WO2022090033A1 - Lagersystem zum lagern von waren in einem dreidimensionalen lager - Google Patents

Lagersystem zum lagern von waren in einem dreidimensionalen lager Download PDF

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WO2022090033A1
WO2022090033A1 PCT/EP2021/079119 EP2021079119W WO2022090033A1 WO 2022090033 A1 WO2022090033 A1 WO 2022090033A1 EP 2021079119 W EP2021079119 W EP 2021079119W WO 2022090033 A1 WO2022090033 A1 WO 2022090033A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
container
lattice structure
robotic vehicle
stack
containers
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/079119
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Jarr
René Marie LEFEBVRE
Original Assignee
Dematic Gmbh
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 Dematic Gmbh filed Critical Dematic Gmbh
Publication of WO2022090033A1 publication Critical patent/WO2022090033A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G1/00—Storing articles, individually or in orderly arrangement, in warehouses or magazines
    • B65G1/02—Storage devices
    • B65G1/04—Storage devices mechanical
    • B65G1/0478—Storage devices mechanical for matrix-arrangements

Definitions

  • Storage system for storing goods in a three-dimensional warehouse
  • the invention relates to a storage system for storing goods in a three-dimensional warehouse according to claim 1.
  • US 2015/0127143 A1 discloses a similar system in which several stacked containers (partial stacks) can first be pulled upwards from above by a robotic vehicle on the lattice structure and then moved to the side in order to allow a second robotic vehicle to also access the lattice structure from above To take the exposed remaining container in the stack from above and pull it up separately, in order to then lower the partial stack again.
  • the object of the present invention is an alternative
  • the storage system for storing and moving containers comprises, similar to the prior art, a three-dimensional lattice structure containing a large number of containers stacked vertically, the lattice structure permitting a movement of at least one robot vehicle in the X and/or Y direction ( horizontal plane), but the robotic vehicle can be moved within the lattice structure for storing and retrieving at least one container in or from a stack in the X and/or Y direction.
  • the storage system also has a lifting device assigned to the lattice structure, which temporarily raises the partial stack (in the Z direction or vertically) in order to enable access to the at least one container for the robotic vehicle.
  • all partial stacks arranged “adjacent” to the side of the desired container are lifted to the outside to create the virtual aisle, which is preferably closest to the desired container, so that the respective vehicle can take the shortest route from the outside to the desired container (on the crossbeams) within the lattice structure in order to pick it up and transport it to the outside.
  • a storage process takes place in the reverse order.
  • the desired container itself can be uncovered by lifting all the containers above in its stack so that the vehicle can then pick it up (from the side).
  • the desired container is also raised and the vehicle drives under the raised partial stack or desired container. Only this is then specifically lowered onto the vehicle.
  • a plurality of stacks of containers arranged next to one another in both the X and Y directions are preferably arranged in the lattice structure.
  • the lifting and lowering of the partial stacks can take place "rolling" depending on the duration and distance to the desired container.
  • a removed partial stack does not have to remain raised for the entire duration of the process, but can be lowered again in between.
  • the virtual aisle can therefore be formed dynamically in waves or standing as an entire free aisle during storage or retrieval.
  • a single container is preferably stored or retrieved. However, two or more containers can also be stored or retrieved as small stacks at the same time.
  • the lattice structure includes a plurality of upright supports extending in the Z direction and crossbeams extending in the X and Y directions for guiding the robotic vehicle in the X and Y directions, the supports and crossbeams surrounding the stacks of containers.
  • the crossbeams are therefore not only a structural part of the lattice structure, but also serve as a rail for the robotic vehicles.
  • the robotic vehicles it is possible to also supply the vehicles with power and/or signals or data via the crossbeams or travel rails.
  • the robotic vehicles themselves are designed to move within the lattice structure, preferably guided on and off the crossbeams as travel rails, for which purpose they have drive means compatible with the lattice structure.
  • the robot vehicles can have an energy store (battery, power cap, etc.) to supply the drive and the internal control. External communication can take place via radio modules (Wlan, 5G etc.) or alternatively by means of conductor line-type collectors via the rail.
  • the robotic vehicles can move autonomously via an internal control after accepting an order for storing or retrieving a specific container. For this purpose, they have suitable sensors such as laser scanners, etc.
  • the actual driving commands are then given autonomously by the vehicle itself, possibly through swarm-like consultation and C2C communication. Central control is also conceivable.
  • the at least one robotic vehicle is designed to pick up the at least one container.
  • the recess may have a recess for receiving a container within its periphery (container support recess).
  • the recess is preferably open at the side.
  • the robotic vehicles can have a container carrying surface, preferably designed as the entire upper side of the vehicle, which is optionally additionally equipped with conveying means (belts, etc.).
  • conveying means belts, etc.
  • the robotic vehicle is therefore adapted to the distances between the vertical supports and crossbeams specified by the lattice structure.
  • the robotic vehicle(s) travel(s) on the crossbeams by means of the drive means compatible with the lattice structure in the respective plane to the desired at least one container or stack. This can either be done linearly from the lift or in a zig-zag course with changes of direction, e.g. B. avoiding other robotic vehicles, avoiding traffic jams, etc.
  • the at least one robotic vehicle can have ground-accessible drive means, so that it can also transport the containers outside the lattice structure.
  • the robotic vehicles can have AGV or AMR properties.
  • the lifting device associated with the lattice structure is not part of the robotic vehicle but part of the lattice structure. It can be provided for any vertical stack, i.e. permanently installed. Alternatively, the lifting device can also be moved, e.g. e.g. one lifting device per row, etc.
  • a gripping means of the respective lifting device is arranged vertically movable within the space spanned by the upright supports in order to vertically on Stack to be positioned along each to be taken container of the sub-stack.
  • a gripping frame is arranged vertically movable within the upright supports of a stack as gripping means of the respective lifting device in order to Stack to be positioned along each to be taken lower container of the sub-stack.
  • the gripping means can be designed to specifically lower the lowermost raised container of a (partial) stack onto the container carrying surface of a robotic vehicle positioned underneath.
