CN110662707B - 用于处理包括自动移动矩阵箱的物体的***和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于使用可编程运动设备处理物体的处理***。处理***包括：感知单元，所述感知单元用于感知表示接收自输入输送***的多个物体的标识的识别标记；获取***，所述获取***用于使用可编程运动设备的末端执行器在输入区域处从多个物体中获取物体，其中可编程运动设备适用于辅助将物体递送到经识别的处理箱，并且经识别的处理箱与识别标记相关联，并且所述经识别的处理位置被提供为多个处理箱之一；以及用于将经识别的处理箱带向物体的递送***，其中递送***包括用于将经识别的处理箱带向物体的载体。

Description

用于处理包括自动移动矩阵箱的物体的***和方法
优先权
本申请要求2017年3月23日提交的美国临时专利申请序列号62/475,483的优先权，该申请的公开通过引用整体结合于此。
背景技术
本发明总体涉及自动可编程运动控制***(例如，机器人、分拣和其他处理***)，并且具体地涉及旨在用于需要各种待处理并且待移动到许多处理目的地的物体(例如，物品、包装、消费品等)的环境中的可编程运动控制***。
例如，许多物体分发***接收无组织流或批量转移中的物体，这些物体可以作为单个物体或聚集成组(诸如成袋)的物体提供，到达若干不同的传送工具中的任何一个，通常是传送器、卡车、托盘、盖洛德(Gaylord)或箱等。如由与物体相关联的识别信息所确定，每个物体随后必须被分发到正确的目的地位置(例如，容器)，该识别信息通常由打印在物体上的标签确定。目的地位置可以采取诸如袋、架、容器或箱之类的许多形式。
此类物体的处理(例如，分拣或分发)传统地至少部分地由扫描物体的人类工作人员完成，例如用手持条形码扫描仪，并且随后将物体放置在指定的位置。例如，许多订单完成操作通过采用称为波次拾取的过程来实现高效率。在波次拾取中，从仓库架中拾取订单并将订单放置在包含下游分拣的多个订单的位置处(例如，到箱中)。在分拣阶段，识别单个物体，并且将多物体订单合并到例如单个箱或架位置，使得多物体订单可以被包装并且随后运送给客户。对这些物体进行分拣的过程传统上由手工完成。人类分拣员拣取物体，并且随后将物体放置在如此确定的箱或架位置，其中该订单或清单的所有物体都已限定为属于该位置。还提出了用于订单履行的自动***。例如，参见美国专利申请公开第2014/0244026号，其公开了机器人臂与拱形结构一起的使用，该拱形结构可移动到机器人臂的范围内。
通过代码扫描识别物体通常或者需要手动处理，或者需要控制或约束代码位置，使得固定或机器人持有的代码扫描仪(例如，条形码扫描仪)可以可靠地检测代码。因此，手动操作的条形码扫描仪通常是固定或手持***。对于诸如销售点***处的那些固定***，操作员保持物品并将物品放置在扫描仪前，扫描仪连续地扫描，并且解码扫描仪可以检测的任何条形码。如果没有立即检测到物品的代码，则持有物品的人通常需要改变物品相对于固定扫描仪的位置或定向，以便使条形码对于扫描仪更加可见。对于手持***，操作扫描仪的人可以查看物品上的条形码，并且随后保持物品，使得条形码在扫描仪的观察范围内，并且随后按下手持扫描仪上的按钮以启动条形码的扫描。
此外，许多分发中心分拣***通常采用不灵活的操作序列，由此(由人)提供输入物体的无组织流作为相对于识别物体的扫描仪定向的物体的单个流。一个或多个导入元件(例如，传送器、倾斜托盘或可手动移动的箱)将物体传送到期望的目的地位置或进一步的处理站，其可以是箱、滑槽、袋或传送器等。
在常规的物体分拣或分发***中，人类工作人员或自动***通常以到达顺序检取物体，并基于一组给定的启发法将每个物体分拣到收集箱中。例如，类似类型的所有物体可以被引导到特定的收集箱，或者单个客户订单中的所有物体，或者去往相同的运送目的地的所有物体等可以被引导到共同的目的地位置。通常，在自动***可能有限的帮助下，人类工作人员需要接收物体并将每个物体移动到其指定的收集箱。如果不同类型的输入(接收)物体的数量很大，则需要大量的收集箱。
例如，图1示出了物体分发***10，其中物体到达(例如在如12所示的卡车中)，被分离并存储在包装中，每个包装包括如14所示的特定的物体组合，并且随后包装如16所示运送到不同的零售商店，假设每个零售商店在每个包装中接收特定的物体组合。在零售商店从运输工具16接收的每个包装在商店处被拆分开，并且此类包装通常被称为分装。具体而言，进入的卡车12包含同质物体组的供应商箱18。例如，每个供应商箱可以由每个物体的制造商提供。来自供应商箱18的物品被移动到倾倒箱20中，并且随后被带到包括分装商店包装22的处理区14中。在处理区14处，分装商店包装22由人类工作人员填充，人类工作人员从倾倒的供应商箱中选择物品以根据清单而填充分装商店包装。例如，第一组分装商店包装可以前往第一商店(如24所示)，且第二组分装商店包装可以前往第二商店(如26所示)。以这种方式，***可以接受来自制造商的大量产品，并且随后将物体重新包装成分装以提供给零售商店，在零售商店中以特定的受控分发方式提供各种各样的物体。
然而，此类***具有固有的低效率以及不灵活性，因为期望的目标是将进入的物体与指定的收集箱匹配。此类***可能需要大量的收集箱(并且因此需要大量的物理空间、大的投资成本和大的运营成本)，部分是因为一次将所有物体分拣到所有目的地并不总是最有效的。另外，此类分装***还必须监测箱中每个相似物体的体积，从而需要人类工作人员连续计数箱中的物品。
