DE19940978A1 - Automatische Verkaufseinrichtung - Google Patents

Abstract

Für eine automatische Verkaufseinrichtung, bei welcher Waren auf Bestellung mittels einer automatischen Transfereinrichtung von einem Warenlager zu einer Warenausgabe befördert werden, wird der Einsatz eines Mehrachsenroboters mit einem Gliederarm mit wenigstens zwei nicht parallelen Achsen beschrieben. Die so ausgestaltete Verkaufseinrichtung zeichnet sich durch besondere Flexibilität hinsichtlich der Vielfalt der Waren und deren räumlicher Verteilung aus. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines aus der Fertigungstechnik an sich bekannten 6-Achsen-Roboters.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verkaufseinrichtung nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Eine automatische Verkaufseinrichtung ist beispielsweise aus der DE 44 39 629 A1 bekannt. Die bekannte Einrichtung umfaßt mehrere von außen zugäng­ liche Boxen, in denen Waren bereitgehalten und nach Vorentrichtung des Kaufpreises entnehmbar sind. Leere Boxen werden über Fördereinrichtungen automatisch nachbestückt.

Die DE 40 39 556 A1 beschreibt einen bargeldlosen Warenautomaten, bei wel­ chem Waren in horizontalen Warenschächten bevorratet sind und auf Kunden­ anforderung mittels Laufbändern in Richtung eines Ausgabeschachts befördert werden. Bei höheren Anordnungen kann zusätzlich eine Fahrkorbkonstruktion für den Warentransfer in den Ausgabeschacht vorgesehen sein. Die Waren können über ein Bedienfeld mit Anzeige nach Warenart und Menge ausgewählt werden. Die Bezahlung kann bargeldlos erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weiter verbesserte, insbesonde­ re sehr flexible automatische Verkaufseinrichtung anzugeben.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Wesentlich an der Erfindung ist die Verwendung eines Roboters für den Transfer der Waren, wobei ein dabei eingesetzter Roboter ein Greifwerkzeug für Waren aufweist, welches am Ende eines von einem Fußpunkt ausgehenden mehrgliedrigen Roboterarms angeordnet ist, in dessen Verlauf wenigstens zwei, insbesondere wenigstens vier nicht parallele Schwenkachsen liegen. Be­ sonders vorteilhaft ist der Einsatz eines Roboterarms mit mindestens der Greifwerkzeug-Beweglichkeit eines sogenannten 6-Achsen-Roboters. Hierbei kann das Greifwerkzeug dreidimensional an beliebige Punkte innerhalb eines Arbeitsbereichs des Roboters geführt und dabei unterschiedlich ausgerichtet werden. Der Roboter ist vollständig programmsteuerbar, so daß für den laufen­ den Betrieb kein Bedienungspersonal benötigt ist.

Die Schwenkungen können dabei sowohl um Gelenke, welche aufeinanderfol­ gende Armglieder verbinden, quer zu den Längsachsen der verbundenen Arm­ glieder als auch um die Längsachse eines Armglieds erfolgen. Insbesonders vorteilhaft sind Roboterausführungen, bei welchem vom Fußpunkt aus die erste Achse vertikal und die im Verlauf des Roboterarms nächste Achse horizontal ausgerichtet sind. Lineare translatorische Bewegungen, beispielsweise in Form von Teleskopführungen können Schwenkbewegungen überlagert sein.

Derartige Roboter, insbesondere 6-Achsen-Roboter mit mehrgliedrigen Robo­ terarmen sind an sich insbesondere aus der Fertigungstechnik bekannt, bislang aber nicht für den Einsatz in automatischen Verkaufseinrichtungen angeregt. Beispielsweise bietet die Firma KUKA, Augsburg, eine Mehrzahl von Modellen von 6-Achsen Robotern als KR-Baureihe an (KUKA-Firmenschrift Typenüber­ sicht 4/99).