  • the gripping means can have a double gripping device, with each of the individual grippers of the gripping device being able to be at least lowered independently of one another by the lifting device.
  • the gripping means or gripping device can/can also be designed as vertical plate-shaped carriages with holding elements arranged on two opposite sides of a stack.
  • the gripping means is thus moved up and down vertically by the lifting device, but lies within the respective lattice structure.
  • the gripping means can be moved by the lifting device by means of ropes (or other suitable means such as chains).
  • the gripping means could also be moved via drive rollers or gears on the corresponding vertical supports.
  • the gripping means grips the corresponding container of the (partial) stack and is equipped with holding elements that can be coupled and decoupled for optional interaction with the container (the lowest of the partial stack).
  • At least one lift for robotic vehicles is preferably arranged outside the lattice structure on its outside.
  • the robotic vehicle can be on the ground of a respective working level in retract the lift and be raised accordingly.
  • One permanently installed lift can be provided for each row.
  • a few mobile lifts can also be provided on each outside, e.g. B. every 5 rows a lift.
  • the corresponding lifts can also be arranged within the lattice structure in corresponding free spaces in order to optimally shorten the longest path from the lift to the potential desired container. Then the working level z. B. can also be an intermediate level.
  • the lift is therefore designed to receive the respective robotic vehicle (including the container) and deliver it to the respective level or to provide an interface from the lift to the cross member for guiding the robotic vehicle.
  • the lift can be positioned and configured on at least one, preferably each, cross member level in order to allow the respective robotic vehicle access to the level.
  • ramps could also be provided or the robotic vehicles could automatically move up and down vertically on the outer structure of the lattice structure, e.g. B. known from WO 2019/232613 A1.
  • the invention also relates to a method for operating a storage system in which access to a desired container is allowed in a controlled manner, for which purpose containers are temporarily moved away above and/or to the side, in particular raised upwards, so that a transport vehicle, e.g. B. a robotic vehicle, store the desired container or outsource.
  • a transport vehicle e.g. B. a robotic vehicle
  • the invention also relates to a method for operating a storage system in which a large number of containers stacked vertically one on top of the other in stacks are stored within a three-dimensional grid structure, characterized in that, in order to allow access to a desired container, containers above and / or temporarily moved away to the side of the desired container, in particular raised upwards.
  • the system may include a controller configured to coordinate the lifting units with each other.
  • the control can be of a more traditional nature and can take place centrally, or also in the form of a decentralized control that is administered centrally but is designed as a swarm control.
  • the system allows synchronization and/or position determination of the lifting units, possibly with the aid of sensors, for example via markings on the supports. It is also conceivable to use height and acceleration sensors, such as are known from the field of mobile radios, which are inexpensive and small.
  • the idea here is to coordinate and compare the positions of the interacting lifting units in order to enable the transport vehicles to access the desired container, for which purpose the sub-stacks of the containers are to be lifted and then lowered in a synchronized manner.
  • the system can be set up for a wireless exchange of information with the lifting units and/or transport vehicles.
  • communication can also take place via contact lines in the supports/crossbeams.
  • communication can take place directly between the paired lifting units and/or with the central warehouse control system (WMS) for the exchange of goods-specific storage commands.
  • WMS central warehouse control system
  • the system according to the invention relates to an automated storage system with high density and high dynamics. It essentially comprises three or four components, namely the lattice structure, the lifting units and the transport vehicles and, if necessary, the lifts.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of a system for storing and moving containers
  • FIG. 2 shows a further schematic perspective view of the system from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a further schematic perspective view of the system of FIG. 1; 4 shows a perspective and enlarged detail view of a system with an alternative embodiment of a robotic vehicle;
  • FIG. 5A, B is a perspective and enlarged detailed view of the vehicle lift arrangement from FIG. 1 and
  • FIG. 6 shows a schematic representation of the wave-like movement of the container stacks when a container is retrieved.
  • the system 100 relates to an automated storage system with high density and high dynamics, comprising a three-dimensional lattice structure 1 containing a large number of containers 3 stacked vertically one on top of the other in stacks 2.
  • the containers 3 are thus stacked directly one on top of the other, with a recessed lower edge of an upper container fittingly engaging in the corresponding opening of the container below. This prevents lateral slipping.
  • the lattice structure 1 has a plurality of upright supports 4 in the Z-direction and crossbeams 5 in the X- and Y-directions.
  • the supports 4 and crossbeams 5 surround the stack 2 of the containers 3.
  • the division or the spacing of the crossbeams is adapted to the height of the containers 3.
  • the system also includes at least one, but usually a large number of robotic vehicles 6 for storing and removing containers 3 in or from a stack 2, which can be moved within the lattice structure 1 in the X and Y directions for this purpose.
  • the crossbeams 5 guide the robotic vehicles 6 in the X and Y directions during their movement and serve as rails.
  • Each robotic vehicle 6 is designed to receive a container. those of
  • Figures 1 - 3 and 5 have a container carrying recess 7 into which a container 3 can be picked up from the side.
  • the robotic vehicles 6 can therefore be described as approximately U-shaped.
  • the container carrying recess 7 comprises movement means, not shown, for grasping and drawing in or dispensing a container.
  • the robotic vehicles 6* of FIG. 4 have a container carrying surface 7*.
  • the container carrying surface 7* is designed as the entire upper side of the vehicle and is additionally equipped with conveyor belts 7*F, via which the container can be released.
  • the robotic vehicles 6 have, on the one hand, drive means 8A, B compatible with the lattice structure, with which they can drive autonomously on the crossbeams 5 to the desired container 3.
  • These can be classic running wheels 8A analogous to shuttle technology, as in the case of the robot vehicle 6, or a more caterpillar-like drive 8B, as in the case of the robot vehicle 6*.
  • the robotic vehicles 6 (and 6*) also have ground-going drive means 9 in order to move them in AMR or AGV fashion on the floor of a working level 10 to drive.
  • these can be the same drive means as in the lattice structure or additional ones.
  • the storage system 100 also has at least one lifting device 11 assigned to the lattice structure 1 . This lifts partial stacks temporarily in order to allow access to the at least one container 3 for the robotic vehicle 6 .
