WO2023126871A1 - Modulares lagersystem, verfahren zum aufbau eines lagersystems und verfahren zur lagerung - Google Patents

Modulares lagersystem, verfahren zum aufbau eines lagersystems und verfahren zur lagerung Download PDF

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WO2023126871A1
WO2023126871A1 PCT/IB2022/062875 IB2022062875W WO2023126871A1 WO 2023126871 A1 WO2023126871 A1 WO 2023126871A1 IB 2022062875 W IB2022062875 W IB 2022062875W WO 2023126871 A1 WO2023126871 A1 WO 2023126871A1
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WO
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robot
storage system
robots
container
carrier
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PCT/IB2022/062875
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Marco Prüglmeier
Christopher MAYERSHOFER
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Noyes Technologies Gmbh
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    • B65G2207/30—Modular constructions

Definitions

  • the present invention relates to a modular storage system that is equipped with robots, as well as a method for constructing such a warehouse and a method for storing goods in such a warehouse.
  • Storage systems are used for a variety of different applications.
  • US Pat. No. 9,701,475 B2 can move motor vehicles to storage locations and store and retrieve them.
  • US Pat. No. 9,701,475 B2 describes a modular, semi-automatic or automatic parking system that can also be installed at a location that has an irregular shape. This should be possible thanks to the modular design without the need for a special construction.
  • the individual cells are individually equipped with cell transport mechanisms that interact with a transport mechanism of a feeder system.
  • Automated storage and retrieval systems as described in US Pat. No. 1,0246,255 B2, are often used in warehouses or logistics or fulfillment centers to store and deliver objects.
  • Such automated storage and retrieval systems often include computer-controlled retrieval machines that move along predetermined paths to retrieve storage containers (or other storage units) and deliver the container to an operator or other automated system. Automation can help increase the packing density in the storage system through tight three-dimensional assembly and reduce operating costs.
  • DE 102018105614 A1 also shows a block storage system with a high packing density.
  • storage locations are arranged without aisles in the X and Y directions for storing at least one load carrier in each case.
  • a driverless transport system can drive under the load carrier for storage and/or retrieval, lift it and move it in the X and/or Y direction.
  • the driverless transport system can be moved at least in the X and Y direction.
  • Automatic picking machines are known from the field of pharmacies and pharmaceutical wholesalers, as described, for example, in EP 0 369 060 A1.
  • CN 111942790 A discloses a standardized, modular storage unit in which several storage units stacked one on top of the other can form a stereo storage system with a high degree of space utilization, as well as a three-dimensional storage system with a large number of storage layers and a large number of displacement layers, with the overall framework of the three-dimensional storage system can be formed from a combination of several individual storage units connected to one another.
  • one object of the present invention is to provide a storage system that combines flexibility in construction with a cost-effective modular structure.
  • Another object of embodiments of the present invention is to provide a storage system that can be incorporated into existing building structures.
  • a good use of space with more complex room geometries with columns, beams, corners and projections should be made possible.
  • a further object of embodiments of the present invention is to provide a system for a storage system that can be set up and dismantled flexibly, which can be set up at one location, dismantled again after a usage phase and set up again at another location, also with a different spatial structure.
  • a further object of embodiments of the present invention is that at the location of the bearing little or no maintenance or expert knowledge is required for the operation of the bearing.
  • a modular storage system is therefore proposed in which robots move on at least two horizontal robot levels.
  • the robot levels are realized with floor plates.
  • Vertical beams which are perpendicular to the horizontal robot levels, keep the robot levels at the respective height.
  • the floor panels are essentially rectangular.
  • a rectangle can be essentially rectangular or, for example, a rectangle that has cutouts at the four corners and/or the corners of which are rounded.
  • the floor panels can be adapted to the vertical beams by means of recesses.
  • the base plates have a size of between 300 mm x 300 mm and 1000 mm x 1500 mm for various areas of application of the storage system, e.g.
  • the floor panels have a size of between 600 mm x 400 mm and about 800 x 600 mm. Plates of this size can be easily transported and easily installed by just one person.
  • floor panels in the storage system have a load-bearing capacity of at least 40 kg or at least 60 kg.
  • floor plates are made of metal, for example 4 to 8 mm thick aluminum sheets or steel sheets.
  • floor panels are made of wood or wood material.
  • floor panels are made of, in particular coated, MDF panels, plywood or multiplex panels.
  • the thickness of the floor panels made of wood or derived timber product is between 15 and 30 mm. Wood and wood-based materials can bring advantages in dampening noise generated in the storage system.
  • the floor panels are made of plastic or composite materials. High pressure laminates or plastic-metal composites can be used.
  • the modular storage system has at least two robot levels.
  • the storage system has between three and ten robot levels.
  • the distances between the robot planes are between 300 and 1000 mm, in particular the distances between the robot planes are between 350 and 700 mm.
  • Each robot level has at least one robot that can move on the robot level. Depending on the size of the storage system and the frequency of turnover of goods in the storage system, several robots can also be used on each robot level. According to one embodiment, the storage system has two or three robots on each robot level.
  • a robot can also move another robot.
  • a defective robot can thus be transported to a suitable position in the storage system.
  • the robots weigh less than 20 kg, in particular less than 15 kg.
  • the modular storage system has at least three floor panels on a robot level and at least eight vertical beams that are perpendicular to the robot levels and carry the robot levels.
  • the storage system can be expanded in the horizontal plane by adding more floor panels and more vertical beams.
  • the modular storage system has between 50 and 400 floor panels on a robot level and between 64 and 450 vertical supports.
  • At least two container carriers that can be moved by the robot are located on each robot level of the storage system. Depending on the size of the storage system and the frequency with which goods are handled in the storage system, more container carriers can be used.
  • the base area of the container carrier lies between half the base area of the base plate and the area of the base plate, the size and shape of the container carrier being selected such that the container carrier can be moved between the vertical carriers.
  • the number of container carriers must be less than the number of base plates so that the container carriers can be relocated in the storage system.
  • the container carriers are made of plastic, e.g. using an injection molding process.
  • the vertical supports comprise a plurality of pillars connected to one another in a direction perpendicular to the planes of the robot.
  • the pillars are plugged into one another and/or screwed together.
  • the height of the pillars corresponds to the distance between the robot planes.
  • the vertical beams and pillars can be people or hollow sections.
  • square tubes can be used, the corners of which can also be rounded.
  • the profile can be installed rotated by 90° along its longitudinal axis, and in one embodiment the vertical supports and the pillars have an essentially square cross section.
  • the storage system is increased in height by adding additional pillars and inserting one or more additional robot levels with floor plates.
  • two pillars of a vertical support are screwed together from all four sides, each with an angle profile.
  • Four vertical beams are connected by a base plate on each robot level, with the base plate being bolted to angle profiles that are bolted to the four vertical beams.
  • the base plates which are in particular essentially rectangular, have lines in the longitudinal and/or transverse direction of the base plates for guiding the robots through the storage system.
  • the essentially rectangular floor panels have lines along the central axes of the floor panels for guiding the robots through the storage system.
  • the base plates which are in particular essentially rectangular, have markings for positioning and in particular for centering the robot on a base plate.
  • the robots have optical sensors for detecting the lines and/or the markings, in particular infrared line arrays.
  • the floor panels have RFID tags for determining the absolute position and alignment of a robot in the storage system.
  • the lines and markings for positioning on the floor panels can be applied in color, milled or glued.
  • the base plates have RFID tags, in particular the essentially rectangular base plates have four RFID tags, for determining the absolute position and orientation of a robot in the storage system, the four RFID tags being on a circle the center of the base plate are offset by 90°.
  • the container carriers have feet that are higher than the height of the robots.
  • the container carriers with their feet and the robots are shaped in such a way that robots can drive under the container carriers and turn under the container carriers. This can be achieved by making each cross section of the robot perpendicular to the robot plane smaller than each cross section between the feet of the container carrier perpendicular to the robot plane.
  • the term "feet" here includes various types of supports with which the container carrier can be set down on the floor plates of the robot level, so that the container carrier can be driven under by the robots and is stable on the floor plates of the robot level even without a robot under the container carrier.
  • the robots can have lifting devices with which the robots can lift a container carrier with containers and goods and move it in the robot plane.
  • the floor plates of the robot level can simultaneously take up the load of the container carriers and it is possible to go to another level or to devices to take up the load of the container carriers on this further level. e.g. additional plates, brackets or rails are not required.
  • the robots and in particular the lifting device of the robots must be designed in such a way that they are able to lift and move the container carrier, the container and any goods that may be in the container.
  • the robots have at least one omnidirectional wheel and/or a mecanum wheel.
  • omnidirectional wheels also known as omnidirectional wheels
  • the running surface of the wheel consists of rollers whose axes of rotation are at right angles to the axis of rotation of the main wheel. This allows the wheel to be shifted with little friction, even in the axial direction.
  • the Mecanum wheel is a wheel that allows a vehicle to perform omnidirectional driving maneuvers without being equipped with mechanical steering. In contrast to the omni wheel, the rollers of the Mecanum wheel are at an angle to the main axis.
  • the robots have two driven wheels and two omni wheels.
  • the driven wheels can be driven independently of each other, e.g. also against each other, the omni wheels serve as a support.
  • the driven wheels can be arranged on an axle and a polydirectional wheel is located in front of and behind this axle, in particular on the bisector of the connection between the two driven wheels.
  • a support plate level is formed by support plates above at least one robot level.
  • the carrier plates are at a distance from one another along the projection of the central axes of the essentially rectangular base plates onto the carrier plate plane, which is perpendicular to the robot plane.
  • the container carriers rest on the carrier plates and can be moved in the plane of the carrier plates.
  • Robots dock onto the container carriers, with the coupling reaching through the gap between the carrier plates. With the coupling, robots can move the container carriers without lifting the load of the container carriers.
  • the storage system includes balconies for removing or storing goods, containers, container carriers and/or robots.
  • Balconies can be realized in that a floor slab, in particular a modified one, protrudes and is not covered at the top. Alternatively, by jumping back by a base plate from one robot level to the next, it is also possible to access goods, containers, container carriers or robots from above.
  • balcony or recess removals or storage can be carried out by people or machines, eg picking robots. If such balconies or recesses are next to each other or nearby on different robot levels, then so Goods, containers, container carriers and/or robots can be relocated from one robot level to the other manually or, for example, by a picking robot that removes a good or a container on one level and places it on another level. As a result, there is no need for devices with which the robots, which move on the robot levels, can shift goods, containers and/or container carriers between levels. By using the existing infrastructure, eg an existing picking robot, there is no need to provide additional lifting mechanisms for the vertical.
  • goods, containers, container carriers and/or robots can also be removed and stored in an equivalent manner in a horizontal direction on the storage system.
  • an inherently stable construction is created by connecting vertical supports, in particular vertical supports made up of several pillars, to base plates, in particular by screwing angle profiles to the vertical supports and the base plates.
  • the construction can carry robots, container carriers, containers and goods and absorb the loads caused by acceleration of the robots and movement of the container carriers, containers and goods without using cross braces between the vertical beams.
  • one or more robots move along lines on floor plates in the storage system and move container carriers in the storage system.
  • FIG. 1 shows a detail from a storage system for a lifting concept
  • Fig. 2 shows floor slab with pillars
  • FIG. 3 shows details of the attachment of a pillar to a foot piece and a base plate with an angle profile
  • FIG. 4 shows a container carrier with a robot for a lifting concept.
  • Figure 5 shows details of the underside of a robot
  • FIG. 8 shows a container carrier above carrier plates with a robot for a carrier plate concept.
  • Figure 9 shows the top of a robot for a carrier plate concept
  • Figure 11 shows a top view of a robot plane of a storage system adapted to a column
  • FIG. 1 shows a section of a storage system 10 with three robot levels 50, the distance in the z-direction between the lower level and the middle level being 400 mm and less than the distance between the middle level and the upper level being 600 mm.
  • the robot planes 50 lie in the x-y plane and are aligned horizontally.
  • FIG. 1 four base plates 30 are shown in the interior of the storage system 10 in each robot level 50.
  • FIG. The robot levels 50 extend further in the x- and y-directions than shown in the detail, e.g. a robot level 50 can extend 15 base plates 30 in the x-direction and 20 base plates 30 in the y-direction.
  • the floor panels 30 inside the storage system 10 are rectangular, with recesses in the area of the pillars 20.
  • the floor panels 30 are approximately 700 mm x 500 mm in size and approximately 20 mm thick.
  • a container carrier 70 with a size of 650 mm ⁇ 450 mm can be positioned on each base plate 30.
  • the container carrier 70 can in turn, as a container 60, carry a small load carrier with the standard dimensions of 600 mm ⁇ 400 mm base area. Due to the standardized system of small load carriers, a container carrier 70 can also accommodate other combinations of small load carriers, e.g. two containers 60 with a base area of 300 mm x 200 mm and one container 60 with a base area of 400 mm x 300 mm.
  • the use of the system of standardized small load carriers offers advantages when stocking the storage system 10, since the goods can be placed in standard containers.
  • a container 60 in which goods are stored can help with defective packaging of the goods.
  • the packaging of the goods, the container 60 in which the goods are located and the container carrier 70 can thus provide multiple security, e.g. against the leakage of liquids, so that they do not contaminate the storage system 10.
  • Parcels or cartons can also be stored directly on the container carrier 70 without repacking them in small load carriers, or combined loading is also possible.
  • Coated MDF panels are used as floor panels 30 .
  • Wood-based materials as floor panels 30 are advantageous for noise insulation or noise reduction when the robots 80 move in the storage system. Various wood-based materials offer sufficient stability so that additional horizontal bracing of the storage system 10 for attachment via the base plates 30 is not necessary.
  • the floor panels 30 are designed for loads of about 60 kg per panel.
  • the floor panels 30 abut each other, or have one small distance of less than 1mm to 2mm, so that the gaps can be easily traversed by the robots 80.
  • the recesses are dimensioned in such a way that they can accommodate the pillars 20 at the corners of the floor panels 30 .
  • the recess in the bottom panels of Figure 1 is a square approximately 40mm on each side at each corner of the bottom panel 30.
  • a base plate 30 is attached to four pillars 20 each. This can be achieved with angle profiles 75--not shown in FIG.
  • the angle profiles 75 connect two pillars 20 to one another in the vertical z-direction and provide a bearing surface for the base plates 30.
  • the connected pillars 20 form a vertical support 15. If modularity in the z-direction is dispensed with, a vertical support 15 can also be carried out in one piece and angle profiles 75 are attached to different heights of the vertical support 15.
