DE112017005910T5

DE112017005910T5 - Dimensionierungssystem zum und Verfahren zum Dimensionieren von sich entlang eines nicht eingeschränkten Pfades in einer Örtlichkeit bewegender Fracht

Info

Publication number: DE112017005910T5
Application number: DE112017005910.0T
Authority: DE
Inventors: Richard Mark Clayton; Charles Swope
Original assignee: Symbol Technologies LLC
Current assignee: Symbol Technologies LLC
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2019-08-29
Also published as: WO2018097915A1; US10451405B2; US20180143003A1

Abstract

Ein Entfernungssystem erfasst aufeinanderfolgende Punktwolken von sich bewegender Fracht, und ein Verfolgungssystem verfolgt aufeinanderfolgende Positionen und Ausrichtungen der sich bewegenden Fracht. Eine Rechenvorrichtung korreliert jede aufeinanderfolgende Punktwolke mit jeder aufeinanderfolgenden Position und Ausrichtung und Zeit der sich bewegenden Fracht, kombiniert die korrelierten Punktwolken, um eine zusammengesetzte Punktwolke der sich bewegenden Fracht zu erhalten, und verarbeitet die zusammengesetzte Punktwolke zum Dimensionieren der sich bewegenden Fracht. Sobald die Fracht dimensioniert ist, kann sie beispielsweise effizient in einen Container verladen werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Dimensionierungssystem zum und ein Verfahren zum Dimensionieren von sich entlang eines nicht eingeschränkten Pfades in einer Örtlichkeit in Bewegung befindlicher Fracht, und insbesondere auf das Dimensionieren der Fracht, während die Fracht von einem Frachtbeförderer, wie beispielsweise einem Industriefahrzeug, bewegt wird, bevor die Fracht in einen Container verladen wird.
Industriefahrzeuge, wie Gabelstapler, heben und bewegen Fracht, die typischerweise auf Paletten befestigt ist, von Lagern oder ähnlichen Orten in Container für den Transport auf Land, Schienen, Wasser und dem Luftweg etc. Kosten für Empfänger der Fracht werden typischerweise nach den Abmessungen (Volumen) und dem Gewicht der Fracht berechnet. Daher wird die Fracht oft vor der Verladung dimensioniert und/oder gewogen. Die Kenntnis der Dimensionen der Fracht ist auch nützlich, um die Reihenfolge zu bestimmen, in der die Fracht verladen werden soll, und um den Container möglichst weitgehend für eine effiziente Handhabung und Verteilung zu füllen.
Figurenliste
Die beigefügten Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen identische oder funktional ähnliche Elemente in den einzelnen Ansichten bezeichnen, sind zusammen mit der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in die Offenbarung inkorporiert und bilden einen Bestandteil der Offenbarung und dienen dazu, hierin beschriebene Ausführungsformen von Konzepten, die die beanspruchte Erfindung umfassen, weiter zu veranschaulichen und verschiedene Prinzipien und Vorteile dieser Ausführungsformen zu erklären.

1 ist eine aufgebrochene, perspektivische, schematische Ansicht, von oben betrachtet, eines Lagers, in dem eine sich entlang eines nicht eingeschränkten Pfades bewegende Fracht gemäß dieser Offenbarung dimensioniert wird.
2 ist eine vergrößerte, perspektivische Ansicht von oben betrachtet, eines Gabelstaplers, der Fracht an einem Entfernungssystem in einer Dimensionierungsstation des Lagers von 1 vorbeibewegt.
3 ist eine vergrößerte Seitenansicht einer Vielzahl von inkrementellen Bildern von Punktwolken, die von dem Entfernungssystem der 2 aufgenommen wurden.
4 ist eine vergrößerte, perspektivische Ansicht, von oben betrachtet, eines Gabelstaplers, der eine Fracht an einer Ausführungsform eines Verfolgungssystems in der Dimensionierungsstation des Lagers von 1 vorbeibewegt.
5 ist eine vergrößerte, perspektivische Ansicht, von oben betrachtet, eines Gabelstaplers, der Fracht an einer weiteren Ausführungsform eines Verfolgungssystems in der Dimensionierungsstation des Lagers von 1 vorbeibewegt.
6 ist ein Blockdiagramm, das ein Verfahren zum Dimensionieren von Fracht darstellt, die sich entlang eines nicht eingeschränkten Pfades in dem Lager von 1 in Bewegung befindet.
7 ist eine perspektivische Ansicht einer zusammengesetzten Punktwolke, die von dem Entfernungssystem der 2 erfasst wird.
8 ist eine perspektivische Ansicht einer minimalen Begrenzungsbox, die eine zusammengesetzte Punktwolke enthält.
9 ist ein Flussdiagramm, das Schritte eines Verfahrens gemäß dieser Offenbarung darstellt.

Erfahrene Fachleute werden erkennen, dass Elemente in den Figuren der Einfachheit und Klarheit halber dargestellt sind und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Zum Beispiel können die Dimensionen und Positionen einiger der Elemente in den Figuren relativ zu anderen Elementen übertrieben sein, um das Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu verbessern.
Die System- und Verfahrensschritte wurden, wo es angemessen ist, durch herkömmliche Symbole in den Zeichnungen dargestellt, die nur jene spezifischen Details zeigen, die zum Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung relevant sind, um somit die Offenbarung nicht mit Einzelheiten zu verdecken, die für die Fachleute auf dem Gebiet, die auf die vorliegende Beschreibung zurückgreifen, ohne weiteres ersichtlich sind.
DETAIILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In einigen bekannten Systemen hebt ein Gabelstapler die Fracht und befördert sie zu einer Dimensionierungsstation, während er auf einen Zugang zur Dimensionierungsstation wartet. Der Gabelstapler stoppt und senkt die Fracht dann auf die Dimensionierungsstation und zieht sich dann von der Dimensionierungsstation zurück und entfernt sich rückwärts von dieser, während die Fracht dimensioniert wird. Während die Fracht an der Dimensionierungsstation stationär ist, wird ein Satz von Überkopf-Laserscannern mit Entfernungsmessern über einen Zeitraum, in dem die Fracht gescannt wird, über die Fracht hinweg und an dieser vorbei bewegt und Entfernungsinformationen von der Fracht werden erfasst. Die Entfernungsinformationen werden von einer Verarbeitungseinrichtung verarbeitet, um die Abmessungen der Fracht zu erhalten. Nach dem Scannen startet der Gabelstapler erneut, kehrt zur Station zurück, hebt die Fracht von der Station ab und bewegt sich dann zu dem Container, in den die Fracht verladen werden soll. Obwohl allgemein nützlich, hat dieses bekannte Dimensionierungsverfahren Nachteile, nicht nur aufgrund der hohen Kosten für die Scanner und die dazugehörigen Verarbeitungseinrichtungen, sondern auch, was vielleicht noch wichtiger ist, aufgrund der unterbrochenen Bewegung der Fracht. Wie beschrieben, stoppt und startet der Gabelstapler wiederholt, und das Scannen/Dimensionieren jedes Frachtgegenstandes nimmt eine nicht zu vernachlässigende Zeit in Anspruch, um ausgeführt zu werden. Dieser Ladevorgang für den Container verzögert sich dadurch.
In einigen bekannten Systemen werden Pakete direkt auf einem sich bewegenden Förderband platziert, um die sich bewegenden Pakete entlang eines eingeschränkten, festen, bekannten Pfades und mit einer bekannten Geschwindigkeit und mit einer unveränderlichen Ausrichtung durch eine Dimensionierungsstation zu befördern. Da sich jedes Paket in Inkrementen durch die Dimensionierungsstation bewegt, werden für jedes Inkrement eine oder mehrere Entfernungsmessungen durchgeführt, was zu einer Vielzahl solcher Entfernungsmessungen führt, die dann kombiniert und korrekt verarbeitet werden, um genaue, allgemeine Abmessungen jedes Pakets zu erhalten. Obwohl allgemein nützlich, hat dieses bekannte Dimensionierungsverfahren Nachteile, da es eine nicht zu vernachlässigende Zeit in Anspruch nimmt, die Pakete auf das Förderband zu legen und von diesem zu entfernen. Dieser Ladevorgang für den Container verzögert sich dadurch.
Dementsprechend wäre es wünschenswert, den Ladevorgang zu beschleunigen und effizienter durchzuführen und die Fracht vor dem Verladen ununterbrochen, reibungslos, kontinuierlich, schnell und kostengünstiger und flexibler zu dimensionieren, vorzugsweise während die Fracht mit einem Gabelstapler oder einem ähnlichem Industriefahrzeug bewegt wird.
Die hierin offenbarten beispielhaften Verfahren und Vorrichtungen stellen ein Dimensionierungssystem bereit zum Dimensionieren von Fracht, die sich entlang eines nicht eingeschränkten Pfades in einer Örtlichkeit (Verkaufsort), wie beispielsweise einem Lager oder einer ähnlichen Einrichtung, entweder drinnen oder draußen, bewegt. Ein hierin offenbartes beispielhaftes Dimensionierungssystem umfasst ein Entfernungssystem zum Erfassen einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Punktwolken von der sich bewegenden Fracht, ein Verfolgungssystem zum Verfolgen einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Positionen und Orientierungen der sich bewegenden Fracht und eine Rechenvorrichtung (z. B. ein Server, Prozessor oder programmierter Mikroprozessor), die sich in Kommunikation mit den Entfernungs- und Verfolgungssystemen befindet. Im Betrieb korreliert die Rechenvorrichtung jede aufeinanderfolgende Punktwolke mit jeder aufeinanderfolgenden Position und Orientierung der sich bewegenden Fracht, kombiniert die korrelierten Punktwolken zu einer zusammengesetzten Punktwolke der sich bewegenden Fracht und verarbeitet die zusammengesetzte Punktwolke zum Dimensionieren der sich bewegenden Fracht. Vorteilhafterweise weist das Verfolgungssystemen jeder aufeinanderfolgenden Position und Orientierung der sich bewegenden Fracht einen Zeitstempel zu und korreliert jede aufeinanderfolgende Punktwolke mit jeder aufeinanderfolgenden zeitgestempelten Position und Orientierung der sich bewegenden Fracht. Sobald die Fracht dimensioniert ist, kann sie beispielsweise effizient in einen Container verladen werden, typischerweise für den Transport zu Lande, auf der Schiene, zu Wasser, in der Luft etc.
In einigen hierin offenbarten Beispielen bewegt ein Frachtbeförderer, wie beispielsweise ein Gabelstapler, die Fracht entlang dem nicht eingeschränkten Pfad in der Örtlichkeit durch eine Dimensionierungszone vorbei an den Entfernungs- und Verfolgungssystemen. Das Entfernungssystem umfasst eine oder mehrere dreidimensionale (3D-)Kameras, die stationär in der Örtlichkeit montiert und in der Dimensionierungszone, durch die die Fracht bewegt wird, aufgestellt sind. Jede 3D-Kamera hat ein Sichtfeld, über welches jede Punktwolke von der Fracht erfasst wird. Die 3D-Kameras haben Kamerasensoren, die auf die sich bewegende Fracht entlang verschiedener Sichtlinien gerichtet sind. Die zusammengesetzte Punktwolke umfasst Datenpunkte von der Fracht und von dem Frachtbeförderer, und die Rechenvorrichtung ist ausgeführt zum Extrahieren der Datenpunkte von dem Frachtbeförderer aus der zusammengesetzten Punktwolke, zum Einschließen der extrahierten zusammengesetzten Punktwolke mit einer Begrenzungsbox mit Abmessungen, und zum Dimensionieren der sich bewegenden Fracht aus den Abmessungen der Begrenzungsbox.
