DE102020201683A1

DE102020201683A1 - Kollaborierender Schwarm aus mobilen Frachtladerobotern für den Transport von Frachtstücken zur automatischen Beladung und/oder Entladung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102020201683A1
Application number: DE102020201683.6A
Authority: DE
Inventors: Rainer Hadamek; Thomas Grabow
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2020-02-11
Filing date: 2020-02-11
Publication date: 2021-08-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen kollaborierender Schwarm aus einer Vielzahl von mobilen Frachtladerobotern für den Transport von Frachtstücken zur automatischen Beladung und/oder Entladung eines Fahrzeugs. Die Frachtladeroboter umfassen jeweils eine Kommunikationseinheit zur Datenkommunikation des jeweiligen Frachtladeroboters mit den übrigen Frachtladerobotern über ein drahtloses Schwarmnetzwerk; ein Navigationssystem zur Positionsbestimmung in einem Ladebereich des Fahrzeugs und zur Routenbestimmung; ein Sensorsystem zur Erfassung von Identifikationsdaten der Frachtstücke; ein Greifsystem zum Greifen und Halten der Frachtstücke; und eine Steuereinrichtung zur Steuerung des jeweiligen Frachtladeroboters in Kommunikation mit den übrigen Frachtladerobotern über das Schwarmnetzwerk, wobei die Identifikationsdaten eines erfassten Frachtstücks ausgewertet werden und basierend auf den ausgewerteten Identifikationsdaten eine Ladestrategie für das erfasste Frachtstück bestimmt wird, gemäß derer zumindest einer der Frachtladeroboter das erfasste Frachtstück an einem Startort aufnimmt, entlang einer Laderoute durch den Ladebereich transportiert und an einem Zielort abgibt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen kollaborierender Schwarm aus einer Vielzahl von mobilen Frachtladerobotern für den Transport von Frachtstücken zur automatischen Beladung und/oder Entladung eines Fahrzeugs.
Obwohl in vielfältigen Anwendungen einsetzbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf Passagierflugzeuge näher erläutert. Die beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen können jedoch ebenso in unterschiedlichen Fahrzeugen und in allen Bereichen der Transportindustrie, beispielsweise für Straßenfahrzeuge, für Schienenfahrzeuge, für Luftfahrzeuge oder für Wasserfahrzeuge eingesetzt werden.
Der Luftverkehr nimmt in den letzten Jahrzehnten weltweit immer weiter zu. Um das damit ständig wachsende Passagieraufkommen zu bewältigen und Kapazitätsengpässe bei der Abfertigung an den Flughäfen zu vermeiden, ist es essentiell, dass unter anderem auch die Beladung der Flugzeuge mit Frachtgut, insbesondere mit dem Gepäck der Passagiere, so schnell und effizient wie möglich abläuft.
In aktuellen Beladungssystemen kommen mitunter Frachtladesystem zum Einsatz, die in mehr oder weniger automatisierter Weise eine Beladung des Flugzeugs mit Frachtgut umsetzen. Nichtsdestotrotz werden insbesondere die Gepäckstücke der Passagiere häufig noch händisch in einem Abfertigungsbereich des Flughafens auf Transportwagen geladen und von dort am Flugzeug ebenfalls wieder händisch entladen und in den Frachtraum des Flugzeugs verbracht.
Die Druckschrift DE 10 2015 216 272 A1 beschreibt einen modularen Roboter-Bausatz, eine Schwarm modularisierter Roboter und ein Verfahren zum Erledigen von Aufgaben durch einen Schwarm modularisierter Roboter.
Die Druckschrift US 2010/0094459 A1 beschreibt ein System zur Kooperation einer Vielzahl von Robotern.
Die Druckschrift US 2014/0309809 A1 beschreibt ein selbstfahrendes Palettenfahrzeug.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Lösungen für eine möglichst effiziente Beladung eines Fahrzeugs mit Frachtstücken zu finden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen kollaborierender Schwarm aus einer Vielzahl von mobilen Frachtladerobotern mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Demgemäß ist ein kollaborierender Schwarm aus einer Vielzahl von mobilen Frachtladerobotern für den Transport von Frachtstücken zur automatischen Beladung und/oder Entladung eines Fahrzeugs vorgesehen. Die Frachtladeroboter umfassen jeweils eine Kommunikationseinheit, welche zur Datenkommunikation des jeweiligen Frachtladeroboters mit den übrigen Frachtladerobotern über ein drahtloses Schwarmnetzwerk ausgebildet ist; ein Navigationssystem, welches zur Positionsbestimmung des jeweiligen Frachtladeroboters in einem Ladebereich des Fahrzeugs und zur Routenbestimmung für eine Bewegung des jeweiligen Frachtladeroboters von einem Startort an einen Zielort innerhalb des Ladebereichs ausgebildet ist; ein Sensorsystem, welches zur Erfassung von Identifikationsdaten der Frachtstücke sowie zur Erfassung der übrigen Frachtladeroboter und des Ladebereichs ausgebildet ist; ein Greifsystem, welches zum Greifen und Halten der Frachtstücke ausgebildet ist; und eine Steuereinrichtung, welche zur Steuerung des jeweiligen Frachtladeroboters in Kommunikation mit den übrigen Frachtladerobotern über das Schwarmnetzwerk ausgebildet ist, wobei die Identifikationsdaten eines erfassten Frachtstücks ausgewertet werden und basierend auf den ausgewerteten Identifikationsdaten eine Ladestrategie für das erfasste Frachtstück bestimmt wird, gemäß derer zumindest einer der Frachtladeroboter das erfasste Frachtstück an dem Startort aufnimmt, entlang einer Laderoute durch den Ladebereich transportiert und an dem Zielort abgibt.
Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, den Ladevorgang eines Fahrzeugs, z.B. die Gepäckbeladung eines Passagierflugzeugs, vollständig zu automatisieren, indem ein Schwarm aus autonom agierenden Frachtladerobotern zum Transport der Frachtstücke eingesetzt wird. Beispielsweise können einer oder mehrere Frachtladeroboter ein Frachtstück an einem Startort aufnehmen, z.B. in einem Abfertigungsgebäude eines Flughafens und/oder von einem Transportwagen, dieses entlang einer Laderoute transportieren, z.B. über ein Flugfeld, und an einem gewünschten Zielort ablegen, z.B. auf ein Förderband eines Flugzeugbeladungssystems und/oder direkt in einen Frachtraum eines Flugzeugs. In einer konkreten Anwendung können Frachtladeroboter beispielsweise je nach Gewicht gemeinsam oder einzeln einen Koffer von einem Transportwagen aufnehmen, welcher neben einem zu beladenden Flugzeug geparkt sein kann, von dort in das Flugzeug hineintragen und anschließend in einem Frachtraum des Flugzeugs ablegen.
Prinzipiell wird dem Fachmann klar sein, dass Frachtladeroboter gemäß der Erfindung nicht nur Gepäck, sondern auch beliebige andere Frachtgüter transportieren können. Allgemein können die Frachtladeroboter der Erfindung einzelne Gepäckstücke, Kartons, Container, Werkzeuge und andere Ausrüstung greifen, tragen, bewegen sowie an einer bestimmten Position ablegen, stapeln und/oder übergeben (z.B. an weitere Roboter oder andere Transportvorrichtungen). Die Aufnahme und Abgabe der Frachtgüter kann hierbei in und außerhalb von Gebäuden oder Fahrzeugen durchgeführt werden.
Um ihre Aufgabe zu erfüllen sind die Frachtladeroboter mit einem Navigationssystem und entsprechender Sensorik ausgestattet, um ein Ziel anzusteuern, Hindernissen auszuweichen und die Frachtgüter zu erfassen und deren Identifikationsdaten aufzunehmen. In einem einfachen Beispiel können die Frachtladeroboter hierzu RFID oder andere auf elektromagnetischen Wellen basierende Technologien für Sender-Empfänger-Systeme zum automatischen und berührungslosen Identifizieren und Lokalisieren von Objekten verwenden. Die Frachtgüter können in diesem Fall entsprechende passive oder aktive Transponder und ferner einen Datenspeicher aufweisen, welcher über den Transponder durch die Frachtladeroboter ausgelesen werden kann. Beispielsweise kann ein derartiger Datenspeicher unterschiedliche charakterisierende Merkmale des Frachtstücks speichern, z.B. eine Priorität und ein Transportziel eines Gepäckstücks. Es versteht sich, dass der Fachmann unterschiedliche Sensorsysteme verwenden kann, z.B. optische Technologien basierend auf Kameras, Ultraschall, Infrarot usw.
Um den Transport- und Ladevorgang miteinander abzustimmen, sind die Frachtladeroboter mit einer Kommunikationseinheit zur Datenkommunikation über ein drahtloses Schwarmnetzwerk ausgebildet. Hier kann prinzipiell jede geeignete drahtlose Kommunikationstechnologie eingesetzt werden, z.B. drahtloses lokale Funknetzwerke wie WLAN oder dergleichen. Navigation und Kommunikation können generell sämtliche bekannte und geeignete Technologien bzw. Standards nutzen einschließlich GPS, Bluetooth, LTE, 5G usw.
Zum Greifen, Halten und Transportieren der Frachtgüter umfassen die Frachtladeroboter ein entsprechendes Greifsystem mit einem oder mehreren Greifarmen oder anderer entsprechender geeigneter Aktoren bzw. Effektoren.
