ES2973481T3 - Sistema y método para procesar objetos, incluyendo portadores matriciales móviles automatizados - Google Patents

Sistema y método para procesar objetos, incluyendo portadores matriciales móviles automatizados Download PDF

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Siddhartha SRINIVASA
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Abstract

Se divulga un sistema de procesamiento para procesar objetos usando un dispositivo de movimiento programable. El sistema de procesamiento incluye una unidad de percepción para percibir indicios de identificación representativos de una identidad de una pluralidad de objetos recibidos desde un sistema de transporte de entrada, y un sistema de adquisición para adquirir un objeto de la pluralidad de objetos en un área de entrada usando un efector final del Dispositivo de movimiento programable. El dispositivo de movimiento programable está adaptado para ayudar en la entrega del objeto a una ubicación de procesamiento identificada. La ubicación de procesamiento identificada está asociada con los indicios de identificación y la ubicación de procesamiento identificada se proporciona como una de una pluralidad de ubicaciones de procesamiento. El sistema también incluye un sistema de entrega para recibir el objeto en un transportador y para entregar el objeto hacia la ubicación de procesamiento identificada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema y método para procesar objetos, incluyendo portadores matriciales móviles automatizados
PRIORIDAD
La presente solicitud reivindica prioridad sobre la solicitud de patente provisional estadounidense Ser. N.° 62/475.444, presentada el 23 de marzo de 2017.
ANTECEDENTES
La invención hace referencia en general a sistemas automatizados, robóticos y otros sistemas de clasificación y procesamiento, y hace referencia en particular a sistemas automatizados y robóticos destinados a utilizarse en entornos que requieren que una variedad de objetos (por ejemplo, artículos, paquetes, productos de consumidor, etc.) se procesen y trasladen a varios destinos de salida.
Muchos sistemas de distribución de objetos, por ejemplo, reciben objetos en una corriente desorganizada o transferencia a granel que pueden proporcionarse como objetos individuales u objetos agregados en grupos, como en bolsas, que llegan en cualquiera de varios medios de transporte diferentes, comúnmente un transportador, un camión, un palé, un Gaylord, o un contenedor, etc. Después, cada objeto debe distribuirse a la ubicación de destino correcta (por ejemplo, un recipiente) según lo determinado por la información de identificación asociada con el objeto, que comúnmente está determinada por una etiqueta impresa en el objeto. La ubicación de destino puede adoptar muchas formas, tales como una bolsa, un estante, un recipiente, o un contenedor.
El procesamiento (por ejemplo, clasificación o distribución) de dichos objetos se ha realizado, al menos en parte, por trabajadores humanos que escanean los objetos, por ejemplo, con un escáner de códigos de barras manual y, a continuación, los colocan en las ubicaciones asignadas. Muchas operaciones de cumplimiento de pedidos logran, por ejemplo, una alta eficiencia mediante el empleo de un proceso denominado recogida por oleadas. En la recogida por oleadas, los pedidos se seleccionan de las estanterías del almacén y se colocan en ubicaciones (por ejemplo, en contenedores) que contienen varios pedidos que se clasifican aguas abajo. En la etapa de clasificación, se identifican los artículos individuales y se consolidan los pedidos de varios artículos, por ejemplo, en una solo contenedor o ubicación de estantería, de forma que puedan empaquetarse y enviarse después a los clientes. El proceso de clasificación de estos artículos se ha realizado tradicionalmente a mano. Un clasificador humano selecciona un artículo y después lo coloca en el contenedor o estante así determinado donde se ha definido que pertenecen todos los artículos para ese pedido o manifiesto. También se han propuesto sistemas automatizados para el cumplimiento de pedidos. Véase, por ejemplo, la publicación de solicitud de patente de EE.UU. n.° 2014/0244026, que divulga el uso de un brazo robótico junto con una estructura arqueada que se puede mover hasta alcanzar el brazo robótico.
La identificación de objetos mediante el escaneo de códigos requiere por lo general ya sea un procesamiento manual o ya sea que se controle o restrinja la ubicación del código de modo que un escáner de códigos fijo o robotizado (por ejemplo, un escáner de códigos de barras) pueda detectar el código con fiabilidad. Por lo tanto, los escáneres de códigos de barras manuales suelen ser sistemas fijos o portátiles. Con sistemas fijos, tales como aquellos en los sistemas depunto de venta,el operario sostiene el artículo y lo coloca frente al escáner, que escanea continuamente y decodifica cualquier código de barras que pueda detectar. Si el código del artículo no se detecta de inmediato, la persona que sostiene el artículo normalmente necesita variar la posición o la orientación del artículo con respecto al escáner fijo, para hacer el código de barras más visible para el escáner. Para los sistemas portátiles, la persona que opera el escáner puede mirar el código de barras en el artículo y sostener después el artículo de tal forma que el código de barras se encuentre dentro del alcance de visión del escáner y presionar después un botón en el escáner portátil para iniciar un escaneo del código de barras.
Además, muchos sistemas de clasificación de centros de distribución asumen por lo general una secuencia inflexible de funcionamiento mediante la que una corriente desorganizada de objetos de entrada se proporciona (por un humano) como una corriente singularizada de objetos que están orientados con respecto a un escáner que identifica los objetos. Un elemento o elementos de inducción (por ejemplo, un transportador, una bandeja basculante o contenedores manualmente móviles) transportan los objetos a las ubicaciones de destino deseadas o a puestos de procesamiento posteriores, que pueden ser un contenedor, una rampa, una bolsa o un transportador, etc.
En los sistemas de clasificación o distribución de objetos convencionales, los trabajadores humanos o los sistemas automatizados normalmente recuperan los objetos en un orden de llegada y clasifican cada objeto u objeto en un contenedor de recogida basándose en un conjunto de heurísticas determinadas. Por ejemplo, todos los objetos de un tipo similar podrían dirigirse a un contenedor de recogida particular, o todos los objetos de un único pedido de cliente, o todos los objetos destinados al mismo destino de envío, etc., podrían dirigirse a una ubicación de destino común. Por lo general, los trabajadores humanos, con la posible asistencia limitada de sistemas automatizados, deben recibir los objetos y moverlos a su contenedor de recolección asignado. Si el número de diferentes tipos de objetos de entrada (recibidos) es grande, se requiere después un gran número de contenedores de recogida.
