用于处理物体的包括自动穿梭系统的系统和方法与流程

优先权

本申请要求2017年3月20日提交的美国临时专利申请序列号no.62/473,843的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

背景技术：

本发明一般涉及与用于处理物体的系统一起使用的存储和取出系统，尤其涉及自动存储和取出系统取出。

自动存储和取出系统(as/rs)通常包括从定义的存储位置自动存储(放置)和取出物品的计算机控制系统。传统的as/rs通常使用手提箱(或箱)，这是系统的最小负载单位。在这些系统中，手提箱带给人，人从手提箱中挑选个别物品。当人从手提箱中挑出了所需数量的物品，该手提箱然后重新导入as/rs。

在这些传统系统中，手提箱带给人，并且人可以从手提箱中取出物品或者将物品加到手提箱中。手提箱然后返回到存储位置。这种系统，例如，可以用在图书馆和仓库存储设施中。as/rs不涉及在手提箱中的物体处理，因为当手提箱带给人后，人处理物体。这种工作的分离允许任何自动化的运输系统做它擅长的事情-移动手提箱-以及人做人更擅长的事-从杂乱的手提箱中挑选物品。这也意味着当运输系统给人带来手提箱时，人可以站在一个地方，这提高了人体挑选货物的速度。

然而，在这样的传统系统上，在手提箱朝向每个人移动然后远离每个人所需的时间和资源方面，以及在每个人可能需要处理大量手提箱手提箱的应用中人们以这种方式处理手提箱的速度有多快方面，存在限制。因此，仍然需要一种as/rs，其更高效且更高成本效益地存储和取出物体，还有助于处理各种各样的物体。

技术实现要素：

根据一个实施例，本发明提供了一种用于处理物体的存储、取出和处理系统。存储、取出和处理系统包括:多个存储箱，其提供对多个物体的存储，其中多个存储箱与取出传送系统通信；可编程运动装置,其与取出传送系统通信，用于接收来自多个箱的存储箱，其中可编程运动装置包括用于从所选存储箱中抓握和移出所选物体的末端执行器；以及可移动托架,其用于从可编程运动装置的末端执行器接收所选物体，并且用于将所选物体运送到多个目的地箱中的一个。

根据另一个实施例，本发明提供了一种用于处理物体的存储、取出和处理系统，其中存储、取出和处理系统包括多个存储箱、至少一个可编程运动装置和可移动托架。多个存储箱提供对多个物体的存储，并且以至少两个线性布置设置，每个线性布置与取出传送系统通信。至少一个可编程运动装置与取出传送系统通信，用于从多个箱接收存储箱，并且可编程运动装置用于从所选存储箱中抓握和移出所选物体。往复式可移动托架用于从可编程运动装置的末端执行器接收所选物体，并用于将所选物体运送到多个目的地箱中的一个，所述多个目的地箱在以至少两个目的地箱线性布置设置。

根据另一实施例，本发明提供了一种提供物体的存储、取出和处理的方法。包括步骤：设置多个用于存储多个物体的存储箱，所述多个存储箱与取出传送系统通信；在与取出传送系统通信的可编程运动装置处从多个存储箱接收存储箱；从所选储存箱中抓握和移动所选物体；从可编程运动装置接收所选物体并将所选物体运送到多个目的地箱中的一个。