Das Verfolgungssystem umfasst einen Detektor, der am Frachtbeförderer oder in der Örtlichkeit montiert ist und jede aufeinanderfolgende Position und Ausrichtung der sich bewegenden Fracht erfasst. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfolgungssystem einen Emitter zum Aussenden eines Signals, und der Detektor erfasst das ausgesendete Signal. In einigen Ausführungsformen ist jeder des Emitters oder des Detektors am Frachtbeförderer zur gemeinsamen Bewegung mit diesem montiert, und der andere des Emitters und des Detektors ist an der Örtlichkeit entfernt vom Frachtbeförderer montiert. In einigen Ausführungsformen umfasst der Emitter eine oder mehrere Leuchtdioden (LEDs), die am Frachtbeförderer montiert sind, um Licht in einem vorbestimmten Lichtmuster zu emittieren, und der Detektor umfasst eine oder mehrere Kameras, die stationär an der Örtlichkeit montiert sind, um das vorbestimmte Lichtmuster zu erfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst der Detektor eine Kamera, die am Frachtbeförderer montiert ist, und die Kamera bildet ein oder mehrere Merkmale ab, die an bekannten, festen Positionen in der Örtlichkeit angeordnet sind, um jede aufeinanderfolgende Position und Ausrichtung der sich bewegenden Fracht zu lokalisieren.
Gemäß dieser Offenbarung erfordert die Dimensionierung der Fracht nicht, dass die Fracht an einer Dimensionierungsstation stationär gehalten wird. Ebenso wenig muss die Fracht auf dem eingeschränkten Pfad eines Förderbandes bewegt oder auf das Förderband geladen und von dort entladen werden, um dimensioniert zu werden. Vielmehr ermöglichen die hierin offenbarten beispielhaften Verfahren und Vorrichtungen eine Dimensionierung der Fracht, während sich die Fracht in Bewegung befindet, beispielsweise während sie kontinuierlich zum Container bewegt wird, was den Ladevorgang beschleunigt und den Ladevorgang effizienter gestaltet.
Ein hierin offenbartes beispielhaftes Verfahren zielt darauf ab, eine sich bewegende Fracht, die sich in Bewegung befindet, entlang eines nicht eingeschränkten Pfades in einer Örtlichkeit zu dimensionieren. Das beispielhafte Verfahren umfasst das Erfassen einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Punktwolken von der sich bewegenden Fracht, das Verfolgen einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Positionen und Ausrichtungen der sich bewegenden Fracht, das Korrelieren jeder aufeinanderfolgenden Punktwolke mit jeder aufeinanderfolgenden Position und Ausrichtung der sich bewegenden Fracht, das Kombinieren der korrelierten Punktwolken, um eine zusammengesetzte Punktwolke der sich bewegenden Fracht zu erhalten, und das Verarbeiten der zusammengesetzten Punktwolke, um die sich bewegende Fracht zu dimensionieren.
Mit Bezug zu den Figuren, zeigt 1 eine Örtlichkeit 10, wie beispielsweise ein Lager oder eine ähnliche Einrichtung im Innen- oder Außenbereich, in der Fracht 12, der Einfachheit halber als quaderförmige Kartons dargestellt, beispielsweise von Frachtbeförderern, wie Industriefahrzeugen, bewegt wird, z. B. Gabelstapler 22 mit angetriebenen, gezinkten Plattformen zum Heben und Senken der Fracht 12. Wie in den 1-2 und 4-5 gezeigt, bewegen die Gabelstapler 22 die Fracht 12 unter einer Decke 14 der Örtlichkeit 10 durch mindestens eine Dimensionierungszone oder Station 18 auf und angrenzend an einen Boden der Örtlichkeit 10, wo die sich bewegende Fracht 12, wie nachfolgend im Detail beschrieben, dimensioniert wird. In einigen Fällen befinden sich die Dimensionierungszonen 18 an oder in der Nähe von Türen oder Portalen der Örtlichkeit 10, z. B. angrenzende Laderampen oder Docks, und die Fracht 12 wird mit den Gabelstaplern 22 zu Containern bewegt, wie beispielsweise Anhänger, die mit Lastkraftwagen 24, Transportern, Eisenbahnwaggons, Booten, Flugzeugen usw. transportiert werden. Die Frachtbeförderer müssen nicht nur Gabelstapler 22 sein, sondern können jedes beliebige Fahrzeug (z. B. ein Luftfahrzeug, wie z. B. eine Drohne) sein, entweder manuell oder durch einen Motor angetrieben, entweder vom Personal angetrieben oder autonom betrieben, z. B. von einem Roboter oder einer Rechenvorrichtung. Die Frachtbeförderer brauchen überhaupt kein Fahrzeug zu sein und kann auch Personal umfassen, das die Fracht 12 von Ort zu Ort per Hand transportiert. Jeder Frachtbeförderer hat Bewegungsfreiheit und kann die Fracht 12 entlang eines nicht eingeschränkten Pfades bewegen, z. B. kann sich der Frachtbeförderer vorwärts oder rückwärts bewegen, kann anhalten und starten, kann sich nach rechts oder nach links drehen, kann die Richtung ändern, kann sich mit beliebiger Geschwindigkeit bewegen und kann die Position und Ausrichtung der Fracht 12 während solcher Bewegungen ändern.
In dem veranschaulichten Beispiel wird die sich bewegliche Fracht während der Bewegung durch ein Dimensionierungssystem dimensioniert, das ein Entfernungssystem umfasst, das, wie nachstehend in Verbindung mit 2 beschrieben, eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Punktwolken von der sich bewegenden Fracht 12 erfasst, ein Verfolgungssystem umfasst zum Verfolgen, wie nachstehend in Verbindung mit den 4-5 beschrieben, einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Positionen und Ausrichtungen der sich bewegenden Fracht 12, und eine Rechenvorrichtung 16 umfasst (z. B. ein Server, Prozessor oder programmierter Mikroprozessor), die mit den Entfernungs- und Verfolgungssystemen in Verbindung steht. Wie in 1 dargestellt, befindet sich die Rechenvorrichtung oder der Hostserver 16 typischerweise in einem Hinterzimmer an der Örtlichkeit 10 und umfasst eine oder mehrere programmierte Rechenvorrichtungen und befindet sich in kabelgebundener, drahtloser, direkter oder vernetzter Kommunikation mit den Entfernungs- und Verfolgungssystemen. Der Server 16 ist vorzugsweise ein lokaler Computer, kann aber auch ein entfernter Cloud-Server sein. Der Server 16 kann einen drahtlosen RF-Transceiver aufweisen, der mit den Entfernungs- und Verfolgungssystemen kommuniziert. So sind beispielsweise Wi-Fi und Bluetooth® offene drahtlose Standards für den Datenaustausch zwischen elektronischen Geräten. Obwohl in 1 als Hostserver 16 dargestellt, ist jeder geeignete Typ von Rechenvorrichtung möglich.