Für die Aufstellung der Ladestrategie und die Kollaboration mit den übrigen Frachtladerobotern weist jeder Roboter eine Steuereinrichtung auf, z.B. ein Mikroprozessor samt Datenspeicher und entsprechender Software für die Steuerung des Roboters. Für die Steuerung der Roboter kann hierzu bekannte Algorithmik aus dem Bereich des maschinellen Lernens und der künstlichen Intelligenz zur Anwendung kommen. Auf Basis entsprechender Software und Hardware können die Roboter im Zusammenspiel autonom entscheiden, welches Frachtstück wie und von wie vielen Robotern zu transportieren ist und in welcher Reihenfolge die einzelnen Schritte zu erfolgen haben, wo und wie das Frachtstück abzuladen ist usw. Die hierzu notwendigen Berechnungen können dezentral in Kooperation durch die Steuereinrichtungen der Frachtladeroboter durchgeführt werden. Prinzipiell kann es jedoch ebenso vorgesehen sein, dass einer der Frachtladeroboter zumindest zeitweise die übrigen Frachtladeroboter kommandiert.
Beispielsweise können die Frachtladeroboter gemeinsam entscheiden, wieviele Roboter zum Transport eines bestimmten Frachtstücks einzusetzen sind und an welchen Punkten die beteiligten Roboter das Frachtstück erfassen sollen, damit der Schwerpunkt des transportierten Frachtstücks stabil gelagert ist. Prinzipiell kann es sogar möglich sein, dass die Frachtladeroboter übereinander klettern, Rampen bauen etc. um eine Ladestrategie auf die vorhandenen Umstände möglichst optimal anzupassen.
In einer konkreten Anwendung kann einer der Frachtladeroboter beispielsweise über das Schwarmnetzwerk eine Information erhalten, dass an einem bestimmten Startort Frachtstücke abzuholen sind. Beispielsweise kann ein Transportwagen mit Gepäckstücken auf einem Landefeld eines Flugzeugs eingetroffen sein, wobei die Gepäckstücke nun in das Flugzeug einzuladen sind. In einem anderen Beispiel kann sich der Startort in einem Gepäcklager in einer Abfertigungshalle befinden. Der bestimmte Frachtladeroboter bewegt sich nun zu diesem Startort und erfasst dort die Identifikationsdaten des oder der Frachtstücke und kann diese ggf. auf Richtigkeit überprüfen bzw. diese ergänzen. Anschließend kann der jeweilige Frachtladeroboter diese Daten über das Schwarmnetzwerk mit den übrigen Frachtladerobotern teilen, sodass der Verbund gemeinsam entscheiden kann, wieviel Roboter notwendig sind, um die Frachtstücke zu verladen. Prinzipiell ist es natürlich ebenso möglich, dass der erstgenannte Frachtladeroboter bereits eigenständig eine Verladung des Frachtstücks in die Wege leitet.
In jedem Fall wird eine entsprechende Ladestrategie mit entsprechender Laderoute und Ladereihenfolge (im Falle von mehreren Frachtstücken) aufgestellt und anschließend umgesetzt, wobei entsprechende Softwarealgorithmen ausgeführt werden können, um einen optimalen Verladeprozess für die gegebenen Umstände umzusetzen.
Im Falle eines technischen Fehlers oder Ausfalls einer der Roboter kann dies durch die übrigen Roboter wahrgenommen werden und eine entsprechende Situationsanalyse aufgestellt werden, um die Ladestrategie entsprechend anzupassen. Beispielsweise kann ein weiterer Frachtladeroboter kommandiert werden, den Platz des fehlerhaften Roboters einzunehmen.
In der Summe kann die Effizienz eines Ladeprozesses eines Fahrzeugs mit Hilfe der vorliegenden Erfindung in erheblichem Maße verbessert werden, ohne dass relevante technische Änderungen an einer bereits vorhandenen Infrastruktur eines Fahrzeugs, eines Frachtraums, eines Flughafenterminals (bzw. Bahnhofs, Hafens usw.) und der weiteren Ausrüstung notwendig ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
Gemäß einer Weiterbildung können die Identifikationsdaten eine Gestalt, eine Größe, eine Gewichtsverteilung, ein Gesamtgewicht und/oder einen Frachtstücktyp des erfassten Frachtstücks umfassen. Die Ladestrategie kann basierend auf den Identifikationsdaten festlegen, wie viele Frachtladeroboter das erfasste Frachtstück gemeinsam transportieren und/oder an welchen Greifpunkten der zumindest eine Frachtladeroboter das Frachtstück greift.
Beispielsweise können diese oder weitere Identifikationsdaten von dem jeweiligen Frachtladeroboter aus einem an dem Frachtstück befindlichen Datenspeicher, z.B. einem RFID-Tag oder dergleichen, ausgelesen werden. Prinzipiell ist es natürlich ebenso möglich, dass die entsprechenden Daten aus einer Datenbank ausgelesen werden (z.B. über das Schwarmnetzwerk) und lediglich einen Kennung des Frachtstücks erfasst wird, die eine eindeutige Identifikation des Frachtstücks möglich macht, anhand derer weitere vorhandene Daten über das entsprechende Frachtstück akquiriert werden können.