  • each stack 2 is assigned a lifting device 11 arranged on the upper side of the lattice structure 1 and permanently installed there. To improve clarity, this is not shown in FIGS. 1-3 and is only indicated in FIG. 5 as cable winch drums.
  • Each hoist 11 includes a within the of the upright supports 4 spanned space vertically movably arranged gripping means 12 in order to be positioned vertically along the stack 2 on the respective lower container 3 of the partial stack to be taken.
  • the gripping means 12 is equipped with holding elements 14 that can be coupled in and out for selective interaction with the container 3 .
  • the respective gripping means 12 is moved up and down from above via steel cables 13 .
  • the gripping means 12 can be a gripping frame 12a (see FIG. 5) or have two gripping slides 12b (FIG. 4, only one visible).
  • the gripping frame 12a according to FIG. 5 is arranged to be vertically movable within the space between the upright supports 4 of a stack 2 in order to be positioned surrounding the stack 2 and along it to the respective lower container 3 of a partial stack to be gripped.
  • This variant is preferably used when the robotic vehicles are designed with a container carrying recess 7, ie accommodate the desired container laterally.
  • the gripping means 12b is designed as a vertical plate-shaped carriage 13 arranged on two opposite sides of a stack.
  • the gripping means 12b has a double gripping device, with each of the individual grippers of the gripping device being able to be at least lowered independently of one another by the lifting device 11.
  • the system 100 also includes a plurality of lifts 15 for raising and lowering the robotic vehicles 6.
  • the lifts are only arranged on the outside of the lattice structure 1.
  • Each lift 15 or its lifting platform 16 can be positioned and configured on at least one cross member level in order to allow the respective robotic vehicle 6 access to the level in the lattice structure 1 .
  • the respective robotic vehicle 6 can drive into the lifting platform 16 lowered onto the working plane 10 and is then raised by it.
  • the lifting platform 16 can be arranged flush with the cross members 5 serving as travel rails, so that the robotic vehicle 6 can drive into the virtual aisle. Elevator 15 can wait to return or work on other tasks in the meantime. The lifts 15 also extend through the working level 10 downwards along the height of the entire lattice structure 1. Thus, the robotic vehicles 6 can also use other working levels, such as e.g. B. Approach delivery levels and delivery levels.
  • system 100 includes a central warehouse controller (WMS), not shown, and is also set up for wireless information exchange with the lifting units and transport vehicles.
  • WMS central warehouse controller
  • FIG. 6 illustrates the wave-like, temporary and vertical movement of the container stacks 2 when retrieving a desired container 3*, only the container 3* itself being indicated for illustration purposes. It goes without saying that the same processes apply analogously to storage.
  • the adjacent containers 3 or their stacks 2 must make room, i. H. be lifted upwards to create a virtual lane so that a robotic vehicle 6 can enter the corresponding level of the lattice structure 1, which has been brought to level 17 via the corresponding lift to collect the container 3*.
  • the gripping means 12 are correspondingly lowered via the respective lifting devices 11 along the path of the virtual lane and the respective partial stack is raised after the holding elements 14 have been activated (cf. B).
  • this lifting can be temporary in such a way that only those partial stacks in the area where the robotic vehicle 6 or container 3* is actually located are lifted. The others behind or in front of it (along the virtual Alley) are lowered again or not yet raised.

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Abstract

Lagersystem zum Lagern und Bewegen von Behältern umfassend eine dreidimensionale Gitterstruktur beinhaltend eine Vielzahl von vertikal aufeinander zu Stapeln gestapelten Behältern, wobei die Gitterstruktur eine Bewegung mindestens eines Roboterfahrzeugs in X- und/oder Y-Richtung führt; das Roboterfahrzeug zum Ein- und Auslagern mindestens eines Behälters in bzw. aus einem Stapel in X- und/oder Y-Richtung innerhalb der Gitterstruktur verfahrbar ist; wobei das Lagersystem mindestens eine der Gitterstruktur zugeordnete Hebeeinrichtung aufweist, die Teilstapel temporär anhebt, um einen Zugang zum mindestens einen Behälter für das Roboterfahrzeug zu ermöglichen.

Description

Lagersystem zum Lagern von Waren in einem dreidimensionalen Lager
Die Erfindung betrifft ein Lagersystem zum Lagern von Waren in einem dreidimensionalen Lager nach Anspruch 1.
Es ist im Bereich der Logistik bekannt, Artikel oder Waren in Lagern einzulagern, zu speichern (bzw. aufzubewahren) und wieder auszulagern. Dabei sollen die Lager eine möglichst gute Raumausnutzung bei hoher Dynamik erlauben.
Übliche Lager erfüllen meist nicht beide Anforderungen im gewünschten Maße.
Aus der WO 2016/172793 A1 ist es bekannt, Behälter in vertikalen Stapeln innerhalb einer Gitterstruktur anzuordnen, die vertikal verlaufende Zugriffsschächte umgeben, in denen Roboterfahrzeuge sich auf- und abbewegen können, um die Behälter zu handhaben. Zusätzlich können die Roboterfahrzeuge sich oben auf bzw. unterhalb der Gitterstruktur horizontal bewegen, wie dies aus dem AutoStore-System der Firma Hatteland bekannt ist.
Mit diesem System kann eine sehr hohe Speicherdichte bzw. Raumausnutzung erzielt werden. Allerdings weist es nur eine geringe Dynamik auf, da die Behälter zum Austausch bzw. Änderung ihrer Position zuerst nach ganz oben bzw. ganz unten transportiert und dazu ggf. innerhalb des Stapels umgelagert werden müssen. So verläuft der gesamte Materialfluss über die Oberseite des Lagers.
US 2015/0127143 A1 offenbart ein ähnliches System, in dem von oben von einem Roboterfahrzeug auf der Gitterstruktur mehrere gestapelte Behälter (Teilstapel) erst nach oben gezogen und anschließend zur Seite bewegt werden können, um einem zweiten Roboterfahrzeug ebenfalls von oben auf der Gitterstruktur zu erlauben, den so freigelegten verbleibenden Behälter in dem Stapel von oben zu ergreifen und gesondert nach oben zu ziehen, um danach den Teilstapel wieder herunterzulassen.