La Figura 1, por ejemplo, muestra un sistema de distribución de objetos 10 en el que los objetos llegan, por ejemplo, en camiones, como se muestra en 12, se separan y almacenan en paquetes que incluyen cada uno de ellos una combinación específica de objetos como se muestra en 14, y después los paquetes son enviados como se muestra en 16 a diferentes tiendas minoristas, siempre que cada tienda minorista reciba una combinación específica de objetos en cada paquete. Cada paquete recibido en una tienda minorista desde el transporte 16 se fracciona en la tienda y dichos paquetes se denominan generalmentefraccionamiento de paquetes.En particular, los camiones entrantes 12 contienen cajas de proveedores 18 de conjuntos homogéneos de objetos. Cada caja de proveedor puede, por ejemplo, proporcionarse por un fabricante de cada uno de los objetos. Los objetos de las cajas de proveedores 18 se mueven a contenedores decantados 20 y después se llevan a un área de procesamiento 14 que incluye paquetes de almacenamiento fraccionados 22. En el área de procesamiento 14, los paquetes de artículos fraccionados 22 son llenados por trabajadores humanos que seleccionan artículos de los contenedores de proveedores decantados para llenar los paquetes de artículos fraccionados de acuerdo con un manifiesto. Por ejemplo, un primer conjunto de paquetes de artículos fraccionados puede ir a una primera tienda (como se muestra en 24), y un segundo conjunto de paquetes de artículos fraccionados puede ir a una segunda tienda (como se muestra en 26). De esta manera, el sistema puede aceptar grandes volúmenes de producto de un fabricante y después volver a empaquetar los objetos en paquetes fraccionados para suministrarlos a tiendas minoristas en las que se debe proporcionar una amplia variedad de objetos en una forma de distribución controlada específica.
Sin embargo, un sistema de este tipo tiene ineficiencias inherentes, así como también inflexibilidades ya que el objetivo deseado es hacer coincidir los objetos entrantes con los contenedores de recogida asignados. Tales sistemas pueden requerir una gran cantidad de contenedores de recogida (y, por lo tanto, una gran cantidad de espacio físico, grandes costes de inversión y grandes costes operativos) en parte porque clasificar todos los objetos para todos los destinos a la vez no siempre es lo más eficiente. Además, dichos sistemas de fraccionamiento de paquetes deben monitorizar también el volumen de cada objeto similar en un contenedor, lo que requiere que un trabajador humano cuente continuamente los artículos en un contenedor.
Además, los sistemas de clasificación de última generación actuales dependen también de la mano de obra humana hasta cierto punto. La mayoría de las soluciones se basan en un trabajador que realiza la clasificación, escaneando cada objeto desde un área de inducción (rampa, mesa, etc.) y colocar cada objeto en una ubicación de preparación, transportador o contenedor de recogida. Cuando un contenedor está lleno, otro trabajador vacía el contenedor en una bolsa, caja u otro recipiente y envía ese recipiente a la siguiente etapa de procesamiento. Un sistema de este tipo tiene límites en el rendimiento (es decir, qué tan rápido pueden los trabajadores humanos clasificar o vaciar los contenedores de esta manera) y en el número de desvíos (es decir, para un tamaño de contenedor dado, solo se pueden disponer tantos contenedores para que estén a un alcance eficiente de los trabajadores humanos).
Desafortunadamente, estos sistemas no abordan las limitaciones del número total de bandejas del sistema. El sistema simplemente está desviando una porción igual del total de objetos a cada celda manual paralela. Por lo tanto, cada celda de clasificación paralela debe tener todas las mismas designaciones de contenedores de recogida; de lo contrario, un objeto puede entregarse a una celda que no tiene un contenedor al que se asigna el objeto. Por lo tanto, sigue existiendo la necesidad de un sistema de procesamiento de objetos más eficiente y rentable que procese objetos de una variedad de tamaños y pesos en contenedores o bandejas de recogida apropiados de tamaños fijos, pero que sea eficiente en el manejo de objetos de tamaños y pesos variados.
La patente estadounidense N.° 6.011.998 de Lichti y col. ("Litchi") divulga un sistema de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 y analiza un sistema automatizado de recogida-manipulación de materiales que incluye una pluralidad de ubicaciones de almacenamiento para los objetos que se van a recoger, un cabezal de recogida móvil para recoger los objetos de las ubicaciones de almacenamiento, un transportador móvil que incluye una pluralidad de ubicaciones de recepción donde los objetos seleccionados deben consolidarse en pedidos o subconjuntos separados, y un banco de puestos de cola para retener temporalmente los objetos seleccionados y liberarlos selectivamente en las respectivas ubicaciones de recepción donde los subconjuntos deben consolidarse.
SUMARIO
De acuerdo con un aspecto, se proporciona un sistema de procesamiento de acuerdo con la reivindicación 1 adjunta.
De acuerdo con un segundo aspecto, se proporciona un sistema de procesamiento de objetos de acuerdo con la reivindicación 11 adjunta.
