DE102021114701A1 - Mobiler Kommissionierroboter und Verfahren zur Kommissionierung - Google Patents

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mobile
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Sascha Brockel
Peter Krumbholz
Florian Treber
Jonas Groh
Michael Bludau
David Veith
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Linde Material Handling GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen mobilen Kommissionierroboter (1) zur automatischen Kommissionierung von Stückgütern (21) mit einer Stückguterkennungseinrichtung (16) und einem Lasthandhabungsmanipulator (11) mit einem Aufnahmewerkzeug (15) zur Aufnahme der Stückgüter (21). Es wird vorgeschlagen, dass die Stückguterkennungseinrichtung (16) ein Bildverarbeitungssystem (17) mit einer Bildsensorik (12), einer Recheneinheit (14) und einem Beleuchtungssystem (13) umfasst, wobei die Bildsensorik (12) sowohl über eine, zur Erfassung von Grauwert- und/oder Farbinformationen ausgebildete, 2D-Sensorik als auch über eine, zur Erfassung von Tiefeninformationen ausgebildete, 3D-Sensorik verfügt, die Recheneinheit (14) zur Auswertung der fusionierten Sensordaten der 2D-Sensorik und der 3D-Sensorik ausgebildet ist und das Beleuchtungssystem (13) räumlich getrennt von der Bildsensorik (12) angeordnet und auf die Stückgüter (21) ausrichtbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur automatischen Kommissionierung.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen mobilen Kommissionierroboter zur automatischen Kommissionierung von Stückgütern mit einer Stückguterkennungseinrichtung und einem Lasthandhabungsmanipulator mit einem Aufnahmewerkzeug zur Aufnahme der Stückgüter.
  • Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur automatischen Kommissionierung von Stückgütern mit einem mobilen Kommissionierroboter.
  • Unter Kommissionierung versteht man alle Methoden zur Zusammenstellung von bestimmten Objekten, insbesondere von Stückgütern, beispielsweise Packstücken, in Warenlagern, aus einem bereitgestellten Gesamtsortiment. Dabei soll die Zusammenstellung aufgrund von Aufträgen, zum Beispiel Kundenaufträgen oder Produktionsaufträgen erfolgen. In jüngster Zeit werden hierfür vermehrt automatische Systeme eingesetzt. Dabei werden zum Beispiel Packstücke als zu kommissionierende Objekte von autonom oder automatisiert betriebenen Kommissionierfahrzeugen von einer Quellposition, insbesondere einem Quell-Ladungsträger, zum Beispiel einer Quellpalette, aufgenommen und auf einem auf dem Kommissionierfahrzeug transportierten Ziel-Ladungsträger, zum Beispiel einer Zielpalette, abgesetzt. Insbesondere werden hierzu mobile Kommissionierroboter verwendet, die die Packstücke selbstständig mittels Roboterarmen von einem Quell-Ladungsträger aufnehmen und anschließend auf einen Ziel-Ladungsträger ablegen können. Diese Kommissionierroboter erhalten die Auftragsdaten wie Auftragsnummer, Koordinaten des Lagerortes, Stückzahl und Gewicht der aufzunehmenden Stückgüter automatisch von einem Zentralrechner. Die mobilen Kommissionierroboter können zum Beispiel bestimmte Regalfächer in Regallagern eines Warenlagers gezielt anfahren und das gewünschte Stückgut mithilfe eines ein Aufnahmewerkzeug aufweisenden Greifsystems aus dem Regalfach entnehmen. Das Aufnahmewerkzeug kann als Greifer, beispielsweise als Adhäsionsgreifer oder Vakuumgreifer, ausgebildet sein. Das Greifen der Stückgüter wird auch als Picken bezeichnet. Das Transferieren der Stückgüter von der Quellpalette zur Zielpalette wird auch als Pick & Place - Prozess bezeichnet.
