NL1028330C2 - Smart Shelf. - Google Patents

Description

- 1 - "Smart Shelf" 5 De uitvinding heeft betrekking op een winkelrek, waarmee snel een groot aantal RF ID labels gelezen kan worden. De uitvinding voorziet in een compacte en gemakkelijk te installeren oplossing.

Een voor de hand liggende oplossing om de artikelen op 10 een plank te inventariseren is met een RFID reader met een grote detectie antenne achter het schap. Hiermee worden de RFID labels van de producten gelezen. Er komt echter direct een aantal nadelen van deze oplossing naar voren. Het detectiegebied is niet scherp afgebakend, de grens tussen óp 15 de plank en van de plank af is niet scherp te trekken. Klantgerichte actie, gebaseerd op het wegpakken van een artikel uit het winkelrek, vraagt een snelle reactie van het systeem, en een afgebakend werkgebied. Bovendien zijn er in zo'n opstelling met een enkelvoudige antenne, posities waar 20 de labels niet koppelen met de antenne, en derhalve niet gezien worden.

Van belang is hier ook een protocol waarmee snel scannen van vele labels mogelijk is. In WO 2004/012134 (Philips)'wordt zo'n protocol beschreven. Bekend zijn ook de 25 gegevens van een aantal IC's van Philips met zo'n protocol: I.CODE EPC smart label IC, en heel verwant hieraan is I.CODE UID Smart label IC. Bij dit protocol kiest het label voor een response in een tijdslot. Het aantal tijdsloten waaruit gekozen mag worden, wordt bij het uitleescommando door de 30 reader naar het label gestuurd. De kans dat verschillende labels eenzelfde tijdslot kiezen, hangt af van het aantal labels in het veld en het aantal tijdsloten dat beschikbaar gesteld wordt. Echter veel tijdsloten gebruiken duurt lang; 1028330- - 2 - dit maakt het systeem traag. Bij weinig tijdsloten is er veel kans op collisions, en moet de multiscan herhaald worden, hetgeen ook weer extra tijd kost. Een grote ontvang-antenne, die al dan niet gecombineerd kan zijn met de zend-5 antenne om het magneetveld dat de labels activeert op te wekken, koppelt met alle labels die binnen bereik zijn. Op deze antennespoel staat de response van alle labels die actief zijn. Er zullen in het algemeen veel collisions optreden, en er zijn meerdere scans nodig om alle labels te 10 detecteren. Het gebruik van kleine separate ontvangantenne-spoelen die niet koppelen met de zendspoel maakt het mogelijk om een ruimtelijke scheiding van transponders te vertalen in signaalsterkteverschillen op deze ontvang-spoelen. Hierdoor wordt het mogelijk om de leessnelheid van 15 transponders op te voeren. Dit principe is bekend uit WO. 94/19781 (NEDAP), echter alleen in combinatie met een enkelvoudige zendspoel. Ook is hier voorzien in het gelijktijdig lezen van labels volgens het zogenaamde "tag talks first" principe. Bij de onderhavige uitvinding gaat 20 het om een "reader talks first" protocol.

In EP 1 298 573 (3 M) wordt een RFID systeem met vele antennes beschreven. De afstand tussen een RFID label in een boek en één van de vele antennes is klein. Één voor één wordt één van de vele antennes geselecteerd, en zodoende kan 25 een RFID tag in de nabijheid gelezen worden. Door het sequentiële karakter van deze aanpak is het systeem traag en niet geschikt voor snelle inventarisatie van alle labels. Bovendien wordt er van uitgegaan dat de labels in een boek zitten en dus een bekende oriëntatie hebben.

30 Synchronisatie van de draaggolf van meerdere zenders die in eikaars bereik staan, is op zich bekend, zie ÜS 57988709 (TI) waarin een master RF module wordt gebruikt om meerdere lezers te sturen.

1028330- - 3 -

Antennes met meerdere lussen zijn bekend uit EP 0956613 (Checkpoint). Hierin wordt een aantal varianten op een 8-vormige antennespoel gepresenteerd. Onder meer wordt naast de gebruikelijke serieschakeling van de twee lussen van de 5 8-vorm een parallelle aansturing van de twee deellussen voorgesteld.