Die Verwendung eines solchen Roboters mit programmsteuerbarer dreidimen­ sionaler Beweglichkeit des Greifwerkzeugs ist für eine automatische Verkaufs­ einrichtung besonders vorteilhaft. Die Beweglichkeit und die Programmierbar­ keit erlauben eine weitgehend beliebige Anpassung an gegebene räumliche Situationen und an ein Warensortiment. Insbesondere ist bei einer Änderung des Warensortiments oder einer Umgruppierung der Waren innerhalb des Wa­ renlagers lediglich eine Umprogrammierung des Steuerprogramms erforderlich. Innerhalb eines durch die Reichweite begrenzten Raumvolumens kann jeder beliebige Ort das Greifwerkzeug angefahren werden, so daß sich eine hohe Flexibilität bezüglich der Anordnung und Aufteilung des gelagerten Warensor­ timents ergibt. Es bestehen keine besonderen Vorgaben für Form oder Anord­ nung der Waren. Waren und deren Lagerkoordinaten sind verknüpft gespei­ chert, so daß bei Anforderung einer Ware deren Lagerort ohne weiteres zur Verfügung steht.

Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit, einen neuen Transfervorgang durch einen Lernvorgang einzuprogrammieren, bei welchem der Transfervorgang einmal durch Steuerung des Roboters durch eine Bedienperson durchgeführt und dabei im Steuerprogramm abgespeichert wird. Durch Aufruf des so gebil­ deten Programmteils bei Anforderung der betroffenen Ware wird der Transfer­ vorgang in der angelernten und programmgespeicherten Weise wiederholt.

Die identische Wiederholung eines Transfervorgangs für gleiche Waren setzt die erneute Bereitstellung eines neuen Exemplars der gleichen Ware am sel­ ben Ort des Warenlagers voraus, beispielsweise durch Nachrücken eines neu­ en Exemplars unter Schwerkrafteinfluß oder unter Einsatz einer angetriebenen Fördereinrichtung. Für beide Varianten sind Lösungen aus dem Stand der Technik, insbesondere auch aus der Nachbestückung von Verkaufsboxen, für den Fachmann entnehmbar.

Die Programmierbarkeit der Roboterbewegung ermöglicht auch vorteilhafter­ weise eine Warenentnahme aus dem Lager ohne automatisierte Nachrückung, wenn die Waren in regelmäßiger Anordnung bereitgehalten sind, beispielswei­ se in der Art von Flaschen in Getränkekisten. Hierfür ist das räumliche Raster der Waren mit in das Steuerprogramm integriert oder als Datensatz für dieses bereitgehalten. Dabei ist eine relative Vorgabe des Rasters bezüglich eines Start-Rasterpunktes nach Ausrichtung und Weite des Rasters bevorzugt. Mit jedem Entnahmeschritt wird dann z. B. ein neuer, noch nicht angefahrener Ras­ terpunkt als neuer Lagerplatz der Ware im Steuerprogramm festgelegt.

Die hohe Flexibilität beim Einsatz des Roboters ermöglicht ferner die Anord­ nung von gleichartigen Waren in übereinander gestapelten Behältnissen, bei­ spielsweise mehrere übereinander gestapelte Kartons mit in regelmäßigem einlagigem Raster angeordneten Bechern oder übereinander gestapelte Ge­ tränkekisten etc., wobei dann nach Entnahme aller Exemplare einer Ware aus dem unmittelbar zugänglichen Behältnis das leere Behältnis automatisch durch den Roboter selbst entfernt wird und im Steuerprogramm für die Lagerorte der Waren die jetzt freiliegende Ebene definiert wird.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäß eingesetzten Roboters ist darin zu sehen, daß auch Waren in geschlossenen Behältern, beispielsweise Kühlbe­ hältern gelagert sein können, welche dann vom Roboterarm selbst geöffnet und nach Entnahme und Ablage der Ware wieder geschlossen werden können.

Vorteilhafterweise können bei einem Lagerbestand mit stark variierenden Wa­ renformen, z. B. Quarkbecher und Getränkekisten, verschiedene, an stark un­ terschiedliche Gruppen von Warenformen angepaßte Greifwerkzeuge vorgese­ hen sein, welche auswechselbar bereitgehalten sind und durch den Roboter selbst automatisch austauschbar sind. Der automatische Werkzeugwechsel ist für Roboter in der automatisierten Fertigungstechnik an sich bekannt, so daß hinsichtlich technischer Details auf Anordnungen und Erfahrungen aus diesem Bereich verwiesen wird. Waren, welche selbst schwierig durch Greifwerkzeuge zu greifen sind, können in von den Greifwerkzeugen handhabbaren Lagerbe­ hältnissen bereitgehalten werden. Zu jeder Ware ist eine Information über das geeignete Werkzeug gespeichert.