  • Aus der DE 10 2017 130 577 A1 ist beispielsweise ein mobiler Kommissionierroboter zur automatischen Kommissionierung von Objekten mit einem vertikal ausgerichteten Hubmast und einem daran höhenbeweglich angebrachten, horizontal ausgerichteten Roboterarm mit mehreren aneinander gereihten Armelementen bekannt, welche über Armgelenke mit vertikalen Armgelenksdrehachsen verfügen, wobei das letzte am äußeren Reihenende angeordnete Armelement über ein Handgelenk mit vertikaler Handgelenksdrehachse mit einem Aufnahmewerkzeug zur Aufnahme der Objekte verbunden ist.
  • Im Rahmen der autonomen Kommissionierung ist es erforderlich, Stückgüter innerhalb eines Warenlagers zu erkennen sowie deren Pose zu bestimmen, um zur Aufnahme des entsprechenden Stückgutes eine gezielte Greifbewegung mit Hilfe des Lasthandhabungsmanipulators zu ermöglichen. Die Stückgüter befinden sich dabei auf Ladungsträgern, die im Folgenden als Quellpaletten bezeichnet werden, innerhalb von Regallagern mit mehreren Ebenen. Um die entsprechende Kommission zusammenzustellen, gilt es die am jeweiligen Regalplatz benötigte Anzahl an Stückgütern zu entnehmen und auf einem auftragsbezogenen Ladungsträger, der im Folgenden als Zielpalette bezeichnet wird, abzulegen. Die Quellpaletten, auf welchen die zu greifenden Stückgüter gelagert sind, sind homogen, das heißt, es befindet sich lediglich eine Sorte Stückgüter auf einer Quellpalette.
  • Um den Griff eines aufzunehmenden Stückgutes durch den Lasthandhabungsmanipulator des mobilen Kommissionierroboters zu ermöglichen, ist es zwingend erforderlich, genaue Greifpunkte der auf dem Quell-Ladungsträger befindlichen Stückgüter zu ermitteln. Dazu müssen die aufzunehmenden Stückgüter sowohl erkannt als auch deren Pose, bestehend aus Lage und Orientierung, mit einer ausreichend hohen Genauigkeit von idealerweise weniger als 1 cm bestimmt werden. Zudem gilt es, das am besten für den nächsten Griff geeignete Stückgut auf dem Quell-Ladungsträger auszuwählen.
  • Basierend auf diesen Informationen kann anschließend die Ansteuerung des Lasthandhabungsmanipulators erfolgen.
  • Aufgrund des mobilen Einsatzszenarios gilt es, den mobilen Kommissionierroboter mit einem System auszustatten, um die oben beschriebene Funktion zu erfüllen. Im Warenlager herrschen dabei verhältnismäßig schwierige Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise schlechte Lichtverhältnisse durch Verschattungen und eine allgemein schwache Beleuchtung. Weiterhin sind die Ladungsträger aufgrund der platzoptimierten Lagernutzung sehr dicht innerhalb des Regals untergebracht und bieten zum Teil eingeschränkte Sicht auf die entsprechenden Stückgüter.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mobilen Kommissionierroboter der genannten Art sowie ein Verfahren zur Kommissionierung mit dem Kommissionierroboter so auszugestalten, dass eine zuverlässige Stückguterkennung auch bei schwierigen Lichtverhältnissen ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Stückguterkennungseinrichtung ein Bildverarbeitungssystem mit einer Bildsensorik, einer Recheneinheit und einem Beleuchtungssystem umfasst, wobei die Bildsensorik sowohl über eine, zur Erfassung von Grauwert- und/oder Farbinformationen ausgebildete, 2D-Sensorik als auch über eine, zur Erfassung von Tiefeninformationen ausgebildete, 3D-Sensorik verfügt, die Recheneinheit zur Auswertung der fusionierten Sensordaten der 2D-Sensorik und der 3D-Sensorik ausgebildet ist und das Beleuchtungssystem räumlich getrennt von der Bildsensorik angeordnet und auf die Stückgüter ausrichtbar ist.
