WO1999044171A1 - Storage system and robot and control unit for a storage system of this type - Google Patents

Storage system and robot and control unit for a storage system of this type Download PDF

Info

Publication number
WO1999044171A1
WO1999044171A1 PCT/DE1999/000522 DE9900522W WO9944171A1 WO 1999044171 A1 WO1999044171 A1 WO 1999044171A1 DE 9900522 W DE9900522 W DE 9900522W WO 9944171 A1 WO9944171 A1 WO 9944171A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
robot
storage
orientation
identification
markings
Prior art date
Application number
PCT/DE1999/000522
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Johannes Ponader
Original Assignee
Johannes Ponader
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Johannes Ponader filed Critical Johannes Ponader
Priority to AU33264/99A priority Critical patent/AU3326499A/en
Publication of WO1999044171A1 publication Critical patent/WO1999044171A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06KGRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K17/00Methods or arrangements for effecting co-operative working between equipments covered by two or more of main groups G06K1/00 - G06K15/00, e.g. automatic card files incorporating conveying and reading operations
    • G06K17/0003Automatic card files incorporating selecting, conveying and possibly reading and/or writing operations
    • G06K17/0012Automatic card files incorporating selecting, conveying and possibly reading and/or writing operations with more than one selection steps, e.g. selection of a record carrier from a selected compartment of a compartmented storage

Definitions

  • the invention relates to a storage system with an orientation option for a movable robot, in particular in a library, according to the preamble of claim 1 and a method for operating the storage system according to claim 10. Furthermore, the invention relates to a robot and a controller for such a storage system .
  • the rail guidance of the robot in the high-bay warehouse advantageously enables a precise approach to predetermined storage locations within the high-bay warehouse, since the position of the robot is predetermined by the rail arrangement.
  • a disadvantage of such a high-bay warehouse is the effort involved in installing the rail guide, which also requires a certain spatial arrangement of the individual shelves. Older warehouses with angled arrangements of the individual shelves can often not be equipped with such a robot system. In addition, the rails generally narrow the otherwise accessible area between the individual shelves and thereby limit the manual accessibility of the warehouse, which is particularly intolerable in libraries with public traffic.
  • the invention is therefore based on the object of creating an automated storage system which, without a separate rail arrangement, enables a robot to approach predetermined storage locations precisely in order to automatically store, remove or check inventory items.
  • the invention encompasses the technical teaching of arranging orientation markings in a warehouse at the individual storage locations, the orientation markings and the identification markings affixed to the individual bearing articles being identical in terms of their external appearance and having only a different information content.
  • the advantage of such a design of the orientation markings is that the pattern recognition of the robot then only has to recognize a single pattern, whereas the recognition of different patterns for identification markings and orientation markings would be considerably more complex.
  • identification marking and orientation marking are to be understood here in general and in the following and are not restricted to the optical markings preferably used, which can be present, for example, in the form of stickers or labels. Rather, it is also possible to use electronic identification markings or orientation markings which consist, for example, of active or passive signal transmitters, the information content of which is detected by the robot on the radio path. In addition, other forms of identification markings or orientation markings can be used, which enable information to be read out.
  • the individual orientation markings each carry location information which, for example, can indicate the absolute position of the respective storage location within the storage system.
  • the orientation markings can also be one
  • Bear location information which reflects the relative location to the next storage location.
  • the location information could indicate that the next storage location is four meters to the left and two meters ahead.
  • the individual orientation markings at the storage locations can define a course through the entire warehouse on which all storage locations are approached by the robot, for example in order to carry out an inventory of the inventory. This is particularly advantageous in libraries, since, for example, an automatic revision can be carried out at night without public traffic.
  • storage location is to be understood here and in the following generally and includes, for example, the shelves mentioned at the beginning in a high-bay warehouse or in a library.
  • the invention is not limited to such rack storage, but also in others - 3 -
  • Storage systems can be used in which the stock items are stored in a different way at certain storage locations.
  • Automated parking garages are to be mentioned here as examples, in which the parked motor vehicles are parked as storage items on parking spaces as storage locations.
  • the storage system according to the invention can also be used at boat moorings in which the individual boats represent the storage items and are each located at specific berths which are to be understood as storage locations in the sense of the invention.
  • Another application is the storage of bicycles in a bicycle rack, which is of interest, for example, when renting a bicycle.
  • the robot has an internal power supply, for example in the form of a rechargeable battery, but a cable-based power supply is also conceivable, the power cable being rolled up or unrolled during the robot movement either by the robot or a stationary power supply unit can be.
  • an internal power supply for example in the form of a rechargeable battery, but a cable-based power supply is also conceivable, the power cable being rolled up or unrolled during the robot movement either by the robot or a stationary power supply unit can be.
  • Storage system with an orientation option for a movable robot, in particular in a library, with several storage locations for the storage of storage items, an identification mark being attached to each storage item, a sensor attached to the robot for detecting the identification markings attached to the storage items, with on orientation markings for the robot are attached to the storage locations, which have essentially the same appearance as the identification markings on the storage items and carry location information relating to the spatial position of the respective storage location, and the sensor on the output side being connected to a control unit which detects the robot movement as a function of controls the orientation marks detected by the sensor.
  • Such a storage system can also be characterized in that the orientation markings on the storage locations each reflect the absolute spatial position of the respective storage location within the storage system.
  • the orientation markings attached to the storage locations each determine the relative position of the next storage location to be approached by the robot, so that the robot automatically travels from storage location to storage location on a predetermined course.
  • a basic further development of the storage system can consist of the sensor for detecting the orientation marks and the identification marks on the bearing - 4 -
  • the identification markings are attached to the storage items in each case at the same height in order to simplify the identification.
  • a further development of these variants can consist in that the optical axis of the optical sensor runs in the horizontal direction at the search height of the identification markings.
  • a general further development of the storage system can consist in the fact that the storage locations are in each case shelves, shelves or parking spaces within a shelf. It can further be provided that the optical axis of the optical sensor lies in a search plane, the vertical distance (h) between the search plane and the shelf being essentially equal to the height of the identification markings.
  • a further possible embodiment of the storage system according to the invention can consist in the robot having a mass memory in order to store the article information read out from the identification markings and / or the location information of the orientation markings for later evaluation.
  • the robot moves to a first storage location within the storage system
  • the identification marks of the stock items arranged in the first storage location are sequentially detected by the sensor of the robot and the respective item information is determined
  • the orientation mark attached to the first storage location is detected by the sensor of the robot and the location information of the orientation mark is determined
  • the location of the next storage location is determined and approached automatically by the robot.
  • the identification markings are detected optically by an optical sensor.
  • the method can be characterized in that after the detection of an identification mark directly next to the identification mark already detected and at a predetermined height (h), an image pattern with a predetermined vertical ( ⁇ h) extent is detected and compared with a stored image pattern of an identification mark. Chen to determine whether a further identification mark or an orientation mark is arranged immediately next to the already detected identification mark.
  • the latter method variant can be further developed in that the predetermined one Height (h) for the detection of the image pattern essentially corresponds to the height of an identification mark and the vertical extent ( ⁇ h) of the recorded image pattern is substantially less than the height of an identification mark.
  • the horizontal position of the empty space can be stored in addition to the identification mark last recorded.
  • a general further development of the method according to the invention can consist in that, if a further identification marking is not recognized, the width of the empty space is stored immediately next to the identification marking last recorded, in order to enable a distinction to be made between a missing stock item and a thin stock item with an illegible identification mark.
  • Figure 1 is a library with several shelves and a course defined by several orientation markings for a robot and
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a shelf board, each with an orientation mark on the shelf ends and with several books, each with a label as an identification mark.
  • the library shown schematically in Figure 1 essentially consists of several shelves 1 with books, the storage and removal of the individual books in a conventional manner being carried out manually by the individual users or the library staff, whereas the revision, i.e. the inventory is checked automatically outside the opening times of the library by a mobile robot 2, which is only shown schematically here.
  • the robot 2 is constructed in a conventional manner and has an electric motor-driven, wheel-supported undercarriage which enables the robot 2 to move independently within the library.
  • the power supply is provided by a built-in battery, so that the robot 2 does not require a cable feed and can therefore move freely in the library.
  • the robot 2 has an optical sensor which can be displaced in the vertical direction in order to be able to recognize the books on different shelves, the sensor for data evaluation being connected to a built-in computer.
  • the sensor is used to detect the labels 3 attached to the spine of the individual books, which enable identification of the individual books and are shown by way of example in FIG.
  • the optical sensor also detects orientation markings OM, 4, which are attached to the individual shelves 1 at the ends of the rows of books and enable the robot 2 to be oriented within the library.
  • orientation markings OM, 4 defines the relative spatial position of the next shelf, so that all orientation markings OM, 4 together define a course through the library, which is shown in FIG. 1 by the dashed intermediate positions of the robot 2 and the directional arrows running between them is shown.
  • the robot 2 is thus placed at the beginning of the automatic revision in such a way that the optical sensor detects the first orientation marking OM, 4, which is attached to the side of the row of books located on a specific shelf.
  • the robot 2 then moves along the first shelf 1 and detects the labels 3 of the books on this shelf.
  • the robot 2 then encounters another orientation marking OM, 4, which defines the relative position of the next shelf to be approached, wherein the next shelf can be arranged at a different height on the same shelf or on a different shelf.
  • the built-in computer uses this to calculate the control data for the chassis of the robot 2 and the vertical movement control of the sensor, whereupon the robot 2 then moves to the predetermined next rack position and there first searches for an orientation marking OM, 4 which defines the start of a new rack section.
  • this orientation marker OM, 4 also serves to check whether the correct rack position has actually been approached.
  • the robot 2 then travels along the shelf 1 in the manner described above and detects the labels 3 attached to the individual book spines in order to store the associated book data in the built-in computer for later data evaluation.
  • the optical sensor is now looking for the next label, which can be a book label 3 or an orientation mark OM, 4.
  • the search height h being slightly less than the height of a label (book label 3 or orientation marker 4). This largely prevents misplacement of a label 3 on the spine from leading to error detections. If a label 3 is stuck on so deep, for example, that the lower edge of the label 3 already abuts the shelf, the upper end of the label 3 is still within the search range Oh. If, however, label 3 is placed too high on the spine of the book, the lower end of label 3 is usually still within the search range Oh.
  • the search height h is communicated to the system by appropriate positioning of the orientation markings. It is important here that the optical axis of the sensor always runs parallel to the floor and in the plane of the search height, so that the search plane in the camera image is always in the center of the image regardless of the distance between the sensor and the shelf.
  • the computer built into the robot 2 compares the almost linear pattern detected by the sensor with a predetermined pattern in order to determine whether a label 3 has been recognized. In this case there must be a white stripe which is interspersed with black spots, the black spots belonging to the black frame of the label 3 or the label printing.
  • the computer then extends the vertical bandwidth 4h, whereby the label is also read out.
  • the system uses a database comparison of the read content to determine whether there is an identification mark for a book or an orientation mark. This offers the advantage that the distinction between identification markings (book labels) on the one hand and orientation markings on the other hand can be made by a simple text comparison. If it is a book label, the read content is saved for later data evaluation. If, on the other hand, it is an orientation marker, the robot extracts the information for the required movement processes from the orientation marker.
  • the ascertained horizontal distance from the label found to the edge of the image can already be passed on to the control system, which then initiates a robot movement by this distance. This ensures that the new label is at the very edge of the sensor image and additional labels - 8th -
  • the chassis also corrects it accordingly.
  • the distance information can be used to determine whether the associated book is immediately adjacent to the previous book or whether there is a space between these two books, which can either result from a book with an unrecognized label or from a gap.
  • the data of all labels 3 that were recorded during the revision are stored in the built-in computer.
  • the stored data is then transferred to a central computer and compared with the library catalog, which shows the target inventory of the entire library.
  • the central computer automatically creates a correction list that lists the entire shortage of the library and enables library staff to correct the book inventory. For this purpose, the library staff returns the books that have been misplaced to the right place and re-orders missing books if necessary.
  • the embodiment of the invention is not limited to the preferred exemplary embodiments specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown, even in the case of fundamentally different types.
  • the invention is an efficient orientation system for robots, in particular one for search and control robots in structured environments. - 9 -
  • the invention relates in particular to a process for the orientation of robots in rooms or places.
  • Mobile robots have to orient themselves in the room in which they move. This is usually done with the help of landmarks, radio transmitters or similarly designed landmarks.
  • the tasks of such a robot are basically divided into two aspects:
  • the invention simplifies the work of the robot by largely combining the two tasks into one work process. This is particularly useful, for example, for search and control robots. So far, these search robots have had to perform two tasks in parallel:
  • the robot's task By giving the landmarks (e.g. landmarks) the same appearance as the objects to be searched for or controlled, the robot's task now is simply to search for these objects, regardless of whether they are moving search objects or the fixed orientation objects. If such an object is found, the recognition process is carried out, that is to say the characteristics of the object are recognized, and a simple and efficient comparison with an orientation point or landmark file then determines whether it is an object to be searched for or an orientation point.
  • Another advantage of the system is that e.g. B. in the case of landmarks an inconspicuous and optically non-distracting or possibly even attractive from the design value is possible because the mark optically does not differ from the objects located in the room anyway.
  • the site revision in large libraries represents an important task, which has been carried out in a manual process up to now by comparing shelf to shelf with the current location catalog data.
  • the first attempts at technical simplification can so far only be found in the fact that the personnel are equipped with portable computer systems and thus have easier access to the catalog.
  • the invention makes it possible here to enable a simple system for catalog and location revision in libraries, which can be easily and inconspicuously adapted to the existing conditions in one or more reading rooms.
  • the recognition of the books on the shelves is realized via an image recognition mechanism, which combines the acquisition of information for controlling the system by reading in the landmarks with reading the book identifications with the aid of a single text recognition process, saving time and computing effort.
  • a control computer coordinates the mobile robot.
  • the location data that this robot collects can be stored temporarily and can be automatically compared in a separate work step or immediately with the catalog data in electronic form using an appropriate program.
  • An image recognition module is required to recognize the books, which locates the book labels in the camera image with the least possible computing effort and reads out the signatures. The way it works is described as follows:
  • the first label should already be found and deciphered. It is somewhere in the camera image, the other books are on the right.
  • the algorithm now searches to the right of the label found at a predetermined standard height for the next label. He makes use of an important and not entirely trivial finding: albeit the labels
  • the measure sought corresponds approximately to the height a standard label, measured from the shelf along the spine. An extremely deeply glued label just reaches this height, and a very highly glued label just sets
  • the image recognition program is now looking for the next label in a certain vertical range, which it presents as a white stripe, possibly interspersed with black spots (which belong to the letters on the label) (see Fig. 1, 1. ). 0
  • a certain tolerance against color deviations and noise effects must be taken into account. If it thinks it has found the next label, it extends the examination area up and down (2.) and at the same time finds the letters of the signature, which serves as an assurance that this is actually a label 25.
  • the illustrations of the letters, if found, are passed on to simple text recognition. Then it continues the search to the right.
  • the image recognition module already passes on information to the control module: the
  • This lens-book distance information can either: - 13 -
  • the control module can then move the robot accordingly, so that
  • the image recognition module with text recognition has time to decrypt the new label using the previous image and to store the information found (the book ID) in the memory, if it was a label at all. If it has reached the edge of the image, it can now read a new camera image and look for the next label.
  • this height ideally also remains at the same height (in the middle) in the camera image, regardless of the distance from the camera to the shelf (or also at what angle to the shelf, because also an angle of the camera direction -
  • the direction of the shelf not equal to 90 ° basically only results in an increase in the distance and a 25 "thinning" of the labels at the same time).
  • the height of an object in the camera image can be ideally expressed, as already indicated above, with a first degree function on the distance; the slope corresponds to the difference in height between the object and the center of the lens; if it is zero, the function remains constant.
  • the system is now sufficiently tolerant of deviations in the implementation of the required movements by the driving mechanics; Only a deviation of more than one label width in the course of a book width could disturb the algorithm.
  • the robot is not designed to drive around between users in a busy reading room. It should be used at times when the reading rooms are not open to the public and at most the library staff are present.
  • the robot must be warned of the obstacle before it can become dangerous.
  • the camera is attached to the robot so that it looks a little ahead of the robot when working. A marking label at the end of the shelf or, if necessary, if there is no more space
  • a special case not to be forgotten is the arrangement of two shelves at right angles to each other.
  • a marker should also be provided here, which informs the robot of this fact and causes it to rotate in good time.
  • a removable disk system is available as a storage medium, in which the entire data of a revision tour can be transferred to a mainframe computer in one hand, which then compares it with the electronic library catalog.
  • the work of this evaluation program basically consists of only comparative work and will not be described further here. If the program detects that a book is on the shelf too much or a book is missing, it records this fact in a comparison log. With undetected signatures of books, but which could be interpreted as a book, the procedure is as described in the section above, i.e. H. an error is only reported if the number of unrecognized books deviates from the target number, or if a large number of books within a shelf or directly in succession has not been recognized. However, if the robot was unable to find a book, an entry is also made in the comparison log for the library staff to use to check whether it was a robot recognition error or an actually missing book.
  • the system may not recognize a book for some reason, not because of a more or less accidental failure (due to the incidence of light, a bad video image, due to the location on the shelf), but in principle not. From time to time there are handwritten additions, printed letters or simply dirt on the signatures.
  • the recognition program can also have problems with books with a white spine if it cannot clearly lift the label off the spine. Such books should, if they are categorized as not recognized the first time the system is run, be given new, clearly legible labels; 25 For white books, a dark border around the label helps.
  • a further consideration is the power supply to the robot due to a possible reduction in the profitability of the system. If the use of such robot systems is to be worthwhile, they should work independently for as long as possible. H. can work without being operated by an employee. At least 12-14 hours (overnight) maintenance-free operation would be a desirable period of use, provided there are no irregularities. In addition to a supply via batteries, the possibility of an external power supply is also conceivable.
  • the cable can be rolled up or rolled out either by the robot or the stationary unit.
  • Three basic directions of movement are conceivable: the robot moves away from the power supply and, over time, has to pull an ever longer cable behind it; he describes a circle, or he starts his work with rolled out cable and stands cleanly next to the supply unit in the morning. Theoretically, the last option would even allow the robot to be controlled via the designed cable.
  • Another conceivable method would be replacement batteries positioned in the room at certain points or at a central charging station, which the robot can pick up independently. - 20 -
  • Another technical addition to the system is a device for removing and re-inserting the books.
  • the robot which is directly connected to the library catalog by radio, can remove incorrectly positioned books or pull them out a little, so that they can be easily recognized, removed and correctly set the next day.
  • he could get hold of the signature or the barcode of the loan system, which is often attached to the front page.
  • two grippers which insert themselves into the optically or mechanically localized gap between two books, would clamp them with mutual pressure and pull them towards themselves.
  • An automated and autonomous revision system for book entry with the aid of image recognition and a computer-aided, flexible car control can be characterized in that it is oriented in the room using a control system that is similar in appearance to that of the book labels, that it reads its command data optically independently, like the signature data, that the information acquisition for control and signature recognition is combined in an optimized image recognition process and it finally provides the data for an automated catalog comparison.
  • Such a system can be further developed in that the device is equipped with an external power supply via a cable that is unrolled and / or unrolled either by the robot or by a fixed station located in the room.
  • Another embodiment variant of the system according to the invention provides that additional guidance information is obtained from the rolled-out cable.
  • the device can accommodate spare accumulators that are positioned independently in the room, or that it can independently return to a charging station.
  • Another embodiment of the system is characterized in that it has a device for removing and re-inserting the books.
  • Another possibility is that the system recognizes the books with a contactless electronic, electromagnetic or other recognition system.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Warehouses Or Storage Devices (AREA)