In EP 1 489684 (Sensormatic) is een antennesysteem beschreven waarbij het effect van nulzones geminimaliseerd wordt. Hiertoe wordt het veld van een 0-vormige antenne 10 gecombineerd met dat van een 8-vormige waarbij omgeschakeld wordt tussen aansturing van de 8-vorm in fase en aansturing in tegenfase. Dit is zeer verwant aan US 4 679 046 (Senelco). Hierin beschrijven Curtis en Jordan een soortgelijke antenneconstructie, echter met het verschil dat 15 hier de 0- en 8-antennes met 90 graden faseverschil worden aangestuurd, teneinde in het vlak voor de antennes een draaiveld te verkrijgen. Bij beide octrooien liggen de zendspoelen in één vlak.

In US 6081238(Sensormatic)en US 620856 Sensormatic) 20 beschrijft Jorge Alicot een antenneconfiguratie voor een EAS systeem die een verbeterde verdeling van het ondervraagveld geeft. Hier wordt een zendantenne gebruikt die bestaat uit antennelussen die naast elkaar in één vlak liggen. Bij EAS systemen zorgt de beweging van een label bij passage door de 25 uitgangspoort er voor, dat er een grote kans is dat er een punt bereikt wordt waar de magnetische koppeling met de antennes voldoende groot is om een label te detecteren. De richting van het magneetveld moet overeenstemmen met de oriëntatie van het label. In de Sensormatic octrooien wordt 30 voor dit probleem een oplossing geboden door een aantal zendantennes met steeds 90 graden faseverschil aan te sturen, zodat bij het passeren van een doorgang de kans 1028330- - 4 - groot is dat er voldoende koppeling is voor detectie van het label.

Bij het scannen van vele labels op een schap bewegen de labels in het algemeen niet, de smart shelf voorziet in een 5 oplossing om een dusdanig magneetveld te maken dat alle labels gedetecteerd worden. Het niet detecteren van een label geeft meteen een fout in de inventarislijst. Een actie die gestuurd wordt door het verwijderen van een label is zinloos als er niet echt een product met label van het schap 10 gepakt wordt. Van labels met een marginale detectiekans, dit wordt bij gehouden in het percentage van het aantal scans waarin het label gedetecteerd is, doet de smart shelf eerst nog enige singlescans voordat er aan het hogere systeem wordt doorgegeven dat een label verdwenen is.

15 Om een rek vol artikelen succesvol te scannen, is het nodig dat op elk punt van het rek aan deze eis wordt voldaan. Er moet in elke mogelijke veldrichting een minimale grootte van de x, y en z component van de magnetische veldsterkte gegenereerd worden. Met een enkelvoudige spoel 20 is dit niet haalbaar.

In de smart shelf zijn in de schappen van een rek antennes opgenomen, zodanig dat tussen de schappen een draaiveld ontstaat. De set spoelen in de ene plank levert daartoe een veld dat op sommige plaatsen evenwijdig aan het schap is. De 25 set spoelen in de buurt plank levert een veld dat op deze plaatsen juist hier loodrecht op staat. Door beide sets spoelen met 90 graden faseverschil te sturen ontstaat er een draaiveld tussen de schappen. Dit heeft een groot voordeel boven omschakelen van de velden van de twee stelsel, immers 30 nu kunnen in één multiscan alle labels die koppelen met de ene of met de andere set antennes gelezen worden. Een grote snelheidswinst.

1028330- - 5 -

Dit draaiveld vormt een gekromd vlak. Er zijn nog steeds labeloriëntaties mogelijk die niet koppelen met de antennes.

Hiertoe voorziet de uitvinding in een tweede set antennes 5 per plank. Deze set is verschoven ten opzichte van de eerste set en door ook hier de 90 graden faseverschil in de aansturing te brengen ontstaat er een tweede draaiveld met een andere oriëntatie. Omschakelen tussen deze twee draaivelden geeft een zeer goede dekking van de ruimte 10 tussen de planken. De antennestelsels kunnen ook nog in fase en in tegenfase aangestuurd worden. Dit geeft magneetvelden met nog andere oriëntatie, waardoor uiteindelijk de detectiekans van labels nog groter wordt.

Voor de hand liggende variaties, zoals niet het omschakelen 15 maar bij schakelen van een andere configuraties vormt ook deel van de uitvinding.

Samenwerkende planken volgens de uitvinding maakt het noodzakelijk dat de freguentiereferentie van de verschillende samenwerkende planken synchroon is.

