DE69730758T2

DE69730758T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Palletisieren von Packstücken mit beliebigen Abmessungen und beliebigem Gewicht

Info

Publication number: DE69730758T2
Application number: DE69730758T
Authority: DE
Inventors: Pao-Ter Alpharetta Huang; Rajan Chandrakant Alpharetta Penkar; Peter Douglas Alpharetta Jackson; Christopher Chunsheng Cai; Joseph P. Snyder; John H. Lecko; Jaroslav Janik
Original assignee: United Parcel Service of America Inc; United Parcel Service Inc
Current assignee: United Parcel Service of America Inc; United Parcel Service Inc
Priority date: 1996-11-26
Filing date: 1997-11-21
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2017-11-22
Also published as: DE69736869D1; CA2272614A1; WO1998023511A2; EP1034124A2; US20020106273A1; DE69736869T2; DK1034124T3; ES2180076T3; US6286656B1; US7210894B2; EP1211203A2; JP3778574B2; EP1211203A3; EP1489025A3; ATE343536T1; WO1998023511A3; US5908283A; US20040165980A1; US6120241A; CA2272614C

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft allgemein die Handhabung von Paketen und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Annahme von Paketen zufälliger Größe und das, Auswählen und Stapeln der Pakete in einer stabilen Konfiguration auf einer Palette oder an einer anderen geeigneten Stelle, so dass die ganze Palette und ihr Inhalt darauf zu einem entfernten Bestimmungsort verfrachtet werden kann.
Stand der Technik
Im Rahmen des Standes der Technik ist es allgemein bekannt, Verfahren und Vorrichtungen zur Stapelung einzelner Pakete (die auch als "Kisten" bezeichnet werden können) in einer oder mehreren Gruppen vorzusehen, so dass die Gruppen von Paketen gemeinsam an einen entfernten Ort transportiert werden können. Derartige Vorrichtungen des Standes der Technik können in "zufällige" und "nicht zufällige" Palettierungssysteme eingeteilt werden.
Das US-Patent Nr. 5.1745.692 von Mazouz mit dem Titel "Method and Apparatus for Randomly Arriving Mixed Size and Content Parcels (Verfahren und Vorrichtung für zufällig ankommende Pakete gemischter Größe und gemischten Inhalts)" offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stapelung von Paketen unter Verwendung einer kreisförmigen karussellartigen Fördereinrichtung 2, die Pakete annimmt und sie auf Paletten wie beispielsweise 6 stapelt. Bestimmte "Attributfaktoren", wie beispielsweise Toxizität, Fallprüfungen, Quetschfestigkeit, Zerbrechlichkeit und Inhalt, werden dazu verwendet, um ein Paket auszuwählen. Ein wichtiger Teil der Offenbarung von Mazouz scheint die Verwendung von "Voxels" zu sein, die von "Einheitslänge" sind Für Modellierungszwecke wird das "größte gemeinsame Voxel" bestimmt.
Obwohl der Stand der Technik wie Mazouz Vorteile beinhaltet, besteht immer Bedarf für Verbesserungen des Standes der Technik, die eine verbesserte Genauigkeit und Effizienz des Palettenstapelns bereitstellen, wie es bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist.
Der verfügbare Stand der Technik beschäftigt sich nicht mit dem Problem der „Fehlerkorrektur" wie auf Seite 67/68 der Beschreibung definiert.
Kurze Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung überwindet die Nachteile des Standes der Technik durch Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Messen, Sammeln, Auswählen und Palettieren von Paketen, die eine verbesserte Stapeleffizienz auf zeiteffiziente Weise bereitstellen. Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fehlerkorrektur entsprechend den angehängten unabhängigen Ansprüchen 1 und 7 bereitgestellt.
Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden durch Lektüre der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung und den angehängten Ansprüchen offenbar werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nur 114–117 betreffen die beanspruchte Ausführungsform.
1 ist eine veranschaulichende Ansicht einer Vorrichtung 10, die eine Staufördereinrichtung, eine Vorschubfördereinrichtung, eine Messfördereinrichtung, einen Greifer und einen Zentralprozessor umfasst. Paletten mit darauf gestapelten Paketen sind ebenso gezeigt.
2 ist eine Draufsicht einer Mehrfachpalettenanordnung, die von einem Zuführband beliefert wird.
3 ist ein Flussdiagramm, das den Paket- und Datenfluss in der Vorrichtung veranschaulicht.
4 ist ein interaktives Datenpfad/Entscheidungspfad-Flussdiagramm, das ein Verfahren veranschaulicht.
5 ist eine Draufsicht, die eine Mehrfachpalettenanordnung 50 mit Paletten auf einer Seite einer Staufördereinrichtung veranschaulicht.
6 ist eine veranschaulichende Draufsicht einer Mehrfachpalettenanordnung 60 mit Paletten auf beiden Seiten der Staufördereinrichtung.
7 ist eine Draufsicht, die eine Anordnung 70 mit mehreren Staufördereinrichtungen gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
8 ist eine Draufsicht, die eine zweite Anordnung 80 mit mehreren Staufördereinrichtungen veranschaulicht.
9 ist eine bildhafte Illustrationsansicht, die ein Pyramidenstapelprofil 90 veranschaulicht.
10 ist eine bildhafte dreidimensionale Illustration einer Ecke, die in einem dreidimensionalen Koordinatensystem mit wechselseitig senkrechten Achsen X (horizontal), Y (vertikal) und Z (horizontal) positioniert ist.
11 ist eine Ansicht ähnlich zu der in 11 gezeigten, mit der Ausnahme, dass ein voraussichtliches Paket "P1" zur Platzierung in Betracht gezogen wurde und mehrere Ecken erzeugt wurden.
12 ist eine zu 11 und 10 ähnliche Ansicht, mit der Ausnahme, dass ein weiteres Paket "P2" hinzugefügt wurde und zusätzliche Ecken hinzugefügt wurden.
13 ist eine Draufsicht von einer Ecke und Stützflächen, die zur Verwendung in einer Ecke in Betracht kommen.
14 ist eine Seitenansicht, die das Konzept benachbarter Pakete veranschaulicht.
15A ist eine veranschaulichende Ansicht eines Eckendatensatzes 31 und der Flächen und der Listen von vorderem, hinterem, rechtem und linkem Nachbar, die mit jeder Ecke im Rahmen der vorliegenden Erfindung verknüpft sind.
15B ist eine veranschaulichende Ansicht zweier Listen, einer Paketliste (die eine Anzahl von Paketverzeichnissen umfasst) und einer Nachbarliste. Ebenso ist die Einfachheit des zwischen diesen zwei Listen vorgesehenen Querverweisens veranschaulicht.
16 ist eine Draufsicht (längs der Y-Achse), die die Einrichtung eines Modells 160 für verschiedene Nachbarbereiche um die seitliche Peripherie der Ecken veranschaulicht.
17 ist ein Flussdiagramm, das die Logik betreffs der Aktualisierung des Geometriemodells veranschaulicht.
18A ist eine Ansicht der die Verwendung von Ecken beinhaltenden Modellierungstechnik, die die Erzeugung einer Ecke rechts und oberhalb vom gerade platzierten Paket "A" veranschaulicht. Die Ansicht erfolgt entlang der "Z"-Achse im dreidimensionalen Modell.
18B ist ähnlich zu 18A, mit der Ausnahme, dass ein weiteres Paket "B" in den oberen und rechten Ecken platziert wurde, die in Bezug auf 18A erläutert wurden.
19 ist eine Veranschaulichung einer Modellierungstechnik, die aus "Bündigmachen" und "Versetzen" besteht, um potentielle Paketplatzierungen zu erzeugen.
20 ist eine Veranschaulichung eines Modells 200 gemäß der Modellierungstechnik gemäß eines Aspekts, bei dem ein Paket, sobald es platziert ist, eine neue Stützfläche für existierende Ecken bereitstellt.
21 ist ein logisches Flussdiagramm 210, das die Operation einer grundlegenden Entscheidung über das Bündigmachen veranschaulicht, die im wesentlichen die Schritte des Aufsuchens von oberen, vorderen und rechten Lücken zwischen dem Paket und Außengrenzen beinhaltet.
22 ist ein logisches Flussdiagramm 220, das eine Entscheidung über das vorderseitige Bündigmachen gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, bei der verschiedene Überlegungen bei der Entscheidung angestellt werden, ob "vorderseitig bündig gemacht" werden soll, einschließlich Überlegungen betreffs der mittleren historischen Paketabmessungen sowie Abmessungen zwischengespeicherter Pakete.
23 ist ein logisches Flussdiagramm 230, das eine Entscheidung über das rechtsseitige Bündigmachen veranschaulicht, bei der verschiedene Überlegungen bei der Entscheidung angestellt werden, ob "rechts bündig gemacht" werden soll, einschließlich Überlegungen betreffs der mittleren historischen Paketabmessungen sowie Abmessungen zwischengespeicherter Pakete.
24(a–f) veranschaulichen eindimensionales Versetzen.
25(a–d) veranschaulicht zweidimensionales Versetzen.
26A–26E veranschaulicht Flussdiagramme von alternativen Auswahlsequenzen.
27 veranschaulicht einen Kistenstützungs-Beziehungsbaum 270.
28 veranschaulicht in dem Beziehungsbaum platzierte Werte 280.
29A–29C veranschaulichen Konzepte betreffs der Eckenverschmelzung.
30 ist ein Flussdiagramm 300, das verschiedene Schritte veranschaulicht, die in einer Stabilitätsprüfung gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten sind, bei dem ein Schwerpunktbereich für das zur Platzierung vorgesehene Paket definiert wird.
31 ist eine Veranschaulichung 310 eines Schwerpunktbereichs 311 in dem "Fußabdruck" eines Pakets mit einer Bodenfläche 312.
32 ist eine Seitenansicht eines Paketstapels 320, die das Konzept einer "effektiven Stützfläche" 334 veranschaulicht, das im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
33A–33C sind eine Reihe von Draufsichten gestapelter Pakete, die Eigenschaften einer effektiven Paketstützfläche durch mehrere Stapelschichten veranschaulichen.
34A–34C sind eine Reihe von Draufsichten von Paketen ähnlich zu denjenigen der 33A–33C, mit der Ausnahme, dass für die effektive Stützfläche ein Approximationsrechteck verwendet wird.
35A und 35B sind Unterseitendarstellungen der Bodenflächen eines zu platzierenden Pakets, wobei 35A die Verwendung von Paketeckenfenstern im Rahmen der vorliegenden Erfindung und 35B die Verwendung von Paketkantenfenstern veranschaulicht.
36 veranschaulicht das Konzept der Verwendung von vier Grenzkanten eines Polygons.
37 veranschaulicht die Verwendung von vier zusätzlichen Scheitelpunkten in der modellierten Konfiguration von 36.
38 ist eine veranschaulichende Seitenansicht einer Vielzahl gestapelter Pakete mit einem zusätzlichen "zu platzierenden Paket", das wie gezeigt zur Platzierung vorgeschlagen wird.
39 ist eine veranschaulichende Draufsicht einer Vielzahl gestapelter Pakete (einige sind gestrichelt gezeigt), die das Konzept der Verwendung eines direkten Stützflächenpolygons im Rahmen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
40 veranschaulicht ein Modell 400, das die Möglichkeit zeigt, dass ein Schwerpunktrechteck aus einem direkten Stützflächenpolygon herausfallen kann.
41 veranschaulicht ein "Seitenkraft"-Konzept.
42 veranschaulicht einen Paketstapel 420.
43 veranschaulicht die seitliche Gewichtsfortpflanzung in einer Paketgruppe 430.
44 veranschaulicht einen Paketstapel 440.
45 ist eine Datenflussdarstellung, die die Vorteile statistisch begründeter Messungen veranschaulicht.
46 ist eine Veranschaulichung der Berechnung eines Leistungsindex.
47 ist eine Liste von Gewichtsfaktoren, die beim Leistungsindex verwendet werden.
48A und 48B sind Vorder- beziehungsweise Draufsichten von Paketgruppen 481 beziehungsweise 482, die die vertikale beziehungsweise seitliche Überlappung veranschaulichen.
49A–49C veranschaulichen die Berechnung der Höhenzahl.
50 veranschaulicht eine relative Höhenprüfung durch Verwendung eines Modells einer Paketgruppe 500.
51 zeigt das Konzept seitlicher Überlappung in einer Paketgruppe 510.
52A–52C veranschaulichen das Konzept der Höhenausrichtung eines zu platzierenden Pakets zu einem Nachbarn.
53 veranschaulicht die Nachbarhöhenanpassung.
54 ist eine Datenflussdarstellung 540, die die Komponenten zeigt, die beim Berechnen des Zuspitzungsindex verwendet werden.
55 ist eine Veranschaulichung 550 der Verwendung eines Relativhöhengrenzwerts.
56 ist eine Seitenansicht einer Vielzahl gestapelter Pakete, wobei ein vorgeschlagenes "zu platzierendes Paket" bezüglich "übermäßiger Blockierung" ausgewertet wird. Falls D₁ (die minimale blockierte waagerechte Länge in unteren Eckenflächen) größer als ein Drittel von W_A (der mittleren Breite aller Kisten im Stapel und im Zwischenspeicher) ist, dann wird der Zuspitzungsindex [D₁|(W_A|3)] sein.
57 ist eine veranschaulichende Seitenansicht einer Vielzahl gestapelter Pakete, wobei ein vorgeschlagenes "zu platzierendes Paket" auf der Basis ausgewertet wird, ob es eine mögliche Darunterplatzierung blockieren wird.
58A–58B veranschaulichen das Konzept der Grenzeckenprüfung.
59 veranschaulicht die Prüfung der Kistenschlankheit, wenn die zu platzierende Kiste sich an einem Eckpfeiler befindet, wobei ein Wert von 2 zu anderen, in der 54 gezeigten Faktoren hinzuaddiert wird, bevor ein Grenzwert überprüft wird, falls bestimmte Kriterien erfüllt sind.
60 veranschaulicht die Prüfung der Kistenschlankheit, wenn die zu platzierende Kiste sich nicht an einem Eckpfeiler befindet, die einen Wert von 2(1 – (D₁/W_A)) ergibt, der zu der in 54 gezeigten Gleichung hinzuaddiert wird, falls bestimmte Kriterien erfüllt sind.
61A–61B veranschaulichen die Ergebnisse eines schlanken Pakets, das eine Lücke in einem Stapel 610 erzeugt.
62A–62C veranschaulichen das vorteilhafte Konzept für das Finden einer "passenden Kiste" für eine schlanke Kiste.
63A–63B veranschaulichen die Verstärkung einer Lücke in Stapelkonfigurationen 630 beziehungsweise 631.
64 veranschaulicht die Berechnung eines "Treppen"-Teils des Zuspitzungsindexfaktors, der wie in 54 summiert wird, bevor ein Grenzwert überprüft wird.
65 veranschaulicht die Berechnung eines weiteren Wertes (D₃/W_A/3), der zu dem Treppenteil des Zuspitzungsindexfaktors addiert werden kann, der selber zu dem Leistungsindexfaktor wie in 46 gezeigt hinzuaddiert wird.
66 veranschaulicht das Treppenstapeln in einem Stapel 660.
67 veranschaulicht das Konzept von Stapelregeln, die Freiräume an der Vordergrenze in dem als 670 gezeigten Modells betreffen.
68 veranschaulicht das Konzept von Stapelregeln, soweit sie Freiräume der rechten Grenze in dem als 680 gezeigten Modells betreffen.
69 veranschaulicht eine andere Stapelregel, die Stapelgrenzen betrifft und die, wenn sie erfüllt wäre, einen Wert von 1,5 ergäbe, der in der Zuspitzungsindexberechnung hinzugefügt würde.
70 veranschaulicht eine nicht wiederherstellbare rechte Grenze in einem Stapel 700.
71 veranschaulicht eine Hinterecke an einer Grenze.
72 veranschaulicht die Regeln, die gelten, wenn eine übermäßig breite Lücke erzeugt wird, wenn ein zu platzierendes Paket in einer als 720 gezeigten Konfiguration nicht nahe der Vordergrenze ist.
73A–73C veranschaulichen die Konzepte der Rückseitenausrichtung in Stapeln 730, 731 beziehungsweise 732.
74A–74C veranschaulichen die Definition von durch punktierte Linien gezeigten Kistengruppengrenzen in Stapeln 740, 741 beziehungsweise 742.
75, 76 veranschaulichen Stapel 750 beziehungsweise 760, die das Konzept eines Seite/Vorderseiten-Ecksitzes veranschaulichen.
77, 78 veranschaulichen Stapel 770, 780, die verschiedene potentielle rechte Platzierungen veranschaulichen.
79 veranschaulicht einen Stapel 770, bei dem die zu platzierende Kiste sich über seitliche Nachbarn hinaus erstreckt, die das dimensionale Bedeckungsverhältnis betreffen.
80 zeigt einen Stapel 800, in dem eine zu platzierende Kiste untere Ecken blockiert, die die Ecken über den Kisten A und B sind.
81 und 82 zeigt eine Lücke zu Nachbarkisten in Stapeln 810 beziehungsweise 820.
83 zeigt ein Diagramm, das die Berechnung eines Nachbarlückenstrafwertes zeigt.
84 ist ein Flussdiagramm 490, das eine Parametersuche veranschaulicht, die auf einer mittleren Volumeneffizienz beruht.
85 zeigt eine bildhafte Ansicht einer Greifvorrichtung 1000.
86 ist eine Seitenansicht der Greifvorrichtung von 85.
87 ist eine Explosionsansicht der Greifvorrichtung von 85.
88 ist ein Blockdiagramm eines Steuersystems zum Betrieb der Greifvorrichtung von 85.
89 ist ein Flussdiagramm, das den Prozess des Positionierens der Greifvorrichtung angrenzend an das Paket veranschaulicht.
90 ist eine isolierte Ansicht von Element 1007.
91A–D zeigen schematisch die Schlussannäherung des Greifers an ein Paket.
92 ist eine Hinteransicht einer modifizierten Greifvorrichtung 1100, bei der der seitliche Klammermechanismus wahlweise über die Pakethöhe bewegt werden kann, wenn er nicht benötigt wird.
93–96 sind Pakete A–G, die auf einer Staufördereinrichtung gestaut werden.
97 ist ein Blockdiagramm, das die Softwaremodulwechselwirkung zeigt.
98 ist eine veranschaulichende Ansicht, die die relativen Größen eines Vergrößerten Beweglichen Rechtwinkligen Objekts, eines Drehenden Beweglichen Objekts und eines Begrenzten Rechtwinkligen Objekts zeigt.
99A–99D veranschaulichen die Bestimmung von Positionen längs eines Platzierungswegs.
100 zeigt eine Platzierungswegkonfiguration.
101 zeigt eine Aufgreifwegkonfiguration.
102 zeigt eine Berechnung einer Zwischenspeicherhebungshöhe.
103 zeigt Kollisionsprüfungen.
104 zeigt, wie Gewicht in einem Stapel mit Paketen A, B, C, D, E und F von Schicht zu Schicht weitergereicht wird.
105 zeigt die Gewichtsfortpflanzung von Paketen A, B und C in einem Stapel.
106 zeigt die Aufgabenanordnung in einer Gruppe 2000 von Aufgaben.
107 zeigt ein Flussdiagramm 2010 der Ausführung einer Stapelaufgabe.
108 zeigt ein Flussdiagramm 2020 der Ausführung einer Planaufgabe.
109 zeigt ein Flussdiagramm 2030 einer Trajektorienaufgabenausführung.
110 veranschaulicht die Definition des Kombinierten Beweglichen Rechtwinkligen Objekts.
111, 112 und 113 sind Flussdiagramme, die Peripheriegeräte, die Aufgabenausführung, das Drucken beziehungsweise die Fehlerbehandlung betreffen.
114 zeigt eine Draufsicht einer Gruppe 1140 von Paketen A, B, C, D, E und F, die auf einer Staufördereinrichtung zuoberst gestaut werden.
115 veranschaulicht eine Draufsicht einer Gruppe 1150 von Paketen A, C, D, E, F und G, die zuoberst auf einer Staufördereinrichtung gestaut werden.
116 veranschaulicht eine Draufsicht einer Gruppe 1160 von Paketen A, C, E, F und G, die zuoberst auf einer Staufördereinrichtung gestaut werden.
117 veranschaulicht eine Draufsicht einer Gruppe 1170 von Paketen A, B, C, D, E, F und G, die zuoberst auf einer Staufördereinrichtung gestaut werden.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Es folgt hier ein allgemeiner Abriss der ausführlichen Beschreibung.

I. ALLGEMEINER BETRIEB
II. AUSFÜHRLICHERE ERLÄUTERUNG
A. ZUFÄLLIGER EMPFANG
B. MESSUNG
C. STAUUNG
D. PALETTIERUNG
1. Ausführen der Paketstapelentscheidung
A) Eckenbasierte Modellierung
1) Modellaufstellung
a) Erzeugen von Ecken
b) Nutzen von Flächen in Eckendatensatz
c) Erstellen von Nachbarlisten
d) Erstellen von Paketlisten mit Adresse
2) Modellaktualisierung
a) Hinzufügen neuer Ecken
b) Aktualisieren existierender Ecken
c) Verschmelzen redundanter Ecken
d) Aktualisieren von Ecken-, Flächen-, Nachbarlisten
B) Erstellung aller möglichen Platzierungen
1) Allgemeine Platzierungsoptionen; Bündigmachen und Versetzen
2) Vorderseitiges Bündigmachen
3) Seitliches Bündigmachen
4) Versetzen
C) Stabilitätsprüfung
1) Prüfen des Prozentsatzes der Flächenstützung
2) Berechnung des Schwerpunktbereichs
3) Prüfen der Grenze der effektiven Stützfläche
4) Prüfen der seitlichen Stützung
5) Prüfen der Verteilung der direkten Stützfläche
6) Vergleichen Schwerpunktbereich mit direktem Stützflächenpolygon
D) Platzierungsauswertung
1) Allgemeine Erläuterung
2) Zuspitzungsindexfaktor Unterseitige Blockierung Prüfung auf schlankes Paket Stufenprüfung Grenzprüfung Prüfung auf weite Lücke Summation Relativer Höhengrenzwert
3) Höhenindexfaktor LEVEL ALL LEVEL SIDE BELOW ABOVE BLOCK BACK
4) Andere Faktoren Zahl potentiell gleich hoher Pakete Gruppierung Flächenfüllverhältnis Paketfläche Paketvolumen Dimensionale Abdeckung Ausrichtung Flächenüberbrückung Blockierte Fläche Blockiertes Volumen Lücke zum Nachbarn Paketalter Potentielles Feld Paketgewicht Deckenabstand
5) Summation des Leistungsindex
6) Ermittlung und Abstimmung von Parametern
E) Ausführen des Mehrfachschleifen-Entscheidungs-Prozesses
1) Schleifenverschachtelungsvariante
2) Abkürzungen
2. Herausgreifen (und Platzieren) von Paketen mit Greifer
a) Greiferkonfiguration
b) Fehlerkorrektur
3. Effiziente Platzierung und Planen des Aufgreifwegs
a) Modellierung
b) Konfiguration des Platzierungswegs
c) Aufgreifweg
d) Durchgangspositionen allgemein
e) Ausgang/Annäherungshöhe für Zwischenspeicher
f) Ausgang/Annäherungshöhe für Palette
g) Einzelne Palettenkollisionssuche
h) Einzelne Paketkollisionssuche
i) Kollisionspaketinspektion und Konvexprüfung
j) Prüfen auf benachbarte Durchgangsposition
k) Vorwärtsprüfung
l) Rückwärtsprüfung
m) Unteren Toleranzwert zufügen
4. Platzieren
E. ZEITLICHE EFFIZIENZ
1. Planung der Roboterbewegung
2. Zeitliche Anordnung
3. Ein-Paket-Vorausplanung
4. Multitasking
F. FEHLERKORREKTUR
III. SCHLUSSFOLGERUNG

I. ALLGEMEINER BETRIEB
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Palettieren von Paketen beliebiger Größe und beliebigen Gewichts. Die Erfindung geht vom Empfang einzelner Pakete aus, bei denen die Verteilung von Paketgröße und -gewicht rein zufällig ist und wobei jedes Paket möglicherweise verschieden von jedem anderen Paket ist. Vorzugsweise sind alle Pakete von rechteckiger Form und bestehen aus angemessenem Material wie beispielsweise Wellpappe oder festem Material wie Sperrholz. Durch die Verwendung eines obenliegenden, kranartigen Roboters zur Palettierung derartiger Pakete, ergibt das erfundene Anordnungsverfahren einen einfachen mechanischen Aufbau, verbessert die Taktzeit von Paketaufnahme und Paketplatzierung und ergibt eine bessere Effizienz der Nutzung des Palettenvolumens.
Ein bestimmtes rechtwinkliges Paket, wie beispielsweise diejenigen, die Postsendungen durchlaufen, wird zufällig an die Stapelvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zusammen mit einer Anzahl ähnlich zufällig empfangener Pakete geliefert. Diese Pakete werden vermessen, gewogen und in einer Linie auf einer Zwischenspeicherfördereinrichtung gestaut. Basierend auf einem vorbestimmten Satz von Stapelprinzipien wird dann ein Paket aus der Linie von Paketen auf der Staueinrichtung ausgewählt und zusammen mit anderen Paketen auf eine Palette gestapelt. Falls es der Raum zulässt, wird ein weiteres zufällig empfangenes Paket vermessen und auf der Staufördereinrichtung platziert, und es werden wiederum die Stapelprinzipien aufgerufen, um das "beste" Paket zur Platzierung auf der Palette auszuwählen. Dieser Prozess dauert an, bis die Zielpalette(n) voll ist (sind) oder keine Pakete mehr unter den vorbestimmten Stapelrichtlinien gestapelt werden können.
Um zu bestimmen, welches Paket von der Staufördereinrichtung auszuwählen ist, und um zu bestimmen, wo es auf der Palette zu platzieren ist, wird aus den bereits auf der Palette befindlichen Paketen ein Modell erstellt (das computerbasiert sein kann). Dies geschieht durch Verwendung der Paketvermessungen, die aufgenommen wurden, bevor die Pakete platziert wurden. Dieses Modell beinhaltet die Verwendung einer Vielzahl von "Ecken" (die im wesentlichen rechteckige Räume sind), die kombiniert werden, um den verbleibenden Raum auf der Palette zusammenzusetzen. Ecken können überlappen.
Nachdem nun die Ecken definiert sind, ist es nun erwünscht, eine Vielzahl von "potentiellen Paketplatzierungen" zu definieren, die auch als "Paketplatzierungsanwärter" oder allgemein als "Paketplatzierungen" bezeichnet werden können. Ein bestimmtes Paket wird zur Bewertung in einer bestimmten Orientierung in einer bestimmten Ecke ausgewählt. Zuerst wird geprüft, ob das Paket gerade mit dieser Orientierung in diese Ecke passen wird. Falls es das nicht tut, wird eine andere Orientierung gewählt. Falls das Paket unabhängig von seiner Orientierung nicht in die Ecke passt, wird eine andere Ecke gewählt und der Prozess wiederholt, bis eine Ecke aufgefunden wurde, die das Paket in einer vorbestimmten Orientierung aufnimmt, oder bis alle möglichen Kombinationen von Orientierungen/Ecken für das gegebene Paket verbraucht sind. An diesem Punkt wird ein neues Paket ausgewählt und der Prozess wiederholt.
Falls eine Paket/Orientierungs-Kombination gefunden wird, die in die Grenzen einer Ecke passen wird, und falls die Ecke relativ zum Paket groß genug ist, können zwei oder mehr potentielle Paketplatzierungen in der Ecke durch Prozesse erzeugt werden, die als Bündigmachen und Versetzen bekannt sind. Während jede dieser potentiellen Paketplatzierungen erzeugt wird, wird sie im Rahmen einer Stabilitätsprüfung bewertet, um eine stabile potentielle Paketplatzierung zu finden. Falls in der Ecke kein Bündigmachen und Versetzen möglich ist, wird die einzige Paket/Orientierungs/Ecken-Kombination im Rahmen der Stabilitätsprüfung bewertet.
Die Stabilitätsprüfung liefert für potentielle Paketplatzierungen, die für jede spezielle Paket/Orientierungs/Ecken-Kombination verfügbar sind, eine "stabil" gegenüber "instabil" Feststellung. Diese Analyse beruht teilweise auf dem Umfang der tatsächlichen oder effektiven Stützung der unteren Fläche, die das Paket aufweisen würde, wenn es tatsächlich in der in Bewertung befindlichen Paket/Orientierungs/Ecken-Kombination platziert würde, und bewertet ebenso den Umfang der seitlichen Stützung, die für das Paket durch andere benachbarte (bereits platzierte) Pakete bereitgestellt würde. Ein weiterer Teil der Stabilitätsanalyse betrifft die Paketecken- und Paketkantenstützung.
Wenn einmal eine potentielle Paketplatzierung als stabil identifiziert wurde, dann wird diese Platzierung hinsichtlich eines Leistungsindex bewertet und ein Leistungsindexwert für diese spezielle Paket/Orientierungs/Ecken-Kombination berechnet und gespeichert.
Andere Paket/Orientierungs/Ecken-Kombinationen werden ebenso hinsichtlich der Stabilität bewertet und, falls sie stabil sind, ebenso hinsichtlich des Leistungsindex bewertet. Es ist die Paket/Orientierungs/Ecken-Kombination mit dem höchsten Leistungsindex, die ausgewählt wird, um tatsächlich ausgeführt zu werden, d. h. das ausgewählte Paket wird tatsächlich durch den Greifer von der Staufördereinrichtung entfernt und durch den Greifer zu der ausgewählten Ecke in der ausgewählten Orientierung überführt, so dass die beste "Paketplatzierung" ausgewählt wurde.
