用于处理物体的包括线性机架系统的系统和方法与流程

相关申请

本申请要求2017年3月17日提交的美国临时专利申请序列号no.62/473,082的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

背景技术：

本发明一般涉及存储和检索系统，尤其涉及自动存储和检索系统，自动存储和检索系统与用于处理物体的系统一起使用。

自动存储和检索系统(as/rs)通常包括从定义的存储位置自动存储(放置)和检索项目的计算机控制系统。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，手提箱带给人们，人们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，然后，将该手提箱重新导入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添加到手提箱中。然后将手提箱返回到存储位置。这种系统，例如可以用在图书馆和仓库存储设施中。as/rs不涉及手提箱中物品的处理，因为当手提箱带给人时，人处理物品。这种工作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，这提高了人可以挑选货物的速度。

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包的应用中人们以这种方式处理手提包的速度有多快方面，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检索物体，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、检索和处理系统。存储、检索和处理系统包括：多个存储箱，其提供对多个物体的存储，其中多个存储箱与检索传送系统通信；可编程运动装置，其与检索传送系统通信以接收来自多个箱中的存储箱，其中可编程运动装置包括用于从所选存储箱中抓取和移动所选物体的末端执行器，并且适于沿第一方向移动可编程运动装置；和多个目的地箱，其沿着可编程运动装置移动的第一方向以至少一个线性布置设置。

根据另一个实施例，本发明的存储、检索和处理系统包括：多个存储箱，其提供对多个物体的存储，其中多个存储箱与检索传送系统通信，该检索传送系统包括用于向输入传送系统提供所选存储箱的自动装置；可编程运动装置，其与输入传送系统通信用于从多个箱中接收所选择的存储箱，其中可编程运动装置包括末端执行器(末端执行器用于从各个所选存储箱中抓取和移动所选物体)并且适于沿第一方向移动可编程运动装置；和多个目的地箱，其沿着可编程运动装置的第一移动方向以至少一个线性布置设置。

根据另一实施例，本发明提供了一种提供物体的存储、检索和处理的方法。该方法包括以下步骤：提供多个用于存储多个物体的存储箱，其中多个存储箱与检索传送系统通信，在与可编程运动装置通信的处理区域从多个存储箱中接收多个所选存储箱，从多个所选存储箱中抓取和移动所选物体，并将所选物体提供给多个目的地箱。

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、检索和处理系统的说明性示意图；

图2示出了图1的用于存储、检索和处理系统的检索传送系统的一部分的说明性示意图；

图3a和3b示出了本发明的用于检索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示出了本发明用于进一步实施例的另一实施例的箱移位系统的说明性示意图；

图7示出了本发明实施例的系统中的处理站的说明性示意图；

图8示出了来自图5的感知系统的说明性示意图，其示出了在物体箱内的待处理物体的视图；

图9a和9b示出了本发明一个实施例的存储、检索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、检索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、检索和处理系统中的抓握执行过程的说明性示意图；

图12示出了根据本发明另一实施例的存储、检索和处理系统的说明性示意图，该系统包括多排处理站；和

图13示出了根据本发明另一实施例的存储、检索和处理系统的说明性示意图，该系统包括另外的检索传送系统和其他处理站。

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、检索和处理系统。该系统包括多个存储箱(其提供对多个物体的存储)、可编程运动装置和多个目的地箱。多个存储箱与检索传送系统通信。可编程运动装置与检索传送系统通信，以用于从多个箱中接收存储箱。可编程运动装置包括末端执行器(其用于从所选存储箱中抓取和移出所选物体)，并且适于沿第一方向移动。沿着可编程运动装置的第一移动方向以至少一个线性布置设置多个目的地箱。

参考图1，本发明实施例的系统10包括用于存储多个存储箱14的存储部12、检索部16和包括可编程运动装置20和目的地箱22的处理部18。通常，存储箱14通过箱移位机构和检索部16来提供给处理部18。如下面进一步讨论的，可编程运动装置20(例如，机器人铰接臂)具有基座，该基座在所选存储箱上方沿着机架24来回移动。可编程运动装置20编程为根据清单从所选存储箱中检索物体，并将它们提供给目的地箱22。