此外，当前现有技术的分拣***在某种程度上也依赖于人类工作者。大多数解决方案依赖于正在执行分拣的工作人员，通过从导入区域(滑槽、桌等)扫描每个物体并将每个物体放置在暂存位置、传送器或收集箱处。当箱装满时，另一工作人员将箱清空到袋、盒或其他容器中，并且将该容器送到下一个处理步骤。此类***对吞吐量(即，人类工作人员可以以这种方式分拣或清空箱的速度)和转向数(即，对于给定的箱子尺寸，只有这么多箱可以被安排在人类工作人员的有效范围内)有限制。
遗憾的是，这些***没有解决***箱总数的限制。***简单地将全部物体的相等份额转移到每个并行手动单元。因此，每个并行分拣单元必须具有所有相同的收集箱指定；否则，可以将物体递送到没有物体被映射到的箱的单元。因此，仍然需要一种更有效和更成本有效的物体处理***，该物体处理***将各种尺寸和重量的物体处理成固定尺寸的适当收集箱或托盘，但是在处理不同尺寸和重量的物体方面是高效的。
发明内容
根据实施例，本发明提供了一种用于使用可编程运动设备处理物体的处理***。处理***包括：感知单元，所述感知单元用于感知表示接收自输入输送***的多个物体的标识的识别标记；获取***，所述获取***用于使用可编程运动设备的末端执行器在输入区域处从多个物体中获取物体，其中可编程运动设备适用于辅助将物体递送到经识别的处理箱，并且经识别的处理箱与识别标记相关联，并且所述经识别的处理位置被提供为多个处理箱之一；以及递送***，所述递送***用于将经识别的处理箱带向物体，其中递送***包括用于将经识别的处理箱带向物体的载体。
根据另一实施例，本发明提供了一种使用可编程运动设备处理物体的处理***，其中所述处理***包括：感知单元，所述感知单元用于感知表示与输入传送***相关联的多个物体的标识的识别标记；获取***，所述获取***用于使用可编程运动设备的末端执行器在输入区域处从多个物体获取物体，其中可编程运动设备适用于辅助将物体递送到经识别的处理箱，并且所述经识别的处理箱与识别标记相关联并且所述经识别的处理容器被提供为多个处理箱中的一个处理箱；以及递送***，所述递送***用于通过在至少两个维度上移动经识别的处理箱将经识别的处理容器带往可编程运动设备。
根据又一实施例，本发明提供了一种使用可编程运动设备处理物体的方法。方法包括以下步骤：感知表示接收自输入传送***的多个物体的标识的识别标记；使用可编程运动设备的末端执行器在输入区域处从多个物体获取物体，其中可编程运动设备适用于辅助将物体递送到经识别的处理箱，所述经识别的处理箱与识别标记相关联并且经识别的处理位置被提供为多个处理箱中的一个处理箱；以及将经识别的处理箱带往物体，包括提供载体，所述载体用于将经识别的处理箱带往物体。
附图说明
参考附图可以进一步理解以下描述，其中：
图1示出了现有技术的物体处理***的说明性示意图；
图2示出了根据本发明的实施例的物体处理***的说明性示意图；
图3示出了根据本发明的另一实施例的物体处理***的说明性示意图；
图4示出了根据本发明的另一实施例的用于***的载体的说明性示意图；
图5示出了图4中所示的载体的说明性示意顶视图；
图6示出了根据本发明的又一实施例的用于***的载体的说明性示意图；
图7示出了图6中所示的载体的说明性示意顶视图；
图8示出了图6中所示的载体的说明性示意底视图；
图9示出了图2和图3的感知***的下侧的说明性示意图；
图10示出了来自图9的感知***的说明性示意图，示出了待处理的物体的箱内的物体的视图；
图11A和图11B示出了本发明的实施例的物体处理***中的抓取选择过程的说明性示意图；
图12A和图12B示出了本发明的实施例的物体处理***中的抓取计划过程的说明性示意图；
图13A和图13B示出了本发明的实施例的物体处理***中的抓取执行过程的说明性示意图；
图14示出了根据本发明的又一实施例的物体处理***的说明性示意图；
图15示出了图14的物体处理***中的进一步载体和箱的说明性示意图；
图16A和图16B示出了图15的载体的说明性等距示意图，其中车轮组件处于两个不同的枢轴位置中的每个枢轴位置中；
图17A和图17B分别示出了沿线17A-17A截取图16A中所示的载体和沿线17B-17B截取图16B中所示的载体的说明性示意侧视图；
图18A和图18B分别示出了沿线18A-18A截取图16A中所示的载体和沿线18B-18B截取图16B中所示的载体的说明性示意侧视图；
图19A和图19B分别示出了图16A和图16B中所示的载体的说明性示意底视图；
图20A和图20B示出了在两个位置中的每个位置中用于本发明的实施例的载体中的枢轴车轮组件的说明性示意图；
图21A和图21B分别示出了图19A和图19B所示的载体的说明性示意底视图，其中轨道部分叠加在载体上以供说明目的；
图22A至图22C示出了图15的载体在运动期间接合相邻轨道部分的不同阶段的说明性示意图；
图23示出了图15的载体的引导滚轮的说明性示意图，该引导滚轮与轨道部分接合；
图24示出了根据本发明的另一实施例的物体处理***的说明性示意顶视图，其识别改变运动计划一般区域和未改变运动计划一般区域；
图25示出了图24的***的说明性示意顶视图，示出了从可编程运动设备到目的地载体的多个可能路径；
图26示出了图24的***的说明性示意顶视图，示出了从可编程运动设备到目的地载体的注重于最小时间的路径；
图27示出了图24的***的说明性示意顶视图，示出了从可编程运动设备到目的地载体的注重于最小风险的路径；
图28示出了根据本发明的实施例的用于***的输出站的说明性示意图；
图29示出了图28的输出站的说明性示意图，其中载体和箱已经旋转；