  • Substantially square hollow profiles made of steel with a material thickness of 3 to 4 mm serve as pillars 20 .
  • the pillars 20 are used at two heights in the z-direction of 400 mm and 600 mm, so that two different level distances can be realized in the storage system 10.
  • Two different heights of the pillars 20 allow increased flexibility in the use of space, in that a lower level height is made possible for lower or smaller goods and still keeps the variety of variants in the components of the modular storage system 10 low.
  • the base plates 30 of a robot level 50 are always mounted at the same height, so that a robot 80 can drive onto the robot level 50 unhindered.
  • All pillars 20 of a robot level 50 have the same shape and are provided with bores with threads or thread inlays for fastening the angle profiles 75 and the outer panels 76 .
  • the pillars 20 of all levels have the same cross-sectional shape.
  • the angle profiles 75 are fastened to each side of the pillar 20 in the interior of the storage system 10 in such a way that a lower and an upper pillar 20 are fastened to one another and a base plate 30 is screwed to a recess with two angle profiles 75 each is.
  • an end piece 77 can be attached at the top and a base piece 78 is attached at the bottom.
  • the foot piece 78 can also compensate for differences in floor height.
  • the foot piece 78 can be used with the same Angle profiles are attached, which also connect the pillars 20 to one another and to the base plates 30.
  • the foot pieces 78 also serve to isolate sound from the floor.
  • the storage system 10 is merely set up on the floor and is not bolted or firmly connected. Due to the weight of the storage system 1 sufficient stability is given. Vibration isolators, e.g. damping elements, can be introduced into the foot pieces 78, which reduce the transmission of structure-borne noise, e.g. by driving robots 80, into the floor and thus into the building.
  • outer panels 76 or cover panels 81 On the outside and on the top of the storage system 10, metal sheets, plastic panels, wood or wood-based panels can be fastened as outer panels 76 or cover panels 81, which prevent access to the storage system 10.
  • the outer panels 76 are screwed directly to the pillars 20, the cover panels 81 can be attached to the end pieces of the pillars 20 or similar to the floor panels 30 with the help of angle profiles.
  • Outer panels 76 and/or cover panels 81 can also be sound-absorbing, e.g. provided with layers of rock or glass wool, with sound-absorbing layers of foam or with multi-layer structures for sound absorption.
  • the maximum number of container carriers 70 in a robot level 50 is the number of base plates 30 minus one, so that at least one base plate 30 is always free for maneuvering.
  • Several robots 80 e.g. three robots 80, can move on a robot level 50.
  • the floor panels 30 have a pattern engraved on them that aids in the navigation of the robots.
  • the base plates 30 have passive RFID transponders 170 for the absolute orientation of the robot 80 on a robot level 50.
  • the base plates 30 have positioning elements 120 in order to support the exact positioning of the container carrier 70. Additional elements such as grounding strips to reduce static charges can also be incorporated into the base plates 30 .
  • RFID transponders 170, positioning elements-120, patterns and, if necessary, grounding strips are introduced or attached to the floor panels 30 in such a way that the floor panels can be prefabricated and each prefabricated floor panel 30 when the storage system 10 is assembled at one can be installed anywhere.
  • the floor panels 30 have pre-drilled holes 215 for screwing to the angle sections for attachment to the pillars 20.
  • Fig. 1 shows a balcony 90, which is only shown clad on one side for better visibility.
  • a balcony 90 will be clad on three sides, so that it can be removed from or stored in the balcony at the top.
  • the balcony 90 can also, for example, be only partially clad against the y-direction, so that removal or storage is possible towards the front, against the y-direction.
  • the base for the balcony 90 is a possibly modified base plate 30, which is attached to the pillars 20 with the same angle profiles as the base plates 30 inside the storage system 10.
  • the balcony 90 is designed to be open at the top, so that removal or storage of goods, containers 60, container carriers 70 or robots 80 is possible upwards or from above.
  • Removal or storage can be carried out by picking robots or by people.
  • loads in a container 60 or also the mass of a robot 80 must be kept in a range of less than 20 kg, preferably less than 15 kg, so that multiple removal or storage by one person is ergonomically possible.
  • Modifications of the base plate 30 of the balcony 90 can be, for example, weighing units 91 with which the weight of a container carrier 70 with the containers 60 on it and in particular the goods located in the containers can be determined.
  • the weighing units 91 in the balcony 90 are provided in the modified floor panel 30 of the balcony 90 at the position of the positioning elements 120 of the unmodified floor panels 30 of the storage system 10 .
  • a weighing unit With a weighing unit, removals or storage can be checked for plausibility and the correct loading can also be checked.
  • the weighing unit can also be built into each robot 80 .
  • the movement in the area of the balcony 90 can be reduced to below 300 mm/s by controlling the robot 80 .
  • a speed limit can be implemented, for example, by an induction sensor in the robot and a corresponding metal plate on the outside of the corresponding base plate. Intervention by a person or a picking robot in the balcony 90 can also be detected or safeguarded with the aid of light barriers or cameras or roller shutters or lattices. Cameras and barcode scanners can also be arranged on the balcony 90 . In this way, the acknowledgment of storage and withdrawals, but also a control and anti-theft device can be implemented.
  • a robot level 50 has at least one balcony 90, and the loading of the storage system 10 and the removal from the storage system 10 can then be carried out via this balcony.
  • a robot level 50 can also have several balconies 90, e.g. two balconies 90, one serving for loading and the other for removing. Since the balconies 90 can be flexibly positioned in the edge area of the storage system 10, the balconies 90 can be laid out in such a way that the material flow to the remover can be guided efficiently and the remover of the goods does not have to move through a rack system.
  • Goods or containers 60 can be relocated between two robot levels 50 by removing them from a first balcony 90 in a first robot level 50 and bringing them in via a second balcony 90 to a second robot level 50 .
  • the robots 50 inside the storage system 10 do not require any mechanisms to move containers 60, container carriers 70 or goods between two robot levels.
  • An additional lifting system for robots 50, containers 60, container carriers 70 or goods between the levels can also be dispensed with
  • the components base plates 30, pillars 20, angle profiles 75 or alternative fasteners of the base plates 30 on the pillars 20 form a fixed construction and do not require any moving parts during operation.
  • This construction is supplemented by foot pieces 78, outer panels 76 and cover panels 81 and balconies 90, which also do not require any moving parts during operation.
  • the robots 80 then move in this construction, which in turn move the container carriers 70, possibly with the containers 60 and the goods.
  • the basic framework for such a storage system 10 that is modular in all three spatial directions x, y and z can therefore be assembled with only three components: base plate 30, pillar 20 and angle profile 75.
  • balconies 90 can also be realized with these elements, if necessary with a special base plate 30.
  • the storage system is equipped with container carriers 70 and robots 80. Containers 60 can then be brought in during operation. Robots 80, container carriers 70 and containers 60 can also be removed or introduced during operation.
  • Such a storage system 10 can be implemented after measuring the site without lengthy project planning with a limited number of necessary components.
  • the system can be expanded and dismantled again and flexibly adapted to another location.
  • the individual components of the storage system 10 can be attached to one another with one or two types of screws. Both screws preferably have the same screw drive so that the storage system 10 can be assembled with minimal tools.
  • FIG. 2 a more detailed image of a floor panel 30 between four pillars 20 is shown.
  • the floor panel 30 has lines 220 along the longitudinal and transverse axes.
  • the robot 80 can follow these lines 220 with the aid of a sensor, e.g.
  • transverse markings 221 are attached to the lines 220, with the help of which the robot 80 can center itself on a base plate 30.
  • the transverse markings 221 can also be used as markings for a braking process or an acceleration process, e.g. so that the robot 80 reduces its speed in good time when positioning on a floor plate 30 in order to remain in the correct position.
  • the transverse markings 221 can also be designed as a circle or segments of a circle on the base plate 30 .
  • the base plate has four passive RFID transponders, RFID tags 170. Using the RFID tags 170, the absolute position of the robot 80 in the storage system and its alignment can be determined with just one RFID reader 180 per robot 80.
  • the RFID tags 170 of the floor panels 30 are measured and mapped after or during the construction of the storage system 10 .
  • the lines 220 can be painted onto the floor panels 30 .
  • the lines 220 can be glued onto the floor panels 30 or can be produced by modifying the surface of the floor panels 30, for example by roughening or milling.
  • a precise and defined positioning of the container carrier 70 on the base plate 30 can be supported mechanically by indentations 120 at four points of the base plate, into which corresponding, complementary elevations 140 on the feet 40 of the container carrier 70 slide when they are approximately positioned.
  • indentations 120 at four points of the base plate, into which corresponding, complementary elevations 140 on the feet 40 of the container carrier 70 slide when they are approximately positioned.
  • conical Domes on each of the four feet 40 of the container carrier with a complementary depression 120 in the base plates can also increase the process speed, since the navigation has to be somewhat less precise and exact positioning can still be achieved.
  • magnets and metal parts can also be used in the base plates 30 and container carriers 70 for precise and defined positioning of the container carrier 70 .
  • embodiments of the invention are also possible in which several robots 50 move simultaneously on a base plate.
  • the pattern of the lines 220, the cross marks 221, the RFID tags and/or the indentations on a plate can be multiplied, e.g. two or four of the crosses of the lines 220 with the other elements could be as shown in Fig. 2 , On a base plate 30 are located.
  • the foot piece 78 comprises a foot end piece 226 whose cross section corresponds approximately to the cross section of the pillar 20 and a positioning part that can be adjusted in the z-direction 225.
  • the foot end piece 226 can be a plate or a plate attached to a hollow profile.
  • the positioning part 225 can be designed to dampen vibrations, e.g. by means of an elastic coating or buffer on a metal part.
  • the positioning part 225 can be adjusted in the z-direction by screwing it into a thread on the foot end piece 226 . By screwing it in at different depths, secured by a counter nut, height tolerances in the floor can be compensated for or the entire storage system 10 can be aligned horizontally.
  • FIG 4 shows the interaction of the container carrier 70 with the robot 80 in a configuration in which the robot 80 lifts the container carrier and possibly the containers 60 and goods located on it—lifting concept.
  • the container carrier is for better visibility 70 shown floating in FIG.
  • the container carrier 70 is designed as an independent platform, which the robot 80 can drive under and lift.
  • the use of a container carrier 70 enables the use of one or more containers 60 of different sizes on a container carrier 70.
  • the robot 80 can reliably pick up the container 60 because the robot 80 is on always the same interface on the container carrier 70 docks.
  • Container carriers 70 can be easily replaced when worn or removed for cleaning without changing the module structure.
  • the robot 80 couples with help of four frusto-conical domes 110 on the lifting plate 228 of the robot 80 into four round frusto-conical complementary container carrier depressions 130 on the underside of the container carrier 70.
  • three indentations 130 can also be present, or a cone and an anti-rotation device, or a cone with an anti-rotation device.
  • the coupling of the robot 80 to the container carrier is intended to produce a form fit by means of corresponding shapes on the lifting plate 228 and container carrier 70, which prevents the container carrier 70 from twisting or shifting relative to the robot 80 in the raised state.
  • the underside of the container carrier 70 is equipped with a line pattern similar to that of the base plates 30.
  • This line pattern can be used by means of the sensors 160 arranged at the top of the robot to check the correct positioning of the robot 80 under the container carrier 70. This is particularly important if a container carrier 70 is not exactly at a defined position on a base plate 30 due to an error, for example a power failure or a robot defect.
  • the position is detected by IR line arrays as sensors 160.
  • the IR line arrays 160 can be attached to the lifting plate 228 themselves or can act through recesses in the lifting plate 228.
  • container carriers 70 can also be equipped with RFID tags and the robots 80 with an additional RFID reader, for example on the upper side.
  • the container carriers 70 are designed to be stackable for transport or storage, ie the feet 40 are shaped in such a way that they fit within the edge 50 of the support surface of the container carrier 70 .
  • the feet 40 can be designed to be removable.
  • the overall shape of the container carriers 70 can be designed so that they can be stacked one inside the other, with the feet 40 of one container carrier 70 being able to be pushed into the feet 40 of another container carrier 70 from above.
  • the packing density or stability for transport or storage of the container carrier 70 can be increased by stacking, dismantling the feet 40 or stacking them in one another.
  • the lifting plate 228 of the robot 80 is equipped with a ball spindle 240 in the event of a fault, so that the lifting plate 228 lowers when there is no current. So if an error occurs in the robot 80, the container carrier 70 is released. The robot 80 can be pushed out from under the container carrier 70 by another robot 80 .
  • the container carrier 70 and the robot are dimensioned such that the robot 80 can rotate under the container carrier 70 and can thus change the direction of movement in the storage system 10 .
  • the coupling between the container carrier 70 and the robot 80 is ensured with a rotation of 90° in each case.
  • the robot 80 has an overall height of only about 100 mm.
  • the space utilization of the storage system 10 is optimized by the flat design.
  • FIG. 5 shows the underside of the robot 80.
  • the robot 80 is driven by two separately controllable wheels 85.
  • the direction of travel of the robot is determined by a differential drive of the wheels 85. If the wheels 85 are operated in opposite directions, the robot 80 rotates on the spot.
  • Two omnidirectional wheels 190 also called omnidirectional wheels, support the robot 80 in its movement and enable both forward movement and rotation.
  • the removable batteries can be removed from the underside.
  • the batteries can be accommodated in the robot 80, for example, behind removable battery flaps 162.
  • the rechargeable batteries can also be screwed or latched directly to the robots 80 .
  • Rechargeable batteries eg aging rechargeable batteries, can be exchanged easily and on site, or rechargeable batteries with a higher capacity can be used.
  • the robots can also be shipped without batteries, e.g. for revisions or repairs. This saves weight when shipping and avoids special shipping regulations for shipping Li-ion batteries.
  • the Battery capacity of the Li-ion batteries used is sufficient for around 8 hours of operation of the robot in the storage system 10.
  • the coupling point 165 with the charging station is also shown in FIG. 5 on the underside of the robot.
  • coupling points can also be attached to the front or rear of the robot, preferably in the direction of travel.
  • devices for inductive charging can also be present in the robot 80 and in the storage system 10 .
  • Li-ion batteries have advantages in terms of installation space and capacity, but supercapacitors can also be used for certain embodiments.
  • the IR line arrays 160 are used for navigation in conjunction with the lines on the floor panels 30.
  • An RFID reader 180 is used in conjunction with the RFID tags 170 on the base plates 30 to determine the absolute position and orientation of the robot 80 in the storage system 10.