Wie in der beispielhaften Ausführungsform von 2 dargestellt, umfasst das Entfernungssystem eine oder mehrere dreidimensionale (3D-)Kameras 20, die stationär und fest in der Örtlichkeit 10 montiert sind, beispielsweise an gegenüberliegenden Seiten der Dimensionierungszone 18 in Bodennähe, wie dargestellt, und/oder darüber oder angrenzend an die Decke 14, oberhalb der Dimensionierungszone 18. Die 3D-Kameras 20 werden um die Dimensionierungszone 18 angeordnet, durch die die Fracht 12 zum Container transportiert wird, und auf die Fracht 12 entlang verschiedener, sich kreuzender Sichtlinien gerichtet. Die 3D-Kameras 20 können entweder direkt auf direkten Pfaden, wie dargestellt, oder indirekt entlang gefalteter Pfade durch Verwenden von Außenspiegeln auf die Fracht 12 gerichtet sein. Die 3D-Kameras 20 haben Sensoren mit Winkelsichtfeldern, die jeweils allgemein auf eine entsprechende Sichtlinie ausgerichtet sind. Wie nachfolgend beschrieben, erfassen die 3D-Kameras 20 eine Vielzahl von Punktwolken 62A-62H (siehe 3) von Bildpunkten oder Datenpunkten vom Gabelstapler 22 und der sich bewegenden Fracht 12. Alternativ werden eine oder mehrere der 3D-Kameras 20 entlang der gleichen Sichtlinie auf die Fracht 12 gerichtet und erfassen verschiedene Punktwolken, indem sie ihre Sensoren bei unterschiedlichen Wellenlängen betreiben.
Im dargestellten Beispiel umfasst jede 3D-Kamera 20 die Time-of-Flight (TOF)-Technologie (Laufzeittechnologie), bei der der Sensor eine zweidimensionale Anordnung von Sensoren oder Pixeln ist, wie beispielsweise eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) oder eine komplementäre Metalloxid-Halbleiter-(CMOS)-Vorrichtung, zusammen mit einer aktiven modulierten Lichtquelle, wie beispielsweise einem Festkörperlaser oder einer Leuchtdiode (LED), die im Nahinfrarotbereich, z. B. zwischen 700 nm und 1000 nm, arbeitet. Die Lichtquelle beleuchtet die Fracht 12 mit ausgesendetem Beleuchtungslicht, und das reflektierte zurückkehrende Licht wird erfasst. Die Phasenverschiebung zwischen dem ausgesendeten und dem zurückkehrenden Licht wird gemessen und in Entfernungswerte umgewandelt, die Entfernungen (Tiefe) zwischen der 3D-Kamera 20 und der Fracht 12 anzeigen. Zusätzlich zu oder anstelle der 3D-Kameras 20 mit TOF-Technologie können auch andere 3D-Technologien wie Stereosehen (Stereovision) und strukturiertes Licht eingesetzt werden. In einigen Ausführungsformen ersetzt eine Reihe von zweidimensionalen Kameras eine einzelne 3D-Kamera. In einigen Beispielen sind die 3D-Kameras 20 nicht alle identisch, sondern von unterschiedlicher Art und in beliebiger Kombination angeordnet.
Im veranschaulichten Beispiel betreibt der Server 16 sequentiell jede 3D-Kamera 20, um eine Vielzahl oder einen Satz oder eine Sammlung von inkrementellen Punktwolken 62A-62H (siehe 3) von Bildpunkten oder Datenpunkten aus der Kombination des Gabelstaplers 22 und der sich bewegenden Fracht 12 aufzunehmen. Jeder Bildpunkt oder Datenpunkt ist einem Satz von Koordinaten zugeordnet, z. B. kartesischen Koordinaten (x, y, z), die zusammen eine Position jedes Datenpunkts definieren. Jeder Bildpunkt oder Datenpunkt weist auch einen Entfernungs- oder Tiefenwert auf, der einen Abstand zwischen einer jeweiligen 3D-Kamera 20 und der Kombination Fracht 12/Gabelstapler 22 anzeigt, und/oder einen Intensitätswert, der eine empfangenen Signalstärke, die durch die jeweilige 3D-Kamera 20 von der Kombination Fracht 12/Gabelstapler 22 aufgenommen wurde, anzeigt.
Der Server 16 kombiniert jede dieser inkrementellen Punktwolken 62A-62H zusammen, um die Fracht 12 zu dimensionieren. Bekannte Systeme können Überlappungen zwischen aufeinanderfolgenden Punktwolken verwenden, um die aufeinanderfolgenden Punktwolken auszurichten, indem sie einen iterativen Nächster-Punkt (ICP - iterative closest point)-Algorithmus ausführen. Dies ist jedoch eine rechenintensive und zeitaufwändige Aufgabe, die nicht nur das Erfassen und Verarbeiten einer großen Menge redundanter Informationen erfordert, sondern auch eine großzügige Überlappung zwischen aufeinanderfolgenden Punktwolken, die möglicherweise nicht verfügbar ist, insbesondere wenn in den 3D-Kameras 20 Sensoren mit engen Sichtfeldern eingesetzt werden. Die nicht eingeschränkte Bewegung der Fracht 12 erschwert diese Aufgabe zusätzlich, da solche Überlappungen oft nicht vorhanden sind und es keine verfügbaren oder zuverlässigen Ausrichtungsinformationen zwischen den aufeinanderfolgenden Punktwolken gibt. So weiß der Server 16 beispielsweise nicht, ob die Fracht 12 vorwärts oder rückwärts bewegt wurde, ob sie gestoppt und gestartet wurde, ob sie nach rechts oder links gedreht wurde, ob sie die Richtung geändert hat, ob sie die Geschwindigkeit geändert hat oder ob sie während der Bewegung ihre Position und Ausrichtung geändert hat.