存储部分12包括两排存储箱14，并且系统知道每个箱中的内容，并且每个箱沿着两排定位，如图2中进一步所示。当选择特定的存储箱15时，系统将致动箱移除机构26，箱移除机构26在箱之间行进，并且如图3a所示在选定的箱附近停止。参考图3b，然后，系统将会移动机构26的推动构件28，以将所选定的箱推到检索部16的传送器30上，所选定的存储箱将从该传送器30引导到处理部18。移除机构26可通过各种过程中的任何一种来致动推动构件28，包括使梁29穿过推动机构28(其螺纹连接在梁29上)，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30(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，传送器30和检索部16的所有传送器可以是重力偏置的，使任何传送系统上的任何存储箱传送到处理部18。在这种重力供给系统中，当移除一个箱时，系统将知道所移除的箱的上坡的所有箱将在传送器上向下移动(例如，滚动)一个箱位置。可以手动或自动地将另外的新箱加到存储传送器的上坡端。

箱可以由作为盒或容器或可以接收和保持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)并且还可以包括开口盖，其可将箱保持在打开状态，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，标准的运输尺寸纸板箱)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，其中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，其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可包括顶部折板138，当如图所示打开时，顶部折板13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，其中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，其可以有助于保证组件的结构完整性，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。

参考图7，沿着存储处理传送器32接收所选定的存储箱。在各种实施例中，可以完全地处理所选定的存储箱14，然后在传送器32的出口端34(图1中示出)处丢弃，或者在某些实施例中，可以批量处理多个选定的存储箱，空的盒被丢弃在一起。在处理期间，感知单元36设置到设备基座，并向下看到所选定的存储箱14里。可编程运动装置20的末端执行器40抓住箱14中的物体，并移动以将物体传送到期望的目的地箱22。可编程运动装置20与抓住的物体可一起沿着机架35移动到期望的目的地箱22。根据需要将所选定的存储箱14中的每个物体提供给目的地箱22，然后将箱14移离处理区域。

在其他实施例中，并且在箱14未清空但箱的处理完成的情况下，系统可以沿着反向方向沿着检索部16将箱14返回到存储部12。在这种情况下，只要系统知道箱已返回的位置，返回的存储箱就可以返回到箱的一行中的任何地方(例如，一端)，并且知道当所选定的存储箱转移到传送器32时如何移动每个箱。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。一旦目的地箱完成，系统可以使用可编程运动装置20将完成的箱推到输出传送器38上。

图8示出了从感知单元36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，并且旨在分发给不同的分发包。叠加在物体78,80,82,84,86上(用于说明目的)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太被其他物体遮挡。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用作抓握位置的位置，如图8所示。抓握位置可认为是好的，例如，如果它们靠近物体的质心，则在抓握和运输期间提供更大的稳定性，和/或如果它们避开诸如帽子、接缝等物体上的位置，那么可能无法获得良好的真空密封。

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处执行抓握，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，系统最终可以知道最佳地抓住物体的位置，以及避免抓住物体的位置。

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代码的物体的区域，因为这样的代码通常打印在物体的相对平坦的部分上以便于扫描条形码。

图8a和8b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对象的良好捉握的产生。通过从基本垂直于物体表面的方向接近每个物体，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，在某些实施例中，本发明给出了抓握优化可以基于表面法线的确定，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是选用基准特征作为抓握点，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。

再次参考图7，可以将已装满或以其他方式完成处理的目的地箱22移动到相应的输出传送器38以进行进一步处理，例如，进一步包装标签或装运。通过各种装置中的任何一种，这样的箱(例如，如上所述的箱组件)可以从相应的目的地箱处理传送器33移动到输出传送器38，包括让人员移动箱、让机器人移动箱，或采用如上面参考图6a-6d所讨论的盒推动器184。这种盒推动器184，例如，可以沿着存储处理输送器32的每个长边使用，和用于将完成的盒从传送器33推送到相邻的传送器33。

参考图12，根据另一实施例，系统100可以包括多组(例如，2个)成行的存储箱，在存储部102处具有箱移除机构，每个存储箱与检索部104通信，检索部104又与多个(例如，两个)并行处理部106通信，每个并行处理部106包括沿机架110移动的可编程运动装置108。

根据另一实施例并参考图13，系统200可以在存储部202处具有成行的多组(例如，三组)存储箱，其具有箱移除机构，每组存储箱与检索部204通信，反过来，检索部204与多个(例如，三个)并行处理部206通信，每个并行处理部206包括沿机架210运行的可编程运动装置208。

整个系统10、100和200的控制可以由计算机系统60设置，该计算机系统60与箱移除机构、传送器以及可编程运动装置20通信。计算机系统60还包含每个存储箱的位置和标识的知识(不断更新)，并且包含每个目的地箱的位置和标识的知识(也是不断更新的)。因此，系统指示存储箱和目的地箱的移动，并从存储箱中检索物体，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，用于运送到分发或零售地点。

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。