  • Der mobile, autonome Kommissionierroboter verfügt also über ein System zur Stückgütererkennung. Dieses umfasst einerseits die notwendige Sensorik mit Beleuchtungssystem, sowie andererseits eine Recheneinheit zur Implementierung der Funktion der Stückgütererkennung inklusive einer Schnittstelle zur Anbindung an die zentrale Fahrzeugsteuerung des mobilen Kommissionierroboters.
  • Für die Bildsensorik kommen bevorzugt optische Sensoren wie zum Beispiel 2D-Monokameras, 3D-Stereokameras, 3D-Time-of-flight-Kameras oder 2D/3D-LiDAR zum Einsatz. Bevorzugt wird eine Kombination verschiedener Sensoreinheiten verwendet, um durch eine Sensorfusion die Funktion der Stückgütererkennung bestmöglich zu erfüllen. Die Sensordaten werden von der Recheneinheit aufgenommen, verarbeitet und interpretiert. Diese Recheneinheit kann sowohl in die Sensorik integriert sein als auch eine eigene dedizierte Hardware darstellen.
  • Um keinen Einfluss auf die Infrastruktur der Warenlagerbetreiber zu nehmen, müssen die Stückgüter anhand der Sensorinformationen ohne künstliche Erkennungshilfen wie zum Beispiel Barcodes, QR-Codes oder Marker, basierend auf ihren natürlichen Gegebenheiten, identifiziert werden.
  • Hierzu wird erfindungsgemäß von der Stückguterkennungseinrichtung als Bildsensorik eine Kombination aus einer 2D- Sensorik und einer 3D-Sensorik eingesetzt. Die beiden Sensoreinheiten werden initial zueinander kalibriert. Die Sensorfusion liefert für jeden Bildpixel sowohl Grauwert- bzw. Farbinformationen als auch Tiefeninformationen. Mit Hilfe der Tiefeninformationen der 3D Sensorik wird die grundlegende Situation auf der Quellpalette erfasst und beurteilt. Die Vereinzelung der Stückgüter auf dem Quell-Ladungsträger erfolgt basierend auf den Sensordaten der 2D-Sensorik mit entsprechend hoher Sensorauflösung, um auch dicht nebeneinander stehende Stückgüter voneinander unterscheiden zu können.
  • Dabei verwendet das Bildverarbeitungssystem der Stückguterkennungseinrichtung geometrische Merkmale der Stückgüter, wie beispielsweise Kanten, Ecken und Flächen zur Erkennung. Diese Merkmale lassen sich anhand von Gradienten in den Grauwert- beziehungsweise Farbinformationen extrahieren.
  • Zur Verstärkung dieser Merkmale wird vorzugsweise eine flach gerichtete Beleuchtung eingesetzt, die die oberste Ebene der Stückgüter auf der Quellpalette als Streiflicht beleuchtet und somit die relevanten Merkmale der Stückgüter durch erhöhten Kontrast hervorhebt.
  • Hierzu ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Beleuchtungssystem eine, zur Ausstrahlung eines horizontal gerichteten, flachen Streiflichts ausgebildete, Streiflicht-Beleuchtungseinheit umfasst, die auf eine oberste Ebene der Stückgüter ausrichtbar ist.
  • Die Streiflicht-Beleuchtungseinheit ist dabei räumlich von der Bildsensorik getrennt angeordnet und vorteilhafterweise frei zur Bildsensorik positionierbar. Der Vorteil ergibt sich durch die Positionierung der Bildsensorik mit einem Blick von vorne bzw. schräg von oben auf die Quellpalette, bei gleichzeitig tiefer positionierter und flach gerichteter Beleuchtung auf Höhe der obersten Ebene der Stückgüter. Daher ist die Streiflicht-Beleuchtungseinheit vorzugsweise unterhalb der Bildsensorik angeordnet.
  • Die Umgebungsbedingungen innerhalb der Warenlager erfordern häufig eine zusätzliche Beleuchtungseinheit zur allgemeinen homogenen Ausleuchtung des Regalplatzes.