Verwandte Systeme sind aus der WO 2020/011355 A1, WO 2019/238697 A1 und WO 2019/238661 A1 bekannt, bei denen die Roboterfahrzeuge oben auf der Gitterstruktur fahren.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein alternatives
Lagersystem zum Lagern von Waren in einem dreidimensionalen Lager zu schaffen, das neben einer hohen Speicherdichte auch eine hohe Dynamik aufweist.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 wiedergegebene System gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
Nach der Erfindung umfasst das Lagersystem zum Lagern und Bewegen von Behältern ähnlich wie im Stand der Technik zwar eine dreidimensionale Gitterstruktur beinhaltend eine Vielzahl von vertikal zu Stapeln gestapelten Behältern, wobei die Gitterstruktur eine Bewegung mindestens eines Roboterfahrzeugs in X- und/oder Y-Richtung (horizontale Ebene) führt, allerdings ist das Roboterfahrzeug zum Ein- und Auslagern mindestens eines Behälters in bzw. aus einem Stapel in X- und/oder Y-Richtung innerhalb der Gitterstruktur verfahrbar. Auch weist das Lagersystem eine der Gitterstruktur zugeordnete Hebeeinrichtung auf, die Teilstapel temporär anhebt (in Z-Richtung bzw. Vertikale), um einen Zugang zum mindestens einen Behälter für das Roboterfahrzeug zu ermöglichen.
Es findet also - anders als im Stand der Technik - kein Behälteraustausch über die Oberseite statt, sondern seitlich durch den Stapelverbund hindurch mittels dafür ausgestalteter Fahrzeuge (Roboterfahrzeuge). Es wird also eine virtuelle/temporäre Gasse geschaffen, die dem Fahrzeug ermöglicht, den gewünschten Behälter zu erreichen, obwohl eigentlich benachbarte Behälterstapel durch die nebeneinander angeordneten Stapel den Zugang blockieren. Die Roboterfahrzeuge fahren nicht oben auf der Gitterstruktur, sondern innerhalb und ggf. auf den dort vorhandenen Querträgern.
Um den Fahrzeugen also den Zugang zu einem gewünschten Behälter innerhalb des Stapelverbunds zu ermöglichen, werden dazu alle „benachbarten“ seitlich zum gewünschten Behälter angeordneten Teilstapel bis hin zur Außenseite zur Schaffung der virtuellen Gasse angehoben, die dem gewünschten Behälter vorzugsweise am nächsten liegt, so dass das jeweilige Fahrzeug auf dem kürzesten Weg von außen zum gewünschten Behälter (auf den Querträgern) innerhalb der Gitterstruktur fahren kann, um diesen aufzunehmen und nach außen zu transportieren. Ein Einlagerungsvorgang findet im Prinzip genauso mit umgekehrter Reihenfolge statt.
Der Wunschbehälter selbst kann in einer Variante durch Anheben aller Behälter oberhalb in seinem Stapel freigelegt werden, so dass das Fahrzeug diesen dann (seitlich) aufnehmen kann. In einer anderen Variante wird auch der Wunschbehälter angehoben und das Fahrzeug fährt unter den angehobenen Teilstapel bzw. Wunschbehälter. Anschließend wird nur dieser gezielt auf das Fahrzeug abgesenkt.
Vorzugsweise ist eine Vielzahl von sowohl in X- als auch in Y-Richtung nebeneinander angeordneten Stapeln von Behältern in der Gitterstruktur angeordnet.
Dabei kann das Anheben und Absenken der Teilstapel, je nach Dauer und Entfernung zum gewünschten Behälter „rollend“ stattfinden. Mit anderen Worten, ein entfernter Teilstapel muss nicht für die Gesamtdauer des Vorgangs angehoben bleiben, sondern kann zwischendurch wieder abgesenkt werden. Somit entsteht eine wellenartige Bewegung der Behälterteilstapel, wobei der Wellenberg immer in etwa oberhalb des Fahrzeugs liegt. Die virtuelle Gasse kann also dynamisch in Wellen oder stehend als ganze freie Gasse während der Ein- bzw. Auslagerung gebildet werden.
Es wird bevorzugt ein einzelner Behälter ein- bzw. ausgelagert. Es können aber auch gleichzeitig zwei oder mehr Behälter als Kleinststapel ein- bzw. ausgelagert werden.
Vorzugsweise weist die Gitterstruktur eine Vielzahl aufrechter Stützen in Z-Richtung erstreckend und Querträger in X- und Y-Richtung erstreckend für die Führung des Roboterfahrzeugs in X- und Y-Richtung auf, wobei die Stützen und Querträger die Behälterstapel umgeben. Die Querträger sind also nicht nur ein struktureller Teil der Gitterstruktur, sondern dienen auch als Fahrschiene für die Roboterfahrzeuge.
Dabei ist es, je nach Ausgestaltung der Roboterfahrzeuge, möglich, über die Querträger bzw. Fahrschienen die Fahrzeuge auch mit Strom und/oder Signalen oder Daten zu versorgen.
Die Roboterfahrzeuge selbst sind ausgestaltet zum Bewegen innerhalb der Gitterstruktur, vorzugsweise auf und von den Querträgern als Fahrschienen geführt, wozu sie gitterstrukturgängige Antriebsmittel aufweisen. Die Roboterfahrzeuge können einen Energiespeicher (Akku, Powercap etc.) zur Versorgung des Antriebs und der internen Steuerung aufweisen. Die externe Kommunikation kann über Funkmodule (Wlan, 5G etc.) erfolgen oder alternativ mittels schleifleitungsartigen Abnehmern über die Fahrschiene. Die Roboterfahrzeuge können sich über eine interne Steuerung autonom nach Übernahme eines Auftrags zur Ein- oder Auslagerung eines bestimmten Behälters bewegen. Dazu weisen sie eine geeignete Sensorik wie Laserscanner usw. auf. Die eigentlichen Fahrbefehle erfolgen dann autonom durch das Fahrzeug selbst, ggf. durch schwarmartige Absprache und C2C-Kommunikation. Auch eine zentrale Steuerung ist denkbar.