附图说明

参考附图可以进一步理解以下描述，其中：

图1示出了根据本发明实施例的存储、取出和处理系统的说明性示意图；

图2示出了图1的存储、取出和处理系统的存储部的说明性示意图；

图3a和3b示出了用于本发明的取出传送系统的箱移位系统的实施例的说明性示意图；

图4示出了根据本发明的各种实施例的用作存储箱或目的地箱的箱组件的说明性示意分解图；

图5示出了图4的组装好的盒托盘组件；

图6a-6d示出了本发明用于另一实施例的另一实施例的箱移位系统的说明性示意图；

图7示出了根据本发明实施例的用于存储、取出和处理系统的可编程运动装置处理站的说明性示意图；

图8示出了来自图7的感知系统的说明性示意图，其示出了在箱内的待处理物的视图；

图9a和9b示出了本发明一个实施例的存储、取出和处理系统中的抓握选择过程的说明性示意图；

图10a和10b示出了本发明一个实施例的在存储、取出和处理系统中的抓握计划过程的说明性示意图；

图11a和11b示出了本发明一个实施例的在存储、取出和处理系统中的抓握执行过程的说明性示意图；

图12示出了根据本发明实施例的处理系统的一部分以及存储、取出和处理系统的实施例的目的地部的一部分的说明性示意图；

图13示出了根据本发明实施例的存储、取出和处理系统中的处理部的说明性示意图，其中物体放置在托架中；

图14示出了图13的处理部的说明性示意图，其中托架已沿其轨道移动；

图15示出了图13的处理部的说明性示意图，其中托架已将其负载转移到目的地箱；

图16a和16b示出了根据本发明实施例的用于存储、取出和处理系统的箱移除机构的说明性示意图；

图17示出了图13的处理部的说明性示意图，其中托架已经返回到其底座，并且移除的目的地箱从其位置被推动；

图18示出了图13的处理部的说明性示意图，其中移除的目的地箱沿输出传送器移动；

图19示出了根据本发明另一实施例的存储、取出和处理系统的说明性示意图，该系统采用多个存储部、处理部和多个目的地部；和

图20示出了根据本发明另一实施例的存储、取出和处理系统的说明性示意图，该系统采用了另外的多个存储部、处理部和目的地部。

示出的附图仅用于说明目的。

具体实施方式

根据一个实施例，本发明提供了一种用于处理物体的存储、取出和处理系统。该系统包括多个提供对多个物体的存储的存储箱、可编程运动装置和可移动托架。多个存储箱与取出传送系统通信。可编程运动装置与取出传送系统通信，用于从多个箱中接收储存箱，并且可编程运动装置包括用于抓握并将所选物体移出所选存储箱的末端执行器。可移动托架从可编程运动装置的末端执行器接收所选物体，并将所选物体运送到多个目的地箱中的一个。

参考图1，根据本发明实施例的系统10包括：设置有多个存储箱14的存储部12、包括可编程运动装置18的处理部16、以及一个或多个包括一个或多个穿梭托架器22的目的地部20。通常，存储箱14选择性地提供给处理部16并且存储箱14选择性地从处理部16提供，其中物体从所选储存箱移动并由可编程运动装置18放置或放下到目的地部20的托架22中，以便输送到多个目的地箱24中的一个。当目的地箱24装完时，将装完的箱推到输出传送器26上以进行进一步处理或运输。

如图2所示，存储部12的存储箱14设置在取出传送器28附近，取出传送器28将所选存储箱运送到处理站16。如参照图3a和3b进一步示出的，当选择特定的储存箱15进行取出时，箱移除机构30沿着箱14之间行进，并且停在所选存储箱附近，如图3a所示。

参考图3b，系统然后移动机构30的推动构件32以将所选箱15推到通向处理部16的传送器28上。移除机构30可通过各种过程中的任何一种来驱动推动构件32，包括使梁31穿过螺旋在梁29上的推动机构28，使得当支撑梁旋转时，推动构件28移动，或者通过其他机械、气动或电子驱动。

传送器28(以及系统中的其他传送器)可以是运动控制的，以便可以控制传送器(例如，辊子或带)的速度和方向。在某些实施例中，某些传送器(例如，从存储站12通向处理站16)可以是重力偏置的，使任何传送系统上的任何存储箱传送到可编程运动装置18附近的处理部16。

箱14可以作为盒、手提箱、容器或可以接收和保存物品的任何其他类型的装置提供。在进一步的实施例中，箱可以设置在统一的托盘中(以使得间隔与处理的一致)，并且还可以包括可将箱保持在打开状态的开口盖，并且还可以通过任何间距、对齐或标记来设置处理的一致。

例如，图4示出了盒托盘组件130的分解图。如图所示，盒132(例如，标准运输尺寸纸板箱)可包括底部131和侧边缘133，底部和侧边缘由盒托盘134的顶表面135和内侧137承接。盒托盘134可以包括凹入(受保护)区域，凹入(受保护)区域可以设置标签或其他识别标记14和宽的且平滑的接触表面151，接触表面151可以通过如下所述的推动或移除机构来接合。