图30示出了图28的输出站的说明性示意图，还示出了输出传送器61；以及
图31示出了图28的输出站的说明性示意图，示出了新箱补给传送器。
示出的附图仅用于说明目的。
具体实施方式
根据实施例，本发明提供了一种用于使用可编程运动设备处理物体的处理***。处理***包括感知单元、获取***和递送***。感知单元是用于感知表示接收自输入传送***的多个物体的标识的识别标记。获取***是用于使用可编程运动设备的末端执行器在输入区域处从多个物体获取物体，其中可编程运动设备适用于辅助将物体递送到经识别的处理箱。经识别的处理箱与识别标记相关联并且经识别的处理位置被提供为多个处理箱中的一个处理箱。递送***是用于将经识别的处理箱带往物体，并且递送***包括载体，该载体用于将经识别的处理箱带往物体。例如，处理箱可以是搬运包、盒或任何用于容纳物体的各种物品中的任何一种。
通常，需要识别物体并将物体传送到期望的物体特定位置。***在某些实施例中采用一组传送器、感知***和多个目的地箱来可靠地自动识别和传送这些物体。简而言之，申请人发现当自动分拣物体时，需要考虑以下几点主要事情：1)整体***吞吐量(每小时分拣的物体)、2)转向数(即，一个物体可以被路由到的离散位置的数量)、3)分拣***的总面积(平方英尺)、以及4)购买和运行***的资本和年度成本。
在分装分发中心中处理物体是一个用于自动识别和处理物体的应用。如上所述，在分装分发中心中，物体通常到达卡车，被传送到分拣站，在分拣站根据期望的目的地分拣物体到箱(例如，盒或包装)中，所述箱随后被装载到卡车中以运输到例如运送中心或分发中心或零售店。在运送中心或分发中心中，通常通过读取打印在盒或包装上的识别信息来获得期望的目的地。在这种情况下，通常通过查询客户的信息***来获得与识别信息相对应的目的地。在其他情况下，目的地可以直接被写在盒上，或者可以经由诸如通过分派给供应商箱之类的其他方式知道。
***还从存储***请求特定的物体箱，这帮助优化以有效的方式将期望的物体递送到特定的单件分离器(singulator)单元的过程，而不是简单地以纯随机顺序在每个单件分离器单元处出现所有物体箱。
例如，图2示出了根据本发明的实施例的***30，其在经过多个处理站42的进给传送器34上接收倾倒的供应商箱32。一个(或多个)可编程运动设备40(诸如具有末端执行器的关节臂)被提供为从支撑架36悬挂。邻近关节臂的基部并且同样从支撑架36悬挂的是感知单元50(如下面参考图9进一步讨论的)。可以提供附加感知单元56(例如，靠近供应商箱进给传送器34)，感知单元56捕获关于施加到每个箱32的标签的感知信息，该标签将箱与箱的内容物相关联。
可编程运动设备被编程用于接取每个供应商箱32，并且将在输入区域38处的箱32中的任何物体移动到设备40(如图3中进一步所示)附近的一个或多个处理位置处的多个箱(分装包装)44中的一个箱。每个箱44被提供在自动移动设备46上，并且一旦物体已被放置在箱44中，自动移动设备46就返回跟踪矩阵，直到相关联的包装再次被要求将其递送到处理站42。每个包装可以被调用到任意数量的处理站42，直到包装被完成。当箱44已满或以其他方式完成时，可以雇用人员以将包装移动到输出传送器52。根据进一步的实施例，当箱44已满(完成)时，***将使相关联的移动设备46将已完成的箱移动到输出站248(如图28至图31中进一步所示)，其中箱被装载到输出传送器52上，并且相关联的移动设备46从箱供应传送器58接合新空箱54。然后从中央清单向新空箱分配新的一组包装内容。
进一步参考图3，在每个处理站42处，一个或多个供应商箱32被路由到输入区域38，并且可编程运动设备40被致动以从箱32抓取物体，并且将物体放置到包装44中。然后将经处理的供应商箱返回到公共输入流，并且接收到物体的箱44被移动(经由自动移动载体46)以将箱移离处理站42。
每个自动移动载体46能够自由移动地绕X-Y轨道60移动(但是要求控制***适应移动其他移动设备以形成适当的路径)。如图4所示，每个自动移动载体46可包括用于接收箱44的部分，以及一组允许载体46绕轨道60移动的车轮。载体46可以通过以彼此相反的方向操作相对的车轮而转动。如图4中进一步所示，在其他实施例中，每个车轮可以替代地是可控制的全向车轮60,诸如瑞典的Mecanum AB销售的Mecanum车轮。每个车轮60通常是具有一系列附连到每个车轮的圆周的可控制滚轮64的常规车轮。尽管车轮62提供了与常规车轮一样的以彼此相反的方向的运动，但是滚轮64的致动提供了以正交彼此相反的方向的运动，促进了载体46绕轨道60的运动，如图5的俯视图中所示。
根据又一实施例，图6示出了载体250，该载体250包括用于照亮每个源下方的轨道的四个照明源232、234、236、238。图7示出了载体250的顶视图，其示出了照明源232、照明源234、照明源236、照明源238中的每个的位置。图8示出了载体250的下侧，其示出了四对照明传感器262、264、266、268。随着载体250在轨道之上(例如，在传感器对262、266下方的轨道的一部分)移动时，***监测在每对下侧传感器(例如，每对262和每对266)处接收的光量以确定每对接收的照明量是否大致相同。如果一对中的一个接收到更多的照明，则***可以假设载体已经偏离路线。对于绘制的轨道线具有两个此类对(例如，262、266)，为***提供了进一步的稳健性。另外，传感器(或标记)242、244、246、248可以被提供在每个载体150的下侧上，用于与轨道上的任何标记(或传感器)通信。这可以有助于在确认载体的位置和/或向载体提供转向指令方面提供进一步的安全性。
