DE19908493A1 - Lagersystem - Google Patents

Abstract

Lagersystem mit einer Orientierungsmöglichkeit für einen bewegbaren Roboter (2), insbesondere in einer Bibliothek, mit mehreren Lagerorten (1) zur Lagerung von Lagerartikeln, wobei an jedem Lagerartikel eine Identifizierungsmarkierung (3) angebracht ist, einem an dem Roboter (2) angebrachten Sensor zur Erfassung der an den Lagerartikeln angebrachten Identifizierungsmarkierungen (3), wobei an den Lagerorten (1) Orientierungsmarkierungen (OM) für den Roboter (2) angebracht sind, die im wesentlichen dieselbe Erscheinungsform wie die Identifizierungsmarkierungen (3) auf den Lagerartikeln aufweisen und eine die räumliche Position des jeweiligen Regals (1) betreffende Ortsinformation tragen, und der Sensor ausgangsseitig mit einer Steuereinheit verbunden ist, welche die Roboterbewegung in Abhängigkeit von den durch den Sensor erfaßten Orientierungsmarkierungen (OM) steuert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lagersystem mit einer Orientie­ rungsmöglichkeit für einen bewegbaren Roboter, insbesondere in einer Bibliothek, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb des Lagersystems gemäß An­ spruch 10.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 38 43 218 A1 ist ein modernes Hochregallager zur Lagerung von Datenträgern bekannt, bei dem Einlagerung und Entnahme der gelagerten Datenträger automatisch durch einen Roboter erfolgt, der auf Schienen zwischen den einzelnen Regalen fahrbar ist und einen Greifer aufweist, um die Datenträger an dem gewünsch­ ten Lagerort einzulagern bzw. zu entnehmen.

Die Schienenführung des Roboters in dem Hochregallager er­ möglicht vorteilhaft ein exaktes Anfahren vorgegebener La­ gerorte innerhalb des Hochregallagers, da die Position des Roboters jeweils durch die Schienenanordnung vorgegeben ist.

Nachteilig an einem derartigen Hochregallager ist jedoch der Aufwand für die Montage der Schienenführung, die dar­ über hinaus eine bestimmte räumliche Anordnung der einzel­ nen Regale erfordert. So lassen sich ältere Lager mit ver­ winkelten Anordnungen der einzelnen Regale oftmals nicht mit einem derartigen Robotersystem ausstatten. Darüber hin­ aus verengen die Schienen in der Regel den ansonsten begeh­ baren Bereich zwischen den einzelnen Regalen und schränken dadurch die manuelle Zugänglichkeit des Lagers ein, was insbesondere in Bibliotheken mit Publikumsverkehr untragbar ist.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein automa­ tisiertes Lagersystem zu schaffen, das ohne eine separate Schienenanordnung ein exaktes Anfahren vorgegebener La­ gerorte durch einen Roboter ermöglicht, um Lagerartikel au­ tomatisch einzulagern, zu entnehmen oder deren Bestand zu überprüfen.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem bekannten Lagersy­ stem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. - hinsichtlich eines entsprechenden Arbeitsverfahrens - durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst.

Die Erfindung umfaßt die technische Lehre, in einem Lager an den einzelnen Lagerorten jeweils Orientierungsmarkierun­ gen anzuordnen, wobei die Orientierungsmarkierungen und die an den einzelnen Lagerartikeln angebrachten Identifizie­ rungsmarkierungen hinsichtlich ihrer äußeren Erscheinungs­ form übereinstimmen und lediglich einen unterschiedlichen Informationsgehalt aufweisen. Der Vorteil einer derartigen Gestaltung der Orientierungsmarkierungen besteht darin, daß die Mustererkennung des Roboters dann nur ein einziges Mu­ ster erkennen muß, wohingegen die Erkennung unterschiedli­ cher Muster für Identifizierungsmarkierungen und Orientie­ rungsmarkierungen wesentlich aufwendiger wäre.

Die Begriffe Identifizierungsmarkierung und Orientierungs­ markierung sind hierbei und im folgenden allgemein zu ver­ stehen und nicht auf die vorzugsweise verwendeten optischen Markierungen beschränkt, die beispielsweise in Form von Aufklebern oder Etiketten vorliegen können. Vielmehr lassen sich auch elektronische Identifizierungsmarkierungen bzw. Orientierungsmarkierungen verwenden, die beispielsweise aus aktiven oder passiven Signalgebern bestehen, deren Informa­ tionsgehalt von dem Roboter auf dem Funkweg erfaßt wird. Darüber hinaus lassen sich auch andere Formen von Identifi­ zierungsmarkierungen bzw. Orientierungsmarkierungen verwen­ den, die ein Auslesen von Informationen ermöglichen.