还如图4所示，盒132可包括顶部翼片138，当如图所示打开时，顶部翼片138通过盒盖136的内表面140来保持打开。盒盖136还可以包括凹入(受保护)区域，凹入(受保护)区域可以设置标签或其他识别标记145。盒盖136还提供限定的边缘开口142和角部元件144，其可以有助于保持组件的结构完整性，和可以有助于将未使用的盖子彼此堆叠。未使用的盒托盘也可以相互堆叠。

因此，盒132牢固地保持在盒托盘134内，并且盒盖136使得翼片138沿着盒的外侧保持向下，允许通过盒盖136中的开口142进入盒的内部。图5示出了盒托盘组件130的宽度侧视图，其中盒132牢固地安置在盒托盘134内，并且盒盖保持打开盒132的翼片138。在本发明的各种实施例中，盒托盘组件可以用作存储箱和目的地箱中的任何一个或两者。

参考图6a-6d，根据本发明的实施例的盒踢器184可以由轨道86悬挂并沿轨道86行进，并且可包括可旋转臂88和在臂88端部处的滚轮190。参考图6b-6d，当滚轮190接触盒托盘组件120的踢板151(图4中所示)时，臂188继续旋转，将盒托盘组件180从第一传送器182推到第二传送器180。同样，滚轮190设计成接触盒托盘组件181的踢板151，以将盒托盘组件181推到传送器180上。这样的系统可以用于使得空的或完成卸载的箱可以移除(例如，从传送器182)，或者装满或完成装载的箱可以移除(例如，从传送器182移除)。传送器180、182也可以是共面的，并且系统还可以包括过渡辊183，以便于盒托盘组件181的移动，例如通过激活以将盒托盘拉到传送器180上。

参考图7，处理站16还包括感知单元36，感知单元36安装在可编程运动装置18的基座附近，并向下看到所选存储箱里。可编程运动装置的末端执行器38抓住箱中的物体，并且通过将物体放置或放入托架中来移动以将物体运送到所需的目的地箱24，然后将物体穿梭送到所选目的地箱24(如在图12中进一步显示)。

只要系统知道箱已返回的位置并且知道当所选储存箱被转移到输送机28时每个箱可能如何移动，存储箱然后可以返回到存储站处的多个存储箱，并且可以返回箱中的任何位置。例如，存储箱可以偏置(例如，通过重力)以堆叠在每排箱的一个端部上，并且返回的箱可以放置在一排存储箱的上坡端。如上所述，存储箱可以通过传送器返回到存储部12，和可以由人员或通过采用如上所述的附加移除机构返回到传送器28之间的中心区域，以促使箱回到中心区域。

图8示出了来自感知单元38的箱14的图像视图50。图像视图示出了箱14(例如，在传送器上)，和箱14包含物体78,80,82,84和86。在本实施例中，物体是同质的，并且旨在分配给不同的分配包。叠印在物体78,80,82,84,86上的(用于说明目的)是物体的预期抓握位置79,81,83和85。注意，虽然候选抓握位置79,83和85看起来是良好的抓握位置，但是抓握位置81不是，因为它相关联的物体至少部分地在另一个物体下面。系统甚至可能还没有尝试识别物体84的抓握位置，因为物体84被其他物体遮挡太多。可以使用机器人末端执行器的3d模型来指示候选抓握位置，该3d模型安置在实际末端执行器将去往的位置(用作抓握位置)，如图5所示。例如，如果抓握位置靠近物体的质心以在抓握和传送期间提供更大的稳定性，和/或如果抓握位置避开可能无法获得良好的真空密封的诸如帽子、接缝等物体上的位置，那么抓握位置可认为是好的。

如果检测系统不能完全感知物体，则感知系统将该物体视为两个不同物体，并且可提出这两个不同物体的多于一个候选抓握。如果系统在这些不良抓握位置中的任何一个中执行抓握，由于不会发生真空密封的不良抓握位置，它将无法获得物体，或者将在距离质心非常远的抓握位置处获取物体，因此在任何有目的性的运输过程中都会引起很大的不稳定性。每个结果都是不合需要的。

如果遇到不良抓握位置，则系统可能记住相关物体的位置。通过识别好的和坏的抓握位置，在2d/3d图像中的特征与好或坏的抓握位置的概念之间建立相关性。使用这些数据和这些相关性作为机器学习算法的输入，对于呈现给它的每个图像，系统最后可以知道最佳地抓握物体的位置，以及要避开抓握物体的位置。