Andererseits können die Frachtladeroboter auch spezielle Sensorik aufweisen, die es ihnen erlaubt diese Daten direkt vor Ort zu bestimmen. Beispielsweise kann jeder Frachtladeroboter ein Kamerasystem umfassen, mit dessen Hilfe die äußere Gestalt des Frachtstücks analysiert und bestimmt werden kann, z.B. eine integrierte IR-Kamera.
Gemäß einer Weiterbildung können die Identifikationsdaten weiterhin eine Transportpriorität und/oder ein Transportziel umfassen. Die Ladestrategie können basierend auf den Identifikationsdaten eine Ladereihenfolge der Frachtstücke festlegen.
Beispielsweise können bestimmte Frachtstücke eine hohe Transportpriorität aufgrund bestimmter Sicherheits- oder Dringlichkeitsanforderungen haben, sodass diese Frachtstücke vorrangig transportiert bzw. verladen werden.
Gemäß einer Weiterbildung können die Frachtladeroboter jeweils weiterhin eine Wiegeeinrichtung umfassen. Die Wiegeeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, das Gewicht des erfassten Frachtstücks zu bestimmen.
Das Gewicht eines Frachtstücks kann somit von den Frachtladerobotern direkt vor Ort bestimmt bzw. überprüft werden. Beispielsweise kann es vorkommen, dass ein tatsächliches Gewicht eines Frachtstücks von einem angegebenen Gewicht (z.B. auf einem RFID-Tag) abweicht. Um auf derartige Fälle möglichst umfassend und in-situ reagieren zu können, können die Frachtladeroboter entsprechende Wiegeeinrichtungen umfassen. Derartig kann vor Ort entschieden werden, wie genau das Frachtstück zu transportieren und verladen ist.
Gemäß einer Weiterbildung kann ferner eine zentrale Rechnereinrichtung vorgesehen sein. Die zentrale Rechnereinrichtung kann zum Austausch von Steuerdaten kommunikativ mit den Steuereinrichtungen der Frachtladeroboter über das Schwarmnetzwerk verbunden sein. Die zentrale Rechnereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, die Ladestrategie basierend auf den Steuerdaten festzulegen und die Frachtladeroboter entsprechend zur Durchführung der Ladestrategie zu kommandieren.
Eine derartige Rechnereinrichtung kann beispielsweise bodenfest an einer Abfertigungshalle, einem Terminal, einem Hafengebäude oder dergleichen installiert sein, z.B. als Bestandteil eines Computersystems, um die Berechnungen des Schwarms der Frachtladeroboter zu unterstützen und/oder mehr oder weniger zu übernehmen. Die entsprechenden Steuerdaten der einzelnen Frachtladeroboter können hier gesammelt, harmonisiert, analysiert und gespeichert werden. Beispielsweise kann eine derartige Rechnereinrichtung die Roboter hinsichtlich Rechenleistung entlasten, sodass deren Steuereinrichtungen beispielsweise mit geringerer Kapazität ausgelegt werden können, um Kosten und Gewicht einzusparen.
Es versteht sich hierbei, dass eine derartige Rechnereinrichtung nicht notwendigerweise vorhanden sein muss. So können die Frachtladeroboter auch eigenständig durch Austausch von Steuerdaten zwischen ihren Steuereinrichtungen agieren und sich abstimmen. Dies kann dezentral erfolgen, indem die Frachtladeroboter weitestgehend eigenständig agieren und sich lediglich mit den anderen Robotern abstimmen. Alternativ kann jedoch ebenso eine zentralisierte Steuerung vorgesehen sein, in welche einer der Frachtladeroboter als zentrale Kommandostelle fungiert, der die übrigen Frachtladeroboter untergeordnet sind und von der diese entsprechende Kommandos erhalten.
Gemäß einer Weiterbildung können die Frachtladeroboter jeweils weiterhin einen elektrischen Antrieb und einen Energiespeicher umfassen. Der Energiespeicher kann dazu ausgebildet sein, elektrische Energie zum Betrieb des elektrischen Antriebs in wiederaufladbarer Weise zu speichern.
Hierbei können die Frachtladeroboter in autonomer Weise einen Ladezustand ihres Energiespeichers überwachen, um ggf. selbstständig eine Aufladung an einer entsprechenden Ladestation in die Wege leiten zu können. Sobald der Energiespeicher wieder aufgeladen ist, kann der jeweilige Frachtladeroboter wieder in den Ladevorgang eingebunden werden. In der Zwischenzeit kann der jeweilige Frachtladeroboter durch einen ausreichend aufgeladenen Frachtladeroboter ersetzt werden.
Beispielsweise kann der Ladebereich hierzu eine Aufladestation zum Wiederaufladen der Energiespeicher der Frachtladeroboter aufweisen. Die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, den jeweiligen Frachtladeroboter zum Wiederaufladen an die Aufladestation zu kommandieren, wenn die gespeicherte elektrische Energie in dem Energiespeicher des jeweiligen Frachtladeroboters unter einen vorgegebenen Grenzwert fällt. Die Ladestrategie kann einen Aufladezustand der Frachtladeroboter berücksichtigen.