Während jedes "Herausgreif- und Platzierungs"-Takts des Greifers bewegt sich dann der Greifer (von dem angenommen wird, dass er gerade ein Paket platziert hat) entlang eines "Herausgreifwegs", um ein ausgewähltes Paket aus der Staufördereinrichtung herauszugreifen, und bewegt sich dann entlang eines "Platzierungswegs", um das Paket an seinem ausgewählten Ort zu platzieren. Diese "Herausgreif-" und "Platzierungswege" (des Greifers beziehungsweise des Pakets) werden sich für jeden Takt unterscheiden. Aus Gründen der Zeiteffizienz werden die Herausgreif- und Platzierungswege jeweils gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeplant, um ihre Strecken zu minimieren. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind diese Wege darauf beschränkt, in separaten vertikalen Ebenen zu liegen, dass heißt, das Paket (oder der Greifer) wird sich ohne Bewegung zu beiden Seiten hin nur aufwärts oder abwärts oder horizontal bewegen, wenn es (er) zu seinem Zielort bewegt wird. Um derartige Wege zu planen, wird eine Bewertung potentieller Hindernisse (typischerweise gestapelter Pakete) zwischen Start- und Endpositionen längs der "Herausgreif-" und "Platzierungswege" vorgenommen. Diese Bewertung beinhaltet eine Ermittlung von Hindernissen (typischerweise gestapelten Paketen), die eine vertikale Ebene schneiden, die die Endpunkte der Wege schneidet, und die Erstellung akzeptabler "Durchgangspositionen", die gerade frei von (d. h. über) den Hindernissen sind. Abtastprozesse werden dazu verwendet, einige der Durchgangspositionen auszuschließen, um einen bevorzugten Herausgreif(oder Platzierungs-)weg zu erstellen, der über seine Länge konvex ist. Dies ergibt störungsfreie Herausgreif- und Platzierungswege, die unter der Einschränkung des Wegs auf die vertikale Ebene der minimalen Entfernung zwischen ihren Endpunkten nahe kommen.
Wenn der Greifer ein Paket unter den anderen Paketen in der "Paketlinie" auf der Staufördereinrichtung aufgreift, ist es vorteilhaft zu wissen, wo das Paket sich aktuell in der Paketlinie befindet. Daher wird eine akkumulierte Fehlerkorrekturanalyse durchgeführt, um den Unterschied zwischen den Orten, wo das Paket in der Paketlinie (basierend auf stromaufwärtigen Messungen) sein "sollte" und wo es aufgrund einer Paketlinienkompression oder anderer Faktoren tatsächlich ist, zu berücksichtigen. Diese Fehlerkorrektur erfolgt durch Vergleichen der (durch einen Sensor gemessenen) Istlänge der Paketlinie mit der "Nennlänge" der Paketlinie (der mathematischen Summe der Längen der Pakete auf der Staueinrichtung, die stromauf von der Messstation gemessen werden). Durch Kenntnis der relativen Position des "ausgewählten" Pakets in der gestauten Paketlinie und durch Kenntnis des gesamten akkumulierten Fehlers zwischen der (gemessenen) Istpaketliniengesamtlänge und der (berechneten) Nennpaketliniengesamtlänge, wird ein Teil des akkumulierten Gesamtfehlers auf das ausgewählte Paket angewandt. Der Greifer wird dann an die Stelle geschickt, an der das Paket wäre, wenn keine Paketdeformation vorhanden wäre, wobei ebenfalls die akkumulierte Fehlerkorrektur angewandt wird, um die Paketdeformation oder andere aktuelle Fehler zu berücksichtigen.
Im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein einzelner Prozessor verwendet, um die Information betreffs so vieler verschiedener, oben erläuterter Aufgaben zu verarbeiten, wie die Stapelaufgabe, die Aufgabe der Roboterwegplanung, die Bahnaufgabe, die Peripheriegeräteaufgabe, eine Druckaufgabe und eine Fehlererfassungsaufgabe. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung besitzen diese Aufgaben Prioritäten, so dass die Bahnaufgabe die höchste Priorität besitzt, gefolgt von der Fehleraufgabe, der Peripheriegeräteaufgabe, der Planungsaufgabe und der Druckaufgabe. Sobald eine Aufgabe hoher Priorität erledigt ist, wird CPU-Zeit sofort zu einer Aufgabe niedrigerer Priorität verschoben.
Bezug nun auf 1 nehmend, umfasst eine Paketpalettierungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Komponenten: eine Zubringfördereinrichtung 12, eine Messfördereinrichtung 14 (einschließlich einer Messbrücke 15), eine Staufördereinrichtung 16, einen obenliegenden, kranartigen Roboterpaketgreifer 17 und eine Systemsteuerung 18.
Die Zubringfördereinrichtung 12 richtet die Pakete, die allgemein mit P bezeichnet sind, aus und vereinzelt sie. Die Messfördereinrichtung 14 misst die Größe und das Gewicht der ankommenden Pakete P. Die Staufördereinrichtung 16 (die eine rollerartige Fördereinrichtung sein kann) nimmt die vermessenen Pakete an und platziert sie in direktem Linienkontakt an einen Endanschlag S.
Der Paketgreifer 17 der obenliegenden Art (mit allgemein mit 19 bezeichneten Klammerelementen) greift ein Paket nach dem anderen auf und platziert sie entsprechend einem unten ausführlich beschriebenen Bewertungsprozess auf einer Palette. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden nur zwei Paketorientierungen für seine Platzierung auf der Palette verwendet: die erste Orientierung ist die gleiche wie auf der Staueinrichtung und die andere ist um 90 Grad um eine vertikale Achse gedreht.
Bezug nun auf 3 nehmend, können bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung alle Komponenten des in 1 gezeigten Aufbaus durch eine Steuereinrichtung 20 gesteuert werden, die eine VME-Bus-Steuereinrichtung wie 22 umfasst, auf der ein Multitasking-Echtzeit-Betriebssystem läuft. Die Steuersoftware der Zubringfördereinrichtung 12, der Messfördereinrichtung 14, der Staufördereinrichtung 16, des Paketgreifers 17 der obenliegenden Art und die Stapelalgorithmen laufen auf einem Motorola- oder einem anderen geeigneten CPU-basierten Prozessor. Der Prozessor (der auch als Steuereinrichtung bezeichnet werden kann), kommuniziert mit Mehrachs-Servomotorsteuerungen wie sie im Rahmen des Standes der Technik bekannt sind, um die Zubringfördereinrichtung 12, die Messfördereinrichtung 14, die Staufördereinrichtung 16 und den Paketgreifer 17 der obenliegenden Art zu steuern. Er kann auch über eine Schnittstelle mit einer analogen I/O-Karte verbunden sein, um Daten zu sammeln, wie beispielsweise das Gewicht aus Wägezellen, die bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Messstation vorhanden sein können.
Nun wieder Bezug auf 1 nehmend, fließen Pakete von der Zubringfördereinrichtung 12 in die Palettiervorrichtung 10. Nachdem sie über die Messfördereinrichtung 14 gegangen sind, werden die Pakete dann der Staufördereinrichtung 16 zugeführt. Der Paketgreifer 17 der obenliegenden Art greift ein Paket von der Staufördereinrichtung 16 und platziert es auf einer wartenden Palette wie beispielsweise 11. In der Systemsteuerung 18 werden gemessene Paketdaten im Computerspeicher gespeichert, wo Stapelalgorithmen nach dem besten Platzierungsplan für die vermessenen Pakete suchen. Der Platzierungsplan gibt vor, welches Paket auf der Palette platziert werden soll, wo es auf der Palette platziert werden soll und welche Orientierung verwendet werden wird.
Information betreffs aller gestapelten Pakete wird in dem Computerspeicher gespeichert. Während der Suche nimmt die Steuereinrichtung 18 Bezug auf ein geometrisches Modell des Stapels und erstellt einen Stapelplan. Nach dem Erhalten eines Stapelplans beginnt die Steuereinrichtung 18 die Bewegungsplanung, die nach einem Weg des Greifers und des Pakets sucht, der kollisionsfrei ist und eine minimale Bewegungsstrecke für jeden Aufgreif- und Platzierungs-Takt aufweist. Unter Verwendung derartiger Wege wird die Steuereinrichtung den Roboter durch eine Reihe von Paketstapeltakten führen, die zu einem vollständig gefüllten Palette führen werden.
A. ZUFÄLLIGER EMPFANG VON PAKETEN
Es ist wichtig zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung eine besondere Situation betrifft, bei der in Größe und Gewicht sehr unterschiedliche Pakete in rein zufälliger Weise empfangen werden. Diese zufällige Zuführung kann durch eine (nicht gezeigte) externe Zubringfördereinrichtung, wie sie im Stand der Technik bekannt ist, vorgesehen sein oder kann auch vorgesehen werden, indem es ermöglicht wird, dass die in 1 gezeigte Zubringfördereinrichtung 12 zugänglich ist, um die manuelle Einführung zufälliger Pakete zu gestatten, wie es im Stand der Technik bekannt ist.
B. PAKETMESSUNG
Nachdem die Pakete auf der Zubringerfördereinrichtung 12 platziert sind, werden sie von dort auf eine Messfördereinrichtung 14 übertragen (siehe 1) wo benötigte Informationen wie Pakethöhe, -breite, -länge und -gewicht erhalten werden können, es sei denn, derartige Information ist bereits durch frühere Messungen bekannt.
Nachdem derartige Messungen durch die Messstation 14 vorgenommen wurden, werden sie im Systemspeicher zu der später in dieser Anmeldung beschriebenen Verwendung gespeichert. Beispielsweise wird für alle Pakete die "allgemeine äußere Längenabmessung" aufgenommen, die dazu verwendet werden kann, die aktuelle Länge und den Ort der Pakete zu schätzen, wenn sie in Linienkontakt auf der Staufördereinrichtung gestaut sind.
C. PAKETSTAUUNG
Weiter Bezug auf 1 nehmend, ist die Staufördereinrichtung 16 (die auch als "Zwischenspeicher"-Fördereinrichtung bezeichnet werden kann) eine Vorrichtung, die mehrere Pakete an einem Ort staut, auf den der Paketgreifer 17 der hochliegenden Art direkt zugreifen kann.
Es kann eine im Rahmen des Standes der Technik bekannte Staufördereinrichtung 16 sein. Die Staufördereinrichtung 16 dient jedoch allgemein als Zwischenspeicher, um es den Stapelalgorithmen zu gestatten, mehrere Wahlmöglichkeiten beim Herausgreifen eines Pakets zu haben. Größen- und Gewichtsinformation betreffs der Pakete auf der Staufördereinrichtung 16 ist zur Verwendung in den Stapelentscheidungsprozessen verfügbar. Das schließlich ausgewählte Paket wird einem entsprechen, von dem angenommen wird, dass es eine hohe Stapelvolumeneffizienz ergibt, während es zugleich unmittelbar nach der Platzierung und nach der kompletten Palettierung im Stapel stabil ist. Es versteht sich daher, dass die Bereitstellung einer Anzahl von Paketauswahlmöglichkeiten über die Staufördereinrichtung 16 sehr wichtig ist, um eine maximale Effizienz der Nutzung des Palettenvolumens zu erzielen.
Wie in 2 gezeigt ist, ist die rollerartige Staufördereinrichtung 16 in zwei Teile unterteilt: einen Vorzwischenspeicherabschnitt 16A und einen Zwischenspeicherabschnitt 16B. Der Zwischenspeicherabschnitt 16B ist in Reichweite des Paketgreifers 17 der hochliegenden Art, während es der Vorzwischenspeicherabschnitt 16A nicht ist.
Wie am besten in 2 gezeigt ist, werden alle Pakete in der Staufördereinrichtung 16 vorzugsweise auf einer Seite der Staufördereinrichtung 16 seitlich ausgerichtet, so dass für alle Pakete eine Seite im Wesentlichen entlang einer gemeinsamen Ebene ausgerichtet ist. Benachbarte Pakete sind außerdem vorzugsweise in wechselseitigem oder "Linienkontakt". Jedes Paket in dem Zwischenspeicherabschnitt 16B kann zufällig von oben durch den Paketgreifer 17 der hochliegenden Art herausgegriffen werden. Da die Breite für jedes Paket in der Staufördereinrichtung 16 bekannt ist, kann die Mittenposition eines ausgewählten Pakets in dem Zwischenspeicher 16B als Summe aller vorhergehenden Paketbreiten plus der Hälfte der Breite des ausgewählten Pakets berechnet werden, wobei als Möglichkeit ebenso eine Fehlerkorrektur, wie sie unten ausführlicher erläutert ist, vorgesehen wird.
Wie oben erläutert, ist der Vorzwischenspeicherabschnitt 16A der Staueinrichtung von 2 außerhalb der Reichweite des Paketgreifers 17 und enthält ein oder mehrere Pakete stromaufwärts von der Staufördereinrichtung 16. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist auch die geometrische und Gewichtsinformation des Pakets im Vorzwischenspeicher bekannt und wird ebenso bei der Stapelentscheidungsfindung verwendet. Diese zusätzliche Paketinformation ermöglicht zwei Vorteile. Der erste Vorteil besteht darin, dass bei der Auswahl eines momentanen Pakets im Zwischenspeicher Information bezüglich Paketen im Vorzwischenspeicher verwendet werden kann, um die Stapelauswahl zu unterstützen. Zum Beispiel kann ein Paket im Vorzwischenspeicher fast identisch zu einem im Zwischenspeicher sein, und wenn sie kombiniert werden, können beide Pakete effizient gestapelt werden. In dieser Situation hängt die Entscheidung, das Paket in dem Zwischenspeicher zum Stapeln auszuwählen, von der Existenz des anderen Pakets im Vorzwischenspeicher ab. Der zweite Vorteil der Verwendung eines Vorzwischenspeichers besteht darin, dass der Steuercomputer beginnen kann, eine nächste Paketauswahl zur Stapelung zu bewerten, bevor die Paketzufuhr zur Staueinrichtung vollständig ist.
Es versteht sich, dass mehr als eine Palette 11 von einer Staufördereinrichtung 16 aus bestapelt werden kann, wie in den 5 und 6 gezeigt ist.
Das gleichzeitige Stapeln mehrerer Paletten bietet zwei Vorteile. Der erste Vorteil ist die Sortiermöglichkeit. Mehrere Paletten können an verschiedene Bestimmungsorte verfrachtet werden. Die gemischt ankommenden Pakete könnten sortiert und auf diese unterschiedlichen Paletten gestapelt werden, wobei ihr Bestimmungsort durch die Abtastung von Strichkode oder dichtem Kode erhalten wird. Das Stapeln mehrerer Paletten erreicht in einem Schritt die zweifachen Zwecke Sortieren und Stapeln. Der zweite Vorteil ist eine hohe Palettennutzung. Wenn mehrere Paletten dem gleichen Bestimmungsort zugewiesen sind, kann der Stapelalgorithmus für ein bestimmtes Paket über mehr Platzierungsauswahlmöglichkeiten verfügen. Aus diesen zusätzlichen Wahlmöglichkeiten ergibt sich eine bessere Palettennutzung und bessere Volumeneffizienz.
Die mehreren Paletten sollten so nah wie möglich am Zwischenspeicher platziert sein. Die Anordnung mehrerer Paletten kann vielfach sein, mit Paletten auf einer Seite der Fördereinrich tung, wie in 5 gezeigt, oder auf beiden Seiten der Fördereinrichtung, wie in 6 gezeigt.
Jedes Cluster aus mehreren Paletten kann in mehreren Reihen und Spalten organisiert sein. 5 zeigt eine einzelne Reihe von Paletten auf einer Seite der Fördereinrichtung. 6 zeigt eine Konfiguration, bei der auf beiden Seiten der Fördereinrichtung eine einzelne Reihe von Paletten vorhanden ist. Der Abstand zwischen dem Zwischenspeicher und der Palette ist ein wichtiges Bestimmungselement für die Aufgreif- und Platzierungs-Taktdauer. Je kürzer der Abstand, um so schneller ist der Takt, da der Roboter weniger Strecke zurücklegen muss.
Der Ort zur Platzierung des ersten Pakets auf jeder Palette wird so weit weg wie möglich vom Zwischenspeicher und anderen Paletten gewählt. Von diesem Startpaket aus wird jede Palette annähernd dem Profil einer viertel Pyramide folgen. 9 veranschaulicht ein typisches Stapelprofil 90. Diese Anordnung wird die Zahl der Hindernisse in dem Aufgreif- und Platzierweg für die Platzierung nachfolgender Pakete minimieren, wobei der Roboter in der Lage ist, in den meisten Fällen einem geradlinigen Weg zur Zielposition zu folgen.
Während der Mitte des Palettenstapelns, können einige Pakete schwierig auf den halb fertig gestellten Stapel passen (Pakete, die zu groß, zu lang, etc. sind). Diese Pakete neigen dazu, in dem nicht zuführenden Ende der Staueinrichtung zu bleiben. Diese Pakete können zurückgewiesen und der Zwischenspeicher wieder mit frischen Paketen gefüllt werden. Diese Vorgehensweise könnte die Effizienz der Nutzung des Palettenstapelvolumens erhöhen. Die zurückgewiesenen Pakete könnten in den Palettierungsprozess zurückgeführt werden und zu dieser Zeit könnte die Stapelform gänzlich anders sein und es erlauben, dass die zurückgeführten Pakete erfolgreich gestapelt werden.
D. PALETTIERUNG
Sobald Pakete auf der Staufördereinrichtung 16 sind, wird, wie zuvor erläutert, eine Entscheidung getroffen, welches Paket aus der Staufördereinrichtung 16 herausgegriffen und auf einer Palette in einem wartenden Lastkraftwagen oder auf einem anderen geeigneten Stapelort platziert werden sollte. Diese "Paketstapelentscheidung" kann auf einem vorbestimmten Satz von Regeln, die im Rahmen des Standes der Technik erstellt wurden, oder einem vorbestimmten Satz von Regeln, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung erstellt wurden, beruhen. Beispiele von vorbestimmten Sätzen von Regeln, die im Rahmen des Standes der Technik erstellt wurden, sind in dem US-Patent Nr. 5.175.692 von Mazouz dargelegt, das hier in diese Anmeldung durch Bezugnahme aufgenommen wird.
1. Ausführung der Paketstapelentscheidung
Wie oben erläutert, kann ein Paketstapelentscheidungsprozess eine wichtige Rolle bei einem palettierenden Beladungssystem spielen. Er entscheidet, welches Paket von denjenigen, die auf der Staufördereinrichtung gruppiert sind, herauszugreifen ist, welche Orientierung des Pakets verwendet werden wird und wo das Paket auf dem Stapel platziert werden wird.
Ein Paketstapelentscheidungsprozess gemäß der vorliegenden Erfindung kann als fünf Elemente beinhaltend begriffen werden:

1) Modellierung basierend auf eckenbasierten Prinzipien;
2) Erstellung potentieller Platzierungsorte für alle auf der Staueinrichtung wartenden Pakete;
3) Prüfen der Stabilität der potentiellen Paketplatzierungen;
4) Bewertung der potentiellen Paketplatzierungen basierend auf einem vorbestimmten Leistungsindex; und
5) Auswahl eine Paketplatzierung.

Es versteht sich, dass, auch wenn viel der hier durchgeführten Modellierung über Computer erfolgt, auch wirkliches Stapeln durchgeführt werden könnte, um das Modell zu erzeugen, ohne dadurch von der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
A) Eckenbasierte Modellierung
1) Modellaufstellung
Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konzentriert sich auf "Ecken". Der ganze ungefüllte, freie Raum in der Palette ist in einzelne Ecken unterteilt, die miteinander überlappen können. Wie ausführlicher anderswo in dieser Anmeldung erläutert ist, wird basierend auf einem vorbestimmten Satz von Vergleichsparametern eine Bewertung vorgenommen, welche Ecke welches Paket aufnehmen wird.
Wie ausführlicher später erläutert werden wird, weist jeder Eckendatensatz einen Ursprung, drei Längenabmessungen (Höhe, Breite und Länge), Stützflächenorte und Abmessungen und Nachbarlisten auf.
a) Eckenerzeugung
Es wird nun Bezug auf 10 genommen. Es versteht sich, dass eine Palette eine Bodengrenze (in der Ebene XZ), eine zur Bodengrenze parallele und beabstandete Deckengrenze und vier Seitengrenzen aufweist. Eine Ecke 30 wird als rechteckiger, freier Raum berechnet, wobei alle Seiten entweder gleich einer Palettengrenze oder zumindest teilweise gleich vorhandenen Paketflächen sind.
Es wird nun Bezug auf 11 genommen. Ohne irgendeine Paketplatzierung, ist der gesamte Raum innerhalb der Palettengrenze anfangs ein rechtwinkliger freier Raum. Dies ist die allererste Ecke und ist in 10 als Ecke 1 bezeichnet. Sobald ein Paket wie beispielsweise P1 in 11 in Ecke 1 (die die einzig verfügbare Ecke ist) platziert ist, verschwindet die ursprüngliche Ecke 1. Der verbleibende freie Raum dieser Ecke wird dann in bis zu sechs Unterteilungen bezüglich des Pakets unterteilt: unten, oben, nach hinten, nach vorne, nach links und nach rechts. Diese freien Raumunterteilungen werden, soweit sie existieren, ebenso rechteckig sein und als Kindecken bezeichnet.
In manchen Fällen werden nicht alle sechs Kindecken übrig bleiben, nachdem eine Ecke verbraucht ist. Falls beispielsweise ein platziertes Paket eine Palettengrenze berührt, ist der Raum zwischen der Grenze und dem Paket Null und die entsprechende Kindecke wird annulliert. In 11 ist das Paket P1 an der linken, hinteren und Bodengrenze der Palette platziert und daher können nur drei neue Ecken erzeugt werden: eine vorne (Neue Ecke 2), eine rechts (Neue Ecke 3) und eine oben (Neue Ecke 4). Ein vollständiger Satz von Ecken (in diesem Fall 2, 3 und 4) überspannt nun den ganzen freien Raum des Stapels. Es ist festzustellen, dass jede dieser drei Ecken sich Volumen mit jeder der anderen zwei teilt und diese schneidet; es versteht sich daher, wie später zu sehen ist, dass ein Paket, sobald es platziert ist, in mehr als einer Ecke liegen kann.
b) Eckenstützflächen; Überbrückbarkeit
Im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die A-Ecke immer zumindest eine "Stützfläche" auf. Einige Ecken, wie beispielsweise diejenige, die eine Palettenbodenfläche als Stützfläche besitzt, weisen eine einzige Stützfläche auf, die die gesamte Bodengrenze der Ecke bedeckt. Eine Ecke kann jedoch mehrere Stützflächen besitzen, die von den Oberflächen mehrerer Pakete bereitgestellt werden, und es versteht sich daher, dass die Bodengrenze einer Ecke nicht immer eine Stützfläche beinhaltet.
Es wird nun auch auf 15A Bezug genommen. In dem Speicher des Steuerprozessors ist jeder Ecke 30 ein Eckendatensatz 31 zugeordnet, der im Rahmen des Modells erzeugt wird. Im Eckendatensatz 31 ist Information über Stützflächen enthalten, einschließlich aller (andernorts erläuterten) überbrückbaren Flächen innerhalb der Eckengrenze. Zwei Flächen sind überbrückbar, wenn sie in Kombination genutzt werden können, um ein Paket zu stützen. Im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gelten zwei Flächen als in der Lage, ein Paket zu stützen, wenn die Unterschiede ihrer relativen Höhen innerhalb einer vorbestimmter Toleranz liegen, wie beispielsweise 1/2 Zoll, und wenn der Abstand der zwei Flächen innerhalb eines bestimmten Abstands liegt, wie beispielsweise der Hälfte der mittleren Paketlänge der gestauten Pakete.
13 veranschaulicht dieses Konzept. Wie zu sehen ist, gibt es fünf Flächen innerhalb der Grenze der Ecke. Jede Fläche ist in der Figur mit ihrer Höhe beschriftet. Es wird angenommen, dass die "G" weniger als die mittlere Paketlänge ist. Da benachbarte relative Höhen alle innerhalb der Überbrückungstoleranz liegen (1/2 Zoll), "gehören" diese fünf Flächen dann zu einer Ecke und werden in dem Eckendatensatz verzeichnet. Allgemein werden zwei benachbarte Flächen zu der gleichen Ecke gehören, solange sie entweder von links nach rechts oder von hinten nach vorn überbrückt werden können und beide in einer Eckengrenze liegen.
Da alle überbrückbaren Flächen in einer Ecke enthalten sind, versteht es sich, dass es während der Suche nach eine Paketplatzierung unter Ecken nur notwendig ist, immer nur eine Ecke zu untersuchen.
Die Information bezüglich der oben angesprochenen Flächen ist in einem Eckendatensatz enthalten, wie in 15A gezeigt ist.
c) Erstellen von Nachbarlisten
Wie in 14 gezeigt ist, kann eine Ecke von vorhandenen Nachbarpaketen umgeben sein. Es kann linke und rechte Nachbarn und hintere und vordere Nachbarn geben. Wie anderswo ausführlich erläutert ist, wird auf diese Nachbarn in der Suche nach einer nahezu optimalen Platzierung recht häufig Bezug genommen. Aus Gründen der Recheneffizienz werden diese benachbarten Pakete daher für jede Ecke separat verfolgt.
Wie in 15A gezeigt ist, enthält ein Eckendatensatz 31 neben Information über Stützflächen vier Listen benachbarter Pakete: 1) eine Liste hinterer Nachbarn, 2) eine Liste linker Nachbarn, 3) eine Liste rechter Nachbarn und 4) eine Liste vorderer Nachbarn. Jedes Element einer bestimmten Nachbarliste enthält eine Computerspeicheradresse mit dem Verweis auf einen entsprechenden Paketdatensatz, der in einer separaten Paketliste (siehe 15B) gespeichert ist. Die Paketliste enthält einzelne Paketdatensätze, von denen jeder eine bestimmte Paketinformation enthält, wie seinen Ort, seine Größe und sein Gewicht. Auf diese Weise ist es nur notwendig, eine einzelne Kopie eines Paketdatensatzes in das Gesamtsystem aufzunehmen, wobei auf den Paketdatensatz aber, wenn erforderlich, sehr schnell zugegriffen werden kann, indem auf die Paketliste zugegriffen wird.
d) Erstellen von Paketlisten mit Adressen
Um zu ermitteln, welches Paket als "Nachbar" in Frage kommt, werden wie in 16 gezeigt vier Nachbarbereiche erstellt: 1) ein hinterer Nachbarbereich, 2) ein linker Nachbarbereich, 3) ein rechter Nachbarbereich und 4) ein vorderer Nachbarbereich. Für jede Nachbarpaketliste wird nur für ein Paket, das innerhalb des entsprechenden Nachbarbereichs liegt oder ihn schneidet und das innerhalb der Palettengrenze ist (im Falle mehrerer Paletten) die Adresse seines Datensatzes in der entsprechenden Nachbarliste verzeichnet. Wie in 16 gezeigt ist, wird im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für die Breite D aller Nachbarbereiche die mittlere Paketdicke gewählt, die jedes Mal aktualisiert wird, wenn ein neues Paket in den Zwischenspeicher kommt. Eine derartige Aktualisierungsanordnung wird dazu verwendet, um sicherzustellen, dass relevante Information gespeichert wird.
In einer typischen Situation sind bis zu 200 Ecken zur Platzierung verfügbar (typischerweise, wenn der Stapel halb voll ist).
2) Modellaktualisierung
Nachdem das geometrische Modell der Palette erzeugt ist, muss es jedes Mal aktualisiert werden, wenn ein Paket darauf platziert wird.
Es wird nun Bezug auf 17 genommen oder wenn eine "gültige Platzierung" gefunden ist. Während des Stapelvorgangs wird das geometrische Modell nach der aktuellen Paketplatzierung aktualisiert werden, wenn die Palette nicht voll ist. Die Aktualisierung des geometrischen Modells beinhaltet das Hinzufügen neuer Ecken, die Aktualisierung vorhandener Ecken, das Verschmelzen von Ecken und die Aktualisierung von Flächen. 17 ist ein Flussdiagramm, das die Logik bezüglich des geometrischen Modells veranschaulicht. Wie zu sehen ist, wird, nachdem der Staueinrichtungszwischenspeicher gefüllt ist, bei Schritt 172 ermittelt, ob eine gültige Platzierung für ein Paket auf der Staueinrichtung verfügbar ist. Falls nicht, ist der Stapelprozess bei Schritt 174 abgeschlossen (erledigt). Falls eine gültige Platzierung verfügbar ist, wird Schritt 173 durchgeführt, der darin besteht die Platzierung auszuwählen. Sobald die Platzierung ausgeführt ist, werden bei Schritt 175 die Ecken aktualisiert. Dann werden bei Schritt 176 die Ecken verschmolzen. Danach werden bei Schritt 177 die Flächen und Nachbarn aktualisiert. Dann wird bei Schritt 178 die Staueinrichtung aktualisiert, worauf der Prozess wiederholt wird.
a) Zufügen neuer Ecken
Es wird nun Bezug auf 11 genommen. Ohne irgendeine Paketplatzierung ist der gesamte Raum innerhalb der Palettengrenze anfangs ein rechteckiger, freier Raum. Dies ist die allererste Ecke und ist in 10 als Ecke 1 bezeichnet. Sobald ein Paket wie beispielsweise P1 in 11 in Ecke 1 (die die einzig verfügbare Ecke ist) platziert ist, verschwindet die ursprüngliche Ecke 1. Der verbleibende freie Raum dieser Ecke wird dann in bis zu sechs Unterteilungen bezüglich des Pakets unterteilt: unten, oben, nach hinten, nach vorne, nach links und nach rechts. Diese freien Raumunterteilungen werden, soweit sie existieren, ebenso rechteckig sein und als Kindecken bezeichnet.
