Gegebenheiten wählbar ist.
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Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Darstellungen sind schematisch und nicht zur Veranschaulichung von Größenverhältnissen vorgesehen. Die mit Bezug auf einzelne Details einer Figur angeführten Erläuterungen sind extrahierbar und mit Sachverhalten aus anderen Figuren oder der vorstehenden Beschreibung frei kombinierbar, es sei denn, dass sich für einen Fachmann zwingend etwas anderes ergibt, bzw. eine solche Kombination explizit untersagt wird. Es zeigen:
- 1: perspektivisch eine Darstellung der Vorrichtung nach der Erfindung mit einem - aufgebrochen dargestellten - Stützgestell, einer Hub- und Absenkeinheit und einer Ein- und Ausfahranordnung für eine Greifvorrichtung sowie zwei am Stützgestell befestigte Kameras;
- 1 a: Blockschaltbild mit einem Steuergerät, an das zwei Motoren und - über eine Auswerteeinheit - zwei Kameras angeschlossen sind;
- 2: die Vorrichtung gemäß 1 mit Darstellung einer horizontalen Ebene und einer vertikalen Ebene für die Beobachtung durch die Kameras;
- 3: perspektivisch die Greifvorrichtung mit einer Lagereinheit sowie einer an einem Greifelement befestigten dritten Kamera;
- 4: die Vorrichtung gemäß 1, wobei jedoch zwei mitfahrende Kameras an der Greifvorrichtung befestigt sind;
- 5: die Vorrichtung gemäß 1 mit Angabe von Bewegungsrichtungen der Greifvorrichtung, der Höhenverstell-Vorrichtung und der Lagereinheit;
- 6: eine Ausführungsform mit einer um eine senkrechte Achse drehbaren Greifvorrichtung; und
- 7: einen Bildverarbeitungsapparat.
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1 zeigt die prinzipielle Darstellung der hier angegebenen Vorrichtung V zum automatischen Handhaben von Lagereinheiten (LE). Dabei ist als Stützeinrichtung 1 ein quaderförmiges Stützgestell aus miteinander verbundenen Profilstangen vorhanden, das einen Innenraum 5 umschließt. Im Innenraum 5 sind eine Hub- und Absenkeinheit 2 und eine an diese angekoppelte Greifvorrichtung 3 angeordnet, die zum Erfassen, Fördern und Abgeben zumindest einer Lagereinheit (LE, siehe 2), dienen. Die Hub- und Absenkeinheit 2 umfasst eine Trageinheit 10 für die Greifvorrichtung 3. Weiterhin ist im Innenraum 5 eine Höhenverstell-Vorrichtung 4 in Gestalt einer Vertikal-Führungsvorrichtung vorhanden, an der die Greifvorrichtung 3 angekoppelt und mittels der Höhenverstell-Vorrichtung 4 im Innenraum 5 vertikal nach oben und unten bewegbar ist. Oberhalb der Greifvorrichtung 3 ist im Innenraum 5 weiterhin eine von unten bestückbare Speicheranordnung 6 für zumindest eine Lagereinheit (LE) vorhanden. Die Speicheranordnung 6 ist am Stützgestell angebracht und weist eine Halteeinrichtung 7 zum Aufnehmen und Abgeben der zumindest einen Lagereinheit (LE) auf. Mit 18 ist als Motor-Vertikal-Achse (beidseitig) ein erster Motor, mit 19 ist als Motor-Horizontal-Achse ein zweiter Motor, mit 20 als Motor-Greifer-Achse (beidseitig) ein dritter Motor und mit 21 als Motor-Halte-Achse und Speicher-Halte-Achse ein vierter Motor bezeichnet. Die Motoren 18, 19, 20 und 21 arbeiten reversibel. Mit 25 ist ein Schaltschrank und mit 8 eine Ein- und Ausfahranordnung für die Greifvorrichtung 3 bezeichnet.
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Am oberen Endbereich des Stützgerüsts ist an einer Querstrebe 1.1 über ein erstes Halteelement 14.1 das erste Kameragehäuse 14.2 einer ersten Kamera 14 befestigt. Das erste Okular 14.3 der ersten Kamera 14 ist in den Innenraum 5 des Stützgestells gerichtet. Im mittleren Bereich des Stützgestells ist an einer Längsstrebe 1.2 über ein zweites Halteelement 15.1 das zweite Kameragehäuse 15.2 einer zweiten Kamera 15 befestigt. Das zweite Okular 15.3 der zweiten Kamera 15 ist ebenfalls in den Innenraum 5 des Stützgestells gerichtet.
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Die Greifvorrichtung 3 oder Teile der Greifvorrichtung 3, z. B. ein erstes Greifelement 3.1 und ein zweites Greifelement 3.2 (siehe 3), sind relativ zumindest einer Lagereinheit (LE) (siehe 2) bewegbar. Die erste Kamera 14 und die zweite Kamera 15 sind zur Erfassung der Lage mindestens einer Lagereinheit (LE) vorgesehen. Die Kameras 14 und 15 sowie die Kameras 16 und 17 (siehe 4) können 3D-Kameras, Color-Depth (RGB-D)-Kameras oder Standard-Monokular-Kameras sein.