Gemäß einer Weiterbildung kann das Sensorsystem weiterhin zur Erfassung von Hindernissen in dem Ladebereich ausgebildet sein. Die Laderoute der Ladestrategie kann erfasste Hindernisse berücksichtigen.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

1 schematische perspektivische Ansicht eines kollaborierenden Schwarms von Frachtladerobotern zum Beladen eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
2 einen Frachtladeroboter aus dem Schwarm in 1.

Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines kollaborierenden Schwarms 10 von Frachtladerobotern 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zum Beladen eines Fahrzeugs 100. Einer der Frachtladeroboter 1 ist in 2 im Detail dargestellt.
Bei dem Fahrzeug 100 in 1 handelt es sich um ein Passagierflugzeug, welches an einem Flughafenterminal 107 zur Abfertigung geparkt ist. Der Schwarm 10 aus Frachtladerobotern 1 übernimmt in dieser beispielhaften Ausführung der Erfindung die Beladung des Passagierflugzeugs in vollautomatischer Weise. Hierzu sind die Frachtladeroboter 1 als autonome, bodengebundene Roboter ausgebildet, welche sich mit Hilfe eines elektrischen Antriebs 8 in einem Ladebereich 101 des Flughafenterminals 107 fortbewegen können.
Jeder Frachtladeroboter 1 umfasst hierbei eine Kommunikationseinheit 2, welche zur Datenkommunikation des jeweiligen Frachtladeroboters 1 mit den übrigen Frachtladerobotern 1 über ein drahtloses Schwarmnetzwerk 11 ausgebildet ist. Bei dem drahtlosen Schwarmnetzwerk 11 kann es sich beispielsweise um ein drahtloses Funknetzwerk handeln, z.B. WLAN, WiMAX oder dergleichen. Die Frachtladeroboter 1 stehen über dieses Schwarmnetzwerk 11 ebenfalls mit einer zentralen Rechnereinrichtung 104 des Flughafenterminals 107 in Verbindung.
Die Frachtladeroboter 1 umfassen weiterhin ein Navigationssystem 3, welches zur Positionsbestimmung des jeweiligen Frachtladeroboters 1 in dem Ladebereich 101 und zur Routenbestimmung für eine Bewegung des jeweiligen Frachtladeroboters 1 von einem Startort an einen Zielort innerhalb des Ladebereichs 101 ausgebildet ist. Eine derartige Laderoute von einem Startort zu einem Zielort kann beispielsweise eine Bewegung des jeweiligen Frachtladeroboters 1 zu einem mit Frachtstücken 12 beladenen Transportwagen 105 beinhalten, wo der Frachtladeroboter 1 eines oder mehrere Frachtstücke 12 identifiziert, ggf. aufnimmt und zu und/oder in einen Frachtraum 102 des Fahrzeugs 100 transportiert. Hierzu kann das Navigationssystem 3 beispielsweise GPS oder ein anderes bekanntes Positionsbestimmungssystem verwenden.
Die Frachtladeroboter 1 umfassen weiterhin ein Sensorsystem 4, welches zur Erfassung von Identifikationsdaten der Frachtstücke 12 sowie zur Erfassung der übrigen Frachtladeroboter 1 und des Ladebereichs 101 ausgebildet ist. Hierbei kann das Sensorsystem 4 weiterhin ebenso Hindernisse auf der Laderoute ausmachen, um Kollisionen zu vermeiden. Für das Sensorsystem 4 kommen prinzipiell unterschiedliche Lösungen in Frage, wie sie beispielsweise aus der Robotik oder dem autonomen Fahren bekannt sind, z.B. Ultraschall, Radar, Lidar, IR-Kameras, 360°-Kameras, RFID, Bewegungssensoren usw. Beispielsweise kann jeder Frachtladeroboter 1 einen RFID-Transponder aufweisen, der einen entsprechenden RFID-Tag oder Transponder an den Frachtstücken 12 auslesen kann, um das jeweilige Frachtstück 12 zu identifizieren.
Weiterhin umfasst jeder Frachtladeroboter 1 ein Greifsystem 5, welches zum Greifen und Halten der Frachtstücke 12 ausgebildet ist und hierzu entsprechende Aktorik bzw. Effektorik aufweist. In der Ausführung in 2 weist der Frachtladeroboter 1 rein beispielhaft zwei Greifarme auf, mit Hilfe derer er ein Gepäckstück 12 greifen und tragen kann. Der Frachtladeroboter 1 umfasst weiterhin eine Wiegeeinrichtung 7, welche mit dem Greifsystem 5 dazu gekoppelt ist, das Gewicht eines aufgenommenen Frachtstücks 12 zu bestimmen. Diese Information kann beispielsweise dazu genutzt werden, um das tatsächliche Gewicht mit einem angegebenen Gewicht abzugleichen, sodass ein Lagerort für das jeweilige Frachtstück 12 in dem Frachtraum 102 des Fahrzeugs 100 ggf. angepasst werden kann.