Se recitan características opcionales adicionales en las reivindicaciones dependientes adjuntas.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS REALIZACIONES ILUSTRADAS
La siguiente descripción puede entenderse mejor con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la Figura 1 muestra una vista esquemática ilustrativa de un sistema de procesamiento de objetos de la técnica anterior;
la Figura 2 muestra una vista esquemática ilustrativa de un sistema de procesamiento de objetos no de acuerdo con la invención;
la Figura 3 muestra una vista esquemática ilustrativa de un puesto de procesamiento de objetos en un sistema que no forma parte de la invención;
la Figura 4 muestra una vista esquemática ilustrativa de un portador para su uso de acuerdo con una realización de la presente invención;
la Figura 5 muestra una vista superior esquemática ilustrativa del portador de la Figura 4;
la Figura 6 muestra una vista esquemática ilustrativa del portador de la Figura 4 con las puertas de contención abiertas;
la Figura 7 muestra una vista superior esquemática ilustrativa de un portador de uso de acuerdo con una realización de la presente invención que implica sensores de seguimiento;
la Figura 8 muestra una vista superior esquemática ilustrativa del portador de la Figura 7;
la Figura 9 muestra una vista inferior esquemática ilustrativa del portador de la Figura 7;
la Figura 10 muestra una vista esquemática ilustrativa de un lado subyacente de un sistema de percepción de las Figuras 2 y 3;
la Figura 11 muestra una vista esquemática ilustrativa del sistema de percepción de la Figura 10, que muestra una vista de objetos dentro de un contenedor de objetos a procesar;
las Figuras 12A y 12B muestran una vista esquemática ilustrativa de un proceso de selección de agarre en un sistema de procesamiento de objetos de una realización de la presente invención;
las Figuras 13A y 13B muestran una vista esquemática ilustrativa de un proceso de planificación de agarre en un sistema de procesamiento de objetos de una realización de la presente invención;
las Figuras 14A y 14B muestran una vista esquemática ilustrativa de un proceso de ejecución de agarre en un sistema de procesamiento de objetos de una realización de la presente invención;
la Figura 15 muestra una vista esquemática ilustrativa de un sistema de procesamiento de objetos de acuerdo con una realización adicional de la presente invención;
la Figura 16 muestra una vista isométrica esquemática ilustrativa del portador de la Figura 15 con las puertas de contención en una posición cerrada;
la Figura 17 muestra una vista isométrica esquemática ilustrativa del portador de la Figura 16 con las puertas de contención en una posición abierta;
las Figuras 18A y 18B muestran vistas isométricas esquemáticas ilustrativas del portador de la Figura 16 con los conjuntos de ruedas en cada una de dos posiciones de pivote diferentes;
las Figuras 19A y 19B muestran vistas laterales esquemáticas ilustrativas del portador mostrado en las Figuras 18A y 18B tomadas a lo largo de las líneas 19A - 19A y 19B - 19B respectivamente;
las Figuras 20A y 20B muestran vistas finales esquemáticas ilustrativas del portador mostrado en las Figuras 18A y 18B tomadas a lo largo de las líneas 20A - 20A y 20B - 20B respectivamente;
las Figuras 21A y 21B muestran vistas inferiores esquemáticas ilustrativas del portador mostrado en las Figuras 18A y 18B respectivamente;
las Figuras 22A - 22C muestran vistas esquemáticas ilustrativas del portador de la Figura 16 en diferentes etapas de acoplamiento con una sección de pista adyacente durante el movimiento;
la Figura 23 muestra una vista esquemática ilustrativa de los rodillos de guía del portador de la Figura 16 que se acoplan a una sección de pista;
la Figura 24 muestra una vista esquemática ilustrativa de un portador de acuerdo con una realización adicional que no forma parte de la invención que implica un portador de portadores;
la Figura 25 muestra una vista esquemática ilustrativa de un portador de acuerdo con una realización adicional que no forma parte de la invención que implica un portador con una superficie de inclinación; la Figura 26 muestra una vista superior esquemática ilustrativa de un sistema de procesamiento de objetos de acuerdo con otra realización de la invención que identifica áreas generales de planificación de movimiento cambiantes y no cambiantes;
la Figura 27 muestra una vista superior esquemática ilustrativa del sistema de la Figura 24 que muestra múltiples trayectorias posibles desde el dispositivo de movimiento programable hasta un portador de destino; la Figura 28 muestra una vista superior esquemática ilustrativa del sistema de la Figura 24, que muestra trayectorias desde el dispositivo de movimiento programable hasta un portador de destino con énfasis en el tiempo mínimo;
la Figura 29 muestra una vista superior esquemática ilustrativa del sistema de la Figura 24, que muestra trayectorias desde el dispositivo de movimiento programable hasta un portador de destino con énfasis en el riesgo mínimo;
la Figura 30 muestra una vista esquemática ilustrativa de las relaciones de asignación de objetos en un sistema de clasificación convencional;
la Figura 31 muestra una vista esquemática ilustrativa de relaciones de asignación de objetos de acuerdo con ciertas realizaciones de la presente invención;
la Figura 32 muestra una vista esquemática ilustrativa de un sistema de asignación de objetos de la Figura 30;
las Figuras 33A - 33I muestran vistas esquemáticas ilustrativas de los pasos de asignación de objetos en el sistema de acuerdo con ciertas realizaciones de la presente invención;
la Figura 34 muestra un diagrama de flujo ilustrativo de un proceso de acuerdo con una realización de la presente invención; y
la Figura 35 muestra un diagrama de flujo ilustrativo de un método general de proporcionar el procesamiento dinámico de objetos;
Los dibujos se muestran únicamente con fines ilustrativos.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
De acuerdo con la invención, la invención proporciona un método para procesar objetos utilizando un dispositivo de movimiento programable. El método incluye las etapas de percibir señas de identificación representativas de una identidad de una pluralidad de objetos y dirigir la pluralidad de objetos hacia un área de entrada desde al menos un sistema de transporte de entrada, adquirir un objeto de la pluralidad de objetos en el área de entrada usando un efector final del dispositivo de movimiento programable, y mover el objeto adquirido hacia una ubicación de procesamiento identificada usando el dispositivo de movimiento programable, estando dicha ubicación de procesamiento identificada asociada con las señas de identificación y dicha ubicación de procesamiento identificada se proporciona como una de una pluralidad de ubicaciones de procesamiento a lo largo una primera dirección, y dicha etapa de mover el objeto adquirido incluye mover el dispositivo de movimiento programable a lo largo de una segunda dirección que es sustancialmente paralela a la primera dirección.
Por lo general, los objetos deben identificarse y transportarse a las ubicaciones específicas del objeto deseadas. Los sistemas automatizan de forma fiable la identificación y el transporte de dichos objetos, empleando en determinadas realizaciones un conjunto de transportadores, un sistema de percepción, y una pluralidad de contenedores de destino. En resumen, los solicitantes han descubierto que, al automatizar la clasificación de objetos, hay algunas cosas importantes a considerar: 1) el rendimiento general del sistema (objetos clasificados por hora), 2) la cantidad de desvíos (es decir, la cantidad de ubicaciones discretas a las que se puede enrutar un objeto), 3) el área total del sistema de clasificación (metros(pies) cuadrados), y 4) los costes de capital y anuales para comprar y operar el sistema.
El procesamiento de objetos en un centro de distribución de fraccionamiento de paquetes es una aplicación para identificar y procesar objetos automáticamente. Como se señaló anteriormente, en un centro de distribución de paquetes fraccionados, los objetos llegan comúnmente en camiones, se transportan a puestos de clasificación donde se clasifican de acuerdo con los destinos deseados en cajas (o paquetes) que se cargan después en camiones para su transporte, por ejemplo, a centros de envío o distribución o tiendas minoristas. En un centro de envío o distribución, el destino deseado se obtiene comúnmente leyendo la información de identificación impresa en la caja o paquete. En este escenario, el destino correspondiente a la información de identificación se obtiene comúnmente consultando el sistema de información del cliente. En otros escenarios, el destino puede escribirse directamente en la caja o puede conocerse a través de otros medios, como por asignación a un contenedor de proveedor.