Um solche Ausrichtungsinformationen bereitzustellen, umfasst das beispielhafte Verfolgungssystem der 4-5 einen Detektor, der am Frachtbeförderer 22 oder in der Örtlichkeit 10 montiert ist, und erfasst jede aufeinanderfolgende Position und Ausrichtung der sich bewegenden Fracht 12. In der Ausführungsform von 4 umfasst ein Emitter eine oder mehrere Leuchtdioden (LEDs) 26, die auf einem Dach des Frachtbeförderers 22 montiert sind, um Licht in einem vorbestimmten Lichtmuster zu emittieren, und der Detektor umfasst eine oder mehrere Kameras 28, die stationär über Kopf in der Örtlichkeit 10 montiert sind, um das vorbestimmte Lichtmuster des emittierten Lichts zu erfassen. Wie im dargestellten Beispiel gezeigt, sind drei LEDs 26 in einer Reihe an einer Vorderkante des Daches und eine vierte LED zentral an einer Hinterkante des Daches montiert. Andere Muster der LEDs werden in Betracht gezogen. Die LEDs müssen nicht nur auf dem Dach montiert sein, sondern können auch irgendwo auf dem Gabelstapler 22 montiert sein. In einigen Beispielen erkennen die Überkopfkameras 28 das Muster der LEDs und die Bewegungsrichtung des Gabelstaplers 22. In der Ausführungsform von 5 umfasst der Detektor eine nach oben gerichtete Kamera 30, die auf dem Dach des Frachtbeförderers 22 montiert ist, und die Kamera 30 bildet vorbestimmte Merkmale 32 ab, die an bekannten, festen Positionen der Örtlichkeit 10, z. B. überkopf an der Decke 14, angeordnet sind, um jede aufeinanderfolgende Position und Ausrichtung der sich bewegenden Fracht 12 zu lokalisieren. Das Verfolgungssystem muss nicht lichtbasiert sein, wie in den FIGs dargestellt. 4-5. So können beispielsweise Ultraschallemitter und -empfänger verwendet werden, um den Gabelstapler 22 zu verfolgen. Als weiteres Beispiel könnten Radiofrequenzsender und -empfänger verwendet werden, um den Gabelstapler 22 zu verfolgen.
Der beispielhafte Server 16 korreliert jede aufeinanderfolgende Punktwolke mit jeder aufeinanderfolgenden Position und Ausrichtung der sich bewegenden Fracht 12, kombiniert die korrelierten Punktwolken zu einer zusammengesetzten Punktwolke der sich bewegenden Fracht 12 und verarbeitet die zusammengesetzte Punktwolke zum Dimensionieren der sich bewegenden Fracht 12. Vorteilhafterweise weist das Verfolgungssystem jeder aufeinanderfolgenden Position und Ausrichtung der sich bewegenden Fracht 12 einen Zeitstempel zu und korreliert jede aufeinanderfolgenden Punktwolke mit jeder aufeinanderfolgenden zeitgestempelten Position und Ausrichtung der sich bewegenden Fracht 12. Insbesondere arbeiten die Kameras 28, 30 mit einer Framerate (Bildrate), z. B. 30-60 Frames pro Sekunde oder Hertz, und die jedem Frame zugeordnete Zeit entspricht der Zeit, die für jede aufeinanderfolgende Position und Ausrichtung von den Kameras 28, 30 erfasst wird.
Insbesondere schätzt der Server 16 die Dimensionen der sich bewegenden Fracht 12, indem er einen oder mehrere Dimensionierungsalgorithmen, wie in 9 schematisch dargestellt, auf die Datenpunkte der erfassten und korrelierten Punktwolken anwendet. Wie im Blockdiagramm von 6 dargestellt, erfasst somit jede (1 .... n) der 3D-Kameras 20 die Punktwolken (Blöcke 46). Der Server 16 weist jede der 3D-Kameras 20 von 6 an, sequentiell zu arbeiten (Block 38). Jede aufeinanderfolgende Punktwolke umfasst Datenpunkte von der Fracht 12 und von dem Hintergrund, z. B. vom Gabelstapler 22 und anderen Umgebungsstrukturen. Darüber hinaus verfolgt jede (1 .... n) der Kameras, z. B. die Kameras 28 von 4, eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Positionen und Ausrichtungen und entsprechenden Zeiten der sich bewegenden Fracht 12 (Blöcke 48) und aggregiert alle Positionen und Ausrichtungen und entsprechenden Zeiten von allen Kameras 28 (Block 49). Der Server 16 korreliert jede aufeinanderfolgende Punktwolke mit der aggregierten zeitgestempelten Position und Ausrichtung der sich bewegenden Fracht 12 und kombiniert die korrelierten Punktwolken, um, wie in 7 dargestellt, eine kombinierte Punktwolke 42 zu erhalten, die Datenpunkte von der Fracht 12 und von dem Hintergrund umfasst, z. B. dem Gabelstapler 22 und anderen Umgebungsstrukturen (Block 50).