  • Daher ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Beleuchtungssystem zusätzlich eine, zur homogenen, räumlichen Ausleuchtung der Stückgüter ausgebildete, Ausleuchtungs-Beleuchtungseinheit umfasst.
  • Dabei ist die Ausleuchtungs-Beleuchtungseinheit zur optimalen Ausleuchtung des Regalplatzes zweckmäßigerweise oberhalb der Bildsensorik angeordnet.
  • Mit Hilfe des beschriebenen Beleuchtungssystems wird, trotz Verschattungen und schwacher Lichtverhältnisse innerhalb des Warenlagers, eine wiederholgenaue Sensoraufnahme am jeweiligen Regalplatz ermöglicht.
  • Hierbei kann es auch zielführend sein, das Beleuchtungssystem als extern gesteuerten Blitz zu betreiben, um eine hohe Lichtmenge auf die Szene zu bringen und Fremdlichteinflüsse, wie zum Beispiel eine zeitweise starke Sonneneinstrahlung durch Fenster im Warenlager, zu minimieren.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist daher vorgesehen, dass das Beleuchtungssystem als Blitzlichtsystem zur Aussendung von Lichtblitzen ausgebildet ist, und die Recheneinheit dazu eingerichtet ist, die Sensordaten der Bildsensorik mit den Lichtblitzen des Blitzlichtsystems zu synchronisieren.
  • Ebenso kann der Einsatz von strukturierter Beleuchtung, zum Beispiel mittels Punkt- oder Musterprojektion in definierten Wellenlängenbereichen, im Zusammenhang mit 3D-Sensoren der Erhöhung der Qualität der aufgenommenen Sensordaten sowie auch der Erkennung spezifischer Stückgütereigenschaften dienen.
  • Hierfür ist das Beleuchtungssystem gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgedankens zur Ausstrahlung eines strukturierten Lichts, insbesondere zur Punkt- oder Musterprojektion, ausgebildet.
  • Die Bildsensorik und das Beleuchtungssystem sind zweckmäßigerweise am Lasthandhabungsmanipulator angeordnet. Dabei sind die Bildsensorik und das Beleuchtungssystem vorzugsweise in der Nähe des Aufnahmewerkzeugs angebracht, mit dem die Pick & Place - Bewegung durchgeführt wird.
  • Die Flexibilität des Lasthandhabungsmanipulators bietet hierbei die Möglichkeit, prozessbedingte Ungenauigkeiten zu kompensieren und eine wiederholgenaue Aufnahmeposition sicherzustellen. Unter Einschränkungen hinsichtlich dieser Flexibilität ist, je nach Ausführung von mobilem Kommissionierroboter und Lasthandhabungsmanipulator, jedoch auch eine Anbringung an den jeweiligen Armteilen des Lasthandhabungsmanipulators oder direkt am mobilen Kommissionierroboter möglich. Entscheidend ist in jedem Fall eine Erfassung der Position des mobilen Kommissionierroboters bzw. des Lasthandhabungsmanipulators in Relation zur obersten Ebene der Quellpalette. Diese Information wird in einem vorangehenden Prozessschritt bereitgestellt und basiert auf der Erkennung der Quellpalette sowie deren Höhe in Abhängigkeit des aktuellen Packzustands.
  • Aufgrund der Tatsache, dass Warenlager sehr platzoptimiert genutzt werden und oft wenig Platz zwischen Quellpaletten und darüberliegenden Regalstreben ist, liegt die Scanposition für die Stückgütererkennung vorzugsweise außerhalb der Regalkontur mit Blick von vorne bzw. schräg von oben auf die oberste Lage der Stückgüter des Quell-Ladungsträgers.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur automatischen Kommissionierung von Stückgütern mit einem mobilen Kommissionierroboter, der über einen Lasthandhabungsmanipulator mit einem Aufnahmewerkzeug zur Aufnahme der Stückgüter verfügt.