In einer ersten Ausführungsform ist der Fußpunkt des Roboters ortsfest inner­ halb des Lagerraums angebracht. Die Waren sind vorzugsweise über einen Winkelbereich von wenigstens 150 Grad, insbesondere von wenigstens 240 Grad um den Fußpunkt des Roboters verteilt, so daß sich eine hohe Raumaus­ nutzung ergibt. Der Arbeitsbereich des Roboters erfaßt mindestens diesen Raum. Typischerweise haben gängige 6-Achsen-Roboter einen Schwenkbe­ reich von < 360 Grad um eine vertikale Achse.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, daß der Roboterfußpunkt verfahrbar ist, wobei vorzugsweise eine Führung durch Schienen oder andere präzise Leitsysteme gegeben ist. Mit einem einzigen Roboter kann damit ein größerer Lagerraum erfaßt werden.

Die automatische Verkaufseinrichtung umfaßt in an sich bekannter Weise eine Ausgabevorrichtung mit einem oder vorzugsweise mehreren Warenfächern, in welche die angeforderten Waren über die Transfereinrichtung einlegbar und nach Entrichtung des Kaufpreises in Form von Bargeld, Kartenzahlung oder eine andere Zahlungsform vom Benutzer entnehmbar sind. Eine im Ruhezu­ stand verriegelte Entnahmeöffnung des Warenfachs wird hierfür nach erfolgter Zahlung entriegelt. Vorzugsweise weist das Warenfach auch eine Zuführöff­ nung auf, welche während der Entriegelung der Entnahmeöffnung geschlossen und ihrerseits verriegelt ist und erst nach Schließen und Verriegeln der Ent­ nahmeöffnung wieder entriegelt wird. Durch die Zuführöffnung sind die Waren über die Transfereinrichtung in das Warenfach einlegbar.

Das Warenfach befindet sich gemäß einer ersten Ausführungsform im Trans­ ferbereich des Roboterarms, so daß die Waren in einem einzigen Transfervor­ gang vom Lagerort in das Warenfach gelangen. Gemäß einer anderen Ausfüh­ rungsform kann die Transfereinrichtung zusätzlich eine Fördereinrichtung wie beispielsweise eine Bahnfördereinrichtung mit einem Förderband, einer Rollen­ bahn oder dgl. umfassen. Der Roboter setzt dann die Waren auf die zusätzliche Fördereinrichtung und diese fördert die Waren in das Warenfach. Die zusätzli­ che Fördereinrichtung kann auch mehrere separate Teileinrichtungen, bei­ spielsweise nebeneinander und/oder übereinander angeordnet umfassen, wel­ che zu getrennten Warenfächern oder Gruppen von Warenfächern führen. Eine zusätzliche Fördereinrichtung ist auch besonders vorteilhaft für Verkaufsein­ richtungen mit mehreren räumlich verteilt angeordneten Robotern mit jeweils einem von mehreren vorzugsweise verschiedenen Waren-Teilsortimenten. Die einzelnen Roboter können dann auch hinsichtlich ihres Aufbaus auf verschie­ dene Warengruppen, beispielsweise Getränkekisten, kleinvolumige Verpac­ kungen, Frischwaren etc. spezialisiert sein. Die Waren können in Transferbe­ hältnissen auf der Fördereinrichtung bestellungsweise zusammengefaßt wer­ den.

Die bereits verfügbaren Robotermodelle aus der Fertigungstechnik zeigen hin­ sichtlich der Präzision beim Anfahren einer definierten Position eine hohe Ge­ nauigkeit. Die Wiederholgenauigkeit der Werkzeugpositionierung ist typischer­ weise besser als 1 mm bei Reichweiten bis ca. 3 m. Zur Erkennung und Kor­ rektur einer Greifposition, welche beispielsweise bei ungenauer Positionierung der Ware zweckmäßig sein kann, kann im Greifbereich eines Werkzeugs ein Lagesensor vorgesehen sein, welcher eine Kompensation einer Warenposition vom Sollort erfaßt und durch Nachführung des Roboterarms kompensiert. Der Sensor kann je nach Art und Form der Ware und des Greifwerkzeugs variieren und auf optischer und/oder elektrischer und/oder mechanischer Basis etc. ar­ beiten.