如图9a和9b所示，在产生良好抓握位置信息时，感知系统还可以识别最平坦的物体的部分。特别地，如果物体包括管状端部和平坦端部诸如物体87，则系统将识别更平坦的端部，如图9b中的88所示。另外，系统可以选择出现upc代码的物体区域，因为这样的代码通常打印在物体的相对平坦的部上以便于扫描条形码。

图10a和10b示出了对于每个物体90,92，抓握选择系统可以确定与物体90,92的所选平坦部分垂直的方向。如图11a和11b所示，然后机器人系统引导末端执行器94从垂直于表面的方向接近每个物体90,92，为了更好地促进对每个物体的良好捉握的产生。通过从基本垂直于物体表面的方向靠近每个物体，机器人系统显著地提高了获得物体的良好抓握的可能性，特别是当采用真空末端执行器时。

因此，本发明在某些实施例中设置了可以基于表面法线确定的抓握优化，即，将末端执行器移动到与物体的感知表面垂直(与垂直拾取相反)，并且这样的抓握点可以用基准特征选作抓握点，例如在条形码上拾取，条件是条形码几乎总是应用于物体上的平坦点。

图12示出了系统的处理部16和目的地部20的部分，其包括可移动托架22，托架22可以从可编程运动装置18的末端执行器38接收物体。可移动托架可在目的地箱24之间往复移动，并且如图13和14进一步所示，每个托架22沿轨道42移动，并且可致动以将物体44放入到所需的目的地箱24中(如图15所示)。

目的地箱可以设置在传送器(例如，辊子或带)中，并且可以偏置(例如通过重力)以朝向一端(例如，如图所示的远端38)推动所有目的地箱。参考图16a和16b，当选择移除目的地箱24时(例如，因为箱已满或准备好进行进一步处理)，系统将把完成的箱推到输出传送器26上，以便进入进一步的加工或装运站。传送器26可以偏置(例如，通过重力)以使传送器上的任何箱带到输出位置。

图16a和16b示出了通过使用移位机构48将箱从多个目的地箱推到输出传送器26上。根据另外的实施例，可以使用其他移位机构，例如，包括以上参考图3a-3b和6a-6d所讨论的那些。目的地箱可以作为盒或容器或可以接收和保存物品的任何其他类型的装置来提供，包括上面参考图4和5讨论的盒托盘组件。

将箱移动到传送器上之后(如图17所示)，每个目的地箱可以推到一起，并且系统记录任何移动箱的位置变化(如图18所示)。这样，可以在末尾加入新的空箱，并且系统记录每个目的地箱的正确位置和识别处理细节。这在图13和14中示出，其中箱24移除并推到传送器26上(参见图13)，然后剩余的箱推到一起，同时移除的箱朝向输出位置滚动(见图14)。

就每小时的排序以及可用的存储箱和目的地箱的数量而言，本发明的系统是高度可扩展的。图15示出了根据本发明另一实施例的系统100，其包括多个存储部112、多个处理部116和多个目的地部120。通常，两个存储部112的功能如上面关于图1-6d所讨论的那样，并且如上面参考图1和4所讨论的那样馈送两个处理部116。每个处理部116包括可编程运动装置118，可编程运动装置118向一个或多个处理部120的托架提供物体。

图16示出了根据本发明另一实施例的系统200，其包括另外的多个(例如，四个)存储部212、另外的多个(例如，四个)处理部216、以及另外的多个(例如，四对)目的地部120。通常，所有存储部212的功能如上面关于图1-3b所讨论的那样，并且如上面参考图1和4所讨论的那样馈送所有处理部216。每个处理部216包括可编程运动装置218，可编程运动装置218向一个或多个处理部220的托架提供物体。

对系统10,100和200中的每一个的控制可以由计算机系统60设置，该计算机系统60与存储传送器和移位机构、处理传送器和移位机构以及可编程运动装置通信。计算机系统60还包含每个存储箱位置与标识的知识(不断更新)，并且包含每个目的地箱位置与标识的知识(也是不断更新的)。因此，系统指示存储箱和目的地箱移动，并从存储箱中取出物体，并根据总体清单将物体分配到目的地箱，该清单规定必须在哪个目的地箱中提供哪些物品，例如，用于运送到分配或零售地点。

本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对上面公开的实施例进行多种修改和变化。