  • Verfahrensseitig wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die aufzunehmenden Stückguter mittels eines Beleuchtungssystems des Kommissionierroboters beleuchtet und Grauwert- und/oder Farbinformationen der Stückgüter mittels einer 2D-Sensorik des Kommissionierroboters sowie Tiefeninformationen der Stückgüter mittels einer 3D-Sensorik des Kommissionierroboters erfasst werden, und die fusionierten Sensordaten der 2D-Sensorik und der 3D-Sensorik in einer Recheneinheit des Kommissionierroboters zur Stückgütererkennung ausgewertet werden.
  • Dabei werden in der Recheneinheit vorzugsweise aus Gradienten der Grauwert- und/oder Farbinformationen geometrische Merkmale der Stückgüter, wie beispielsweise Kanten, Ecken und Flächen, extrahiert. Auf diese Weise kann basierend auf den Sensordaten der 2D-Sensorik mit entsprechend hoher Sensorauflösung eine Vereinzelung der Stückgüter erfolgen, um auch dicht nebeneinander stehende Stückgüter voneinander unterscheiden zu können.
  • Die Stückgütererkennung wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch weiter verbessert, dass die oberste Ebene der Stückguter mittels eines horizontal gerichteten, flachen Streiflichts beleuchtet wird. Auf diese Weise können die relevanten Merkmale der Stückgüter durch erhöhten Kontrast hervorgehoben werden.
  • Um die Stückgütererkennung auch bei ungünstigen Umgebungsbedingungen weiter zu verbessern, werden die Stückgüter zweckmäßigerweise zusätzlich homogen ausgeleuchtet.
  • Die Funktion des beschriebenen Stückgütererkennungssystems besteht darin, die aufgenommenen Sensordaten zu interpretieren und basierend darauf die aufzunehmenden Stückgüter auf dem Quell-Ladungsträger zu identifizieren sowie deren Pose, also deren Lage und Orientierung, beschrieben durch sechs Freiheitsgrade, nämlich drei Translationsgraden und drei Rotationsgraden, zu ermitteln. Hierzu werden vorzugsweise in der Recheneinheit aus den Sensordaten Lage und Orientierung der Stückgüter ermittelt und es wird eine Raumkoordinate für einen geeigneten Greifpunkt des Aufnahmewerkzeugs berechnet, welche zur Ansteuerung des Lasthandhabungsmanipulator verwendet wird.
  • Je nach verwendetem Greifertyp für das Aufnahmewerkzeug wird die Raumkoordinate für einen geeigneten Greifpunkt berechnet und der zentralen Fahrzeugsteuerung zur Ansteuerung des Lasthandhabungsmanipulators zur Verfügung gestellt.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Kommissioniervorgangs wird der mobile Kommissionierroboter an einen Ladungsträger der Stückgüter herangefahren. Anschließend wird eine Positionsbestimmung des Kommissionierroboters und/oder des Lasthandhabungsmanipulators relativ zum Ladungsträger durchgeführt. Danach werden die Bildsensorik und das Beleuchtungssystem auf die Stückgüter ausgerichtet. Anschließend werden die Lagen und Orientierungen aller erkannten Stückgüter durch Auswertung der Sensordaten in der Recheneinheit ermittelt. Schließlich wird der Lasthandhabungsmanipulator durch die Recheneinheit so angesteuert, dass ein gewünschtes Stückgut mittels des Aufnahmewerkzeugs gegriffen wird, um es auf einem Ziel-Ladungsträger ablegen zu können. Dadurch dass für jede Sensoraufnahme die Lagen und Orientierungen aller erkannten Stückgüter durch Auswertung der Sensordaten in der Recheneinheit ermittelt werden, kann eine deutliche Reduzierung der Zykluszeiten bei dem automatisierten Kommissionierprozess erzielt werden, da bei einem Mehrfachzugriff auf den gleichen Quell-Ladungsträger, um mehrere Stückgüter von demselben Quell-Ladungsträger aufzunehmen, entsprechende Zusatzzeiten für eine erneute Stückguterkennung nicht notwendig sind.