In manchen Fällen werden nicht sechs Kindecken übrig bleiben, nachdem eine Ecke verbraucht ist. Falls beispielsweise ein platziertes Paket eine Palettengrenze berührt, ist der Raum zwischen der Grenze und dem Paket Null und die entsprechende Kindecke wird annulliert. In 11 ist das Paket P1 an der linken, hinteren und Bodengrenze der Palette platziert und daher können nur drei neue Ecken erzeugt werden: eine vorne (Neue Ecke 2), eine rechts (Neue Ecke 3) und eine oben (Neue Ecke 4). Ein vollständiger Satz von Ecken (in diesem Fall 2, 3 und 4) überspannt nun den ganzen freien Raum des Stapels. Es ist festzustellen, dass jede dieser drei Ecken sich Volumen mit jeder der anderen zwei teilt und diese schneidet; es versteht sich daher, wie später zu sehen ist, dass ein Paket, sobald es platziert ist, in mehr als einer Ecke liegen kann.
b) Aktualisierung geschnittener Ecken
Geschnittene Ecken werden aktualisiert, nachdem das Paket tatsächlich platziert ist. Wie oben angemerkt, können Ecken sich überschneiden. In dem Beispiel der 18A überschneiden sich die Ecke in Blickrichtung des Betrachters rechts vom Paket A und die Ecke auf der Oberseite von Paket A, wie durch den kreuzschraffierten Bereich in 18A gezeigt ist. Falls, wie in 18B gezeigt ist, Paket B rechts von Paket A platziert wird, ist zu sehen, dass Paket B höher ist als Paket A. Außerdem sitzt Paket B nicht nur in der Ecke rechts von Paket A, sondern schneidet auch die Ecke auf Paket A. Nach der Platzierung eines Pakets in einer Ecke, muss daher die "empfangende" Ecke gelöscht werden und jede geschnittene Ecke muss ebenso aktualisiert werden.
c) Verschmelzen redundanter Ecken
Um einen minimalen Gebrauch des Computerspeichers und eine maximale Recheneffizienz sicherzustellen werden nach jedem Paketstapeltakt nur "unabhängige Ecken" durch einen als "Verschmelzen" bekannten Prozess beibehalten werden. Für eine gegebene Ecke werden nur unabhängige Flächen und unabhängige Nachbarn weiterverfolgt. Ein solcher minimaler Satz kann wie folgt gefunden werden. Zuerst werden nach jeder Paketplatzierung alle Kindecken für betroffene Ecken erzeugt und die ursprüngliche Ecke gelöscht. Für jede Kindecke wird sichergestellt, dass nur diejenige Flächen- und Nachbarinformation von der ursprünglichen Ecke übernommen wird, die für die Kindecke relevant ist. Als drittes werden alle redundanten Ecken verschmolzen. Im Prozess der Verschmelzung werden alle Flächen- und Nachbarinformationen geprüft, so dass keine redundanten Elemente aufgezeichnet werden.
Es wird nun Bezug auf die 29A–29C genommen. Es sei angenommen, dass es zwei Ecken gibt, die mit Ecke 1 und Ecke 2 bezeichnet sind. Ecke 1 besitzt eine Bodengrenze C1FB und Ecke 2 besitzt eine Bodengrenze C2FB, die um einen Abstand "d" beabstandet ist. Es sei auch angenommen, dass alle Seitengrenzen von Ecke 2 innerhalb von denjenigen der Ecke 1 liegen oder die gleichen sind, da der Abstand "d" innerhalb eines vorbestimmten Grenzwerts liegt. Zum Beispiel liegt die Seitengrenze C2SB der Ecke 2 innerhalb Ecke 1. Die Deckengrenze von Ecke 2 ist die gleiche wie bei Ecke 1. Falls dann Ecke 1 und Ecke 2 zwei Flächen gemeinsam haben, die überbrückbar sind (so wie der Begriff bezüglich dem in 13 verwendet worden war), dann wird Ecke 2 mit Ecke 1 verschmolzen. Das heißt, dass jegliche Information (einschließlich Flächen, Nachbarn), die Ecke 2 besitzt und die noch nicht Ecke 1 zugewiesen wurde, mit Ecke 1 zusammengelegt wird, während alle redundante Information, die Ecke 2 besitzt, ausgelöscht wird. Auch Ecke 2 selber (oder eigentlich ihr Datensatz) wird gelöscht.
d) Aktualisierung von Eckenflächen und Nachbarlisten
Es lässt sich verstehen, dass ein neues Paket ein neues Nachbarelement werden kann, nachdem es tatsächlich platziert wurde, oder eine neue Stützfläche für vorhandene Ecken bereitstellen kann. Um diese Möglichkeiten einzubeziehen, wird eine Suche durchgeführt, bis die notwendige Vergrößerung von Flächen und Nachbarn für jede vorhandene Ecke abgeschlossen ist.
20 veranschaulicht ein Beispiel für die Notwendigkeit der Aktualisierung. Bevor das zu platzierende Paket an Ort und Stelle war, existierten zwei Ecken 1, 2, die den oberen Flächen von Paket A und Paket B separat zugeordnet waren. Das platzierende Paket erzeugt eine neue Fläche nicht nur für Ecke 1 (der oberen Flächen von Paket A zugeordnet), sondern auch für Ecke 2 (der oberen Flächen von Paket B zugeordnet). Ohne Vergrößerung dieser Fläche, ginge jeder dieser Ecken fehlerhafterweise eine gültige Fläche ab, die in dem obigen Beispiel die obere Fläche des "zu platzierenden" Pakets ist.
B) Erstellung aller möglichen Platzierungen
Wie oben angemerkt werden potentielle Paketplatzierungen hinsichtlich Stabilität und an deren Eigenschaften bewertet. Daher versteht sich die Notwendigkeit, Mittel zur Erzeugung derartiger Platzierungen bereitzustellen, damit ihre Eigenschaften später bewertet werden können.
1) Allgemeine Platzierungsoptionen
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann ein Paket auf verschiedene Weisen oder an verschiedenen "Platzierungen" in einer Ecke platziert werden. Diese "Platzierungen" können durch tatsächliches Platzieren des Pakets auf dem Stapel und die Vornahme sich daraus ergebender Messungen ermittelt werden oder können alternativ mit Hilfe eines Computers vorgenommen werden. Es ist gleichfalls anzumerken, dass jegliche Berechnung bezüglich Paketplatzierungen von den tatsächlichen, an den Paketen vorgenommenen physischen Vermessungen abhängt.
Es wird nun Bezug auf 19 genommen, die verschiedene potentielle Paketplatzierungen in einer Ecke veranschaulicht, die sich über die gesamte Länge und Breite einer Palette erstreckt; die Eckengrenzen sind somit auch die Palettengrenzen. Wie in 19 gezeigt ist, kann ein Paket "bündig" mit eine Palettenvordergrenze (und Eckengrenze) sein ("vorderseitig bündig") wie durch die Paketpositionen "A" und "B" gezeigt ist; es kann "rechtsbündig" an der rechten Palettengrenze sein, wie durch die Paketpositionen "B" und "D" gezeigt ist, oder es kann zu einem Ort E in der Mitte mit oder ohne Bündigkeit versetzt sein. Paket "C" zeigt keine Bündigkeit oder Versetzung. Position A zeigt nur vordere Bündigkeit. Position B zeigt vordere und rechte Bündigkeit. Position D zeigt nur Rechtsbündigkeit.
Es sollte klar sein, dass das Bündigmachen eines Pakets durchgeführt wird, um einen wichtigen Teil der vorliegenden Erfindung zu bewerkstelligen, nämlich so viel Raum wie möglich innerhalb der Palettengrenzen zu belegen. Das Bündigmachen eines Pakets macht zumindest die äußersten Paketpositionen der Bewertung durch die Paketstapelentscheidungen zugänglich, die anderswo in dieser Anmeldung erläutert sind.
Es lässt sich einsehen, dass Versetzen nur durchgeführt wird, nach dem die Entscheidung über das Bündigmachen abgeschlossen ist. Außerdem hängt die Richtung der Versetzung in der Ecke vom Ort der Paketplatzierung nach der abgeschlossenen Entscheidung über das Bündigmachen ab. Sollte unter Bezug auf 19 zum Beispiel eine Paketplatzierung mit dem Ort "B" bündig gemacht werden (Versetzen nach vorn und rechts), wird ein Versetzen nur in die rückwärtige und linke Richtung möglich sein. Sollte ein Paket nicht bündig gemacht werden und in Position "C" verbleiben, ist nur ein Versetzen nach vorne und rechts möglich. Von Position "A" ist nur Versetzen nach hinten und rechts möglich und von Position "D" ist nur vorderes und linkes Bündigmachen möglich.
Es gibt Kriterien für das Bündigmachen eine Pakets mit Palettengrenzen. Um einen dichten und festen Stapel zu erhalten, wird es in den meisten Fällen bevorzugt, Pakete mit zwei Seiten an Nachbarpaketen oder an den Paletteninnengrenzen zu platzieren. Wenn ein Paket jedoch so wie es positioniert ist, nahe an einer Außengrenze ist, kann das Paket ganz mit der Vordergrenze oder der Seitengrenze oder beiden bündig gemacht werden. In solchen Fällen, wenn die Stützflächen darunter nicht die Außengrenze erreichen, kann eine Paketkante dennoch mit der Außengrenze jener Flächen bündig gemacht werden, wobei etwas vom Paket überhängt und von unten nicht gestützt ist. Der Vorteil eines derartigen Bündigmachens besteht darin, die horizontale Spannweite der momentanen Schicht von Paketen, die gestapelt wird (die momentane Stapelschicht) und die das Fundament der nächsten Stapelschicht ist, zu maximieren. Es lässt sich einsehen, dass ohne Bündigmachen mit Grenzen ein spitz zulaufender Stapel erzeugt werden kann, der nachteilig sein kann.
Das Bündigmachen eines Pakets entlang einer bestimmten Richtung bis zu einer Grenze hängt ab von der Größe der Grenzlücke, die die Lücke zwischen dem Paket und der Palettengrenze ist. Falls keine Lücke existiert (es gibt ein weiteres Paket zwischen dem Paket und der Palettengrenze), erfolgt zumindest in dieser Richtung kein Bündigmachen.
Vorderseitiges Bündigmachen sei als Beispiel angenommen. Falls, wiederum Bezug auf 19 nehmend, die Vorderlücke 192 groß genug ist, die Platzierung eines weiteren Pakets zu gestatten, sollte ein zu platzierendes Paket nicht mit der Palettenvordergrenze bündig gemacht werden, da diese Lücke noch zu Platzierungszwecken brauchbar ist, und es sich als ineffizient herausstellen könnte, sie aufzubrauchen. Falls die Lücke 192 jedoch klein genug ist, um sie zu ignorieren, wie beispielsweise kleiner als ein Sechstel (1/6) der mittleren Paketdicke, dann sollte das zu platzierende Paket nicht notwendigerweise mit der Vorderseite bündig gemacht werden, denn das Bündigmachen kann Nachteile haben. Jedes Mal, wenn ein Paket mit der Vorderseite bündig gemacht wird, selbst um eine geringe Strecke, tendiert der wechselseitige seitliche Kontakt zwischen dem vorderen Paket und den rückseitigen Nachbarn dazu, unterbrochen zu werden, und verschlechtert sich die Stapelstabilität. Die vorliegende Erfindung erkennt, dass nur wenn eine beträchtliche aber unbrauchbare Lücke vorliegt, ein zu platzierendes Paket mit der vorderen Palettengrenze bündig gemacht werden sollte.
Die Entscheidung über das vorderseitige Bündigmachen gemäß der vorliegenden Erfindung unterliegt zusätzlich der Einschränkung, dass es keinen instabilen Turm an der Vorderseite erzeugen wird. Dies wird durch Verwendung einer (später ausführlich erläuterten) erfindungsgemäßen Bedingung eingehalten, dass das (die) stützende(n) Paket(e) darunter in Kontakt mit rückseitigen Nachbarn sein soll(en) oder selbst selber recht groß sein soll(en).
Falls das (die) stützende(n) Paket(e) eines zu platzierenden Pakets in Kontakt mit seinen (ihren) rückseitigen Nachbarn ist (sind) oder ziemlich groß ist (sind) wird, auch wenn das Bündigmachen eine Lücke in der momentanen Schicht erzeugt, zumindest die vorhergehende Schicht fest, so dass der Stapel dennoch stabil ist. Falls jedoch das stützende Paket des zu platzierenden Pakets nicht in Kontakt mit seinen rückseitigen Nachbarn ist und nicht ziemlich groß ist, sollte das zu platzierende Paket nicht mit der vorderen Palettengrenze bündig gemacht werden. Andernfalls wird die neue, durch das zu platzierende Paket geschaffene Lücke die Stapelstabilität vermindern.
2) Bündigmachen mit der vorderen Palettengrenze
Wie in 21 gezeigt ist, wird eine erste grundlegende Entscheidung getroffen, ob das Bündigmachen mit einer Palettengrenze überhaupt durchgeführt wird oder an seinem Ursprung bleibt, wie in Schritt 211 dargelegt ist. Wie bei Schritt 212 in 21 gezeigt ist, wird, wenn das Paket sich an der Palettendecke befindet, kein Bündigmachen durchgeführt, weil keine Pakete auf dem Paket platziert werden müssen.
Falls das Paket nicht an der Palettendecke ist, wird bei Schritt 213 die Lücke (falls vorhanden) zwischen der Vorderseite des zu platzierenden Pakets und der Vordergrenze berechnet. Auf der Grundlage der Analyse dieser Lücke (später in Verbindung mit 22 erläutert) wird bei 220 (21) eine Entscheidung getroffen, ob das Paket mit der Vordergrenze bündig gemacht wird oder nicht. Dieser Schritt 220 wird später in Bezug auf 22 ausführlicher dargestellt. Falls die Entscheidung "JA" lautet, wird bei Schritt 214 das vorderseitige Bündigmachen ausgeführt (21). Falls nicht, wird Schritt 214 umgangen und die Entscheidung betreffs des vorderseitigen Bündigmachens für dieses spezielle Paket in dieser speziellen Ecke ist endgültig.
3) Bündigmachen mit der seitlichen (oder "rechten") Palettengrenze
Es wird dann eine ähnliche Entscheidung getroffen, ob seitliches Bündigmachen durchgeführt wird. Wiederum wird durch die Verwendung einer bei Schritt 215 berechneten rechten Lücke (zwischen der rechten Palettengrenze und dem zu platzierenden Paket) bei Schritt 230 (21) eine Entscheidung "rechtes Bündigmachen" getroffen. Dieser Schritt 230 wird in Bezug auf 23 später ausführlich erläutert. An diesem Punkt ist die Entscheidung bezüglich des seitlichen Bündigmachens für dieses spezielle Paket in dieser speziellen Ecke endgültig.
4) Versetzen
Wie in 21 gezeigt ist, besteht die erste Entscheidung darin, ob ein Paket am Eckenursprungsort platziert wird oder ob es mit einer der Außengrenzen der Ecke (und damit einer der Palette) bündig gemacht wird. Falls die entsprechende Platzierung nicht stabil ist, dann wird sukzessives Versetzen nach vorne und/oder Versetzen seitwärts in der Ecke ausprobiert. Sobald eine stabile Platzierung gefunden ist, geht die Entscheidungsfindung zu "Platzieren, Vergleichen und Aufzeichnen" über, wie später ausführlich erläutert wird.
Das Paketversetzen in einer Ecke wird gemäß der vorliegenden Erfindung praktiziert und kann wichtig sein, um eine stabile Platzierung zu finden. Das Paketversetzen ist auf zwei senkrechte Richtungen beschränkt: entlang der rück/vorderseitigen Dimension und entlang der links/rechts Dimension. Da Verfahren für diese Versetzungen ähnlich sind, wird die Versetzung nach rechts als Beispiel genommen und daher Bezug auf die 24a–f genommen.
Zu Veranschaulichungszwecken wird zuerst nur das Versetzen entlang einer Dimension mit Hilfe der 24a–f erläutert werden, während (bevorzugtes) zweidimensionales Versetzen später mit Hilfe der 25a–d erläutert wird. Die Gruppe von 24a–f ist eine Serie von Seitenansichten einer Vielzahl von Paketen 240 einschließlich einer Position eines zu platzierenden Pakets (mit einem "X" angezeigt), das gemäß der vorliegenden Erfindung entlang einer Richtung "versetzt" wird.
Für jede Fläche (in diesem Fall die Fläche über dem an Ort und Stelle befindlichen Paket) sind sechs verschiedene "versetzte" Positionen möglich:
Überhang linke Kante,
Ausrichtung linke Kante,
Überlapp linke Kante,
Überhang rechte Kante,
Ausrichtung rechte Kante, und
Überlapp rechte Kante.
"Überhang linke Kante" bedeutet, dass die linke Kante des zu platzierenden Pakets bezüglich des Pakets darunter überhängt, wie in 24b gezeigt ist.
"Ausrichtung linke Kante" bedeutet, dass die linke Kante des zu platzierenden Pakets zur linken Kante des Pakets darunter ausgerichtet ist, wie in 24c gezeigt ist.
"Überlapp linke Kante" bedeutet, dass die linke Kante des zu platzierenden Pakets das Paket darunter überlappt, wie in 24f gezeigt ist.
"Überhang rechte Kante" bedeutet, dass die rechte Kante des zu platzierenden Pakets bezüglich des Pakets darunter überhängt, wie in 24e gezeigt ist.
"Ausrichtung rechte Kante" bedeutet, dass die rechte Kante des zu platzierenden Pakets zur rechten Kante des Pakets darunter ausgerichtet ist, wie in 24d gezeigt ist.
"Überlapp rechte Kante" bedeutet, dass die rechte Kante des zu platzierenden Pakets das Paket darunter überlappt, wie in 24a gezeigt ist.
Für den überhängenden Teil des Pakets ist festgelegt, dass er proportional zu der Gesamtbreite des zu platzierenden Pakets ist, obwohl es, falls erwünscht, ein konstanter Wert sein könnte. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird es ein Fünftel (1/5) der Breite des zu platzierenden Pakets sein, wie in 24 gezeigt ist.
Für den überlappenden Teil des Pakets ist ebenfalls festgelegt, das er proportional zu der Gesamtbreite des zu platzierenden Pakets ist, obwohl es, falls erwünscht, ein konstanter Wert sein könnte. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird es ein Viertel (1/4) der Breite des zu platzierenden Pakets sein, wie in 24 gezeigt ist.
Im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Versetzungsabfolge durch den Abstand des zu platzierendes Pakets von der linken Abdeckungsgrenze bestimmt. Mit anderen Worten, das Versetzen erfolgt immer in einer Richtung für eine bestimmte Dimension (zweidimensionales Versetzen wird in Kürze erläutert werden) und die nächste ausgewählte Versetzungsposition ist die nächste Position rechts von den sechs oben erläuterten Positionen. Es lässt sich einsehen, dass für verschiedene Kistengrößen vorkommen kann, dass die Reihenfolge des Versetzens zwischen den oben beschriebenen Positionen nicht die gleiche ist. Falls zum Beispiel die zu platzierende Kiste breiter als die die Stützfläche darunter bereitstellende Kiste ist, erfolgt die Ausrichtung rechte Kante vor der Ausrichtung linke Kante, anstatt nach der Ausrichtung linke Kante, wie in den 24(c) und 24(d) gezeigt ist.
Es sollte auch klar sein, dass die Versetzungsposition der 24(a) sogar niemals tatsächlich ins Auge gefasst werden wird, da die 24a–f eine Rechtsversetzung veranschaulichen und die Position des zu platzierenden Pakets folglich von einem nicht gezeigten Ursprungsort (mit Flächenkontakt zwischen der linken Seite des zu platzierenden Pakets und der rechten Seite der höchsten Kiste) nach rechts versetzt würde. 24(a) ist jedoch vorgesehen, um die Beziehung der sechs Versetzungspositionen für ein bestimmtes stützendes Paket wie beispielsweise A zu veranschaulichen. Die gleichen sechs gezeigten Versetzungspositionen werden zwischen dem zu platzierenden Paket und der Kiste A mit dem zu platzierendes Paket und Kiste B ausprobiert, es sei denn, es wird zu Beginn ein stabiler Ort gefunden.
Es wird nun Bezug auf die 25a–d genommen, in denen zu sehen ist, dass die vorliegende Erfindung zweidimensionales Versetzen ins Auge fasst. Im Falle des zweidimensionalen Versetzens (Versetzen nach rechts und auch Versetzen nach vorn) gibt es ebenfalls die folgenden Fälle des vorderseitigen Versetzens:
Überhang hintere Kante,
Ausrichtung hintere Kante,
Überlapp hintere Kante,
Überhang vordere Kante,
Ausrichtung vordere Kante, und
Überlapp vordere Kante.
Es versteht sich daher, dass es 36 (sechs mal sechs) mögliche Konfigurationen für jede Kombination zu platzierendes Paket/Stützfläche gibt.
Die 25a–d sind eine Serie veranschaulichender Draufsichten einer Vielzahl von Paketen 250 einschließlich einer Position eines zu platzierenden Pakets (in dicken Umrisslinien gezeigt), wobei die 25b–d die Position nach dem Versetzen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen. 25a veranschaulicht die Paketposition in ihrer Ursprungsposition, 25b veranschaulicht das Paket, nachdem es nach rechts versetzt wurde, so dass sein rechter Rand das stützende Paket B überlappt, 25c veranschaulicht das Paket, nachdem es zur Vorderseite versetzt wurde, so dass seine vordere Kante das stützende Paket C überlappt und 25b veranschaulicht das Paket, nachdem es nach rechts versetzt wurde, so dass sein rechter Rand das stützende Paket B überlappt, und auch zur Vorderseite versetzt wurde, so dass seine vordere Kante das stützende Paket C überlappt. Es versteht sich, dass es weitere Zwischenversetzungspositionen gibt, die nicht gezeigt sind.
Versetzen wird wiederum für jede Dimension in nur einer Richtung durchgeführt. Die Reihenfolge des Versetzens hängt von Paketabmessungseigenschaften ab. Unter allen möglichen Platzierungen wird eine Platzierung um so schneller ausprobiert, je kleiner die Summe der Abstände zwischen der zu platzierenden Kiste und der hinteren Eckengrenze und der linken Eckengrenze ist.
C) Stabilitätsprüfung
Eine "Stabilitätsprüfung" spielt bei den hier beschriebenen Stapelverfahren für Pakete zufälliger Größe eine wichtige Rolle. Falls die Stabilitätsprüfungsnorm zu restriktiv ist, dann können zu wenig Pakete gestapelt werden, woraus sich eine Palette voller Leerstellen ergibt. Falls die Stabilitätsprüfungsnorm umgekehrt nicht restriktiv genug ist, dann kann ein gestapeltes Paket tatsächlich instabil sein und fallen. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung versucht eine Balance zwischen diesen zwei Extremen zu bilden, während es zugleich effizient im Hinblick auf Rechengeschwindigkeit ist.
Das Flussdiagramm des Stabilitätsprüfungsprozesses ist in 30 gezeigt. In dem Flussdiagramm wird ein bestimmter potentieller Paketort hinsichtlich Stabilität bewertet und entweder als "stabil" oder "instabil" betrachtet. Der komplette Prozess umfasst die folgenden Bestimmungen: 1) Bestimmung des Prozentsatzes der Flächenstützung (Schritt 301), 2) Berechnung eines Schwerpunktbereichs (Schritt 304), 3) Prüfen der Grenze einer effektiven Stützfläche (Schritt 305), 4) Prüfen der seitlichen Stützung (Schritt 306), 5) Prüfen der Stützflächenverteilung und 6) Prüfen eines Stützflächenpolygons (Schritt 324).
1) Prüfen des Prozentsatzes an Flächenstützung
Wenn es an Ort und Stelle ist, kann ein gestapeltes Paket durch mehrere Stützflächen gestützt werden, die von Paketen darunter bereitgestellt werden. Damit ein Paket gestapelt und stabil ist, ist ein Grenzwert ausreichender Flächenstützung von unten erforderlich. Im Rahmen eines Merkmals der vorliegenden Erfindung wird ein derartiger Grenzwert als Teil der Stabilitätsprüfung verwendet. Wenn, wie in 30 gezeigt ist, das Verhältnis zwischen der Gesamtfläche der direkten Stützflächen und derjenigen einer Bodenfläche eines zu platzierenden Pakets unter einem bestimmten Prozentsatz liegt, wird das zu platzierende Paket als instabil betrachtet (Schritt 303). Wenn das Paket schwerer wird, wird der erforderliche Prozentsatz proportional größer. Im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann für den Prozentsatz um die 65% für ein 70 Pfund schweres Paket und 50% für ein bis zu 30 Pfund wiegendes Paket angenommen werden. Für jedes dazwischen wiegende Paket kann eine lineare Interpolation ausgeführt werden.
Die Fläche der direkten Stützflächen wird wie folgt berechnet. Zuerst wird eine Suche nach der maximalen Höhe von Stützflächen durchgeführt, die in die Grenze oder den "Fußabdruck" des zu platzierenden Pakets fallen. Als zweites wird eine Neubewertung aller gefundenen Stützflächen durchgeführt und nur diejenigen als direkte Stützflächen betrachtet, deren Höhen innerhalb einer bestimmten Toleranz, wie beispielsweise 0,5'', relativ zur maximalen Höhe liegen. Dies ist dem früher erläuterten "Überbrückungs"-Konzept ähnlich.
Falls die Fläche der direkten Stützflächen kleiner als der vorausgewählte Grenzwert ist (Schritt 302), wird das Paket als instabil betrachtet (Schritt 303) und die Stabilitätsprüfung ist abgeschlossen. Falls die Fläche den Grenzwert überschreitet, geht die Stabilitätsprüfung zu ihrem nächsten Schritt über.
2) Berechnung des Schwerpunktbereichs
Bezug nun auf die 30 und 31 nehmend, betrifft der nächste Schritt der Stabilitätsprüfung die Verwendung eines Schwerpunktbereichs eines Pakets. Von der Abweichung des Schwerkraftvektors des aktuellen Schwerpunkts von seinem geometrischen Mittelpunkt lasst sich annehmen, dass sie durch diesen Schwerpunktbereich verläuft, der, in 31 als 310 gezeigt, die Form eines Rechtecks mit an jeder kurzen Kante angefügten Halbkreisen hat, das in der geometrischen Mitte der Bodenfläche des Pakets zentriert und parallel zur Bodenfläche des Pakets ist. Wie in 31 gezeigt ist kann jede Abmessung L und W des umschreibenden Rechtecks in Prozent der entsprechenden Abmessung der Bodenfläche des Pakets ausgedrückt werden.
Beim Stapeln von Wellpappepaketen ist der zulässige Überhang über die Stützfläche empfindlich abhängig vom Paketgewicht. Falls ein schweres Paket zu sehr über seine Stützgrenze überhängt, neigt das Paket dazu sich über diese Kante zu neigen und Instabilität hervorzurufen. Daher nimmt im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Größe des Schwerpunktbereichs proportional zum Paketgewicht zu. Je schwerer das Paket ist, um so größer ist der Schwerpunktbereich. Im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird für die Größe 50% der Paketbodenflächenabmessung für ein 70 Pfund schweres Paket und 30% der Paketbodenflächenabmessung für ein Paket angenommen, dessen Gewicht bis zu 20 Pfund beträgt. Eine lineare Interpolation zwischen 30% und 50% wird als entsprechender Prozentsatz für jene Pakete genommen, deren Gewichtsgrenzen zwischen 20 und 70 Pfund liegen. Falls unter Verwendung von 31 als Beispiel ein 50% Prozentsatz verwendet wird, wären die L und W Werte des Schwerpunktbereichs die halbe Längen- beziehungsweise Breitenwerte der Paketbodenfläche.
Sobald der Schwerpunktbereich für ein Paket berechnet ist, wird er gespeichert und zu späteren Bewertungen bei der Stabilitätsprüfung verwendet.
3) Prüfen der Grenze der Effektiven Stützfläche
Wie bei Schritt 305 in 30 gezeigt ist, umfasst eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Bewertung und Verwendung einer Effektiven Stützflächengrenze. Wie in 32 gezeigt ist, ist eine Effektive Stützfläche eines Pakets eine Stützfläche des Pakets, die eine effektive Stützung durch feste Pakete bis hinunter zur Palettenfläche aufweist und eine größere Abwärtsstoßkraft aushalten kann. 32 veranschaulicht die Effektive Stützfläche 334 für einen einzelnen Turm 320 gestapelter Pakete, die im Beispiel kleiner ist als die Direkte Stützfläche 329, die durch das Paket 332 direkt unter dem zu platzierenden Paket bereitgestellt wird.
Es wird nun Bezug auf die 33A–C genommen. Wenn ein Paket 336 durch mehrere Pakete 335 auf der ersten Schicht gestützt wird, wird die effektive Stützflächengrenze für das zu platzierende Paket das kleinste konvexe Polygon sein, das eine Gruppe rechteckiger Stützflächen umschreibt, wie beispielsweise die in dem schraffierten Bereich 337 in 33A gezeigten. Es sei angenommen, dass dieses zu platzierende Paket ein nächstes Paket auf der dritten Schicht stützt und jenes nächste Paket ebenso durch weitere Pakete 336 auf der zweiten Schicht gestützt wird (33B). Unter dieser Annahme wird die effektive Stützfläche des nächsten Pakets 337 das kleinste konvexe Polygon sein, das einen Satz konvexer Polygone seiner Stützflächen umschreibt, wie im dunkel schattierten Bereich in 33C gezeigt ist.