Abstract

The invention relates to a storage system with a means of orientation for a mobile robot (2), especially in a library, comprising the following: several storage locations for storing items, each item being provided with an identification marking (3); a sensor for detecting the identification markings attached to the items, said sensor being attached to the robot, and orientation markings (4) for the robot, said orientation markings being provided at the storage locations, having essentially the same appearance as the identification markings on the items, and bearing location information relating to the spatial position of the respective storage location. The sensor is connected to a control unit at the output end. Said control unit controls the movements of the robot according to the orientation markings detected by the sensor. The invention also relates to a method for operating a storage system, comprising the following steps: the robot travels to a first storage location within the storage system; the sensor with which the robot is provided successively detects the identification markings on the items located in the first storage location and establishes the respective item information; the robot's sensor detects the orientation marking provided in the first storage location and establishes the location information contained in said orientation marking, and according to the location information established, the position of the next storage location is determined and the robot independently travels to the same.

Description

LAGERSYSTEM UND ROBOTER SOWIE STEUERUNG FÜR EIN SOLCHES LAGERSYSTEM STORAGE SYSTEM AND ROBOT AND CONTROL FOR SUCH A STORAGE SYSTEM
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Lagersystem mit einer Orientierungsmöglichkeit für einen bewegbaren Roboter, insbesondere in einer Bibliothek, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb des Lagersystems gemäß Anspruch 10. Ferner befaßt sich die Erfindung mit einem Roboter und einer Steuerung für ein solches Lagersystem.The invention relates to a storage system with an orientation option for a movable robot, in particular in a library, according to the preamble of claim 1 and a method for operating the storage system according to claim 10. Furthermore, the invention relates to a robot and a controller for such a storage system .
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 38 43 218 AI ist ein modernes Hochregallager zur Lagerung von Datenträgern bekannt, bei dem Einlagerung und Entnahme der gelagerten Datenträger automatisch durch einen Roboter erfolgt, der auf Schienen zwischen den einzelnen Regalen fahrbar ist und einen Greifer aufweist, um die Datenträger an dem gewünschten Lagerort einzulagern bzw. zu entnehmen.From the German published patent application DE 38 43 218 AI a modern high-bay warehouse for storage of data carriers is known, in the storage and removal of the stored data carriers is done automatically by a robot that can be moved on rails between the individual shelves and has a gripper to the data carriers to be stored or removed at the desired storage location.
Die Schienenfiihrung des Roboters in dem Hochregallager ermöglicht vorteilhaft ein exaktes Anfahren vorgegebener Lagerorte innerhalb des Hochregallagers, da die Position des Roboters jeweils durch die Schienenanordnung vorgegeben ist.The rail guidance of the robot in the high-bay warehouse advantageously enables a precise approach to predetermined storage locations within the high-bay warehouse, since the position of the robot is predetermined by the rail arrangement.
Nachteilig an einem derartigen Hochregallager ist jedoch der Aufwand für die Montage der Schienenführung, die darüber hinaus eine bestimmte räumliche Anordnung der einzelnen Regale erfordert. So lassen sich ältere Lager mit verwinkelten Anordnungen der einzelnen Regale oftmals nicht mit einem derartigen Robotersystem ausstatten. Darüber hinaus verengen die Schienen in der Regel den ansonsten begehbaren Bereich zwischen den einzelnen Regalen und schränken dadurch die manuelle Zugänglichkeit des Lagers ein, was insbesondere in Bibliotheken mit Publikumsverkehr untragbar ist.A disadvantage of such a high-bay warehouse, however, is the effort involved in installing the rail guide, which also requires a certain spatial arrangement of the individual shelves. Older warehouses with angled arrangements of the individual shelves can often not be equipped with such a robot system. In addition, the rails generally narrow the otherwise accessible area between the individual shelves and thereby limit the manual accessibility of the warehouse, which is particularly intolerable in libraries with public traffic.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein automatisiertes Lagersystem zu schaffen, das ohne eine separate Schienenanordnung ein exaktes Anfahren vorgegebener Lagerorte durch einen Roboter ermöglicht, um Lagerartikel automatisch einzulagern, zu entnehmen oder deren Bestand zu überprüfen. - 2 -The invention is therefore based on the object of creating an automated storage system which, without a separate rail arrangement, enables a robot to approach predetermined storage locations precisely in order to automatically store, remove or check inventory items. - 2 -
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem bekannten Lagersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. - hinsichtlich eines entsprechenden Arbeitsverfahrens - durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst.Starting from a known storage system according to the preamble of claim 1, this object is achieved by the characterizing features of claim 1 or - with regard to a corresponding working method - by the features of claim 10.
Die Erfindung umfaßt die technische Lehre, in einem Lager an den einzelnen Lagerorten jeweils Orientierungsmarkierungen anzuordnen, wobei die Orientierungsmarkierungen und die an den einzelnen Lagerartikeln angebrachten Identifizierungsmarkierungen hinsichtlich ihrer äußeren Erscheinungsform übereinstimmen und lediglich einen unterschiedlichen Informati- onsgehalt aufweisen. Der Vorteil einer derartigen Gestaltung der Orientierungsmarkierungen besteht darin, daß die Mustererkennung des Roboters dann nur ein einziges Muster erkennen muß, wohingegen die Erkennung unterschiedlicher Muster für Identifizierungsmarkierungen und Orientierungsmarkierungen wesentlich aufwendiger wäre.The invention encompasses the technical teaching of arranging orientation markings in a warehouse at the individual storage locations, the orientation markings and the identification markings affixed to the individual bearing articles being identical in terms of their external appearance and having only a different information content. The advantage of such a design of the orientation markings is that the pattern recognition of the robot then only has to recognize a single pattern, whereas the recognition of different patterns for identification markings and orientation markings would be considerably more complex.
Die Begriffe Identifizierungsmarkierung und Orientierungsmarkierung sind hierbei und im folgenden allgemein zu verstehen und nicht auf die vorzugsweise verwendeten optischen Markierungen beschränkt, die beispielsweise in Form von Aufklebern oder Etiketten vorliegen können. Vielmehr lassen sich auch elektronische Identifizierungsmarkierungen bzw. Orientierungsmarkierungen verwenden, die beispielsweise aus aktiven oder passiven Signalgebern bestehen, deren Informationsgehalt von dem Roboter auf dem Funkweg erfaßt wird. Darüber hinaus lassen sich auch andere Formen von Identifizierungsmarkierungen bzw. Orientierungsmarkierungen verwenden, die ein Auslesen von Informationen ermöglichen.The terms identification marking and orientation marking are to be understood here in general and in the following and are not restricted to the optical markings preferably used, which can be present, for example, in the form of stickers or labels. Rather, it is also possible to use electronic identification markings or orientation markings which consist, for example, of active or passive signal transmitters, the information content of which is detected by the robot on the radio path. In addition, other forms of identification markings or orientation markings can be used, which enable information to be read out.
Die einzelnen Orientierungsmarkierungen tragen erfindungsgemäß jeweils eine Ortsinformati- on, die beispielsweise die absolute Position des jeweiligen Lagerorts innerhalb des Lagersy- stems angeben kann. Statt dessen können die Orientierungsmarkierungen jedoch auch eineAccording to the invention, the individual orientation markings each carry location information which, for example, can indicate the absolute position of the respective storage location within the storage system. Instead, the orientation markings can also be one
Ortsinformation tragen, welche die relative Lage zum nächsten Lagerort wiedergibt. So könnte die Ortsinformation beispielsweise angeben, daß der nächste Lagerort vier Meter weiter links und zwei Meter weiter vorne steht. Auf diese Weise können die einzelnen Orientierungsmarkierungen an den Lagerorten einen Parcours durch das gesamte Lager definieren, auf dem sämtliche Lagerorte von dem Roboter angefahren werden, um beispielsweise eine Inventur des Lagerbestands durchzuführen. Besonders vorteilhaft ist dies in Bibliotheken, da beispielsweise in den Nachtstunden ohne Publikumsverkehr eine automatische Revision vorgenommen werden kann.Bear location information, which reflects the relative location to the next storage location. For example, the location information could indicate that the next storage location is four meters to the left and two meters ahead. In this way, the individual orientation markings at the storage locations can define a course through the entire warehouse on which all storage locations are approached by the robot, for example in order to carry out an inventory of the inventory. This is particularly advantageous in libraries, since, for example, an automatic revision can be carried out at night without public traffic.
Der Begriff Lagerort ist hierbei und im folgenden allgemein zu verstehen und umfaßt beispielsweise die eingangs erwähnten Regale in einem Hochregallager oder in einer Bibliothek. Die Erfindung ist jedoch nicht auf derartige Regallager beschränkt, sondern auch bei anderen - 3 -The term storage location is to be understood here and in the following generally and includes, for example, the shelves mentioned at the beginning in a high-bay warehouse or in a library. However, the invention is not limited to such rack storage, but also in others - 3 -
Lagersystemen einsetzbar, bei denen die Lagerartikel in anderer Weise an bestimmten Lagerorten gelagert werden. Beispielhaft sind hierbei automatisierte Parkgaragen zu nennen, bei denen die geparkten Kraftfahrzeuge als Lagerartikel auf Abstellplätzen als Lagerorten abgestellt werden. Darüber hinaus läßt sich das erfindungsgemäße Lagersystem auch an Bootsanle- geplätzen einsetzen, bei denen die einzelnen Boote die Lagerartikel darstellen und jeweils an bestimmten Anlegeplätzen liegen, die als Lagerort im erfindungsgemäßen Sinn zu verstehen sind. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit besteht in der Lagerung von Fahrrädern in einem Fahrradständer, was beispielsweise bei einem Fahrradverleih von Interesse ist. In der bevorzugten Ausführiingsform der Erfindung weist der Roboter eine interne Stromversorgung bei- spielsweise in Form eines wiederaufladbaren Akkumulators auf, jedoch ist auch eine kabelgebundene Stromversorgung denkbar, wobei das Auf bzw. Abrollen des Stromkabels während der Roboterbewegung wahlweise von dem Roboter oder einer stationären Stromversorgungseinheit vorgenommen werden kann.Storage systems can be used in which the stock items are stored in a different way at certain storage locations. Automated parking garages are to be mentioned here as examples, in which the parked motor vehicles are parked as storage items on parking spaces as storage locations. In addition, the storage system according to the invention can also be used at boat moorings in which the individual boats represent the storage items and are each located at specific berths which are to be understood as storage locations in the sense of the invention. Another application is the storage of bicycles in a bicycle rack, which is of interest, for example, when renting a bicycle. In the preferred embodiment of the invention, the robot has an internal power supply, for example in the form of a rechargeable battery, but a cable-based power supply is also conceivable, the power cable being rolled up or unrolled during the robot movement either by the robot or a stationary power supply unit can be.
Nachfolgend sind einige Ausgestaltungsvarianten der Erfindung angegeben:Some design variants of the invention are given below:
Lagersystem mit einer Orientierungsmöglichkeit für einen bewegbaren Roboter, insbesondere in einer Bibliothek, mit mehreren Lagerorten zur Lagerung von Lagerartikeln, wobei an jedem Lagerartikel eine Identifizierungsmarkierung angebracht ist, einem an dem Roboter ange- brachten Sensor zur Erfassung der an den Lagerartikeln angebrachten Identifizierungsmarkierungen, wobei an den Lagerorten Orientierungsmarkierungen für den Roboter angebracht sind, die im wesentlichen dasselbe Erscheinungsbild wie die Identifizierungsmarkierungen auf den Lagerartikeln aufweisen und eine die räumliche Position des jeweiligen Lagerorts betreffende Ortsinformation tragen, und wobei der Sensor ausgangsseitig mit einer Steuereinheit verbunden ist, welche die Roboterbewegung in Abhängigkeit von den durch den Sensor erfaßten Orientierungsmarkierungen steuert.Storage system with an orientation option for a movable robot, in particular in a library, with several storage locations for the storage of storage items, an identification mark being attached to each storage item, a sensor attached to the robot for detecting the identification markings attached to the storage items, with on orientation markings for the robot are attached to the storage locations, which have essentially the same appearance as the identification markings on the storage items and carry location information relating to the spatial position of the respective storage location, and the sensor on the output side being connected to a control unit which detects the robot movement as a function of controls the orientation marks detected by the sensor.
Ein solches Lagersystem kann ferner dadurch gekennzeichnet sein, daß die an den Lagerorten angebrachten Orientierungsmarkierungen jeweils die absolute räumliche Lage des jeweiligen Lagerorts innerhalb des Lagersystems wiedergeben. Eine Weiterbildung dieses Lagersystems ist dadurch gekennzeichnet, daß die an den Lagerorten angebrachten Orientierungsmarkierungen jeweils die relative Lage des nächsten von dem Roboter anzufahrenden Lagerorts bestimmen, so daß der Roboter automatisch auf einem vorgegebenen Parcours von Lagerort zu Lagerort fahrt.Such a storage system can also be characterized in that the orientation markings on the storage locations each reflect the absolute spatial position of the respective storage location within the storage system. A further development of this storage system is characterized in that the orientation markings attached to the storage locations each determine the relative position of the next storage location to be approached by the robot, so that the robot automatically travels from storage location to storage location on a predetermined course.