Jeder Frachtladeroboter 1 wird von einer Steuereinrichtung 6 gesteuert, z.B. ein Mikroprozessor oder ähnlich. Die Steuereinrichtung 6 jedes Frachtladeroboters 1 steht hierbei über das Schwarmnetzwerk 11 in Kommunikation mit den übrigen Frachtladerobotern 1 sowie der zentralen Rechnereinrichtung 104. Hierbei sind unterschiedliche Ausführungen in der Steuerung des Schwarms 10 denkbar. Beispielsweise können die Frachtladeroboter 1 als völlig autonome Einheiten agieren, wobei die zentrale Rechnereinrichtung 104 lediglich zur Sammlung und Archivierung der anfallenden Daten dienen kann, sowie um Rechenleistung zur Verfügung zu stellen. In einer anderen Variante kann die zentrale Rechnereinrichtung 104 ebenso dazu ausgebildet sein, eine Ladestrategie für die Frachtladeroboter 1 basierend auf den Steuerdaten festzulegen und die Frachtladeroboter 1 entsprechend zur Durchführung der Ladestrategie zu kommandieren. Prinzipiell kann die jeweils verwendete Steuer- und Regelstrategie für den Schwarm 10 situations- und/oder anwendungsbedingt angepasst werden.
Unabhängig davon, ob die Steuerung des Schwarms 10 zentral oder dezentral erfolgt, werden die erfassten Identifikationsdaten der Frachtstücke 12 ausgewertet und anschließend eine Ladestrategie für die jeweiligen Frachtstücke 12 bestimmt, gemäß derer zumindest einer der Frachtladeroboter 1 das jeweilige Frachtstück 12 an dem Startort aufnimmt, entlang der Laderoute durch den Ladebereich 101 transportiert und an dem Zielort abgibt.
In dem Beispiel der 1 kann beispielsweise der folgende Ablauf stattfinden. Zunächst wird das Fahrzeug 100 für die Abfertigung freigegeben. Sobald ein Transportwagen 105 mit dem Frachtgut antrifft, z.B. dem Gepäck der Passagiere, werden einer oder mehrere Frachtladeroboter 1 zu dem Transportwagen 105 kommandiert bzw. diese bewegen sich eigenständig dorthin. An dem Transportwagen 105 werden die Frachtstücke 12 von den Frachtladerobotern 1 erfasst und identifiziert.
Hierbei werden Identifikationsdaten aufgenommen, welche beispielsweise eine Gestalt, eine Größe, eine Gewichtsverteilung, ein Gesamtgewicht, einen Frachtstücktyp, eine Transportpriorität und/oder ein Transportziel oder dergleichen des erfassten Frachtstücks 12 umfassen können. Die Identifikationsdaten können hierbei einerseits unmittelbar in-situ durch entsprechende Sensorik des jeweiligen Frachtladeroboters 1 aufgenommen werden, z.B. das Gewicht des Frachtstücks 12 durch eine Wiegeeinrichtung oder die äußere Gestalt und Abmessungen des Frachtstücks 12 durch ein Kamerasystem. Andererseits können die Identifikationsdaten ebenso aus einem Datenspeicher 13 ausgelesen werden, z.B. einem RFID-Tag an dem jeweiligen Frachtstück 12 oder einem dezentralen Cloud-Speicher, dem Internet usw. Beispielsweise kann das Frachtstück 12 in letzterem Fall lediglich eine ID-Kennung aufweisen, welche dann mit einem Beladungsplan abgeglichen werden kann.
Auf Basis der erfassten Identifikationsdaten wird nun eine Ladestrategie für das jeweilige Frachtstück 12 festgelegt (direkt unmittelbar durch den Frachtladeroboter 1 oder in vorheriger Abstimmung mit den übrigen Frachtladerobotern 1 bzw. der zentralen Rechnereinrichtung 104). Die Ladestrategie legt hierbei unter anderem basierend auf den erfassten Identifikationsdaten fest, wie viele Frachtladeroboter 1 das erfasste Frachtstück 12 gemeinsam transportieren und/oder an welchen Greifpunkten der zumindest eine Frachtladeroboter 1 das Frachtstück 12 greift. Weiterhin kann die Ladestrategie basierend auf den Identifikationsdaten eine Ladereihenfolge der Frachtstücke 12 festlegen.
Beispielsweise kann es im Falle eines schweren Gepäckstücks notwendig sein, dass mehrere der Frachtladeroboter 1 das Frachtstück 12 gemeinsam tragen. Ebenso kann es notwendig oder zumindest vorteilhaft sein, wenn die Haltepunkte des Frachtstücks 12 entsprechend optimal gewählt werden, um das Frachtstück 12 stabil und sicher transportieren zu können, z.B. im Falle von sensiblen Frachtstücken 12 und/oder Gefahrgut oder ähnlich.