  • each base plate 30 has four RFID tags 170 possesses and the RFID tags are mapped
  • the base plate 30 on which the robot 80 is standing and also the direction in which the robot 80 is standing is known by reading the RFID tag 170 through the RFID reader 180 located above it the bottom plate 30 is located.
  • RFID readers 180 can be attached to the robot and only one RFID tag on a base plate.
  • Fig. 5 Due to a redundancy of the sensors, in Fig. 5 two IR line arrays 160 and an RFID reader 180 on the underside of the robot 80, it is often also possible to move the robot 80 to an extraction point, e.g. a balcony 90, if a sensor fails. to maneuver out of the storage system 10 .
  • an extraction point e.g. a balcony 90
  • Fig. 6 the robot 80 for the lifting system is shown in detail from above. Stepper motors have been dispensed with for a lower overall height and to reduce power consumption. Brushless DC motors with incremental encoders ensure the propulsion and maneuvering of the 80 robots.
  • the lines on the base plates 30 in interaction with the sensors 160, the IR line arrays, the robots 80 compensate for the lower precision of these motors.
  • the wheels 85 are driven via a worm gear 235.
  • a ball spindle 240 enables the lifting plate 228 to be raised. Tilting of the lifting plate 228 can be avoided by at least one linear guide 241 . Further details of the robot 80 are also shown in the similarly designed robot 80 of the carrier concept in FIG.
  • FIG. 7 shows a carrier plate system of the storage system 10 as an alternative embodiment to the lifting system from FIGS. 1 to 6.
  • robots 80 lift device carriers 70 in order to transport them.
  • robots 80 engage the container carriers 70 from below and move them without lifting them.
  • the container carriers 70 are provided with rollers with which they can be moved on carrier plates 100 .
  • the carrier plates 100 are provided with grooves 101 to guide the movement.
  • the carrier plates 100 could be provided with rollers 250 and the container carriers 70 with grooves 101. Combinations of rollers 250 on the carrier plates 100 and on the container carriers 70 are also possible.
  • the basic structure of the carrier plate system according to FIG. 7 is very similar to the structure of the lifting system according to FIGS. 1 to 6 and the person skilled in the art can also use or implement the features shown in the lifting system in a suitable manner in the carrier plate system and vice versa.
  • Pillar 20, floor plates 30 and angle profiles 75 work together in the same way in the lifting and support plate system.
  • Outer panels 76 and cover panels 81 can be attached to both systems, as can balconies 90, foot pieces 78, end pieces 77.
  • the same small load carriers can also be used in the lifting and carrier plate system.
  • carrier plates 100 are attached above the robot planes 50, approximately at a distance equal to the height of the feet 40 of the container carrier 70 of the lifting system.
  • the support plates 100 can be attached to the floor plates 30 or to the pillars 20 or to both.
  • the task of the carrier plates 100 is to absorb the weight of the container carrier 70, the container 60 and the goods on the container carrier 70 or in the containers 60.
  • the carrier plates 100 are made of metal in order to be able to absorb the loads.
  • the carrier plates 100 can also be made of other materials, such as wood materials, Composite materials, plastic or plastic with metal inlays. Sound generation can be reduced by choosing suitable materials.
  • the support plates 100 are attached in such a way that a free space is created between the support plates 100 above the central axes of the floor plates 30 in the longitudinal and transverse directions.
  • Robots 80 which, as in the lifting system, move on the base plates 30 along lines 220 on their central axes, can reach into the underside of a container carrier 70 through the free space between the carrier plates 100 and move the container carrier 70. At the intersections of the lines 220, ie in the middle of the floor panels 30, the robot 80 can change direction by 90° to the right or left.
  • each case four support plates 100 are fitted over a base plate 30 .
  • four carrier plates 100 which enclose a pillar 20, could also be made in one piece.
  • a multiple of the support plate configuration from FIG. 7 could also be attached to a base plate 30 .
  • Backing panels 100 on adjacent floor panels 30 abut or are spaced by a small gap.
  • the carrier plates 100 have run-in bevels 102.
  • the support plates 100 can have a chamfer, not shown in FIG Container carrier 70 is facilitated from one carrier plate 100 to the other.
  • the grooves 101 of the carrier plates can be designed in such a way that a container carrier that is approximately centered above a base plate 30, e.g. only 1 to 2 cm off-centre, by a longitudinal profile, e.g. increasing and decreasing indentations along the grooves , is brought into a centered position.
  • a container carrier that is approximately centered above a base plate 30, e.g. only 1 to 2 cm off-centre, by a longitudinal profile, e.g. increasing and decreasing indentations along the grooves , is brought into a centered position.
  • Alternatively, such automatic centering above the base plate can also be achieved using magnets.
  • the support plates 100 in the area of the balcony 90 are not shown in FIG. 7 for better visibility.
  • Part of the pillars 20 show end pieces 77 which are connected to the pillars 20 and the cover panels 81 by means of angle sections 75 .
  • the pillars 20 are also connected to each other with the angle profiles 75 and the base plates 30 to the pillars 20.
  • 8 shows a detailed view of the interaction of container carrier 70, carrier plates 100, robot 80 and base plate 30 for a carrier system.
  • the four carrier plates 100 are connected to a base plate 30.
  • FIG. A robot 80 is located on the base plate 30.
  • the container carrier 70 is shown removed so that the underside with which the container carrier 70 rests on the carrier plates 100 during operation can be seen.
  • the container carrier has eight rollers 250 .
  • the rollers 250 run in grooves 101 on the carrier plates 100. In the x and y directions, the rollers 250 are offset in pairs in such a way that when the gap 102 between the carrier plates 100 is passed, at least one of the roller pairs on the carrier plates 100 rests.
  • the robot 80 can engage in the gripping area with a suitably shaped gripper 261, shown in FIG. 8, without lifting the container carrier 70. If the robot 80 and the container carrier 70 are coupled in this way, the robot 80 can move the container carrier 70 on the carrier plates 100 .
  • the coupling could also be realized magnetically, e.g. by switching on an electromagnet.
  • FIG. 9 shows the top of a robot 80 of the carrier plate system.
  • the robot 80 of the carrier plate system has a gripper 261 .
  • This gripper can be lifted with a ball screw 240.
  • the gripper 261 is automatically lowered so that the robot 80 releases the container carrier 70 again.
  • the robot 80 of the carrier plate system also has IR line arrays 160 on its upper side, which enable precise positioning relative to a container carrier 70 using a pattern on the underside of the container carrier 70.
  • the gripper 261 is provided with chamfers, bevels or conical elements in the areas in which it first comes into contact with the container carrier 70 during its upward movement such that when the robot 80 and Container carrier 70 against each other, the container carrier 70 is automatically displaced by the lifting of the gripper 70 and a coupling of the robot 80 to the container carrier 70 is made possible.
  • Fig. 10 details from the interior of the robot 80 are shown schematically. A robot 80 of the carrier plate system is shown, this differing essentially in the gripper 261 instead of the lifting plate 228 .
  • the housing of the robot 80 is hidden in FIG. 10 in order to better recognize the details.
  • Brushless DC motors 270 with increment encoders ensure the propulsion and maneuvering of the robots 80 via the wheels 85.
  • the wheels 85 are driven via worm gears 235.
  • IR line arrays 160 are used for positioning to lines and patterns on the floor plates 30 or the underside of the container carrier 70.
  • the absolute position and orientation of the robot 80 in the storage system 10 can be determined using the RFID reader 180 and RFID tags 170 or in the floor panels 30 can be determined.
  • the robot 80 is supported by omnidirectional wheels 190, which also allow the robot 80 to rotate about its own axis by rotating the wheels 85 in opposite directions.
  • the robot 80 includes a computer chip 230 or a control board. There are different concepts for controlling the storage system 10, such as how this is carried out on a server, in particular connected to a cloud, and on the robot 80 itself.
  • a server is present in the vicinity, in particular in the same building or room as the robot levels 50 and robots 80.
  • the server communicates wirelessly with the robots 80 via standard protocols such as WI-FI, Bluetooth, Zigbee, ZWave or 6LowPAN .
  • the server processes data about the goods, positions of container carriers 70, containers 60, goods and robots 80 in the storage system 10.
  • Software that manages the storage process runs on the server. For example, the server receives a request for a specific product. Commands then go from the server to a robot 80 to bring a specific container carrier 70 on a robot level 50 to a removal point, eg a balcony.
  • the server transmits to the robot 80 the route to the container carrier 70 from the position of the robot 80.
  • the robot's software which runs on the processor 230, is able to travel this route independently, for example with the aid of the IR Line arrays 160 to follow a line 220 and turn at an intersection of lines 220 according to the transmitted route.
  • the server in turn is integrated into a cloud via which, for example, inquiries about goods, but also firmware updates for the robots 80 or updates for the software for controlling the warehouse can be imported by the server.
  • the robot levels 50 and robot 80 In the area of the robot levels 50 and robot 80, in particular in the vicinity of the removal and storage points, e.g. the balconies 90, there is a display that provides operators with information about the storage system 10, its status or current processes, and an operating unit , with which, for example, storage or withdrawals can be confirmed.
  • the server can also control one or more picking robots that store goods and/or containers in the storage system 10 or remove them.
  • a robot 80 can also be converted into a cleaning robot and be or be provided with suction and/or wiping units in order to clean the storage system 10 at regular or irregular intervals.
  • the robot level 50 is formed by six base plates 30 in the x direction and five base plates 30 in the y direction. A base plate 30 is left out inside the robot level 50 .
  • the robot level 50 can enclose a column 270 of a building structure in which the storage system 10 is installed. A larger column 270 could be converted by omitting more floor panels 30.
  • the storage system 10 can be adapted to other layouts in a corresponding manner. An adjustment is also possible in the z-direction, e.g. to pipes running along the ceiling or to sloping roofs.
  • Lines 220 run through the robot plane 50 and are applied to different floor panels 30 and continue on adjacent floor panels 30 .
  • the floor panels essentially form a closed robot plane 50 .
  • Adjacent floor panels 30 abut one another or the distances between adjacent floor panels 30 are selected to be so small, for example 2 mm, that robots 80 can move across the boundaries of adjacent floor panels 30 . With small distances, the noise is reduced and so is the vibration of the container carriers 70 and the containers 60 on the robots.
  • Cross markings 221 on the base plates facilitate the centering of robots on a base plate 30 and thus also the alignment relative to container carriers 70.
  • the lifting system is shown in Fig. 11, in which indentations 120 enable the exact positioning of the container carriers on a base plate 30 facilitate. Also shown are RFID tags 170 for determining the absolute position and direction of the robot 80 in the robot plane 50.
  • the base plates 30 are screwed to the pillars 20 at holes 215 via angle profiles 75 (not shown in FIG. 11).
  • a pillar 20, which is surrounded by four floor panels 30, is connected to each floor panel at two angle profiles 75 with two screws each.
  • the area 280 formed by two base plates 30 can represent a one-piece plate with two lines 220 in the y-direction, eight RFID tags 170, eight transverse markings 221.
  • Two robots 50 can be located under two container carriers 70 at the same time on this plate.
  • the two central pillars in the x-direction could be omitted.
  • Such a modification with several storage locations on one plate is still modular and can be set up flexibly. However, the larger the panels become, the less adaptability to existing building structures and the more difficult it becomes to set up the storage system 10.

Abstract

Modulares Lagersystem (10) mit mindestens zwei horizontalen Roboterebenen (50), wobei die Roboterebenen (50) durch mindestens drei Bodenplatten (30) gebildet werden, mindestens acht Vertikalträger (15), die senkrecht zu den Roboterebenen (50) stehen und die Roboterebenen (50) tragen, mindestens einen Roboter (80) auf jeder Roboterebene (50), der sich auf der Roboterebene bewegen kann, mindestens zwei Behälterträger (70) je Roboterebene (50), die durch den Roboter (80), bewegt werden können.

Description

MODULARES LAGERSYSTEM, VERFAHREN ZUM AUFBAU EINES LAGERSYSTEMS
UND VERFAHREN ZUR LAGERUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein modulares Lagersystem, das mit Robotern ausgestat -et ist, sowie ein Verfahren zum Aufbau eines solchen Lagers und ein Verfahren zur Lage- rung von Waren in einem solchen Lager.
Lagersysteme werden für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen eingesetzt.
Lagersysteme, wie in der US 9 701 475 B2 beschrieben, können Kraftfahrzeuge an Lager- plätze bewegen sowie ein- und auslagern. Die US 9 701 475 B2 beschreibt hierzu ein modu- lares, halbautomatisches oder automatische Parksystem, das auch an einem Ort installiert werden kann, der eine unregelmäßige Form besitzt. Durch den modularen Aufbau soll dies möglich sein, ohne dass eine spezielle Konstruktion erforderlich ist. Die einzelnen Zellen sind hierbei individuell mit Zelltransportmechanismen ausgerüstet, die mit einem Trans- portmechanismus eines Zubringersystems Zusammenwirken.
Automatisierte Lager- und Entnahmesysteme, wie in der US 1 0246 255 B2 beschrieben, werden häufig in Lagerhäusern oder Logistik- bzw. Fulfillmentzentren eingesetzt, um Ge- genstände zu lagern und auszuliefern. Solche automatisierten Lager- und Auslagerungs- systeme umfassen häufig computergesteuerte Auslagerungsmaschinen, die sich entlang vorbestimmter Pfade bewegen, um Lagerbehälter (oder andere Lagereinheiten) auszula- gern und den Behälter an einen Bediener oder ein anderes automatisiertes System zu über- geben. Die Automatisierung kann helfen die Packungsdichte im Lagersystem durch eine enge dreidimensionale Bestückung zu erhöhen und die Betriebskosten zu reduzieren.
Auch aus der WO 2017 037 095 Al sind dreidimensional aufgebaute Lagersysteme mit ho- her Packungs dichte bekannt und die damit verbundenen Probleme der Entnahme von Wa- ren aus solchen Lagersystemen werden diskutiert. Die DE 102018105614 Al zeigt ebenfalls ein Blocklager mit hoher Packungsdichte. Bei einem wenigstens zweidimensionalen Feld sind in X- und Y-Richtung Lagerplätzen gassenlos zum Lagern von jeweils wenigstens ei- nem Ladungsträger angeordnet. Ein fahrerlosen Transportsystem kann zum Ein- und/oder Auslagern den Ladungsträger unterfahren, anheben und in X- und/oder Y-Richtung bewe- gen. Das fahrerlose Transportsystem ist wenigstens in X- und Y-Richtung verfahrbar. Aus dem Apothekenbereich und dem Pharmagroßhandel sind Kommissionierautomaten be- kannt, wie z.B. in der EP 0 369 060 Al beschrieben.