假设物体的箱用视觉上独特的标记(诸如条形码(例如，提供UPC代码)或射频识别(RFID)标签或邮寄标签)在其外部的一个或多个位置被标记，使得用扫描仪可以充分识别它们以供处理。标记的类型取决于所使用的扫描***的类型，但可包括1D或2D代码符号。可以采用多个符号或标记方法。假定所采用的扫描仪类型与标记方法兼容。标记(例如，通过条形码、RFID标签、邮寄标签或其他手段)对识别标记(例如，符号串)进行编码，该识别标记通常是一串字母和/或数字。符号串将供应商箱与特定组同质物体唯一地相关联。
上述***的操作与如图2所示的中央控制***70协调，该中央控制***70与关节臂40、感知单元50和感知单元56以及进给传送器34和自动移动载体无线通信。该***根据字符串来确定与供应商箱相关联的UPC、以及每个物体的出站目的地。中央控制***70包括一个或多个工作站或中央处理单元(CPU)。例如，UPC或邮件标签与出站目的地之间的对应由称为清单的数据库中的中央控制***维护。中央控制***通过与仓库管理***(WMS)通信来维护清单。清单为每个入站物体提供出站目的地。
如上所述，实施例的***包括感知***(例如，50)，其安装在关节臂40的基部旁边的待处理的物体箱上方，向下看到箱32中。***50，例如并且如图9所示，可包括(在其下侧)相机72、深度传感器74和灯76。获取2D和3D(深度)数据的组合。深度传感器74可以提供可以与相机图像数据一起使用的深度信息，以确定关于视图中的各种物体的深度信息。灯76可被用于移除阴影并且用于促进物体的边缘的识别，并且可以在使用期间全部打开，或者可以根据期望的序列照亮以辅助物体识别。***使用该图像和各种算法以为箱中的物体生成一组候选抓取位置，如下面更详细地讨论的。
图10示出了来自感知单元50的图像视图。图像视图示出了输入区域(传送器)中的箱32，并且箱32包含物体78、80、82、84和86。在本实施例中，物体是均匀的，并且旨在分发给不同的分装包装。叠加在物体78、80、82、84、86上(以供说明目的)是物体的预期抓取位置79、81、83和85。注意，虽然候选抓取位置79、83和85看起来是良好的抓取位置，但是抓取位置81不是良好的抓取位置，因为其相关联的物体至少部分地在另一个物体下方。***甚至可能还没有尝试识别物体84的抓取位置，因为物体84过于被其他物体遮挡。可以使用放置在实际末端执行器将用作抓取位置的位置处的机器人末端执行器的3D模型来指示候选抓取位置，如图6中所示。例如，如果抓取位置靠近物体的质心以在抓取和运输期间提供更大的稳定性，和/或如果抓取位置避开诸如盖子、接缝等的物体上的位置(在该位置可能无法获得良好的真空密封)，则抓取位置可被认为是好的。
如果物体不能被检测***完全感知，则感知***将该物体视为两个不同的物体，并且可以提出对这两个不同物体的多于一个候选抓取。如果***在这些不良抓取位置中的任何一处执行抓取，则由于不会发生真空密封的不良抓取点(例如，在右边)而无法获取物体，或者将在距离物体的质心非常远的抓取位置处获取物体(例如，在左边)，并且由此在任何尝试的运输期间中引起很大的不稳定性。这些结果中的每个结果是不期望的。
如果遇到不良抓取位置，则***可记住相关物体的位置。通过识别良好抓取位置和不良抓取位置，在2D/3D图像中的特征与良好抓取位置或不良抓取位置的概念之间建立相关性。使用此数据和这些相关性作为机器学习算法的输入，***最终可以对于呈现给它的每个图像学习到最佳地抓住物体的位置以及避免抓住物体的位置。
如图11A和图11B所示，感知***还可以识别在生成良好抓取位置信息时最平坦的物体的部分。具体地，如果物体包括管状端和平坦端(诸如物体87)，则***将识别更平坦的一端，如图11B中的88所示。另外，***可以选择出现UPC代码的物体的区域，因为此类代码通常被打印在物体的相对平坦的部分上以便于扫描条形码。
图12A和图12B示出了对于每个物体90、92，抓取选择***可以确定与物体90、92的所选平坦部分垂直的方向。如图13A和图13B所示，机器人***随后将指引末端执行器94从垂直于表面的方向接近每个物体90、92，以便更好地促进对每个物体的良好抓取的生成。通过从基本垂直于物体表面的方向接近每个物体，机器人***显著地提高了获得物体的良好抓取的可能性，特别是当采用真空末端执行器时。
因此，在某些实施例中，本发明提供了抓取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所感知的表面垂直(与垂直拾取或龙门架拾取相反)，并且此类抓取点可以使用基准特征作为抓取点来选择(诸如在条形码上拾取，假定条形码几乎总是被施加到物体上的平坦点)。
因此，根据各实施例，本发明还提供处理***，该处理***可以根据经验(和可选地人类引导)来学习物体抓取位置。设计为在与人类工作人员相同环境中工作的***将面对各种各样的物体、姿势等。这种巨大的变化几乎确保机器人***将遇到一些无法最佳处理的物体配置；在这种时候，期望使人类操作员能够辅助***并使***从非最佳抓取中学习。
***基于各种特征优化抓取点，可以离线或在线提取，根据抓取器的特性进行定制。吸盘的性质影响其对下面的表面的适用性，因此当在物体的估计表面法线上进行拾取而不是执行当前工业应用中常见的垂直龙门架拾取时，更可能实现最佳抓取。
除了几何信息之外，***使用基于外观的特征，因为深度传感器可能不总是足够精确以提供关于可抓取性的足够信息。例如，***可以学***坦且不可渗透的表面贴片的指示器，因此适合于吸盘。一个此类例子是在消费产品上的条形码的使用。另一例子是运输盒和袋，其倾向于在物体的质心处具有运输标签并且提供不可渗透的表面，与原始袋材料相反，其可能是略微多孔的并且因此不能呈现良好的抓取。