Die Waren werden gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform über eine Ein­ gabeeinrichtung, z. B. mit einer Tastatur, einem berührungssensitiven Bild­ schirm etc. ausgewählt und angefordert, wobei die Eingabevorrichtung vor­ zugsweise eine Anzeigevorrichtung umfaßt, auf welche bevorzugt über eine Anzeigesteuerung auch Waren und/oder Warensymbole darstellbar sind. Über die Anzeigevorrichtung kann auch nach Eingabe einer Warenart eine Gruppe gleicher Waren über eine Kameraaufnahme dargestellt und dem Benutzer die Möglichkeit geboten werden, eine endgültige Auswahl zu treffen. Dies kann beispielsweise bei gleichartigen Artikeln mit unterschiedlichem Dekor und/oder bei Frischwaren wie insbesondere Gemüse von Vorteil sein.

Eine solche Warenpräsentation kann anstelle der Bildschirmdarstellung auch unmittelbar optisch erfolgen, indem in der Verkaufseinrichtung ein Sichtfenster vorgesehen ist, hinter welchem die Waren präsentiert werden können. Ein Sichtfenster kann auch vorgesehen sein, um dem Benutzer oder anderen In­ teressierten Einblick in den Transferbereich des Roboters zu geben, was als Kundenattraktion wirken kann.

Die Steuerung des Roboters und der anderen Bestandteile des Roboters kann über einen oder mehrere verbundene Computer erfolgen. Über die Compu­ tereinrichtung kann vorteilhafterweise auch die Lagerverwaltung abgewickelt werden, indem beispielsweise der Warenbestand ständig überwacht und Nach­ lieferungen automatisch beauftragt werden. Waren mit überschrittenem Halt­ barkeitsdatum können als solche zum Austausch angezeigt und für die Ent­ nahme und Warenausgabe gesperrt oder vom Roboter entfernt werden. Nicht mehr verfügbare Waren können aus einem veränderlich anzeigbaren Waren­ angebot herausgenommen werden.

Neben der Warenanforderung über eine Eingabevorrichtung bei der automati­ schen Verkaufseinrichtung bietet die Computersteuerung auch eine besonders günstige Möglichkeit, eine Bestellung über interaktive Telekommunikationsver­ bindungen aufzugeben und die bestellten Waren vorab zur Abholung bereitzu­ stellen oder auf Anforderung des zur Abholung erscheinenden Kunden ohne erneute Eingabe nach der Vorbestellung zusammenzustellen und auszugeben.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigt

Fig. 1 eine einsehbare Verkaufseinrichtung,

Fig. 2 den Grundriß einer Verkaufseinrichtung mit mehreren Robotern.

In Fig. 1 ist in nicht maßstäblicher Weise eine automatische Verkaufseinrich­ tung skizziert, bei welcher ein Roboter R, bei welchem ein von einem Fußpunkt bzw. einer Fußplatte RF ausgehender mehrgliedriger Arm zu einem Greifwerk­ zeug GR führt, in einem Lagerraum von mehreren Lagerregalen L1, L2, L3 um­ geben ist. Durch die Schwenkbarkeit des Roboterarms bzw. einzelner Glieder einschließlich des Greifwerkzeugs GR um mehrere nicht parallele Achsen kann der Roboter mit dem Greifwerkzeug GR jeden Platz in den Lagerregalen errei­ chen, um eine Ware zu entnehmen und in ein Warenfach A einer Ausgabevor­ richtung zu transferieren. Der Lagerraum mit dem Arbeitsbereich des Roboters ist durch eine Scheibe F vom für Benutzer zugänglichen Bereich abgetrennt und durch die Scheibe F einsehbar. Das Warenfach A der Ausgabevorrichtung ist ebenso wie eine Eingabevorrichtung E für Benutzer zugänglich seitlich der Scheibe F angeordnet. Die Eingabevorrichtung E kann insbesondere eine Tas­ tatur und eine Anzeigefläche umfassen. Weitere mögliche Bedien- und Anzei­ geelemente, welche zur Benutzerkommunikation zweckmäßig und vorteilhaft sein können, sind an sich bekannt.