Bevorzugt ist es ebenfalls, wenn das mindestens eine Roboterfahrzeug zum Aufnehmen des mindestens einen Behälters ausgestaltet ist.
Wie oben angedeutet, kann es dazu eine Aussparung zur Aufnahme eines Behälters innerhalb seines Umfangs (Behältertrageaussparung) aufweisen. Vorzugsweise ist die Aussparung seitlich offen.
Alternativ können die Roboterfahrzeuge eine Behältertragefläche aufweisen, vorzugsweise als komplette Oberseite des Fahrzeugs ausgeführt, die ggf. zusätzlich mit Fördermitteln (Riemen etc.) ausgestaltet ist.
Das Roboterfahrzeug ist also an die durch die Gitterstruktur vorgegebenen Abstände zwischen den vertikalen Stützen und Querträgern angepasst.
Das oder die Roboterfahrzeug(e) fährt/fahren auf den Querträgern mittels der gitterstrukturgängigen Antriebsmittel in der jeweiligen Ebene zum gewünschten mindestens einen Behälter bzw. Stapel. Dies kann entweder vom Lift aus linear erfolgen oder auch im Zick-Zick-Kurs mit Richtungswechseln, um z. B. anderen Roboterfahrzeugen auszuweichen, Staus zu vermieden etc.
Damit die entnommenen bzw. einzulagernden Behälter ohne Bruch auch außerhalb der Gitterstruktur transportiert werden können, ist es bevorzugt, dass das mindestens eine Roboterfahrzeug über bodengängige Antriebsmittel verfügt, so dass es den Transport der Behälter auch außerhalb der Gitterstruktur übernehmen kann. Die Roboterfahrzeuge können dazu AGV- oder AMR-Eigenschaften aufweisen.
Die der Gitterstruktur zugeordnete Hebeeinrichtung ist in Abkehr vom Stand der Technik nicht Teil der Roboterfahrzeuge, sondern Teil der Gitterstruktur. Sie kann für jeden vertikalen Stapel vorgesehen sein, also fest installiert. Alternativ kann die Hebeeinrichtung auch verfahrbar sein, z. B. pro Reihe je eine Hebeeinrichtung etc.
Vorzugsweise ist innerhalb des von den aufrechten Stützen aufgespannten Raums ein Greifmittel der jeweiligen Hebeeinrichtung vertikal bewegbar angeordnet, um vertikal am Stapel entlang am jeweils zu ergreifenden Behälter des Teilstapels positioniert zu werden.
Um den (Teil-)Behälterstapel oberhalb des gewünschten Behälters in der Gitterstruktur anzuheben, um den gewünschten Behälter zugänglich zu machen, kann es vorgesehen sein, dass innerhalb der aufrechten Stützen eines Stapels ein Greifrahmen als Greifmittel der jeweiligen Hebeeinrichtung vertikal bewegbar angeordnet ist, um am Stapel entlang zum jeweils zu ergreifenden unteren Behälter des Teilstapels positioniert zu werden.
In einer anderen Variante kann das Greifmittel dazu ausgestaltet sein, den untersten angehobenen Behälter eines (Teil-)Stapels wieder gezielt abzusenken auf die Behältertragefläche eines darunter positionierten Roboterfahrzeugs. Dazu kann das Greifmittel eine doppelte Greifvorrichtung aufweisen, wobei jeder der einzelnen Greifer der Greifvorrichtung unabhängig voneinander durch die Hebeeinrichtung zumindest absenkbar ist.
Die Greifmittel bzw. Greifvorrichtung können/kann auch als an zwei gegenüberliegenden Seiten eines Stapels angeordnete vertikalplattenförmige Schlitten mit Haltelementen ausgestaltet sein.
Das Greifmittel wird also von der Hebeeinrichtung vertikal auf- und abbewegt, liegt aber innerhalb der jeweiligen Gitterstruktur. Dazu kann das Greifmittel von der Hebeeinrichtung mittels Seilen (oder anderer geeigneter Mittel wie Ketten) bewegt werden.
Alternativ könnte das Greifmittel auch über Antriebsrollen oder Zahnräder an den entsprechenden vertikalen Stützen verfahren werden.
Um den Teilstapel von unten anzuheben, greift das Greifmittel den entsprechenden Behälter des (Teil-)Stapels und ist dazu mit ein- und auskoppelbaren Haltelementen zur wahlweisen Interaktion mit dem Behälter (dem untersten des Teilstapels) ausgestattet. Dies könnten z. B. linear ausfahrbare Bolzen oder Schwenkhebel sein, die seitlich in Vertiefungen oder zurückstehenden Rändern der Behälter usw. eingreifen.
Damit die Roboterfahrzeuge zur jeweiligen Ebene der Gitterstruktur gelangen können, in der der gewünschte Behälter abzuholen oder einzulagern ist, ist vorzugsweise außerhalb der Gitterstruktur an deren Außenseite mindestens ein Lift für Roboterfahrzeuge angeordnet. Somit kann das Roboterfahrzeug am Boden einer jeweiligen Arbeitsebene in den Lift einfahren und entsprechend angehoben werden. Es kann pro Reihe jeweils ein fest installierter Lift vorgesehen sein. Alternativ können auch wenige verfahrbare Lifte pro Außenseite vorgesehen sein, z. B. alle 5 Reihen ein Lift.
Die entsprechenden Lifte können auch innerhalb der Gitterstruktur in entsprechenden Freiräumen angeordnet sein, um den längsten Weg vom Lift zum potentiellen Wunschbehälter optimiert zu verkürzen. Dann kann die Arbeitsebene z. B. auch eine Zwischenebene sein.
Der Lift ist also ausgestaltet, um das jeweilige Roboterfahrzeug (samt Behälter) aufzunehmen und in der jeweiligen Ebene abzugeben bzw. eine Schnittstelle von Lift zum Querträger für die Führung des Roboterfahrzeugs bereitzustellen.