Eine grundsätzliche Weiterbildung des Lagersystems kann darin bestehen, daß der Sensor zur Erfassung der Orientierungsmarken und der Identifizierungsmarkierungen auf den Lagerarti- - 4 -A basic further development of the storage system can consist of the sensor for detecting the orientation marks and the identification marks on the bearing - 4 -
keln ein optischer Sensor ist. Alternativ oder zusätzlich kann bei diesem Lagersystem vorgesehen sein, daß die Identifizierungsmarkierungen an den Lagerartikeln jeweils in einer derselben Höhe angebracht sind, um die Erkennung zu vereinfachen. Eine Weiterbildung dieser Varianten kann darin bestehen, daß die optische Achse des optischen Sensors in horizontaler Richtung in der Suchhöhe der Identifizierungsmarkierungen verläuft.is an optical sensor. As an alternative or in addition, it can be provided in this storage system that the identification markings are attached to the storage items in each case at the same height in order to simplify the identification. A further development of these variants can consist in that the optical axis of the optical sensor runs in the horizontal direction at the search height of the identification markings.
Eine allgemeine Fortbildung des Lagerssystems kann darin bestehen, daß die Lagerorte jeweils Regale, Regalbretter oder Stellplätze innerhalb eines Regals sind. Dabei kann ferner vorgesehen sein, daß die optische Achse des optischen Sensors in einer Suchebene liegt, wo- bei der vertikale Abstand (h) zwischen der Suchebene und dem Regalbrett im wesentlichen gleich der Höhe der Identifizierungsmarkierungen ist.A general further development of the storage system can consist in the fact that the storage locations are in each case shelves, shelves or parking spaces within a shelf. It can further be provided that the optical axis of the optical sensor lies in a search plane, the vertical distance (h) between the search plane and the shelf being essentially equal to the height of the identification markings.
Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit des erfmdungsgemäßen Lagersystems kann darin bestehen, daß der Roboter einen Massenspeicher aufweist, um die Identifizierungsmarkierungen ausgelesenen Artikelinformationen und/oder die Ortsinformation der Orientierungsmarkierungen für eine spätere Auswertung zu speichern.A further possible embodiment of the storage system according to the invention can consist in the robot having a mass memory in order to store the article information read out from the identification markings and / or the location information of the orientation markings for later evaluation.
Bei dem Verfahren zum Betrieb eines Lagersystems, wie es insbesondere vorstehend erläutert wurde, werden folgende Schritte durchgeführt: - ein erster Lagerort innerhalb des Lagersystems wird von dem Roboter angefahren,In the method for operating a storage system, as was explained in particular above, the following steps are carried out: the robot moves to a first storage location within the storage system,
- die Identifizierungsmarkierungen der in dem ersten Lagerort angeordneten Lagerartikel werden von dem Sensor des Roboters nacheinander erfaßt und die jeweiligen Artikelinformationen ermittelt,the identification marks of the stock items arranged in the first storage location are sequentially detected by the sensor of the robot and the respective item information is determined,
- die an dem ersten Lagerort angebrachte Orientierungsmarke wird von dem Sensor des Robo- ters erfaßt und die Ortsinformation der Orientierungsmarke ermittelt,the orientation mark attached to the first storage location is detected by the sensor of the robot and the location information of the orientation mark is determined,
- in Abhängigkeit von der ermittelten Ortsinformation wird der Standort des nächsten Lagerorts ermittelt und von dem Roboter selbständig angefahren.- Depending on the determined location information, the location of the next storage location is determined and approached automatically by the robot.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, daß die Erfassung der Identifizie- rungsmarkierungen optisch durch einen optischen Sensor erfolgt. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren dadurch gekennzeichnet sein, daß nach der Erfassung einer Identifizierungsmarkierung unmittelbar neben der bereits erfaßten Identifizierungsmarkierung und in einer vorgegebenen Höhe (h) ein Bildmuster mit einer vorgegebenen vertikalen (Δh) Ausdehnung erfaßt und mit einem gespeicherten Bildmuster einer Identifizierungsmarkierung vergli- chen wird, um zu ermitteln, ob unmittelbar neben der bereits erfaßten Identifizierungsmarkierung eine weitere Identifizierungsmarkierung oder eine Orientierungsmarkierung angeordnet ist. Die letztgenannte Verfahrensvariante läßt sich dadurch weiterbilden, daß die vorgegebene Höhe (h) für die Erfassung des Bildmusters im wesentlichen der Höhe einer Identifizierungsmarkierung entspricht und die vertikale Ausdehnung (Δh) des aufgenommenen Bildmusters wesentlich geringer ist als die Höhe einer Identifizierungsmarkierung. In Fortbildung davon kann bei einer Nichterkennung einer weiteren Identifizierungsmarkierung neben der zuletzt erfaßten Identifizierungsmarkierung die horizontale Position der Leerstelle gespeichert werden.In a development of the method it is provided that the identification markings are detected optically by an optical sensor. As an alternative or in addition, the method can be characterized in that after the detection of an identification mark directly next to the identification mark already detected and at a predetermined height (h), an image pattern with a predetermined vertical (Δh) extent is detected and compared with a stored image pattern of an identification mark. Chen to determine whether a further identification mark or an orientation mark is arranged immediately next to the already detected identification mark. The latter method variant can be further developed in that the predetermined one Height (h) for the detection of the image pattern essentially corresponds to the height of an identification mark and the vertical extent (Δh) of the recorded image pattern is substantially less than the height of an identification mark. In a further development of this, if a further identification mark is not recognized, the horizontal position of the empty space can be stored in addition to the identification mark last recorded.
Eine allgemeine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin bestehen, daß bei einer Nichterkennung einer weiteren Identifizierungsmarkierung unmittelbar neben der zu- letzt erfaßten Identifizierungsmarkierung die Breite der Leerstelle gespeichert wird, um eine Unterscheidung zwischen einem fehlenden Lagerartikel und einem dünnen Lagerartikel mit nicht lesbarer Identifizierungsmarkierung zu ermöglichen.A general further development of the method according to the invention can consist in that, if a further identification marking is not recognized, the width of the empty space is stored immediately next to the identification marking last recorded, in order to enable a distinction to be made between a missing stock item and a thin stock item with an illegible identification mark.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn- zeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or are shown in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to the figures. Show it:
Figur 1 eine Bibliothek mit mehreren Regalen und einem durch mehrere Orientierungsmarkierungen definierten Parcours für einen Roboter sowieFigure 1 is a library with several shelves and a course defined by several orientation markings for a robot and
Figur 2 eine schematisierte Darstellung eines Regalbretts mit jeweils einer Orientierungsmarkierung an den Regalenden und mit mehreren Büchern mit jeweils einem Etikett als Identifi- zierungsmarkiei-mg.FIG. 2 shows a schematic representation of a shelf board, each with an orientation mark on the shelf ends and with several books, each with a label as an identification mark.
Die in Figur 1 schematisch dargestellte Bibliothek besteht im wesentlichen aus mehreren Regalen 1 mit Büchern, wobei die Einlagerung und Entnahme der einzelnen Büchern in herkömmlicher Weise manuell durch die einzelnen Benutzer oder das Bibliothekspersonal erfolgt, wohingegen die Revision, d.h. die Überprüfung des Lagerbestands außerhalb der Öffnungszeiten der Bibliothek automatisch durch einen mobilen Roboter 2 erfolgt, der hier nur schematisch dargestellt ist.The library shown schematically in Figure 1 essentially consists of several shelves 1 with books, the storage and removal of the individual books in a conventional manner being carried out manually by the individual users or the library staff, whereas the revision, i.e. the inventory is checked automatically outside the opening times of the library by a mobile robot 2, which is only shown schematically here.
Der Roboter 2 ist in herkömmlicher Weise aufgebaut und weist ein elektromotorisch angetriebenes, radgestütztes Fahrwerk auf, das dem Roboter 2 eine selbständige Bewegung innerhalb der Bibliothek ermöglicht. Die Stromversorgung erfolgt hierbei durch eine eingebaute Batterie, so daß der Roboter 2 keine Kabelzuführung benötigt und sich deshalb frei in der Bibliothek bewegen kann. Zur Wahrnehmung seiner Umgebung weist der Roboter 2 einen optischen Sensor auf, der in vertikaler Richtung verschiebbar ist, um die Bücher auf verschiedenen Regalbrettern erkennen zu können, wobei der Sensor zur Datenauswertung mit einem eingebauten Computer verbunden ist.The robot 2 is constructed in a conventional manner and has an electric motor-driven, wheel-supported undercarriage which enables the robot 2 to move independently within the library. The power supply is provided by a built-in battery, so that the robot 2 does not require a cable feed and can therefore move freely in the library. To perceive its surroundings, the robot 2 has an optical sensor which can be displaced in the vertical direction in order to be able to recognize the books on different shelves, the sensor for data evaluation being connected to a built-in computer.
Zum einen dient der Sensor zur Erfassung der auf den Buchrücken der einzelnen Bücher angebrachten Etiketten 3, die eine Identifizierung der einzelnen Bücher ermöglichen und exemplarisch in Figur 2 dargestellt sind.On the one hand, the sensor is used to detect the labels 3 attached to the spine of the individual books, which enable identification of the individual books and are shown by way of example in FIG.
Zum anderen erfaßt der optische Sensor auch Orientierungsmarkierungen OM, 4, die jeweils an den einzelnen Regalen 1 an den Enden der Buchreihen angebracht sind und eine Orientierung des Roboters 2 innerhalb der Bibliothek ermöglichen. Jede dieser Orientierungsmarkierungen OM, 4 definiert hierbei die relative räumliche Lage des nächsten Regalbretts, so daß alle Orientierungsmarkierungen OM, 4 zusammen einen Parcours durch die Bibliothek defi- nieren, der in Figur 1 durch die gestrichelt gezeichneten Zwischenpositionen des Roboters 2 und die dazwischen verlaufenden Richtungspfeile dargestellt ist.On the other hand, the optical sensor also detects orientation markings OM, 4, which are attached to the individual shelves 1 at the ends of the rows of books and enable the robot 2 to be oriented within the library. Each of these orientation markings OM, 4 defines the relative spatial position of the next shelf, so that all orientation markings OM, 4 together define a course through the library, which is shown in FIG. 1 by the dashed intermediate positions of the robot 2 and the directional arrows running between them is shown.
Der Roboter 2 wird also zu Beginn der automatischen Revision so plaziert, daß der optische Sensor die erste Orientierungsmarkierung OM, 4 erfaßt, die seitlich neben der auf einem be- stimmten Regalbrett befindlichen Buchreihe angebracht ist. Der Roboter 2 fährt dann anschließend an dem ersten Regal 1 entlang und erfaßt die Etiketten 3 der auf diesem Regalbrett befindlichen Bücher. Am Ende der Buchreihe trifft der Roboter 2 dann auf eine weitere Orien- tierungsmarkierung OM, 4, welche die relative Lage des nächsten anzufahrenden Regalbretts definiert, wobei das nächste Regalbrett in einer andere Höhe in demselben Regal oder aber in einem anderen Regal angeordnet sein kann. Der eingebaute Computer berechnet daraus die Steuerdaten für das Fahrwerk des Roboters 2 und die vertikale Bewegungssteuerung des Sensors, woraufhin der Roboter 2 dann an die vorgegebene nächste Regalposition fahrt und dort zunächst nach einer Orientierungsmarkierung OM, 4 sucht, welche den Beginn eines neuen Regalabschnitts definiert. Darüber hinaus dient diese Orientierungsmarkierung OM, 4 auch zur Überprüfung, ob auch tatsächlich die richtige Regalposition angefahren wurde. Anschließend fahrt der Roboter 2 dann in der vorstehend beschriebenen Weise an dem Regal 1 entlang und erfaßt die an den einzelnen Buchrücken angebrachten Etiketten 3, um die zugehörigen Buchdaten für eine spätere Datenauswertung in dem eingebauten Computer abzuspeichern.The robot 2 is thus placed at the beginning of the automatic revision in such a way that the optical sensor detects the first orientation marking OM, 4, which is attached to the side of the row of books located on a specific shelf. The robot 2 then moves along the first shelf 1 and detects the labels 3 of the books on this shelf. At the end of the row of books, the robot 2 then encounters another orientation marking OM, 4, which defines the relative position of the next shelf to be approached, wherein the next shelf can be arranged at a different height on the same shelf or on a different shelf. The built-in computer uses this to calculate the control data for the chassis of the robot 2 and the vertical movement control of the sensor, whereupon the robot 2 then moves to the predetermined next rack position and there first searches for an orientation marking OM, 4 which defines the start of a new rack section. In addition, this orientation marker OM, 4 also serves to check whether the correct rack position has actually been approached. The robot 2 then travels along the shelf 1 in the manner described above and detects the labels 3 attached to the individual book spines in order to store the associated book data in the built-in computer for later data evaluation.
Im folgenden wird nun unter Bezugnahme auf Figur 2 detailliert beschrieben, wie der optische Sensor des Roboters 2 die einzelnen Etiketten 3 erfaßt. Hierbei wird angenommen, daß der Roboter 2 bereits die am Beginn einer Regalreihe befindliche Orientierungsmarkierung OM, 4 erfaßt hat und nun rechts neben der Orientierungsmar- kierung OM, 4 nach dem ersten Etikett 3 sucht.How the optical sensor of the robot 2 detects the individual labels 3 will now be described in detail with reference to FIG. It is assumed here that the robot 2 has already detected the orientation marker OM, 4 located at the beginning of a row of shelves and is now looking for the first label 3 to the right of the orientation marker OM, 4.