Es ist begreiflich, dass das Verschmelzen mehrerer Polygone eine vergleichsweise umfangreiche Berechnung erfordert und zeitaufwändig durchzuführen sein kann. Um die Berechnung zu vereinfachen, kann die Grenze der effektiven Stützfläche durch ein Rechteck approximiert werden, das alle effektiven Stützflächen darunter umschreibt. Im Rahmen einer derartigen Approximation können die in 33A–C gezeigten effektiven Stützflächengrenzen in ihre approximativen Ausdrücke, wie in den entsprechenden 34A–C gezeigt, umgewandelt werden. Im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Approximation als Wert für die Effektive Stützflächengrenze verwendet (mit 349 bezeichnet).
In den 34A–C sind die schraffierten Bereiche wie 347 die approximierten effektiven Stützflächen für Pakete auf der zweiten Schicht und der dunkel schattierte Bereich 349 ist die (approximierte) Effektive Stützfläche für das (nicht gezeigte) nächste Paket.
Nachdem die Effektive Stützflächengrenze bestimmt wurde, wird sie bei Schritt 305 mit dem in Schritt 304 bestimmten Schwerpunktbereich verglichen. Falls der Schwerpunktbereich in die Effektive Stützflächengrenze fällt, ergibt Schritt 305 einen "JA"-Wert, der zu Schritt 308 weitergeleitet wird. Wie ebenfalls unten angemerkt wird, wird die Stabilitätsprüfung weiterlaufen, falls Schritt 308 einen "JA"-Wert von Schritt 305 oder einen "JA"-Wert von Schritt 306 (seitliche Stützung) erhält. Andernfalls (zwei NEIN) wird das Paket bei Schritt 311 als instabil betrachtet.
Es versteht sich, dass das approximierte Rechteck größer als das effektive Stützflächenpolygon sein könnte. Selbst wenn der Schwerpunktbereich innerhalb der Grenzen des Rechtecks ist, könnte er sich daher außerhalb der Polygongrenze befinden und das Paket nicht stabil sein. Um die Paketstabilität zu bestätigen, wird in der Stabilitätsprüfung, wie später erläutert wird, die Verteilung der direkten Kontaktfläche bewertet.
4) Prüfen der seitlichen Stützung
Selbst wenn die (approximierte) Effektive Stützflächengrenze den Schwerpunktbereich des zu platzierenden Pakets nicht vollständig enthält, kann, wie oben angemerkt, das Paket stabil sein, wenn es eine angemessene seitliche Stützung besitzt.
Eine seitliche Stützung ist ein fester seitlicher Kontakt, der verhindern wird, dass ein zu platzierendes Paket nach dieser Seite herunterfällt. Für ein gegebenes Paket sind vier seitliche Stützungen, eine linke, rechte, hintere und vordere, möglich. Jede seitliche Stützung ist Teil der Stabilitätsprüfung.
Um die Existenz eines seitlichen Kontakts zu ermitteln, wird unter den unmittelbar benachbarten Paketen (Nachbarn) eine Suche durchgeführt. Falls, wie durch die 48A und 48B gezeigt ist, ein (existierendes) Nachbarpaket eine hinreichende Seitenflächenüberlappung mit dem zu platzierenden Paket aufweist, gilt ein Seitenkontakt als hergestellt. Im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, wie in 48A gezeigt ist, hinreichende Seitenflächenüberlappung so definiert, dass das Nachbarpaket eine vertikale Überlappung über einem bestimmten Bruchteil wie beispielsweise 1/3 der Höhenabmessung des zu platzierenden Pakets aufweist, unabhängig davon, ob das zu platzierende Paket seine Bodenkante oder Oberkante berührt. Zusätzlich sollte der Nachbar, wie in 48D gezeigt ist, einen bestimmten Bruchteil, wie beispielsweise 1/3, der seitlichen Abmessung des zu platzierenden Pakets überlappen.
Es wird nun Bezug auf 41 genommen, die die potentielle Platzierung des zu platzierenden Pakets P veranschaulicht, für das eine Platzierung auf den zuvor platzierten Paketen A und B ins Auge gefasst ist. Wie gezeigt ist, stellt das Paket A eine Seitenkraft SF gegen das zu platzierendes Paket P bereit, die unzureichend sein kann, um zu verhindern, dass das Paket P über den Kipppunkt PP von Paket B "herunterfällt".
Die von den Nachbarpaketen wie A bereitgestellte seitliche Stützkraft wird als Produkt des Reibungskoeffizienten und des akkumulierten Seitengewichts berechnet. Während der Reibungskoeffizient experimentell als etwa 0,2 für Pakete aus Pappe gewählt werden kann, muss das akkumulierte Seitengewicht sorgfältig berechnet werden. In dem akkumulierten Seitengewicht ist das Gewicht aller kontaktierenden Pakete auf dieser Seite enthalten, addiert zu dem gesamten oder teilweisen Gewicht irgendwelcher Pakete, die auf der Oberseite dieser seitlich kontaktierenden Pakete gestützt werden. Das teilweise Gewicht eines Pakets wird genommen, wenn das Paket auch durch andere Pakete von unten gestützt wird (gleichförmige Gewichtsverteilung angenommen). Die seitlich kontaktierenden Pakete und Pakete darin können andere Pakete auf der gegenüberliegenden Seite kontaktieren, und können selbst andere Pakete auf ihrer Oberseite tragen. Die gesamten oder teilweisen Gewichte aller relevanten Pakete werden basierend auf der gleichen Regel in die Berechnung des akkumulierten Gewichts aufgenommen.
Es wird nun Bezug auf die 42 als Beispiel genommen. Es sei angenommen, dass das zu platzierende Paket P zur Platzierung an der vertikalen, freien Seite von Paket A ins Auge gefasst ist, das teilweise auf Paket H und über der Lücke zwischen den Paketen G und H ist. Das akkumulierte Seitengewicht von Paket A ist die Summe der Gewichte von Paket A, Paket C (neben Paket C), Paket B (auf Paket C), Paket E (neben Paket C) und Paket D (auf Paket E). Die Pakete F und G, die keinen seitlichen Überlapp mit dem zu platzierenden Paket P besitzen, liefern keinen Beitrag zu dem akkumulierten Seitengewicht von Paket A.
Es versteht sich, dass ein zu platzierendes Paket nicht nur das akkumulierte Seitengewicht seiner kontaktierenden Nachbarpakete beeinflusst, sondern auch das akkumulierte Seitengewicht seiner stützenden Pakete und ihrer stützenden Pakete beeinflusst. Daher ist eine Aktualisierung erforderlich. Um die Recheneffizienz zu verbessern, werden alle akkumulierten Seitengewichte jedes Mal aktualisiert, wenn ein neues Paket im Stapel platziert wird. Die Aktualisierungsregel lautet wie folgt. Das Gewicht des zu platzierenden Pakets wird zu dem akkumulierten Seitengewicht aller kontaktierenden Pakete hinzugefügt. Diese Pakete können andere Pakete auf der gegenüberliegenden Seite kontaktieren; dann wird das Gewicht außerdem zu den anderen Paketen hinzuaddiert, solange sie in der Einflussgrenze des zu platzierenden Pakets sind und so weiter. Dies kann sich jedoch wie eine Wellenfrontfortpflanzung über eine Seeoberfläche auswirken. Jeder Gewichtfortpflanzungsrunde wird ein Grenzwert zugewiesen. Ein schon inspiziertes Kontaktpaket wird mit einer Zahl markiert, die die gleiche ist wie der gegebene Grenzwert. Das Sehen der Zahl des bereits erreichten Grenzwerts wird jede weitere Inspizierung des gleichen Pakets in dieser Runde von Fortpflanzungen beenden.
Sobald ein Seitenkontakt gefunden ist, wird eine Prüfung des Kraftmomentgleichgewichts über potentiellen Kippkanten vorgenommen. Zuerst werden die stützenden Pakete durchsucht bis die Drehkippkanten gefunden sind, die den nächsten Grenzen der effektiven Stützfläche entsprechen. Als zweites wird das Kraftmoment an den Kippkanten für alle direkt oder indirekt gestützten Pakete berechnet. Bei dieser Berechnung kann für den Schwerpunkt des momentanen Pakets angenommen werden, auf der Kante des Schwerpunktbereichs nahe der kontaktierenden Seite zu liegen. Als drittes wird das Kraftmoment an den Kippkanten berechnet, das vom seitlichen Kontakt beigetragen wird.
Für eine Säule von Paketen können mehrere seitliche Kontakte existieren und die Berechnung des seitlichen Kraftmoments für diese Kontakte erfordert Sorgfalt. Es sei angenommen, dass es für eine Säule von Paketen zwei seitliche Kontakte gibt, einen, der in einer höheren Schicht auftritt, und einen in einer niedrigeren Schicht. Das Gewicht des Pakets mit Kontakt in der höheren Schicht und jedes zusätzliche Gewicht darüber sollte von dem akkumulierten Seitengewicht des kontaktierenden Pakets in der unteren Schicht subtrahiert werden.
Falls das resultierende Kraftmoment das Paket dazu bringen wird, sich gegenüber dem seitlichen Nachbar zu drehen, dann ist das Paket nicht stabil; ansonsten gilt eine seitliche Stützung als gegeben.
Ein Beispiel derartiger Berechnungen ist in 38 dargelegt. Wie gezeigt, sind die Pakete 2, 3, 4 und 5 in 38 bereits an Ort und Stelle und Paket 1 ist das zu platzierende Paket, das zur Platzierung ins Auge gefasst ist. Die Pakete 3 und 4 in 38 liegen auf einer gemeinsamen Stützfläche wie beispielsweise einer Palette. Paket 2 befindet sich auf Paket 2 mit etwas Überhang. Paket 5 befindet sich auf Paket 4 ohne Überhang. Das zu platzierende Paket 1 hängt ebenfalls über Paket 2 über und hat seitlichen Kontakt mit Paket 5, wobei von der Kraft aufgrund eines derartigen Kontakts angenommen wird, dass sie auf Punkt L konzentriert ist. Die gepunkteten Linien zeigen zwei Grenzen der Effektiven Stützfläche des zu platzierenden Pakets 1. Der auf der Effektiven Stützflächengrenze liegende Punkt D ist der Punkt, um den das Moment berechnet wird. Die Momentberechnung umfasst das Gewicht der Pakete 1 und 2. Von Paket 1 wird angenommen, dass es eine angemessene seitliche Stützung durch Paket 5 aufweist, falls Paket 5 nicht aufgrund der seitwärts gerichteten Kraft seitwärts gleitet, die durch Paket 1 ausgeübt wird, wenn es versucht, um den Punkt D zu kippen.
5) Prüfen der Verteilung der Direkten Stützfläche
Es wird nun Bezug zurück auf 30 genommen. Nach der oben angesprochenen "Herab fallen?"-Prüfung bei Schritt 309 beinhaltet ein erfindungsgemäßer Prozess eine Prüfung der Verteilung einer direkten Stützfläche eines Pakets. Der Zweck der Prüfung der Direkten Stützfläche besteht nicht nur darin, die Stabilität des momentanen Pakets zu prüfen, sondern auch sicherzustellen, dass das zu platzierende Paket genügend Stützung darunter aufweist, so dass zukünftige Pakete stabil darauf gestapelt werden können. Die allgemein mit 312 (30) bezeichnete Prüfung der Direkten Stützfläche umfasst zwei Teile: eine Prüfung der Paketeckenstützung (Schritt 312) und eine Prüfung der Paketkantenstützung (Schritt 314), die beide unter Bezug auf 35 erläutert werden.
Wie in 35A gezeigt ist, werden im Rahmen der Prüfung der Paketeckenstützung vier identische Fenster 351 an Ecken der Paketumrisslinie auf der Bodenfläche eines zu platzierenden Pakets erstellt. Jedes Fenster 351 hat 1/4 der Breite und 1/4 der Länge der Paketumrisslinie 350. Solange ein Teil irgendeiner direkten Stützfläche in diese Fenster fällt, werden die erweiterten Fenster 352 dazu verwendet, den Überlappzustand zu bestimmen. Jedes erweiterte Fenster besitzt 3/8 der Breite und 3/8 der Länge des "Fußabdrucks" des Pakets. Für jedes erweiterte Fenster wird sein Überlapp mit allen direkten Stützflächen geprüft. Falls die minimale Überlappabmessung über einem Grenzwert liegt, gilt eine feste Stützung an der Paketecke als gegeben. Für ein kleines Paket kann der Grenzwert mit der Fensterabmessung verbunden werden, wie beispielsweise 60% der Abmessung des erweiterten Fensters. Falls erwünscht können die vorgenannten Fenstergrößen und Grenzwerte für verschiedene Stabilitätsgrenzen variiert werden.
Falls ein Paket an vier Ecken Stützung aufweist (Schritt 315) oder an drei Ecken und das Verhältnis zwischen der Gesamtfläche der direkten Stützflächen und derjenigen der Bodenfläche des zu platzierenden Pakets ausreichend groß ist, wie beispielsweise 70% (siehe Schritt 317), wird das Paket als stabil erachtet (Schritte 316 und 321) und die Stabilitätsprüfung ist vollständig. Andernfalls wird mit Hilfe der Kantenstützungsberechnungen aus Schritt 314 die Prüfung der Paketkantenstützung 314 vorgenommen.
Die Prüfung der Paketkantenstützung selbst umfasst zwei Prüfungen: eine Prüfung der festen Kantenstützung und eine Prüfung der losen Kantenstützung. Wie unten ausführlich erläutert wird, werden bei Schritt 322 die feste Kantenstützung und die lose Kantenstützung geprüft und wie später erläutert bewertet.
Im Rahmen der Prüfung der festen Kantenstützung gilt für vier Kanten eines zu platzierenden Pakets eine Kante als eine feste Stützung aufweisend, falls (a) es eine Stützung in zwei Paketeckenfenstern 351 (siehe 35A) entlang dieser Kante gibt oder (b) es eine seitliche Stützung entlang dieser Kante gibt und die Stützfläche darunter hinreichend nahe an der Kante ist. "Hinreichend nahe" kann so definiert werden, dass es bedeutet, dass die nächste Stützfläche innerhalb einer bestimmten Lücke liegt, wie beispielsweise etwa einem Drittel der Stützflächenabmessung.
Bezug nun auf die 35B nehmend, ist die Prüfung der losen Kantenstützung der Prüfung der Paketeckenstützung ähnlich. Wie in 35B gezeigt ist, wird entlang jeder Kante des zu platzierenden Pakets ein Kantenfenster 356 erstellt, das so lang wie die Kante ist und auf 1/4 der anderen Seitenabmessung der Fläche festgelegt ist. Falls es irgendwelche Stützflächen gibt, die in dieses Fenster fallen, berechnet der Prozess dann die überlappende Länge eines erweiterten Fensters zu den Stützflächen. Das erweiterte Fenster 357 ist die Länge der Kante und bei einer Ausführungsform 3/8 der Breite der anderen Flächenabmessung. Eine Stützfläche gilt als eine ausreichende Überlappung mit dem erweiterten Kantenfenster aufweisend, falls die minimale Abmessung der Überlappfläche über einem bestimmten Freiraum von beispielsweise 1,5'' liegt. Die Überlappfläche wird daher zumindest 1,5'' mal 1,5'' betragen. Für ein kleines Paket kann der Grenzwert wiederum proportional zur Fensterabmessung eingestellt werden. Die Überlapplänge ist die maximale Länge, die von der Stützfläche überspannt wird. Ein Paket gilt als eine lose Eckenstützung aufweisend, falls die Überlapplänge über einem bestimmten Toleranzwert liegt, wie beispielsweise 1/4 der Paketkantenlänge.
Ein zu platzierendes Paket weist eine vordere/rückseitige Dimension und eine linke/rechte Dimension auf. Der Schritt 322 der Eckenstützprüfung der Paketstabilitätsprüfung erfordert, dass das Paket in keiner Dimension umkippt. In jeder Dimension sollte ein Paket eine fest Kantenstützung aufweisen und zumindest eine lose Kantenstützung an der gegenüberliegenden Kante aufweisen oder es ist instabil, wie durch Schritt 323 bestimmt wird. Falls als Beispiel in der links/rechts Dimension die linke Seite des zu platzierenden Pakets eine feste Kantenstützung aufweist, sollte die rechte Seite zumindest eine lose Kantenstützung aufweisen, obwohl sie auch eine feste Kantenstützung aufweisen kann. Das gleiche muss für die vordere/rückseitige Dimension gelten.
6) Vergleichen des Schwerpunktbereichs mit einem direkten Stützflächenpolygon
Nun Bezug zurück auf 30 nehmend und nachdem der Schritt 322 der Kantenstützungsprüfung abgeschlossen ist auf 39, umfasst ein nachfolgender erfindungsgemäße Prozess eine Prüfung, ob der Schwerpunktbereich vollständig in dem direkten Stützflächenpolygon liegt (bestimmt bei Schritt 325).
Die zuvor erläuterte Paketkantenprüfung gewährleistet nicht, dass ein Paket nicht über eine beliebige Kante kippen wird, die nicht parallel zu den Paketseitenflächen ist. Um letzteres sicherzustellen, kann ein umschriebenes Polygon (siehe das schraffierte Polygon in 39) aus den direkten Stützflächen konstruiert werden (die rechteckig angenommen werden). Falls der Schwerpunktbereich (siehe 31) vollständig in dem direkten Flächenpolygon liegt, dann kann das Paket als stabil hinsichtlich der in 30 gezeigten Analyse gelten. Andernfalls gilt das Paket bei Schritt 327 als instabil und die Stabilitätsprüfung ist abgeschlossen.
Die Konstruktion eines direkten Flächenpolygons aus rechteckigen Flächen besteht aus zwei Schritten. Der erste Schritt geht jede Fläche durch und sucht vordere, hintere, linke und rechte Paketgrenzenkanten. Im Falle des in 39 gezeigten sind diese Kanten durch die Linien FB, BG, DH und DE definiert. Falls zwei Kanten auf der gleichen Linie auftreten, werden sie zu einer Kante verschmolzen. Nach diesem Schritt können maximal 8 Scheitelpunkte wie in 36 gezeigt vorhanden sein. Falls zwei Kanten aus einer Paketfläche konstruiert werden, dann wer den zwei Scheitelpunkte auf einen Schnittpunkt reduziert, wie es in den Punkten B und D der Fall ist.
Mit fortgesetztem Bezug auf 39 ist anzumerken, dass falls eine zusätzliche dritte Kiste, wie beispielsweise die in gepunkteten Linien gezeigte, in der durch die zwei Höhe I Kisten definierten Ecke platziert wird und falls Punkt "x" sich außerhalb der Diagonallinie HG erstreckt, Punkt X ein zusätzlicher Scheitelpunkt wird.
Der zweite Schritt geht von neuem jede Fläche durch und sucht zusätzliche 4 mögliche Scheitelpunkte, die jenseits des konvexen, aus den obigen vier Kanten zusammengesetzten Polygons liegen. Man bezeichne zum Beispiel vier Eckpunkte jeder Fläche als Ecke hinten links, Ecke hinten rechts, Ecke vorne links und Ecke vorne rechts. Man bezeichne zum Beispiel entsprechend die Diagonalkanten des konstruierten Polygons als Kante hinten links, Kante hinten rechts, Kante vorne links und Kante vorne rechts. Nun wird jeder Flächeneckpunkt gegen die entsprechende Kante geprüft. Falls der Eckpunkt über die entsprechende Kante hinausgeht, wird der Eckpunkt als zusätzlicher Scheitelpunkt wie oben angemerkt genommen. Theoretisch könnten mehrere Punkte jenseits der gleichen Diagonalkante liegen, aber die Wahrscheinlichkeit ist gering. Um die Rechenlast zu reduzieren, wird nur der erste Punkt registriert. In der Praxis ist es nahezu unmöglich, nach dieser Suche und Konstruktion ein resultierendes Polygon mit allen 12 verschiedenen Scheitelpunkten zu erhalten, da in einem solchen Fall das relevante Paket von zumindest 8 verschiedenen Paketen gestützt werden müsste. Diese vier zusätzlichen Scheitelpunkte sind in 37 jedoch dargestellt.
Sobald das Stützflächenpolygon konstruiert ist, wird bei Schritt 325 geprüft, ob der Schwerpunktbereich innerhalb aller Diagonalkanten des Polygons liegt und das Resultat ist eine endgültige Stabilitätsfeststellung "stabil" bei Schritt 327 oder "instabil" bei Schritt 326. Die Stabilitätsprüfung ist damit abgeschlossen.
D) Platzierungsbewertung
1. Allgemeine Erläuterung
Nachdem die Pakete vermessen wurden, Ecken definiert wurden und, wie unterstellt wird, eine Vielzahl stabiler, potentieller Paketplatzierungen bestimmt worden sind, wird, wie oben erläutert, eine Bewertung jedes stabilen, potentiellen Paketplatzierungsortes vorgenommen, um für gegebene Parameter den "besten" herauszufinden. Diese Bewertung erfolgt durch Verwendung eines "Leistungsindex", auf den in den 45 und 46 Bezug genommen wird und der dem ersten stabilen, potentiellen Paketplatzierungsort zugewiesen wird, der für eine bestimmte Paket/Orientierungs/Ecken-Kombination im Rahmen des in 3 gezeigten "Ortssuche"-Prozesses angetroffen wird. Derartige "zuerst angetroffene" stabile Platzierungen werden für Zwecke dieser Anmeldung als "indizierte Platzierungen" bezeichnet werden. Die "indizierte" Platzierung mit dem höchsten Leistungsindex wird als die "beste" Platzierung für alle Paket/Orientierungs/Ecken-Kombinationen ausgewählt und das zugehörige Paket wird dann tatsächlich von der Staufördereinrichtung ergriffen und an dem ausgewählten Ort platziert, wie später ausführlich beschrieben wird. Es wäre möglich, alle Leistungsindizes für alle indizierten Platzierungen zu sammeln und alle Indizes auf einmal zu vergleichen. Aus Gründen der Recheneffizienz wird jedoch im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein "Vergleichs und Aufzeichnungs"-Schritt 110 (3) verwendet, um den höchsten angetroffenen Leistungsindex im Speicher zu halten, bis eine indizierte Platzierung mit einem höheren Leistungsindex angetroffen wird. An diesem Punkt wird der zuvor gespeicherte Leistungsindex durch den höheren, aktuellen Wert ersetzt. Nachdem alle indizierten Platzierungen in einer Paket/Orientierungs/Ecken-Kombination bewertet wurden, wird der indizierte Ort mit dem höchsten Leistungsindex im Speicher bleiben. Dieses Verfahren wird selber wiederholt, bis alle Paket/Orientierungs/Ecken-Kombinationen bewertet wurden. Zu diesem Zeitpunkt wird dann die höchste indizierte Platzierung für alle möglichen Paket/Orientierungs/Ecken-Kombinationen im Computerspeicher sein. Diese spezielle indizierte Platzierung wird dann als die "beste" Platzierung für diese bestimmte Paket/Orientierungs/Ecken-Kombination ausgewählt und die Platzierungsbewertung ist abgeschlossen.
Bezug auf 45 nehmend, kann festgestellt werden, dass eine signifikante, von der vorliegenden Erfindung bereitgestellte Eigenschaft die Verwendung statistisch basierter, dimensionsloser Messungen und darauf beruhender Entscheidungen beinhaltet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bleibt das erfundene Stapelverfahren über die statistischen Messungen aller in das System ein- und hindurchgeführten Pakete auf dem laufenden, wie mittlere Paketlänge, -breite, -fläche, -volumen, etc. Es bleibt zudem über die entsprechenden Messungen von gegenwärtig im Zwischenspeicher befindlichen Paketen auf dem laufenden.
Bei der Einschätzung eines zu platzierenden Pakets werden die obigen statistischen Messungen dazu verwendet, die gleichen Messungen des zu platzierenden Pakets zu vergleichen. Eine auf die Paketabmessung bezogene Messung, wie beispielsweise die Paketbreite oder Paketfläche, wird in eine dimensionslose Messung wie beispielsweise das Verhältnis der Paketbreite zur mittleren Paketbreite, das Verhältnis der Paketfläche zur mittleren Paketbreite, etc. umgewandelt. Ein Urteil, ob das Paket beispielsweise zu klein, zu schmal ist oder zu viel Fläche vergeudet, etc. wird basierend auf Grenzwerten (entweder festen oder mehrwertigen) dieser dimensionslosen Messungen berechnet.
Derartige statistisch basierte Mess- und Bewertungstechniken bieten zwei Vorteile. Erstens kann das dabei verwendete Platzierungsbewertungsverfahren verschiedene Größen von Paketen handhaben, da das Verfahren als Ganzes nicht von spezifischen Paketlängen oder -breiten abhängt. Zweitens beinhaltet das Stapelverfahren in der Entscheidung über eine aktuelle Platzierung eine Erwägung über ihre Auswirkung auf potentielle zukünftige Platzierungen. Da nur sehr begrenzte Paketdaten im Zwischenspeicher verfügbar sind, können statistisch basierte Messtechniken eine gute Schätzung der zukünftig ankommenden Paket liefern.
Bezug nun auf 46 nehmend, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Faktoren verwendet werden, um zu einem Leistungsindex zu kommen. Diese Faktoren beinhalten Höhenindex, Zuspitzungsindex, Anzahl Potentiell Gleichhoher Pakete, Ausrichtung, Flächenfüllverhältnis, Paketfläche, Paketfläche, Paketvolumen, Dimensionale Bedeckung, Flächenüberbrückung, Blockierte Fläche, Blockiertes Volumen, Nachbarlücke, Paketalter, potentielles Feld, Paketgewicht und Deckenabstand. Wie unten angemerkt, beinhalten einige dieser Faktoren selbst mehrere Faktoren.
Jeder der oben angesprochenen Faktoren wird mit entsprechenden Wichtungsfaktoren multipliziert, die in 46 mit W₁–W₁₆ bezeichnet sind, wobei deren Produkte summiert werden und den oben angesprochenen Leistungsindex bereitstellen. Die Wichtungsfaktoren sind in 47 dargelegt.
2. Höhenindexfaktor
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Verwendung eines Höhenindex. Mit diesem Höhenindex verknüpfte Zulagen und Strafabzüge werden dazu verwendet, "Regalbeladung" zu fördern. Bei Regalbeladung wird jedes Paket vorzugsweise dicht an existierenden Paketen platziert, während die Oberflächenhöhen einem monoton abnehmenden Stufenprofil folgen. Das höchste Paket sollte vorzugsweise an der inneren (hinteren und linken) Grenze platziert werden.
Die Vorteile eines derartigen monoton abnehmenden Stufenprofils sind zweifach. Erstens reicht der freie Raum zur Platzierung des nächsten Pakets ganz bis zur (vorderen und rechten) Außengrenze. Dadurch kann es mehr Auswahlmöglichkeiten für das Einpassen eines Pakets in den Raum geben und es ist weniger wahrscheinlich, ein Raumproblem bei der durch einen Roboter durchgeführten Paketeinsetzung zu haben. Zweitens hat es sich herausgestellt, dass ein monoton abnehmendes Stufenprofil eine stabile Konfiguration ist. Jedes Paket zielt darauf, eine seitliche Stützung zum Zeitpunkt der Platzierung zu bekommen und doppelseitige Stützungen (mit Ausnahme am Rand), wenn der Rest der Pakete platziert wird.
Für jede Seite kann ein Satz einzelner Höhenindizes erstellt werden. Diese Indizes werden dann zu einem resultierenden Höhenindex kombiniert, der Werte annimmt wie LEVEL ALL, LEVEL SIDE, BELOW, ABOVE, BLOCK BACK oder NO NEIGHBOR.
LEVEL ALL bedeutet, dass ein zu platzierendes Paket auf gleicher Höhe mit seitlichen Nachbarn sowie mit rückwärtigen Nachbarn ist.
LEVEL SIDE bedeutet, dass ein zu platzierendes Paket auf gleicher Höhe mit zumindest einem seitlichen Nachbarn ist.
BELOW bedeutet, dass ein zu platzierendes Paket entweder unter seitlichen Nachbarn oder unter rückwärtigen Nachbar ist.
ABOVE bedeutet, dass ein zu platzierendes Paket über seitlichen Nachbarn ist, aber keine Nachbarn blockiert.
BLOCK BACK bedeutet, dass ein zu platzierendes Paket rückwärtige Nachbarn blockiert.
NO NEIGHBOR bedeutet, dass um die Ecke herum kein Nachbar existiert.
Wie in 47 gezeigt ist, wird der höchste Zuschlag den LEVEL ALL-Situationen (1600) gegeben, ein zweiter Zuschlag an LEVEL (1100). Ein Strafabzug wird an BELOW (–600) gege ben und der Strafabzug nimmt zu, wenn es zu ABOVE (–2600) oder BLOCK BACK (–4000) kommt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein über-dem-seitlichen-Nachbar Strafabzug verwendet. Wenn ein Paket in der Mitte eines Stapels platziert wird, so dass es über die unmittelbaren seitlichen Nachbarn ragt, wird es den freien Raum dieser Seitenecken schneiden. Dadurch werden talartige Ecken auf beiden Seiten geschaffen. Bei einer strengen Anforderung an den Spielraum für den Roboter beim Paketeinfügen ist es möglich, dass kein Paket in diese Ecken eingefügt wird. Infolgedessen werden auf den Seiten Lücken erzeugt und es werden mehrere isolierte Türme vertikal anwachsen. Derartige Türme sind von Natur aus instabil, da es ihnen an seitlicher Stützung fehlt. Obwohl sich später Pakete finden lassen, die in die Lücken einzusetzen sind, werden nach dem Füllen der Lücken aufgrund Freiraumerfordernissen einige kleinere Lücken zurückbleiben. Daher wird ein erheblicher Strafabzug angewandt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein blockiert-rückwärtigen-Nachbarn Strafabzug verwendet. Aus dem gleichen Grund wie bezüglich des über-dem-seitlichen-Nachbar erläutert, ist auch ein blockiert-rückwärtigen-Nachbarn-Paket eine mindere Platzierung. Diese Platzierung ist besonders nachteilig, wenn dem Paket nur vorderseitige Beladung gestattet ist, wobei jede durch das zu platzierende Paket blockierte Fläche dauerhaft unerreichbar ist.