Mit anderen Worten, der Lift ist an mindestens einer, vorzugsweise jeder Querträgerebene positionierbar und ausgestaltet, um dem jeweiligen Roboterfahrzeug Zugang zu der Ebene zu ermöglichen.
Alternativ könnten auch Rampen bereitgestellt werden oder die Roboterfahrzeuge an der Außenstruktur der Gitterstruktur sich selbsttätig vertikal auf und ab bewegen, wie z. B. aus der WO 2019/232613 A1 bekannt.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines Lagersystems, bei dem gesteuert ein Zugang zu einem gewünschten Behälter erlaubt wird, wozu Behälter oberhalb und/oder seitlich davon temporär wegbewegt, insbesondere nach oben angehoben, werden, so dass ein Transportfahrzeug, z. B. ein Roboterfahrzeug, den gewünschten Behälter einlagern oder auslagern kann.
Mit anderen Worten, die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines Lagersystems in dem eine Vielzahl von vertikal aufeinander zu Stapeln gestapelten Behältern innerhalb einer dreidimensionalen Gitterstruktur gelagert werden, dadurch gekennzeichnet, dass, um einen Zugang zu einem gewünschten Behälter zu erlauben, Behälter oberhalb und/oder seitlich des gewünschten Behälters temporär wegbewegt, insbesondere nach oben angehoben, werden.
Das System kann eine Steuerung aufweisen, die eingerichtet ist, um die Hebeeinheiten aufeinander abzustimmen. Die Steuerung kann eher klassischer Natur sein und zentral erfolgen oder auch in Gestalt einer zwar zentral verwalteten aber als Schwarm-Steuerung ausgeführten dezentralen Steuerung ausgestaltet sein. Um einen abgestimmten synchronisierten Ablauf bzw. Bewegung der kooperativ arbeitenden Hebeeinheiten sicherzustellen, ist es von Vorteil, wenn das System eine Synchronisierung und/oder Positionsbestimmung der Hebeeinheiten ggf. sensorgestützt, beispielsweise über Markierungen an den Stützen erlaubt. Denkbar ist auch die Verwendung von Höhen- und Beschleunigungssensoren, wie sie kostengünstig und klein aus dem Mobilfunkgerätebereich bekannt sind. Gedanke ist hier die Abstimmung und der Abgleich der Positionen der zusammenwirkenden Hebeeinheiten, um einen Zugang der Transportfahrzeuge zum gewünschten Behälter zu ermöglichen, wozu die Teilstapel der Behälter zeitlich synchronisiert anzuheben und anschließend abzusenken sind.
Das System kann für einen drahtlosen Informationsaustausch mit den Hebeeinheiten und/oder Transportfahrzeugen eingerichtet sein. Hierzu eignet sich z. B. WLAN, Bluetooth etc. Alternativ kann die Kommunikation auch über Schleifleitungen in den Stützen/Querträgern erfolgen. Die Kommunikation kann je nach Steuerungsart direkt zwischen den gepaarten Hebeeinheiten erfolgen und/oder auch mit der zentralen Warenhaussteuerung (WMS) für den Austausch der warenspezifischen Lagerbefehle.
Mit anderen Worten, das erfindungsgemäße System betrifft ein automatisiertes Lagersystem mit hoher Dichte und hoher Dynamik. Es umfasst im Wesentlichen drei bzw. vier Bestandteile, nämlich die Gitterstruktur, die Hebeeinheiten und die Transportfahrzeuge und gegebenenfalls die Lifte.
Weitere Details der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung, in der
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Systems zum Lagern und Bewegen von Behältern;
Fig. 2 eine weitere schematische perspektivische Ansicht auf das System der Figur 1 ;
Fig. 3 eine weitere schematische perspektivische Ansicht auf das System der Figur 1; Fig. 4 eine perspektivische und vergrößerte Detailansicht eines Systems mit einer alternativen Ausgestaltung eines Roboterfahrzeugs;
Fig. 5A, B eine perspektivische und vergrößerte Detailansicht der Fahrzeugliftanordnung aus Figur 1 und
Fig. 6 eine schematische Darstellung der wellenartigen Bewegung der Behälterstapel beim Auslagern eines Behälters zeigen.
In den Figuren ist ein als Ganzes mit 100 bezeichnetes System zum Lagern und Bewegen von Behältern in einem dreidimensionalen Lager ausschnittsweise dargestellt.
Das System 100 betrifft ein automatisiertes Lagersystem mit hoher Dichte und hoher Dynamik umfassend eine dreidimensionale Gitterstruktur 1 beinhaltend eine Vielzahl von vertikal aufeinander zu Stapeln 2 gestapelten Behältern 3.
Die Behälter 3 sind also direkt aufeinandergestapelt, wobei ein zurückspringender unterer Rand eines oberen Behälters in die entsprechende Öffnung des darunterliegenden Behälters passend eingreift. Dies verhindert ein seitliches Verrutschen.
Die Gitterstruktur 1 weist eine Vielzahl aufrechter Stützen 4 in Z-Richtung und Querträger 5 in X- und Y-Richtung auf. Dabei umgeben die Stützen 4 und Querträger 5 die Stapel 2 der Behälter 3. Die Teilung bzw. der Abstand der Querträger ist der Höher der Behälter 3 angepasst.
Das System umfasst auch mindestens ein, aber üblicherweise eine Vielzahl von Roboterfahrzeugen 6 zum Ein- und Auslagern von Behältern 3 in bzw. aus einem Stapel 2, die dazu in X- und Y-Richtung innerhalb der Gitterstruktur 1 verfahrbar sind.
Die Querträger 5 führen dabei die Roboterfahrzeuge 6 in X- und Y-Richtung bei Ihrer Bewegung und dienen als Fahrschienen.