Die einzelnen Orientierungsmarkierungen tragen erfindungs­ gemäß jeweils eine Ortsinformation, die beispielsweise die absolute Position des jeweiligen Lagerorts innerhalb des Lagersystems angeben kann. Statt dessen können die Orien­ tierungsmarkierungen jedoch auch eine Ortsinformation tra­ gen, welche die relative Lage zum nächsten Lagerort wieder­ gibt. So könnte die Ortsinformation beispielsweise angeben, daß der nächste Lagerort vier Meter weiter links und zwei Meter weiter vorne steht. Auf diese Weise können die ein­ zelnen Orientierungsmarkierungen an den Lagerorten einen Parcours durch das gesamte Lager definieren, auf dem sämt­ liche Lagerorte von dem Roboter angefahren werden, um bei­ spielsweise eine Inventur des Lagerbestands durchzuführen. Besonders vorteilhaft ist dies in Bibliotheken, da bei­ spielsweise in den Nachtstunden ohne Publikumsverkehr eine automatische Revision vorgenommen werden kann.

Der Begriff Lagerort ist hierbei und im folgenden allgemein zu verstehen und umfaßt beispielsweise die eingangs erwähn­ ten Regale in einem Hochregallager oder in einer Biblio­ thek. Die Erfindung ist jedoch nicht auf derartige Regalla­ ger beschränkt, sondern auch bei anderen Lagersystemen ein­ setzbar, bei denen die Lagerartikel in anderer Weise an be­ stimmten Lagerorten gelagert werden. Beispielhaft sind hierbei automatisierte Parkgaragen zu nennen, bei denen die geparkten Kraftfahrzeuge als Lagerartikel auf Abstellplät­ zen als Lagerorten abgestellt werden. Darüber hinaus läßt sich das erfindungsgemäße Lagersystem auch an Bootsanlege­ plätzen einsetzen, bei denen die einzelnen Boote die La­ gerartikel darstellen und jeweils an bestimmten Anlegeplät­ zen liegen, die als Lagerort im erfindungsgemäßen Sinn zu verstehen sind. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit besteht in dem Lagerung von Fahrrädern in einem Fahrradständer, was beispielsweise bei einem Fahrradverleih von Interesse ist.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Roboter eine interne Stromversorgung beispielsweise in Form eines wiederaufladbaren Akkumulators auf, jedoch ist auch eine kabelgebundene Stromversorgung denkbar, wobei das Auf- bzw. Abrollen des Stromkabels während der Roboterbewegung wahlweise von dem Roboter oder einer stationären Stromver­ sorgungseinheit vorgenommen werden kann.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine Bibliothek mit mehreren Regalen und einem durch mehrere Orientierungsmarkierungen definier­ ten Parcours für einen Roboter sowie

Fig. 2 eine schematisierte Darstellung eines Regalbretts mit jeweils einer Orientierungsmarkierung an den Regalenden und mit mehreren Büchern mit jeweils einem Etikett als Identifizierungsmarkierung.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Bibliothek besteht im wesentlichen aus mehreren Regalen 1 mit Büchern, wobei die Einlagerung und Entnahme der einzelnen Büchern in her­ kömmlicher Weise manuell durch die einzelnen Benutzer oder das Bibliothekspersonal erfolgt, wohingegen die Revision, d. h. die Überprüfung des Lagerbestands außerhalb der Öff­ nungszeiten der Bibliothek automatisch durch einen mobilen Roboter 2 erfolgt, der hier nur schematisch dargestellt ist.

Der Roboter 2 ist in herkömmlicher Weise aufgebaut und weist ein elektromotorisch angetriebenes, radgestütztes Fahrwerk auf, das dem Roboter 2 eine selbständige Bewegung innerhalb der Bibliothek ermöglicht. Die Stromversorgung erfolgt hierbei durch eine eingebaute Batterie, so daß der Roboter 2 keine Kabelzuführung benötigt und sich deshalb frei in der Bibliothek bewegen kann.

Zur Wahrnehmung seiner Umgebung weist der Roboter 2 einen optischen Sensor auf, der in vertikaler Richtung verschieb­ bar ist, um die Bücher auf verschiedenen Regalbrettern er­ kennen zu können, wobei der Sensor zur Datenauswertung mit einem eingebauten Computer verbunden ist.

Zum einen dient der Sensor zur Erfassung der auf den Buch­ rücken der einzelnen Bücher angebrachten Etiketten 3, die eine Identifizierung der einzelnen Bücher ermöglichen und exemplarisch in Fig. 2 dargestellt sind.