Der optische Sensor sucht jetzt nach dem nächsten Etikett, das ein Buchetikett 3 oder eine Orientierungsmarkierung OM, 4 sein kann. Er tut dies jedoch nicht in jeder beliebigen Höhe, sondern nur in einer vorgegebenen Suchhöhe h oberhalb des Regalbretts und in einer vertikalen Bandbreite Oh, wobei die Suchhöhe h geringfügig kleiner ist als die Höhe eines Etiketts (Buchetikett 3 oder Orientierungsmarkierung 4). Hierdurch wird weitgehend verhindert, daß Fehlplazierungen eines Etiketts 3 auf dem Buchrücken zu Fehlerkennungen führen. Ist ein Etikett 3 beispielsweise so tief aufgeklebt, daß der untere Rand des Etiketts 3 bereits am Regalbrett anstößt, so befindet sich das obere Ende des Etiketts 3 immer noch innerhalb der Suchbandbreite Oh. Ist das Etikett 3 dagegen zu hoch auf den Buchrücken aufgelebt, so liegt das untere Ende des Etiketts 3 meist noch innerhalb der Suchbandbreite Oh. Die Suchhöhe h wird dem System durch eine entsprechende Positionierung der Orientierungsmarkierungen mitgeteilt. Wichtig ist hierbei, daß die optische Achse des Sensors stets parallel zum Boden und in der Ebene der Suchhöhe verläuft, damit sich die Suchebene im Kamerabild unabhängig von dem Abstand zwischen Sensor und Regal stets in der Bildmitte befindet.The optical sensor is now looking for the next label, which can be a book label 3 or an orientation mark OM, 4. However, he does not do this at any height, but only at a predetermined search height h above the shelf and in a vertical range Oh, the search height h being slightly less than the height of a label (book label 3 or orientation marker 4). This largely prevents misplacement of a label 3 on the spine from leading to error detections. If a label 3 is stuck on so deep, for example, that the lower edge of the label 3 already abuts the shelf, the upper end of the label 3 is still within the search range Oh. If, however, label 3 is placed too high on the spine of the book, the lower end of label 3 is usually still within the search range Oh. The search height h is communicated to the system by appropriate positioning of the orientation markings. It is important here that the optical axis of the sensor always runs parallel to the floor and in the plane of the search height, so that the search plane in the camera image is always in the center of the image regardless of the distance between the sensor and the shelf.
Der in den Roboter 2 eingebaute Computer vergleicht das von dem Sensor erfaßte, nahezu li- nienförmige Muster dann mit einem vorgegebenen Muster, um zu ermitteln, ob ein Etikett 3 erkannt wurde. In diesem Fall muß ein weißer Streifen vorliegen, der von schwarzen Stellen durchsetzt ist, wobei die schwarzen Stellen zu dem schwarzen Rahmen des Etiketts 3 bzw. dem Etikettaufdruck gehören. Der Computer erweitert dann die vertikale Bandbreite 4h, wo- bei auch der Etikettaufdruck ausgelesen wird. Durch einen Datenbankvergleich des ausgelesenen Inhalts ermittelt das System dann, ob eine Identifizierungsmarkierung eines Buchs oder eine Orientierungsmarkierung vorliegt. Dies bietet den Vorteil, daß die Unterscheidung von Identifizierungsmarkierungen (Buchetiketten) einerseits und Orientierungsmarkierungen andererseits durch einen einfachen Textvergleich erfolgen kann. Handelt es sich um ein Bucheti- kett, so wird der ausgelesene Inhalt für eine spätere Datenaus Wertung gespeichert. Handelt es sich dagegen um eine Orientierungsmarkierung, so entaimmt der Roboter aus der Orientierungsmarkierung die Information für die erforderlichen Bewegungsvorgänge.The computer built into the robot 2 then compares the almost linear pattern detected by the sensor with a predetermined pattern in order to determine whether a label 3 has been recognized. In this case there must be a white stripe which is interspersed with black spots, the black spots belonging to the black frame of the label 3 or the label printing. The computer then extends the vertical bandwidth 4h, whereby the label is also read out. The system then uses a database comparison of the read content to determine whether there is an identification mark for a book or an orientation mark. This offers the advantage that the distinction between identification markings (book labels) on the one hand and orientation markings on the other hand can be made by a simple text comparison. If it is a book label, the read content is saved for later data evaluation. If, on the other hand, it is an orientation marker, the robot extracts the information for the required movement processes from the orientation marker.
Während der Erweiterung der vertikalen Bandbreite 4h kann der festgestellte horizontale Ab- stand des gefundenen Etiketts zum Bildrand bereits an das Steuersystem weitergegeben werden, das daraufhin eine Roboterbewegung um diesen Abstand veranlaßt. Dadurch wird erreicht, daß das neue Etikett sich im Sensorbild ganz am Rand befindet und weitere Etiketten - 8 -During the expansion of the vertical bandwidth 4h, the ascertained horizontal distance from the label found to the edge of the image can already be passed on to the control system, which then initiates a robot movement by this distance. This ensures that the new label is at the very edge of the sensor image and additional labels - 8th -
in das Bild rücken können. Ist die Etikettenerkennung schließlich abgeschlossen, ist auch die Roboterbewegung bereits ausgeführt und die Bilderkennung kann ohne Wartezeit das nächste Etikett suchen.can move into the picture. When the label recognition is finally completed, the robot movement has already been carried out and the image recognition can search for the next label without waiting.
Dabei ist eine Umrechnung der Abstandsinformation (Anzahl der Bildrasterpunkte) in eine metrische Information nötig. Hierzu können beispielsweise die genormte und bekannte Etikettenhöhe oder andere Richtwerte als Referenz herangezogen werden. Stellt man hierbei fest, daß sich der optische Sensor zu weit oder zu nah an das Regal bewegt, wird ebenfalls eine entsprechende Korrektur durch das Fahrwerk durchgeführt.It is necessary to convert the distance information (number of image grid points) into metric information. For this purpose, the standardized and known label height or other standard values can be used as a reference. If it is found that the optical sensor is moving too far or too close to the shelf, the chassis also corrects it accordingly.
Fernerhin kann die Abstandsinformation dazu verwendet werden, um festzustellen, ob das zugehörige Buch unmittelbar an das vorangegangene Buch angrenzt oder ob zwischen diesen beiden Büchern eine Leerstelle liegt, die entweder von einem Buch mit nicht erkanntem Etikett oder von einer Lücke herrühren kann.Furthermore, the distance information can be used to determine whether the associated book is immediately adjacent to the previous book or whether there is a space between these two books, which can either result from a book with an unrecognized label or from a gap.
Nach dem vorstehend beschriebenen Abfahren des durch die einzelnen Orientierungsmarkie- rangen OM, 4 definierten Parcours sind in dem eingebauten Computer die Daten sämtlicher Etiketten 3 gespeichert, die während der Revision erfaßt wurden. Die gespeicherten Daten werden dann auf einen Zentralcomputer überspielt und mit dem Bibliothekskatalog verglichen, der den Soll-Bestand der gesamten Bibliothek wiedergibt. Hierbei erstellt der Zentralcomputer automatisch eine Korrekturliste, die den gesamten Fehlbestand der Bibliothek aufführt und dem Bibliothekspersonal eine Korrektur des Buchbestands ermöglicht. Hierzu stellt das Bibliothekspersonal verstellte Bücher an den richtigen Ort zurück und bestellt ggf. fehlende Bücher neu.After the above-described traversing of the course defined by the individual orientation marking ranges OM, 4, the data of all labels 3 that were recorded during the revision are stored in the built-in computer. The stored data is then transferred to a central computer and compared with the library catalog, which shows the target inventory of the entire library. The central computer automatically creates a correction list that lists the entire shortage of the library and enables library staff to correct the book inventory. For this purpose, the library staff returns the books that have been misplaced to the right place and re-orders missing books if necessary.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.The embodiment of the invention is not limited to the preferred exemplary embodiments specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown, even in the case of fundamentally different types.
Nachfolgend werden weitere Merkmale und Aspekte der Erfindung anhand von Darstellungen von Ausführungsvarianten erläutert.In the following, further features and aspects of the invention are explained on the basis of representations of design variants.
Bei der Erfindung handelt es sich gemäß einem Aspekt um ein effizientes Orientierung'ssy- stem für Roboter, insbesondere ein für Such- und Kontrollroboter in strukturierten Umgebungen. - 9 -In one aspect, the invention is an efficient orientation system for robots, in particular one for search and control robots in structured environments. - 9 -
Die Erfindung betrifft insbesondere u.a. ein Verfahren zur Orientierung von Robotern in Räumen oder an Orten.The invention relates in particular to a process for the orientation of robots in rooms or places.
Mobile Roboter müssen sich in dem Raum, in dem sie sich bewegen, orientieren. Gemeinhin geschieht das mithilfe von Landmarken, Funksendern oder ähnlich beschaffenen Orientierungspunkten. Die Aufgaben eines solchen Roboters teilen sich also grundsätzlich in zwei Aspekte:Mobile robots have to orient themselves in the room in which they move. This is usually done with the help of landmarks, radio transmitters or similarly designed landmarks. The tasks of such a robot are basically divided into two aspects:
1. Die Aufgabe der Orientierung im Raum1. The task of orientation in space
2. Die eigentliche Aufgabe des Roboters2. The real job of the robot
Die Erfindung vereinfacht die Arbeit des Roboters, in dem sie die beiden Aufgaben weitge- hend zu einem Arbeitsprozeß zusammenfaßt. Dies bietet sich z- B. insbesondere bei Such- und Kontrollrobotern an. Diese Suchroboter müssen bisher parallel zwei Aufgaben erledigen:The invention simplifies the work of the robot by largely combining the two tasks into one work process. This is particularly useful, for example, for search and control robots. So far, these search robots have had to perform two tasks in parallel:
1. Die Aufgabe der Orientierung im Raum1. The task of orientation in space
2. Die Such- bzw. Kontrollaufgabe2. The search or control task
Der Arbeitsaufwand dieser Roboter soll verringert werden, indem die beiden Aufgaben in einem Arbeitsprozeß zusammengefaßt werden. Dies wird durch ein Verfahren mit den Merkma- len des Anspruch I erfüllt.The workload of these robots is to be reduced by combining the two tasks in one work process. This is achieved by a method with the features of claim I.
Indem den Orientierungspunkten (z. B. Landmarken) dasselbe Aussehen gegeben wird, wie es die zu suchenden oder zu kontrollierenden Objekte besitzen, besteht die Aufgabe des Roboters nunmehr lediglich darin, diese Objekte zu suchen, gleich, ob es sich um die beweglichen Suchobjekte oder die fixen Orientierungsobjekte handelt. Findet es ein solches Objekt, wird der Erkennungsvorgang durchgeführt, also die Merkmalsausprägungen des Objekts erkannt und anschließend durch einen einfachen und effizienten Vergleich mit einer Orientierungspunkt- bzw. Landmarken-Datei festgestellt, ob es sich um ein zu suchendes Objekt oder um einen Orientierungspunkt handelt. - 10 -By giving the landmarks (e.g. landmarks) the same appearance as the objects to be searched for or controlled, the robot's task now is simply to search for these objects, regardless of whether they are moving search objects or the fixed orientation objects. If such an object is found, the recognition process is carried out, that is to say the characteristics of the object are recognized, and a simple and efficient comparison with an orientation point or landmark file then determines whether it is an object to be searched for or an orientation point. - 10 -
Ein weiterer Vorteil des Systems besteht darin, daß z. B. im Falle von Landmarken eine unauffällige und optisch nicht störende bzw. vom Designwert evtl. sogar attraktive Kennzeichnung möglich wird, weil die Kennzeichen sich optisch nicht von den sowieso sich im Raum befindlichen Objekten unterscheidet.Another advantage of the system is that e.g. B. in the case of landmarks an inconspicuous and optically non-distracting or possibly even attractive from the design value is possible because the mark optically does not differ from the objects located in the room anyway.
Das Verfahren soll am Beispiel der Standortrevision in den Lesesälen einer Bibliothek verdeutlicht werden:The procedure is to be illustrated using the example of site revision in the reading rooms of a library:
Die Standortrevision in Großbibliotheken stellt eine wichtige Aufgabe dar, die bisher im manuellen Verfahren durch einen Vergleich von Regal nach Regal mit den aktuellen Standortkatalogdaten durchgeführt wird. Erste Ansätze einer technischen Vereinfachung lassen sich bisher lediglich darin finden, daß das Personal mit tragbaren Computersystemen ausgestattet wird und hierdurch einen einfacheren Zugriff auf den Katalog besitzt.The site revision in large libraries represents an important task, which has been carried out in a manual process up to now by comparing shelf to shelf with the current location catalog data. The first attempts at technical simplification can so far only be found in the fact that the personnel are equipped with portable computer systems and thus have easier access to the catalog.
Dieses Vorgehen ist dennoch aufwendig und beansprucht sehr viel Zeit. Nach unseren Recherchen wird beispielsweise in der Universitätsbibliothek Regensburg mit einem Lesesaalbestand von 1,3 Mio. Büchern eine solche Katalogrevision lediglich circa in einem Turnus von fünf Jahren durchgeführt, teilweise auch, je nach verfügbarer Arbeitskraft, noch seltener. Hierbei sind nach Auskunft von Hrn. Bibliotheksdirektor Dr. Eike Unger alle 30 Beschäftigten der Universitätsbibliothek circa A Jahr beschäftigt.This procedure is nevertheless complex and takes a lot of time. According to our research, for example, in the Regensburg University Library with a reading room inventory of 1.3 million books, such a catalog revision is only carried out every five years, sometimes even less frequently, depending on the available workforce. According to Mr. Library Director Dr. Eike Unger employed all 30 employees of the university library for about a year.
Diese seltene Durchführung der Revision führt in Verbindung mit der Tatsache, daß im tägli- chen Lesesaalverkehr etliche Titel zum einen aus Versehen, zum anderen aber auch aus Absicht - zu einer nur auf den eigenen Vorteil bedachten "Reservierung" - verstellt werden, dazu, daß gesuchte Titel nachbestellt werden müssen, obwohl nicht ausgeschlossen werden kann, daß sie sich an einer unbekannten Stelle der Bibliothek befinden, nur auffindbar durch eine systematische Revision oder durch Zufall. Neben den hohen Personalkosten für die in angemessenen Abständen durchzuführende Revision fallen also laufend Wiederbeschaffungskosten an, weil der Überblick über den aktuellen Bestand nicht in befriedigendem Masse erlangt werden kann.This infrequent implementation of the revision, combined with the fact that a number of titles are misadjusted in daily reading room traffic, on the one hand by mistake, but on the other hand on purpose - to a "reservation" that is only for one's own benefit, leads to the fact that Requested titles must be reordered, although it cannot be ruled out that they are in an unknown location in the library, only found by a systematic revision or by accident. In addition to the high personnel costs for the revision to be carried out at appropriate intervals, replacement costs are incurred because the overview of the current inventory cannot be obtained to a satisfactory extent.