通过识别图像上的不良或良好抓取点，在2D/3D图像中的特征与良好抓取点或不良抓取点的概念之间建立相关性；使用此数据和这些相关性作为机器学习算法的输入，***最终可以对于呈现给它的每个图像学习在哪里抓取以及在哪里避开。
此信息被添加到每次拾取尝试是成功或不成功的***收集的基于经验的数据中。机器人随时间学习避开导致不成功抓取的特征，或者特定于物体类型或表面/材料类型。例如，机器人可能更喜欢避免在收缩包装上拣取，无论它施加到哪个物体，但可能仅喜欢将抓取放置在诸如运输袋之类的某些物体类型的基准点附近。
通过离线生成人类校正图像可以加速这种学习。例如，可以向人类呈现来自先前***操作的数千个图像，并且手动注释每个图像上的良好抓取点和不良抓取点。这将生成大量数据，这些数据也可以被输入到机器学习算法中以提高***学习的速度和效率。
除了基于经验或基于人类专家的训练数据之外，还可以基于物理模拟中的详细物体模型利用已知的抓取器和物体特征来生成大量标记的训练数据。这允许在大量物体上快速且密集地生成可抓取性数据，因为此过程不受物理机器人***或人类输入的速度所限制。
根据进一步的实施例，***可包括一个或多个移动载体单元130，该一个或多个移动载体单元130承载如图14中所示的箱44。每个轨道120一般是具有圆形边缘的凸起方形的形式，并且轨道120一般闭合彼此隔开(例如，在移动载体单元130的长度或宽度内)。参考图15，每个移动载体单元130可以支撑箱44，该箱44可以容纳待处理的物体或已经处理的物体。计算机处理器70可以通过无线通信控制每个载体单元130的移动。轨道120还可以包括传感器(如下面进一步讨论的)，用于检测每个载体单元130何时位于每个单个轨道120上方。
每个移动载体单元130包括：一对导轨142、144，导轨142、144容纳箱44；以及凸起区域146，该凸起区域146升高箱足以使凸起区域的任一侧上有用于架叉接合箱的空间，如将在下面进一步讨论。每个载体单元130还包括四个车轮组件132、134、136、138，每个车轮组件包括用于跟随轨道120的引导件140。每个车轮组件可枢转地安装，使得每个车轮组件可以枢转90度，如下所述。每个载体单元130还包括在单元130的任一端上的一对桨叶148、150。每个桨叶可以向上转以在单元上容纳箱，或者向下转以允许箱被装载到单元或从单元中移除，如还将在下面更详细地讨论。
因此，根据某些实施例，本发明提供了多个移动载体，该多个移动载体可包括旋转安装的车轮，其旋转九十度以使每个移动载体前后移动或从一侧移动到另一侧。当此类移动载体被放置在网格上时，可以致动此类移动载体以移动到网格上的所有点。例如，图16A和图16B示出了包括(图19A和图19B中所示的)车轮132、车轮134、车轮136和车轮138的移动载体130。每个车轮安装在电机133、电机135、电机137、电机139上(如图19B中最佳示出的)，并且车轮和电机单元(车轮组件)可枢转地安装到载体130，如下面更详细地讨论的。车轮组件(每个车轮组件包括车轮、其电机和轨道引导件140)在图16A中示出在一个位置中，并且在图16B中示出在第二枢转位置中。图17A示出了沿图16A的线17A-17A截取的载体130的端视图，而图17B示出了沿图26B的线17B-17B截取的载体130的端视图。类似地，图18A示出了沿图16A的线18A-18A截取的载体130的侧视图，而图18B示出了沿图16B的线18B-18B截取的载体130的侧视图。
每个载体130还包括用于保持箱的一对相对的轨142、144，以及凸起中心部分146和支架143、支架145，箱可以放置在支架143和支架145上。还提供了一对独立致动的桨叶148、桨叶150。每个桨叶148、桨叶150可以(如图17A中P处所示)向上旋转以将箱保持在载体上，或者可以向下旋转以允许箱被移动到载体上或从载体上移开。桨叶148、桨叶150在图16A至图18B中显示为向下旋转。
注意，当载体改变方向时，载体130(以及载体上的箱)的定向不会改变。同样，箱可以被提供在载体的顶侧，并且可以由侧面上的箱导轨142、箱导轨144以及可致动的桨叶148、桨叶150容纳。如下面将进一步详细讨论的，每个桨叶148、桨叶150可以旋转180度以将箱推到架上或将箱从架上推离，或者(如果两者都被致动)在运输期间将箱保持在载体上。因此，每个桨叶可以与载体的移动协同使用以控制箱对于载体130的移动。例如，当桨叶被翻转到向上位置时，其可被用于当载体朝向架或机架移动时，将箱推到架或机架上。每个载体还可以包括：一个或多个紧急停止开关152，该一个或多个紧急停止开关152供人使用以在紧急情况下停止载体的移动；以及手柄154，该手柄154用于使得人当需要时能够抬起载体。