Wie zuvor erläutert, kann eine Ecke linke Nachbarpakete, rechte Nachbarpakete, hintere Nachbarpakete und/oder vordere Nachbarpakete aufweisen. Als erstes wird ein Satz von Höhenindizes für jeden der seitlichen Nachbarn berechnet. Die Berechnungsverfahren für diese Indizes sind ähnlich. Im folgenden wird die Berechnung der relativen Höhe eines zu platzierenden Pakets zu seinen linken Nachbarn, wie in 52 gezeigt, in den Mittelpunkt gestellt.
Wie in 52 gezeigt ist, können Nachbarpakete sich in verschiedenen Abständen zum zu platzierenden Paket befinden. In einem Abstand zur linken Grenze der aufnehmenden Ecke, für den bei einer Ausführungsform ein Bruchteil von 0,7 der mittleren Paketbreite (in den statistischen Daten) gewählt wird, wird eine Linie gezogen, so dass die Elemente, die innerhalb der Linie sind oder die Linie schneiden, als nahe Nachbarn gelten und diejenigen Elemente auf der fernen Seite der Linie als ferne Nachbarn gelten. In der Berechnung wird dem nahen Nachbarn Priorität gegeben.
Eine Suche nach der maximalen Höhe wird unter allen Elementen durchgeführt, die seitlichen Überlapp (siehe 51) mit dem zu platzierenden Paket aufweisen. Diejenigen Elemente, die keinerlei Überlapp aufweisen, sind irrelevant. Jene relevanten Pakete können auf einer höheren Höhe als das zu platzierende Paket sein. Bei der Suche nach der maximalen Höhe werden alle Nachbarn, die auf gleicher Höhe mit dem zu platzierenden Paket sind, registriert. Falls die Höhe des zu platzierenden Pakets höher als die maximale Höhe ist, wird der Höhenindex versuchsweise mit ABOVE bezeichnet. Falls sie annähernd gleich der maximalen Höhe ist, wird der Höhenindex mit LEVEL bezeichnet. Falls die Höhe des zu platzierenden Pakets kleiner als die maximale Höhe ist, wird der Höhenindex versuchsweise mit BELOW bezeichnet.
Falls der Höhenindex BELOW ist und Nachbarn mit annähernd der gleichen Höhe wie das Paket existieren, dann wird eine weitere Suche durchgeführt, um zu verifizieren, dass das gleich hohe Paket nicht auf der Oberseite blockiert ist. Falls dies der Fall ist, wird der Höhenindex auf LEVEL geändert.
Falls der Höhenindex für das zu platzierende Paket ABOVE ist, werden weitere Bewertungen vorgenommen. Bisher beruhte die Prüfung auf den nahen Nachbarn. Daraus ergibt sich die Frage, ob die mit den oberen Flächen der nahen Nachbarn verknüpften Ecken brauchbar sind. Falls sie nicht verwendet werden können, um ein Paket zu platzieren und falls darauf beharrt wird, dass jede Platzierung auf der rechten Seite ABOVE ist und einen schweren Strafabzug einbringt, dann wird bei den fernen Nachbarn wahrscheinlich ein Turm auftreten. Dies ist keine wünschenswerte Situation. Daher wird die Wertigkeit der mit den oberen Flächen der nahen Nachbarn verknüpften Ecken getestet werden. Falls sie nicht dazu verwendet werden können, ein Paket zu platzieren, dann wird das zu platzierende Paket mit den fernen Nachbarn verglichen. Falls das zu platzierende Paket unter der maximalen Höhe ferner Nachbarn liegt, dann wird der Höhenindex mit BELOW bezeichnet.
Eine ähnliche Prüfung wird auf die rechten und hinteren Nachbarn ausgedehnt. Um zu testen, ob es eine brauchbare Ecke auf der linken Seite des hinteren Nachbarn oder auf der rechten Seite zum hinteren Nachbarn oder auf der unmittelbaren Vorderseite des hinteren Nachbarn gibt, wird eine Suche unter allen möglichen Ecken durchgeführt. Nach dem Durchgehen der Koordinaten kann eine betreffende Ecke ausgewählt werden. Dann wird die Größe der Ecke sowie die Größe der Eckenfläche geprüft. Zusätzlich werden versuchsweise Platzierung für Pakete im Zwischenspeicher ausprobiert. So lange in dem blockierten Bereich eine Paketplatzierung stattfinden kann, wird das zu platzierende Paket mit BLOCK BACK gekennzeichnet.
3. Zuspitzungsindexfaktor
Bezug nun auf 46 nehmend, wird bei der Bewertung einer Paketplatzierung ein Zuspitzungsindex verwendet, um Paketplatzierungen zu hemmen, die zu einem spitz zulaufenden Stapel führen. Auf eine Platzierung, von der angenommen wird, dass sie zu einem spitz zulaufenden Stapel führt, wird ein Strafabzug angewandt, der proportional zum Zuspitzungsindex ist, wie unten ausführlich beschrieben wird. Abhängig von der Natur eines Problems ist ein Zuspitzungsindex manchmal proportional zu einer bestimmen Messgröße, in anderen Fällen kann er ein oder mehrere Bruttostrafpunkte ausmachen. Wie in 54 gezeigt, ist im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Zuspitzungsindex aus einer Summe von Werten zusammengesetzt, die folgende Faktoren betreffen:
Unterseitige Blockierung (siehe 56–58)
Schlankes Paket (siehe 59–63)
Treppe (siehe 64–66)
Grenze (siehe 67–70)
Weite Lücke (siehe 72)
Eine Prüfung auf unterseitige Blockierung erfolgt im Rahmen der Zuspitzungsindexbe stimmung im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in den 56–58 gezeigt ist, tritt unterseitige Blockierung auf, wenn ein zu platzierendes Paket, das in einer Ecke platziert wird, eine andere untere Ecke auf einer Seite blockiert, wodurch sie wegen dem zu platzierenden Paket teilweise oder ganz als unbrauchbar blockiert wird. Dies kann überall im Stapel und in allen Richtungen passieren. Falls es, wie in 57 gezeigt ist, höchst wahrscheinlich nicht möglich ist, ein Paket in einer unteren Ecke zu platzieren, sollte das in Untersuchung befindliche Paket platziert werden, dann wird die Berechnung "Zuspitzungsindex 1" ausgeführt, was bedeutet, dass 1 zur Summe der Zuspitzungsindexfaktoren in 54 addiert wird. Falls auch "Regel 1" zutrifft, wie in 56 gezeigt, wird auch der Wert D₁/(W_A/3) hinzuaddiert, wobei D₁ die minimale blockierte horizontale Länge in unteren Eckflächen ist und W_A die mittlere Breite aller Kisten im Stapel und im Zwischenspeicher (Staueinrichtung) ist.
Bezug nun auf die 59–63 nehmend, erfolgt im Rahmen der Zuspitzungsindexbestimmung im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Prüfung auf ein schlankes Paket. Wie in den 61A–B gezeigt ist, kann ein isoliertes schlankes Paket eine schmale Schulter erzeugen, die nicht brauchbar ist, um irgendein zukünftiges Paket darauf zu platzieren. Eine erzeugte Lücke wird nicht nur die Volumeneffizienz, sondern auch die Stabilität des Stapels beeinträchtigen. Zwei durch eine Lücke getrennte Türme sind typischerweise weniger stabil, als ein massiver Stapel.
Im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird für ein Paket festgestellt, dass es schlank ist, wenn seine betreffende Abmessung weniger als ein Bruchteil von 0,7 der mittleren Paketbreite ist. Ein schlankes Paket muss beobachtet werden, falls es nicht auf gleicher Höhe mit einem Nachbarn ist oder es zu einer von einem seitlichen Nachbarn getrennten Insel wird. Auch wenn ein schlankes Paket nicht die Höhe seines einseitigen Nachbarn trifft oder es zu einer von einem seitlichen Nachbarn getrennten Insel wird, kann es dennoch möglich sein, ein dazu passendes Paket zu finden, um es auf der anderen Seite des schlanken Pakets zu platzieren, nachdem das schlanke Paket platziert wurde.
Bezug nun auf die 62A–C nehmend, wird der Zwischenspeicher durchsucht, um zu sehen, ob irgendein Paket auf der anderen Seite platziert werden kann, das der Höhe des schlanken Pakets entspricht. Eine derartige Entsprechung in der Höhe kann auf der gleichen Ebene wie die aktuelle Ecke (62A), auf einer niedrigeren Ebene als die aktuelle Ecke (62B) oder auf einer höheren Ebene als die aktuelle Ecke (62C) vorkommen, solange diese benachbarten Ecken hinreichend nahe zum zu platzierenden Paket sind. Falls eine derartige Entsprechung hergestellt werden kann, wird das schlanke Paket höchstwahrscheinlich in Zukunft keine Lücke erzeugen.
Falls sich zu einem schlanken Paket auf beiden Seiten keine Höhenentsprechung findet und die Ecke hinreichend Raum bietet, der dazu verwendet werden kann, ein großes Paket einzupassen, dann wird der Platzierung ein Bruttostrafabzug wie in den 59 und 60 gezeigt zugesprochen.
Die Prüfung auf ein schlankes Paket kann auch auf vordere/hintere Abmessungen ausge weitet werden. Mit dem obigen Strafabzug tendieren schlanke Pakete dazu, entweder als Gruppe platziert zu werden oder in einer kleineren Ecke.
Im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch eine Treppenprüfung vorgenommen. Eine "Treppen"-Situation ist unter Bezug auf 64 wie folgt definiert. Die Platzierung eines zu platzierenden Pakets wird in einer Ecke mit ihrem Ursprung bei 2 bewertet. Die untere Ecke "1" auf der Seite wurde bereits als nicht brauchbar ermittelt und das zu platzierendes Paket wird außerdem eine unbrauchbare Fläche der Breite D₁ auf der Seite zurücklassen. Eine derartige Situation wird bestraft, wenn die unbrauchbare Fläche auf der Seite übermäßig ist, wodurch eine andere Platzierung an der Ecke gefördert wird. Es versteht sich, dass die Stufe nicht nur auf der linken und rechten Seite auftreten kann, sondern auch auf der Vorder- und Rückseite. Stapelregeln und ihre zugehörigen Indizes sind in 64 und 65 gezeigt.
Im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch eine Grenzprüfung vorgenommen. Für die Zwecke dieser Erläuterung wird Bezug auf die 67, 68 und 69 genommen.
Der Zweck einer Grenzprüfung besteht darin, sicherzustellen, dass der nach der Platzierung eines Pakets verbleibende freie Raum (rechts oder vorne) klein ist oder dazu verwendet werden kann, ein weiteres Paket zu platzieren, das die gleiche Höhe wie das zu platzierende Paket trifft. Auch wenn ein Paket existiert, das rechts platziert werden kann, aber nicht die gleiche Höhe wie das zu platzierende Paket hat, ist es nicht erwünscht, da es eine schmale Schulter erzeugt und ein künftiges Paket nicht auf ihm platziert werden kann.
Bezug auf 67 als Beispiel nehmend, ist zu sehen, dass Pakete von hinten nach vorn gestapelt werden. Wenn der Abstand D₂ von der Vorderkante eines zu platzierenden Pakets innerhalb einer bestimmten Entfernung zur Vorderkante liegt, wie beispielsweise der mittleren Paketdicke W_A, wird eine Grenzprüfung aktiviert.
Falls der vordere Raum (zwischen der Vorderseite des zu platzierenden Pakets und der Grenze) nicht vernachlässigbar ist, dann wird eine heuristische Schätzung oder eine sorgfältige Suche im aktuellen Zwischenspeicher durchgeführt, um zu prüfen, ob es irgendein Paket gibt, das in zulässigen Orientierungen rechts platziert werden kann und die gleiche Höhe wie das zu platzierende Paket trifft. In Anbetracht all dieser Situationen wird dann ein Strafabzugpunkt entsprechend der Formel 1,1 × (D₁|W_A) angewandt, wenn die aktuelle Platzierung eine vordere Ecke von schmaler Breite erzeugt und die Suche kein rechts zu platzierendes Paket findet.
Eine ähnliche Prüfung wird auf die rechte Grenze angewandt. Die Berechnungen im einzelnen sind in den 67, 68 und 69 gezeigt.
Bezug nun auf die 72 nehmend, wird im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch eine Prüfung auf eine "weite Lücke" durchgeführt, die Teil der Zuspitzungsindexbestimmung ist. Eine übermäßig weite Lücke wird Turmbildung und Zuspitzung bewirken. Ein Wert von Z(Min(D₁, D₂)/W_A) oder 1 kann hinzuaddiert werden, wenn bestimmte, in 72 gezeigte Kriterien erfüllt sind.
Im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch eine relative Höhenprüfung (siehe 50) durchgeführt, die die relative Höhe der Eckenbodenfläche relativ zur höchsten oberen Fläche des benachbarten Pakets ist.
Die oben angesprochene Berechnung in diesem Abschnitt ist nicht 100 Prozent deterministisch; das Prüfen der relativen Höhe erfordert oft eine Antwort darauf, ob eine gegebene Ecke brauchbar ist oder nicht. Dies wird typischerweise durch Vergleich der mittleren Paketgröße mit den Größen der betreffenden Ecken und den Stützflächen durchgeführt. Zusätzlich werden Pakete im Zwischenspeicher geprüft, um zu sehen, ob es irgendein Paket gibt, das tatsächlich in der Ecke platziert werden kann. Diese Berechnung ist von Natur aus unexakt; sie versucht zu entscheiden, ob ein zukünftiges Paket platzierbar ist, die Information über dieses zukünftige Paket könnte aber zu diesem Zeitpunkt noch nicht verfügbar sein.
Wegen derartiger Unexaktheiten wird ein relativer Höhengrenzwert verwendet (siehe 55). Der resultierende Zuspitzungsindex wird mit dem Grenzwert wie in 55 gezeigt multipliziert werden. Die relative Höhe ist die Nachbarhöhe relativ zur Platzierungsecke. Sobald eine derartige relative Höhe über einem oberen Grenzwert liegt, wie beispielsweise zweimal die mittlere Pakethöhe, wird der obere Zuspitzungsindex eliminiert. Wenn die relative Höhe zwischen einem unteren Grenzwert, wie beispielsweise das Eineinhalbfache der mittleren Pakethöhe, und dem oberen Grenzwert liegt, wird der Zuspitzungsindex linear reduziert. Dies trägt zur Robustheit des Verfahrens bei.
4) Andere Faktoren
Ein weiterer verwendeter Faktor ist die Anzahl potentiell gleich hoher Pakete. Die Anzahl potentiell gleich hoher Pakete ist die annähernde Zahl von Paketen, die platziert werden können, um die gleiche Höhe wie das zu platzierende Paket zu treffen. Zwei Situationen stellen verschiedene Berechnungsarten bereit. Die erste Situation ist gegeben, wenn die platzierende Ecke über genügend Fläche in sich verfügt, um andere Pakete neben dem zu platzierenden Paket unterzubringen. Falls das der Fall ist, wird der Zwischenspeicher durchsucht. Die Suche wird eine Kandidatenzahl von Paketen im Zwischenspeicher geben, die die gleiche Höhe gemein haben (innerhalb einer Toleranz) wie das zu platzierende Paket. Die platzierende Ecke muss nicht notwendigerweise in der Lage sein, so viele Pakete zu enthalten. Es wird dann eine Grenzzahl berechnet als Verhältnis zwischen der verbleibenden Eckenfläche, die nach der Kistenplatzierung bleibt, und der mittleren Paketfläche. Durch Vergleich der Kandidatenzahl und der Grenzzahl wird die kleinere Zahl als Anzahl potentiell gleich hoher Pakete genommen (siehe Anhang). Die zweite Situation ist gegeben, wenn das zu platzierende Paket ganz nah an einer benachbarten unteren oder oberen Ecke ist; dann basiert die obige Rechnung auf die untere oder obere Ecke zusätzlich zu der platzierenden Ecke. Auf die Anzahl potentiell gleich hoher Pakete wird ein Proportionalbonus angewandt, der die Platzierung von mehreren Ebenen von Paketen fördert. Dies ist besonders für die Eckpfeilerauswahl nützlich.
Um die Berechnung zu beschleunigen, wird für jedes Paket im Zwischenspeicher und jede Orientierung des Pakets eine "Zahl übereinstimmender Höhen" voraus berechnet, um zu bestim men, wie viele Pakete im Zwischenspeicher die gleiche Höhe wie das aktuelle Paket gemeinsam haben. Nach dem Herausgreifen eines Pakets aus dem Zwischenspeicher und dem Zuführen eines neuen Pakets in den Zwischenspeicher wird nur die entsprechende Anzahl aktualisiert.
49 veranschaulicht das Konzept einer derartigen "Zahl übereinstimmender Höhen". Bei Bedingung "A" wird angenommen, dass es vier Kisten gibt, wobei Kiste 1 6'' hoch ist, Kiste 2 8'' hoch ist, Kiste 3 6'' hoch ist und Kiste 4 9'' hoch ist. An diesem Punkt ist die Zahl übereinstimmender Höhen für jede Kiste 1, 0, 1 und 0. Bedingung B zeigt die Kiste 3 aus der Zwischenspeicherfördereinrichtung entfernt, so dass die Zahl für die drei verbleibenden Kisten 1, 2 und 4 0, 0 und 0 ist, da keine Kiste eine Kiste mit einer "übereinstimmender" Höhe aufweist. Nachdem Kiste 5 (mit einer Höhe von 8'') zum Zwischenspeicher hinzugefügt ist, ist die Zahl übereinstimmender Höhen für die Kisten 1, 2, 4 und 5 0, 1, 0 und 1.
Es werden andere Faktoren verwendet, von denen jeder die Verwendung von "Paketgruppierung" beinhaltet. Diese Faktoren sind Flächenfüllverhältnis, Paketfläche, Paketvolumen, dimensionales Bedeckungsverhältnis und Ausrichtung.
Wenn ein Paket an einer gegebenen Ecke platziert wird, kann eine Bewertung der Leistung der Paketgruppe vorgenommen werden. Eine Paketgruppe ist eine Menge von Paketen aus dem Zwischenspeicher (einschließlich des zu platzierenden Pakets), die in einen Bereich der aktuellen Ecke eingepasst werden können und die auch in der gleichen Höhe wie das zu platzierende Paket übereinstimmen. Bezug nun auf die 74A–C nehmend ist in der Konfiguration "(a)" die geometrische Grenze (der schattierte Bereich in den 74A–C) einer Gruppe vorne auf die vordere Palettengrenze und rechts auf die rechte Kante des zu platzierenden Pakets oder, wie in 74(b) gezeigt, auf die rechte Kante von hinteren Nachbarn (gleich hoch und höher als das zu platzierende Paket) begrenzt, je nachdem was länger ist. Sie kann auch eine rechte Palettengrenze enthalten, wenn das Paket hinreichend nahe an dieser Grenze ist, wie in 74(c) gezeigt ist.
Falls die Berechnungsgrenze weiter als die zu platzierende Kiste ist, dann erfolgt die Platzierung rechts, wie diejenige, die in den 77 und 78 gezeigt ist. Zusätzlich kann die rechte Kiste an einer niedrigeren Ecke platziert werden als die aktuelle Ecke.
Auch nach der Platzierung an der Vorderseite der zu platzierenden Kiste wird gesucht werden. Die vordere Ecke kann einen Versatz zur linken Seite der zu platzierenden Kiste aufweisen, wie in den 75 und 76 gezeigt ist. Die Platzierung kann zusätzlich durch die versuchsweise Platzierung rechts von der zu platzierenden Kiste eingeengt werden, wie in den 77 und 78 gezeigt ist.
Das Flächenfüllverhältnis ist als das Verhältnis zwischen der Gesamtfläche gruppierter Pakete in dem Bereich innerhalb der oben erwähnten Berechnungsgrenze definiert. Ein Bonus für das Flächenfüllverhältnis wird eine maximale Paketeinpassung in den beschränkten Bereich fördern.
Die Paketfläche ist die Gesamtfläche der Paketgruppe. Der Paketflächenbonus ist proportional zum Verhältnis zwischen der gruppierten Paketfläche und der mittleren Paketfläche. Ein derartiger Bonus wird in folgenden Situationen angewandt: (a) eine Ecke ist nahe an einer Palet tengrenze und der Flächenbonus wird eine enge Anpassung an die Grenze fördern, (b) es existiert Lücken zwischen der Eckenfläche und der Eckengrenze und eine große Paketfläche wird die Bedeckung dieser Lücken fördern oder (c) wenn mit einem Paket eine neue Regalzeile begonnen wird.
Das Paketvolumen ist das Gesamtvolumen der Paketgruppe. Der Paketvolumenbonus ist proportional zum Verhältnis zwischen dem Paketgruppenvolumen und dem mittleren Paketvolumen. Im Rahmen einer Ausführungsform der Erfindung wird der Paketvolumenbonus auf das Startpaket einer neuen Regalzeile angewandt. Die Höhe ist in diesem Fall so wichtig wie die Fläche, denn wenn eine Regalzeile zu niedrig ist, dann können wenige Pakete auf der Seite platziert werden, ohne über der aktuellen Regalzeile zu sein. Der Paketvolumenbonus wird auch angewandt, wenn ein Paket nahe der Palettendecke ist. Dies wird es fördern, dass die Oberseite des Pakets so nahe an der Decke ist, wie es kann.
Das Dimensionale Bedeckungsverhältnis ist in zwei Indizes geteilt: das Vordere Dimensionale Bedeckungsverhältnis und das Seitliche Dimensionale Bedeckungsverhältnis. Das Vordere Dimensionale Bedeckungsverhältnis ist definiert als das Verhältnis zwischen der maximalen dimensionalen Spannweite einer Paketgruppe von vorn nach hinten zu derjenigen der Eckenstützfläche. Das Seitliche Dimensionale Bedeckungsverhältnis ist definiert als das Verhältnis zwischen der maximalen seitlichen dimensionalen Spannweite einer Paketgruppe zur derjenigen der Eckenfläche. Das Seitliche Dimensionale Bedeckungsverhältnis wird angewandt, wenn eine Ecke nahe (weniger als die mittlere Paketlänge) an einer Seitengrenze ist. Der Bonus für beide dimensionalen Bedeckungsverhältnisse dient dazu, die maximale dimensionale Füllung bis zur Grenze zu fördern.
Falls bei der Berechnung des Dimensionalen Bedeckungsverhältnisses das zu platzierende Paket längs dieser Dimension über einer unteren Ecke überhängt (siehe 80), dann wird der überhängende Teil als negativer Term benachteiligt.
Falls zusätzlich, wie in 79 gezeigt, das zu platzierende Paket entlang der vorderen Dimension über alle Vorderkanten seiner Seitennachbarn, die höher oder gleich hoch wie das zu platzierende Paket sind, hinausragt, und der freie Raum vor den Seitennachbarn brauchbar ist, wird der hinausragende Teil ebenso als negativer Term benachteiligt. Der negative Term wird als das Verhältnis zwischen der hinausragenden Länge und der mittleren Paketbreite berechnet.
Es wird auch ein Ausrichtungsfaktor verwendet. Hinsichtlich des Ausrichtungsfaktors ist es wünschenswert, dass ein zu platzierendes Paket zu seinen hinteren Nachbarn und seitlichen Nachbarn ausgerichtet werden kann. Eine Ausrichtung zu hinteren Nachbarn wird als Beispiel genommen. Bezug nun auf 73 nehmend, gilt ein zu platzierendes Paket als zu seinen hinteren Nachbarn ausgerichtet ("hintere Ausrichtung"), wenn die rechte Kante des zu platzierenden Pakets nahe an der rechten Kante eines bestimmten hinteren Nachbarpakets ist. Das bestimmte hintere Nachbarpaket ist das rechteste Element von hinteren Nachbarpaketen, die nahe am zu platzierenden Paket sind und die nicht niedriger als die Höhe des zu platzierenden Pakets sind. In 73(a) ist die zu platzierende Kiste zur hinteren Nachbarkiste A "nach hinten ausgerichtet", weil ihre rechten Kanten nahe (innerhalb einer vorgegebenen Toleranz) genug beieinander sind und Kiste A der rechteste hintere Nachbar ist. In 73(b) gilt die zu platzierende Kiste als eine hintere Ausrichtung zu Kiste A aufweisend; obwohl Kiste A nicht mehr die rechteste Kiste ist (es ist nun Kiste B), ist sie nicht die nähere Kiste, auch wenn sie ein Nachbar ist. Im Fall 73(c) besteht immer noch hintere Ausrichtung, weil Kiste B, obwohl sie nahe genug und ein Nachbar ist, dennoch niedriger als die zu platzierende Kiste ist.
Ein Bonus wird proportional zu der Anzahl der Ausrichtungen sein. Es sei angemerkt, dass es ein Maximum von 3 Ausrichtungen gibt, rückseitig, links und rechts.
Ein weiterer verwendeter Faktor ist die Flächenüberbrückung (siehe 33). Ein Paket kann die vordere/hintere Seite oder die linke/rechte Seite oder beide überbrücken. Der Bonus für Überbrückung ist proportional zur Turmzahl der überbrückten Flächen. Jede Fläche weist eine Turmzahl auf. Die Turmzahl ist 0, wenn eine Fläche mehrere Flächen darunter überbrückt. Falls die Fläche nur von einer Fläche gestützt wird, dann wird die Turmzahl gegenüber der Turmzahl der Stützfläche um Eins erhöht. Wenn der Turm wächst, so wächst die Turmzahl. Der Überbrückungsbonus wird proportional zur Turmzahl sein. Je höher der Turm, um so höher ist der Bonus. Dies ist so, weil das Überbrücken mit anwachsender Turmhöhe wichtiger wird.
Blockierte Fläche und Blockiertes Volumen werden ebenso berücksichtigt. Ein zu platzierendes Paket kann brauchbare Fläche und brauchbares Volumen von brauchbaren Ecken darunter blockieren. Die Berechnung von Blockierter Fläche und Blockiertem Volumen genügt der Überlagerungsregel. Wie in 78 gezeigt ist, kann ein zu platzierendes Paket nicht nur eine Ecke darunter blockieren, es kann zur gleichen Zeit die verbleibende Fläche oder das verbleibende Volumen auf der Seite unbrauchbar machen. Derartige Fläche und derartiges Volumen kann hinten, links, rechts oder vorn auftreten.
Ein zu platzierendes Paket wird üblicherweise etwas Fläche oder Volumen blockieren. Je größer die Paketfläche, um so mehr Fläche oder Volumen wird es wahrscheinlich blockieren. Dies berücksichtigend, wird für das zu platzierende Paket ein Abschlag auf die blockierte Fläche und das blockierte Volumen vorgesehen. Der Abschlag ist proportional zur Fläche und zum Volumen des zu platzierenden Pakets selber. Der Proportionalitätsfaktor wird als ein Achtel derjenigen des zu platzierenden Pakets gewählt.
Der Strafabzug wird nicht direkt auf die blockierte Fläche oder das blockierte Volumen selbst angewandt. Die blockierte Fläche (Volumen) wird durch die mittlere Fläche (Volumen) dividiert und ein Strafabzug beruht auf dem resultierenden Verhältnis.
Auch Lücken zu Nachbarpaketen werden berücksichtigt. Es können zwei Arten von Lücken vorkommen. Eine Lücke wird von einem Paket zu einer Eckengrenze gemessen. Diese wird Eckenlücke genannt und kann aufgrund von Versetzen oder Bündigmachen von Paketen wie oben beschrieben auftreten. Die andere Lücke wird zwischen dem zu platzierenden Paket und den Nachbarpaketen gemessen, wie in 79 gezeigt ist. Diese wird Oberseitenlücke genannt. Das zukünftige, obenauf zu platzierende Paket ist durch die Oberseitenlücke betroffen. Die Oberseitenlücke beruht teilweise auf der Höhe des zu platzierenden Pakets. Falls es eine Wahl möglichkeit gibt, ist es erwünscht, dass beide Arten von Lücken seitwärts und rückwärts klein sind. Daher wird ein Strafabzug darauf abzielen, proportional zum Verhältnis einer derartigen Lücke zur mittleren Paketbreite angewandt zu werden.
Auch das Paketalter in dem Paketzwischenspeicher ist ein Faktor. Nach jeder Paketplatzierung wird ein weiterhin im Zwischenspeicher bleibendes Paket seine Alterzahl um Eins erhöhen. Ein kleiner Bonus wird ebenfalls proportional zur Alterzahl jedes Pakets angewandt. Das lange Zeit im Zwischenspeicher bleibende Paket ist üblicherweise von ausgefallener Form (sehr groß oder sehr dick). Falls für eine bestimmte Platzierung ein ausgefallen geformtes Paket und ein regulär geformtes Paket beide gute Kandidaten sind, dann sollte das ausgefallene Paket zuerst ausgewählt werden, da es einen Platz im Zwischenspeicher freimachen wird und ein brauchbareres Paket hinzugefügt werden kann.