El sistema solicita también contenedores específicos de objetos de un sistema de almacenamiento, lo que ayuda a optimizar el proceso de entregar los objetos deseados a celdas individualizadoras específicas de una manera eficiente sin simplemente permitir que todos los contenedores de objetos aparezcan en cada celda individualizadora en un orden puramente aleatorio.
La Figura 2 muestra, por ejemplo, muestra un sistema 30 que no forma parte de la presente invención que recibe contenedores de proveedor decantados 32 en un transportador de alimentación 34 que pasa por una pluralidad de puestos de procesamiento 42. Uno (o más) dispositivos de movimiento programables 40, tales como un brazo articulado que tiene un efector final, se proporcionan suspendidos de un marco de soporte 36. Adyacente a una base del brazo articulado y también suspendida del marco de soporte 36 hay una unidad de percepción 50 (como se analiza más adelante con referencia a la Figura 5). Se pueden proporcionar unidades de percepción adicionales 56 (por ejemplo, cerca del transportador de alimentación 34 del contenedor del proveedor) que capturan información de percepción con respecto a una etiqueta que se aplica a cada contenedor 32 que asocia el contenedor con el contenido del contenedor.
El dispositivo de movimiento programable está programado para acceder a cada uno de los contenedores 32 del proveedor y para mover cualquiera de los objetos en los contenedores 32 en las áreas de entrada 38 a uno de una pluralidad de portadores 46 en una o más ubicaciones de procesamiento cerca del dispositivo 40 (como se muestra además en la Figura 3). Cada portador 46 es un dispositivo móvil automatizado, y una vez que se ha colocado un objeto en un portador 46, el portador regresa a una pista de matriz.
De acuerdo con una realización, el portador 46 que recibe un objeto luego entrega el objeto a un paquete asignado 44 moviendo el portador 46 sobre el paquete asignado 44. Cuando el portador 46 está sobre el paquete apropiado 44, el portador abre una puerta 47 del compartimento de bombas en su piso para dejar caer el contenido del portador 46 en el paquete asociado 44. De acuerdo con una realización adicional, cada portador 46 puede recibir una pluralidad de objetos que están destinados al mismo paquete 44. Cada portador puede ser llamado a cualquier número de puestos de procesamiento 42 hasta que el portador esté lleno o completo y listo para depositar su contenido en el paquete apropiado 44. En este caso, nuevamente, cuando un portador 46 está listo para ser vaciado (por ejemplo, se espera que no se presenten más objetos para un paquete específico), el sistema hará que el portador 46 se mueva sobre un paquete asociado 44 que se encuentra bajo la pista 60.
Cuando cada paquete 44 está completo o lleno, un trabajador humano puede cargar el paquete en un transportador de salida 61 que saca un cajón 45 de paquetes y carga el paquete completo en el transportador, reemplazándolo con un paquete vacío 54 que es ahora listo para su procesamiento de acuerdo con un manifiesto central. Debido a que el sistema sabe cuántos paquetes 44 caben en un cajón y dónde están esos paquetes cuando el cajón está cerrado, y debido a que el sistema de carril 60 proporciona aberturas por encima de las ubicaciones de los paquetes, el sistema sabe dónde está ubicado cada paquete individual y es capaz de que cualquier portador lleve su contenido a cualquier paquete. Cuando se sienta sobre un paquete de destino, el portador simplemente abre el piso y deja caer el contenido en un paquete de destino.
Con referencia adicional a la Figura 3, en cada puesto de procesamiento 42 uno o más contenedores de proveedor 32 se dirigen a un área de entrada 38, y se acciona un dispositivo de movimiento programable 40 para agarrar un objeto de un contenedor 32 y colocar el objeto en un portador 46. Los contenedores de proveedor procesados luego se devuelven a un flujo de entrada común y el portador 46 que recibió el objeto se aleja del puesto de procesamiento 42.
Cada portador móvil automatizado 46 es capaz de moverse por la pista X - Y 60 con libertad de movimiento (pero exigiendo que el sistema de control se adapte al movimiento de otros dispositivos móviles para crear trayectorias apropiadas). Como se muestra en la Figura 4, cada portador móvil automatizado 46 puede incluir un par de puertas de estilo compuerta de bombas 47 para dejar caer su contenido en un paquete debajo, así como un juego de ruedas que permiten que el portador 46 se mueva alrededor de la pista 60. Como se muestra además en la Figura 4, cada rueda puede ser una rueda omnidireccional controlable 62, tal como las ruedas Mecanum vendidas por Mecanum AB de Suecia. Cada rueda 62 es por lo general una rueda convencional con una serie de rodillos controlables 64 unidos a la circunferencia de cada rueda. Mientras que las ruedas 62 proporcionan movimiento en direcciones mutuamente opuestas como una rueda convencional (por ejemplo, direcciones mostradas en C y D en la Figura 5), el accionamiento de los rodillos 64 proporciona movimiento en direcciones ortogonales mutuamente opuestas (por ejemplo, direcciones mostradas enAyBen la Figura 5), facilitando el movimiento de los portadores 46 alrededor de la pista 60. En realizaciones adicionales, el portador puede girar accionando ruedas opuestas en direcciones mutuamente inversas. La Figura 6 muestra el portador 46 con las puertas 47 abiertas para que el portador pueda dejar caer un objeto.