Zum anderen erfaßt der optische Sensor auch Orientierungs­ markierungen OM, 4, die jeweils an den einzelnen Regalen 1 an den Enden der Buchreihen angebracht sind und eine Orien­ tierung des Roboters 2 innerhalb der Bibliothek ermögli­ chen. Jede dieser Orientierungsmarkierungen OM, 4 definiert hierbei die relative räumliche Lage des nächsten Regal­ bretts, so daß alle Orientierungsmarkierungen OM, 4 zusam­ men einen Parcours durch die Bibliothek definieren, der in Fig. 1 durch die gestrichelt gezeichneten Zwischenpositio­ nen des Roboters 2 und die dazwischen verlaufenden Rich­ tungspfeile dargestellt ist.

Der Roboter 2 wird also zu Beginn der automatischen Revisi­ on so plaziert, daß der optische Sensor die erste Orientie­ rungsmarkierung OM, 4 erfaßt, die seitlich neben der auf einem bestimmten Regalbrett befindlichen Buchreihe ange­ bracht ist. Der Roboter 2 fährt dann anschließend an dem ersten Regal 1 entlang und erfaßt die Etiketten 3 der auf diesem Regalbrett befindlichen Bücher. Am Ende der Buchrei­ he trifft der Roboter 2 dann auf eine weitere Orientie­ rungsmarkierung OM, 4, welche die relative Lage des näch­ sten anzufahrenden Regalbretts definiert, wobei das nächste Regalbrett in einer andere Höhe in demselben Regal oder aber in einem anderen Regal angeordnet sein kann. Der ein­ gebaute Computer berechnet daraus die Steuerdaten für das Fahrwerk des Roboters 2 und die vertikale Bewegungssteue­ rung des Sensors, woraufhin der Roboter 2 dann an die vor­ gegebene nächste Regalposition fährt und dort zunächst nach einer Orientierungsmarkierung OM, 4 sucht, welche den Be­ ginn eines neuen Regalabschnitts definiert. Darüber hinaus dient diese Orientierungsmarkierung OM, 4 auch zur Überprü­ fung, ob auch, tatsächlich die richtige Regalposition ange­ fahren wurde. Anschließend fährt der Roboter 2 dann in der vorstehend beschriebenen Weise an dem Regal 1 entlang und erfaßt die an den einzelnen Buchrücken angebrachten Etiket­ ten 3, um die zugehörigen Buchdaten für eine spätere Daten­ auswertung in dem eingebauten Computer abzuspeichern.

Im folgenden wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 detail­ liert beschrieben, wie der optische Sensor des Roboters 2 die einzelnen Etiketten 3 erfaßt.

Hierbei wird angenommen, daß der Roboter 2 bereits die am Beginn einer Regalreihe befindliche Orientierungsmarkierung OM, 4 erfaßt hat und nun rechts neben der Orientierungsmar­ kierung OM, 4 nach dem ersten Etikett 3 sucht.

Der optische Sensor sucht jetzt nach dem nächsten Etikett, das ein Buchetikett 3 oder eine Orientierungsmarkierung OM, 4 sein kann. Er tut dies jedoch nicht in jeder beliebigen Höhe, sondern nur in einer vorgegebenen Suchhöhe h oberhalb des Regalbretts und in einer vertikalen Bandbreite Δh, wo­ bei die Suchhöhe h geringfügig kleiner ist als die Höhe ei­ nes Etiketts (Buchetikett 3 oder Orientierungsmarkierung 4). Hierdurch wird weitgehend verhindert, daß Fehlplazie­ rungen eines Etiketts 3 auf dem Buchrücken zu Fehlerkennun­ gen führen. Ist ein Etikett 3 beispielsweise so tief aufge­ klebt, daß der untere Rand des Etiketts 3 bereits am Regal­ brett anstößt, so befindet sich das obere Ende des Etiketts 3 immer noch innerhalb der Suchbandbreite Δh. Ist das Eti­ kett 3 dagegen zu hoch auf den Buchrücken aufgelebt, so liegt das untere Ende des Etiketts 3 meist noch innerhalb der Suchbandbreite Δh. Die Suchhöhe h wird dem System durch eine entsprechende Positionierung der Orientierungsmarkie­ rungen mitgeteilt. Wichtig ist hierbei, daß die optische Achse des Sensors stets parallel zum Boden und in der Ebene der Suchhöhe verläuft, damit sich die Suchebene im Kamera­ bild unabhängig von dem Abstand zwischen Sensor und Regal stets in der Bildmitte befindet.