图19A示出了载体130的底视图，其中车轮处于如图16A所示的位置，而图19B示出了载体130的底视图，其中车轮处于如图16B所示的位置。图19A和图19B示出了所有车轮132、车轮134、车轮136、车轮138，并且每个电机133、电机135、电机137和电机138也在图19B中被示出。如图19A和图19B中可见，包括车轮、引导滚轮和车轮电机的完整车轮组件各自作为一个单元枢转。参考图20A和图20B，在一个实施例中，每对车轮组件可以通过公共枢轴电机156枢转，公共枢轴电机156经由连杆158耦合到车轮组件。图20A示出了处于如图16A所示位置的一对车轮组件，而图20B示出了处于如图16B所示位置的一对车轮组件。车轮组件被设计成当载***于轨道部分正上方时能够使车轮绕轨道部分的拐角枢转。图2A和图21B示出了类似于图19A和图19B的下侧视图的视图，但是轨道120叠加在图2A和图21B上以示出车轮位置与轨道部分的关系。注意，车轮围绕轨道部分的每个拐角枢转。因此，当载体在轨道部分上居中时，车轮可以枢转，使得载体可以在与先前方向正交的方向上移动，而不需要载体本身被转动。因此，当载体围绕轨道部分阵列移动时，载体的定向维持恒定。
下面参考图22A至图22C进一步讨论载体130围绕轨道阵列的移动。简而言之，当载体离开一条轨道时，它会朝向相邻的轨道行进，并且如果完全未对准，则将自己重新对准。引导滚轮与轨道的重新对准可以运作如下。虽然两组车轮(132、134和136、138)可以被设计成仅在直线方向上移动载体130，但是可能发生一些变化。轨道120虽然间歇地定位，但是当载体离开一个轨道并向另一个轨道120移动时(如E处所示)，它们彼此足够靠近，其偏离路线的潜在变化将为足够小以使下一个相邻轨道的圆角将促使载体回归路线。例如，图22A示出了当载体在如E处所指示的方向上移动时，离开轨道并开始接近下一轨道120的载体130。如图22B所示，如果载体130的对准关闭(可能来自车轮或车轮的安装中的变化、轨道部分的放置或任何其他变量)，则下一个相邻轨道120的圆角160中的一个圆角将与即将到来的引导车轮140接合，并且圆角160将使载体130在垂直于方向E的方向(如F处所示)上稍微移动，以校正载体130的移动方向。如果载体确实停止移动，则编程其他载体的移动方向以避免被停止的载体的区域直到被停止的载体被移除为止。如果区域随时间而导致数个被停止的载体，则可以检查和/或替换区域中的(一个或多个)轨道的对准。
图22C示出了当由轨道120适当地重新对准时在方向E上移动的载体130。
图23示出了在如G处所示方向上移动以使载体在方向E上移动的车轮134的特写视图，并且进一步示出了引导滚轮140在如H所示方向上抵靠着轨道120滚动。引导滚轮140不接触地面(如车轮134一样)，但是通过被推动抵靠着轨道120而简单地引导载体130的方向。在又一实施例中，诸如弹簧、弹性件或气动件之类的偏置装置可用于推动引导滚轮抵靠着轨道，并且在进一步的实施例中，轨道可在边缘处为更加三角形的以进一步促进接收载体。然而，如果需要太多校正，则***可能低效地运行。
因此，本发明的***提供自动载体的二元转向，这仅允许双向列和行在网格中行进。一个枢轴电机可用于每对车轮，其中有连杆以用于枢转车轮模块。在其他实施例中，一个枢轴电机和连杆可以用于全部四个车轮，或者每个车轮可具有独立的枢轴致动器。***允许车轮通过围绕方形轨道部分的圆角枢转来跟随方形轨道部分。***不需要跟随差分驱动线/轨迹，并且贯穿所有操作中保持载体的定向固定。
实施例的***还可以使用随时间动态更新的轨迹数据库来采用运动计划，并且该轨迹数据库由客户度量来索引。问题域包含环境中改变和不改变的组件的混合。例如，呈现给***的物体通常以随机配置呈现，但是物体将放置到的目标位置通常是固定的并且不会在整个操作中改变。
轨迹数据库的一个使用是通过预计算并保存到数据库轨迹来利用环境的不变部分，该数据库轨迹有效且稳健地将***移动通过这些空间。轨迹数据库的另一个使用是在其操作的整个生命周期中不断改进***的性能。数据库与计划服务器通信，该计划服务器持续计划从各种开始到各种目标的轨迹，以具有用于实现任何特定任务的大量且变化的轨迹集。在各实施例中，轨迹路径可包括任何数量的改变和不变的部分，当组合时，在有效的时间量内提供最佳的轨迹路径。
例如，图24示出了根据本发明的实施例的***的示意图，该***包括输入区域传送器38(在A处所指示的方向上移动)，该输入区域传送器38将输入箱32提供给诸如关节臂之类的可编程运动设备(如40处示意性所示)，该可编程运动设备具有59处所示的基部和末端执行器(在93处示意性所示)，该末端执行器被编程为具有原始位置(在95处所示)并且被编程为用于从输入箱32将物体移动到处理位置(例如，多个包装44处的目的地位置)。同样，***可包括限定的原始或基部位置95，每个物体在从箱32获取时最初可以被带到该限定的原始或基部位置95。***还包括如上所述的在轨道60上的自动载体上的多个目的地箱44。
在某些实施例中，***可包括多个基部位置，以及与多个基部位置相关联的多个预定路径部分。机器人***的关节臂从输入箱到基部位置所采取的轨迹部分地基于输入箱中每个物体的位置、输入箱中物体的定向以及待获取的物体的形状、重量和其他物理特性而不断变化。
一旦关节臂已经获得物体并且位于基部位置，则到多个目的地箱44中的每个目的地箱的路径不变。具体而言，每个目的地箱与唯一的目的地箱位置相关联，并且从基部位置到每个目的地箱位置的轨迹单独地不改变。例如，轨迹可以是可编程运动设备随时间的运动的指定。根据各实施例，此类轨迹可以由经验、由训练***的人和/或由自动算法生成。对于不变的轨迹，最短距离是到目标目的地箱的直接路径，但是关节臂由关节部分、接头、电机等组成，它们提供特定范围的运动、速度、加速度和减速度。因此，例如，机器人***可以在基部位置与目的地箱位置之间采用各种轨迹中的任何轨迹。
例如，图25示出了基部位置95与目的地箱位置44之间的三个此类轨迹(1T1、2T1和3T1)。图27的元件与图26的那些相同。每个轨迹将具有相关联的时间以及相关联的风险因子。该时间是机器人***的关节臂从基部位置95向目的地箱44移动并且关节臂减速到目的地箱位置44以便将物体放置在目的地箱44中所花费的时间。