20 Aan de zendspoelen is een ontvangkanaal gekoppeld; immers labels die koppelen met de zendspoel voor energieoverdracht, zullen ook hun modulatie op deze spoelen zetten. Echter alle labels van het hele schap doen dit, zodat er grote kans is op collisions bij multiscan. Naast de stelsels zendspoelen 25 is in de schappen een aantal kleine ontvangantennes opgenomen. Deze antennes koppelen bij voorkeur niet met de zendspoelen om in de multiscan mode een aantal parallelle leeskanalen te kunnen vormen.

De modulatie van een label kan zowel op een van de 30 ontvangantennes in de plank boven het label als op een van de antennes in de plank onder het label ontvangen worden. Indien er meerdere labels gelijktijdig actief zijn, zal meestal de signaalsterkte van de labels in de 1028330“ - 6 - ontvangantennes ongelijk zijn. Er is een goede kans dat op één van de ontvangkanalen het sterkste signaal zoveel sterker is dan de anderen samen, dat betrouwbare detectie mogelijk is.

5 De plaats en oriëntatie van de label op het schap zijn bepalend voor welk ontvangkanaal uiteindelijk de code ontvangt.

Door het gebruikte draaiveld van de zendspoelen is de fase van het retoursignaal van het label afhankelijk van zijn 10 oriëntatie. Om goed te kunnen detecteren is een faseonafhankelijke ontvanger nodig. In de smart shelf wordt met een kwadratuurdetector de informatie uit de beide label-zijbanden teruggewonnen. Door productiespreiding van labels, of door verstemming van de labels door bijvoorbeeld metalen 15 voorwerpen die vlak bij de labels liggen, zal er ook een verschil in de sterkte van de zijbanden ontstaan. In de smart shelf worden beide zijbanden onafhankelijk verwerkt, en uiteindelijk wordt de beste gebruikt.

De signaalsterkte is een maat voor de afstand van een label 20 tot de antennes, en de fase van het labelsignaal is afhankelijk van de oriëntatie van het label. Vaak zal een label op meerdere van de parallelle ontvangkanalen gedetecteerd worden. Alle informatie van een label, ontvangkanaalnummer, sterkte van de hoge zijband, sterkte 25 van de lage zijband, fase van het labelsignaal, en de veld configuratie waarin de labels gezien zijn, worden real time bij gehouden in de smart shelf controller. Bovendien wordt per label bijgehouden welk percentage van de scans succesvol is. De gegevens uit deze lijst worden voor twee doeleinden 30 gebruikt. Ten eerste wordt op grond van de lijstgegevens een optimale scan strategie bepaald. Voor de multiscan is het aantal aanwezige labels bepalend voor het optimale aantal tijdsloten. Met behulp van de tabelinhoud bepaalt de 1028330" - 7 - controller het optimale aantal tijdsloten voor de multiscan. Uitgangspunt hierbij is dat er in een normale bedrijfssituatie vaak een stationaire situatie is.

Om labels waarvan de ID al bekend is te scannen 5 voorziet het labelprotocol van de Philips I.CODE UID of I.CODE EPC IC's over een optie om een masker in de commando's op te nemen zodat uitsluitend de labels waarvan het masker past met zijn ID code reageren. In de meest extreme situatie is het masker de gehele ID code. We spreken 10 dan van pingen of ook wel van single scan. Een belangrijke eigenschap van single scan is dat er geen collisions optreden en dat het veel sneller werkt dan multiscan. Bijvoorbeeld een multiscan voor 64 tijdsloten duurt ongeveer 300 ms. Met single scan zijn tot ca. 150 labels per seconde 15 te lezen.

In de smart shelf wordt dynamisch omgeschakeld tussen deze twee strategieën. Om nieuwe labels te detecteren wordt de multiscan gebruikt, om te controleren of een label nog aanwezig is wordt de single scan gebruikt. De parameters van 20 de scans worden gestuurd door de voorgeschiedenis, de gegevens uit de tabel.

Een tweede gebruik van de tabel is om de informatie te gebruiken om de positie van een label te bepalen. De positie van een label legt eenduidig en relatief eenvoudig 25 berekenbaar vast welke signaalsterkte, fase en ontvangkanalen hierbij horen. Het omgekeerde probleem, vanuit deze gegevens de positie van het label bepalen, is veel moeilijker. In de smart shelf wordt een neuraal netwerk gebruikt om vanuit de tabeldata positie te bepalen. Het 30 inverse probleem oplossen, levert de gegevens waarmee het neuraal netwerk getraind wordt.

1028330 - 8 -

Aan de hand van de figuren wordt de antenneconstructie van de smart shelf verder verduidelijkt.