Jedes Roboterfahrzeug 6 ist zum Aufnehmen eines Behälters ausgestaltet. Diejenigen der
Figuren 1 - 3 und 5 weisen dazu eine Behältertrageaussparung 7 auf, in die ein Behälter 3 seitlich aufgenommen werden kann. Die Roboterfahrzeuge 6 sind also als in etwa U- förmig zu beschreiben. Die Behältertrageaussparung 7 umfasst nicht gezeigte Bewegungsmittel zum Ergreifen und Hineinziehen bzw. Abgeben eines Behälters.
Die Roboterfahrzeuge 6* der Figur 4 weisen dagegen eine Behältertragefläche 7* auf. Die Behältertragefläche 7* ist als komplette Oberseite des Fahrzeugs ausgeführt und zusätzlich mit Förderriemen 7*F ausgestaltet, über die der Behälter abgegeben werden kann.
Es versteht sich, dass die Roboterfahrzeuge auch gleichzeitig zwei gestapelte Behälter aufnehmen könnten (vgl. oben).
Die Roboterfahrzeuge 6 (und 6*) weisen einerseits gitterstrukturgängige Antriebsmittel 8A, B auf, mit denen sie autonom auf den Querträgern 5 zum gewünschten Behälter 3 fahren können. Diese können klassische Laufräder 8A analog der Shuttle-Technologie sein, wie beim Roboterfahrzeug 6, oder auch ein eher raupenartiger Antrieb 8B, wie beim Roboterfahrzeug 6*.
Damit der Behälter 3 nicht abgegeben werden muss, sondern im System durchgängig von einem Roboterfahrzeug 6 transportiert werden kann, verfügen die Roboterfahrzeuge 6 (und 6*) auch über bodengängige Antriebsmittel 9, um in AMR- bzw. AGV-Art auf dem Boden einer Arbeitsebene 10 zu fahren. Je nach Eignung können dies dieselben Antriebsmittel wie in der Gitterstruktur sein oder zusätzliche.
In den Figuren 1 - 3 erkennt man, dass das Lager bzw. die Gitterstruktur 1 sich auch unterhalb der Arbeitsebene 10 weiter erstreckt. Diese ist demnach eine Zwischenebene.
Auch weist das Lagersystem 100 mindestens eine der Gitterstruktur 1 zugeordnete Hebeeinrichtung 11 auf. Diese hebt Teilstapel temporär an, um einen Zugang zum mindestens einen Behälter 3 für das Roboterfahrzeug 6 zu ermöglichen. Vorliegend ist jedem Stapel 2 eine auf der Oberseite der Gitterstruktur 1 angeordnete Hebeeinrichtung 11 zugeordnet und dort fest installiert. In den Figuren 1 - 3 ist diese zur Verbesserung der Übersichtlichkeit nicht dargestellt und in Figur 5 nur als Seilwindentrommeln angedeutet.
Jede Hebeeinrichtung 11 umfasst ein innerhalb des von den aufrechten Stützen 4 aufgespannten Raums vertikal bewegbar angeordnetes Greifmittel 12, um vertikal am Stapel 2 entlang am jeweils zu ergreifenden unteren Behälter 3 des Teilstapels positioniert zu werden. Das Greifmittel 12 ist dazu mit ein- und auskoppelbaren Haltelementen 14 zur wahlweisen Interaktion mit dem Behälter 3 ausgestattet.
Das jeweilige Greifmittel 12 wird von oben über Stahlseile 13 auf- und abbewegt.
Das Greifmittel 12 kann ein Greifrahmen 12a sein (siehe Figur 5) oder zwei Greifschlitten 12b (Figur 4, nur einer sichtbar) aufweisen.
Der Greifrahmen 12a nach Figur 5 ist innerhalb des Raums zwischen den aufrechten Stützen 4 eines Stapels 2 vertikal bewegbar angeordnet, um den Stapel 2 umgebend und an diesem entlang zum jeweils zu ergreifenden unteren Behälter 3 eines Teilstapels positioniert zu werden. Diese Variante kommt bevorzugt zum Einsatz, wenn die Roboterfahrzeuge mit einer Behältertrageaussparung 7 ausgestaltet sind, also den gewünschten Behälter seitlich in sich aufnehmen.
In der anderen Variante (Figur 4) ist das Greifmittel 12b als an zwei gegenüberliegenden Seiten eines Stapels angeordnete vertikalplattenförmige Schlitten 13 ausgestaltet.
Es ist ferner dazu ausgestaltet, den untersten angehobenen Behälter eines (Teil-)Stapels wieder gezielt auf die Behältertragefläche 7* eines darunter positionierten Roboterfahrzeugs 6* abzusenken. Dazu hat das Greifmittel 12b eine doppelte Greifvorrichtung, wobei jeder der einzelnen Greifer der Greifvorrichtung unabhängig voneinander durch die Hebeeinrichtung 11 zumindest absenkbar ist.
Das System 100 umfasst auch eine Mehrzahl von Liften 15 zum Heben und Senken der Roboterfahrzeuge 6. Die Lifte sind vorliegend nur an der Außenseite der Gitterstruktur 1 angeordnet. Jeder Lift 15 bzw. seine Hubplattform 16 ist an mindestens einer Querträgerebene positionierbar und ausgestaltet, um dem jeweiligen Roboterfahrzeug 6 Zugang zu der Ebene in der Gitterstruktur 1 zu ermöglichen. Dazu kann das jeweilige Roboterfahrzeug 6 in die auf die Arbeitsebene 10 abgesenkte Hubplattform 16 einfahren und wird anschließend von dieser angehoben.
An der gewünschten Querträgerebene 17 angekommen, kann die Hubplattform 16 fluchtend mit den als Fahrschienen dienenden Querträgern 5 angeordnet werden, so dass das Roboterfahrzeug 6 in die virtuelle Gasse einfahren kann. Der Lift 15 kann auf die Rückkehr warten oder in der Zwischenzeit andere Aufgaben abarbeiten. Die Lifte 15 erstrecken sich auch durch die Arbeitsebene 10 nach unten entlang der Höhe der gesamten Gitterstruktur 1. Somit können die Roboterfahrzeuge 6 auch andere Arbeitsebenen, wie z. B. Anlieferebenen und Auslieferebenen anfahren.