Aus der CN 111942790 A ist eine standardisierte, modulare Lagereinheit bekannt, bei der mehrere Lagereinheiten übereinander gestapelt ein Stereolager mit hoher Raumnutzung bilden können, sowie ein dreidimensionales Lager mit einer Vielzahl von Speicherschichten und eine Vielzahl von Verschiebungsschichten, wobei der Gesamtrahmen des dreidimensio- nalen Lagers aus einer Kombination mehrerer einzelner, miteinander verbundener La- gereinheiten gebildet werden kann.
Viele der bekannten Lagersysteme werden individuell projektiert und in, für die Lagersys- teme gebaute und bestimmte, Hallen aufgestellt. Spezielle Lösungen, wie, z.B. in der US ‘475 beschrieben, sind für besondere Anwendungen, wie die Lagerung von Kraftfahr- zeugen gedacht, bei denen der Platz für das Lagersystem, z.B. im verdichteten innerstädti- schen Bereich, vorgegeben ist und sind in ihrem Aufbau komplex und schwer. Kommissio- nierautomaten sind nur für eher kleine und geeignet verpackte Waren geeignet und nur be- grenzt skalierbar.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Lager- system zur Verfügung zu stellen, das Flexibilität beim Aufbau mit einer kostengünstigen modularen Struktur verbindet.
Eine weitere Aufgabe von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Lagersystem zur Verfügung zu stellen, das sich in vorhandene Gebäude Strukturen ein- bauen lässt. Insbesondere eine gute Raumnutzung bei komplexeren Raumgeometrien mit Säulen, Trägern, Ecken und Vorsprüngen sollte ermöglicht werden.
Eine weitere Aufgabe von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Lagersystem zur Verfügung zu stellen, das sich für den Einsatz in vorhandenen Gebäu- destrukturen, die nicht für schwere Lasten gebaut wurden, eignet. In innerstädtischen La- gen werden Wohn- oder Büroräume als Lager verwendet. Solche Räumlichkeiten sind nur für begrenzte statische Belastungen vorgesehen. Um ein Lagersystem in ein solches Ge- bäude einzufügen, muss das Lagersystem möglichst leicht gebaut sein. Eine weitere Aufgabe von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht darin in urban Zentren, mit hohen Kosten für Räume, ein Lagersystem bereitzustellen, das den Quick- Commerce, die schnelle Lieferung von Waren in kurzer Zeit, unterstützt. Ein solches Lagersystem sollte sich kostengünstig in innerstädtischen Bereichen in bestehende Gebäu- destrukturen integrieren lassen, unterschiedliche Waren mit verschiedener Größe, die sich z.B. zu Fuß, mit Fahrrädern, mit Lieferrobotern oder mit Drohnen transportieren lassen, sollten sich effizient in dem Lagersystem ein- und auslagern lassen.
Eine weitere Aufgabe von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht darin ein System für ein flexibel auf- und abbaubares Lagersystem bereitzustellen, das an einem Ort aufgebaut, nach einer Nutzungsphase wieder abgebaut und an einem anderen Ort, auch mit anderer Raumstruktur, wieder aufgebaut werden kann.
Eine weitere Aufgabe von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass am Ort des Lagers keine oder nur geringe Instandhaltungs- oder Expertenkenntnisse für den Betrieb des Lagers benötigt.
Es wird daher ein modulares Lagersystem vorgeschlagen, bei dem sich Roboter auf mindes- tens zwei horizontalen Roboterebenen bewegen. Die Roboterebenen werden mit Bodenplat- ten realisiert. Vertikalträger, die senkrecht zu den horizontalen Roboterebene stehen, hal- ten die Roboterebenen auf der jeweiligen Höhe.
Die Bodenplatten sind gemäß einer Ausführungsformen im Wesentlichen rechteckig. Im Wesentlichen rechteckig kann ein Rechteck sein oder z.B. ein Rechteck, das Aussparungen an den vier Ecken hat und/oder dessen Ecken abgerundet sind. Durch Aussparungen kön- nen die Bodenplatten an die Vertikalträger angepasst werden.
Für verschiedene Anwendungsgebiete des Lagersystems, z.B. im Bereich des Quick-Com- merce, haben die Bodenplatten eine Größe von zwischen 300 mm x 300 mm und 1000 mm x 1500 mm.
Gemäß einer Ausführungsform haben die Bodenplatten eine Größe von zwischen 600 mm x 400 mm und etwa 800 x 600 mm. Platten in dieser Größe können leicht transportiert und auch durch nur eine Person leicht verbaut werden. Gemäß einer Äusführungsform haben Bodenplatten im Lagersystem eine Tragfähigkeit von mindestens 40 kg oder mindestens 60 kg.
Gemäß einer Äusführungsform sind Bodenplatten aus Metall gefertigt, z.B. 4 bis 8 mm di- cke Aluminiumbleche oder aus Stahlblechen.
Gemäß einer Äusführungsform sind Bodenplatten aus Holz oder Holzwerkstoff gefertigt. Z.B. sind Bodenplatten aus, insbesondere beschichteter, MDF-Platte, aus Sperrholz oder Multiplexplatte gefertigt. Gemäß einer Ausführungsform liegt die Dicke der Bodenplatten aus Holz oder Holzwerkstoff zwischen 15 und 30 mm. Holz und Holzwerkstoffe können Vor- teile bei der Dämpfung von Schall, der im Lagersystem erzeugt wird, bringen.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Bodenplatten aus Kunststoff oder Verbundwerk- stoffen gefertigt. High Pressure Laminate oder auch Kunststoff-Metall-Verbünde können verwendet werden.
Das modulare Lagersystem weist mindestens zwei Roboterebenen auf.
Gemäß einer Äusführungsform weist das Lagersystem zwischen drei und zehn Roboterebe- nen auf.
Gemäß einer Äusführungsform hegen die Abstände zwischen den Roboterebenen zwischen 300 und 1000 mm, insbesondere liegen die Abstände zwischen den Roboterebenen zwischen 350 und 700 mm.
Auf jeder Roboterebene befindet sich mindestens ein Roboter, der sich auf der Roboterebene bewegen kann. Je nach Größe des Lagersystems und der Häufigkeit des Umschlags von Waren im Lagersystem können auch mehrere Roboter auf jeder Roboterebene verwendet werden. Gemäß einer Äusführungsform weist das Lagersystem zwei oder drei Roboter auf jeder Roboterebene auf.
Ab zwei Robotern ist eine Redundanz auf jeder Roboterebene des Lagersystems vorhanden. Wenn ein Roboter ausfällt, kann ein anderer Roboter das Lagersystem weiter bedienen.
Gemäß einer Äusführungsform kann ein Roboter einen anderen Roboter auch verschieben.
Ein defekter Roboter kann so an eine geschickte Position im Lagersystem befördert werden. Gemäß einer Äusführungsform wiegen die Roboter weniger als 20 kg, insbesondere weniger al 15 kg.
Das modulare Lagersystem weist mindestens drei Bodenplatten auf einer Roboterebene auf sowie mindestens acht Vertikalträger, die senkrecht zu den Roboterebenen stehen und die Roboterebenen tragen. Das Lagersystem kann in der horizontalen Ebene erweiterbar sein durch Ergänzung weiterer Bodenplatten und weiterer Vertikalträger.
Gemäß einer Äusführungsform weist das modulare Lagersystem zwischen 50 und 400 Bo- denplatten auf einer Roboterebene auf und zwischen 64 und 450 Vertikalträger.
Auf jeder Roboterebene des Lagersystems befinden sich mindestens zwei Behälterträger, die durch den Roboter bewegt werden können. Je nach Größe des Lagersystems und der Häufigkeit des Umschlags von Waren im Lagersystem können mehr Behälterträger ver- wendet werden.
Gemäß einer Äusführungsform hegt die Grundfläche der Behälterträger zwischen der hal- ben Grundfläche der Bodenplatte und der Fläche der Bodenplatte, wobei Größe und Form der Behälterträger so gewählt sind, dass die Behälterträger zwischen den Vertikalträgern hindurchbewegt werden können.
Gemäß einer Äusführungsform befindet sich im Lagersystem auf oder über einer Boden- platte maximal ein Behälterträger. Bei dieser Ausführungsform muss die Anzahl der Be- hälterträger geringer als die Anzahl der Bodenplatten sein, damit ein Umlagern der Behäl- terträger im Lagersystem möglich ist.
Gemäß einer Äusführungsform sind die Behälterträger aus Kunststoff, z.B. im Spritzguss- verfahren, gefertigt.
Gemäß einer Äusführungsform umfassen die Vertikalträger mehrere, miteinander in eine zu den Roboterebenen senkrechten Richtung verbundenen, Pfeiler. Gemäß einer Ausfüh- rungsform werden die Pfeiler ineinandergesteckt und/oder miteinander verschraubt. Gemäß einer Äusführungsform entspricht die Höhe der Pfeiler dem Abstand der Roboter- ebenen.
Es kann sich bei den Vertikalträgern und Pfeilern um Volk oder Hohlprofile handeln. Z.B. können Vierkantrohre verwendet werden, deren Ecken auch abgerundet sein können. Das Profil kann um jeweils 90° entlang seiner Längsachse gedreht eingebaut werden und in ei- ner Ausführungsform weisen die Vertikalträger und die Pfeiler einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Lagersystem durch Ergänzen weiterer Pfeiler und Einfügen einer oder mehrerer weiterer Roboterebenen mit Bodenplatten in die Höhe erwei- tert) ar.
Gemäß einer Ausführungsform sind jeweils zwei Pfeiler eines Vertikalträgers jeweils von allen vier Seiten mit je einem Winkelprofil zusammen verschraubt. Je vier Vertikalträger sind durch eine Bodenplatte auf jeder Roboterebene verbunden, wobei die Bodenplatte an Winkelprofilen, die an den vier Vertikalträgern verschraubt sind, verschraubt ist.
Gemäß einer Ausführungsform des Lagersystems weisen die, insbesondere im Wesentli- chen rechteckigen, Bodenplatten Linien in Längs- und/oder Querrichtung der Bodenplatten zur Führung der Roboter durch das Lagersystem auf.
Gemäß einer Ausführungsform des Lagersystems weisen die im Wesentlichen rechteckigen Bodenplatten Linien entlang der Mittelachsen der Bodenplatten zur Führung der Roboter durch das Lagersystem auf.
Gemäß einer Ausführungsform des Lagersystems weisen die, insbesondere im Wesentli- chen rechteckigen, Bodenplatten Markierungen zur Positionierung und insbesondere zur Zentrierung der Roboter auf einer Bodenplatte auf.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die Roboter optische Sensoren zur Erkennung der Linien und/oder der Markierungen auf, insbesondere Infrarot- Line -Arrays.
Gemäß einer Ausführungsform des Lagersystems weisen die Bodenplatten RFID-Tags zur Bestimmung der absoluten Position und Ausrichtung eines Roboters im Lagersystem auf. Gemäß einer Äusführungsform können die Linien und Markierungen zur Positionierung auf die Bodenplaten farblich aufgebracht, eingefräst oder aufgeklebt sein.
Gemäß einer Äusführungsform des Lagersystems weisen die Bodenplatten RFID-Tags, ins- besondere die im Wesentlichen rechteckigen Bodenplatten vier RFID-Tags, zur Bestim- mung der absoluten Position und Ausrichtung eines Roboters im Lagersystem auf, wobei die vier RFID-Tags auf einem Kreis um die Mitte der Bodenplatte um jeweils 90° versetzt angebracht sind.
Gemäß einer Ausführungsform des Lager systems weisen die Behälterträger Füße auf, die höher als die Höhe der Roboter sind. Die Behälterträger mit den Füßen und die Roboter sind so geformt, dass Roboter unter die Behälterträger fahren können und unter den Behäl- terträgern drehen können. Dies kann erreicht werden, indem jeder Querschnitt des Robo- ters senkrecht zur Roboterebene kleiner ist als jeder Querschnitt zwischen den Füßen des Behälterträgers senkrecht zur Roboterebene. Der Begriff Füße schließt hier verschiedene Arten von Abstützungen ein, mit denen der Behälterträger auf den Bodenplatten der Robo- terebene abgestellt werden kann, sodass der Behälterträger von den Robotern unterfahren werden kann und auch ohne Roboter unter dem Behälterträger stabil auf den Bodenplatten der Roboterebene steht.
Die Roboter können Hebevorrichtungen aufweisen, mit denen die Roboter einen Behälter- träger mit Behältern und Waren anheben und in der Roboterebene versetzten können.
Durch die Kombination der Hebevorrichtung der Roboter mit den Füßen der Behälterträger können die Bodenplatten der Roboterebene gleichzeitig die Last der Behälterträger aufneh- men und es kann auf eine weitere Ebene bzw. auf Vorrichtungen, um die Last der Behälter- träger auf dieser weiteren Ebene aufzunehmen, z.B. weitere Platten, Halterungen oder Schienen, verzichtet werden.
Die Roboter und insbesondere die Hebevorrichtung der Roboter muss so ausgelegt sein, dass sie in der Lage ist den Behälterträger, den Behälter und die möglicherweise im Behäl- ter befindlichen Waren anzuheben und zu verfahren. Gemäß einer Äusführungsform des Lagersystem weisen die Roboter mindestens ein Allsei- tenrad und/oder ein Mecanumrad auf. Bei Allseitenrädern, auch omnidirektionale Räder genannt, besteht die Lauffläche des Rades aus Rollen, deren Drehachsen im rechten Win- kel zur Drehachse des Hauptrades hegen. Dies erlaubt ein reibungsarmes Verschieben des Rades auch in axialer Richtung. Das Mecanum-Rad ist ein Rad, das einem Fahrzeug omni- direktionale Fahrmanöver erlaubt, ohne mit einer mechanischen Lenkung ausgestattet zu sein. Im Gegensatz zum Allseitenrad stehen beim Mecanum-Rad die Rollen in einem Win- kel zur Hauptachse.
Insbesondere weisen die Roboter zwei angetrieben Räder und zwei Allseitenräder auf. Die angetriebenen Räder können hierbei unabhängig voneinander angetrieben werden, z.B. auch gegeneinander, die Allseitenräder dienen als Abstützung. Die angetriebenen Räder können auf einer Achse angeordnet sein und ein Allseitenrad befindet sich jeweils vor und hinter dieser Achse, insbesondere auf der Mittelsenkrechten der Verbindung der beiden an- getriebenen Räder.