Fig 1 is een schematische weergave van antennestelsel A.

Fig 2 is een schematische weergave van antennestelsel B.

5 Fig 3 is een schematische weergave van de combinatie van A

en B.

Fig 4 is een schematische weergave van antennestelsel C, een alternatieve vorm voor het stelsel B.

Fig 5 is een schematische weergave van de combinatie van A 10 en C.

Fig 6 is een schematische weergave van C met een verschoven versie van stelsel C.

In fig 1 is schematisch antennestelsel A weergegeven. De 15 buitenafmetingen zijn iets kleiner dan de buitenmaten van een winkelschap. In dit voorbeeld 30 cm x 120 cm.

Door de symmetrische knikken in de antenne is het netto dipoolmoment op enige afstand klein. Anders gezegd, de opeenvolgende deellussen zijn in tegenfase aangesloten en 20 nullen elkaar voor een groot deel uit.

Het antennestelsel B van fig 2 geeft een soortgelijk stelsel, echter met gekantelde spoelen. Door deze schuine opstelling is de veldrichting anders dan die van A.

In de combinatie van A en B, zoals in fig 3 getoond, is er 25 netto geen koppeling tussen A en B en is er een horizontale verschuiving tussen de "zwaartepunten" van de deellussen van A en B.

In een rek zijn de stelsels volgens fig 3 in de schappen recht boven elkaar aangebracht.

30 In één schap is set A geactiveerd, bij zijn naaste buren set B, terwijl er tussen de stroom door A en B een 90 graden faseverschil gehandhaafd wordt. Door de ruimtelijke 1028330 - 9 - verschuiving en het faseverschil ontstaat er een draaiveld tussen de schappen.

Variaties in de spoelvormen zoals het stelsel C van fig 4 in combinatie met A fig 5 of met zichzelf, zoals in figuur 6 5 getoond, zijn ook onderdeel van de uitvinding.

Door de sturing te veranderen naar stelsel B van het schap en stelsel A van de buren ontstaat er een tweede draaiveld dat verschoven is ten opzichte van het eerste draaiveld.

Een andere variant is dat spoelenstelsels niet recht boven 10 elkaar geplaatst worden, maar dat er een kleine horizontale verschuiving, ter grootte van de helft van een deellus, van de deellussen tussen de buurplanken gerealiseerd is. Dan maakt stelsel A van een schap in combinatie met stelsel A van zijn naaste buren het draaiveld en evenzo voor stelsel 15 B.

Omschakelen tussen de twee draaivelden, dan wel tegelijk de beide draaivelden opwekken, is onderdeel van de uitvinding. De ontvangantennes zijn klein, bij voorkeur niet groter dan ca. 5 cm x 5 cm en zijn geplaatst. Op een schap van 30 cm x 20 120 cm is het niet zinvol om meer dan 4 separate ontvangantennes te gebruiken. In de voorkeuruitvoering van de uitvinding is er voor elke deellus van de zendspoel een ontvangantennelus voorzien.

De samenwerkende planken van de smart shelf zijn op 25 twee niveaus gesynchroniseerd en om de gewenste draaivelden te maken zijn de draaggolven van de individuele planken aan elkaar gekoppeld door middel van een Phase Locked Loop.

In de aanpak van de uitvinding werkt elke plank zelfstandig, en is er een voorzienig om de fase van het uitgezonden veld 30 te regelen. Eenmaal op een bepaalde waarde ingesteld, zal door de beperkte nauwkeurigheid van de kwarts-oscillator toch een faseverschil tussen de verschillende zenders 1028330 - 10 - ontstaan, waardoor periodiek herijken van de PLL noodzakelijk is.

De bij de zender horende ontvanger heeft een synchrone kwadratuurdetector, waarmee de fase van het ontvangen 5 signaal in vergelijking met de interne referentie gemeten wordt. Om dit nauwkeurig te doen wordt er een korte tijd niet gemoduleerd door de zenders. De centrale besturing van het systeem geeft hiervoor een commando. Ook wordt door deze besturing de hoofdzender aangewezen, waar dan alle andere 10 zend-ontvangers op synchroniseren.

Op protocol niveau is er synchronisatie nodig om te voorkomen dat terwijl de ene zender een read commando heeft gegeven en staat te wachten op de respons van labels, een andere zender gaat moduleren. De veel sterkere 15 zendermodulatie overschreeuwt dan de vrij zwakke labelsignalen. In de uitvinding is deze synchronisatie door middel van een radiolink gerealiseerd.