Die Datenpunkte vom Hintergrund werden von den Datenpunkten von der Fracht 12 getrennt und entfernt, um, wie in 8 dargestellt, eine kombinierte Punktwolke 44 von lediglich der Fracht 12 zu bilden (Block 52). Wie in 9 dargestellt, wird nach dem Erfassen und Korrelieren der Punktwolken (Block 100) das Erfassen des Hintergrunds durchgeführt (Block 102), indem aus den Datenpunkten die Ebene mit der größten Fläche im Sichtfeld bestimmt wird, z. B. durch Ausführen eines RANSAC-Algorithmus (random sampling consensus). Details zur Ebenenerfassung mit dem RANSAC-Algorithmus können unter Bezugnahme auf „Plane Detection in Point Cloud Data“, von Yang et al., Technical Report No. 1, Department of Photogrammetry, Universität Bonn, 25. Januar 2010, eingesehen werden, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Nachdem die Basisebene oder der Hintergrund erfasst wurde, werden die Datenpunkte der Basisebene aus der kombinierten Punktwolke 42 entfernt. Die restlichen Datenpunkte werden dann gebündelt, z. B. durch euklidisches Clustern (Block 104). Das heißt, eine Vielzahl der Datenpunkte sind in Gruppen organisiert, die eine Ähnlichkeit aufweisen, z. B. eine Entfernung oder Nähe zueinander. Mit den geclusterten Datenpunkten wird die Fracht 12 extrahiert und lokalisiert (Block 106).
Der Server 16 bildet eine minimale Begrenzungsbox (siehe auch 8) über die zusammengesetzte Punktwolke 44 (Block 54). Die Begrenzungsbox hat Höhen-, Breiten- und Tiefendimensionen, und diese Dimensionen, wie sie aus der Begrenzungsbox bestimmt werden, werden zum Dimensionieren der Fracht 12 verwendet (Block 56). Insbesondere werden die extrahierten, geclusterten Datenpunkte, die zu der Fracht 12 gehören, zu einer konvexen Hülle verarbeitet (Block 108). Die konvexe Hülle bildet nur diejenigen äußeren Datenpunkte, die sich an der äußeren Begrenzung oder Umhüllung der zur Fracht 12 gehörenden Datenpunkte befinden. Im veranschaulichten Beispiel wird die konvexe Hülle der Fracht 12 bestimmt, und die restlichen inneren Datenpunkte der zur Fracht 12 innerhalb der konvexen Hülle gehörenden Datenpunkte werden verworfen.
Die Begrenzungsbox ist so angepasst, dass sie die konvexe Hülle mit einem Mindestvolumen umschließt (Block 110). Im dargestellten Beispiel hat die Begrenzungsbox eine rechteckige Parallel- oder Quaderform mit drei Paaren von zueinander orthogonalen ebenen Flächen und ist um die konvexe Hülle herum angepasst. Wie in 8 zu sehen ist, entspricht das Volumen der Begrenzungsbox nahezu den Dimensionen oder dem Volumen der extrahierten, geclusterten Datenpunkte der Fracht 12, wodurch die Fracht 12 genau dimensioniert wird. Die Begrenzungsbox wird mit bestimmten flächigen Begrenzungen ausgerichtet. Insbesondere ist mindestens eine der Flächen der Begrenzungsbox, z. B. eine Oberseite, im Allgemeinen parallel zum Boden ausgerichtet, und gleichzeitig ist eine der anderen Flächen der Begrenzungsbox, z. B. eine Seitenfläche, orthogonal zur Oberseite ausgerichtet.
Im veranschaulichten Beispiel wird die Fracht 12 gewogen (Block 58). Alternativ wird das Wiegen entweder vor oder während der Dimensionierung durchgeführt. Im dargestellten Beispiel wird die Fracht 12 effizient in einen Container verladen, typischerweise für den Transport zu Lande, auf der Schiene, zu Wasser, in der Luft etc. (Block 60).
In der vorstehenden Beschreibung wurden spezifische Ausführungsformen beschrieben. Ein Durchschnittsfachmann erkennt jedoch, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang der hierin offenbarten beispielhaften Verfahren und Vorrichtungen zu verlassen. Dementsprechend sind die Beschreibung und die Figuren vielmehr in einem illustrativen als in einem einschränkenden Sinne zu betrachten, und alle derartigen Modifikationen sollen im Umfang der vorliegenden Lehren eingeschlossen sein.
Die Nutzen, Vorteile, Lösungen für Probleme und alle Elemente, die zum Auftreten oder einer Verstärkung eines Nutzens, eines Vorteils, oder einer Lösung führen können, sind nicht als kritische, erforderliche oder wesentliche Merkmale oder Elemente in einigen oder sämtlichen Ansprüchen zu verstehen.
Darüber hinaus können in diesem Dokument relationale Begriffe wie erster und zweiter, oberer und unterer und dergleichen lediglich verwendet sein, um eine Entität oder Aktion von einer anderen Entität oder Aktion zu unterscheiden, ohne notwendigerweise eine tatsächliche derartige Beziehung oder Reihenfolge zwischen solchen Entitäten oder Aktionen zu erfordern oder zu implizieren. Die Ausdrücke „umfasst“, „umfassend“, „hat“, „haben“, „aufweist“, „aufweisen“, „enthält“, „enthalten“ oder jede andere Variation davon sollen eine nicht-ausschließliche Einbeziehung abdecken, derart, dass ein Prozess, Verfahren, Produkt oder Vorrichtung, das eine Liste von Elementen umfasst, hat, aufweist, enthält, nicht nur diese Elemente aufweist, sondern auch andere Elemente aufweisen kann, die nicht ausdrücklich aufgelistet sind oder einem solchen Prozess, Verfahren, Produkt oder Vorrichtung inhärent sind. Ein Element, dem „umfasst ... ein“, „hat... ein“, „aufweist ... ein“ oder „enthält ...ein“ vorausgeht, schließt ohne weitere Einschränkungen die Existenz zusätzlicher identischer Elemente in dem Prozess, dem Verfahren, dem Produkt oder der Vorrichtung, die das Element umfasst, hat, aufweist oder enthält, nicht aus. Die Begriffe „ein“ und „eine“ sind als eine oder mehrere definiert, sofern es hierin nicht ausdrücklich anders angegeben wird. Die Begriffe „im Wesentlichen“, „im Allgemeinen“, „ungefähr“, „etwa“ oder jede andere Version davon sind so definiert, dass sie von einem Fachmann auf diesem Gebiet nahekommend verstanden werden, und in einer nicht-einschränkenden Ausführungsform ist der Ausdruck definiert als innerhalb von 10%, in einer weiteren Ausführungsform als innerhalb von 5%, in einer weiteren Ausführungsform als innerhalb von 1% und in einer weiteren Ausführungsform als innerhalb von 0,5%. Der Ausdruck „gekoppelt“, wie er hierin verwendet wird, ist als verbunden definiert, jedoch nicht notwendigerweise direkt und nicht notwendigerweise mechanisch. Eine Vorrichtung oder eine Struktur, die auf eine bestimmte Art „ausgeführt“ ist, ist zumindest auch so ausgeführt, kann aber auch auf Arten ausgeführt sein, die nicht aufgeführt sind.