Sicherlich besitzt der Stand der Technik Möglichkeiten, automatisierte Archivierungs- und theoretisch auch Revisionssysteme zu implementieren, wie sie zum Beispiel in automatisierten Lagerhäusern eingesetzt sind. Hierbei wird jedoch eine Anpassung der Arbeitsumgebung - 11 -The state of the art certainly has the ability to implement automated archiving and, theoretically, revision systems, such as those used in automated warehouses. Here, however, an adaptation of the working environment - 11 -
an die Maschine gefordert, seien es Schienen verschiedenster Art, auf denen das System sich bewegt, seien es einfach lesbare Barcodes an den zu behandelnden Artikeln. Ein solches System in einer Bibliothek zu installieren würde umfassende und teure Eingriffe in die Raum- struktur erfordern und dem Anspruch eines Lesesaales als Ort der Begegnung zwischen Mensch und Buch sowohl im Hinblick auf die dann notwendige Rücksicht auf die technische Umgebung als auch durch eine optische Nachteiligkeit widersprechen. Ebenso ist das System dann an seinen für ihn eingerichteten Einsatzort gebunden, eine üblicherweise mit mehreren Lesesälen ausgestattete Bibliothek müßte ein solches System für jeden Raum erneut anschaf- fen und anpassen. Des weiteren wäre eine Ausstattung des gesamten Lesesaalbestandes einer Großbibliothek mit maschinenlesbaren Codes von immensem Aufwand geprägt.to the machine, be it rails of all kinds on which the system moves, or simply readable barcodes on the articles to be treated. To install such a system in a library would require extensive and expensive interventions in the spatial structure and the claim of a reading room as a meeting place between man and book, both with regard to the then necessary consideration of the technical environment as well as by an optical disadvantage disagree. Likewise, the system is then tied to the place of use set up for it. A library usually equipped with several reading rooms would have to buy and adapt such a system for each room again. Furthermore, equipping the entire reading room inventory of a large library with machine-readable codes would be extremely costly.
Die Erfindung leistet es hier, ein einfaches System zur Katalog- und Standortrevision in Bibliotheken zu ermöglichen, das sich ohne großen Aufwand unauffällig an die bestehenden Be- dingungen in einem oder auch mehreren Lesesälen anpaßt.The invention makes it possible here to enable a simple system for catalog and location revision in libraries, which can be easily and inconspicuously adapted to the existing conditions in one or more reading rooms.
Diese Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen des Anspruch I folgendermaßen gelöst. Es orientiert sich im Raum mithilfe einer Kamera lediglich anhand von an den Regalen angebrachten Landmarken, die einen Parcours vorgeben - eine speziell auf den Einsatzort angepaßte Programmierung ist nicht notwendig. Dadurch wird das System transportabel und läßt sich so auf einfache Weise in sämtlichen Standorten einer Bibliothek einsetzen. Durch die leichte Transportabilität ist sogar eine gemeinsame Benutzung eines Systems durch mehrere Bibliotheken denkbar (Verleihsystem).This object is achieved by a system with the features of claim I as follows. It is oriented in the room with the aid of a camera only on the basis of landmarks attached to the shelves, which prescribe a course - a programming that is specially adapted to the place of use is not necessary. This makes the system portable and can be easily used in all locations of a library. Due to the easy portability, a shared use of a system by several libraries is also conceivable (rental system).
Die Erkennung der in den Regalen stehenden Bücher wird über einen Bilderkennungsmechanismus realisiert, der die Gewinnung von Informationen zur Steuerung des Systems durch das Einlesen der Landmarken mit dem Lesen der Buchkennungen mithilfe eines einzigen Texterkennungsverfahrens zeit- und rechenaufwandssparend kombiniert. Die Koordination des sich mobil bewegenden Roboters übernimmt ein Steuercomputer. Die Standortdaten, die dieser Roboter sammelt, können zwischengespeichert werden und in einem getrennten Arbeitsschritt oder aber sofort mit den in in elektronischer Form vorliegenden Katalogdaten mithilfe eines entsprechenden Programms automatisiert verglichen werden.The recognition of the books on the shelves is realized via an image recognition mechanism, which combines the acquisition of information for controlling the system by reading in the landmarks with reading the book identifications with the aid of a single text recognition process, saving time and computing effort. A control computer coordinates the mobile robot. The location data that this robot collects can be stored temporarily and can be automatically compared in a separate work step or immediately with the catalog data in electronic form using an appropriate program.
Die Bilderkennung: - 12 -The image recognition: - 12 -
Zur Erkennung der Bücher ist ein Bilderkennungsmodul vonnöten, das die Buchetiketten im Kamerabild mit möglichst geringem Rechenaufwand ortet und die Signaturen ausliest. Seine Arbeitsweise wird wie folgt beschrieben:An image recognition module is required to recognize the books, which locates the book labels in the camera image with the least possible computing effort and reads out the signatures. The way it works is described as follows:
Das erste Etikett soll bereits gefunden und dechiffriert sein. Es befinde sich irgendwo im Kamerabild, die weiteren Bücher stehen rechts davon. Der Algorithmus sucht nun rechts vom gefunden Etikett in einer vorher bestimmten Standardhöhe nach dem nächsten Etikett. Er bedient sich dabei einer wichtigen und nicht ganz trivialen Erkenntnis: Wenn auch die EtikettenThe first label should already be found and deciphered. It is somewhere in the camera image, the other books are on the right. The algorithm now searches to the right of the label found at a predetermined standard height for the next label. He makes use of an important and not entirely trivial finding: albeit the labels
, « in Bezug auf die Höhe, in der sie an den Buchrücken angebracht sind, oft stark unterschiedlich sind, so läßt sich doch eine bestimmte Höhe bestimmen, in der das Etikett mit ziemlicher Sicherheit angetroffen wird: Dieses gesuchte Maß nämlich entspricht in etwa der Höhe eines Normetiketts, vom Regalbrett aus am Buchrücken entlang gemessen. Ein extrem tief geklebtes Etikett erreicht diese Höhe gerade noch, und ein sehr hoch geklebtes Etikett setzt gerade"With regard to the height at which they are attached to the spine of the book, they are often very different, but a certain height can be determined at which the label is almost certainly encountered: the measure sought corresponds approximately to the height a standard label, measured from the shelf along the spine. An extremely deeply glued label just reaches this height, and a very highly glued label just sets
15 dort knapp an.15 there.
Auf dieser Höhe sucht das Bilderkennungsprogramm nun also in einer gewissen vertikalen Bandbreite das nächste Etikett, das sich ihm als ein weißer Streifen, evtl. durchsetzt mit schwarzen Stellen (die den Buchstaben auf dem Etikett angehören) darstellt (vgl. Abb. 1, 1.). 0 Dabei muß natürlich eine gewissen Toleranz gegen Farbabweichungen und Rauscheffekte berücksichtigt werden. Glaubt es, das nächste Etikett gefunden zu haben, so dehnt es den Untersuchungsbereich nach oben und unten aus (2.) und findet dabei gleichzeitig die Buchstaben der Signatur, was ihm als Vergewisserung dient, daß es sich hier tatsächlich um ein Etikett 25 handelt. Die Abbildungen der Buchstaben werden, soweit gefunden, einer einfachen Texterkennung übergeben. Dann setzt es die Suche weiter rechts fort.At this height, the image recognition program is now looking for the next label in a certain vertical range, which it presents as a white stripe, possibly interspersed with black spots (which belong to the letters on the label) (see Fig. 1, 1. ). 0 Of course, a certain tolerance against color deviations and noise effects must be taken into account. If it thinks it has found the next label, it extends the examination area up and down (2.) and at the same time finds the letters of the signature, which serves as an assurance that this is actually a label 25. The illustrations of the letters, if found, are passed on to simple text recognition. Then it continues the search to the right.
In dem Moment aber, in dem es die Untersuchung nach oben und unten auszudehnen beginnt, gibt das Bilderkennungsmodul bereits an das Steuerungsmodul eine Information weiter: denHowever, at the moment when the examination begins to expand up and down, the image recognition module already passes on information to the control module: the
30 Abstand des neuen vom alten Etikett, der sich zuersteinmal nur in der Anzahl der Bildpunkte, die im Kamerabild zwischen dem jeweils linken Rand der beiden Etiketten liegen, ausdrücken läßt.30 Distance between the new and the old label, which can only be expressed for the first time in the number of pixels that lie between the left edge of the two labels in the camera image.
Diese Information kann mit Kenntnis des Abstandes zu den aufgenommenen Buchrücken inThis information can be obtained with knowledge of the distance to the spines in
35 eine absolute Abstandsinformation umgewandelt werden. Diese Distanzinformation Linse- Buch läßt sich entweder: - 13 -35 an absolute distance information can be converted. This lens-book distance information can either: - 13 -
*mithilfe eines Distanz-Meß-Sensors oder* using a distance measuring sensor or
*anhand von normierten Größen im Kamerabild (Normhöhe oder -breite eines Etiketts;* based on standardized sizes in the camera image (standard height or width of a label;
5 Normgröße eines Buchstabens, fester Abstand Regalbrettebene - Kameramittelpunktsebene) erkannt werden.5 standard size of a letter, fixed distance shelf level - camera center plane) can be recognized.
Daraufhin kann das Steuerungsmodul den Roboter entsprechend weiterbewegen, so daß sichThe control module can then move the robot accordingly, so that
10 nun das neue Etikett an der Stelle des alten im Bild befindet.10 Now the new label is in the place of the old one in the picture.
Parallel dazu hat das Bilderkennungsmodul mit der Texterkennung Zeit, das neue Etikett anhand des vorhergehenden Bildes zu dechiffrieren und die gefundene Information (die Buch- kennung) im Speicher abzulegen, falls es sich überhaupt um ein Etikett gehandelt hat. Es kann 15 nun, falls es den Bildrand erreicht hat, ein neues Kamerabild einlesen und das nächste Etikett suchen.At the same time, the image recognition module with text recognition has time to decrypt the new label using the previous image and to store the information found (the book ID) in the memory, if it was a label at all. If it has reached the edge of the image, it can now read a new camera image and look for the next label.
Eine wichtige Maßnahme ist hierbei, daß der Linsenmittelpunkt der Kamera am Beginn eines Regalbretts exakt auf die oben beschriebene Suchhöhe für die Etiketten eingerichtet wird.An important measure here is that the lens center of the camera is set up exactly at the search height for the labels described above at the beginning of a shelf.
20 Dann nämlich, und nur dann, bleibt diese Höhe idealerweise auch im Kamerabild immer an der selben Höhe (in der Mitte), egal in welchem Abstand sich die Kamera vom Regal befindet (oder auch in welchem Winkel zum Regal, denn auch ein Winkel Kamerarichtung - Regal- richtung ungleich 90° hat im Grunde lediglich eine Vergrößerung des Abstands und eine 25 gleichzeitige "Verdünnung" der Etiketten zur Folge). Die Höhe eines Objektes im Kamerabild nämlich läßt sich idealisiert nämlich wie oben bereits angedeutet mit einer Funktion ersten Grades auf den Abstand ausdrücken; die Steigung entspricht dem Höhenunterschied Objekt - Linsenmittelpunkt; ist sie null, so bleibt die Funktion konstant.20 Then, and only then, this height ideally also remains at the same height (in the middle) in the camera image, regardless of the distance from the camera to the shelf (or also at what angle to the shelf, because also an angle of the camera direction - The direction of the shelf not equal to 90 ° basically only results in an increase in the distance and a 25 "thinning" of the labels at the same time). The height of an object in the camera image can be ideally expressed, as already indicated above, with a first degree function on the distance; the slope corresponds to the difference in height between the object and the center of the lens; if it is zero, the function remains constant.
30 Es bleibt noch die Aufgabe, eine Fehlerkorrektur zu implementieren, die die als nötig festgestellten Abstandskorrekturen während des Abfahrens des Regals durch eine geschickte Steuerung des Roboters durchführt, ohne dabei das Lesen der Buchetiketten zu stören. Fährt der Roboter nämlich eine kleine Kurve, so muß er dennoch feststellen können, wie weit er sich30 There is still the task of implementing an error correction that carries out the distance corrections that are determined to be necessary while the shelf is being moved by a skillful control of the robot without disturbing the reading of the book labels. If the robot turns a small curve, it must still be able to determine how far it is
„ - dabei in Bildrichtung, also im Sinne der Aufforderung des Bilderkennungsmoduls, "bewege dich um x mm weiter" wirklich bewegt hat. Elementargeometrische Betrachtungen können hier aber näherungsweise zu einem brauchbaren Ergebnis kommen, das sicherlich lieber zu - 14 -"- in the direction of the image, in the sense of the request from the image recognition module," move forward x mm "really moved. Elementary geometrical considerations can, however, come to an approximate useful result, which is certainly preferable - 14 -
hoch angesetzt wird, als zu niedrig, denn dann fährt der Roboter eher eine zu kurze Strecke, als zu weit. Notfalls liest das Programm ein Etikett eben zweimal, was sich problemlos wieder aussondern läßt. Die damit evtl. "vergeudete" Rechenzeit muß hier angesichts der Gefahr, ein Buch zu übersehen, in Kauf genommen werden.is set high than too low, because then the robot travels too short rather than too far. If necessary, the program reads a label twice, which can easily be rejected. The possibly "wasted" computing time has to be accepted in view of the risk of missing a book.
Das System ist jetzt gegenüber Abweichungen in der Umsetzung der benötigten Bewegungen durch die Fahrmechanik in genügend großem Masse tolerant; erst eine Abweichung von mehr als einer Etikettenbreite im Verlauf einer Buchbreite könnte den Algorithmus stören.The system is now sufficiently tolerant of deviations in the implementation of the required movements by the driving mechanics; Only a deviation of more than one label width in the course of a book width could disturb the algorithm.
Beginn und Ende der Roboterfahrt - Die Markierungen und das LeitsystemBeginning and end of the robot journey - the markings and the guidance system
Aber wie findet der Roboter das erste Etikett; und wie weiß er, daß das Regal zu Ende ist?But how does the robot find the first label; and how does he know that the shelf is over?
Sicherlich kann sich der Roboter nicht völlig ohne Orientierungshilfen frei im natürlichenCertainly, the robot cannot move freely in the natural world without orientation aids