De antennes moeten nauwkeurig op de goede frequentie afgestemd worden. Ook moet de goede werking van het rek niet 20 verstoord worden door het plaatsen van metalen voorwerpen op het rek. Dit is opgelost door de antennes te voorzien van een automatische afstemming. De enige bedrading die nodig is om een rek te laten functioneren is een voedingsaansluiting. Hiermee is een smart shelf zeer eenvoudig te installeren en 25 te onderhouden.

1028330

Claims (13)

1. Een rek met meerdere schappen voor het uitlezen van . 5 rfid labels, waarbij alle antennespoelen in het schap zijn ondergebracht, met het kenmerk, dat een schap met zijn naaste buren samenwerkt om een draaiveld op te wekken.

2. Een rek volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in een schap twee stelsels van antennelussen, A en B, zijn aangebracht die onderling zo gepositioneerd zijn dat de magnetische koppeling tussen beide stelsels minimaal is en dat stelsel A van de ene plank met 90 graden 15 faseverschil ten opzichte van stelsel B van de buurplanken gestuurd wordt, teneinde een draaiveld tussen de schappen te realiseren.

3. Een rek volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in 20 een schap twee stelsels van antennelussen, A en B, zijn aangebracht die onderling zo gepositioneerd zijn dat de magnetische koppeling tussen beide stelsels minimaal is en dat stelsel B van de ene plank met 90 graden faseverschil ten opzichte van stelsel A van de 25 buurplanken gestuurd wordt, teneinde een kanteling van het draaiveld volgens conclusie 2 te realiseren.

4. Een rek volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met als kenmerk, een snelle anti-collision 30 afhandeling door gebruik te maken van parallelle ontvangkanalen waarbij elk ontvangkanaal een eigen kleine antennelus heeft die niet magnetisch koppelt met de zendlussen. 1028330 - 12 -

5. Een rek volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat door middel van multiscan op alle schappen en in alle draaiveld 5 configuraties, een lijst wordt opgebouwd van alle gedetecteerde labels met als parameters de signaalsterkte van de beide zijbanden, de fase van het labelsignaal, het plank nummer, het nummer van het ontvangkanaal en de gebruikte veldconfiguratie, en ook 10 het detectiepercentage van elk label.

6. Een rek volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat om snel te kunnen detecteren dat er een label van een schap verwijderd 15 wordt, periodiek een single scan op elk labelnummer uit de lijst wordt uitgevoerd, gebruikmakend van de optimale configuratie.

7. Een rek volgens een of meer van de voorgaande 20 conclusies, met het kenmerk, dat om zo snel mogelijk te kunnen detecteren dat er een of meerdere labels bij gekomen zijn, de multiscan gebruik maakt van de lijst om het optimale aantal tijdsloten voor de multiscan te gebruiken. 25

8. Een rek volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat indien gedetecteerd is dat er een label uit het rek verwijderd is, er nog minstens één single scan in alle configuraties op dit 30 labelnummer gedaan wordt, waarbij het detectiepercentage uit de lijst bepaalt hoeveel scans gedaan moeten worden voordat het label als verwijderd gemeld wordt. 10283307 - 13 -

9. Een rek volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de lijst van conclusie 5 waarin de detectie parameters van alle gelezen labels 5 zijn opgeslagen, gebruikt wordt om een indicatie van de positie van de labels te krijgen, gebruikmakend van een zelflerend neuraal netwerk.

10. Een rek volgens een of meer van de voorgaande 10 conclusies, met het kenmerk, dat de synchronisatie van de draaggolf van buurplanken door middel van een master-slave protocol gerealiseerd wordt, waarbij de slave de carrier van de master ontvangt en hierop synchroniseert met behulp van een PLL, gestuurd door de 15 hoofd controller van het schap.

11. Een rek volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat om te voorkomen dat modulatie van een zender gelijktijdig met het antwoord 20 van een label optreedt, op protocolniveau de zenders gesynchroniseerd zijn door middel van een verbinding met de hoofd controller van het schap.

12. Een installatievriendelijk rek volgens een of meer van 25 de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het rek is opgebouwd uit meerdere identieke planken met integrale elektronica en antennelussen, onderling slechts doorverbonden met twee voedingsaansluitingen.

13. Een rek volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de antennes continu en automatisch in hun optimale werkpunt worden bijgeregeld met behulp van spanningsgestuurde capaciteiten. 1028330