Es versteht sich, dass einige Ausführungsformen von einem oder mehreren generischen oder spezialisierten Prozessoren (oder „Verarbeitungsgeräten“) wie Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren, kundenspezifische Prozessoren und Field-Programmable-Gate-Arrays (FPGAs) und einmalig gespeicherten Programmanweisungen (einschließlich sowohl Software als auch Firmware) umfasst sein können, die den einen oder die mehreren Prozessoren steuern, um in Verbindung mit bestimmten Nicht-Prozessorschaltungen einige, die meisten oder alle der hierin beschriebenen Funktionen des Verfahrens und/oder der Vorrichtung zu implementieren. Alternativ können einige oder alle Funktionen durch eine Zustandsmaschine implementiert sein, die keine gespeicherten Programmanweisungen aufweist, oder in einer oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), in denen jede Funktion oder einige Kombinationen von bestimmten Funktionen als benutzerdefinierte Logik implementiert sind. Natürlich kann eine Kombination der beiden Ansätze verwendet werden.
Darüber hinaus kann eine Ausführungsform als ein computerlesbares Speichermedium implementiert sein, auf dem computerlesbarer Code gespeichert ist, um einen Computer (der zum Beispiel einen Prozessor umfasst) zu programmieren, um ein Verfahren auszuführen, wie es hierin beschrieben und beansprucht ist. Beispiele solcher computerlesbaren Speichermedien weisen eine Festplatte, eine CD-ROM, eine optische Speichervorrichtung, eine magnetische Speichervorrichtung, einen ROM (Nur-Lese-Speicher), einen PROM (programmierbarer Nur-Lese-Speicher), einen EPROM (löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher), einen EEPROM (elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher) und einen Flash-Speicher auf, sind aber nicht hierauf beschränkt auf. Ferner wird davon ausgegangen, dass ein Durchschnittsfachmann, ungeachtet möglicher signifikanter Anstrengungen und vieler Designwahlen, die zum Beispiel durch verfügbare Zeit, aktuelle Technologie und wirtschaftliche Überlegungen motiviert sind, ohne Weiteres in der Lage ist, solche Softwareanweisungen und -programme und ICs mit minimalem Experimentieren zu generieren, wenn er durch die hierin offenbarten Konzepte und Prinzipien angeleitet wird.
Die Zusammenfassung der Offenbarung wird bereitgestellt, um es dem Leser zu ermöglichen, schnell das Wesen der technischen Offenbarung zu ermitteln. Sie wird mit dem Verständnis bereitgestellt, dass sie nicht zur Auslegung oder Einschränkung des Umfangs oder der Bedeutung der Ansprüche verwendet wird. Ferner kann der vorangehenden detaillierten Beschreibung entnommen werden, dass verschiedene Merkmale in verschiedenen Ausführungsformen zum Zwecke der Verschlankung der Offenbarung zusammengefasst sind. Diese Art der Offenbarung ist nicht so auszulegen, dass es die Absicht widerspiegelt, dass die beanspruchten Ausführungsformen mehr Merkmale erfordern, als ausdrücklich in jedem Anspruch angegeben sind. Vielmehr ist es so, wie die folgenden Ansprüche zeigen, dass der erfinderische Gegenstand in weniger als allen Merkmalen einer einzigen offenbarten Ausführungsform liegt. Somit werden die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung inkorporiert, wobei jeder Anspruch für sich als ein separat beanspruchter Gegenstand steht.

Claims

Dimensionierungssystem zum Dimensionieren einer sich bewegenden Fracht, die sich entlang eines nicht unterbrochenen Pfades in einer Örtlichkeit bewegt, wobei das Dimensionierungssystem umfasst: ein Entfernungssystem, das ausgeführt ist, um eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Punktwolken zu erfassen, die für die sich bewegende Fracht repräsentativ sind; ein Verfolgungssystem, das ausgeführt ist, um eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Positionen und Ausrichtungen der sich bewegenden Fracht zu verfolgen; und eine Rechenvorrichtung, die in Kommunikation mit dem Entfernungssystem und dem Verfolgungssystem steht, wobei die Rechenvorrichtung ausgeführt ist, zum: Korrelieren jeder der aufeinanderfolgenden Punktwolken mit jeder der aufeinanderfolgenden Positionen und Ausrichtungen der sich bewegenden Fracht; Kombinieren der korrelierten Punktwolken, um eine zusammengesetzte Punktwolke zu erhalten, die für die sich bewegende Fracht repräsentativ ist; und Verarbeiten der zusammengesetzte Punktwolke, um die sich bewegende Fracht zu dimensionieren.
Dimensionierungssystem nach Anspruch 1, wobei ein Frachtbeförderer zum Bewegen der Fracht entlang des nicht unterbrochenen Pfades vorbei an den Entfernungs- und Verfolgungssystemen ausgeführt ist.
Dimensionierungssystem nach Anspruch 2, wobei die zusammengesetzte Punktwolke Datenpunkte umfasst, die mit der Fracht und dem Frachtbeförderer korrespondieren, und die Rechenvorrichtung ausgeführt ist zum: Entfernen der Datenpunkte, die mit dem Frachtbeförderer aus der zusammengesetzten Punktwolke korrespondieren; Umschließen der Datenpunkte der zusammengesetzten Punktwolke mit einer Begrenzungsbox mit Dimensionen; und Dimensionieren der sich bewegenden Fracht anhand der Dimensionen der Begrenzungsbox.