Falls der Paketzwischenspeichermechanismus, wie bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine Paketzurückweisung zulässt, dann kann ein Paketaltergrenzwert gewählt werden, um alte Pakete zur Zurückweisung auszuscheiden. Es versteht sich, dass alte Pakete am Ende der Staueinrichtung sein werden.
Ein Potentialfeld ist ein weiterer Faktor. Es wird ein Strafabzug angewandt, der proportional zum Abstand der Eckenfläche zum Palettenboden, dem Abstand zur Hintergrenze und dem Abstand zur linken Grenze ist. Ein derartiger Strafabzug übt eine Zugkraft zum inneren Palettenursprung hin aus. Entlang der vertikalen Dimension wird der schwere Strafabzug eine Platzierung in einer unteren Ecke fördern. Entlang der horizontalen Dimensionen ist der Strafabzug so ausgelegt, dass eine Platzierung von innen nach außen gefördert wird, um eine kurze Dimension zuerst zu füllen, bevor eine längere Dimension gefüllt wird. Ein solcher Potentialfeldstrafabzug hilft, die Paketplatzierung zu einem dicht gefügten Stapel zusammenzuziehen.
Paketgewicht ist ein weiterer Gesichtspunkt. Um einen stabilen Stapel zu erreichen, ist es wünschenswert, dass schwerere Pakete bodennah platziert werden und leichtere Pakete nahe der Oberseite. Auf der Grundlage von Gewichtsverteilungsstatistiken kann ein Gewichtsgrenzwert ausgewählt werden, der irgendwo über dem mittleren Paketgewicht liegt, wie beispielsweise 30 Pfund. Ein Höhengrenzwert wird auf die Hälfte der Palettenhöhe gesetzt, wie beispielsweise 2 Fuß für eine 4 Fuß hohe Palette. Wenn ein Paketgewicht über dem Gewichtsgrenzwert ist und wenn der Paketboden unter dem Höhengrenzwert ist, wird ein Bonus vergeben und andernfalls wird ein Strafabzug vergeben. Bonus oder Strafabzug sind proportional zum Packetgewicht und zum Abstand zwischen dem Paketboden und dem Höhengrenzwert. Bei einer hohen Palette sollte verhindert werden, dass übermäßig schwere Pakete nahe der Oberseite platziert werden.
Der Deckenabstand ist ein weiterer Faktor, der berücksichtigt werden kann. Wenn ein Paket nahe an der Palettendecke ist und kein Paket auf der Oberseite des zu platzierenden Pakets platziert werden kann, wird ein Strafabzug angewandt, der auf dem Abstand zwischen der oberen Paketfläche und der Palettendecke beruht. Der Strafabzug fördert eine Platzierung, die derartig vergeudende Leerstellen minimiert.
Zusammenfassend und wieder Bezug auf 46 nehmend können die etwa sechzehn in dieser Figur gezeigten Parameter dazu verwendet werden, um zu einem Leistungsindex zu kommen, wie unten erläutert ist.
5) Leistungsindexsummation
Sobald eine Paketplatzierung als stabil ermittelt ist, wird, wie zuvor erläutert, ihr relativer Wert durch den Leistungsindex eingeschätzt, der wie in 46 gezeigt berechnet wird. Wie gezeigt, ist der Leistungsindex eine gewichtete Summe der zuvor beschriebenen Faktoren. Die einzelnen Wichtungsfaktoren sind in 47 gezeigt, wobei ein positiver Wert einen Bonus darstellt und ein negativer Wert einen Strafabzug darstellt.
Für jede potentielle Platzierung wird ein Leistungsindex berechnet und die tatsächliche Platzierung ist diejenige mit dem maximalen Index. Im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegen typische Werte von Leistungsindizes im Bereich von –4000 bis +1600.
6) Parameter
Die Stapelentscheidung beinhaltet viele Parameter wie beispielsweise jene Werte in Stapelregeln oder Wichtungsfaktoren in der Leistungsindexberechnung. Das erfundene Verfahren verwendet Computersimulation, um jeden Parameter separat abzustimmen. Jeder Parameter durchläuft eine Suchschleife, wie in 84 gezeigt ist.
Im Rahmen dieses Suchschleifenprozesses wird zuerst ein Anfangswert des Parameters zugewiesen. Zusätzlich wird eine Datei mit einem Satz von Paketdaten, die einer "Testgruppe" von beispielhaften Paketen entsprechen, basierend auf einer ausgewählten historischen Sequenz von Paketdaten bereitgestellt. Für den gegebenen Parameter wird eine Anzahl von N (für N kann 200 gewählt werden) zufällig geordneten Computerstapelsimulationen durchgeführt. Die entsprechende mittlere Volumeneffizienz wird zusammen mit dem Parameterwert aufgezeichnet. Der Parameter kann dann in einem vorausgewählten Bereich variiert werden und die Paketdatendatei wird reinitialisiert. Für den neuen Wert des Parameters werden weitere N Computersimulationen ausgeführt. Zuletzt wird eine Beziehung zwischen einem Satz von mittleren Stapelvolumeneffizienzen gegen einen Satz von Parametern erhalten. Ein typisches Parametersuchdiagramm ist in 84 gezeigt. Als bester Parameter wird derjenige ausgewählt, der die maximale mittlere Volumeneffizienz ergibt.
E) Ausführung eines mehrschleifigen Entscheidungsprozesses
Dies ist der globale Prozess, der die Suche über alle Platzierungen tatsächlich ausführt und die beste Lösung findet.
Wie oben beschrieben, wird jedem Paket im Zwischenspeicher und ausgewählten zulässigen Orientierungen jedes Pakets Gelegenheit gegeben, jede Ecke im Stapel aufzusuchen. An einer gegebenen Ecke, wird dann mögliches Versetzen und Bündigmachen mit einer Grenze ausprobiert, um herauszufinden, ob das Paket in der Ecke eine stabile Platzierung aufweisen kann. Eine stabile Platzierung wird mit einer zuvor aufgezeichneten Platzierung verglichen. Falls die aktuelle Platzierung besser als die aufgezeichnete Platzierung ist, wird stattdessen die aktuelle Platzierung aufgezeichnet. Am Ende der Suchschleife wird die aufgezeichnete Platzierung als beste Platzierung ausgewählt.
1) Schleifenverschachtelungsvariante
Die Auswahlreihenfolge unter zulässigen Orientierungen, Ecken und Paketen in 3 kann wie in den 26A–26E gezeigt abgeändert werden. In 26A betrifft die innere Suchschleife Ecken, die mittlere Schleife Orientierungen und die äußere Schleife Pakete. In 26B betreffen die Schleifen Orientierungen, Pakete beziehungsweise Ecken. In 26C betreffen die 3 Schleifen Pakete, Orientierungen, beziehungsweise Ecken. In 26D betreffen die 3 Schleifen Ecken, Pakete beziehungsweise Orientierungen. In 26E betreffen die 3 Schleifen Pakete, Ecken beziehungsweise Orientierungen.
2) Abkürzungen
In der Suche sind die zulässigen Orientierungen derart angeordnet, dass die Orientierungen mit der kürzesten Höhenabmessungen zuerst kommen und diejenigen mit der längsten Höhenabmessung zuletzt kommen. Auf ähnliche Weise werden in der Eckenanordnung die Ecken mit der niedrigsten Flächenhöhe zuerst kommen und diejenigen mit der höchsten Flächenhöhe zuletzt kommen. Da ein Paket dazu neigt, stabiler zu sein, wenn seine kürzere Abmessung als seine Höhe positioniert wird und es sich in einer unteren Ecke befindet, kann die Suchschleife abgebrochen werden, sobald eine zufrieden stellende Platzierung gefunden wird, wie beispielsweise eine Kiste, die gleich hoch wie ihre seitlichen Nachbarn ist.
Zusätzlich gilt, dass wenn eine Paketversetzung ausgeführt wird, die Grenzlücke um so breiter sein wird, je weiter die Versetzung erfolgt, so dass die Platzierungsqualität abnimmt. Wenn immer daher während einer Runde der Platzierungssuche eine zufrieden stellende Platzierung gefunden wird, müssen die nachfolgenden Suchen nicht weitere Versetzungen durchlaufen.
2) Greifen eines Pakets mit Greifer
Wie zuvor unter Bezug auf 1 erläutert, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Greifer 17 verwendet, um Pakete wie P zu ergreifen und zu bewegen. Dieser Greifer kann bekannter Stand der Technik sein oder so wie in diesem Unterabschnitt beschrieben sein, der Bezug auf die 85–92 nimmt.
Der in den 85–92 gezeigte Greifer 17 umfasst allgemein eine hohle Montagestange 1005, an deren Boden ein Paar von Saugfüßen 1007 angebracht ist. An der Oberseite der Stange ist eine Saugventilanordnung 1010 angebracht. Eine Vakuumleitung 1011 verläuft von dem Ventil 1010 zu einer (nicht gezeigten) Vakuumpumpe. Eine weitere (nicht gezeigte) Vakuumleitung verbindet durch das hohle Innere der Stange 1005 das Ventil 1010 mit den Saugfüßen 1007. Die Ventilanordnung 1010 ist am Ende eines Kranarms 1014 angebracht. Ein Paar von Scherenaktuatoren 1015 ist kraftschlüssig so auf der Stange 1005 befestigt, dass es sich auf gegenüberliegenden Seiten der Stange erstreckt, und eine von einem Paar von seitlichen Klammern 1018 ist an jedem Ende der Scherenaktuatoren 1015 angebracht. Bezug auf 87 nehmend, trägt die Stange 1005 auch eine Windenanordnung 1020 zur Betätigung der Scherenaktuatoren 1015. Diese Untereinheiten und Teile werden nun ausführlicher beschrieben.
87 zeigt die von der Tragstange 1005 getragenen Komponenten in größerem Detail, wobei die Elemente zerlegt sind, um weitere Einzelheiten zu zeigen. Die Saugfüße 1007 sind beabstandet und auf einer am Boden der Stange 1005 angebrachten Querschiene 1025 angebracht. Jeder Saugfuß umfasst einen rechteckigen Gummisaum auf einem Stahlfuß, der eine Öffnung umgrenzt, die von einem (nicht gezeigten) Gitter bedeckt ist, um Staub am Eintreten in das Vakuumsystem zu hindern. In dem Raum zwischen den zwei Saugfüßen 1007 ist ein Kontaktsensor 1027 oder Mikroschalter auf der Querschiene 1025 positioniert. Ebenso ist an der Querschiene ein Aktuatorarm 1028 schwenkbar angebracht, der nach oben schwingt, um den Kontaktsensor 1027 zu betätigen, wenn der Arm 1028 durch das Auftreffen auf ein Paket während der Abwärtsbewegung des Kranarms 1014 angehoben wird. Der Sensor 1027 und der Arm 1028 verlaufen unterhalb des Niveaus der Saugfüße 1007. Außerdem gestattet es eine Einstellschraube 1029, die Position des Arms 1028 einzustellen, so dass der Abstand zwischen den Saugfüßen und der kontaktierten Fläche, an der der Kontaktsensor 1027 aktiviert wird, auf einen vorbestimmten Abstand eingestellt werden kann, wie beispielsweise ein halber Zoll.
Wie in 87 gezeigt ist, ist jedes untere Ende 1031 jedes Scherenaktuators 1015 schwenkbar durch einen Gelenkbolzen 1032 mit einem Endhalter 1033 verbunden, der an einer der Seitenklammern 1018 angebracht ist. An den Seitenklammern ist weiter oben ein Halterungsschaft 1035 durch ein Paar von Schafthalterungen 1036 an den Enden des Schafts 1035 vertikal angebracht und von der Klammer beabstandet. Eine quer verlaufende Endstange 1038 beinhaltet ein lineares Lager 1040 durch ihre Mitte hindurch, wobei das Lager an dem Schaft 1035 angebracht ist, um eine vertikale Bewegung der Stange 1038 entlang des Schafts 1035 zu ermöglichen. An jedem Ende der zwei Endstangen 1038 erstreckt sich seitlich ein Gelenkbolzen 1041 und nimmt ein oberes Ende 1043 jedes Scherenaktuators 1015 auf. Ein unteres Mittengelenk 1045 jedes Scherenaktuators ist schwenkbar an einem Gelenkbolzen 1047 angebracht, der sich von jedem Ende der Querschiene 1025 erstreckt. Ein oberes Mittengelenk 1050 ist schwenkbar an einem Lagerbock 1052 befestigt, der gleitend auf einem vertikalen Halterungsschaft 1054 angebracht ist, der an der Stange 1005 durch Schaftmontageblöcke 1055 an jedem seiner Enden befestigt ist. Es zeigt sich, dass die oberen Teile der Scherenaktuatoren 1015 entlang der Stange 1005 und der Seitenklammern 1018 gleitend auf und ab beweglich sind und die einwärts und auswärts gerichtete Bewegung der Scherenaktuatoren um die Mitte synchronisiert ist, die an der Stange angebracht ist.
Spannfedern 1058 sind zwischen jedem unteren Gelenkbolzen 1032 und den Endstangen 1038 gespannt. Diese Federn drängen die Scherenaktuatoren in eine ausgedehnte Position, das heißt eine Freigabeposition der Seitenklammern 1018. Die Seitenklammern werden durch die Windenanordnung 1020 aufeinander zugeführt, um mit einem Paket in Eingriff zu kommen. Ein Servomotor 1060 der Art mit einem eingebauten Kodierer und einer Bremse ist auf der Seite der Stange 1005 angebracht. An der herausstehenden Antriebswelle des Motors 1060 ist eine Spule 1062 befestigt. Ein um die Spule gewundenes Kabel 1065 läuft über eine Rolle 1063 und eine Rolle 1064 und ist an einer der Seitenklammern 1018 befestigt. Wenn der Motor 1060 die Spule 1062 dreht, um das Kabel 1065 einzuziehen, zieht die Kraft auf die Seitenklammern die Scherenaktuatoren 1015 gegen die Kraft der Federn 1058 zusammen, bis die Klammern 1018 mit den Seiten des Pakets in Eingriff kommen. Die Innenflächen der Klammern tragen Reibstreifen 1066, um eine hohe Reibung zwischen den Klammern und den Seiten des Pakets bereitzustellen.
Der Greifermechanismus 17 wird durch eine in 88 gezeigte Steuerschaltung 1070 gesteuert. Ein Steuergerät 1071 kann ein separater Prozessor sein, ist aber vorzugsweise der gleiche Computer, der oben unter Bezug auf 1 beschrieben ist. Das Steuergerät empfängt Eingangssignale von dem Kontaktsensor 1027 und den Abstandssensoren 1068. Als Reaktion auf diese Signale sendet das Steuergerät Steuersignale zu dem Vakuumsaugventil 1010 und zu dem umkehrbaren Windenmotor 1020. Wenn das Saugen angeschaltet wird, greifen die Saugfüße 1007 eine nah benachbarte Fläche. Wenn der Windenmotor gedreht wird, wird das Kabel 1065 abhängig von der Drehrichtung entweder herausgelassen (Öffnen der Seitenklammern 1018) oder aufgerollt (Schließen der Seitenklammern).
Das Steuergerät bringt den Greifer entsprechend einer Reihe von Schritten, die in 89 dargestellt sind, in enge Nähe zur oberen Fläche des Pakets. Der Greifer ist anfangs vertikal über dem Paket und der Abstand zur oberen Fläche wird in Block 1080 überwacht, während der Kranarm 1014 bei Block 1081 den Greifer zum Paket hinbewegt. Während dieser Bewegung werden bei Block 1082 die Seitenklammern 1018 in einen Abstand gebracht, der etwa 1,5 Zoll weiter als das Paket ist, dessen Abmessungen bestimmt worden sind. Insbesondere wird die Nennhöhe des Pakets, die durch die oben beschriebene Messbrücke 14 gemessen wurde, bei Block 1083 als Zielposition in dem Referenzrahmen des Kranarms eingestellt. Diese Höhe stellt jedoch den höchsten Punkt der oberen Fläche dar und muss nicht die Höhe des Teils sein, mit dem die Saugfüße 1007 in Eingriff kommen sollen. Beispielsweise kann die gemessene Höhe an einer Kante des Pakets vorliegen, während der Mittelteil der oberen Fläche einen signifikanten Betrag eingesunken sein kann. Es kommt bei einer oberen Fläche selten vor, dass sie um mehr als einen halben Zoll eingesunken ist.
Wie oben beschrieben, ist der Kontaktsensor darauf eingestellt, in einem vorbestimmten Abstand zur oberen Fläche des Pakets, vorzugsweise einem halben Zoll, aktiv zu werden. Die Position dieses Sensor bei der Annäherung an das Paket ist als Diagramm in 91A gezeigt. Wenn das Kontaktsignal von dem Steuergerät empfangen wird, wird bei Block 1084 die Position z1 der Saugfüße 1007 in dem Referenzrahmen gespeichert. Die Position des Greifers bei der Auslösung des Sensors ist in 91B gezeigt. Das Steuergerät fährt damit fort, den Greifer abzusenken, bis die Saugfüße die Zielposition z2 erreichen (gemessene Höhe des Pakets), die bei Block 1085 gespeichert wird. Falls jedoch bei Block 1086 ermittelt wird, dass der Kontaktsensor 1027 bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Zielposition z2 erreicht wird, nicht ausgelöst wurde, senkt das Steuergerät bei Block 1087 das Ziel um eine zusätzliche, dem vorbestimmten Abstand gleiche Strecke d (vorzugsweise ein halber Zoll) und kehrt zu Block 1084 zurück. Das Steuergerät fährt fort, den Greifer zu senken, bis der Kontaktsensor ausgelöst wird. 91C zeigt die Saugfüße 1007 an der Zielposition z2.
Wenn der Kontaktsensor 1027 an der Position z2 ausgelöst wurde, berechnet das Steuergerät bei Block 1088 die tatsächliche Lücke e zwischen den Saugfüßen und der oberen Fläche des Pakets: e = d – (z2 – z1)
Bei Block 1089 wird e mit einem vorbestimmten Toleranzwert verglichen, vorzugsweise einem Achtel Zoll. Falls e nicht kleiner als der Toleranzwert ist, wird der Greifer um ein letztes Entfernungsstück gleich e abgesenkt. Dann werden bei Block 1091 die Seitenklammern 1018 in eine Position bewegt, die nur etwa ein Achtel Zoll Freiraum auf jeder Seite des Pakets lässt. Falls e bei Block 1089 kleiner als der Toleranzwert ist, geht der Prozess direkt zu Block 1091 über. Die endgültige Position der Saugfüße 1007 ist in 91D gezeigt. Bei Block 1092 betätigt das Steuergerät dann das Vakuumventil 1010, um das Paket durch Saugen zu ergreifen, und unmittelbar danach werden die Seitenklammern 1018 bei Block 1093 um eine vorbestimmte Entfernung (vorzugsweise etwa drei Viertel Zoll) näher aneinander gezogen, um Klammerdruck an den Seiten des Pakets anzulegen. Alternativ kann der Windenmotor 1020 so ausgelegt sein, dass er abhängig vom Paketgewicht ein konstantes Drehmoment an das Paket anlegt, um zu bewirken, dass die Klammern eine annähernd konstante Kraft auf das Paket ausüben.
Fachleute werden verstehen, dass die in 89 gezeigten Schritte sehr schnell und in manchen Fällen zur gleichen Zeit ausgeführt werden können. Beispielsweise kann die Einwärtsbewegung der Seitenklammern 1018 geschehen, während der Greifer abgesenkt wird. Auch kann der Kranarm 1014 beginnen, das Paket anzuheben, wenn die Klammern zusammenfahren, um Druck auszuüben.
Nachdem das Paket durch den Kranarm platziert wurde, wie anderswo in dieser Anmeldung beschrieben ist, wird der Windenmotor 1020 so betätigt, dass er das Kabel 1065 genug auslässt, um es den Federn 1058 zu gestatten, die Klammern 1018 um nur etwa ein Achtel Zoll über die gemessene Paketabmessung auf jeder Seite zu öffnen. Dies vermeidet das Umstoßen benachbarter gestapelter Pakete auf der Palette. Die Bewegung zur Paketfreigabe und die Anhebbewegung des Kranarms erfolgen zur gleichen Zeit, um Verzögerungen auszuschließen.
Der Kontaktsensor 1027 dient auch dazu, das Vorhandensein des Pakets während der Überführung durch den Kranarm 1014 zu überwachen. Falls das Paket aus irgendeinem Grund fallen gelassen wird, wird das Eingangssignal aus dem Sensor aufhören. Das Fehlen des Signals wird durch das Steuergerät bemerkt und der Kranarm zu einem Haltepunkt geführt.
Der Greifermechanismus 1000 ist vorzugsweise so ausgelegt, dass er einen sehr kleinen Raumbedarf hat, beispielsweise sieben mal sieben Zoll, wenn der Scherenaktuator 1015 voll eingezogen ist. Der Greifer kann sowohl für seitliches Stapeln als auch für oberseitiges Stapeln verwendet werden. Aus dem vorstehenden ergibt sich, dass der Greifer Pakete einer Vielzahl von Größen heben kann. Für einen Paketverfrachtungsbetrieb können die Saugkraft und die Seitenklammern so ausgelegt werden, dass sie Pakete von bis zu 32 mal 32 Zoll und 150 Pfund oder darüber hinaus handhaben. Die obere Fläche der Pakete muss nicht eben oder glatt sein, solange die Saugfüße hinreichend abdichten können, um das Paket zu ergreifen.
In 92 ist ein modifizierter Greifermechanismus 1100 gezeigt. Der hauptsächliche Unterschied zu der oben beschriebenen Ausführungsform besteht in dem Einschluss eines Gleitmechanismus 1102, der es gestattet, dass die Seitenklammern 1018 über die Saugfüße 1007 zurückgezogen werden können, wenn die Saugfüße ein Paket ohne die Hilfe der Seitenklammern sicher anheben können. Der Vorteil dieses Merkmals besteht darin, dass die Seitenklammern nicht an benachbarte Pakete in dem Paketstapel stoßen. Bei der in 87 gezeigten Ausführungsform, ist das obere Mittengelenk 1050 des Scherenaktuators 1015 zwar immer noch schwenkbar an dem Lagerblock 1052 angebracht, aber die Schafthalterungen 1055, die den Halterungsschaft 1054 halten, sind an dem oberen Teil eines Schlittens 1104 anstelle der Stange 1005 befestigt. Am unteren Ende des Schlittens 1104 ist ein Gelenkbolzen 1105 zur Aufnahme des unteren Mittengelenks 1045 des Scherenaktuators 1015 angebracht. Die Ausdehnung und das Zusammenziehen des Scherenaktuators längs der vertikalen Achse erfolgt somit relativ zum Schlitten 1104.
Der Schlitten 1104 umfasst auch ein Paar von Lagern 1106, die sich zur Stange 1005 erstrecken. Diese Lager passen auf einen vertikalen Halterungsschaft 1108, der durch ein Paar Schafthalterungen 1109 an der Stange 1005 befestigt ist. Ein Tauchmagnetaktuator 1112 ist an der Stange 1005 über dem Schlitten 1104 angebracht, dessen Kolbenstange an der Oberseite des Schlittens befestigt ist. Wenn der Tauchmagnetanker ausgefahren wird, bewegt sich der Schlitten 1104 längs des Schafts 1108 nach unten und bewegt die Seitenklammern 1018 in die Position zum Ergreifen eines Pakets (in gestrichelten Linien gezeigt). Wenn der Tauchmagnetanker zurückgezogen wird, werden die Klammern in die in 92 gezeigte Position angehoben, die von dem Arbeitsbereich der Saugfüße 1007 abliegt. Fachleute erkennen, das der Tauchmagnetaktuator durch einen pneumatischen oder hydraulischen Aktuator ersetzt werden könnte.
Nun Bezug auf die 93–96 nehmend wird ein Merkmal gemäß der vorliegenden Erfindung offenbart, das während des "Aufgreifschritts" des Greifers Fehlerkompensationen gestattet. Dieses Merkmal gestattet die Identifizierung der "Mittelposition" des Pakets.
Wie in 93 gezeigt ist, befinden die Pakete "A", "B", "C" und "D" sich in Linienkontakt beginnend bei einem Ursprungspunkt O auf einer Staufördereinrichtung. Das letzte Paket auf der Fördereinrichtung befindet sich im Weg eines Entfernungssensors S, der in einem Winkel Θ zur X-Achse liegt, die die Bewegungsachse der Fördereinrichtung ist und die Achse, längs der alle Entfernungen im folgenden vom Ursprung O aus gemessen werden. Durch das Erfassen der Entfernung "d" des Pakets D von dem Sensor "S" und der Berechnung des Kosinus von Θ, kann die "x"-Komponente der Entfernung "d" bestimmt werden. Eine derartige Kenntnis gestattet kombiniert mit den bekannten Abmessungen der Staufördereinrichtung (insbesondere die Entfernung vom Ursprung und zwar bis zum Sensor S) die Berechnung der Istlinienlänge der Pakete auf der Staufördereinrichtung. Die Kenntnis der Nennlängen einzelner Pakete, die durch die stromaufwärtige Messfördereinrichtung gemessen werden, gestattet die Berechnung der Nennlinienlänge der Pakete A, B, C und D. Die Differenz zwischen diesen zwei Werten ist der Gesamtlinienfehler "e". Es versteht sich, dass ein derartiger Fehler, wenn er nicht berücksichtigt wird, später Probleme im Stapelprozess bewirken kann.
Dieser Fehler wird mit Grenzwerten verglichen, wie +1,2 Zoll und –1,5 Zoll, und falls der Fehler einen dieser Grenzwerte übersteigt, wird ihm der Wert des überschrittenen Grenzwerts zugewiesen.
An diesem Punkt ist das System für die Entnahme eines weiteren Pakets vorbereitet und daher am Beginn seines Zyklus. Wie in 94 gezeigt ist, kann dann ein Paket wie beispielsweise "B" aus der Linie entnommen werden und ein anderes Paket "E" in Linienkontakt mit den anderen Paketen platziert werden. Der Fehler "e" wird dann neu berechnet und ein weiteres Paket entnommen (z. B. Paket "D") und durch ein Paket wie beispielsweise "F" ersetzt, um zu der in 95 gezeigten Konfiguration zu kommen.
Nachdem jeder Fehler "e" berechnet wurde, entfernt dann, wie zuvor erläutert wurde, der Greifer ein Paket aus der Gruppe gestauter Pakete auf der Staufördereinrichtung. Es ist erwünscht, zur konsistenten stromabwärtigen Platzierung der ergriffenen Pakete die Mitte der Pakete (zumindest in "x"-Richtung) so genau wie möglich zu kennen. Aus diesem Grund wird der Fehler "e" proportional auf einzelne Pakete in den Linien aufgeteilt, wie in 96 gezeigt ist, wobei:
e = Gesamtfehler
i = Paketnummer (6 in 96)
N = Gesamtzahl der Pakete (7 in 96)
q = individuelle Paketfehlerschätzung
Es versteht sich, dass die obige Berechnung den Gesamtfehler "e" im Grunde proportional auf die Pakete zwischen dem ersten und letzten Paket in der Linie verteilt. Der individuelle Paketfehler q wird von dem Nennabstand zur Mitte von Paket F abgezogen, um die von dem Greifer zu verwendende x-Koordinate bereitzustellen.
Als Beispiel sei angenommen, dass wie in 96 sieben Pakete auf der Staufördereinrichtung sind und das sechste Paket zur Entfernung durch einen Greifer ausgewählt wurde. Für den Gesamtfehler "e" seien 5 Zoll angenommen. Daher wird die oben angesprochene Berechnung wie folgt ausgeführt:
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Verwendung eines „Wichtungssystems", um den in 93 gezeigten Fehler "e" zu berechnen. Wie unter Bezug auf die 93–95 erläutert wurde, wird ein Gesamtfehler "e" während jedes Betriebszyklus berechnet. Im Falle eines Betriebs im Gleichgewicht, können drei aufeinander folgende frühere Fehler dazu verwendet werden, einen "gewichteten" Fehler e' zu berechnen. Dieses e' wird durch folgende Formel berechnet: e' = 0,2(e[t – 2]) + 0,3(e[t – 1]) + 0,5(e[t])wobei e[t] = Fehler für aktuellen Zyklusfehler
e[t – 1] = Fehler für vorhergehenden Zyklus
e[t – 2] = Fehler für den Zyklus vor dem vorhergehenden Zyklus
Wie zu sehen ist, weist diese Formel dem jüngsten Fehler mehr Gewicht zu, sieht zugleich aber ein gewisses, wenn auch kleineres Gewicht für frühere Fehler vor.
Für den allerersten Entnahmevorgang unmittelbar nach dem Beginn, sind die Fehler e[t – 2] und e[t – 1] nicht verfügbar und daher wird der Fehlerwert e in diesem Fall nicht gewichtet. Für den zweiten Entnahmevorgang unmittelbar nach dem Beginn wird der Fehler e[t – 2] nicht verfügbar sein, aber der gewichtete Fehler e' kann durch folgende Formel erhalten werden: 0,4(e[t – 1]) + 0,6(e[t])
3) Effiziente Platzierung und Aufgreifwegplanung
Im Rahmen eines Aspekts der vorliegenden Erfindung wird besonderes Augenmerk auf die Planung des "Platzierungswegs", der die Wegstrecke ist, die der Robotergreifer nimmt, wenn er ein ergriffenes Paket von der Staueinrichtung zu der (den) Palette(n) bewegt (siehe allgemein 0700.4), und des "Aufgreifwegs" gelegt, der die Wegstrecke ist, die der Greifer nimmt, nachdem er das Paket freigibt, und der er folgt, um ein zweites, zum Aufgreifen bestimmtes Paket aufzugreifen (siehe allgemein 0700.5).