Die Frachtstücke 12 werden nun eines nach dem anderen oder gleichzeitig durch den Schwarm 10 der Frachtladeroboter 1 zu dem Frachtraum 102 des Fahrzeugs 100 verbracht. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass die Frachtladeroboter 1 nicht nur auf dem Flugfeld agieren, sondern ebenfalls den Frachtraum 102 des Fahrzeugs 100 betreten und direkt selber beladen können. Anders formuliert kann sich der Ladebereich 101 in und außerhalb des Frachtraums 102 erstrecken. Ebenso kann es vorgesehen sein, dass die Frachtladeroboter 1 die Frachtstücke 12 lediglich für die Beladung des Frachtraums 102 bereitstellen, beispielsweise indem die Frachtstücke 12 von den Frachtladerobotern 1 auf einem Transportband 106 abgestellt werden, welches diese dann in den Frachtraum 102 weitertransportiert.
Die Frachtladeroboter 1 agieren in dem Schwarm 10 ähnlich zu Bienen- oder Ameisenvölkern in autonomer Weise. Entsprechende Algorithmik aus dem Bereich der Optimierung, des maschinellen Lernens und der künstlichen Intelligenz kann verwendet werden, um die Beladung des Frachtstücke 12 in hocheffizienter Weise abzuwickeln. Ausfälle einzelner Frachtladeroboter 1 können dabei ohne weiteres abgefangen werden, indem der jeweilige Frachtladeroboter 1 vorübergehend oder dauerhaft durch einen anderen Frachtladeroboter 1 ersetzt wird. Dies kann auch jederzeit während des Betriebs vonstattengehen.
Ebenso kann ein Ladezustand der Energiespeicher 9 der Frachtladeroboter 1 berücksichtigt werden. Zur Aufladung der Frachtladeroboter 1 umfasst der Ladebereich 101 in dem vorliegenden Beispiel eine Aufladestation 103 zum Wiederaufladen der Energiespeicher 9 der Frachtladeroboter 1. Die Ladestrategie kann nun einen Aufladezustand der Frachtladeroboter 1 berücksichtigen. Beispielsweise kann ein Frachtladeroboter 1 zum Wiederaufladen an die Aufladestation 103 kommandiert werden, wenn die gespeicherte elektrische Energie in dem Energiespeicher 9 des jeweiligen Frachtladeroboters 1 unter einen vorgegebenen Grenzwert fällt.
Die Frachtladeroboter 1 können beispielsweise mit Rädern zur Fortbewegung ausgebildet sein. Wie dem Fachmann klar ist, können die Frachtladeroboter 1 auch einen andere Fortbewegungskinematik aufweisen, z.B. eine Mehrzahl von Beinen. Prinzipiell können die Frachtladeroboter 1 darüberhinausgehend dazu ausgebildet sein, übereinander zu klettern bzw. aneinander hochzuklettern und/oder sich miteinander zu verbinden bzw. gemeinsam anzuordnen, um beispielsweise Rampen oder Gerüste oder dergleichen zu bauen. Derart können Frachtstücke 12 auch an schwer zugängliche Orte verbracht werden, ohne dass neben den Frachtladerobotern 1 weitere Aufbauten zwingend notwendig sind.
In der vorangegangenen detaillierten Beschreibung sind verschiedene Merkmale zur Verbesserung der Stringenz der Darstellung in einem oder mehreren Beispielen zusammengefasst worden. Es sollte dabei jedoch klar sein, dass die obige Beschreibung lediglich illustrativer, keinesfalls jedoch beschränkender Natur ist. Sie dient der Abdeckung aller Alternativen, Modifikationen und Äquivalente der verschiedenen Merkmale und Ausführungsbeispiele. Viele andere Beispiele werden dem Fachmann aufgrund seiner fachlichen Kenntnisse in Anbetracht der obigen Beschreibung sofort und unmittelbar klar sein.
Die Ausführungsbeispiele wurden ausgewählt und beschrieben, um die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien und ihre Anwendungsmöglichkeiten in der Praxis bestmöglich darstellen zu können. Dadurch können Fachleute die Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsbeispiele in Bezug auf den beabsichtigten Einsatzzweck optimal modifizieren und nutzen. In den Ansprüchen sowie der Beschreibung werden die Begriffe „beinhaltend“ und „aufweisend“ als neutralsprachliche Begrifflichkeiten für die entsprechenden Begriffe „umfassend“ verwendet. Weiterhin soll eine Verwendung der Begriffe „ein“, „einer“ und „eine“ eine Mehrzahl derartig beschriebener Merkmale und Komponenten nicht grundsätzlich ausschließen.