De acuerdo con otra realización y con referencia a las Figuras 7 - 9, la invención puede proporcionar un portador 66 que incluye un par de puertas estilo compuerta de bombas 67 y ruedas omnidireccionales 62, 64 como se ha analizado anteriormente. El portador 66 puede incluir también cuatro fuentes de iluminación 69 para iluminar la pista (o una línea impresa en la pista) debajo de cada fuente. La Figura 8 muestra una vista superior del portador 66, que muestra la posición de cada una de las fuentes de iluminación 69. La Figura 9 muestra un lado subyacente del portador 66, que muestra cuatro pares de sensores de iluminación 71. A medida que el portador 66 se mueve sobre una pista, el sistema monitoriza la cantidad de luz que se recibe en cada par de sensores inferiores para determinar si la cantidad de iluminación que recibe cada uno de los pares es generalmente la misma. Si uno de un par recibe mucha más iluminación, el sistema puede asumir que el portador se ha desviado de su rumbo. Tener dos de estos pares para una línea de pista pintada proporciona mayor robustez al sistema. El accionamiento de las puertas puede ser proporcionado por unos accionadores de puerta 70. Adicionalmente, se pueden proporcionar sensores (o indicadores) en la parte inferior de cada portador para comunicarse con cualquiera de los indicadores (o sensores) en la pista. Esto puede ayudar a proporcionar mayor seguridad al confirmar la ubicación de un portador y/o proporcionar instrucciones de giro a un portador.
Se supone que los contenedores de objetos están marcados en uno o más lugares en su exterior con una marca distintiva visual tal como un código de barras (por ejemplo, proporcionando un código UPC) o una etiqueta de identificación por radiofrecuencia (RFID) o una etiqueta postal para que puedan ser suficientemente identificados con un escáner para su procesamiento. El tipo de marca depende del tipo de sistema de escaneo usado, pero puede incluir simbologías de códigos 1D o 2D. Pueden emplearse múltiples simbologías o enfoques de etiquetado. Se supone que los tipos de escáneres empleados son compatibles con el enfoque de marcado. El marcado, por ejemplo, mediante código de barras, etiqueta RFID, etiqueta postal u otros medios, codifica una seña de identificación (por ejemplo, una cadena de símbolos), que normalmente es una cadena de letras y/o números. La cadena de símbolos asocia de forma única el contenedor de proveedor con un objeto homogéneo específico.
Las operaciones del sistema descrito anteriormente se coordinan con un sistema de control central 70 como se muestra en la Figura 2 que se comunica de forma inalámbrica con el brazo articulado 40, las unidades de percepción 50 y 56, así como con el transportador de alimentación 34 y los portadores móviles automatizados 46. Este sistema determina a partir de cadenas de símbolos el UPC asociado con un contenedor de proveedor, así como el destino de salida de cada objeto. El sistema de control central 70 está compuesto por una o más puestos de trabajo o unidades centrales de procesamiento (CPU). Por ejemplo, un sistema de control central mantiene la correspondencia entre los UPC o etiquetas postales y los destinos de salida en una base de datos denominada manifiesto. El sistema de control central mantiene el manifiesto comunicándose con un sistema de gestión de almacenes (WMS). El manifiesto proporciona el destino de salida para cada objeto de entrada.
Como se ha analizado anteriormente, el sistema de una realización incluye un sistema de percepción (por ejemplo, 50) que está montado sobre un contenedor de objetos a procesar junto a la base del brazo articulado 40, orientado hacia abajo hacia un contenedor 32. El sistema 50, por ejemplo y como se muestra en la Figura 10, puede incluir (en su lado subyacente), una cámara 72, un sensor de profundidad 74 y luces 76. Se adquiere una combinación de datos 2D y 3D (profundidad). El sensor de profundidad 74 puede proporcionar información de profundidad que puede usarse junto con los datos de imagen de la cámara para determinar información de profundidad con respecto a los diversos objetos a la vista. Las luces 76 pueden usarse para eliminar sombras y facilitar la identificación de bordes de objetos, y pueden estar todas encendidas durante el uso, o pueden iluminarse de acuerdo con una secuencia deseada para ayudar en la identificación de objetos. El sistema utiliza estas imágenes y una variedad de algoritmos para generar un conjunto de ubicaciones de agarre candidatas para los objetos en el contenedor, como se analiza con más detalle a continuación.
La Figura 11 muestra una vista de imagen de la unidad de percepción 50. La vista de imagen muestra un contenedor 32 en un área de entrada (un transportador), y el contenedor 32 contiene los objetos 78, 80, 82, 84 y 86. En la presente realización, los objetos son homogéneos y están destinados a su distribución en diferentes paquetes de fraccionamiento. Superpuestas a los objetos 78, 80, 82, 84, 86 (con fines ilustrativos) se anticipan las ubicaciones de agarre 79, 81,83 y 85 de los objetos. Obsérvese que si bien las ubicaciones de agarre candidatas 79, 83 y 85 parecen ser buenas ubicaciones de agarre, la ubicación de agarre 81 no lo es porque su objeto asociado está al menos parcialmente debajo de otro objeto. Es posible que el sistema ni siquiera intente identificar todavía una ubicación de agarre para el objeto 84 porque el objeto 84 está demasiado oscurecido por otros objetos. Las ubicaciones de agarre candidatas se pueden indicar utilizando un modelo 3D del efector final del robot colocado en la ubicación donde el efector final real se utilizaría como ubicación de agarre, como se muestra en la Figura 11. Las ubicaciones de agarre pueden considerarse buenas, por ejemplo, si están cerca del centro de masa del objeto para proporcionar mayor estabilidad durante el agarre y el transporte, y/o si evitan lugares en un objeto como tapas, costuras, etc., donde un buen sellado al vacío podría no estar disponible.
51 un objeto no puede ser percibido completamente por el sistema de detección, el sistema de percepción considera que el objeto son dos objetos diferentes y puede proponer más de una captación candidata de dichos dos objetos diferentes. Si el sistema ejecuta un agarre en cualquiera de estas ubicaciones de agarre incorrecto, no podrá adquirir el objeto debido a un punto de agarre incorrecto donde no se producirá un sello al vacío (por ejemplo, a la derecha), o adquirirá el objeto en una ubicación de agarre que está muy lejos del centro de masa del objeto (por ejemplo, a la izquierda) y, así, inducirá una gran inestabilidad durante cualquier intento de transporte. Cada uno de estos resultados es indeseable.
Si se experimenta una mala ubicación de agarre, el sistema puede recordar esa ubicación para el objeto asociado. Al identificar ubicaciones de agarre buenas y malas, se establece una correlación entre las características de las imágenes 2D/3D y la idea de ubicaciones de agarre buenas o malas. Utilizando estos datos y estas correlaciones como entrada para los algoritmos de aprendizaje automático, el sistema puede eventualmente aprender, para cada imagen que se le presente, dónde agarrar mejor un objeto y dónde evitar agarrarlo.