Es versteht sich auch, dass das System 100 eine nicht abgebildete zentrale Warenhaussteuerung (WMS) umfasst und auch für einen drahtlosen Informationsaustausch mit den Hebeeinheiten und Transportfahrzeugen eingerichtet ist.
Hierzu eignen sich z. B. WLAN, Bluetooth etc. Die Kommunikation kann je nach Steuerungsart und Notwendigkeit direkt zwischen den Hebeeinrichtungen und Roboterfahrzeugen erfolgen und/oder auch mit der zentralen Warenhaussteuerung (WMS) für den Austausch der behälterspezifischen Lagerbefehle erfolgen.
Figur 6 veranschaulicht die wellenartige, temporäre und vertikale Bewegung der Behälterstapel 2 beim Auslagern eines gewünschten Behälters 3*, wobei zur Veranschaulichung nur der Behälter 3* selbst angedeutet ist. Es versteht sich, dass dieselben Abläufe analog für das Einlagern gelten.
In der Ausgangslage (A) sind alle Stapel 2 der Behälter 3 in ihrer dichtesten Packung angeordnet.
Soll nun der Behälter 3* ausgelagert werden, so müssen die angrenzenden Behälter 3 bzw. deren Stapel 2 Platz machen, d. h. nach oben angehoben werden, um eine virtuelle Gasse zu schaffen, so dass ein Roboterfahrzeug 6 auf der entsprechenden Ebene der Gitterstruktur 1 einfahren kann, das über den entsprechenden Lift zur Ebene 17 verbracht wurde, um den Behälter 3* abzuholen.
Dazu werden über die jeweiligen Hebeeinrichtungen 11 entlang des Pfads der virtuellen Gasse die Greifmittel 12 entsprechend abgesenkt und der jeweilige Teilstapel nach Aktivieren der Halteelemente 14 angehoben (vgl. B).
Wie in Figur 6 angedeutet, kann dieses Anheben derart temporär sein, dass immer nur diejenigen Teilstapel im Bereich des tatsächlichen Aufenthalts des Roboterfahrzeugs 6 bzw. Behälters 3* angehoben sind. Die übrigen dahinter bzw. davor (entlang der virtuellen Gasse) werden wieder abgesenkt bzw. noch nicht angehoben.
So entsteht das in (C) in der stilisierten Seitenansicht wandernde wellenartige Muster. Alternativ wäre es auch möglich, alle Teilstapel der virtuellen Gasse bis zum Einfahren und wieder Ausfahren des Roboterfahrzeugs 6 angehoben zu lassen.

Claims

Patentansprüche
1. Lagersystem zum Lagern und Bewegen von Behältern umfassend eine dreidimensionale Gitterstruktur beinhaltend eine Vielzahl von vertikal aufeinander zu Stapeln gestapelten Behältern, wobei die Gitterstruktur eine Bewegung mindestens eines Roboterfahrzeugs in X- und/oder Y-Richtung führt; das Roboterfahrzeug zum Ein- und Auslagern mindestens eines Behälters in bzw. aus einem Stapel in X- und/oder Y-Richtung innerhalb der Gitterstruktur verfahrbar ist; wobei das Lagersystem mindestens eine der Gitterstruktur zugeordnete Hebeeinrichtung aufweist, die Teilstapel temporär anhebt, um einen Zugang zum mindestens einen Behälter für das Roboterfahrzeug zu ermöglichen.
2. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur eine Vielzahl aufrechter Stützen in Z-Richtung und Querträger in X- und/oder Y-Richtung für die Führung des Roboterfahrzeugs in X- und/oder Y-Richtung aufweist, wobei die Stützen und Querträger die Stapel der Behälter umgeben.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Roboterfahrzeug zum Aufnehmen des mindestens einen Behälters ausgestaltet ist.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Roboterfahrzeug eine Behältertragefläche oder Behältertrageaussparung aufweist.
5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Roboterfahrzeug zusätzlich zu gitterstrukturgängigen Antriebsmitteln auch über bodengängige Antriebsmittel verfügt.
6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hebeeinrichtung oberhalb jedes Stapels positionierbar oder fest installiert ist.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des von den aufrechten Stützen aufgespannten Raums ein Greifmittel der jeweiligen Hebeeinrichtung vertikal bewegbar angeordnet ist, um vertikal am Stapel entlang am jeweils zu ergreifenden unteren Behälter des Teilstapels positioniert zu werden.
8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Greifmittel mit ein- und auskoppelbaren Haltelementen zur wahlweisen Interaktion mit einem Behälter ausgestattet ist.
9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb oder innerhalb der Gitterstruktur mindestens ein Lift für Roboterfahrzeuge angeordnet ist.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lift an mindestens einer Querträgerebene positionierbar und ausgestaltet ist, um dem jeweiligen Roboterfahrzeug Zugang zu der Ebene zu ermöglichen.
11. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugang bzw. Behälteraustausch seitlich durch den Stapelverbund hindurch erfolgt, wozu eine temporäre Gasse geschaffen wird, die dem Fahrzeug ermöglicht, den gewünschten Behälter zu erreichen.
12. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, um den Zugang zu einem gewünschten Behälter innerhalb des Stapelverbunds zu ermöglichen, alle benachbarten seitlich zum gewünschten Behälter angeordneten Teilstapel bis hin zur Außenseite zur Schaffung einer temporären virtuellen Gasse angehoben werden.
13. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, das jeweilige Roboterfahrzeug auf dem kürzesten Weg von außen zum gewünschten Behälter auf den Querträgern innerhalb der Gitterstruktur fahren kann, um diesen aufzunehmen und nach außen zu transportieren.
14. Verfahren zum Betreiben eines Lagersystems, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem eine Vielzahl von vertikal aufeinander zu Stapeln gestapelten Behältern innerhalb einer dreidimensionalen Gitterstruktur gelagert wird, dadurch gekennzeichnet, dass, um einen Zugang zu einem gewünschten Behälter zu erlauben, Behälter oberhalb und/oder seitlich des gewünschten Behälters temporär wegbewegt, insbesondere nach oben angehoben, werden.
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