Bezugszeichenliste

1: Frachtladeroboter
2: Kommunikationseinheit
3: Navigationssystem
4: Sensorsystem
5: Greifsystem
6: Steuereinrichtung
7: Wiegeeinrichtung
8: elektrischer Antrieb
9: Energiespeicher
10: Schwarm
11: Schwarmnetzwerk
12: Frachtstück
13: Datenspeicher
100: Fahrzeug
101: Ladebereich
102: Frachtraum
103: Aufladestation
104: zentrale Rechnereinrichtung
105: Transportwagen
106: Transportband
107: Flughafenterminal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015216272 A1 [0005]
US 2010/0094459 A1 [0006]
US 2014/0309809 A1 [0007]

Claims

Kollaborierender Schwarm (10) aus einer Vielzahl von mobilen Frachtladerobotern (1) für den Transport von Frachtstücken (12) zur automatischen Beladung und/oder Entladung eines Fahrzeugs (100), wobei die Frachtladeroboter (1)jeweils umfassen: eine Kommunikationseinheit (2), welche zur Datenkommunikation des jeweiligen Frachtladeroboters (1) mit den übrigen Frachtladerobotern (1) über ein drahtloses Schwarmnetzwerk (11) ausgebildet ist; ein Navigationssystem (3), welches zur Positionsbestimmung des jeweiligen Frachtladeroboters (1) in einem Ladebereich (101) des Fahrzeugs (100) und zur Routenbestimmung für eine Bewegung des jeweiligen Frachtladeroboters (1) von einem Startort an einen Zielort innerhalb des Ladebereichs (101) ausgebildet ist; ein Sensorsystem (4), welches zur Erfassung von Identifikationsdaten der Frachtstücke (12) sowie zur Erfassung der übrigen Frachtladeroboter (1) und des Ladebereichs (101) ausgebildet ist; ein Greifsystem (5), welches zum Greifen und Halten der Frachtstücke (12) ausgebildet ist; und eine Steuereinrichtung (6), welche zur Steuerung des jeweiligen Frachtladeroboters (1) in Kommunikation mit den übrigen Frachtladerobotern (1) über das Schwarmnetzwerk (11) ausgebildet ist, wobei die Identifikationsdaten eines erfassten Frachtstücks (12) ausgewertet werden und basierend auf den ausgewerteten Identifikationsdaten eine Ladestrategie für das erfasste Frachtstück (12) bestimmt wird, gemäß derer zumindest einer der Frachtladeroboter (1) das erfasste Frachtstück (12) an dem Startort aufnimmt, entlang einer Laderoute durch den Ladebereich (101) transportiert und an dem Zielort abgibt.
Schwarm (10) nach Anspruch 1, wobei die Identifikationsdaten zumindest eines von einer Gestalt, einer Größe, einer Gewichtsverteilung, einem Gesamtgewicht und einem Frachtstücktyp des erfassten Frachtstücks (12) umfassen, wobei die Ladestrategie basierend auf den Identifikationsdaten festlegt, wie viele Frachtladeroboter (1) das erfasste Frachtstück (12) gemeinsam transportieren und/oder an welchen Greifpunkten der zumindest eine Frachtladeroboter (1) das Frachtstück (12) greift.
Schwarm (10) nach Anspruch 2, wobei die Identifikationsdaten weiterhin zumindest eines von einer Transportpriorität und einem Transportziel umfassen, wobei die Ladestrategie basierend auf den Identifikationsdaten eine Ladereihenfolge der Frachtstücke (12) festlegt.
Schwarm (10) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Frachtladeroboter (1) jeweils weiterhin umfassen: eine Wiegeeinrichtung (7), welche dazu ausgebildet ist, das Gewicht des erfassten Frachtstücks (12) zu bestimmen.
Schwarm (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin mit: einer zentralen Rechnereinrichtung (104), welche zum Austausch von Steuerdaten kommunikativ mit den Steuereinrichtungen (6) der Frachtladeroboter (1) über das Schwarmnetzwerk (11) verbunden ist, wobei die zentrale Rechnereinrichtung (104) dazu ausgebildet ist, die Ladestrategie basierend auf den Steuerdaten festzulegen und die Frachtladeroboter (1) entsprechend zur Durchführung der Ladestrategie zu kommandieren.
Schwarm (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Frachtladeroboter (1)jeweils weiterhin umfassen: einen elektrischen Antrieb (8); und einen Energiespeicher (9), welcher dazu ausgebildet ist, elektrische Energie zum Betrieb des elektrischen Antriebs (8) in wiederaufladbarer Weise zu speichern; wobei der Ladebereich (101) eine Aufladestation (103) zum Wiederaufladen der Energiespeicher (9) der Frachtladeroboter (1) aufweist, wobei die Steuereinrichtung (6) dazu ausgebildet ist, den jeweiligen Frachtladeroboter (1) zum Wiederaufladen an die Aufladestation (103) zu kommandieren, wenn die gespeicherte elektrische Energie in dem Energiespeicher (9) des jeweiligen Frachtladeroboters (1) unter einen vorgegebenen Grenzwert fällt, wobei die Ladestrategie einen Aufladezustand der Frachtladeroboter (1) berücksichtigt.
Schwarm (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Sensorsystem (4) weiterhin zur Erfassung von Hindernissen in dem Ladebereich (101) ausgebildet ist, wobei die Laderoute der Ladestrategie erfasste Hindernisse berücksichtigt.