Gemäß einer Ausführungsform des Lagersystems wird oberhalb mindestens einer Roboter- ebene eine Trägerplattenebene durch Trägerplatten gebildet. Die Trägerplatten weisen ent- lang der zur Roboterebene senkrechten Projektion der Mittelachsen der im Wesentlichen rechteckigen Bodenplatten auf die Trägerplattenebene einen Abstand zueinander auf. Die Behälterträger liegen auf den Trägerplatten auf und können in der Trägerplattenebene verschoben werden. Roboter koppeln an die Behälterträger an, wobei die Koppelung, durch den Abstand zwischen den Trägerplatten hindurchgreift. Mit der Kopplung können Roboter die Behälterträger verschieben, ohne die Last der Behälterträger anzuheben.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Lagersystem Balkone zur Entnahme oder Ein- lagerung von Waren, Behältern, Behälterträgern und/oder Robotern. Balkone können reali- siert werden, indem eine, insbesondere modifizierte, Bodenplatte übersteht und nach oben nicht bedeckt ist. Alternativ kann auch durch den Rücksprung um eine Bodenplatte von ei- ner Roboterebene zur nächsten eine Möglichkeit geschaffen werden, von oben auf eine Ware, Behälter, Behälterträger oder Roboter zuzugreifen.
An einem solchen Balkon oder Rücksprung können Entnahmen oder Einlagerungen durch Menschen oder Maschinen, z.B. Pickingroboter, vorgenommen werden. Sind solche Balkone oder Rücksprünge nebeneinander oder in der Nähe auf verschiedenen Roboterebenen, so kann eine Verlagerung von Waren, Behältern, Behälterträgern und/oder Robotern von ei- ner Roboterebene zur anderen händisch oder z.B. durch einen Pickingroboter, der eine Ware oder einen Behälter auf einer Ebene entnimmt und auf einer anderen Ebene ablegt, vorgenommen werden. Hierdurch kann auf Vorrichtungen verzichtet werden, mit denen die Roboter, die sich auf den Roboterebenen bewegen Waren, Behälter und/oder Behälterträger zwischen Ebenen verlagern können. Es kann durch Nutzung der Vorhandenen Infrastruk- tur, z.B. einem vorhandenen Pickingroboter auch darauf verzichtet werden zusätzliche He- bemechanismen für die Vertikale vorzusehen.
Alternativ oder in Ergänzung zur Entnahme und Einlagerung von und auf Baikonen oder an Rücksprüngen kann die Entnahme und Einlagerung von Waren, Behältern, Behälter- trägem und/oder Robotern in äquivalenter Weise auch in horizontaler Richtung am Lager- system vorgenommen werden.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Aufbau eines modularen Lagersystems vorgeschlagen.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Aufbau eines modularen Lagersystems wird durch Verbinden von Vertikalträgern, insbesondere Vertikalträgern aus mehreren Pfeilern, mit Bodenplatten, insbesondere durch Verschrauben von Winkelprofilen mit den Vertikalträgern und den Bodenplatten, eine eigenstabile Konstruktion erstellt. Die Kon- struktion kann Roboter, Behälterträger, Behälter und Waren tragen und die Belastungen durch Beschleunigungen der Roboter und Bewegung der Behälterträger, Behälter und Wa- ren aufnehmen, ohne dass Querstreben zwischen den Vertikalträgern eingesetzt werden.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Betrieb eines modularen Lagersystems vorgeschlagen.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betrieb eines modularen Lagersystems bewegen sich ein oder mehrere Roboter entlang von Linien auf Bodenplatten im Lagersys- tem und versetzen Behälterträger im Lagersystem.
Die für die vorgeschlagene Vorrichtung beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzel- aspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Un- teransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug- nahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Lagersystem für ein Hubkonzept;
Fig. 2 zeigt Bodenplatte mit Pfeilern;
Fig. 3 zeigt Details der Befestigung eines Pfeilers an einem Fußstück sowie einer Bo- denplatte mit einem Winkelprofil
Fig. 4 zeigt einen Behälterträger mit einem Roboter für ein Hubkonzept.
Fig. 5 zeigt Details der Unterseite eines Roboters;
Fig. 6 zeigt Details eines Roboters für ein Hubkonzept;
Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt aus einem Lagersystem für ein Trägerplattenkonzept;
Fig. 8 zeigt einen Behälterträger oberhalb von Trägerplatten mit einem Roboter für ein Trägerplattenkonzept.
Fig. 9 zeigt die Oberseite eines Roboters für ein Trägerplattenkonzept;
Fig. 10zeigt Details eines Roboters für ein Trägerplattenkonzept;
Fig. 11zeigt eine Roboterebene eines an eine Säule angepasstes Lagersystem von oben
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist. In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einem Lagersystem 10 mit drei Roboterebenen 50 gezeigt, wobei der Abstand in z-Richtung zwischen der unteren Ebene und der mittleren Ebene mit 400mm geringer ist als der Abstand der mittleren Ebene zur oberen Ebene mit 600 mm. Die Roboterebenen 50 liegen in der x-yEbene und sind horizontal ausgerichtet.
In Fig. 1 sind in jeder Roboterebene 50 vier Bodenplatten 30 im Inneren des Lagersystems 10 dargestellt. Die Roboterebenen 50 erstrecken sich in x- und y-Richtung weiter als in dem Ausschnitt dargestellt, z.B. kann sich eine Roboterebene 50 15 Bodenplatten 30 in x-Rich- tung und 20 Bodenplatten 30 in y-Richtung erstrecken.
Die Bodenplatten 30 im Inneren des Lagersystems 10 sind rechteckig, mit Aussparungen im Bereich der Pfeiler 20. Die Bodenplatten 30 sind etwa 700 mm x 500 mm groß und ca. 20 mm dick. Bei dieser Größe der Bodenplatte 30 kann auf jede Bodenplatte 30 ein Behäl- terträger 70 mit einer Größe von 650 mm x 450 mm positioniert werden. Der Behälterträ- ger 70 kann wiederum als Behälter 60 einen Kleinladungsträger mit den Standardmaßen von 600 mm x 400 mm Grundfläche tragen. Durch das normierte System der Kleinladungs- träger kann ein Behälterträger 70 auch andere Kombinationen von Kleinladungsträgern, z.B. zwei Behälter 60 mit einer Grundfläche von 300 mm x 200 mm und einen Behälter 60 mit einer Grundfläche von 400 mm x 300 mm aufnehmen. Die Nutzung des Systems der normierten Kleinladungsträger bietet Vorteile in der Bestückung des Lagersystems 10, da die Waren in Standardbehältnissen eingebracht werden können. Außerdem kann ein Be- hälter 60 in dem Waren gelagert werden bei defekten Verpackungen der Waren helfen. Uber die Verpackung der Ware, den Behälter 60 in dem die Ware steht und dem Behälter- träger 70, kann so z.B. eine mehrfache Sicherheit z.B. gegen das Auslaufen von Flüssigkei- ten erzielt werden, sodass diese das Lagersystem 10 nicht verunreinigen. Das direkte Ein- lagern von Paketen oder Kartons auf dem Behälterträger 70 ohne Umpacken in Kleinla- dungsträgern oder auch die kombinierte Beladung ist ebenfalls möglich.
Als Bodenplatten 30 dienen beschichtete MDF-Platten. Holzwerkstoffe als Bodenplatten 30 sind vorteilhaft für die Schalldämmung bzw. Schallreduktion bei der Bewegung der Robo- ter 80 im Lagersystem. Verschiedene Holzwerkstoffe bieten ausreichende Stabilität, sodass eine zusätzliche horizontale Verstrebung des Lagersystems 10 zu der Befestigung über die Bodenplatten 30 nicht notwendig ist. Die Bodenplatten 30 sind für Lasten von etwa 60 kg pro Platte ausgelegt. Die Bodenplatten 30 stoßen aneinander an, bzw. haben einen geringen Abstand von weniger als 1mm bis 2 mm, damit die Spalte gut von den Robotern 80 überfahren werden können. Dazu sind die Aussparungen derart dimensioniert, dass sie die Pfeiler 20 an den Ecken der Bodenplatten 30 aufnehmen können. Die Aussparung bei den Bodenplatten der Fig. 1 ist ein Quadrat mit ca. 40 mm Seitenlänge an jeder Ecke der Bodenplatte 30.
Eine Bodenplatte 30 ist an jeweils vier Pfeilern 20 befestigt. Dies kann mit - in Fig. 1 nicht dargestellten - Winkelprofilen 75 erzielt werden. Die Winkelprofile 75 verbinden hierzu in der vertikalen z-Richtung zwei Pfeiler 20 miteinander und bieten eine Auflagefläche für die Bodenplatten 30. Die verbundenen Pfeiler 20 bilden einen Vertikalträger 15. Wird auf Mo- dularität in z-Richtung verzichtet, so kann ein Vertikalträger 15 auch einstückig ausge- führt werden und Winkelprofile 75 werden auf verschiedenen Höhen des Vertikalträgers 15 angebracht.
Als Pfeiler 20 dienen im Wesentlichen quadratische Hohlprofile aus Stahl mit einer Materi- alstärke von 3 bis 4 mm. Die Pfeiler 20 sind in der Ausführungsform von Fig. 1 in zwei Hö- hen in z-Richtung von 400 mm und 600 mm eingesetzt, sodass zwei unterschiedliche Ebe- nenabstände im Lagersystem 10 realisiert werden können. Zwei verschieden Höhen der Pfeiler 20 erlauben eine erhöhte Flexibilität bei der Raumnutzung, indem für niedrigere oder kleiner Waren eine niedrigere Ebenenhöhe ermöglicht wird und hält dennoch die Vari- antenvielfalt bei den Bestandteilen des modularen Lagersystems 10 niedrig. Die Bodenplat- ten 30 einer Roboterebene 50 werden jedoch immer auf derselben Höhe montiert, sodass ein ungehindertes Befahren der Roboterebene 50 durch einen Roboter 80 ermöglicht wird.
Alle Pfeiler 20 einer Roboterebene 50 haben die gleiche Form und sind mit Bohrungen mit Gewinden oder Gewinde-Inlays zur Befestigung der Winkelprofile 75 sowie der Außenpa- nele 76 versehen. Die Pfeiler 20 aller Ebenen haben dieselbe Querschnittsform. Auf jede Seite des Pfeilers 20 werden im Inneren des Lagersystems 10 die Winkelprofile 75 so befes- tigt, dass jeweils ein unterer und ein oberer Pfeiler 20 aneinander befestigt werden und je- weils eine Bodenplatte 30 an einer Aussparung jeweils mit zwei Winkelprofilen 75 ver- schraubt ist.
Zum Abschluss der miteinander in z-Richtung verbundenen Pfeiler 20 kann oben ein End- stück 77 angebracht sein und unten ist ein Fußstück 78 angebracht. Das Fußstück 78 kann auch Höhenunterschiede des Bodens ausgleichen. Das Fußstück 78 kann mit den gleichen Winkelprofilen befestigt werden, die auch die Pfeiler 20 untereinander und mit den Boden- platten 30 verbinden.
Die Fußstücke 78 dienen auch zur Schallentkoppelung vom Boden. Das Lagersystem 10 ist lediglich auf den Boden aufgestellt und nicht verschraubt oder fest verbunden. Durch das Gewicht des Lagersystems 1 ist ausreichende Stabilität gegeben. In die Fußstücke 78 las- sen sich Schwingungsisolatoren einbringen, z.B. Dämpferelemente, die eine Übertragung von Körperschall, z.B. durch Fahren von Robotern 80, in den Boden und damit in das Ge- bäude reduzieren.
An den Außenseiten und auf der Oberseite des Lagersystems 10 können Bleche, Kunststoff- panele, Holz- oder Holzwerkstoffplatten als Außenpanele 76 oder Deckpanele 81befestigt sein, die einen Eingriff in das Lagersystem 10 verhindern. Die Außenpanele 76 sind direkt mit den Pfeilern 20 verschraubt, die Deckpanele 81 können an Endstücken der Pfeiler 20 befestigt sein oder ähnlich wie die Bodenplatten 30 mit Hilfe von Winkelprofilen. Außenpa- nele 76 und/oder Deckpanele 81 können auch schallabsorbierend ausgeführt sein, z.B. mit Stein- oder Glaswolleschichten versehen, mit schallabsorbierenden Lagen aus Schäumen oder auch mit mehrlagigen Strukturen zur Schallabsorption.
In Fig. 1 ist auf einer der Bodenplatten 30 im Lagersystem 10 ein Behälterträger 70 mit ei- nem Behälter 60 und einem Roboter 80 unter dem Behälterträger 70 dargestellt. Die maxi- male Anzahl von Behälterträgern 70 in einer Roboterebene 50 beträgt bei der Konfigura- tion der Fig. 1 die Anzahl der Bodenplatten 30 minus eins, sodass immer mindestens eine Bodenplatte 30 zum Manövrieren frei ist. Auf einer Roboterebene 50 können sich mehrere Roboter 80, z.B. drei Roboter 80 bewegen.
Die Bodenplatten 30 haben ein auf oder eingebrachtes Muster, das die Navigation der Ro- boter unterstützt. Darüber hinaus haben die Bodenplatten 30 passive RFID Transponder 170 zur absoluten Orientierung der Roboter 80 auf einer Roboterebene 50. Weiterhin haben die Bodenplatten 30 Positionierelemente 120, um die exakte Positionierung der Behälter- träger 70 zu unterstützen. Auch zusätzliche Elemente wie Erdungsstreifen zum Abbau sta- tischer Aufladungen können in die Bodenplatten 30 eingebracht sein. RFID Transponder 170, Positionierelemente-120, Muster und ggf. Erdungsstreifen sind so in die Bodenpatten 30 eingebracht oder angebracht, dass die Bodenplatten vorgefertigt werden können und jede vorgefertigte Bodenplatte 30 beim Zusammenbau des Lagersystems 10 an einer beliebigen Stelle verbaut werden kann. Die Bodenplatten 30 haben vorgebohrte Löcher 215 zur Verschraubung mit den Winkelprofilen zur Befestigung mit den Pfeilern 20.