  • Anwendungsbedingt ist es möglich, dass sich auf den Quellpaletten zusätzlich Zwischenlagen zur Ladungssicherung befinden. Das beschriebene System sollte folglich so ausgestaltet sein, dass neben den eigentlichen Stückgütern auch das Vorhandensein von Zwischenlagen erkannt wird, um diese mit dem Lasthandhabungsmanipulator entfernen zu können.
  • Neben geometrischen Merkmalen können auch visuelle Eigenschaften der aufzunehmenden Stückgüter wie Aufdrucke oder Labels zur Erkennung verwendet werden. Diese können pixelbasiert mittels entsprechender Bilderkennung aus den Sensordaten extrahiert werden. Ebenso ist es möglich, lagerseitig vorhandene Stammdaten, zum Beispiel Abmessungen der Stückgüter und/oder Packpläne, zu nutzen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Sensorinformation direkt für die Ansteuerung des Lasthandhabungsmanipulators genutzt werden. Durch eine Regelung der Bewegung, basierend auf Bilddaten (visual servoing), ist eine dynamische Planung der Trajektorie und damit ein präziser Greifprozess möglich. Dies bietet vor allem einen Vorteil, wenn bei der Greifbewegung eine sehr hohe Präzision erforderlich ist, zum Beispiel bei Einfahrt des Greifers in speziell für die Aufnahme vorgesehene Taschen des Stückguts. Dadurch lässt sich auch die Gesamtrobustheit des Systems steigern, da nicht einmalig aus einer Perspektive gescannt wird, sondern kontinuierlich. Dadurch kann aus einer eventuell günstigeren Perspektive nachkorrigiert werden, falls der initiale Scan fehlerbehaftet wäre.
  • Die Stückgütererkennung kann ebenfalls beim Aufbau der Zielpalette verwendet werden. Eine Erkennung und Lokalisierung von Stückgütern kann in diesem Zusammenhang der Unterstützung des eigentlichen Ablegeprozesses als auch der Validierung des zuvor berechneten Packmusters dienen.
  • Die Erfindung bietet eine ganze Reihe von Vorteilen:
    • Die Erfindung schafft eine wesentliche Voraussetzung für eine zuverlässigen autonomen Zugriff auf Quellpaletten im mobilen, automatisierten Kommissionierprozess.
  • Eine Posenschätzung für aufzunehmenden Stückgüter wird in sechs Freiheitsgraden ermöglicht.
  • Es können die Zielkoordinaten und der Rotationswinkel für eine gezielte Bewegung des Lasthandhabungsmanipulators für mögliche Greifpunkte aufzunehmender Stückgüter bereitgestellt werden.
  • Eingriffe in die lagerseitige Infrastruktur können reduziert werden.
  • Die automatisierte Kommissionierung ist unabhängig von den lagerseitigen Lichtverhältnissen zuverlässig möglich.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigen
    • 1 einen mobilen Kommissionierroboter an einem Regalplatz mit Quellpalette in der Draufsicht,
    • 2 einen Blick auf die Quellpalette ohne Regal,
    • 3 eine Seitenansicht des mobilen Kommissionierroboters vor der Quellpalette und
    • 4 eine Darstellung der Positionierung der Bildsensorik und des Beleuchtungssystems am Lasthandhabungsmanipulator des Kommissionierroboters.
  • Die Figuren zeigen verschiedene Ansichten desselben Kommissionierroboters 1 und derselben Quellpalette 2 mit denselben Stückgütern 21, wobei dieselben Merkmale mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind.
  • In der 1 ist der Kommissionierroboter 1 an einem Regalplatz 5 mit einem, als Quellpalette 2 dienenden, Quell-Ladungsträger 23 in der Draufsicht dargestellt. Der Kommissionierroboter 1 steht seitlich neben dem Regalplatz 5. Mit dem mobilen Kommissionierroboter 1 wird ein Ziel-Ladungsträger 6 mitgeführt. Der Kommissionierroboter 1 verfügt über einen Lasthandhabungsmanipulator 11, beispielsweise einen Roboterarm, mit einem, als Greifer ausgebildeten, Aufnahmewerkzeug 15. Mit dem Aufnahmewerkzeug 15 können Stückguter 21 von der Quellpalette 2 gegriffen und auf dem Ziel-Ladungsträger 6 abgelegt werden.