风险因子可以以数种方式确定，包括轨迹是否包括在轨迹期间的任何点处的高(如预定义的)加速或减速(线性或角性)。风险因子还可以包括关节臂可能在机器人环境中遇到(碰撞)任何事物的任何可能性。此外，还可以基于来自在将相同物体从基部位置移动到相同目的地位置的其他机器人***中的相同类型的机器人臂的经验的所学知识信息来限定风险因子。
如图25中的96处的表所示，从基部位置95到目的地位置102的轨迹1T1可以具有快速时间(0.6s)但是具有高风险因子。从基部位置95到目的地位置44的轨迹2T1可以具有慢得多的时间(1.4s)，但仍然具有相当高的风险因子(16.7)。从基部位置95到目的地位置102的轨迹3T1可以具有相对快的时间(1.3s)和中等的风险因子(11.2)。选择最快轨迹的选择并不总是最好的，因为有时最快的轨迹可能具有不可接受的高风险因子。如果风险因子太高，则机器人***无法维持物体的获取可能浪费宝贵的时间。因此，不同的轨迹可能具有不同的时间和风险因子，并且此数据可以由***在运动计划中使用。
例如，图26示出了从基部位置95到每个目的地箱位置44的最小时间选择轨迹。具体而言，在97处示出了多个目的地箱的时间和风险因子的表，以及选择从基部位置95到目的地箱位置44的轨迹，以在14.0的风险因子下为运动计划提供运动计划的最小时间。
图27示出了从基部位置95到目的地箱位置44的最小风险因子选择轨迹组。同样，97处所示的表格示出了多个目的地箱(例如，1-3)的时间和风险因子。选择从基部位置95到目的地箱位置44的轨迹，以在1.2秒的最大时间下为运动计划提供运动计划的最小风险因子。
快速时间相对于低风险因子的选择可以以各种方式确定，例如，通过选择具有低于风险因子上限(例如，12或14)的风险因子的最快时间，或通过选择具有低于上限(例如，1.0或1.2)的最大时间的最低风险因子。同样，如果风险因子太高，则机器人***无法维持物体的获取可能会浪费宝贵的时间。变量集的一个优点在于对环境中的小变化以及***可能正在处理的不同大小的物体的稳健性：***不是在这些情况下重新计划，而是通过数据库迭代，直到为新情况找到无碰撞、安全和稳健的轨迹。因此，***可以在各种环境中进行归纳，而无需重新计划运动。
因此，总体轨迹可包括任意数量的改变和不变的部分。例如，可以采用不变轨迹部分的网络作为常用路径(道路)，而改变部分可以被引导到将物体移动到靠近不变的部分(靠近道路)以便于移动物体而不需要计划整个路线。例如，可编程运动设备(例如，机器人)的任务可以是在朝向目的地移动之前将所抓取的物体定向在自动标记器的前面。因此，对物体进行分拣的轨迹将由以下轨迹部分组成。首先，抓取姿势到原始位置(计划的运动)。随后，从原始位置到自动标记器家(从轨迹数据库中拉出)。随后，从自动标记器家到标签姿势(计划的运动)。随后，从标签姿势到自动标记器家(计划的运动或仅反转先前的运动计划步骤)。随后，从自动标记器家到预定目的地(从轨迹数据库中拉出)。在整个轨迹中可以采用各种各样的改变部分和不变部分(计划的和从数据库中拉出)。根据又一实施例，可以从(计划的)特定姿势中抓取物体，并且当物体到达(来自轨迹数据库)目的地箱时，最后一步可以是再次将物体放置在目的地箱内期望的(计划的)姿势中。
根据又一实施例，运动计划还可以提供相对重的物品(可以通过知道关于所抓取物体的信息或通过感测重量-或两者-在末端执行器处来确定)可以被处理(例如，在轨迹中移动)并且以与处理和放置相对轻的物体不同的方式放置在盒中。同样，风险相对于速度计算可以被采用以用于优化移动各种重量和尺寸的已知物体，例如，在各种消费品的处理中可能发生的。
输出站48可包括平台200和升降机202，该平台200和升降机202从轨道60接收移动载体和箱，如图28中所示。如图29所示，载体46可选地转动，然后被降下，一旦被降下，就可以将已完成的包装44推到输出传送器61上，如图30所示。升降机202然后升起载体46，其接合新空包装54，如图31所示。包装44和54可以通过致动机构或由人类工作者将包装移动到载体和传送器上或从载体和传送器上移走而移动。***30可包括多个此类处理站以及多个输入传送器和多个输出传送器。
因此，***提供了与客户的输出物体传送***对接的装置。当由***(在监测***操作中)确定箱(或包装)是满的时，人类操作员可以从处理区域拉出箱，并且将箱放置在合适的传送器中。当箱已满时被移除到关闭/标记，另一空箱立即被放置在被移除的满箱所释放的位置中，并且***继续如上所述的处理。
根据特定实施例，本发明提供了一种用户界面，该用户界面将所有相关信息传送给操作员、管理人员和维护人员。在特定实施例中，这可以包括指示即将被弹出(因为满)的箱的灯、未完全正确定位的箱，进给料斗内容层、以及整个***的整体操作模式。附加信息可能包括物体处理速率和其他统计信息。在特定实施例中，***可在操作人员将包装放置在输出传送器上之前自动打印标签和扫描标签。根据又一实施例，***可以包括与客户的数据库和其他信息***对接的软件***，以向客户的***提供操作信息，并且向客户的***查询物体信息。
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。

Claims (25)

1.一种用于使用可编程运动设备处理物体的处理***，所述处理***包括：
感知单元，所述感知单元用于感知识别标记，所述识别标记表示接收自输入传送***的多个物体的标识；