Das Planungsverfahren für den Weg nahezu minimaler Entfernung wird gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der zuvor erläuterten Hardware (z. B. der Staufördereinrichtung und des Greifers) in Verbindung mit einem Softwaremodul implementiert, wie beispielsweise einem in der Programmiersprache "C" geschriebenen. Dieses Modul kommuniziert mit anderen Softwaremodulen, wie durch 970 in 97 gezeigt ist. Wie anderswo in dieser Anmeldung erläutert, entscheiden andere gegenwärtig erörterte Stapelalgorithmen 971, welches Paket von der Staufördereinrichtung aufzugreifen ist und wo es auf der Palette zu stapeln ist. Das gegenwärtig erörterte Modul 971 zur "Planung des Wegs (nahezu) minimaler Entfernung" bestimmt einen Satz von (später ausführlich erläuterten) "Durchgangspositionen" mit nahezu minimaler Entfernung, entlang deren ein Weg minimaler Entfernung approximiert wird. Das "Bahnplanungs"-Modul 972 (siehe 97) passt unter Verwendung dieser Durchgangspositionen Kurven an. Die geplante Bahn wird in handelsübliche Servosteuerungskarten 974 (wie beispielsweise der Serie Galil 530) eingegeben, um einen Greifroboter wie anderswo in dieser Anmeldung erläutert zu steuern.
Wie oben angemerkt, beinhaltet die Wegplanung sowohl die Planung des "Platzierungswegs", der von der Aufgreifposition im Zwischenspeicher zur Stapelposition reicht, als auch die Planung des "Aufgreifwegs", der von der zuvor platzierten Position zur Aufgreifposition auf der Staueinrichtung reicht.
a) Rechteckbasierte Modellierung, die Drehung zulässt
Im Rahmen des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein rechteckiges Modell verwendet werden, um alle Paketorte zu berücksichtigen, seien die Pakete stationär oder beweglich.
Bezüglich stationärer Pakete kann es, wie in 2 gezeigt ist, im Rahmen eines Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine oder mehrere Paletten 11 zum Stapeln und eine Zwischenspeicher-Staufördereinrichtung wie beispielsweise 16 geben. Die Kanten der Paletten 11 und der Staufördereinrichtung 16 werden parallel oder senkrecht zueinander ausgerichtet. Zusätzlich werden für alle Pakete in der Zwischenspeicherstaueinrichtung oder auf den Paletten deren Kanten parallel oder senkrecht zu denjenigen der Paletten oder der Staufördereinrichtung sein. Es zeigt sich daher, dass die stationären Pakete stationären Pakete, seien sie auf der Staufördereinrichtung oder auf den Paletten, ohne weiteres ohne weiteres durch die Verwendung diskreter rechteckiger Objekte modelliert werden, die hinsichtlich Überschneidungen oder relativen Beabstandungen analysiert werden können, wie es im Stand der Technik bekannt ist oder in dieser Anmeldung gezeigt wird.
Hinsichtlich beweglicher Objekte, umfasst das Modellierungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung, wie nun in 98 gezeigt ist, die Verwendung eines Umschriebenen Rechteckigen Objekts 982, um ein drehendes, bewegliches Objekt 982 darzustellen.
Wie oben erläutert, kann das Paket (und der anhaftende Greifer 17) aus seiner ursprünglichen Orientierung auf der Staufördereinrichtung in eine zweite Orientierung auf einer Palette gedreht werden. In ähnlicher Weise kann der Greifer sich drehen, während er leer ist, wenn er sich auf ein zur Platzierung ausgewähltes Paket zu bewegt. Während einer derartigen Drehung sind die Kanten des beweglichen Objekts im allgemeinen nicht parallel oder senkrecht zu denen der Paletten, der Staufördereinrichtung oder der stationären Pakete. Daher wird in dem Modell ein umschriebenes, rechteckiges Objekt konstruiert, das das ganze drehende Objekt umschreibt, sei es der leere Greifer oder ein bestimmtes, aufgegriffenes Paket. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden daher die Kanten des umschriebenen, rechteckigen Objekts parallel oder senk recht zu den Grenzkanten der Paletten sein.
98 zeigt das Beispiel einer planaren Drehung, in dem das bewegliche Objekt sich um eine vertikale Achse dreht. Es versteht sich, dass die Größe eines Umschriebenen Rechteckigen Objekts 982 sich während der Drehung des Pakets 981 längs jeder Position längs des Weges verändern wird, da sich der Winkel zwischen den rechteckigen Formen ändern wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Vergrößertes Bewegliches Rechteckiges Objekt 983 verwendet. Das bewegliche, rechteckige Objekt 981, seien es die originalen Paketgrenzen eines eine reine Translation erleidenden Pakets oder das Umschriebene Rechteckige Objekt eines Pakets, wenn es einer Drehung unterliegt, wird durch eine vorbestimmte Kollisionstoleranz auf jeder horizontalen Dimension auf die Größe des Vergrößerten Beweglichen Rechteckigen Objekts vergrößert werden. Wie oben angemerkt, wird das Vergrößerte Bewegliche Rechteckige Objekt auch mit der Position variieren, wenn Drehung involviert ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird, nun unter Bezugnahme auf 110, auch ein Kombiniertes Bewegliches Rechteckiges Objekt als Bewegungssegment verwendet. Das Kombinierte Bewegliche Rechteckige Objekt kann annähernd als ein minimales rechteckiges Objekt berechnet werden, das an den Grenzpositionen des Bewegungssegments den Vergrößerten Beweglichen Rechteckigen Objekten entsprechen kann.
In der folgenden Beschreibung wird die Größe des beweglichen Objekts entweder auf der Basis eines vergrößerten, beweglichen, rechteckigen Objekts (wenn es in Beziehung zu einer festen Position steht) oder eines kombinierten, beweglichen, rechteckigen Objekts (wenn es in Beziehung zu einem Bewegungssegment steht) berechnet.
Im Rahmen des oben angesprochenen Modells, kann ein Kontrollpunkt als Referenzpunkt verwendet werden, um die Position eines sich bewegenden Pakets oder eines zurückkehrenden Greifers anzugeben. Sobald die Position des Kontrollpunkts und der Drehwinkel des beweglichen Objekts festgesetzt sind, ist der Ort jedes anderen Punkts in dem beweglichen Objekt vollständig bestimmt. Es sei denn es wird anders angegeben, wird in der folgenden Erläuterung auf eine Position als einen räumlichen Ort dieses Kontrollpunkts Bezug genommen.
Es wird nun allgemein Bezug auf die 99–103 genommen. Während des Platzierungswegs (siehe insbesondere 100) wird ein Mittelpunkt auf der Bodenfläche des sich bewegenden Pakets als Kontrollpunkt gewählt. Während des Aufgreifwegs (siehe 101) wird ein Mittelpunkt auf der Bodenfläche des Greifers (wie beispielsweise ein Mittelpunkt in der Saugkappe) als Kontrollpunkt gewählt. Tatsächlich kann jeder andere passende Punkt in dem beweglichen Objekt als Kontrollpunkt gewählt werden. Die erfundenen Verfahren sind nicht auf eine spezifische Kontrollpunktwahl begrenzt.
Im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Durchgangspositionen des Platzierungswegs und die Durchgangspositionen des Aufgreifwegs in zwei separaten Datenlisten gespeichert. Für jede Liste werden die enthaltenen Durchgangspositionen auf der Grundlage zunehmender (von am nahesten zu am fernsten) horizontaler Entfernung von ihrer ersten Durchgangsposition sortiert. Die berechneten horizontalen Entfernungen werden zusam men mit jeder Position aufgezeichnet. Jede Positionsliste wird "Konvexität in sich tragen"; das heißt, wird einem konvexen Durchgangspositionsweg entsprechen. Während der Bewegung wird der Kontrollpunkt einem Weg nahezu minimaler Entfernung folgen. Dieser Weg liegt in einer vertikalen Ebene und verläuft durch eine konvexe Menge von Durchgangspositionen.
Drehung wird, falls sie existiert, an der ersten Durchgangsposition beginnen und an der letzten Durchgangsposition enden. Der Umfang der Drehung wird linear proportional zu der horizontalen Wegstrecke bezüglich der ersten Durchgangsposition sein. Der berechnete Drehwinkel wird zu der entsprechenden Durchgangsposition hinzuaddiert.
Es versteht sich, dass die vorgenannte Verteilung, die den Drehwinkel linear proportional zu der horizontalen Wegstrecke sein lasst, der einfachen Berechnung dient. Die vorliegende Erfindung gestattet es auch, dass der Drehwinkel linear proportional zur räumlichen Wegstrecke ist.
b) Platzierungswegkonfiguration
Es wird nun Bezug auf 100 genommen, die ein Paket veranschaulicht, das längs eines Platzierungswegs bewegt wird. Im Rahmen des Modells gemäß der vorliegenden Erfindung besteht der Platzierungsweg aus einer Reihe von verschiedenen Positionen, die eine Aufgreifposition 986, eine erste Durchgangsposition 987, eine Zwischenspeicheraustritt-Durchgangsposition 988, eine letzte Durchgangsposition 989 und eine Landeposition 990 umfassen, wobei all diese Positionen auf den Kontrollpunkt des beweglichen Pakets Bezug nehmen. Andere Durchgangspositionen können später hinzugefügt werden, wie weiter unten ausführlich erläutert wird. Bei einem kompletten Bewegungspfad wird das zu platzierende Paket an der Aufgreifposition 986 starten, allen Durchgangspositionen folgen und schließlich die Landeposition 990 erreichen. Im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden alle Durchgangspositionen in einer vertikalen Ebene gehalten.
Die Aufgreifposition 986 ist die Position, an der das Paket auf dem Paketzwischenspeicher (auch als Staueinrichtung bezeichnet) ruht, bereit zur Stapelung. Die erste Durchgangsposition 987 liegt um eine als "Zwischenspeicherausgangshöhe" bekannte Entfernung, die wie unten erläutert variabel ist, über der Aufgreifposition.
Die "Zwischenspeicheraustrittsposition" 988 entspricht der horizontalen Grenzposition zu dem Zeitpunkt, an dem das sich bewegende Paket den Zwischenspeicher verlässt. Die Zwischenspeicheraustrittsposition 988 hat die gleiche Höhe wie die erste Durchgangsposition 987. Falls die Zwischenspeicheraustrittsposition 103 über einer konstruierten geraden Linie liegt, die durch die erste Durchgangsposition 987 und die letzte Durchgangsposition 989 verläuft (was in 100 der Fall ist), dann wird die Zwischenspeicheraustrittsposition zu den geordneten Positionen hinzuaddiert.
Die "letzte Durchgangsposition" 989 ist nahe und über der "Landeposition" 990. Die letzte Durchgangsposition 989 unterscheidet sich von der Landeposition 990 horizontal durch einen vorbestimmten Freiraum und vertikal durch einen Abstand, der "Palettenannäherungshöhe" 992 genannt wird.
Zwischendurchgangspositionen sind wie weiter unten ausführlich erläutert eingeschoben, um Kollisionen mit irgendwelchen bereits gestapelten Paketen zu vermeiden.
c) Aufgreifwegkonfiguration
Wie oben erläutert, ist ein Aufgreifweg, wie er im Rahmen der vorliegenden Erfindung definiert wird, als der Weg definiert, auf dem der Greifer, während er "leer" ist, sich von einer vorhergehenden Platzierungsposition über einer Palette zu einer Zwischenspeicheraufgreifposition bewegt.
Es wird nun Bezug auf 101 genommen, die einen leeren Greifer veranschaulicht, der entlang eines Aufgreifwegs geführt wird. Im Rahmen des Modells der vorliegenden Erfindung ist der Aufgreifweg aus einer Reihe von verschiedenen Positionen zusammengesetzt, die die ursprüngliche "platzierte Position" 993, an der der Greifer sein letztes Paket freigegeben hat, eine "erste Durchgangsposition" 994, eine "Zwischenspeichereintrittsdurchgangsposition" 995, eine "letzte Durchgangsposition" 997 und eine "Aufgreifposition" 997 umfassen, wobei alle Positionen wie zuvor erläutert Bezug auf den Kontrollpunkt des beweglichen Pakets nehmen. Andere Durchgangspositionen können später hinzugefügt werden, um wie ausführlich unten erläutert Kollisionen zu vermeiden. Bei einem kompletten Aufgreifweg wird der Greifer in der platzierten Position 993 starten, allen Durchgangspositionen folgen und schließlich die Aufgreifposition 997 erreichen. Im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden alle Durchgangspositionen in einer vertikalen Ebene gehalten.
Wie in 101 gezeigt ist, wird nach der Platzierung eines Pakets die erste Durchgangsposition 994 an einem Ort sein, der um einen Abstand, der als "Palettenausgangshöhe" 998 bekannt ist, über der Platzierungsposition liegt.
Wie in 101 gezeigt ist, entspricht die Zwischenspeichereintrittsdurchgangsposition 995 einer horizontalen Grenzposition, an der der Greifer in den Zwischenspeicher eintritt. Die Höhe der Zwischenspeichereintrittsposition 995 ist die gleiche wie die der letzten Durchgangsposition 996. Die letzte Durchgangsposition ist an einem Ort, der um einen Abstand, der als "Zwischenspeicherannäherungshöhe" 999 bekannt ist, über der Aufgreifposition liegt. Falls die Zwischenspeichereintrittsposition über einer konstruierten Geraden liegt, die durch die erste Durchgangsposition und die letzte Durchgangsposition verläuft (was in 101 der Fall ist), dann wird die Zwischenspeichereintrittsposition zu der Liste der geordneten Positionen hinzuaddiert.
d) Durchgangspositionen allgemein
Wie in 1 gezeigt ist, wird ein Paket P inmitten anderer Pakete platziert, die ähnlich auf einer Palette 11 liegen. Für die Zwecke dieser Erläuterung sind, wie in den 99A–99D gezeigt ist, die erste Durchgangsposition 987 des Pakets P und die letzte Durchgangsposition 989 der Kiste gezeigt. Nachdem diese zwei Positionen 987 und 989 eingerichtet wurden, beinhaltet das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eine Bestimmung der bevorzugten Wegdurchgangspositionen 987 und 989. Der verarbeitende Computer bestimmt zuerst alle Pakete, die einen geraden Weg SP schneiden, der an der ersten Position 987 beginnt und an der letzten Position 989 endet, wobei der Weg eine Breite hat, die gleich derjenigen des Pakets ist, das bewegt wird. Die Bestimmung kann die Konzepte der Palettenkollisionsprüfung und der Paketkollisionsprüfung beinhalten, die weiter unten im Einzelnen dargelegt sind.
Für die Zwecke dieser Erläuterung wird von den Paketen X, Y und Z angenommen, dass sie einen derartigen geraden Weg geschnitten haben. Jedes Paket wird dann hinsichtlich der möglichen Erzeugung einer Durchgangsposition überprüft. Für diese Erläuterung wird angenommen, dass Paket C vor Paket B abgesetzt wurde, das vor Paket A abgesetzt wurde. Daher wird im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Paket C zuerst überprüft. Im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden zwei "Durchgangspositionen" geschaffen, die, wenn sie zur Liste der "Durchgangspositionen" hinzugefügt würden, es dem Paket P erlauben würden, über das in Bewertung befindliche Paket hinwegzugehen, wobei das Paket gerade um eine bestimmte Toleranz (der Differenz zwischen dem Vergrößerten, Beweglichen, Rechteckigen Objekt 983 und dem Umschriebenen, Rechteckigen Objekt 982) von dem stationären Paket weg bleiben würde. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird dann eine "Positionssortierung" durchgeführt.
Im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden alle Durchgangspositionen vor der Positionssortierung erstellt. Jede vorgeschlagene Durchgangsposition wird dann hinsichtlich Konvexität bewertet.
e) Zwischenspeicherausgangshöhe oder Zwischenspeicherannäherungshöhe
Bezug nun auf die 100 und 101 nehmend, hängen die Maße der Zwischenspeicherausgangshöhe 991 und der Zwischenspeicherannäherungshöhe 999 (die die Höhen der Zwischenspeicheraustrittsposition 988 beziehungsweise der Zwischenspeichereintrittsposition 995 diktieren) von den Höhen der Pakete ab, die auf der Staufördereinrichtung gestaut sind, und werden vorzugsweise so eingestellt, dass keine Störung zwischen dem Weg des sich bewegenden Objekts und irgendwelchen, auf der Staufördereinrichtung gestauten Paketen vorhanden ist. Mit anderen Worten, diese zwei Abstände definieren die minimale Höhe, in der das sich bewegende Objekt sich der Staufördereinrichtung nähert oder diese verlässt.
Wie oben angemerkt, wird die Größe des sich bewegenden Objekts als die eines kombinierten, rechteckigen Objekts für ein Bewegungssegment zwischen der Zwischenspeichergrenzposition und der Aufgreifposition berechnet. Um eine derartige Behinderung zu prüfen, wird nach der maximalen Höhe der oberen Flächen der Pakete in der Zwischenspeicherstaueinrichtung, die innerhalb des überstrichenen Bereichs des sich bewegenden Objekts liegen, gesucht. Die Berechnungsverfahren sind unter Bezug auf die 102A–102E erläutert.
Falls das sich bewegende Objekt sich in einer Richtung senkrecht zur Staueinrichtung bewegt, wie in 102A gezeigt ist, dann wird für die Zwischenspeicherannäherungshöhe die Hö he des aufzugreifenden Pakets und für die Zwischenspeicherausgangshöhe die maximale Höhe der zwei benachbarten Pakete genommen. Die letztere kann auch mehr stromaufwärtige, benachbarte Pakete in der Staueinrichtung berücksichtigen, wenn sie anrollen, um die Lücke des aufgegriffenen Pakets unmittelbar zu füllen, nachdem es nach oben gehoben wurde. Falls derartige "Lücken füllende" benachbarte Pakete in der Lücke höher als das aufgegriffene Paket sind, dann wird die maximale Höhe dieser Pakete als Zwischenspeicherhebungshöhe genommen.
Falls das sich bewegende Objekt diagonal von seiner Position auf der Staufördereinrichtung weg bewegt, wie in 102B bis 102E gezeigt ist, wird eine Staueinrichtungssuche durchgeführt, um zu ermitteln, ob das sich bewegende Objekt mit den Paketen auf der Staueinrichtung kollidieren würde. Falls eine Kollision vorkäme, wird das Objekt angehoben, so dass es kollisionsfrei ist.
f) Palettenausgangshöhe oder Palettenannäherungshöhe
Wiederum Bezug auf die 100 und 101 nehmend, werden die Palettenausgangshöhe 994 und die Palettenannäherungshöhe 992 jeweils auf der Basis möglicher Kollisionen mit benachbarten Paketen auf der Palette bestimmt. Jedes Paket auf der Palette wird geprüft. Die maximale Höhe der oberen Flächen der Pakete, die mit dem sich bewegenden Objekt kollidieren könnten, wird als Palettenausgangshöhe oder Palettenannäherungshöhe genommen.
g) Einzelpalettenkollisionssuche
Um eine bestimmte Palette nach einer möglichen Kollision mit einem sich bewegenden Objekt abzusuchen, wird die Eintritts- und Austrittsposition des Objekts an den Palettengrenzen definiert. Die Eintrittsposition ist eine Grenzposition, an der das sich bewegende Objekt beginnt, die Palettengrenze horizontal zu schneiden, und die Austrittsposition ist eine Grenzposition, an der das sich bewegende Objekt die Palette nahezu vollständig verlassen hat.
Das sich bewegende Objekt wird allgemein eine Eintrittsposition sowie eine Austrittsposition an der Palettengrenze haben, wenn ein sich bewegendes Objekt die Palettengrenze schneidet. Es gibt zwei Ausnahmen. Für den Aufgreifweg existiert für die "Ursprungs"-Palette (die Palette, die gerade ein neues Paket empfangen hat) die Eintrittsposition nicht. Ähnlich existiert für den Platzierungsweg für die "Bestimmungsort"-Palette (die Palette, die davor steht, ein Paket zu empfangen) die Austrittsposition nicht. Mit Ausnahme der Ursprungs-Palette in der Aufgreifwegplanung, wird das sich bewegende Objekt allgemein keine horizontale Überlappung mit der Palette aufweisen, falls man keine Eintrittsposition für die Palette finden kann, und die Palette ist frei von jeder Kollision mit dem sich bewegenden Objekt.
Die Höhen des sich bewegenden Objekts an der Eintrittsposition und der Austrittsposition werden berechnet, falls solche Positionen existieren. Diese Höhen können durch lineare Interpolation längs einer Geraden erhalten werden, die durch die erste Durchgangsposition und die letzte Durchgangsposition verläuft. Die tiefere Höhe dieser zwei Palettengrenzpositionen wird als (unterer) Höhengrenzwert genommen. Falls eine Grenzposition fehlt, dann wird im Vergleich stattdessen die Ausgangshöhe oder Annäherungshöhe verwendet. Falls die maximale Höhe der oberen Flächen der auf der Palette gestapelten Pakete kleiner als die Grenzwerthöhe ist, ist die Palette frei von Kollisionen mit dem sich bewegenden Objekt. Die maximale Höhe der oberen Flächen der auf einer Palette gestapelten Pakete wird jedes Mal aufgezeichnet, wenn ein neues Paket auf einer Palette gestapelt wird.
Wenn Rotation involviert ist, können die zwei obigen Berechnungen eine Iteration beinhalten. Anfangs wird für die Größe des sich bewegenden Objekts die Größe des kombinierten, beweglichen Objekts für einen Bewegungsweg zwischen der ersten Durchgangsposition und der letzten Durchgangsposition genommen. Unter Verwendung dieser Information wird ein Satz von Eintrittspunkten und Austrittspunkten berechnet. Eine kleinere Größe kann dann auf der Grundlage eines kombinierten, beweglichen Objekts für einen Bewegungsweg zwischen Eintritts- und Austrittspositionen erhalten werden. Das neue bewegliche Objekt kann dazu verwendet werden, eine genauere Grenzwerthöhe zu erhalten.
Falls Palettengrenzen das sich bewegende Objekt kreuzen, wird für jedes Paket in der Palette eine Suche vorgenommen, um eine mögliche Kollision mit dem beweglichen Objekt zu prüfen, dessen Größe oben bestimmt wurde. Für jedes bereits auf der Palette befindliche Paket kann auch eine Eintrittsposition und eine Austrittsposition existieren. Falls eine Eintrittsposition existiert, dann wird die Eintrittsposition zu der Liste der Wegstreckenpositionen hinzugefügt. Es gibt eine Ausnahme im Falle eines Platzierungswegs nahe der Position des Bestimmungsorts. Falls die Kollisionsposition längs der Wegstrecke über die letzte Durchgangsposition hinaus geht, dann kann die Kollisionsposition falsch sein, da das sich bewegende Objekt um den Toleranzwert vergrößert ist. In dieser Situation wird die korrekte Objektform für die Kollisionsprüfung verwendet (anstatt des Vergrößerten, Beweglichen, Rechteckigen Objekts).
Für ein gegebenes gestapeltes Objekt wird üblicherweise eine Austrittsposition existieren, wenn eine Eintrittsposition vorhanden ist. Wenn ein Aufgreifweg betrachtet wird, bei dem das Paket in der Nachbarschaft der Ursprungsposition ist, kann selbst ohne Eintrittsposition dennoch eine Austrittsposition existieren. Wenn eine Austrittsposition gefunden ist, wird auch die Austrittsposition zu der Liste von Wegpositionen hinzugefügt.
h) Paketkollisionsprüfung
Die individuelle Kollisionsprüfung besteht aus zwei separaten Prüfungen entlang zwei orthogonaler Dimensionen. Die zwei orthogonalen Dimensionen sind die vordere/hintere Dimension und die linke/rechte Dimension. Es versteht sich, dass, falls das bewegliche Objekt mit dem gestapelten Paket kollidiert, die Kollision entweder auf der vorderen/hinteren Dimension oder der linken/rechten Dimension auftritt (103B), aber nicht auf beiden.
Es wird nun Bezug auf die 103A–B genommen. Für eine Kollision längs der vorderen/hinteren Dimension kann das bewegliche Objekt an zwei Grenzpositionen sein, wie in 103A gezeigt ist. Diese Grenzpositionen können abhängig von der Bewegungsrichtung entweder die Eintrittsposition oder die Austrittsposition sein. Auf der Basis der geometrischen Größen des Pakets und des beweglichen Objekts kann für den Kontrollpunkt des beweglichen Objekts die Koordinate längs der linken/rechten Dimension berechnet werden. Wie in 103 gezeigt, wird die z-Achse als die vorne/hinten-Richtung definiert und die x-Achse entlang der links/rechts-Richtung. z1 und z2 sind die entsprechenden vorderen und hinteren z-Koordinaten des Pakets. Die z-Koordinate des Kontrollpunkts (Mitte der Bodenfläche) des beweglichen Objekts wird (z1 – w) sein, wenn das bewegliche Objekt auf der unteren Seite ist, und z2, wenn das bewegliche Rechteck auf der oberen Seite ist. Die entsprechende x-Koordinate des Kontrollpunkts kann durch Lösung einer Geradengleichung der Wegstrecke bestimmt werden. Sobald die Kontrollpunktkoordinaten erhalten sind, kann das Steuergerät die zwei x-Grenzkoordinaten entlang der Kontaktlinien längs der x-Richtung berechnen. Falls irgendeine Überlappstrecke längs der horizontalen Richtung zwischen dem beweglichen Rechteck und dem Paket existiert, wird angenommen, dass eine Kollision existiert.
Für eine Kollision längs der linken/rechten Dimension kann die bewegliche Kiste an zwei Grenzpositionen sein, wie in 103B gezeigt ist. Jede Grenzposition kann abhängig von der Bewegungsrichtung entweder eine Eintrittsposition oder eine Austrittsposition sein. Auf der Basis der geometrischen Größen der Pakete und des beweglichen Objekts können die horizontalen Koordinaten des Kontrollpunkts des beweglichen Objekts berechnet werden. Unter Verwendung des gleichen Koordinatensystems wie oben, sind x1 und x2 die entsprechenden x-Koordinaten des Pakets. Die x-Koordinate des definierten Kontrollpunkts wird (x1 – 1/2) sein, wenn das bewegliche Objekt auf der linken Seite ist, und (x2 + 1/2), wenn das bewegliche Objekt auf der rechten Seite ist. Die entsprechende z-Koordinate des Kontrollpunkts kann durch Lösung einer Geradengleichung der Wegstrecke bestimmt werden. Sobald die Kontrollpunktkoordinaten erhalten sind, kann das Steuergerät die z-Grenzkoordinaten entlang der Kontaktlinie berechnen. Falls irgendeine Überlappstrecke längs der vertikalen Richtung zwischen dem beweglichen Objekt und dem Paket existiert, existiert eine Kollision.
i) Kollisionspaketeinfügung
Anfangs gibt es nur zwei Positionen in der Liste, die erste Durchgangsposition und die letzte Durchgangsposition. Die Zwischenspeichereintrittsposition und die Austrittsposition können wie oben erläutert hinzugefügt werden. Später wird für jede Positionseinfügung eine Konsistenzprüfung durchgeführt, um sicherzustellen, dass die geordnete Liste eine "Konvexität" beibehält. Mit anderen Worten, die aufwärts gerichtete konvexe Natur des Wegs wird beibehalten, wenn neue Positionen zu der Liste hinzugefügt werden.
j) Prüfung angrenzender Pakete
Jedes Mal, wenn eine Position eingegeben wird, wird die entsprechende Liste nach einem angrenzenden Paar von Positionen durchsucht, von denen auf Basis der horizontalen Wegstrecke eine unmittelbar davor und eine unmittelbar danach liegt.
Falls die neue Position hinsichtlich der horizontalen Wegstrecke innerhalb einer vordefi nierten Toleranz zu einer der existierenden Positionen in dem Paar liegt, wird sie auf zwei Weisen behandelt. Falls die neue Position niedriger als die existierende Position ist, wird sie ausgeschieden. Ansonsten wird die existierende Höhe auf die neue Höhe angehoben und, wie unten beschrieben, eine Vorwärtssuche und eine Rückwärtssuche durchgeführt.
Falls die Position jenseits der vordefinierten Toleranz ist, wird eine Gerade konstruiert, die durch das existierende Positionspaar läuft. Falls die neue Positionshöhe niedriger oder gleich dieser Geraden ist, wird die neue Position ausgeschieden, ansonsten wird die neue Position eingefügt und eine Vorwärtssuche und eine Rückwärtssuche durchgeführt.
k) Vorwärtssuche
Mit der neu eingefügten Position als Startposition wird die nächste Position als Prüfposition ausgewählt und die Position nach der nächsten Position, falls sie existiert, als Referenzposition ausgewählt. Durch Konstruktion einer Geraden, die durch die Startposition und die Referenzposition läuft, wird geprüft, ob die Prüfposition über der Geraden, unter der Geraden oder auf der Geraden liegt. Falls sie über der Geraden liegt, endet die Suche. Andernfalls wird die Prüfposition aus der Liste entfernt. Die Referenzposition wird dann neu als Prüfposition bezeichnet und die nächste Position wird, falls sie existiert, neu als Referenzposition bezeichnet. Ein neuer Prüfzyklus startet. Dies wiederholt sich, bis für alle Positionen längs der Vorwärtsrichtung Konvexität gegeben ist.
l) Rückwärtssuche
Mit der neu eingefügten Position als Startposition, wird die vorhergehende Position als Prüfposition ausgewählt und die Position vor der vorhergehenden Position wird, falls sie existiert, als Referenzposition ausgewählt. Durch Konstruktion einer Geraden, die durch die Startposition und die Referenzposition läuft, wird geprüft, ob die Prüfposition über der Geraden, unter der Geraden oder auf der Geraden liegt. Falls sie über der Geraden liegt, endet die Suche. Andernfalls wird die Prüfposition aus der Liste entfernt. Die Referenzposition wird dann neu als Prüfposition bezeichnet und die Position vor jener Position wird, falls sie existiert, neu als Referenzposition bezeichnet und der gleiche Zyklus von neuem gestartet. Dies wiederholt sich, bis für alle Positionen längs der Rückwärtsrichtung Konvexität gegeben ist.
m) Vertikale Toleranz
Jede Position in einer geordneten Liste wird mit einem Toleranzwert ergänzt. Dies ist äquivalent zum Anheben der ganzen konvexen Polygonsegmente, die die Positionen in der Liste verbinden, um eine festgelegte Toleranzentfernung, so dass das sich bewegende Objekt weiniger wahrscheinlich mit gestapelten Paketen auf der Zwischenspeicherstaueinrichtung kollidiert. Dies kann auch durch Vergrößerung des beweglichen Rechtecks an der Bodenfläche um eine Kollisionstoleranz erreicht werden.