  • Die 2 zeigt einen Blick vom mobilen Kommissionierroboter 1 auf die Quellpalette 2. Zur Erkennung der Stückgüter 21 auf der Quellpalette 2 ist der mobile Kommissionierroboter 1 mit einer Stückguterkennungseinrichtung 16 ausgestattet, die ein Bildverarbeitungssystem 17 mit einer Bildsensorik 12, einem Beleuchtungssystem 13 und einer Recheneinheit 14 umfasst. In die Bildsensorik 12 sind sowohl eine 2D-Sensorik als auch eine 3D-Sensorik integriert. Die Bildsensorik 12 und das Beleuchtungssystem 13 sind am Lasthandhabungsmanipulator 11 angebracht.
  • In der 3 ist eine Seitenansicht des, neben der Quellpalette 2 positionierten, Kommissionierroboters 1 dargestellt. Die am Lasthandhabungsmanipulator 11 angebrachte Bildsensorik 12 ist auf die Stückguter 21 ausgerichtet.
  • Die 4 zeigt die Positionierung der Bildsensorik 12 und des Beleuchtungssystems 13 am Lasthandhabungsmanipulator 11 des Kommissionierroboters 1. Das Beleuchtungssystem 13 umfasst eine Streiflicht-Beleuchtungseinheit 13b zur Merkmalshervorhebung der Stückgüter 21 mittels eines flachen, horizontal gerichteten Streiflichts, das die oberste Ebene 22 der Stückgüter 21 auf der Quellpalette 2 streift, und eine Ausleuchtungs-Beleuchtungseinheit 13a zur homogenen Ausleuchtung des Regalplatzes 5, in dem sich der Quell-Ladungsträger 23 mit den aufzunehmenden Stückgütern 21 befindet, der von einem vertikalen Regalpfosten 3 und einer horizontalen Regalstrebe 4 begrenzt wird.
  • Die Streiflicht-Beleuchtungseinheit 13b und die Ausleuchtungs-Beleuchtungseinheit 13a sowie die Bildsensorik 12 sind am Lasthandhabungsmanipulator 11 angebracht. Dabei ist die Streiflicht-Beleuchtungseinheit 13b unterhalb der Bildsensorik 12 positioniert, so dass die Bildsensorik 12 von schräg oben auf die mittels des Streiflichts beleuchtete oberste Ebene 22 der Stückgüter 21 der Quellpalette 2 blickt. Auf diese Weise können die durch das Streiflicht hervorgehobenen Merkmale der Stückgüter 21 besonders deutlich erkannt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102017130577 A1 [0004]

Claims (14)

  1. Mobiler Kommissionierroboter (1) zur automatischen Kommissionierung von Stückgütern (21) mit einer Stückguterkennungseinrichtung (16) und einem Lasthandhabungsmanipulator (11) mit einem Aufnahmewerkzeug (15) zur Aufnahme der Stückgüter (21), dadurch gekennzeichnet, dass die Stückguterkennungseinrichtung (16) ein Bildverarbeitungssystem (17) mit einer Bildsensorik (12), einer Recheneinheit (14) und einem Beleuchtungssystem (13) umfasst, wobei die Bildsensorik (12) sowohl über eine, zur Erfassung von Grauwert- und/oder Farbinformationen ausgebildete, 2D-Sensorik als auch über eine, zur Erfassung von Tiefeninformationen ausgebildete, 3D-Sensorik verfügt, die Recheneinheit (14) zur Auswertung der fusionierten Sensordaten der 2D-Sensorik und der 3D-Sensorik ausgebildet ist und das Beleuchtungssystem (13) räumlich getrennt von der Bildsensorik (12) angeordnet und auf die Stückgüter (21) ausrichtbar ist.