Die Fig. 2 zeigt im Grundriß eine automatische Verkaufseinrichtung mit guter Platzausnutzung bei besonders hohem Warenangebot. Das bevorratete Wa­ renangebot ist auf mehrere Teillager W1 bis W6 verteilt, wobei vorzugsweise die verschiedenen Teillager unterschiedliche Warengruppen beinhalten. Jedem Teillager ist ein eigener Mehrachsenroboter mit Gliederarm zugeordnet. Die Roboter R1 bis R6 sind vorzugsweise jeweils ortsfest montiert und über einen Azimutwinkel von mehr als 240 Grad von den Waren des jeweiligen Teillagers umgeben. Die mehreren Teillager sind beidseitig entlang einer Fördereinrich­ tung mit zwei Förderbändern BL, BR gruppiert. Vorzugsweise sind beide För­ derbänder von allen Robotern erreichbar, wie für den Roboter R1 bezüglich des von diesem weiter entfernten Bandes BR skizziert.

Die Förderbänder BL, BR führen im skizzierten Beispiel zu je einem von zwei getrennten Warenfächern AL bzw. AR.

Die dem Benutzer zugewandten Frontseiten VL, VR der Warenfächer weisen Entnahmeöffnungen auf, welche im Normalzustand verriegelt sind und erst nach Zuführung bestellter Waren über die Förderbänder und erfolgter Bezah­ lung entriegelt werden und zur Entnahme geöffnet werden können. Zugleich können die Zuführöffnungen über verriegelbare Schließklappen oder dgl. ver­ schließbar sein, wobei eine Sperre verhindert, daß Zuführöffnung und Entnah­ meöffnung gleichzeitig geöffnet sein können.

Die von den Robotern aus den Warenlagern entnommenen Waren können di­ rekt auf die Förderbänder oder in spezielle Transferbehältnisse TB auf den Bändern gelegt werden, in welchen dann vorzugsweise zu einer Bestellung Waren aus beliebigen Warenlagern W1 bis W6 zusammengestellt werden.

Die vorstehend und in den Ansprüchen beschriebenen Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedenen Kombinationen vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandel­ bar. Insbesondere sind hinsichtlich des Aufbaus der Roboter und der Waren­ verteilung eine Vielzahl von Varianten vorstellbar.

Claims (17)

1. Verkaufseinrichtung mit einem eine Mehrzahl verschiedener Waren ent­ haltendem Warenlager, einer Eingabeeinrichtung zur Auswahl von Waren, einer Ausgabevorrichtung für ausgewählte Waren, sowie einer Trans­ fereinrichtung zum Verbringen von Waren aus dem Warenlager zu der Ausgabevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Transfereinrich­ tung einen Mehrachsen-Roboter mit wenigstens zwei nicht parallelen Schwenkachsen innerhalb eines mehrgliedrigen Roboterarms zwischen einem Fußpunkt und einem Greifwerkzeug umfaßt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Roboter wenigstens vier, insbesondere wenigstens sechs Achsen mit voneinander unabhängig ausführbaren Schwenkbewegungen umfaßt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ver­ schiedene Greifwerkzeuge vorgesehen sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Greifwerkzeuge auswechselbar in einem Werkzeugmagazin bereitgehal­ ten sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge automatisch auswechselbar sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußpunkt des Roboters ortsfest ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußpunkt des Roboters ortsveränderlich ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Waren des Warenlagers einen Winkelbereich von wenigstens 150 Grad insbesondere wenigstens 240 Grad um den Fußpunkt des Roboters einnehmen.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabevorrichtung wenigstens ein Warenfach mit einer verrie­ gelbaren Entnahmeöffnung umfaßt.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Waren­ fach eine verriegelbare Zuführöffnung aufweist und daß ein Zustand mit gleichzeitig entriegelter Entnahmeöffnung und Zuführöffnung gesperrt ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Transferbereich des Roboterarms bis in das Warenfach reicht.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Transfereinrichtung eine Bahnfördereinrichtung umfaßt.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Roboter räumlich getrennt mit Zugriff auf getrennte Teil- Warenlager vorgesehen sind.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch einen auf den Greifbereich des Greifwerkzeugs gerichteten Sensor zur Erfassung von Lage und/oder Art der Ware.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabeinrichtung eine Anzeigevorrichtung umfaßt und über eine Anzeigesteuerung Waren und/oder Warensymbole darstellbar sind.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Transferbereich des Transferautomaten von einer Benutzerpositi­ on einsehbar abgesperrt ist.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß über ein Sichtfenster eine nach einem ersten Auswahlschritt des Be­ nutzers aus dem Warenlager entnommene Ware oder Warengruppe dem Benutzer präsentierbar und eine oder mehrere Waren der präsentierten Waren in einem zweiten Auswahlschritt zur Ausgabe auswählbar sind.