E. Zeiteffizienz
Das Softwaresystem umfasst die folgenden Komponenten: Software zur Planung der Roboterbewegung, Software zur Interpolation der Roboterbahn, Software zur Steuerung von Peripheriegeräten, Software zur Nachrichtenanzeige und Fehlerbehandlung und Stapelalgorithmen. Die Software zur Planung der Roboterbewegung plant eine Aufgreif- und Platzierungsbewegung auf der Grundlage eines Paketstapelplans und plant jedes Bewegungssegment. Die Software zur Bahninterpolation führt ein geplantes Bahnsegment aus und interpoliert bei jedem Bahnzyklus eine neue Position, um sie an die Servokarten zu übermitteln. Die Software zur Steuerung von Peripheriegeräten koordiniert die Bewegung des Zubringerbandes, der Messstation und der Staueinrichtung. Der Stapelalgorithmus ist Computersoftware, die wie zuvor erläutert einen Paketstapelplan erzeugt. Der Stapelplan diktiert, welches Paket von der Paketstaueinrichtung aufzugreifen ist, wo das Paket auf der Palette zu platzieren ist und welche Paketorientierung zu verwenden ist.
Alle Komponenten werden im Rahmen einer Ausführungsform der Erfindung durch ein auf einem VME-Bus basierendes Steuergerät des Palettierungssystems gesteuert. Im Rahmen dieser Ausführungsform ist die verwendete Hauptprozessorkarte eine Motorola MVME167. Das verwendete Multitasking-Echtzeitbetriebssystem ist pSOS+. Die Steuersoftwares für das Zubringerband, die Messstation, die Staueinrichtung, den Roboter und die Stapelalgorithmen laufen alle auf dieser Karte. Dieser Hauptprozessor kommuniziert mit Galil-Servokarten, um den Kranroboter, die Messstation, das Zubringerband und die Staueinrichtung zu steuern. Er kann ebenso mit einer Matrix-I/O-Karte kommunizieren, um Daten von Wägezellen zu sammeln, die in der Messstation vorhanden sind.
1. Planung der Roboterbewegung
Während eines Aufgreif- und Platzierungsbewegungszyklus wird der Roboter mit maximaler Beschleunigung und Verzögerung entlang aller Bewegungssegmente gesteuert. Das Bewegungsprofil enthält eine Mischung aus rechteckwellenförmiger Beschleunigung/Verzögerung und sinuswellenförmiger Beschleunigung/Verzögerung, die beide auf dem Gebiet der Steuerungstechnik bekannt sind. Für maximale Beschleunigung kann ein Rechteckwellenprofil die Bewegung schneller bewerkstelligen als ein Sinuswellenprofil. Andererseits wird ein Sinuswellenprofil weniger Vibrationen bewirken als ein Rechteckwellenprofil. Während eines Aufgreif- und Platzierungszyklus wird der Kran durchwegs einem Rechteckwellenprofil folgen, mit Ausnahme des letzten Segments des Platzierungszyklus. Auf diesem Segment wird auf ein Sinuswellenprofil umgeschaltet. Dieses Verfahren erzielt eine kurze Zykluszeit, während Platzierungsgenauigkeit bewahrt wird.
2. Zeitliche Anordnung
Bei der ersten Einstellung des Systems werden die Messstation- und die Staueinrichtungbeschickungsprozesse zuerst ausgeführt. Nachdem die Staueinrichtung gefüllt wurde, werden von da an die Paketmess- und Beschickungsprozesse parallel zur Roboterbewegung ausgeführt.
Sobald der Roboter ein Paket von der Staueinrichtung aufgreift und frei von Kollisionen mit benachbarten Paketen ist, beginnt der Paketbeschickungszyklus. Die Paketbeschickung dauert an, bis die Staueinrichtung voll ist; das heißt, das letzte Paket wird teilweise auf der Messstation enden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Dauer des Staueinrichtungbeschickungszyklus kleiner als oder gleich der Dauer des Aufgreif- und Platzierzyklus gehalten. Wenn der Roboter zurückkommt und ein neues Paket aufgreift, muss das Steuergerät prüfen, ob die Staueinrichtungsbeschickung erledigt ist, bevor er auf das Paket niedergeht. Falls die Staueinrichtungsbeschickung nicht erledigt ist, wird der Roboter untätig sein und der Stapelzyklus verzögert. Wenn ein relativ großes Paket von der Staueinrichtung entfernt wird, wird die Lücke typischerweise durch ein oder zwei Pakete gefüllt. Gelegentlich sind drei Pakete erforderlich, um die Lücke zu füllen, wenn sie klein sind; dies ist jedoch unwahrscheinlich.
Das nächste Paket wird dann an der Ausgabekante des Zubringerbandes zugeführt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Kamera an dem Zubringerband installiert, um als Verzögerungssensor zu dienen. Der Ort des Verzögerungssensors ist so positioniert, dass, wenn ein Paket von diesem Punkt an langsamer zu werden beginnt, es an der Ausgangskante des Zubringerbandes stoppen wird. Der Computer wird den Verzögerungssensor überwachen und das Zubringerband stoppen, wenn ein neues Paket ankommt. Bei dieser Anordnung wird jedes Mal, wenn ein vorhergehendes Paket die Messung überstanden hat, eine minimale Strecke zurückgelegt, um das nächste Paket auf die Messstation zu bewegen.
3. Ein-Paket-Voraus-Planung
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung läuft der Stapelentscheidungsvorgang parallel zu der Roboterbewegung und der Beschickung ab. Der Stapelentscheidungsvorgang bereitet einen Stapelplan dafür vor, welches Paket von der Staueinrichtung zu greifen ist, wo es auf der Palette zu platzieren ist sowie welche Orientierung zu verwenden ist. Sobald der Roboterbewegungsplaner den Stapelplan entgegennimmt, beginnt der Stapelentscheidungsvorgang, eine nächste Platzierung zu berechnen.
Der Stapelentscheidungsvorgang nutzt ein Ein-Paket-Voraus-Geometriemodell für die Zwischenspeicherstaueinrichtung und die Palette. Physisch hat der Robotergreifer gerade die Platzierung des letzten Pakets beendet und gerade begonnen, sich zum Zwischenspeicher zu bewegen, um ein geplantes Paket aufzugreifen. In dem Ein-Paket-Voraus-Modell wird jedoch unterstellt, dass das Paket aus dem Zwischenspeicher entnommen und auf der Palette platziert wurde. Auch von dem Positionsversetzen der Pakete in der Staueinrichtung wird unterstellt, dass sie abgeschlossen wurde. Auf der Grundlage dieses Ein-Paket-Voraus-Modells wird ein nächster Stapelplan berechnet.
Wenn ein Roboter das Platzieren des aktuellen Pakets beendet, wurde die nächste Paketauswahl bereits vorbereitet, so dass keine Wartezeit vergeudet wird.
4. Multitasking
Wie zu sehen ist, werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl verschiedener Aufgaben ausgeführt, was in einem derartigen Echtzeitbetriebssystem Schwierigkeiten hervorrufen kann. Es versteht sich, dass es nachteilig sein kann, wenn das System "warten" muss, dass Berechnungen ablaufen, bevor die Befahrung eines Aufgreif- oder Platzierungswegs gestattet ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann ein Prioritätsvorgabe für Steueraufgaben den Computer effizient nutzen und dadurch Berechnungsverzögerungen im Stapelzyklus reduzieren oder beseitigen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung gibt es, wie in 106 gezeigt ist, 6 Softwareaufgaben, die auf einem Prozessor laufen können: Stapelaufgabe, Planungsaufgabe, Bahnaufgabe, Peripheriegeräte-Aufgabe, Druckaufgabe und Fehlerbehandlungsaufgabe.
Die Stapelaufgabe erstellt einen Paketstapelplan, der beinhaltet, welches Paket aus dem Zwischenspeicher aufzugreifen ist, wo das Paket im Stapel zu platzieren ist und welche Orientierung zu verwenden ist. Dieser Plan beinhaltet den zuvor erläuterten Stapelprozess. Die Planungsaufgabe plant die zuvor erläuterte Aufgreif- und Platzierungssequenz des Roboterarms und führt sie aus. Die Planungsaufgabe kann auch darauf ausgeweitet werden, die Nutzerschnittstelle zu betreiben. Die Bahnaufgabe handhabt die Echtzeitinterpolation der Bewegungssegmente, wie unter Bezug auf die Planung des Platzierungswegs und des Aufgreifwegs erläutert wurde. Zeitkritische Verwaltungsaufgaben wie das Prüfen, ob ein E-STOP Knopf gedrückt wurde, sind auch in dieser Aufgabe implementiert. Die Peripheriegeräte-Aufgabe handhabt die Steuerung der Zubringerfördereinrichtung, der Messstation und der Staueinrichtung. Die Druckaufgabe schickt alle Meldungen auf einen Bildschirm oder an eine LED. Die Fehlerbehandlungsaufgabe wird aktiv, wenn ein E-STOP Knopf durch die Bedienungsperson gedrückt wird oder wenn Hardware- oder Softwarefehler auftreten.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung erfolgt eine relative Prioritätszuweisung der Aufgaben. Die CPU-Zeit wird auf der Basis von Aufgabenpriorität zugemessen: jedes Mal, wenn eine Aufgabe hoher Priorität zur Ausführung bereit ist, wird eine laufende Aufgabe niedriger Priorität unterbrochen und Rechenzeit dieser Aufgabe hoher Priorität zugewiesen. Jeder der obigen Aufgaben wird eine unterschiedliche Priorität zugewiesen. Die Bahnaufgabe trägt die höchste Priorität, gefolgt von der Fehlerbehandlungsaufgabe, der Messstationsaufgabe, der Planungsaufgabe, der Stapelaufgabe und der Druckaufgabe. Jedes Mal, wenn eine bestimmte Aufgabe hoher Priorität abgeschlossen ist, wird die CPU-Zeit sofort zu einer Aufgabe niedriger Priorität verschoben.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist eine Ausführungszeitanordnung vorgesehen. Wie in der Anordnung 2000, 106, gezeigt ist, wird eine Aufgabe hoher Priorität jedes Mal, wenn sie freiwillig schläft, CPU-Zeit abgeben. Sie verbleibt so, bis sie durch eine externe Aufgabe geweckt wird. Eine Aufgabe hoher Priorität wird ebenso CPU-Zeit abgeben, wenn sie auf ein Ereignis wartet. Sie verbleibt so, bis sie von einer anderen Aufgabe ein derartiges Ereignis empfängt.
Wie durch 2010 in 107 gezeigt ist, wird die Stapelaufgabe, nachdem sie bei 2012 einen Aufgreif- und Platzierungsplan erzeugt hat, ein "Ereignis" an die Planungsaufgabe 2013 senden, das es ihr gestattet zu laufen und bei 2014 zu schlafen, um Computerzeit abzugeben. Sie wird ihren Zyklus wieder aufnehmen, wenn die Planungsaufgabe den aktuellen Stapelplan angenommen hat.
Wie in 108 gezeigt ist, wird die Planungsaufgabe nicht laufen, es sei denn, sie empfängt von der Stapelaufgabe einen Paketstapelplan. Nach dem Empfang des Plans wird die Planungsaufgabe die Stapelaufgabe aufwecken, um einen Stapelplan für das nächste Paket zu entwickeln. Die Planungsaufgabe plant dann Aufgreif- und Platzierbewegungssequenzen und führt sie aus. Jeder Schritt in den Sequenzen beinhaltet typischerweise eine Bewegungssegmentplanung. Nach der Planung eines Bewegungssegments wird die Planungsaufgabe schlafen bis sie durch eine Bahnaufgabe geweckt wird. Unmittelbar bevor ein Paket von der Staueinrichtung gegriffen wird, wartet die Planungsaufgabe auf ein Staueinrichtung-erledigt-Ereignis. Unmittelbar nach dem Anheben eines Pakets wird eine Planungsaufgabe die Peripheriegeräte-Aufgabe wecken, um das nächste Paket zuzuführen.
Wie durch 2030 in 109 gezeigt ist, wird ein Unterbrechungstaktsignal in einem festen Intervall, wie beispielsweise 32 Millisekunden, die Bahnaufgabe wecken. Sobald sie aktiviert ist, wird die Bahnaufgabe Roboterbahnpositionen aktualisieren, wenn das aktuelle Segment noch nicht beendet ist, oder zum nächsten geplanten Segment übergehen. Auf der Grundlage der (in dem Computerspeicher gespeicherten) Instruktionen von der Planungsaufgabe, kann die Bahnaufgabe die Planungsaufgabe entweder, wenn alle geplanten Bewegungssegmente erledigt sind, oder unmittelbar nach dem Übergang auf das nächste Bewegungssegment aufwecken. Die Bahnaufgabe führt dann verschiedene Verwaltungsaufgaben aus und schläft ein.
Wie durch 2040 in 111 gezeigt ist, wird die Peripheriegeräte-Aufgabe ein Bewegungsprogramm starten, um bei 2041 ein Paket zuzuführen und zu vermessen. Das Bewegungsprogramm läuft in der Servokarte. Während der Ausführung des Programms ist die Peripheriegeräte-Aufgabe die meiste Zeit im Schlaf-Modus. Wenn kritische Positionen erreicht werden, wird sie durch die Servokarte geweckt, um mit der Servokarte Daten auszutauschen oder bei 2042 Sensordaten zu lesen. Dieser Prozess wird sich wiederholen, bis die Staueinrichtung voll ist. Dann wird die Peripheriegeräte-Aufgabe bei 2044 ein Ereignis an die Planungsaufgabe schicken und schlafen, bis sie das Ereignis von der Planungsaufgabe zurückbekommt.
Wie in 112 gezeigt ist, zeigt die Druckaufgabe bei 2052 solange Meldungen an, wie es welche gibt. Diese Aufgabe wird nur ausgeführt, wenn der Rest der Aufgaben nicht läuft. Falls das System weitere Aufgaben niedriger Priorität aufnehmen soll, kann das oben verwendete Schlaf- und Aufweck-Verfahren auf die Druckaufgabe ausgeweitet werden.
Wie in 113 gezeigt ist, läuft die Fehlerbehandlungsaufgabe normalerweise nicht. Sie wird durch einen außerordentlichen Fehler geweckt, um bei 2062 Fehler zu behandeln. Nach der Verarbeitung bleibt sie bei 2061 schlafen.
F. Fehlerkorrektur
Es versteht sich, dass wenn Pakete in Linienkontakt platziert werden, sie komprimiert oder etwas gegenüber ihren ursprünglichen Abmessungen, die weiter stromaufwärts abgelesen wurden, deformiert werden können. Daher kann die Iststaulinienlänge (die Istlänge der Staulinie von Paketen von Ende zu Ende) von der Summe der zuvor gemessenen "Nennlängen" der Pakete abweichen. Wenn der Greifer sich daher nur auf die vorherigen individuellen Messungen verließe, um ein bestimmtes Paket aufzugreifen, könnte er ungünstigerweise um eine Fehlerentfernung "ab" liegen falls, zum Beispiel, lineare Kompression die Iststaulinienlänge kleiner als die Summe der Nennlängen hat werden lassen. Es wird nun Bezug auf die 114–117 genommen, um ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Auswahl einzelner Pakete aus einer Staupaketlinie zu veranschaulichen, die eine Fehlerkorrektur beinhalten, um den Unterschied zwischen den Längen der Pakete vor der Stauung und ihren Istlängen zu der Zeit, da sie gestaut sind, zu berücksichtigen.
Wie in 114 gezeigt ist, befindet sich eine Gruppe 1140 von Paketen "A", "B", "C" und "D" in Linienkontakt entlang ihrer Längen auf einer Staufördereinrichtung, wobei das zuerst gestaute Paket A an einem Referenzanschlag 1141 bekannten Ortes ist und zumindest die Pakete "A", "B", "C" und "D" in seitlichem Kontakt mit einer seitlich ausrichtenden Seitenausrichtungsführung 1142 sind. Es versteht sich, dass der Begriff "Länge" relativ in Bezug auf die Orientierung der Pakete ist, die vorliegt, wenn sie auf die Staueinrichtung geladen werden. Das letzte Paket D auf der Fördereinrichtung befindet sich im Weg b eines Entfernungssensors S, der in einem Winkel ☐ zur X-Achse liegt, die die Achse ist, längs der alle Entfernungen im folgenden gemessen werden. Durch das Erfassen der Entfernung "d" von dem Sensor "S" und der Berechnung des Kosinus von ☐, kann die "X"-Komponente der Entfernung "d" bestimmt werden. Eine derartige Kenntnis gestattet kombiniert mit den Abmessungen der Staufördereinrichtung die Berechnung der Istlinienlänge der Pakete auf der Staufördereinrichtung. Die Kenntnis der Nennlängen einzelner Pakete durch eine (nicht gezeigte) stromaufwärtige Messfördereinrichtung gestattet die Berechnung der Nennlinienlänge der Pakete A, B, C und D. Die Differenz zwischen diesen zwei Werten ist der Istlinienfehler oder Gesamtfehler "e". Dieser Fehler wird mit Grenzwerten verglichen, wie +1,2 Zoll und –1,5 Zoll, und falls der Fehler einen dieser Grenzwerte übersteigt, wird ihm der Wert des überschrittenen Grenzwerts zugewiesen.
An diesem Punkt ist das System für die Entnahme eines weiteren Pakets vorbereitet und daher am Beginn seines Zyklus. Wie in 115 gezeigt ist, wird dann ein Paket wie beispielsweise "B" aus der Line entnommen werden und ein anderes Paket "E" in Linienkontakt mit den anderen Paketen platziert. Der Fehler "e" wird dann neu berechnet und ein weiteres Paket entnommen (z. B. Paket "D") und durch ein Paket wie beispielsweise "F" ersetzt, um zu der in 116 gezeigten Konfiguration zu kommen.
Nachdem der Fehler "e" berechnet wurde, entfernt dann, wie zuvor erläutert wurde, der Greifer ein Paket aus der Gruppe auf der Staufördereinrichtung gestauten Pakete. Es ist erwünscht, zur konsistenten stromabwärtigen Platzierung der ergriffenen Pakete so genau wie möglich die Mitte der Pakete (zumindest in "x"-Richtung) zu kennen. Aus diesem Grund wird der Fehler "e" proportional auf die Pakete in den Linien aufgeteilt, wie in 117 gezeigt ist, wobei:
e = Gesamtfehler (wie durch 114 berechnet)
i = Paketnummer (#6 in 117)
N = Gesamtzahl der Pakete (#7 in 117)
q = individuelle Paketfehlerschätzung
Es versteht sich, dass diese Berechnung den Gesamtfehler "e" im Grunde proportional auf die Pakete zwischen dem ersten und letzten Paket in der Linie verteilt, ohne den Ort dieser dazwischenliegenden Pakete zu messen.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Verwendung eines "Wichtungssystems", um einen Gewichteten Istlinienfehler "e'" zu berechnen. Wie unter Bezug auf die 114–116 erläutert wurde, wird ein Istlinienfehler "e" während jedes Betriebszyklus berechnet. Im Falle eines Betriebs im Gleichgewicht, können drei aufeinander folgende Istlinienfehler dazu verwendet werden, einen "gewichteten" Fehler "e'" zu berechnen. Dieses e' wird durch folgende Formel berechnet: e' = 0,2(e[t – 2]) + 0,3(e[t – 1]) + 0,5(e[t])wobei t = aktueller Zyklus
t – 1 = vorhergehender Zyklus
t – 2 = ein Zyklus vor dem vorhergehenden Zyklus
Wie zu sehen ist, weist diese Formel dem jüngsten Fehler mehr Gewicht zu, sieht zugleich aber ein gewisses, wenn auch kleineres Gewicht für frühere Fehler vor.
Zusammenfassend zeigt sich, dass der obige, in Verbindung mit den 114–117 beschriebene Prozess ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Auswahl einzelner Pakete aus einer gestauten Paketlinie bereitstellt, die Fehlerkorrektur beinhalten, um die Differenz zwischen den Längen der Pakete vor der Stauung und ihren Istlängen zu der Zeit, da sie gestaut sind, zu berücksichtigen.

Claims

Verfahren zum Auswählen einzelner Pakete (A, B, ...) von einer Staupaketlinie, die aus mehreren entlang ihren Längen in Linienkontakt stehenden Paketen besteht, wobei die Staupaketlinie an ihren gegenüberliegenden Enden ein erstes und ein zweites Endpaket (A, D) enthält, die eine entsprechende erste und zweite nach außen gegenüberliegende Fläche definieren, wobei der Istabstand zwischen den nach außen gegenüberliegenden Flächen die Istgesamtlänge der Staupaketlinie definiert, wobei die Staupaketlinie des Weiteren mindestens ein Zwischenpaket (B, C) enthält, das sich zwischen den Endpaketen befindet, wobei man bei dem Verfahren: a) eine gemeinsame Abmessung mehrerer Pakete als „Nennlänge" jedes der Pakete bestimmt; b) nach Schritt „a" die Staupaketlinie als mehrere in Linienkontakt stehende Pakete staut, so dass die gemeinsamen Istabmessungen der Pakete miteinander kombiniert werden und so die Istlinienlänge der Staupaketlinie umfassen; c) die Istlinienlänge der Staupaketlinie durch Messung des Abstands zwischen der ersten und der zweiten nach außen gegenüberliegenden Fläche misst; d) die Differenz zwischen der Iststaupaketlinienlänge und der Summierung der Nennlinienlängen aller Pakete in der Linie als einen „Istlinienfehler" (e) bestimmt; e) einen Teil des Istlinienfehlers einem der Zwischenpakete in der Linie zuordnet; und f) einen Greifer anweist, sich zur Aufnahme des einen Zwischenpakets zu bewegen, wobei diese Anweisungen zumindest teilweise auf den Nennlängenmessungen und dem dem Zwischenpaket zugeordneten Teil des Istlinienfehlers basieren.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Messung der Istlinienlänge der Staupaketlinie durch Drücken der ersten gegenüberliegenden Fläche des ersten Pakets gegen eine Bezugsanschlagsfläche (1141) bekannter Position und durch Messen des Abstands der zweiten gegenüberliegenden Fläche des zweiten Pakets (P) bezüglich der Bezugsanschlagsfläche erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der dem Zwischenpaket zugeordnete Teil des Istlinienfehlers direkt von der Anzahl von Paketen zwischen der Bezugsanschlagsfläche und dem Zwischenpaket abhängt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Verfahren an einer Staupaketlinie durchgeführt wird, bei der das Zwischenpaket in direktem Kontakt mit mindestens einem der Endpakete steht.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Verfahren an einer Staupaketlinie durchgeführt wird, bei der das Zwischenpaket nicht in direktem Kontakt mit einem der Endpakete steht, sondern mindestens ein Paket zwischen dem Zwischenpaket und jedem der Endpakete aufweist.
Verfahren zum Auswählen einzelner Pakete (A, B, ...) von einer Staupaketlinie, die aus mehreren entlang ihren Längen in Linienkontakt stehenden Paketen besteht, wobei die Staupaketlinie an ihren gegenüberliegenden Enden ein erstes und ein zweites Endpaket (A, D) enthält, die eine entsprechende erste und zweite nach außen gegenüberliegende Fläche definieren, wobei der Istabstand zwischen den nach außen gegenüberliegenden Flächen die Istgesamtlänge der Staupaketlinie definiert, wobei die Staupaketlinie des Weiteren mindestens ein Zwischenpaket (B, C) enthält, das sich zwischen den Endpaketen befindet, wobei man bei dem Verfahren: a) eine gemeinsame Abmessung mehrerer Pakete als „Nennlänge" jedes der Pakete bestimmt; b) nach Schritt „a" die Staupaketlinie als mehrere in Linienkontakt stehende Pakete staut, so dass die gemeinsamen Abmessungen der Pakete miteinander kombiniert werden und die Istlinienlänge der Staupaketlinie umfassen; c) die Istlinienlänge der Staupaketlinie durch Messung des Abstands zwischen der ersten und der zweiten nach außen gegenüberliegenden Fläche misst; d) die Differenz zwischen der Iststaupaketlinienlänge und der Summierung der Nennlinienlänge aller Pakete in der Linie als einen „Istlinienfehler" (e) bestimmt; e) einen Teil des Istlinienfehlers einem der Zwischenpakete in der Linie zuordnet; und f) einen Greifer anweist, sich zur Aufnahme des Zwischenpakets zu bewegen, wobei diese Anweisungen zumindest teilweise auf den Nennlängenmessungen und dem dem Zwischenpaket (P) zugeordneten Teil des Istlinienfehlers basieren; g) ein anderes Paket (E) staut, um eine modifizierte Staupaketlinie zu bilden; h) die Istlinienlänge der modifizierten Staupaketlinie misst; i) die Differenz zwischen der modifizierten Staupaketlinie und der Summierung der Nennlinienlängen aller Pakete in der modifizierten Staupaketlinie als einen zweiten „Istlinienfehler" bestimmt; j) einen gewichteten Istlinienfehler in Abhängigkeit von dem in Schritt „d" bestimmten Ausgangsistlinienfehler und dem in Schritt „i" bestimmten zweiten Istlinienfehler bestimmt; k) einen Greifer anweist, sich zur Aufnahme eines anderen Zwischenpakets (P) zu bewegen, wobei diese Anweisungen zumindest teilweise auf den Nennlängenmessungen und dem dem Zwischenpaket zugeordneten Teil des Istlinienfehlers basieren.
Vorrichtung zum Auswählen einzelner Pakete (A, B, ...) von einer Staupaketlinie, die aus mehreren entlang ihren Längen in Linienkontakt stehenden Paketen besteht, wobei die Staupaketlinie an ihren gegenüberliegenden Enden ein erstes und ein zweites Endpaket (A, D) enthält, die eine entsprechende erste und zweite nach außen gegenüberliegende Fläche definieren, wobei der Istabstand zwischen den nach außen gegenüberliegenden Flächen die Istgesamtlänge der Staupaketlinie definiert, wobei die Staupaketlinie des Weiteren mindestens ein Zwischenpaket (B, C) enthält, das sich zwischen den Endpaketen befindet, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: a) ein Mittel zum Bestimmen einer gemeinsamen Abmessung mehrerer Pakete als „Nennlänge" jedes der Pakete (P); b) ein Mittel zum Stauen der Staupaketlinie als mehrere in Linienkontakt stehende Pakete, so dass die gemeinsamen Abmessungen der Pakete miteinander kombiniert werden und so die Istlinienlänge der Staupaketlinie umfassen; c) ein Mittel zum Messen der Istlinienlänge der Staupaketlinie durch Messung des Abstands zwischen der ersten und der zweiten nach außen gegenüberliegenden Fläche; d) ein Mittel zum Bestimmen der Differenz zwischen der Iststaupaketlinienlänge und der Summierung der Nennlinienlänge aller Pakete in der Linie als einen „Istlinienfehler" (e); e) ein Mittel zum Zuordnen eines Teils des Istlinienfehlers zu dem Zwischenpaket in der Linie; f) ein Greifmittel zur Aufnahme des Zwischenpakets, und g) ein Greifersteuermittel zum Anweisen eines Greifers, sich zur Aufnahme des Zwischenpakets zu bewegen, wobei diese Anweisungen des Greifersteuerungsmittels zumindest teilweise auf die Nennlängenmessungen und den dem Zwischenpaket zugeordneten Teil des Istlinienfehlers reagieren.
Vorrichtung nach Anspruch 7, die weiterhin eine Bezugsanschlagsfläche (1141) umfasst und wobei die Messung der Istlinienlänge der Staupaketlinie durch Drücken der ersten gegenüberliegenden Fläche des ersten Pakets gegen eine Bezugsanschlagsfläche bekannter Position und durch Messen des Abstands der zweiten gegenüberliegenden Fläche des zweiten Pakets bezüglich der Bezugsanschlagsfläche erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der der dem Zwischenpaket zugeordnete Teil des Istlinienfehlers direkt von der Anzahl von Paketen zwischen der Bezugsanschlagsfläche und dem Zwischenpaket abhängt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, die auf eine Staupaketlinie einwirkt, bei der das Zwischenpaket in direktem Kontakt mit mindestens einem der Endpakete steht.
Vorrichtung nach Anspruch 7, die auf eine Staupaketlinie einwirkt, bei der das Zwischenpaket nicht in direktem Kontakt mit einem der Endpakete steht, sondern die mindestens ein Paket zwischen dem Zwischenpaket und jedem der Endpakete aufweist.