  2. Mobiler Kommissionierroboter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungssystem (13) eine, zur Ausstrahlung eines horizontal gerichteten, flachen Streiflichts ausgebildete, Streiflicht-Beleuchtungseinheit (13b) umfasst, die auf eine oberste Ebene (22) der Stückgüter (21) ausrichtbar ist.
  3. Mobiler Kommissionierroboter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungssystem (13) zusätzlich eine, zur homogenen, räumlichen Ausleuchtung der Stückgüter (21) ausgebildete, Ausleuchtungs-Beleuchtungseinheit (13a) umfasst.
  4. Mobiler Kommissionierroboter (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Streiflicht-Beleuchtungseinheit (13b) unterhalb der Bildsensorik (12) angeordnet ist.
  5. Mobiler Kommissionierroboter (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleuchtungs-Beleuchtungseinheit (13a) oberhalb der Bildsensorik (12) angeordnet ist.
  6. Mobiler Kommissionierroboter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungssystem (13) als Blitzlichtsystem zur Aussendung von Lichtblitzen ausgebildet ist, und die Recheneinheit (14) dazu eingerichtet ist, die Sensordaten der Bildsensorik (12) mit den Lichtblitzen des Blitzlichtsystems zu synchronisieren.
  7. Mobiler Kommissionierroboter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Beleuchtungssystem (13) zur Ausstrahlung eines strukturierten Lichts, insbesondere zur Punkt- oder Musterprojektion, ausgebildet ist.
  8. Mobiler Kommissionierroboter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildsensorik (12) und das Beleuchtungssystem (13) am Lasthandhabungsmanipulator (11) angeordnet sind.
  9. Verfahren zur automatischen Kommissionierung von Stückgütern (21) mit einem mobilen Kommissionierroboter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der über einen Lasthandhabungsmanipulator (11) mit einem Aufnahmewerkzeug (15) zur Aufnahme der Stückgüter (21) verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die aufzunehmenden Stückguter (21) mittels eines Beleuchtungssystems (13) des Kommissionierroboters (1) beleuchtet und Grauwert- und/oder Farbinformationen der Stückgüter (21) mittels einer 2D-Sensorik des Kommissionierroboters (1) sowie Tiefeninformationen der Stückgüter (21) mittels einer 3D-Sensorik des Kommissionierroboters (1) erfasst werden, und die fusionierten Sensordaten der 2D-Sensorik und der 3D-Sensorik in einer Recheneinheit (14) des Kommissionierroboters (1) zur Stückgütererkennung ausgewertet werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Recheneinheit (14) aus Gradienten der Grauwert- und/oder Farbinformationen geometrische Merkmale der Stückgüter (21) extrahiert werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die oberste Ebene (22) der Stückguter (21) mittels eines horizontal gerichteten, flachen Streiflichts beleuchtet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stückgüter (21) zusätzlich homogen ausgeleuchtet werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Recheneinheit (14) aus den Sensordaten Lage und Orientierung der Stückgüter (21) ermittelt werden und eine Raumkoordinate für einen geeigneten Greifpunkt des Aufnahmewerkzeugs (15) berechnet wird, welche zur Ansteuerung des Lasthandhabungsmanipulators (11) verwendet wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mobile Kommissionierroboter (1) an einen Ladungsträger (23) der Stückgüter (21) herangefahren wird, eine Positionsbestimmung des Kommissionierroboters (1) und/oder des Lasthandhabungsmanipulators (11) relativ zum Ladungsträger (23) durchgeführt wird, die Bildsensorik (12) und das Beleuchtungssystem (13) auf die Stückgüter (21) ausgerichtet werden, die Lagen und Orientierungen aller erkannten Stückgüter (21) durch Auswertung der Sensordaten in der Recheneinheit (14) ermittelt werden und der Lasthandhabungsmanipulator (11) durch die Recheneinheit (14) so angesteuert wird, dass ein gewünschtes Stückgut (21) mittels des Aufnahmewerkzeugs (15) gegriffen wird, um es auf einem Ziel-Ladungsträger (6) ablegen zu können.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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