Der in den Roboter 2 eingebaute Computer vergleicht das von dem Sensor erfaßte, nahezu linienförmige Muster dann mit einem vorgegebenen Muster, um zu ermitteln, ob ein Etikett 3 erkannt wurde. In diesem Fall muß ein weißer Streifen vorliegen, der von schwarzen Stellen durchsetzt ist, wobei die schwarzen Stellen zu dem schwarzen Rahmen des Etiketts 3 bzw. dem Etikettaufdruck gehören. Der Computer erweitert dann die vertikale Bandbreite Δh, wobei auch der Eti­ kettaufdruck ausgelesen wird. Durch einen Datenbankver­ gleich des ausgelesenen Inhalts ermittelt das System dann, ob eine Identifizierungsmarkierung eines Buchs oder eine Orientierungsmarkierung vorliegt. Dies bietet den Vorteil, daß die Unterscheidung von Identifizierungsmarkierungen (Buchetiketten) einerseits und Orientierungsmarkierungen andererseits durch einen einfachen Textvergleich erfolgen kann. Handelt es sich um ein Buchetikett, so wird der aus­ gelesene Inhalt für eine spätere Datenauswertung gespei­ chert. Handelt es sich dagegen um eine Orientierungsmarkie­ rung, so entnimmt der Roboter aus der Orientierungsmarkie­ rung die Information für die erforderlichen Bewegungsvor­ gänge.

Während der Erweiterung der vertikalen Bandbreite Δh kann der festgestellte horizontale Abstand des gefundenen Eti­ ketts zum Bildrand bereits an das Steuersystem weitergege­ ben werden, das daraufhin eine Roboterbewegung um diesen Abstand veranlaßt. Dadurch wird erreicht, daß das neue Eti­ kett sich im Sensorbild ganz am Rand befindet und weitere Etiketten in das Bild rücken können. Ist die Etiketten­ erkennung schließlich abgeschlossen, ist auch die Roboter­ bewegung bereits ausgeführt und die Bilderkennung kann ohne Wartezeit das nächste Etikett suchen.

Dabei ist eine Umrechnung der Abstandsinformation (Anzahl der Bildrasterpunkte) in eine metrische Information nötig. Hierzu können beispielsweise die genormte und bekannte Eti­ kettenhöhe oder andere Richtwerte als Referenz herangezogen werden. Stellt man hierbei fest, daß sich der optische Sen­ sor zu weit oder zu nah an das Regal bewegt, wird ebenfalls eine entsprechende Korrektur durch das Fahrwerk durchge­ führt.

Fernerhin kann die Abstandsinformation dazu verwendet wer­ den, um festzustellen, ob das zugehörige Buch unmittelbar an das vorangegangene Buch angrenzt oder ob zwischen diesen beiden Büchern eine Leerstelle liegt, die entweder von ei­ nem Buch mit nicht erkanntem Etikett oder von einer Lücke herrühren kann.

Nach dem vorstehend beschriebenen Abfahren des durch die einzelnen Orientierungsmarkierungen OM, 4 definierten Par­ cours sind in dem eingebauten Computer die Daten sämtlicher Etiketten 3 gespeichert, die während der Revision erfaßt wurden. Die gespeicherten Daten werden dann auf einen Zen­ tralcomputer überspielt und mit dem Bibliothekskatalog ver­ glichen, der den Soll-Bestand der gesamten Bibliothek wie­ dergibt. Hierbei erstellt der Zentralcomputer automatisch eine Korrekturliste, die den gesamten Fehlbestand der Bi­ bliothek aufführt und dem Bibliothekspersonal eine Korrek­ tur des Buchbestands ermöglicht. Hierzu stellt das Biblio­ thekspersonal verstellte Bücher an den richtigen Ort zurück und bestellt ggf. fehlende Bücher neu.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispie­ le. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims (15)

1. Lagersystem mit einer Orientierungsmöglichkeit für einen bewegbaren Roboter (2), insbesondere in einer Biblio­ thek, mit
mehreren Lagerorten (1) zur Lagerung von Lagerartikeln, wo­ bei an jedem Lagerartikel eine Identifizierungsmarkierung (3) angebracht ist,
einem an dem Roboter (2) angebrachten Sensor zur Erfassung der an den Lagerartikeln angebrachten Identifizierungsmar­ kierungen (3), dadurch gekennzeichnet,
daß an den Lagerorten (1) Orientierungsmarkierungen (OM, 4) für den Roboter (2) angebracht sind, die im wesentlichen dasselbe Erscheinungsbild wie die Identifizierungsmarkie­ rungen (3) auf den Lagerartikeln aufweisen und eine die räumliche Position des jeweiligen Lagerorts (1) betreffende Ortsinformation tragen, und
daß der Sensor ausgangsseitig mit einer Steuereinheit ver­ bunden ist, welche die Roboterbewegung in Abhängigkeit von den durch den Sensor erfaßten Orientierungsmarkierungen (OM, 4) steuert.

2. Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Lagerorten (1) angebrachten Orientierungs­ markierungen (OM, 4) jeweils die absolute räumliche Lage des jeweiligen Lagerorts (1) innerhalb des Lagersystems wiedergeben.

3. Lagersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Lagerorten (1) angebrachten Orientierungs­ markierungen (OM, 4) jeweils die relative Lage des nächsten von dem Roboter (2) anzufahrenden Lagerorts (1) bestimmen, so daß der Roboter (2) automatisch auf einem vorgegebenen Parcour von Lagerort zu Lagerort fährt.

4. Lagersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor zur Erfassung der Orientierungsmarken (OM, 4) und der Identifizierungsmarkie­ rungen (3) auf den Lagerartikeln ein optischer Sensor ist.

5. Lagersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Identifizierungsmarkierun­ gen (3) an den Lagerartikeln jeweils in einer derselben Hö­ he angebracht sind, um die Erkennung zu vereinfachen.

6. Lagersystem nach Anspruch 4 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse des optischen Sen­ sors in horizontaler Richtung in der Suchhöhe der Identifi­ zierungsmarkierungen (3) verläuft.

7. Lagersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerorte jeweils Regale, Regalbretter oder Stellplätze innerhalb eines Regals sind.

8. Lagersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse des optischen Sensors in einer Su­ chebene liegt, wobei der vertikale Abstand (h) zwischen der Suchebene und dem Regalbrett im wesentlichen gleich der Hö­ he der Identifizierungsmarkierungen ist.

9. Lagersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Roboter (2) einen Massen­ speicher aufweist, um die Identifizierungsmarkierungen (3) ausgelesenen Artikelinformationen und/oder die Ortsinforma­ tion der Orientierungsmarkierungen für eine spätere Auswer­ tung zu speichern.

10. Verfahren zum Betrieb eines Lagersystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den folgenden Schritten:

• - ein erster Lagerort (1) innerhalb des Lagersystems wird von dem Roboter (2) angefahren,
• - die Identifizierungsmarkierungen (3) der in dem ersten Lagerort (1) angeordneten Lagerartikel werden von dem Sen­ sor des Roboters (2) nacheinander erfaßt und die jeweiligen Artikelinformationen ermittelt,
• - die an dem ersten Lagerort (1) angebrachte Orientierungs­ marke (OM, 4) wird von dem Sensor des Roboters (2) erfaßt und die Ortsinformation der Orientierungsmarke (OM, 4) er­ mittelt,
• - in Abhängigkeit von der ermittelten Ortsinformation wird der Standort des nächsten Lagerorts (1) ermittelt und von dem Roboter (2) selbständig angefahren.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung der Identifizierungsmarkierungen (OM, 3, 4) optisch durch einen optischen Sensor erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach der Erfassung einer Identifizierungsmar­ kierung (3) unmittelbar neben der bereits erfaßten Identi­ fizierungsmarkierung (3) und in einer vorgegebenen Höhe (h) ein Bildmuster mit einer vorgebenen vertikalen (Δh) Ausdeh­ nung erfaßt und mit einem gespeicherten Bildmuster einer Identifizierungsmarkierung (3) verglichen wird, um zu er­ mitteln, ob unmittelbar neben der bereits erfaßten Identi­ fizierungsmarkierung eine weitere Identifizierungsmarkie­ rung oder eine Orientierungsmarkierung angeordnet ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Höhe (h) für die Erfassung des Bildmu­ sters im wesentlichen der Höhe einer Identifizierungsmar­ kierung (3) entspricht und die vertikale Ausdehung (Δh) des aufgenommenen Bildmusters wesentlich geringer ist als die Höhe einer Identifizierungsmarkierung (3).

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Nicht-Erkennung einer weiteren Identifizie­ rungsmarkierung (3) neben der zuletzt erfaßten Identifizie­ rungsmarkierung (3) die horizontale Position der Leerstelle gespeichert wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Nicht-Erkennung einer weite­ ren Identifizierungsmarkierung (3) unmittelbar neben der zuletzt erfaßten Identifizierungsmarkierung (3) die Breite der Leerstelle gespeichert wird, um eine Unterscheidung zwischen einem fehlenden Lagerartikel und einem dünnen La­ gerartikel mit nicht lesbarer Identifizierungsmarkierung zu ermöglichen.