Raum bewegen. Der Aufwand, den eine eigenständige Erkennung seiner Umgebung ohne jegliche Anpassung an die "Bedürfnisse" des Roboters mit sich bringt, erscheint hier gegenüber dem einer einmaligen einfachen Kennzeichnung nicht berechtigt. Es soll allerdings betont werden, daß es gerade die Einfachheit dieser Kennzeichnung ist, die das System überlegen macht und es grundlegend von raumgebundenen Varianten in der Form von automatisierten Archivierungs- und Lagerungssystemen unterscheidet. Ist sie geschickt gemacht, erübrigt sich damit das Ablegen eines Planes der Umgebung in elektronischer Form, dessen Herstellung im Grunde um einiges komplizierter ist als die Kennzeichnung des Raumes.Move space. The effort that an independent recognition of its environment entails without any adaptation to the "needs" of the robot does not appear to be justified compared to a one-time simple identification. However, it should be emphasized that it is precisely the simplicity of this labeling that makes the system superior and distinguishes it fundamentally from space-based variants in the form of automated archiving and storage systems. If it is cleverly done, there is no need to file a map of the surroundings in electronic form, the production of which is basically a lot more complicated than the labeling of the room.
Als Zeichen bieten sich Code-Etiketten an, die sich am Beginn und Ende eines Regalbretts oder einer Buchreihe befinden und keine Signatur, sondern eine Weginformation beinhalten. Im selben "Container", dem Standard-Etikett werden also polymorph sowohl die Buchsignaturen als auch die -Richtungsinformationen abgelegt. Dies hat den entscheidenden Vorteil, daß sich ein Test, ob das Regal zu Ende ist, zum Zeitpunkt der rechenintensiven Bilderkennung erübrigt; die Markierungs-Etiketten werden vom System ersteinmal wie ein Signatur-Etikett gehandhabt. Ist der Etikettentext decodiert, führt ein einfacher Zeichenketten-Vergleich zum Erkennen der Richtungsinformation. Solche Informationen wären z. B.: "UP 50 als "weiter 50 cm höher" - "DOWN 30" als "weiter 30 cm tiefer" - ON 200" als "weiter 200 cm rechts" - "TURN 180" als "Drehung 180°". An die Stelle eines eigenen komplexen Bilderkennungsverfahrens zur Orientierung tritt also ein einfacher Textvergleich. - 15 -As a sign, there are code labels that are located at the beginning and end of a shelf or a row of books and do not contain a signature, but a route information. Both the book signatures and the direction information are stored polymorphically in the same "container", the standard label. This has the decisive advantage that there is no need to test whether the shelf has ended at the time of the computationally intensive image recognition; The marking labels are initially handled by the system like a signature label. If the label text is decoded, a simple string comparison leads to the recognition of the direction information. Such information would be e.g. For example: "UP 50 as" further 50 cm higher "-" DOWN 30 "as" further 30 cm lower "- ON 200" as "further 200 cm right" - "TURN 180" as "rotation 180 °". Instead of a complex image recognition process for orientation, a simple text comparison is used. - 15 -
An den Zielpositionen dieser Bewegungsvorschriften findet sich wie auch am Beginn der Arbeitsstrecke, der übrigens an jeder dieser Zielpositionen festgelegt werden kann, ein leicht im Bild erkennbares Spezialetikett. Dieses z. B. farblich besonders ausgestattete Etikett kann sich dann im Bild orten lassen und ist der Startpunkt für einen weiteren Bewegungsvorgang oder eine neue Buchreihe. Es befindet sich auf der oben beschriebenen Mittelwerts-Standardhöhe und kann ein Zeichen beinhalten, das die Arbeitsrichtung (nach links oder nach rechts) vorgibt. Auch eine Längeninformation o. ä. über das zu bearbeitende Buchmaterial ist als fehlervermeidende Redundanzinformation denkbar.At the target positions of these movement instructions, as well as at the beginning of the work route, which can be set at each of these target positions, by the way, there is a special label that is easily recognizable in the picture. This z. B. color-coded label can then be located in the picture and is the starting point for another movement or a new series of books. It is at the standard average height described above and can contain a sign indicating the direction of work (left or right). Length information or the like about the book material to be processed is also conceivable as error-avoiding redundancy information.
1010
Der Lesesaal ist also letztendlich in einem "Parcours" ausgelegt, in dem dem Roboter gleichsam in Form von kleinen "Verkehrszeichen" von Regal zu Regal der Weg beschrieben wird.Ultimately, the reading room is laid out in a "parcours" in which the robot is described in the form of small "traffic signs" from shelf to shelf.
15 Die störungsfreie Bewegung im Raum15 The trouble-free movement in the room
Wie aber wird nun dafür gesorgt, daß der Roboter nirgendwo anstößt und nicht sich selbst oder anderes beschädigt?But how is it now ensured that the robot does not bump anywhere and does not damage itself or anything else?
2020th
Zum ersten muß vielleicht klargestellt werden, daß der Roboter nicht dafür konzipiert ist, in einem stark frequentierten Lesesaal zwischen den Benutzern umherzufahren. Er sollte zu den Zeiten eingesetzt werden, an denen die Lesesäle nicht für die Öffentlichkeit zugänglich sind und höchstens das Bibliothekspersonal anwesend ist.First, it may be necessary to make it clear that the robot is not designed to drive around between users in a busy reading room. It should be used at times when the reading rooms are not open to the public and at most the library staff are present.
2525
Aber auch Kollisionen mit dem Inventar oder den Mauern müssen verhindert werden. Hierzu muß der Roboter vor dem Hindernis gewarnt werden, bevor es ihm gefährlich werden kann. Dazu wird die Kamera so am Roboter befestigt, daß sie beim Arbeiten dem Roboter etwas vorausschaut. Ein Markierungs-Etikett am Regalende oder notfalls, falls dort kein Platz mehrCollisions with the inventory or the walls must also be prevented. To do this, the robot must be warned of the obstacle before it can become dangerous. For this purpose, the camera is attached to the robot so that it looks a little ahead of the robot when working. A marking label at the end of the shelf or, if necessary, if there is no more space
30 ist, direkt am Hindernis mit der Bedeutung: "Achtung!" und einer Weginformation tut das Übrige: Der Roboter kann in ausreichendem Abstand wenden oder abdrehen.30 is right on the obstacle with the meaning: "Warning!" and a path information does the rest: The robot can turn or turn at a sufficient distance.
Im Übrigen wird davon ausgegangen, daß vor einem Regal immer genügend Platz für die Be- - <- wegungen des Roboters ist. Sollte dies einmal nicht der Fall sein, so muß auch das mit einem Warn-Code kenntlich gemacht werden. - 16 -Incidentally, it is assumed that before a shelf always enough space for loading - <- movements of the robot. If this should not be the case, this must also be identified with a warning code. - 16 -
Ein nicht zu vergessender Sonderfall ist noch die Anordnung zweier Regale im rechten Winkel zueinander. Hier sollte ebenfalls eine Markierung vorgesehen sein, die dem Roboter diese Tatsache mitteilt und ihn rechtzeitig zu einer Drehung veranlaßt.A special case not to be forgotten is the arrangement of two shelves at right angles to each other. A marker should also be provided here, which informs the robot of this fact and causes it to rotate in good time.
Mangelhafte Etikettierung (spezifische Probleme und deren Lösung)Inadequate labeling (specific problems and their solution)
Nicht selten ist auf dem Rücken eines Buches nichteinmal genügend Platz, um das Etikett in seiner Schmalform mit um 90° gekippter Beschriftung aufzunehmen. Dann ist es dem System nicht möglich, die Signatur zu erkennen. Jedoch kann er die Information nutzen, wenn er zumindest erkennt, daß es sich hier um ein Buch, dessen Signatur er nicht lesen kann, handelt. Hier kann die geschickte Positionierung einer mitgeführten Lichtquelle das Erkennen eines solchen Buches durch den Schatten in der schmalen Spalte zwischen zwei Buchrücken erleichtern.Quite often there is not even enough space on the back of a book to hold the label in its narrow form with the label tilted by 90 °. Then the system is unable to recognize the signature. However, he can use the information if he at least recognizes that this is a book whose signature he cannot read. The clever positioning of a light source carried along can make it easier to recognize such a book through the shadow in the narrow column between two book spines.
Diese Information aber, daß überhaupt ein Buch gefunden wurde, ist sehr wichtig und kann dem Personal viel Arbeit ersparen. Die gespeicherten Informationen werden ja später mit dem elektronischen Katalog der Bibliothek verglichen. Erkennt das System hierbei, daß zwischen zwei erkannten Büchern ein oder mehrere Bände stehen, deren Signaturen nicht erkannt werden können, so legt es zumindest diese Information mit den übrigen Daten ab. Stellt sich beim Vergleich mit den Katalogdaten dann heraus, daß zwischen den beiden erkannten Bänden wirklich exakt die gefundene Anzahl von Büchern stehen müßte, so kann mit großer Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden, daß hier die richtigen Bücher stehen, eine manuel- le Überprüfung erübrigt sich. Stellt man beim Vergleich aber fest, daß im Katalog entweder mehr oder weniger Bücher als gefunden verzeichnet sind, so kann für diesen Bereich ein Fehler gemeldet werden, der dann vom Bibliothekspersonal behoben wird.However, this information that a book was found at all is very important and can save the staff a lot of work. The stored information will be compared later with the electronic catalog of the library. If the system recognizes that between two recognized books there are one or more volumes whose signatures cannot be recognized, it at least stores this information with the remaining data. If a comparison with the catalog data reveals that the number of books found should really be exactly between the two volumes identified, it can be assumed with a high degree of certainty that the correct books are located here; a manual check is not necessary. If, however, a comparison is found that either more or fewer books are found in the catalog than found, an error can be reported for this area, which is then corrected by the library staff.
Fehlt also ein Buch, oder ist ein Buch an dieser Stelle falsch eingestellt, so schlägt das Vergleichsprogramm Alarm und veranlaßt damit eine Überprüfung bzw. Korrektur. Einzig wenn an dieser Stelle ein Buch fehlt und gleichzeitig ein anderes falsch eingestellt ist, erkennt das Revisionssystem diesen Fehler nicht. Schließt man Mutwillen in Verbindung mit einer guten Kenntnis des Systems aber einmal aus, so ist dieser Fall sehr unwahrscheinlich. - 17 -If a book is missing, or if a book is set incorrectly at this point, the comparison program raises the alarm and thus initiates a check or correction. The revision system only recognizes this error if a book is missing at this point and another is incorrectly set at the same time. However, if you rule out courage in connection with a good knowledge of the system, this case is very unlikely. - 17 -
Sollte allerdings jemand, der diese Schwäche des Systems kennt, diese Tatsache tatsächlich ausnutzen, um zu seinem Vorteil (Wissensvorsprung) zwei oder mehr Bücher zu vertauschen, so bietet sich glücklicherweise gerade dadurch ein Angriffspunkt:Fortunately, if someone who knows this weakness of the system actually uses this fact to swap two or more books for their advantage (knowledge advantage), this is fortunately a point of attack:
Auf der Suche nach diesem Buch durch einen Benutzer findet sich ja dann ein anderes, das an seiner Stelle steht. Wurden die beiden Bücher lediglich vertauscht, was in den meisten Fällen einer solchen mutwillig oder auch versehentlich hervorgerufenen Störung der Fall sein dürfte, so führt dieser an der Stelle des gesuchten Buches gefundene Titel sofort zum Standort des vermißten Werkes. Auch wenn ein Ringtausch stattfand, läßt er sich auf diese Weise wieder lösen. Nur wenn ein Buch anstelle eines verlorengegangenen oder gestohlenen Buches eingeschoben wird, so ist der Tausch nicht mehr rückwärts nachvollziehbar, das Buch muß ersetzt werden. Dieser Fall dürfte aber zu den äußerst seltenen Kuriosa des Bibliothekslebens gezählt werden.When a user searches for this book, there is someone else who stands in his place. If the two books were merely interchanged, which in most cases should be the result of such a deliberate or inadvertently caused disruption, the title found at the location of the book sought leads immediately to the location of the missing work. Even if the ring was exchanged, it can be released again in this way. Only if a book is inserted instead of a lost or stolen book can the exchange no longer be traced backwards, the book must be replaced. This case is one of the extremely rare curiosities in library life.
Im Übrigen sind glücklicherweise die Kosten für die Ersatzbeschaffung eines dünnes Buch zumeist verhältnismäßig niedrig, und um solche Bücher handelt es sich hier ja lediglich; Büchern, die mindestens eine Dicke von ca. 1 cm besitzen, bieten ja genügend Platz für eine ordnungsgemäße und relativ gut maschinenlesbare Kennzeichnung.Fortunately, the cost of replacing a thin book is usually relatively low, and these are just such books; Books that are at least 1 cm thick offer enough space for proper and relatively machine-readable labeling.
Der Vergleich mit dem Katalog - Auswertung der DatenThe comparison with the catalog - evaluation of the data
Der Roboter steht also nach getaner Arbeit mit einem vollen Massenspeicher im Lesesaal. Als Speichermedium bietet sich ein Wechselplattensystem an, bei dem die gesamten Daten einer Revisionstour in einen Handgriff an einen Großrechner übergeben können, der sie dann mit dem elektronischen Bibliothekskatalog vergleicht.After the work is done, the robot is in the reading room with a full mass storage. A removable disk system is available as a storage medium, in which the entire data of a revision tour can be transferred to a mainframe computer in one hand, which then compares it with the electronic library catalog.
Wichtig ist hierbei, daß der Katalog in einer elektronischen 1 :1 -Darstellung bezogen auf die Standorte vorliegt, was nicht immer selbstverständlich ist. Besteht diese Form des Katalogs nicht, so muß er vor dem ersten Einsatz des Revisionssystems aus dem inzwischen wohl an jeder Großbibliothek in elektronischer Form vorhandenen systematischen Katalog erzeugt werden.It is important here that the catalog is available in an electronic 1: 1 representation based on the locations, which is not always a matter of course. If this form of the catalog does not exist, it must be generated from the systematic catalog that is now probably available in electronic form at every major library before the revision system is used for the first time.
Die Arbeit des Auswertungsprogramms: - 18 -The work of the evaluation program: - 18 -