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Nach 1 a stehen die erste Kamera 14 und die zweite Kamera 15 einerseits und ein elektronisches Steuergerät 24 andererseits über eine datenleitende Verbindung 28 mit einer Auswerteeinheit 23 in Verbindung. Weiterhin sind der erste Motor 18 für die Höhenverstell-Vorrichtung 4 und der dritte Motor 20 für die Greifvorrichtung 3 an das Steuergerät 24 angeschlossen. Mit 29 ist ein Sollwertspeicher bezeichnet.
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2 zeigt, dass die erste Kamera 14, z. B. Videokamera, optisch eine horizontale Ebene 26 und die zweite Kamera 15, z. B. Videokamera, optisch eine vertikale Ebene 27 beobachtet. Die Position einer Struktur oder Markierung an der Lagereinheit (LE) wird in den beiden Ebenen 26 und 27 erkannt und die Bewegung der Greifvorrichtung 3 wird in Abhängigkeit von der erkannten Position gesteuert. Ebenso kann die Position der Greifvorrichtung 3 direkt oder anhand von Markierungen erkannt werden und diese mit der erkannten Position an eine Sollposition gefahren werden. Auf diese Weise wird mittels einer Image-Based-Visual-Servoing-Struktur (IBVS) die Stellgröße für die Greifvorrichtung 3 allein und direkt aus Bildinformationen berechnet, wobei das IBVS zur visuellen Regelung der Bewegung der Greifvorrichtung 3 eingerichtet ist. Durch den IBVS-Ansatz kann ggf. auf eine zeitaufwendige Hand-Auge-Kalibrierung verzichtet werden.
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Mit dem IBVS-Ansatz kann auch der Andockvorgang eines Transport-AGVs zur hier vorgestellten Vorrichtung gelenkt werden, insbesondere über Kameras mittels 6DoF-Pose Tracking natürlicher Bildlandmarken (z.B. Ecken oder Textur) und/oder mittels reflektierender Marker auf dem Transport-AGV sowie auf bzw. an der hier vorgestellten Vorrichtung.
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Entsprechend 3 ist eine dritte Kamera 16 am ersten Greifelement 3.1 der Greifvorrichtung 3 befestigt. Hierbei erkennt die dritte Kamera 16 eine Lagereinheit (LE) oder eine Struktur an der Lagereinheit (LE). Die Greifvorrichtung 3 wird so gesteuert, dass sich die erkannte Lagereinheit (LE) oder Struktur im Videobild (und damit im Bezugssystem der Greifvorrichtung 3) in Richtung einer in dem Sollwertspeicher 29 gespeicherten Sollposition bewegt. Die dritte Kamera 16 beobachtet eine vertikale Ebene 27.
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Gemäß 4 sind die dritte Kamera 16 und eine vierte Kamera 17 an der Greifvorrichtung 3 angebracht. Hierbei beobachtet die an dem ersten Greifelement 3.1 befestigte fünfte Kamera 38 eine vertikale Ebene 27. Die an einem Querträger 9 der Greifvorrichtung 3 befestigte vierte Kamera 17 beobachtet eine horizontale Ebene 26. Mit 12.1 ist eine erste Fördereinrichtung und mit 12.2 ist eine zweite Fördereinrichtung für die Lagereinheit (LE) bezeichnet, die als Rollgang ausgebildet sein können.
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In 5 ist die Vorrichtung V gemäß 1 mit Angabe von Bewegungsrichtungen der Greifvorrichtung 3, der Höhenverstell-Vorrichtung 4 und der Lagereinheit (LE) dargestellt. Im Innenraum 5 ist die Höhenverstell-Vorrichtung 4 als Bestandteil der Hub- und Absenkeinheit 2 vorhanden. Der Fahrweg der Vertikal-Achse der Höhenverstell-Vorrichtung 4 ist mit den Pfeilen A (abwärts) und B (aufwärts) bezeichnet. Dadurch wird die an die Höhenverstell-Vorrichtung 4 angekoppelte Greifvorrichtung 3 im Innenraum 5 in Richtung der Pfeile C (abwärts) bzw. D (aufwärts) bewegt. Die Hub- und Absenkeinheit 2 umfasst insbesondere die Höhenverstell-Vorrichtung 4 und den ersten Motor 18 (siehe 1). Die Höhenverstell-Vorrichtung 4 kann als mechanische oder elektromagnetische Linearführung ausgebildet sein. Mit den Pfeilen E und F sind die senkrechten Bewegungsrichtungen der Lagereinheit (LE) im Innenraum 5 bezeichnet. Am unteren Ende des Innenraums 5 befindet sich ein Aufnahmeraum 13 mit einer Aufnahmefläche 13.1 für eine Lagereinheit. Die Greifvorrichtung 3 umfasst ein erstes Greifelement 3.1 und ein zweites Greifelement 3.2, die zum Greifen in Richtung der Pfeile G und H und zum Öffnen in Richtung der Pfeile I und K bewegbar sind. Die Greifvorrichtung 3 (Ladegreifer) ist - in Bezug auf den Innenraum 5 - in Richtung des Pfeils M ausfahrbar und in Richtung des Pfeils L einfahrbar, z. B. mit einer Linearführung als Bestandteil der Ein- und Ausfahranordnung 8.