Fig. 1 zeigt einen Balkon 90, der zu besseren Erkennbarkeit allerdings nur auf einer Seite verkleidet dargestellt ist. In der Regel wird ein solcher Balkon 90 auf drei Seiten verkleidet sein, sodass eine Entnahme aus oder Einlagerung in dem Balkon nach oben erfolgt. Der Balkon 90 kann aber auch z.B. entgegen der y-Richtung nur teilweise verkleidet sein, so- dass eine Entnahme oder Einlagerung nach vorne, entgegen der y-Richtung möglich ist. Als Basis für den Balkon 90 dient eine, ggf. modifizierte, Bodenplatte 30, die mit den gleichen Winkeiprofilen an den Pfeilern 20 befestigt ist, wie die Bodenplatten 30 im Inneren des La- gersystems 10. Der Balkon 90 ist nach oben offen ausgeführt, sodass eine Entnahme oder Einlagerung von Waren, Behältern 60, Behälterträgern 70 oder Robotern 80 nach oben hin bzw. von oben möglich ist. Die Entnahme oder Einlagerung kann durch Picking-Roboter oder durch Personen vorgenommen werden. Bei Entnahme durch Personen sind hierfür Lasten in einem Behälter 60 oder auch die Masse eines Roboters 80 in einem Bereich von unter 20 kg, bevorzugt kleiner 15 kg zu halten, sodass eine vielfache Entnahme oder Einla- gerung durch eine Person ergonomisch möglich ist.
Modifikationen der Bodenplatte 30 des Balkons 90 können z.B. Wiegeeinheiten 91 sein, mit denen sich das Gewicht eines Behälterträgers 70 mit den aufhegenden Behältern 60 und insbesondere den in den Behältern befindlichen Waren bestimmen lässt. Die Wiegeeinhei- ten 91 im Balkon 90 sind bei der modifizierten Bodenplatte 30 des Balkons 90 an der Posi- tion der Positionierelemente 120 der nicht modifizierten Bodenplatten 30 des Lagersystems 10 vorgesehen. Mit einer Wiegeeinheit können Entnahmen oder Einlagerungen plausibili- siert werden und auch die korrekte Beladung überprüft werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Wiegeeinheit auch in jedem Roboter 80 verbaut sein.
Die Bewegung im Bereich des Balkons 90 kann durch die Steuerung der Roboter 80 auf un- ter 300 mm/s reduziert sein. Eine solche Geschwindigkeitsbegrenzung kann z.B. durch ei- nen Induktionssensor im Roboter und eine entsprechende Metallplatte an der Außenseite der entsprechenden Bodenplatte, realisiert werden. Ein Eingriff einer Person oder eines Pi- cking-Roboters in den Balkon 90 kann auch mit Hilfe von Lichtschranken oder Kameras oder Rolltoren oder -Gitter erkannt oder abgesichert werden. Am Balkon 90 können auch Kameras und Barcodescanner angeordnet sein. Hierdurch kann die Quittierung von Einlagerungen und Entnahmen aber auch eine Kontrolle und Diebstahlsicherung realisiert werden.
Eine Roboterebene 50 besitzt mindestens einen Balkon 90, über diesen Balkon kann dann die Bestückung des Lagersystems 10 und die Entnahme aus dem Lagersystem 10 vorge- nommen werden. Eine Roboterebene 50 kann aber auch mehrere Balkone 90 besitzen, z.B. zwei Balkone 90, wobei einer der Bestückung und der anderen der Entnahme dient. Da die Balkone 90 im Randbereich des Lagersystems 10 flexibel positioniert werden können, kön- nen die Balkone 90 so angelegt werden, dass eine effiziente Führung des Materialflusses zum Entnehmer möglich ist und nicht der Entnehmer der Ware sich durch ein Regalsystem bewegen muss.
Eine Umlagerung von Waren oder Behältern 60 zwischen zwei Roboterebenen 50 kann durch Entnahme aus einem ersten Balkon 90 in einer ersten Roboterebene 50 und Einbrin- gen über einen zweiten Balkon 90 einer zweiten Roboterebene 50 vorgenommen werden. Hierdurch benötigen die Roboter 50 im Inneren des Lagersystems 10 keine Mechanismen, um Behälter 60, Behälterträger 70 oder Waren zwischen zwei Roboterebenen zu bewegen. Es kann auch auf ein zu den vorhandenen Entnahmesystemen zusätzliches Hebesystem für Roboter 50, Behälter 60, Behälterträger 70 oder Waren zwischen den Ebenen verzichtet werden
Die Komponenten Bodenplatten 30, Pfeiler 20, Winkelprofile 75 bzw. alternative Befestiger der Bodenplatten 30 an den Pfeilern 20 bilden eine feststehende Konstruktion und benöti- gen keine im Betrieb beweglichen Teile. Diese Konstruktion wird durch Fußstücke 78, Au- ßenpanele 76 und Deckpanele 81 sowie Balkone 90 ergänzt, die ebenfalls keine im Betrieb beweglichen Teile benötigen. In dieser Konstruktion bewegen sich dann die Roboter 80 die wiederum die Behälterträger 70, ggf. mit den Behältern 60 und den Waren bewegen. Das Grundgerüst für ein derartiges in alle drei Raumrichtungen x, y und z modulares Lagersys- tem 10 lässt sich also mit lediglich drei Komponenten: Bodenplatte 30, Pfeiler 20 und Win- kelprofil 75 zusammenbauen. In den Außenbereichen des Lagersystems 10 sind darüber hinaus Fußstücke 78 und Endkappen für die Pfeiler 20, zwei unterschiedlich große Außen- panele 76 und Deckpanele 81 sinnvoll - lediglich weitere fünf Komponenten. Balkone 90 können mit diesen Elementen ebenfalls realisiert werden, ggf. mit einer speziellen Boden- platte 30. Bestückt wird das Lagersystem mit Behälterträgern 70 und Robotern 80. Behälter 60 können dann im Betrieb eingebracht werden. Auch Roboter 80, Behälterträger 70 und Behälter 60 können im Betrieb entnommen oder eingebracht werden. Ein solches Lagersystem 10 ist nach Vermessen des Aufstellungsortes ohne langwierige Projektierung mit einer beschränkten Anzahl notweniger Bauteile realisierbar. Das System ist ausbaubar und auch wieder abbaubar und flexibel an einen anderen Einsatzort anpassbar. Die einzel- nen Komponenten des Lagersystems 10 können mit einem oder zwei Schraubentypen anei- nander befestigt werden. Beide Schrauben haben bevorzugt denselben Schraubenantrieb, sodass das Lagersystem 10 mit minimalem Werkzeug aufgebaut werden kann.
In Fig. 2 ist ein detaillierteres Bild einer Bodenplatte 30 zwischen vier Pfeilern 20 gezeigt. Die Bodenplatte 30 weist Linien 220 entlang der Längs- und der Querachse auf. Der Robo- ter 80 kann mit Hilfe eines Sensors, z.B. eines IR- Linienarrays diesen Linien 220 folgen und so von einer Bodenplatte 30 zur nächsten Bodenplatte 30 manövrieren und einem Pfad in x- oder y-Richtung folgen.
Zusätzlich zu den Linien 220 sind kurze Quermarkierungen 221 auf den Linien 220 ange- bracht, mit deren Hilfe der Roboter 80 sich auf einer Bodenplatte 30 zentrieren kann. Die Quermarkierungen 221 können auch als Markierungen für einen Abbremsvorgang oder ei- nen Beschleunigungsvorgang genutzt werden, z.B. damit der Roboter 80 beim Positionieren auf einer Bodenplatte 30 seine Geschwindigkeit rechtzeitig reduziert, um auf der richtigen Position stehen zu bleiben. Alternativ können die Quermarkierungen 221 auch als Kreis oder Kreissegmente auf der Bodenplatte 30 ausgeführt sein. Die Bodenplatte hat vier pas- sive RFID Transponder, RFID-Tags 170. Anhand der RFID Tags- 170 kann die absolute Po- sition des Roboters 80 im Lagersystem und dessen Ausrichtung mit nur einem RFID- Reader 180 pro Roboter 80 bestimmt werden. Damit die Bodenplatten 30 chaotisch verlegt werden können, werden die RFID-Tags 170 der Bodenplatten 30 nach oder während des Aufbaus des Lagersystems 10 vermessen und kartiert. Die Linien 220 können auf die Bo- denplatten 30 aufgemalt sein. Alternativ können die Linien 220 auf den Bodenplatten 30 aufgeklebt sein oder durch Modifikation der Oberfläche der Bodenplatten 30, z.B. durch Anrauen oder Einfräsen, erzeugt werden.
Eine genaue und definierte Positionierung des Behälterträgers 70 auf die Bodenplatte 30 kann mechanisch durch Vertiefungen 120 an vier Punkten der Bodenplatte unterstützt werden, in die korrespondierende, komplementäre Erhebungen 140 an den Füßen 40 des Behälterträgers 70 hineinrutschen, wenn sie ungefähr positioniert sind. Mit konischen Domen an jedem der vier Füße 40 des Behälterträgers mit komplementärer Vertiefung 120 in den Bodenplatten kann so auch die Prozessgeschwindigkeit erhöht werden, da die Navi- gation etwas weniger genau sein muss und dennoch eine exakte Positionierung erreicht werden kann. Alternativ können auch Magnete und Metallteile in den Bodenplatten 30 und Behälterträgern 70 für eine genaue und definierten Positionierung des Behälterträgers 70 verwendet werden.
Alternativ sind auch Ausführungsformen der Erfindung möglich, bei denen sich auf einer Bodenplatte gleichzeitig mehrere Roboter 50 bewegen. Dafür kann das Muster der Linien 220, der Quermarkierungen 221, die RFID-Tags und/oder die Vertiefungen auf einer Platte vervielfachen, z.B. könnten sich zwei oder vier der Kreuze der Linien 220 mit den anderen Elementen, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind, auf einer Bodenplatte 30 befinden.
Fig. 3 zeigt detailliert die Befestigung von zwei Bodenplatten 30 an einem Pfeiler 20 und einem Fußstück 78. Das Fußstück 78 umfasst dabei ein Fußendstück 226 dessen Quer- schnitt in etwa dem Querschnitt des Pfeilers 20 entspricht sowie ein in z-Richtung verstell- bares Aufstellteil 225. Das Fußendstück 226 kann eine Platte oder eine an einem Hohlpro- fil befestigte Platte sein. Das Aufstellteil 225 kann hierbei schwingungsdämpfend, z.B. durch einen elastischen Überzug oder Puffer an einem Metallteil, ausgeführt sein. Das Auf- stellteil 225 kann durch Einschrauben in ein Gewinde am Fußendstück 226 in z-Richtung verstellt werden. Durch unterschiedlich tiefes Einschrauben, gesichert durch eine Konter- mutter, können Höhentoleranzen im Boden ausgeglichen oder auch das gesamte Lagersys- tem 10 horizontal ausgerichtet werden.
Vier Winkelprofile 75 die auf den vier Seiten des Pfeilers 20 mit quadratischem Quer- schnitt angeordnet sind befestigen das Fußstück 78 mit je einer Schraube am Pfeiler 20 und am Fußstück 78. In ähnlicher Weise werden auch zwei Pfeiler 20 in z-Richtung zu ei- nem Vertikalträger 15 aneinander befestigt. Eine Bodenplatte 30 ist an einer Ecke bzw. an der Aussparung in der Ecke mit je zwei Winkelprofilen 75 verschraubt, wobei je zwei Schrauben die Bodenplatte 30 mit einem Winkelprofil 75 an vorgebohrten Löchern 215 ver- binden.
Fig. 4 zeigt das Zusammenspiel von Behälterträger 70 mit dem Roboter 80 in einer Konfi- guration, in der der Roboter 80 den Behälterträger und ggf. die darauf befindlichen Behäl- ter 60 und Waren anhebt - Hubkonzept. Zur besseren Erkennbarkeit ist der Behälterträger 70 in Fig. 4 schwebend dargestellt. Der Behälterträger 70 ist als eigenständig stehendes Podest ausgebildet, welches durch den Roboter 80 unterfahren und angehoben werden kann. Die Verwendung eines Behälterträgers 70 ermöglicht die Verwendung von einem oder mehreren Behältern 60 unterschiedlicher Größe auf einem Behälterträger 70 Durch die Verwendung nur eines Behälterträgers 70 mit entsprechender Ausführung ist eine zu- verlässige Aufnahme des Behälters 60 durch den Roboter 80 möglich, da der Roboter 80 an die immer gleiche Schnittstelle am Behälterträger 70 andockt. Behälterträger 70 können bei Verschleiß leicht ersetzt werden oder zur Reinigung entnommen werden, ohne die Mo- dulstruktur zu verändern.
Zur definierten Aufnahme des Behälterträgers 70 durch den Roboter 80 und somit zum po- sitionsgenauen Absetzen an der gewünschten Position, der Sicherung gegen horizontales Verschieben oder Verdrehung aufgrund von Beschleunigungen des Roboters 80 beim Bewe- gen durch das Lagersystem 10, koppelt der Roboter 80 mit Hilfe von vier kegelstumpfförmi- gen Domen 110 am Hebeteller 228 des Roboters 80 in vier runde kegelstumpfförmige kom- plementäre Behälterträgervertiefungen 130 an der Unterseite des Behälterträgers 70 an. Alternativ können auch drei Vertiefungen 130 vorhanden sein oder ein Konus und eine Verdrehsicherung oder ein Konus mit einer Verdrehsicherung. Die Ankopplung vom Robo- ter 80 an den Behälterträger soll durch korrespondierende Formen an Hebeteller 228 und Behälterträger 70 einen Formschluss erzeugen, der ein Verdrehen oder Verschieben des Behälterträgers 70 relativ zum Roboter 80 im angehobenen Zustand verhindert.
Der Behälterträger 70 ist an seiner Unterseite mit einem ähnlichen Linienmuster ausge- stattet, wie die Bodenplatten 30. Dieses Linienmuster kann mittels der oben am Roboter angeordneten Sensoren 160 zur Überprüfung der korrekten Positionierung des Roboters 80 unter dem Behälterträger 70 verwendet werden. Dies ist insbesondere wichtig, wenn auf Grund eines Fehlers, z.B. eines Stromausfalls oder eines Roboterdefekts ein Behälterträger 70 nicht exakt an einer definierten Position auf einer Bodenplatte 30 steht. Die Erkennung der Position erfolgt hierbei durch IR-Line-Arrays als Sensoren 160. Die IR-Line-Arrays 160 können am Hebeteller 228 selbstbefestigt sein oder durch Aussparungen im Hebeteller 228 hindurch wirken. Zusätzlich oder alternativ können Behälterträger 70 auch noch mit RFID-Tags ausgerüstet werden und die Roboter 80 mit einem weiteren RFID-Reader, z.B. auf der Oberseite. Die Behälterträger 70 sind für den Transport oder die Lagerung stapelbar ausgeführt, d.h. die Füße 40 sind so geformt, dass sie innerhalb die Berandung 50 der Auflagefläche des Be- hälterträgers 70 passen. Alternativ können die Füße 40 demontierbar ausgeführt werden. Die Gesamtform der Behälterträger 70 kann ineinander stapelbar ausgeführt sein, wobei sich die Füße 40 eines Behälterträgers 70 in von oben in die Füße 40 eines anderen Behäl- te rträgers 70 einschieben lassen. Durch Stapeln, Demontage der Füße 40 oder ineinander Stapeln lässt sich die Packungsdichte bzw. Stabilität für den Transport oder die Lagerung der Behälterträger 70 erhöhen.