Dimensionierungssystem nach Anspruch 2, wobei das Verfolgungssystem einen Detektor umfasst, der an einem des Frachtbeförderers und der Örtlichkeit montiert ist und ausgeführt ist, um jede der aufeinanderfolgenden Positionen und Ausrichtungen der sich bewegenden Fracht zu erfassen.
Dimensionierungssystem nach Anspruch 4, wobei: das Verfolgungssystem einen Emitter umfasst, der ausgeführt ist, um ein Signal auszusenden; der Detektor ausgeführt ist, das ausgesendete Signal zu erfassen; einer des Emitters und des Detektors auf dem Frachtbeförderer für eine gemeinsame Bewegung mit diesem montiert ist; und der andere des Emitters und des Detektors in der Örtlichkeit entfernt vom Frachtbeförderer montiert ist.
Dimensionierungssystem nach Anspruch 5, wobei: der Emitter mindestens eine an dem Frachtbeförderer montierte Leuchtdiode (LED) umfasst, die ausgeführt ist, um Licht in einem vorbestimmten Lichtmuster zu emittieren, und der Detektor mindestens eine Kamera umfasst, die stationär in der Örtlichkeit montiert ist, um das vorbestimmte Lichtmuster zu erfassen.
Dimensionierungssystem nach Anspruch 5, wobei der Detektor eine Kamera umfasst, die am Frachtbeförderer montiert ist und konfiguriert ist, um mindestens ein Merkmal abzubilden, das an einem bekannten, festen Ort in der Örtlichkeit angeordnet ist, um jede der aufeinanderfolgenden Positionen und Ausrichtungen der sich bewegenden Fracht zu lokalisieren.
Dimensionierungssystem nach Anspruch 1, wobei das Entfernungssystem mindestens eine dreidimensionale (3D) Kamera umfasst, die an einem Ort angeordnet ist, durch den die Fracht bewegt wird.
Dimensionierungssystem nach Anspruch 8, wobei die mindestens eine 3D-Kamera stationär in der Örtlichkeit montiert ist und die 3D-Kamera einen Sensor umfasst, der auf einen Bereich einer erwarteten Bewegung ausgerichtet ist, die mit der sich bewegenden Fracht assoziiert ist.
Dimensionierungssystem nach Anspruch 1, wobei das Verfolgungssystem konfiguriert ist zum: Zuweisen eines Zeitstempels zu jeder der aufeinanderfolgenden Positionen und Ausrichtungen der sich bewegenden Fracht; und Korrelieren jeder der aufeinanderfolgenden Punktwolken mit jeder der aufeinanderfolgenden zeitgestempelten Positionen und Ausrichtungen der sich bewegenden Fracht.
Verfahren zum Dimensionieren einer sich bewegenden Fracht, die sich entlang eines nicht unterbrochenen Pfades in einer Örtlichkeit bewegt, wobei das Verfahren umfasst: Erfassen einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Punktwolken, die für die sich bewegende Fracht repräsentativ sind; Verfolgen einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Positionen und Ausrichtungen der sich bewegenden Fracht; Korrelieren jeder der aufeinanderfolgenden Punktwolken mit jeder der aufeinanderfolgenden Positionen und Ausrichtungen der sich bewegenden Fracht; Kombinieren der korrelierten Punktwolken, um eine zusammengesetzte Punktwolke der sich bewegenden Fracht zu erhalten; und Verarbeiten der zusammengesetzten Punktwolke zum Dimensionieren der sich bewegenden Fracht.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei ein Frachtbeförderer die Fracht entlang des nicht unterbrochenen Pfades in der Örtlichkeit bewegt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei: die zusammengesetzte Punktwolke Datenpunkte umfasst, die für die Fracht und den Frachtbeförderer repräsentativ sind; das Verarbeiten durchgeführt wird durch: Entfernen der Datenpunkte, die mit dem Frachtbeförderer aus der zusammengesetzten Punktwolke korrespondieren; Einschließen der zusammengesetzten Punktwolke mit einer Begrenzungsbox mit Dimensionen; und Dimensionierung der sich bewegenden Fracht aus den Dimensionen der Begrenzungsbox.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend Erfassen jeder der aufeinanderfolgenden Positionen und Ausrichtungen der sich bewegenden Fracht mit einem Detektor, der an einem des Frachtbeförderers und der Örtlichkeit montiert ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei: die Verfolgung erfolgt durch Aussenden eines Signals von einem Emitter, der an einem des Frachtbeförderers und der Örtlichkeit montiert ist; und der Detektor das ausgesendete Signal erfasst, wobei der Detektor auf dem anderen des Frachtbeförderers und der Örtlichkeit montiert ist.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend Konfigurieren des Emitters mit mindestens einer Leuchtdiode (LED), die an dem Frachtbeförderer montiert ist, um Licht in einem vorbestimmten Lichtmuster zu emittieren, und Konfigurieren des Detektors mit mindestens einer Kamera, die stationär an der Örtlichkeit montiert ist, um das vorbestimmte Lichtmuster zu erfassen.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend Konfigurieren des Detektors mit einer Kamera, die an dem Frachtbeförderer montiert ist, um mindestens ein Merkmal abzubilden, das an einem bekannten, festen Ort in der Örtlichkeit angeordnet ist, um jede der aufeinanderfolgenden Positionen und Ausrichtungen der sich bewegenden Fracht zu lokalisieren.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Erfassen durch Anordnen mindestens einer dreidimensionalen (3D-)Kamera an einem Ort, durch den die Fracht bewegt wird, durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend ein stationäres Montieren der mindestens einen 3D-Kamera in der Örtlichkeit in einem Bereich einer erwarteten Bewegung, die mit der sich bewegenden Fracht assoziiert ist.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend Zuweisen eines Zeitstempels zu jeder der aufeinanderfolgenden Positionen und Ausrichtungen der sich bewegenden Fracht und Korrelieren jeder der aufeinanderfolgenden Punktwolken mit jeder der aufeinanderfolgenden zeitgestempelten Positionen und Ausrichtungen der sich bewegenden Fracht.