包括具有末端执行器的所述可编程运动设备的获取***，所述末端执行器用于在输入区域处从多个物体中获取物体，并将所述物体放入经识别的处理箱中，所述经识别的处理箱与所述识别标记相关联，并且所述经识别的处理箱被提供为多个处理箱之一；以及
包括自动载体的递送***，所述自动载体在至少两个彼此正交的方向上在不连续的轨道***上移动以将所述经识别的处理箱带往所述输入区域处的所获取的物体，所述不连续的轨道***包括彼此间隔开的多个凸起轨道部分。
2.如权利要求1所述的处理***，其中所述输入传送***包括主传送器和输入区域传送器，所述多个物体可以从所述主传送器转移到所述输入区域传送器上。
3.如权利要求1所述的处理***，其中所述多个物体被提供在输入箱中，所述输入箱是多个输入箱中的一个输入箱，所述多个输入箱中的每个输入箱包括进一步多个物体。
4.如权利要求1所述的处理***，其中所述多个处理箱中的每个处理箱能在相应载体上独立移动。
5.如权利要求1所述的处理***，其中每个处理箱的清单的分配是动态分配的。
6.如权利要求1所述的处理***，其中所述处理***进一步包括输出传送器，每个处理箱可被放置在所述输出传送器上。
7.如权利要求6所述的处理***，其中所述处理***包括处理箱交换器，所述处理箱交换器用于从可用载体移除已完成的处理箱，并且用于将空处理箱装载到可用载体上。
8.如权利要求1所述的处理***，其中所述处理***进一步包括空处理箱供应传送***，所述空处理箱供应传送***用于将空处理箱提供到所述处理***。
9.如权利要求1所述的处理***，其中所述处理***被提供为多个处理***中的一个处理***，所述多个处理***中的每个处理***与所述输入传送***通信。
10.一种用于使用可编程运动设备处理物体的处理***，所述处理***包括：
感知单元，所述感知单元用于感知识别标记，所述识别标记表示与输入传送***相关联的多个物体的标识；
包括具有末端执行器的所述可编程运动设备的获取***，所述末端执行器用于在输入区域处从多个物体中获取物体，并将所述物体放入经识别的处理箱中，所述经识别的处理箱与所述识别标记相关联，并且所述经识别的处理箱被提供为多个处理箱之一；以及
递送***，所述递送***用于通过在至少两个维度中移动所述经识别的处理箱来将所述经识别的处理箱带往所述可编程运动设备，
包括轨道的递送***，所述轨道具有彼此间隔开的多个凸起轨道部分和自动载体，所述自动载体具有多个车轮组件，其中当所述多个车轮组件被旋转到第一枢轴位置时所述载体在第一方向上从任何凸起轨道部分移动到相邻凸起轨道部分，并且当所述多个车轮组件被旋转到第二枢轴位置时所述载体在第二方向上从任何凸起轨道部分移动到相邻凸起轨道部分，其中所述第一方向和所述第二方向是彼此正交的。
11.如权利要求10所述的处理***，其中所述输入传送***包括主传送器和输入区域传送器，所述多个物体可以从所述主传送器转移到所述输入区域传送器上。
12.如权利要求10所述的处理***，其中所述多个物体被提供在输入箱中，所述输入箱是多个输入箱中的一个输入箱，所述多个输入箱中的每个输入箱包括进一步多个物体。
13.如权利要求10所述的处理***，其中所述递送***包括多个载体，所述多个载体中的每个载体在至少两个彼此正交的方向上能移动。
14.如权利要求13所述的处理***，其中所述多个处理箱中的每个处理箱在所述多个载体上能独立移动。
15.如权利要求13所述的处理***，其中每个处理箱的清单的分配是动态分配的。
16.如权利要求13所述的处理***，其中所述处理***进一步包括输出传送器，每个处理箱可被放置在所述输出传送器上。
17.如权利要求13所述的处理***，其中所述处理***进一步包括空处理箱供应传送***，所述空处理箱供应传送***用于将空处理箱提供到所述多个载体。
18.如权利要求10所述的处理***，其中所述处理***被提供为多个处理***中的一个处理***，所述多个处理***中的每个处理***与所述输入传送***通信。
19.一种使用可编程运动设备处理物体的方法，所述方法包括以下步骤：
感知表示接收自输入传送***的多个物体的标识的识别标记；
使用所述可编程运动设备的末端执行器在输入区域处从多个物体中获取物体；
在自动载体上将处理箱运送往所述输入区域处的所述物体，所述自动载体在至少两个彼此正交的方向上在不连续的轨道***上移动，所述不连续的轨道***包括彼此间隔开的多个凸起轨道部分；以及
使用所述可编程运动设备的所述末端执行器将所述物体存放在所述处理箱中。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述多个物体被提供在输入箱中，所述输入箱是多个输入箱中的一个输入箱，所述多个输入箱中的每个输入箱包括进一步多个物体。
21.如权利要求19所述的方法，其中所述多个处理箱中的每个处理箱在各自载体上能独立移动。
22.如权利要求19所述的方法，其中所述方法进一步包括为每个处理箱动态分配清单的步骤。
23.如权利要求19所述的方法，其中所述方法进一步包括提供输出传送器的步骤，每个处理箱可被放置在所述输出传送器上。
24.如权利要求19所述的方法，其中所述方法进一步包括将空处理箱提供给在所述不连续的轨道***上移动的多个自动载体的步骤。
25.如权利要求19所述的方法，其中所述方法进一步包括提供多个处理***的步骤，所述多个处理***中的每个处理***与所述输入传送***通信。
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