Die Arbeit dieses Auswertungsprogramms besteht im Grunde aus lediglich einer Vergleichsarbeit und soll hier nicht weiter beschrieben werden. Stellt das Programm fest, daß ein Buch zu viel im Regal steht oder aber ein Buch fehlt, so notiert es diese Tatsache in einem Vergleichsprotokoll. Mit nicht erkannten Signaturen von Büchern, die aber als Buch interpretiert werden konnten, wird so verfahren, wie im obigen Abschnitt beschrieben, d. h. es wird nur dann ein Fehler gemeldet, wenn die Zahl der nicht erkannten Bücher von der Sollzahl abweicht, oder aber wenn eine große Zahl von Büchern innerhalb eines Regals oder aber direkt hintereinander nicht erkannt wurde. Konnte der Roboter ein Buch aber nicht finden, so wird , -, auch hierfür ein Eintrag im Vergleichsprotokoll erzeugt, anhand dem das Bibliothekspersonal dann überprüfen kann, ob es sich um einen Erkennungsfehler des Roboter oder um ein tatsächlich fehlendes Buch handelt.The work of this evaluation program basically consists of only comparative work and will not be described further here. If the program detects that a book is on the shelf too much or a book is missing, it records this fact in a comparison log. With undetected signatures of books, but which could be interpreted as a book, the procedure is as described in the section above, i.e. H. an error is only reported if the number of unrecognized books deviates from the target number, or if a large number of books within a shelf or directly in succession has not been recognized. However, if the robot was unable to find a book, an entry is also made in the comparison log for the library staff to use to check whether it was a robot recognition error or an actually missing book.
ProblemeProblems
1515
In einigen speziellen Fällen kann es vorkommen, daß das System ein Buch aus irgendeinem Grund nicht aus einem mehr oder weniger zufalligen Versagen (aufgrund des Lichteinfalls, einem schlechten Videobild, aufgrund der Lage im Regal), sondern prinzipiell nicht erkennt. Ab und zu befinden sich auf den Signaturen handschriftliche Ergänzungen, verdruckte Buchsta0 ben oder ganz einfach Verschmutzungen. Auch mit Büchern mit weißem Rücken kann das Er- kennungsprogramm Probleme bekommen, wenn es das Etikett nicht eindeutig vom Buchrük- ken abheben kann. Solche Bücher sollten dann, wenn sie beim ersten Durchlauf des Systems als nicht erkannt kategorisiert werden, mit neuen, klar lesbaren Etiketten ausgestattet werden; 25 bei weißen Büchern hilft ein dunkler Rand um das Etikett.In some special cases, the system may not recognize a book for some reason, not because of a more or less accidental failure (due to the incidence of light, a bad video image, due to the location on the shelf), but in principle not. From time to time there are handwritten additions, printed letters or simply dirt on the signatures. The recognition program can also have problems with books with a white spine if it cannot clearly lift the label off the spine. Such books should, if they are categorized as not recognized the first time the system is run, be given new, clearly legible labels; 25 For white books, a dark border around the label helps.
"Doppeletiketten""Double labels"
Theoretisch ist es auch möglich, daß die Bilderkennung die Etiketten zweier direkt nebenein¬In theory, it is also possible for the image recognition to label two labels directly next to one another
30 anderstehender relativ dünner Bücher als ein Etikett auffaßt. Gib man dem Erkennungsprogramm eine gewisse auf das Signatursystem der jeweiligen Bibliothek bezogene Intelligenz an die Hand, so daß es hierbei Irregularitäten in der Zusammensetzung der Signatur erkennt so lassen sich solche Erkennungsfehler schon hier vermeiden. Andernfalls erkennt das Ver- - - gleichsprogramm einen Fehler und veranlaßt damit eine Überprüfung. - 19 -30 other relatively thin books as a label. If one gives the recognition program a certain intelligence related to the signature system of the respective library, so that it recognizes irregularities in the composition of the signature, such recognition errors can be avoided here. Otherwise the comparison program detects an error and thus initiates a check. - 19 -
Eine letzte, fast erheiternde Fehlerquelle, die hier erwähnt werden soll und die beim Programm einen Fehler auslöst, zeigt die klare Unterlegenheit der Maschine dem Menschen gegenüber in eigentlich ganz einfachen Dingen: ein kopfüber eingestelltes Buch wird natürlich als nicht erkannt gespeichert und kann vom Bibliothekspersonal dann umgedreht werden. Es unterscheidet sich von einem dünnen Buch, auf dem sich kein Etikett befestigen läßt, gerade darin, daß auf dem Rücken eigentlich eine Kennzeichnung Platz hätte; das Erkennungsprogramm speichert solche Bücher als "mit fehlendem Etikett"; das Vergleichsprogramm nimmt diese Meldung in sein Protokoll auf.A final, almost exhilarating source of error, which should be mentioned here and which triggers an error in the program, shows the clear inferiority of the machine to humans in actually very simple things: a book placed upside down is of course saved as not recognized and can then be used by library staff be turned around. It differs from a thin book on which no label can be attached, precisely in that there should actually be a label on the back; the recognition program saves such books as "with a missing label"; the comparison program records this message in its log.
Die StromversorgungThe power supply
Eine weitergehende Überlegung wert ist noch die Stromversorgung des Roboters aufgrund einer eventuell damit verbundenen Reduzierung der Rentabilität des Systems. Soll sich der Ein- satz solcher Robotersysteme nämlich lohnen, so sollten sie möglichst lange Zeit selbstständig, d. h. ohne Bedienung durch einen Angestellten arbeiten können. Zumindest 12 - 14 Stunden (über Nacht) wartungsfreier Betrieb wären, das Ausbleiben von Unregelmäßigkeiten vorausgesetzt, eine wünschenswerte Einsatzdauer. Neben einer Versorgung über Akkumulatoren ist hierbei die Möglichkeit einer externen Stromversorgung denkbar.A further consideration is the power supply to the robot due to a possible reduction in the profitability of the system. If the use of such robot systems is to be worthwhile, they should work independently for as long as possible. H. can work without being operated by an employee. At least 12-14 hours (overnight) maintenance-free operation would be a desirable period of use, provided there are no irregularities. In addition to a supply via batteries, the possibility of an external power supply is also conceivable.
Hierbei wird man zuerst an ein Kabel denken, das den Roboter mit der Stromversorgungseinheit verbindet. Dabei kann das Auf- bzw. Ausrollen des Kabels jeweils entweder vom Roboter oder der stationären Einheit erledigt werden. Drei grundlegende Bewegungsrichtungen sind denkbar: der Roboter bewegt sich von der Stromversorgung weg und muß im Laufe der Zeit ein immer längeres Kabel hinter sich herziehen; er beschreibt einen Kreis, oder aber er beginnt seine Arbeit mit ausgerolltem Kabel und steht morgens sauber aufgeräumt neben der Versorgungseinheit. Theoretisch wäre bei der letzten Möglichkeit sogar eine Wegsteuerung des Roboters über das ausgelegte Kabel denkbar.Here you will first think of a cable that connects the robot to the power supply unit. The cable can be rolled up or rolled out either by the robot or the stationary unit. Three basic directions of movement are conceivable: the robot moves away from the power supply and, over time, has to pull an ever longer cable behind it; he describes a circle, or he starts his work with rolled out cable and stands cleanly next to the supply unit in the morning. Theoretically, the last option would even allow the robot to be controlled via the designed cable.
Genauso wäre in geeigneten Räumen natürlich die Einrichtung einer von der Decke kommenden Stromversorgung möglich; hierbei ist vor allem an größere Lesesäle gedacht, an denen sich die Regale um eine Freifläche in der Mitte anordnen.In the same way it would of course be possible to set up a power supply coming from the ceiling in suitable rooms; this is primarily intended for larger reading rooms, where the shelves are arranged around an open space in the middle.
Eine andere denkbare Methode wären im Raum an bestimmten Stellen oder aber an einer zentralen Ladestation positionierte Ersatzakkus, die der Roboter selbstständig aufnehmen kann. - 20 -Another conceivable method would be replacement batteries positioned in the room at certain points or at a central charging station, which the robot can pick up independently. - 20 -
Mit der Kamera und seiner flexiblen Steuerung brächte der Roboter allerdings für diesen Vorgang ideale Voraussetzungen mit.With the camera and its flexible control, however, the robot would have ideal conditions for this process.
Schließlich ist auch ein zyklisches Arbeiten vorstellbar, bei dem der Roboter immer dann, wenn sein Energievorrat zur Neige geht, zum Aufladen und gleichzeitiger Datenverarbeitung an die Zentraleinheit zurückkehrt.Finally, cyclical work is also conceivable, in which the robot always returns to the central unit for charging and simultaneous data processing when its energy supply is running low.
Weitere Varianten in der BauweiseOther variants in construction
Im Rahmen der gerade geführten Diskussion zur Energieversorgung drängt sich auch der Gedanke auf, die Aufbauten auf dem sich bewegenden Roboter zu reduzieren und sie dafür an einem zentralen Ort aufzustellen. Gerade der Computer, auch bei leichter Bauweise eines der schwersten Teile, könnte so, bereits fest vernetzt mit dem Bibliothekskatalog, einen Platz au- ßerhalb des Roboters finden.In the context of the discussion about energy supply that has just taken place, the idea also arises of reducing the structures on the moving robot and placing them in a central location for this purpose. In particular, the computer, even one of the heaviest parts with a lightweight design, could already find a place outside the robot, already firmly networked with the library catalog.
Damit ist aber dem Roboter auch die Möglichkeit der eigenständigen Steuerung genommen, die Befehle müssen, ebenso wie die Videodaten, per Kabel oder aber per Funk übertragen werden. Bei den heutigen Möglichkeiten der Technik liegt diese Lösung aber nah. Die bewegliche Einheit muß dann lediglich die Kamera an einem beweglichen Stativ und die Sende- und Empfangseinheit tragen. Der Energiebedarf sinkt, und im Gegenzug steigt die wartungsfreie Arbeitszeit.However, this also removes the possibility of independent control from the robot; the commands, like the video data, must be transmitted by cable or by radio. With today's possibilities of technology, this solution is obvious. The movable unit then only has to carry the camera on a movable tripod and the transmitting and receiving unit. The energy requirement drops and in return the maintenance-free working time increases.
Eine weiter technische Ergänzung des Systems ist eine Vorrichtung zum Entnehmen und Wiedereinstellen der Bücher. Der Roboter, der über Funk direkt mit dem Bibliothekskatalog verbunden ist, kann so falsch stehende Bücher gleich entfernen oder zumindest ein Stück weit herausziehen, so daß sie am nächsten Tag mit Leichtigkeit erkannt, entnommen und richtig eingestellt werden können. Des weiteren könnte er bei sehr dünnen Büchern so an die Signatur oder den oft an der Titelseite angebrachten Barcode des Ausleihsystems herankommen. Hierzu wären zwei Greifer, die sich in den optisch oder mechanisch zu lokalisierenden Spalt zwischen zwei Büchern einschieben, dieses mit gegenseitig aufeinandergerichtetem Druck einklemmen und zu sich ziehen.Another technical addition to the system is a device for removing and re-inserting the books. The robot, which is directly connected to the library catalog by radio, can remove incorrectly positioned books or pull them out a little, so that they can be easily recognized, removed and correctly set the next day. Furthermore, in the case of very thin books, he could get hold of the signature or the barcode of the loan system, which is often attached to the front page. For this purpose, two grippers, which insert themselves into the optically or mechanically localized gap between two books, would clamp them with mutual pressure and pull them towards themselves.
Einige bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind nachfolgend angegeben: - 21 -Some preferred and advantageous embodiments of the invention are given below: - 21 -
Ein automatisiertes und autonomes Revisionssystem zur Bucherfassung mithilfe einer Bilderkennung und einer rechnergestützten flexiblen Wagensteuerung kann dadurch gekennzeichnet sein, daß es sich im Raum anhand eines Leitsystems orientiert, das in seiner Erscheinungsweise dem der Buchetiketten gleicht, daß es seine Befehlsdaten gleich den Signaturdaten optisch selbstständig einliest, daß die -Informationsgewinnung zu Steuerung und Signaturerkennung optimiert in einem Bilderkennungsvorgang verbunden wird und es die Daten schließlich zu einem automatisierten Katalogvergleich bereitstellt.An automated and autonomous revision system for book entry with the aid of image recognition and a computer-aided, flexible car control can be characterized in that it is oriented in the room using a control system that is similar in appearance to that of the book labels, that it reads its command data optically independently, like the signature data, that the information acquisition for control and signature recognition is combined in an optimized image recognition process and it finally provides the data for an automated catalog comparison.
Ein solches System kann dadurch weitergebildet sein, daß die Vorrichtung mit einer externen Stromversorgung über ein Kabel ausgestattet ist, das entweder vom Roboter oder von einer im Raum befindlichen Feststation entrollt und/oder aufgerollt wird.Such a system can be further developed in that the device is equipped with an external power supply via a cable that is unrolled and / or unrolled either by the robot or by a fixed station located in the room.
Alternativ oder zusätzlich kann bei einem solchen System vorgesehen sein, daß sich einzelne Komponenten an einer Feststation im Raum befinden und die Kommunikation dieser Komponenten mit dem beweglichen Systemteil über Kabel und/oder Funk realisiert wird.Alternatively or additionally, it can be provided in such a system that individual components are located at a fixed station in the room and the communication of these components with the movable system part is realized via cable and / or radio.
Eine andere Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Systems sieht vor daß zusätzliche Leitinformationen aus dem ausgerollten Kabel bezogen werden.Another embodiment variant of the system according to the invention provides that additional guidance information is obtained from the rolled-out cable.
Auch ist es bei dem System nach der Erfindung möglich, daß die Vorrichtung selbstständig im Raum positionierte Ersatzakkumulatoren aufnehmen kann oder aber selbstständig an eine La- destation zurückkehrt.It is also possible with the system according to the invention that the device can accommodate spare accumulators that are positioned independently in the room, or that it can independently return to a charging station.
Eine andere Ausgestaltung des Systems ist dadurch gekennzeichnet, daß es eine Vorrichtung zum Entnehmen und Wiedereinstellen der Bücher besitzt.Another embodiment of the system is characterized in that it has a device for removing and re-inserting the books.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß das System die Bücher mit einem kontaktlosen elektronischen, elektromagnetischen oder anderen Erkennungssystem erkennt. Another possibility is that the system recognizes the books with a contactless electronic, electromagnetic or other recognition system.