Como se muestra en las Figuras 12A y 12B, el sistema de percepción puede identificar también partes de un objeto que son las más planas en la generación de buena información de ubicación de agarre. En particular, si un objeto incluye un extremo tubular y un extremo plano como el objeto 87, el sistema identificaría el extremo más plano como se muestra en 88 en la Figura 7B. Además, el sistema puede seleccionar el área de un objeto donde aparece un código UPC, ya que dichos códigos suelen estar impresos en una parte relativamente plana del objeto para facilitar el escaneo del código de barras.
Las Figuras 13A y 13B muestran que para cada objeto 90, 92, el sistema de selección de agarre puede determinar una dirección que es normal a la porción plana seleccionada del objeto 90, 92. Como se muestra en las Figuras 14A y 14B, el sistema robótico dirigirá después el efector final 94 para que se acerque a cada objeto 90, 92 desde la dirección normal a la superficie para facilitar mejor la generación de un buen agarre en cada objeto. Al acercarse a cada objeto desde una dirección que es sustancialmente normal a una superficie del objeto, el sistema robótico mejora significativamente la probabilidad de obtener un buen agarre del objeto, particularmente cuando se emplea un efector final de vacío.
Por lo tanto, la invención proporciona en ciertas realizaciones que la optimización del agarre pueda basarse en la determinación de la superficie normal, es decir, mover el efector final para que sea normal a la superficie percibida del objeto (en contraposición a recogidas verticales o tipo pórtico), y que dichos puntos de agarre se puedan elegir utilizando características fiduciales como puntos de agarre, como seleccionar un código de barras, dado que los códigos de barras se aplican casi siempre a un punto plano del objeto.
Por lo tanto, de acuerdo con diversas realizaciones, la invención proporciona además un sistema de procesamiento que puede aprender ubicaciones de agarre de objetos a partir de la experiencia (y opcionalmente de la guía humana). Los sistemas diseñados para trabajar en los mismos entornos que los trabajadores humanos se enfrentarán a una enorme variedad de objetos, poses, etc. Esta enorme variedad casi garantiza que el sistema robótico encontrará alguna configuración de objeto(s) que no puede manejar de manera óptima; en esos momentos, es deseable permitir que un operador humano ayude al sistema y haga que el sistema aprenda de agarres no óptimos.
El sistema optimiza los puntos de agarre basándose en una amplia gama de características, ya sea extraídas fuera de línea o en línea, adaptadas a las características de la pinza. Las propiedades de la ventosa influyen en su adaptabilidad a la superficie subyacente, por lo que es más probable lograr un agarre óptimo al recoger la superficie normal estimada de un objeto en lugar de realizar recogidas verticales de tipo pórtico comunes a las aplicaciones industriales actuales.
Además de la información geométrica, el sistema utiliza características basadas en la apariencia, ya que es posible que los sensores de profundidad no siempre sean lo suficientemente precisos para proporcionar suficiente información sobre la capacidad de agarre. Por ejemplo, el sistema puede aprender la ubicación de fiduciarios, tales como códigos de barras en el objeto, que se pueden usar como indicador de un parche de superficie que es plano e impermeable, por lo tanto, adecuado para una ventosa. Un ejemplo de ello es el uso de códigos de barras en productos de consumo. Otro ejemplo son las cajas y bolsas de envío, que tienden a tener la etiqueta de envío en el centro de masa del objeto y proporcionan una superficie impermeable, a diferencia del material de la bolsa original, que puede ser ligeramente poroso y, por lo tanto, no presenta un buen agarre.
Al identificar puntos de agarre malos o buenos en la imagen, se establece una correlación entre las características de las imágenes 2D/3D y la idea de puntos de agarrebuenos o malos;al utilizar estos datos y estas correlaciones como entrada para los algoritmos de aprendizaje automático, el sistema eventualmente puede aprender, para cada imagen que se le presenta, dónde agarrar y dónde evitar.
Esta información se agrega a los datos basados en la experiencia que el sistema recopila con cada intento de selección, exitoso o no. Con el tiempo, el robot aprende a evitar características que resultan en agarres fallidos, ya sea específicos de un tipo de objeto o de un tipo de superficie/material. Por ejemplo, el robot puede preferir evitar pellizcar la envoltura retráctil, sin importar a qué objeto se aplique, pero solo puede preferir colocar el agarre cerca de fiduciales en ciertos tipos de objetos, como bolsas de envío.
Este aprendizaje puede acelerarse mediante la generación fuera de línea de imágenes corregidas por humanos. Por ejemplo, a un humano se le podrían presentar miles de imágenes de operaciones anteriores del sistema y anotar manualmente los puntos de agarre buenos y malos de cada una. Esto generaría una gran cantidad de datos que podrían ingresarse también en los algoritmos de aprendizaje automático para mejorar la velocidad y eficacia del aprendizaje del sistema.
Además de los datos de entrenamiento basados en la experiencia o en expertos humanos, se puede generar un gran conjunto de datos de entrenamiento etiquetados basándose en un modelo de objeto detallado en simulación física haciendo uso de características conocidas de la captador y del objeto. Esto permite una generación rápida y densa de datos de capacidad de agarre sobre un gran conjunto de objetos, ya que este proceso no está limitado por la velocidad del sistema robótico físico o la intervención humana.
De acuerdo con la invención y con referencia a la Figura 15, el sistema incluye una o más unidades de portadores móviles 130 que transportan un objeto 131, que luego se deja caer en una abertura designada que está definida por una sección de pista 120. En particular, cada sección de pista abierta 120 está montada sobre una abertura que conduce a un paquete (por ejemplo, un contenedor o una caja) debajo. Por ejemplo, el objeto 133 se deja caer en dicha abertura en la Figura 15. Cada pista 120 tiene generalmente la forma de un cuadrado elevado con bordes redondeados, y las pistas 120 están generalmente cerradas y separadas entre sí (por ejemplo, dentro de una longitud o anchura de una unidad de portador móvil 130). De acuerdo con la invención, las secciones de pista forman juntas un sistema de pistas discontinuas. Un procesador informático 70 puede controlar el movimiento de cada unidad de portador 130 mediante comunicación inalámbrica. Las pistas 120 también pueden incluir sensores para detectar ubicaciones de los portadores 130 en las pistas 120.