Der Hebeteller 228 des Roboters 80 ist für den Fehlerfall mit einer Kugel-Spindel 240 aus- gestattet, sodass sich der Hebeteller 228 im stromlosen Zustand absenkt. Tritt also ein Feh- ler beim Roboter 80 auf, wird der Behälterträger 70 freigegeben. Der Roboter 80 kann durch einen anderen Roboter 80 unter dem Behälterträger 70 herausgeschoben werden.
Behälterträger 70 und Roboter sind so dimensioniert, dass der Roboter 80 unter dem Be- hälterträger 70 drehen kann und so die Bewegungsrichtung im Lagersystem 10 ändern kann. Bei einer Drehung um jeweils 90° ist die Ankopplung zwischen Behälterträger 70 und Roboter 80 gewährleistet.
Der Roboter 80 hat eine Bauhöhe von lediglich etwa 100 mm. Durch die flache Bauform wird die Platzausnutzung des Lagersystems 10 optimiert.
Fig. 5 zeigt die Unterseite des Roboters 80. Angetrieben wird der Roboter 80 durch zwei se- parat ansteuerbare Räder 85. Die Fahrtrichtung des Roboters wird durch einen Differenti- alantrieb der Räder 85 bestimmt. Werden die Räder 85 gegenläufig betrieben, so dreht sich der Roboter 80 auf der Stelle. Zwei Allseitenräder 190, auch omnidirektionale Räder ge- nannt, stützen den Roboter 80 bei seiner Bewegung und ermöglichen sowohl die Vorwärts- bewegung als auch die Rotation. An der Unterseite können die demontierbaren Akkus her- ausgenommen werden. Hierzu können die Akkus z.B. hinter demontierbaren Akkuklappen 162 im Roboter 80 untergebracht sein. Alternativ können die Akkus auch direkt an den Ro- botern 80 verschraubt oder verrastet angebracht sein. Akkus, z.B. alternde Akkus, können so leicht und vor Ort getauscht werden oder es können Akkus mit höherer Kapazität einge- setzt werden. Durch die leichte Demontage der Akkus können die Roboter auch ohne Akkus versendet werden, z.B. für Revisionen oder Reparaturen. Dies spart Gewicht beim Versand und vermeidet spezielle Versandregularien für das Versenden von Li-Ionen Akkus. Die Akkukapazität der eingesetzten Li-Ionen Akkus reicht für etwa 8 h Betrieb des Roboters im Lagersystem 10. Bei niedrigem Akkustand navigiert der Roboter 80 zur Ladestation. Die Kopplungsstelle 165 mit der Ladestation ist in Fig. 5 ebenfalls auf der Unterseite des Robo- ters gezeigt. Alternativ können Kopplungsstellen auch an der Vorder- bzw. Rückseite des Roboters, bevorzugt in Fahrtrichtung angebracht sein. Alternativ können auch Vorrichtung zur induktiven Ladung beim Roboter 80 und im Lagersystem 10 vorhanden sein. Li-Ionen- Akkus haben Vorteile hinsichtlich des Bauraums und der Kapazität, für bestimmte Aus- führungsformen können jedoch auch Superkondensatoren eingesetzt werden.
Die IR-Line-Arrays 160 dienen zur Navigation im Zusammenspiel mit den Linien auf den Bodenplatten 30.
Ein RFID-Reader 180 dient im Zusammenspiel mit den RFID'Tags 170 auf den Bodenplat- ten 30 zur absoluten Bestimmung der Position und Orientierung des Roboters 80 im Lager- system 10. Bei einer Ausführungsform, bei der jede Bodenplatte 30 vier RFID-Tags 170 be- sitzt und die RFID Tags kartiert sind, ist durch Auslesen des RFID-Tags 170 durch den darüber befindlichen RFID-Reader 180 die Bodenplatte 30 auf der der Roboter 80 steht be- kannt und auch die Richtung, in der der Roboter 80 sich auf der Bodenplatte 30 befindet. Alternativ können auch mehrere, insbesondere vier, RFID-Reader 180 am Roboter ange- bracht sein und nur ein RFID-Tag auf einer Bodenplatte.
Durch eine Redundanz der Sensorik, in Fig. 5 zwei IR-Line Arrays 160 und ein RFID- Reader 180 auf der Unterseite des Roboters 80, ist es häufig auch möglich den Roboter 80 bei Ausfall eines Sensors an eine Entnahmestelle, z.B. einen Balkon 90, aus dem Lagersys- tem 10 zu manövrieren.
In Fig. 6 ist der Roboter 80 für das Hubsystem im Detail von oben dargestellt. Für eine niedrigere Bauhöhe und zur Reduktion des Stromverbrauchs wurde auf Steppermotoren verzichtet. Brushless DC Motoren mit Inkrementengeber sorgen für den Vortrieb und das Manövrieren der Roboter 80.
Die Linienführung auf den Bodenplatten 30 im Zusammenspiel mit der Sensorik 160, den IR Line-Arrays, der Roboter 80 gleichen die geringere Präzision dieser Motoren aus. Der Antrieb der Räder 85 erfolgt über ein Schneckengetriebe 235. Eine Kugel-Spindel 240 ermöglicht das Anheben des Hebetellers 228. Das Verkippen des Hebetellers 228 kann durch mindestens eine Linearführung 241 vermieden werden. Wei- tere Details des Roboters 80 sind auch beim ähnlich konzipierten Roboter 80 des Träger- konzepts in Fig. 10 dargestellt.
Fig. 7 zeigt ein Trägerplattensystem des Lagersystems 10 als alternative Ausführungsform zum Hubsystem aus den Fig. 1. bis 6. Beim Hubsystem heben Roboter 80 Geräteträger 70 hoch, um diese zu transportieren. Beim Trägerplattensystem nach Fig. 7 greifen Roboter 80 von unten in die Behälterträger 70 ein und verschieben diese, ohne sie anzuheben. Hierzu sind die Behälterträger 70 mit Rollen versehen, mit denen sie auf Trägerplatten 100 ver- schoben werden können. Zur Führung der Bewegung sind die Trägerplatten 100 mit Nuten 101 versehen. Alternativ könnten auch die Trägerplatten 100 mit Rollen 250 und die Be- hälterträger 70 mit Nuten 101 versehen sein. Es sind auch Kombinationen von Rollen 250 an den Trägerplatten 100 und an den Behälterträgern 70 möglich.
Der Grundaufbau des Trägerplattensystems nach Fig. 7 ist sehr ähnlich zum Aufbau des Hubsystems nach Fig. 1 bis 6 und der Fachmann kann die beim Hubsystem dargestellten Merkmale ebenfalls beim Trägerplattensystem in geeigneter Weise einsetzen oder umset- zen und umgekehrt. Pfeiler 20, Bodenplatten 30 und Winkelprofile 75 wirken in gleicher Weise bei Hub- und Trägerplattensystem zusammen. Außenpanele 76 und Deckpanele 81 können bei beiden Systemen angebracht werden, ebenso Balkone 90, Fußstücke 78, End- stücke 77. Es können im Hub- und Trägerplattensystem auch dieselben Kleinladungsträger eingesetzt werden.
Wesentliche Unterschiede zwischen Hub- und Trägerplattensystem liegen beim Zusam- menspiel zwischen den Robotern 80 und den Behälterträgern 70, bei den Behälterträgern 70 und bei den Trägerplatten 100, die beim Trägerplattensystem zusätzlich in dem Lager- system 10 vorhanden sind und eine Trägerplattenebene 95 bilden. Oberhalb der Roboter- ebenen 50, in etwa im Abstand der Höhe der Füße 40 der Behälterträger 70 des Hubsys- tems sind beim Trägerplattensystem Trägerplatten 100 angebracht. Die Trägerplatten 100 können auf den Bodenplatten 30 oder an den Pfeilern 20 oder an beiden befestig sein. Auf- gabe der Trägerplatten 100 ist es das Gewicht der Behälterträger 70, der Behälter 60 und der Waren auf dem Behälterträger 70 oder in den Behältern 60 aufzunehmen. Die Träger- platten 100 sind aus Metall gefertigt, um die Lasten aufnehmen zu können. Alternativ kön- nen die Trägerplatten 100 aber auch aus anderen Materialien, z.B. Holzwerkstoffen, Verbundwerkstoffen, Kunststoff oder Kunststoff mit MetalLInlays, gefertigt werden. Durch die Wahl geeigneter Materialien kann die Schallerzeugung reduziert werden. Die Träger- platten 100 sind so angebracht, dass oberhalb der Mittelachsen der Bodenplatten 30 in Längs- und in Querrichtung ein Freiraum zwischen den Trägerplatten 100 entsteht. Robo- ter 80, die sich, wie beim Hubsystem, auf den Bodenplatten 30 entlang von Linien 220 auf deren Mittelachsen bewegen, können durch den Freiraum zwischen den Trägerplatten 100 in die Unterseite eines Behälterträgers 70 eingreifen und den Behälterträger 70 verschie- ben. An den Kreuzungen der Linien 220, also auf der Mitte der Bodenplatten 30, kann der Roboter 80 die Richtung um 90° nach rechts oder links ändern. Es sind jeweils vier Träger- platten 100 über einer Bodenplatte 30 angebracht. Alternativ könnten vier Trägerplatten 100, die einen Pfeiler 20 umschließen aber auch einstückig ausgeführt sein. Alternativ könnte auf einer Bodenplatte 30 auch ein Vielfaches der Trägerplattenkonfiguration aus Fig. 7 befestigt sein. Trägerplatten 100 auf benachbarten Bodenplatten 30 stoßen aneinan- der an oder sind mit einem kleinen Spalt beabstandet. Um Toleranzen beim Übergang von einer Bodenplatte 30 an eine benachbarte Bodenplatte 30 auszugleichen, weisen die Trä- gerplatten 100 Einlaufschrägen 102 auf. An den Kanten der Trägerplatten 100 und insbe- sondere im Bereich, in dem die Nuten 101 auf den Rand der Trägerplatten 100 stoßen, kön- nen die Trägerplatten 100 eine Fase, in Fig. 7 nicht dargestellt, aufweisen, sodass die Be- wegung eines Behälterträgers 70 von einer zur anderen Trägerplatte 100 erleichtert wird.
Die Nuten 101 der Trägerplatten können derart gestaltet sein, dass ein Behälterträger, der sich in etwa zentriert oberhalb einer Bodenplatte 30 befindet, z.B. lediglich 1 bis 2 cm au- ßermittig, durch ein Längsprofil, z.B. zu- und abnehmende Vertiefungen entlang der Nu- ten, in eine zentrierte Lage gebracht wird. Alternativ kann eine solche automatische Zent- rierung oberhalb der Bodenplatte auch durch Magneten erzielt werden.
In Fig. 7 sind zur besseren Erkennbarkeit die Trägerplatten 100 im Bereich des Balkons 90 nicht dargestellt.
Bei einem Teil der Pfeiler 20 sind Endstücke 77 gezeigt, die mit Hilfe von Winkelprofilen 75 mit den Pfeilern 20 und den Deckpanelen 81 verbunden sind. Die Pfeiler 20 sind ebenfalls mit den Winkelprofilen 75 miteinander verbunden und die Bodenplatten 30 mit den Pfei- lern 20. Fig. 8 zeigt für ein Trägersystem eine Detailansicht des Zusammenwirkens von Behälter- träger 70, Trägerplatten 100, Roboter 80 und Bodenplatte 30. Die vier Trägerplatten 100, sind mit einer Bodenplatte 30 verbunden. Auf der Bodenplatte 30 befindet sich ein Roboter 80. Zur besseren Erkennbarkeit ist der Behälterträger 70 abgenommen dargestellt, sodass man die Unterseite sieht, mit der der Behälterträger 70 im Betrieb auf den Trägerplatten 100 aufliegt. An der Unterseite des Behälterträgers 70 befinden sich Rollen 250. Diese Rol- len sind als Kugelrollen ausgeführt. Der Behälterträger weist acht Rollen 250 auf. Die Rol- len 250 laufen in Nuten 101 auf den Trägerplatten 100. In x- wie in y-Richtung sind die Rollen 250 jeweils so paarweise versetzt ausgeführt, dass beim Überfahren der Lücke 102 zwischen den Trägerplatten 100 mindestens eines der Rollenpaare auf den Trägerplatten 100 aufliegt.
An der Unterseite des Behälterträgers 70 ist ein Eingreilbereich 260 vorhanden. In den Eingreifbereich kann der Roboter 80, mit einem geeignet geformten Eingreifer 261, dar ge- stellt in Fig. 8, eingreifen, ohne den Behälterträger 70 anzuheben. Sind Roboter 80 und Be- hälterträger 70 derart gekoppelt, kann der Roboter 80 den Behälterträger 70 auf den Trä- gerplatten 100 verschieben. Alternativ zu einem Eingreifen könnte die Kopplung auch mag- netisch, z.B. durch Einschalten eines Elektromagneten, realisiert werden.
Fig. 9 zeigt die Oberseite eines Roboters 80 des Trägerplattensystems. Im Unterschied zum Hebeteller 228 des Roboters 80 des Hubsystems weist der Roboter 80 des Trägerplattensys- tems einen Eingreifer 261 auf. Dieser Eingreifer kann mit einer Kugel-Spindel 240 angeho- ben werden. Im Fehler-Fall, z.B. wenn der Roboter 80 stromlos ist oder softwareseitig in ei- nen Fehlermodus versetzt wird, senkt sich der Eingreifer 261 automatisch ab, sodass der Roboter 80 den Behälterträger 70 wieder frei gibt. Auch der Roboter 80 des Trägerplatten- systems besitzt an seiner Oberseite IR- Line -Arrays 160, die eine genaue Positionierung re- lativ zu einem Behälterträger 70 anhand eines Musters auf der Unterseite des Behälterträ- gers 70 ermöglichen.