Claims

- 22 -Patentansprüche - 22 patent claims
1. Lagersystem mit einer Orientierungsmöglichkeit für einen bewegbaren Roboter (2), insbesondere in einer Bibliothek, mit mehreren Lagerorten (1) zur Lagerung von Lagerartikeln, wobei an jedem Lagerartikel eine Identifizierungsmarkierung (3) angebracht ist, einem an dem Roboter (2) angebrachten Sensor zur Erfassung der an den Lagerartikeln angebrachten Identifizierungsmarkierungen (3), dadurch gekennzeichnet, daß an den Lagerorten (1) Orientierungsmarkierungen (OM, 4) für den Roboter (2) angebracht sind, die im wesentlichen dasselbe Erscheinungsbild wie die Identifizierungsmarkierungen (3) auf den Lagerartikeln aufweisen und eine die räumliche Position des jeweiligen. Lagerorts (1) betreffende Ortsinformation tragen, und daß der Sensor ausgangsseitig mit einer Steuereinheit verbunden ist, welche die Roboterbewegung in Abhängigkeit von den durch den Sensor erfaßten Orientierungsmarkierungen (OM, 4) steuert.1. Storage system with an orientation option for a movable robot (2), in particular in a library, with a plurality of storage locations (1) for the storage of storage items, an identification mark (3) being attached to each storage item, one attached to the robot (2) Sensor for detecting the identification markings (3) attached to the stock items, characterized in that orientation markings (OM, 4) for the robot (2) are attached to the storage locations (1) which have essentially the same appearance as the identification markings (3) the storage items and the spatial position of each. Bear location information (1) and that the sensor is connected on the output side to a control unit which controls the robot movement depending on the orientation markings (OM, 4) detected by the sensor.
2. Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Lagerorten (1) angebrachten Orientierungsmarkierungen (OM, 4) jeweils die absolute räumliche Lage des jeweiligen Lagerorts (1) innerhalb des Lagersystems wiedergeben.2. Storage system according to claim 1, characterized in that the orientation markings (OM, 4) attached to the storage locations (1) each reflect the absolute spatial position of the respective storage location (1) within the storage system.
3. Lagersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Lagerorten (1) angebrachten Orientierungsmarkierungen (OM, 4) jeweils die relative Lage des nächsten von dem Roboter (2) anzufahrenden Lagerorts (1) bestimmen, so daß der Roboter (2) automatisch auf einem vorgegebenen Parcours von Lagerort zu Lagerort fährt.3. Storage system according to claim 2, characterized in that the orientation markings (OM, 4) attached to the storage locations (1) each determine the relative position of the next storage location (1) to be approached by the robot (2), so that the robot (2 ) automatically travels from storage location to storage location on a specified course.
4. Lagersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor zur Erfassung der Orientierungsmarken (OM, 4) und der Identifizierungsmarkierungen (3) auf den Lagerartikeln ein optischer Sensor ist.4. Storage system according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor for detecting the orientation marks (OM, 4) and the identification marks (3) on the bearing articles is an optical sensor.
5. Lagersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Identifizierungsmarkierungen (3) an den Lagerartikeln jeweils in einer derselben Hö- he angebracht sind, um die Erkennung zu vereinfachen. - 23 -5. Storage system according to one of the preceding claims, characterized in that the identification markings (3) are attached to the storage items in each case at the same height in order to simplify the detection. - 23 -
6. Lagersystem nach Anspruch 4 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse des optischen Sensors in horizontaler Richtung in der Suchhöhe der Identifizierungsmarkierungen (3) verläuft.6. Storage system according to claim 4 and claim 5, characterized in that the optical axis of the optical sensor extends in the horizontal direction in the search height of the identification markings (3).
7. Lagersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerorte jeweils Regale, Regalbretter oder Stellplätze innerhalb eines Regals sind.7. Storage system according to one of the preceding claims, characterized in that the storage locations are in each case shelves, shelves or parking spaces within a shelf.
8. Lagersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse des optischen Sensors in einer Suchebene liegt, wobei der vertikale Abstand (h) zwischen der Suchebene und dem Regalbrett im wesentlichen gleich der Höhe der Identifizierungsmarkierungen ist.8. Storage system according to claim 7, characterized in that the optical axis of the optical sensor lies in a search plane, the vertical distance (h) between the search plane and the shelf being substantially equal to the height of the identification markings.
9. Lagersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Roboter (2) einen Massenspeicher aufweist, um die Identifizierungsmarkierungen (3) ausgelesenen Artikelinformationen und/oder die Ortsinformation der Orientierungsmarkierungen für eine spätere Auswertung zu speichern.9. Storage system according to one of the preceding claims, characterized in that the robot (2) has a mass memory in order to store the identification markings (3) read article information and / or the location information of the orientation markings for later evaluation.
10. Verfahren zum Betrieb eines Lagersystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den folgenden Schritten: - ein erster Lagerort (1) innerhalb des Lagersystems wird von dem Roboter (2) angefahren,10. Method for operating a storage system according to one of the preceding claims, with the following steps: a robot (2) approaches a first storage location (1) within the storage system,
- die Identifizierungsmarkierungen (3) der in dem ersten Lagerort (1) angeordneten Lagerartikel werden von dem Sensor des Roboters (2) nacheinander erfaßt und die jeweiligen Artikelinformationen ermittelt,- The identification marks (3) of the stock items arranged in the first storage location (1) are successively detected by the sensor of the robot (2) and the respective item information is determined,
- die an dem ersten Lagerort (1) angebrachte Orientierungsmarke (OM, 4) wird von dem Sensor des Roboters (2) erfaßt und die Ortsinformation der Orientierungsmarke (OM, 4) ermittelt,- The orientation mark (OM, 4) attached to the first storage location (1) is detected by the sensor of the robot (2) and the location information of the orientation mark (OM, 4) is determined,
- in Abhängigkeit von der ermittelten Ortsinformation wird der Standort des nächsten Lagerorts (1) ermittelt und von dem Roboter (2) selbständig angefahren.- Depending on the determined location information, the location of the next storage location (1) is determined and automatically approached by the robot (2).
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung der Identifizierungsmarkierungen (OM, 3, 4) optisch durch einen optischen Sensor erfolgt.11. The method according to claim 10, characterized in that the detection of the identification marks (OM, 3, 4) is carried out optically by an optical sensor.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Erfassung einer Identifizierungsmarkierung (3) unmittelbar neben der bereits erfaßten Identifizie- rungsmarkierung (3) und in einer vorgegebenen Höhe (h) ein Bildmuster mit einer vorgegebenen vertikalen (Δh) Ausdehnung erfaßt und mit einem gespeicherten Bildmuster einer Identifizierungsmarkierung (3) verglichen wird, um zu ermitteln, ob unmittelbar - 24 -12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that after the detection of an identification mark (3) immediately next to the already detected identification mark (3) and at a predetermined height (h) an image pattern with a predetermined vertical (Δh) extension detected and compared with a stored image pattern of an identification mark (3) to determine whether immediately - 24 -
neben der bereits erfaßten Identifizierungsmarkierung eine weitere Identifizierungsmar- kierung oder eine Orientierungsmarkierung angeordnet ist.in addition to the identification mark already detected, a further identification mark or an orientation mark is arranged.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Höhe (h) für die Erfassung des Bildmusters im wesentlichen der Höhe einer Identifizierungsmarkierung (3) entspricht und die vertikale Ausdehnung (Δh) des aufgenommenen Bildmusters wesentlich geringer ist als die Höhe einer Identifizierungsmarkierung (3).13. The method according to claim 12, characterized in that the predetermined height (h) for the detection of the image pattern substantially corresponds to the height of an identification mark (3) and the vertical extent (Δh) of the recorded image pattern is substantially less than the height of an identification mark (3).
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Nichterkennung ei- ner weiteren Identifizierungsmarkierung (3) neben der zuletzt erfaßten Identifizierungsmarkierung (3) die horizontale Position der Leerstelle gespeichert wird.14. The method according to claim 13, characterized in that, if a further identification mark (3) is not recognized, the horizontal position of the empty space is stored in addition to the identification mark (3) last recorded.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Nichterkennung einer weiteren Identifizierungsmarkierung (3) unmittelbar neben der zuletzt erfaßten Identifizierungsmarkierung (3) die Breite der Leerstelle gespeichert wird, um eine Unterscheidung zwischen einem fehlenden Lagerartikel und einem dünnen Lagerartikel mit nicht lesbarer Identifizierungsmarkierung zu ermöglichen. 15. The method according to any one of claims 10 to 12, characterized in that in the event of a non-detection of a further identification mark (3) immediately next to the last detected identification mark (3), the width of the empty space is stored in order to distinguish between a missing stock item and a thin one To enable stock items with illegible identification marks.
PCT/DE1999/000522 1998-02-26 1999-02-26 Storage system and robot and control unit for a storage system of this type WO1999044171A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU33264/99A AU3326499A (en) 1998-02-26 1999-02-26 Storage system and robot and control unit for a storage system of this type

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19808073.5 1998-02-26
DE19808073 1998-02-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1999044171A1 true WO1999044171A1 (en) 1999-09-02

Family

ID=7858969

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE1999/000522 WO1999044171A1 (en) 1998-02-26 1999-02-26 Storage system and robot and control unit for a storage system of this type

Country Status (2)

Country Link
AU (1) AU3326499A (en)
WO (1) WO1999044171A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004113030A1 (en) * 2003-06-26 2004-12-29 Abb Ab Control method for machines, including a system, computer program, data signal and gui
DE202016101022U1 (en) * 2016-02-26 2017-05-29 Leuze Electronic Gmbh + Co Kg positioning

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3843218A1 (en) * 1988-12-22 1990-06-28 Grau Gmbh & Co Holdingges METHOD AND DEVICE FOR OPERATING AN AUTOMATIC DATA CARRIER ARCHIVE
US5303034A (en) * 1992-05-01 1994-04-12 Storage Technology Corporation Robotics targeting system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3843218A1 (en) * 1988-12-22 1990-06-28 Grau Gmbh & Co Holdingges METHOD AND DEVICE FOR OPERATING AN AUTOMATIC DATA CARRIER ARCHIVE
US5303034A (en) * 1992-05-01 1994-04-12 Storage Technology Corporation Robotics targeting system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004113030A1 (en) * 2003-06-26 2004-12-29 Abb Ab Control method for machines, including a system, computer program, data signal and gui
US8417363B2 (en) 2003-06-26 2013-04-09 Abb Ab Control method for machines, including a system, computer program, data signal and gui
DE202016101022U1 (en) * 2016-02-26 2017-05-29 Leuze Electronic Gmbh + Co Kg positioning

Also Published As

Publication number Publication date
AU3326499A (en) 1999-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3323770B1 (en) Method for providing the positions of storage areas in a warehouse and an industrial truck
EP2468678B1 (en) Industrial truck with a sensor for detecting the surroundings and method for operating such an industrial truck
DE102009045402B4 (en) Printing form magazine of a printing unit
EP2161219B1 (en) Method and device for visual support of picking processes
EP1449064B1 (en) System and method for detecting and rewarding the return of a supermarket trolley or a luggage trolley taken from a trolley park
DE10342767B4 (en) Transponder-supported positioning system
EP3601118A1 (en) Production system with an agv for automatically discharging containers to picking shelves
EP2700596B1 (en) Picking system
DE10149454A1 (en) Method and system for loading and unloading delivery vehicles
DE102008027646A1 (en) System for automatic controlling of storing and/or commissioning of article e.g. pharmaceutical article, in shelf warehouse, has data-processing system generating control signals for controlling warehouse
EP2389292A1 (en) Transport system for providing printing forms to a printing press
WO2014053436A1 (en) Method and device for organising at least one object
DE102010041837B4 (en) Method and device for controlling means of transport in a material transport system of a web-fed printing machine
EP2346690B1 (en) Method for providing printing plates at installation positions on one of a plurality of plate cylinders disposed in a printing machine
EP2379328B1 (en) Method for preparing printing forms in assembly position on one of several printing cylinders in a print press
WO1999044171A1 (en) Storage system and robot and control unit for a storage system of this type
EP1739516A1 (en) System and method for surveying the transfer of goods provided with identification carriers
DE202015103603U1 (en) Transport vehicle for moving cameras, lighting elements and decoration or stage components
DE102012016552A1 (en) Commissioning system for commissioning of different containers i.e. crates, or objects and/or components in trade or logistics industry, has guide device comprising spotlights for sending light beams, where beam marks retainer of vehicle
WO2005063607A2 (en) Delivery cart for a storing system and storing system comprising at least one shelf and at least one delivery cart
DE19856763C2 (en) Electronic archiving device for objects, in particular files
DE102018112012B4 (en) Method and device for marking a storage location
DE102004035819B4 (en) Method for automatic stock-taking in a warehouse
DE112020001340T5 (en) Mobile robot, control system for a mobile robot and method for controlling a mobile robot
DE102020101689A1 (en) Storage method as well as area storage suitable for this

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BY CA CH CN CU CZ DE DK EE ES FI GB GE GH GM HR HU ID IL IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MD MG MK MN MW MX NO NZ PL PT RO RU SD SE SG SI SK SL TJ TM TR TT UA UG US UZ VN YU ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): GH GM KE LS MW SD SL SZ UG ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE BF BJ CF CG CI CM GA GN GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: KR

122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: CA