Con referencia a la Figura 16, cada unidad de portador 130 incluye cuatro conjuntos de ruedas 132, 134, 136, 138, cada uno de los que incluye guías 100 para seguir las pistas 120. El portador 130 incluye también puertas accionables de estilo compuerta de bombas 137 que pueden abrirse para dejar caer un objeto desde el portador como se muestra en la Figura 17 dentro de una abertura 141. También se pueden proporcionar paredes cortas 140 para ayudar a retener un objeto dentro del portador antes de dejarlo caer. Cada uno de los conjuntos de ruedas está montado de forma pivotante de manera que cada conjunto de ruedas pueda girar 90 grados como se analiza con más detalle a continuación.
De acuerdo con ciertas realizaciones, la invención proporciona una pluralidad de soportes móviles que pueden incluir ruedas montadas giratorias que giran noventa grados para hacer que cada portador móvil se mueva hacia delante y hacia atrás, o se mueva de lado a lado. Cuando se colocan en una cuadrícula, dichos portadores móviles pueden activarse para moverse a todos los puntos de la cuadrícula. Las Figuras 18A y 18B, por ejemplo, muestran un portador móvil 130 que incluye ruedas 132, 134, 136 y 138 (también mostradas en las Figuras 21A y 21B). Cada una de las ruedas está montada en un motor 133, 135, 137, 139 (como se muestra mejor en la Figura 21B), y las unidades de rueda y motor (conjuntos de ruedas) están montadas de manera pivotante en el portador 130 como se analiza con más detalle a continuación. Los conjuntos de ruedas (incluyendo, cada uno, una rueda, su motor y guías de pista 140) se muestran en una posición en la Figura 18A, y se muestran en una segunda posición pivotada en la Figura 18B. La Figura 19A muestra una vista de extremo del portador 130 tomada a lo largo de las líneas 19A - 19A de la Figura 18A, y la Figura 19B muestra una vista de extremo del portador 130 tomada a lo largo de las líneas 19B - 19B de la Figura 18B. De manera similar, la Figura 20A muestra una vista lateral del portador 130 tomada a lo largo de las líneas 20A - 20A de la Figura 18A, y la Figura 20B muestra una vista lateral del portador 130 tomada a lo largo de las líneas 20B - 20B de la Figura 18B. Obsérvese que la orientación del portador 130 no cambia cuando el portador cambia de dirección.
La Figura 21A muestra una vista inferior del portador 130 con las ruedas en la posición que se muestra en la Figura 18A, y la Figura 21B muestra una vista inferior del portador 130 con las ruedas en la posición que se muestra en la Figura 18B. Las Figuras 21A y 21B muestran todas las ruedas 132, 134, 136 y 138, y cada uno de los motores 133, 135, 137 y 138 se muestra también en la Figura 21B. Como puede verse en las Figuras 21A y 21B, todos los conjuntos de ruedas, incluyendo la rueda, los rodillos de guía y el motor de rueda, pivotan cada uno como una unidad. Los conjuntos de ruedas están diseñados para poder hacer pivotar las ruedas alrededor de las esquinas de una sección de pista cuando el portador está directamente encima de una sección de pista. Tenga en cuenta que las ruedas giran alrededor de cada una de las esquinas de la sección de la pista. Por lo tanto, cuando el portador está centrado sobre la sección de pista, las ruedas pueden pivotar de manera que el portador pueda moverse en una dirección que sea ortogonal a una dirección anterior sin necesidad de que se gire el propio portador. Por lo tanto, la orientación del portador se mantiene constante mientras el portador se mueve alrededor de una serie de secciones de pistas.
El movimiento del portador 130 alrededor de una serie de pistas se analiza más adelante con respecto a las Figuras 22A - 22C. En resumen, cuando un portador abandona una pista, viaja hacia una pista adyacente y, si está desalineado, se realineará. La realineación de los rodillos de guía y las pistas puede funcionar de la siguiente manera. Si bien los dos juegos de ruedas (132, 134 y 136, 138) pueden diseñarse para mover el portador 130 únicamente en una dirección lineal, pueden ocurrir algunas variaciones. Las pistas 120 están colocadas, aunque de forma intermitente, lo suficientemente cerca entre sí como para que cuando un portador abandone una pista y se mueva hacia otra 120 (como se muestra en F), su variación potencial fuera de rumbo será lo suficientemente pequeña de forma que las esquinas redondeadas de la pista siguiente adyacente impulsarán al portador a volver a su rumbo.
Por ejemplo, la Figura 22A muestra un portador 130 que abandona una pista y comienza a acercarse a una pista siguiente 120 a medida que el portador se mueve en una dirección como se indica en F. Como se muestra en la Figura 22B, si la alineación del portador 130 está desalineada (posiblemente desde variaciones en las ruedas o el montaje de las ruedas, la colocación de las secciones de la pista o cualquier otra variable), una de las esquinas redondeadas 161 de la pista siguiente adyacente 120 quedará acoplada por una rueda de guía que se aproxima 140, y la esquina redondeada 160 hará que el portador 130 se mueva ligeramente en una dirección (como se muestra en G) perpendicular a la dirección F para corregir la dirección de movimiento del portador 130. Si un portador deja de moverse, las direcciones de movimiento de los otros portadores se programan para evitar el área del portador detenido hasta que se retire. Si un área resulta en una cantidad de portadores detenidos con el tiempo, la alineación de la(s) pista(s) en el área puede ser examinada y/o reemplazada.
La Figura 22C muestra el portador 130 moviéndose en una dirección F correctamente realineado por la pista 120. La Figura 23 muestra una vista de cerca de la rueda 134 moviéndose en una dirección como se muestra enHpara hacer que el portador se mueva en la direcciónF,y muestra además que los rodillos de guía 140 ruedan contra la pista 120 en direcciones como se muestra en I. Los rodillos de guía 100 no tocan el suelo (como lo hace la rueda 134), sino que simplemente guían la dirección del portador 130 al ser impulsados contra la pista 120. En realizaciones adicionales, se pueden usar medios de desviación tales como resortes, elásticos o neumáticos para impulsar los rodillos de guía contra la pista, y en realizaciones adicionales, las pistas pueden tener una forma más triangular en los bordes para facilitar aún más la recepción de los portadores. Sin embargo, si se requiere demasiada corrección, es posible que el sistema esté funcionando de manera ineficiente.