Der Eingreifer 261 ist in den Bereiche, in denen er bei seiner Bewegung nach oben als ers- tes mit dem Behälterträger 70 in Kontakt tritt, derart mit Fasen, Anschrägungen oder ko- nischen Elementen versehen, dass bei einer leicht versetzten Position von Roboter 80 und Behälterträger 70 gegeneinander, der Behälterträger 70 automatisch durch die Hebung des Eingreifers 70 verschoben wird und ein Ankoppeln von Roboter 80 an den Behälterträger 70 ermöglicht wird. In Fig. 10 sind schematisch Details aus dem Inneren des Roboter 80 gezeigt. Abgebildet ist ein Roboter 80 des Trägerplattensystems, wobei dieser sich im Wesentlichen durch den Eingreifer 261 anstelle des Hebetellers 228 unterscheiden. Zur besseren Erkennbarkeit der Details ist das Gehäuse des Roboters 80 in Fig. 10 ausgeblendet. Brushless DC Motoren 270 mit Inkrementengeber sorgen für den Vortrieb und das Manövrieren der Roboter 80 über die Räder 85. Die Räder 85 werden dabei über Schneckengetriebe 235 angetrieben. Hierdurch ist ein flacher Aufbau des Roboters 80 für eine optimierte Raumausnutzung durch das Lagersystem 10 möglich. Für die Positionierung zu Linien und Mustern auf den Bodenplatten 30 oder der Unterseite der Behälterträger 70 dienen IR-Line-Arrays 160. Die absolute Position und Ausrichtung des Roboters 80 im Lagersystem 10 kann mit Hilfe des RFID-Readers 180 und RFID-Tags 170 auf oder in den Bodenplatten 30 bestimmt werden. Zur Abstützung des Roboters 80 dienen Allseitenräder 190, die auch die Rotation des Robo- ters 80 um seine eigene Achse durch entgegengesetzte Drehung der Räder 85 ermöglichen.
Der Roboter 80 umfasst einen Computerchip 230 bzw. eine Steuerplatine. Für eine Steue- rung des Lagersystems 10 gibt es unterschiedliche Konzepte, wie diese auf einem Server, insbesondere verbunden mit einer Cloud, und auf den Roboter 80 selbst vorgenommen wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein Server im Nahbereich vorhanden, insbesondere im selben Gebäude oder Raum, wie die Roboterebenen 50 und Roboter 80. Der Server kommu- niziert drahtlos mit den Robotern 80 über Standardprotokolle wie z.B. WI-FI, Bluetooth, Zigbee, ZWave oder 6LowPAN.
Gemäß einer Ausführungsform verarbeitet der Server Daten über die Waren, Positionen von Behälterträgern 70, Behältern 60, Waren und Robotern 80 im Lagersystem 10. Auf dem Server wird eine Software betrieben, die den Lagerungsprozess leitet. Z.B. geht beim Server geht die Anfrage nach einer bestimmten Ware ein. Vom Server gehen dann Befehle an einen Roboter 80 einen bestimmten Behälterträger 70 auf einer Roboterebene 50 zu ei- ner Entnahmestelle, z.B. einem Balkon, zu bringen. Hierzu übermittelt der Server dem Ro- boter 80 den Weg zum Behälterträger 70 von der Position des Roboters 80. Die Software des Roboters, die auf dem Prozessor 230 läuft, ist in der Lage diesen Weg eigenständig ab- zufahren, z.B. mit Hilfe der IR-Line-Arrays 160 einer Linie 220 zu folgen und an einer Kreuzung von Linien 220 gemäß dem übermittelten Weg abzubiegen. Wieviel Steuerungsleistung hierbei vom Roboter 80 erbracht wird und wieviel Steuerungsleistung der Server übernimmt, kann anwendungsspezifisch bestimmt werden. Der Server wiede- rum ist in eine Cloud eingebunden, über die z.B. Anfragen nach Waren, aber auch Firmwa- reupdates für die Roboter 80 oder Updates für die Software zur Steuerung des Lagers durch den Server eingespielt werden können.
Im Raum der Roboterebenen 50 und Roboter 80 befindet sich, insbesondere in der Nähe der Entnahme und Einlagerungsstellen, z.B. der Balkone 90, ein Display, das Bedienern Infor- mationen über das Lagersystem 10, dessen Status oder aktuelle Vorgänge zur Verfügung stellt, und eine Bedieneinheit, mit der z.B. Einlagerungen oder Entnahmen bestätigt wer- den können.
Der Server kann auch einen oder mehrere Pickingroboter steuern, die Waren und/oder Be- hälter in das Lagersystem 10 einlagern oder entnehmen.
Ein Roboter 80 kann in einer Ausführungsform der Erfindung auch zu einem Reinigungsro- boter umgerüstet sein oder werden und mit Saug- und oder Wischeinheiten versehen sein oder werden, um das Lagersystem 10 in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen zu reinigen.
Fig. 11 zeigt eine Sicht von oben auf eine Roboterebene 50 von Bodenplatten 30 eines La- gersystems 10. Die Roboterebene 50 wird durch sechs Bodenplatten 30 in x- fünf Boden- platten 30 in y-Richtung gebildet. Im inneren der Roboterebene 50 ist eine Bodenplatte 30 ausgelassen. Dadurch kann die Roboterebene 50 eine Säule 270 einer Gebäude Struktur, in der das Lagersystem 10 eingebracht ist, umschließen. Eine größere Säule 270 könnte durch das Auslassen von weiteren Bodenplatten 30 umbaut werden. Das Lagersystem 10 kann in entsprechender Weise an andere Grundrisse angepasst werden. Auch in z-Richtung ist eine Anpassung, z.B. an entlang der Decke laufender Rohrleitungen oder an Dachschrägen mög- lich.
Bei der Konfiguration des Lagersystems 10 ist darauf zu achten, dass es ungehinderte Fahrwege für die Roboter 80 in einer Roboterebene 50 gibt.
Durch die Roboterebene 50 verlaufen Linien 220, die auf verschiedenen Bodenplatte 30 auf- gebracht sind und sich auf benachbarten Bodenplatten 30 fortsetzen. Die Bodenplatten bilden im Wesentlichen eine geschlossene Roboterebene 50 aus. Benachbarte Bodenplatten 30 stoßen aneinander an oder die Abstände zwischen benachbarten Bodenplatten 30 sind so gering gewählt, z.B. 2 mm, dass Roboter 80 über die Grenzen benachbarter Bodenplatten 30 fahren können. Bei geringen Abständen ist die Geräuschentwicklung reduziert und die Erschütterung der Behälterträger 70 und der Behälter 60 auf den Robotern ebenfalls. Qu- ermarkierungen 221 auf den Bodenplatten erleichtern die Zentrierung von Robotern auf ei- ner Bodenplatte 30 und damit auch die Ausrichtung relativ zu Behälterträgern 70. In Fig. 11 ist das Hubsystem dargestellt, bei dem Vertiefungen 120 die exakte Positionierung der Behälterträger auf einer Bodenplatte 30 erleichtern. Ebenfalls dargestellt sind RFID-Tags 170 zur absoluten Positions- und Richtungsbestimmung der Roboter 80 in der Roboter- ebene 50.
Die Bodenplatten 30 sind an Löchern 215 über in Fig. 11 nicht dargestellte Winkelprofile 75 mit den Pfeilern 20 verschraubt. Ein Pfeiler 20, der von vier Bodenplatten 30 umgeben ist, ist mit jeder Bodenplatte an zwei Winkelprofilen 75 mit jeweils zwei Schrauben verbun- den.
In Fig. 11 ist erkennbar, wie man mehrere Bodenplatten 30 in einer alternativen Ausfüh- rungsform einstückig zusammenfassen kann. Z.B. kann die Fläche 280, die durch zwei Bo- denplatten 30 gebildet ist, mit zwei Linien 220 in y-Richtung, acht RFID-Tags 170, acht Quermarkierungen 221 eine einstückige Platte darstellen. Auf dieser Platte können sich zwei Roboter 50 gleichzeitig unter zwei Behälterträgern 70 befinden. Die zwei in x-Rich- tung mittleren Pfeiler könnten entfallen. Eine derartige Modifikation mit mehreren Lager- plätzen auf einer Platte ist immer noch modular und kann flexibel aufgebaut werden. Je größer die Platten werden, umso geringer ist jedoch die Anpassungsfähigkeit an vorhan- dene Gebäudestrukturen und umso schwieriger wird der Aufbau des Lagersystems 10.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
BEZUGSZEICHENLISTE
Lagersystem 10
Vertikalträger 15
Pfeiler 20 Bodenplatte 30
Füße 40
Roboterebene 50
Behälter 60
Behälterträger 70
Winkelprofile 75
Außenpanele 76
Endstück 77
Fußstück 78
Roboter 80
Deckpanele 81
Räder 85
Balkon 90
Wiegeeinheit 91
Trägerplattenebene 95
Trägerplatten 100
Nuten 101
Lücke 102
Dome 110
Vertiefungen 120
Behälterträgervertiefungen 130
Erhebungen 140
IR-Line-Arrays 160
Akkuabdeckung 162
Aufladekontakte 165
RFID-Tags 170
RFID-Reader 180
Allseitenräder 190
Positionierelemente 210
Löcher 215
Linien 220
Quermarkierungen 221
Aufstellteil 225
Fußendstück 226
Berandung 227 Hebeteller 228
Computer Chip 230
Schneckengetriebe 235
Kugel-Spindel 240 Linearführung 241
Eingreifbereich 260
Eingreifer 261
Motoren 270

Claims

29 PATENTANSPRÜCHE
1. Modulares Lagersystem (10) aufweisend:
- mindestens zwei horizontalen Roboterebenen (50), wobei die Roboterebenen (50) jeweils durch mindestens drei Bodenplatten (30) gebildet werden,
- mindestens acht Vertikalträger (15), die senkrecht zu den Roboterebenen (50) stehen und die Roboterebenen (50) tragen,
- mindestens einen Roboter (80) auf jeder Roboterebene (50), der sich auf der Ro- boterebene bewegen kann,
- mindestens zwei Behälterträger (70) je Roboterebene (50), die durch den mindes- tens einen Roboter (80) auf jeder Roboterebene (50) bewegt werden können,
- wobei die Behälterträger (70) Füße (40) zum Abstellen der Behälterträger (70) auf den Bodenplatten (30) aufweisen, deren Höhe größer als die Höhe der Robo- ter (80) ist,
- wobei die Behälterträger (70) und die Roboter (80) so geformt sind, dass die Ro- boter (80) unter die Behälterträger (70) fahren können und unter den Behälter- trägern (70) drehen können,
- wobei die Roboter (80) eine Hebevorrichtung (228) aufweisen, mit denen die Ro- boter (80) einen Behälterträger (70) anheben und durch Verfahren der Roboter (80) in der Roboterebene (50) versetzten können.
2. Modulares Lagersystem (10) nach Anspruch 1, wobei das Lagersystem (10) in hori- zontale Richtung erweiterbar ist durch Ergänzung weiterer Bodenplatten (30) und weiterer Vertikal träger (15).
3. Modulares Lagersystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vertikalträger (15) mehrere, miteinander in eine zu den Roboterebenen (50) senkrechten Richtung verbunde- nen, Pfeiler (20) umfassen und die Höhe der Pfeiler (20) dem Abstand der Roboterebenen (50) entspricht, wobei das Lagersystem (10) durch Ergänzen weiterer Pfeiler (20) und Ein- fügen einer oder mehrerer weiterer Roboterebenen (50) mit Bodenplatten (30) in die Höhe erweiterbar ist.
4. Modulares Lagersystem (10) nach Anspruch 3,
- wobei jeweils zwei Pfeiler (20) eines Vertikalträgers (15) jeweils von allen vier Seiten mit je einem Winkelprofil zusammen verschraubt sind 30
- und je vier Vertikalträger (15) sind durch eine Bodenplatte (30) auf jeder Robo- terebene (50) verbunden, wobei die Bodenplatten (30) an Winkelprofilen 75, die an den vier Vertikalträgern (15) verschraubt sind, verschraubt ist.
5. Modulares Lagersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Boden- platten (30) Linien (220), insbesondere entlang Mittelachsen der Bodenplatten (30), zur Führung der Roboter (80) durch das Lagersystem (10) und/oder Markierungen (221) zur Po- sitionierung, insbesondere zur Zentrierung, der Roboter (80) auf den Bodenplatten (30) auf- weisen.
6. Modulares Lagersystem (10) nach Anspruch 5, wobei die Roboter (80) optische Sen- soren, insbesondere IR- Line -Arrays (160), zur Erkennung der Linien (220) und/oder Mar- kierungen (221) aufweisen, insbesondere wobei jeder Roboter (80) mindestens zwei optische Sensoren, insbesondere IR- Line -Arrays (160), aufweist.
7. Modulares Lagersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Boden- platten (30) RFID-Tags zur Bestimmung der absoluten Position und Ausrichtung der Robo- ter (80) im Lagersystem (10) aufweisen, insbesondere wobei vier RFID-Tags auf einem Kreis um die Mitte der Bodenplatten (30) um jeweils 90° versetzt angebracht sind.
8. Modulares Lagersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Roboter (80) mindestens ein Allseitenrad (190) und/oder ein Mecanumrad aufweisen.
9. Modulares Lagersystem (10) nach Ansprüche 8, wobei die Roboter (80) zwei ange- trieben Räder (85) und zwei Allseitenräder (190) aufweisen.
10. Verfahren zum Aufbau eines modularen Lagersystems (10) nach einem der Ansprü- che 1 bis 9.
11. Verfahren zum Aufbau eines modularen Lagersystems (10) nach Anspruch 10, wobei durch Verbinden von Vertikalträgern (15), insbesondere Vertikalträgern (15) aus mehreren Pfeilern (20), mit den Bodenplatten (30), insbesondere durch Verschrauben von Winkelpro- filen mit den Vertikalträgern und den Bodenplatten (30), eine eigenstabile Konstruktion erstellt wird, die Roboter (80), Behälterträger (70), Behälter (60) und Waren tragen kann und die Belastungen durch Beschleunigungen der Roboter (80) und Bewegung der Behälterträger (70), Behälter (60) und Waren aufnehmen kann, ohne Querstreben zwi- schen den Vertikalträgern (15) einzusetzen.
12. Verfahren zum Betrieb eines modularen Lagersystems (10) nach einem der Ansprir ehe 1 bis 9.
13. Verfahren zum Betrieb eines modularen Lagersystems (10) nach Anspruch 12, wobei ein oder mehrere Roboter (80) sich entlang der Linien (220) im Lagersystem (10) bewegen und Behälterträger (70) im Lagersystem (10) versetzen.
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