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Nach 6 ist eine Ausführungsform vorgesehen, bei der der Querträger 9 der Greifvorrichtung 3 an einem um eine senkrechte Achse drehbaren Drehstab 30 angebracht ist, der durch einen fünften Motor 22 in Richtung der Pfeile O und P drehbar ist. Am ersten Greifelement 3.1 ist eine erste Markierung 31.1 und am zweiten Greifelement 3.2 ist eine zweite Markierung 31.2 angebracht. Die Greifvorrichtung 3 kann durch eine (nicht dargestellte) Versatzvorrichtung seitlich horizontal in Richtung der Pfeile Q und R bewegt werden.
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Die Greifvorrichtung 3 weist hier vier Kameras auf, welche teilweise stationär oder mitfahrend ausgeführt sind. Oben befindet sich eine erste Kamera 14, welche (stationär bzw. ortsfest) an einer geeigneten Halterung angeordnet ist und vertikal nach unten schaut. An einem der Greifelemente, hier an dem (linken) Greifelement, ist (mitfahrend) eine dritte Kamera 16 vorgesehen, die horizontal seitlich schaut. Weiter ist eine vierte Kamera 17 vorgesehen, die an dem Querträger 9 (mitfahrend) befestigt ist und horizontal nach vorne schaut. Schließlich ist auch noch eine fünfte Kamera 38 vorgesehen, die an dem Querträger 9 (mitfahrend) befestigt ist und vertikal (ggf. schräg) nach unten schaut.
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7 veranschaulicht schematisch einen Aufbau eines mit einer Kamera 14 zusammenwirkenden Bildverarbeitungsapparats 32. Dieser umfasst einen Datenspeicher 33 für Abbilder, eine Erkennungseinrichtung 34 für mindestens einen Marker oder Struktur/Geometriemerkmale der KLTs (hier zusammen auch als „Landmarke“ bezeichnet) auf einem (zwischengespeicherten) Abbild, eine Erfassungseinrichtung 35 für zumindest einen Landmarken-Formparameter oder einen Landmarken-Lageparameter der Landmarke aus dem Abbild, eine Bewertungseinrichtung 36 für zumindest einen Landmarken-Formparameter oder einen Landmarken-Lageparameter.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stützeinrichtung
- 1.1
- Querstrebe
- 1.2
- Längsstrebe
- 2
- Hub- und Absenkeinheit
- 3
- Greifvorrichtung
- 3.1
- erstes Greifelement
- 3.2
- zweites Greifelement
- 4
- Höhenverstell-Vorrichtung
- 5
- Innenraum
- 6
- Speicheranordnung
- 7
- Halteeinrichtung
- 8
- Ein- und Ausfahranordnung
- 9
- Querträger
- 10
- Trageinheit
- 11.1
- erste Öffnung
- 11.2
- zweite Öffnung
- 12.1
- erste Fördereinrichtung
- 12.2
- zweite Fördereinrichtung
- 13
- Aufnahmeraum
- 13.1
- Aufnahmefläche
- 14
- erste Kamera
- 14.1
- erstes Halteelement
- 14.2
- erstes Kameragehäuse
- 14.3
- erstes Okular
- 15
- zweite Kamera
- 15.1
- zweites Halteelement
- 15.2
- zweites Kameragehäuse
- 15.3
- zweites Okular
- 16
- dritte Kamera
- 17
- vierte Kamera
- 18
- erster Motor
- 19
- zweiter Motor
- 20
- dritter Motor
- 21
- vierter Motor
- 22
- fünfter Motor
- 23
- Auswerteeinheit
- 24
- Steuergerät
- 25
- Schaltschrank
- 26
- horizontale Ebene
- 27
- vertikale Ebene
- 28
- datenleitende Verbindung
- 29
- Sollwertspeicher
- 30
- Drehstab
- 31.1
- erste Markierung
- 31.2
- zweite Markierung
- 32
- Bildverarbeitungsapparat
- 33
- Datenspeicher
- 34
- Erkennungseinrichtung
- 35
- Erfassungseinrichtung
- 36
- Bewertungseinrichtung
- 37
- Ausgabeeinrichtung
- 38
- fünfte Kamera
- V
- Vorrichtung zur Handhabung von Lagereinheiten (LE)
- LE
- Lagereinheit, Lagereinheiten
- A bis R
- Bewegungsrichtungen