Por lo tanto, los sistemas de la invención proporcionan una dirección binaria del portador automatizado, permitiendo sólo el desplazamiento bidireccional de columnas y filas en una cuadrícula. Se puede utilizar un motor de pivote para cada par de ruedas, con un varillaje para pivotar los módulos de ruedas. En otras realizaciones, se podría usar un motor de pivote y un varillaje para las cuatro ruedas, o cada rueda puede tener un accionador de pivote independiente. El sistema permite que las ruedas sigan secciones de pista cuadradas girando alrededor de las esquinas redondeadas de las secciones de pista cuadradas. El sistema no requiere seguimiento de línea de transmisión/trayectoria diferencial y mantiene fija la orientación del portador durante todas las operaciones.
Las Figuras 24 y 25 muestran realizaciones adicionales que no forman parte de la invención, que se basan en los portadores anteriores y están previstas para el movimiento alrededor de un sistema de pistas como se ha analizado anteriormente. Por ejemplo, la Figura 24 muestra un portador 142 de acuerdo con otra realización que no es parte de la invención, que incluye conjuntos de ruedas montadas giratorias y es operable en un sistema de pistas como se ha analizado anteriormente, pero también incluye un portador 143 que está montado en el portador 142, y se puede accionar para mover un contenedor o caja en el portador en cualquiera de las direcciones opuestas como se indica en J. Cuando el portador 142 se mueve para colocarlo junto a un dispositivo desviador (tal como una rampa o portador de desviación como se muestra en 144), el portador puede accionar el portador 143 para mover el contenedor al dispositivo desviador 144. El dispositivo desviador 144 puede ser, por ejemplo, pero sin limitación, una cinta portadora, un transportador de rodillos, un transportador de cadena, una rampa, otro contenedor o una tolva.
La Figura 25 muestra un soporte 146 de acuerdo con una realización adicional que no forma parte de la invención, que incluye conjuntos de ruedas montadas giratorias que se extienden a lo largo de secciones de pista como se ha analizado anteriormente, pero que incluye también una bandeja inclinable 147 que está montada en la base de portador 148 y que se puede accionar para mover un contenedor en una dirección como se indica en K. De manera similar, cuando el portador 146 se mueve para colocarlo adyacente a un dispositivo desviador (tal como un portador de desviación como se muestra en 149), el portador puede accionar la bandeja inclinable 1150 para mover el contenedor al portador de desviación 149. El portador de desviación 149 puede ser, por ejemplo, pero sin limitación, una cinta portadora, un transportador de rodillos, un transportador de cadena, una rampa, otro contenedor o una tolva.
El sistema de una realización puede emplear también planificación de movimiento utilizando una base de datos de trayectoria que se actualiza dinámicamente con el tiempo y está indexada por las métricas del cliente. Los dominios del problema contienen una combinación de componentes cambiantes e inmutables en el entorno. Por ejemplo, los objetos que se presentan al sistema a menudo se presentan en configuraciones aleatorias, pero las ubicaciones de destino en las que se colocarán los objetos a menudo son fijas y no cambian durante toda la operación.
Un uso de la base de datos de trayectorias es explotar las partes inmutables del entorno computando previamente y guardando en una base de datos las trayectorias que mueven el sistema de manera eficiente y sólida a través de estos espacios. Otro uso de la base de datos de trayectoria es mejorar constantemente el rendimiento del sistema durante la vida útil de su funcionamiento. La base de datos se comunica con un servidor de planificación que está planificando continuamente trayectorias desde varios inicios hasta varios objetivos, para tener un conjunto grande y variado de trayectorias para lograr cualquier tarea en particular. En diversas realizaciones, una trayectoria puede incluir cualquier número de porciones cambiantes y no cambiantes que, cuando se combinan, proporcionan una trayectoria óptima en una cantidad de tiempo eficiente.
La Figura 26 muestra, por ejemplo, muestra una vista esquemática de un sistema de acuerdo con una realización de la invención que incluye un transportador de área de entrada 38 (que se mueve en una dirección como se indica en A) que proporciona contenedores de entrada 32 a un dispositivo de movimiento programable (como se muestra esquemáticamente en 40), tal como un brazo articulado, que tiene una base como se muestra en 59, y un efector final (mostrado esquemáticamente en 94) que está programado para tener una posición inicial (mostrada en 95), y está programado para mover objetos desde un contenedor de entrada 32 a ubicaciones de procesamiento, por ejemplo, ubicaciones de destino en la pluralidad de portadores 46. Nuevamente, el sistema puede incluir una ubicación de inicio o base definida 95 a la que puede llevarse inicialmente cada objeto tras la adquisición desde el contenedor 32. El sistema incluye también una pluralidad de portadores de destino 46 en una pista 60.
En ciertas realizaciones, el sistema puede incluir una pluralidad de ubicaciones de base, así como una pluralidad de porciones de trayectoria predeterminadas asociadas con la pluralidad de ubicaciones de base. Las trayectorias tomadas por el brazo articulado del sistema robótico desde el contenedor de entrada hasta la ubicación base cambian constantemente basándose, en parte, en la ubicación de cada objeto en el contenedor de entrada, la orientación del objeto en el contenedor de entrada y la forma, peso y otras propiedades físicas del objeto a adquirir.
Una vez que el brazo articulado ha adquirido un objeto y está colocado en la ubicación base, las trayectorias hacia cada uno de la pluralidad de portadores de destino 46 no cambian. En particular, cada contenedor de destino está asociado con una ubicación de contenedor de destino única, y las trayectorias desde la ubicación base hasta cada una de las ubicaciones de contenedor de destino individualmente no cambian. Una trayectoria, por ejemplo, puede ser una especificación para el movimiento de un dispositivo de movimiento programable a lo largo del tiempo. De acuerdo con diversas realizaciones, dichas trayectorias pueden generarse mediante experiencia, por una persona que entrena el sistema y/o por algoritmos automatizados. Para una trayectoria que no cambia, la distancia más corta es una trayectoria directa al contenedor de destino objetivo, pero el brazo articulado se compone de secciones articuladas, articulaciones, motores, etc. que proporcionan intervalos de movimiento, velocidades, aceleraciones y desaceleraciones específicas. Debido a esto, el sistema robótico puede tomar cualquiera de una variedad de trayectorias entre, por ejemplo, ubicaciones base y ubicaciones de contenedores de destino.
La Figura 27 muestra, por ejemplo, muestra tres de esas trayectorias (<1>T<1>,<2>T<1>y<3>T<1>) entre la ubicación base 95 y una ubicación de contenedor de destino 102. Los elementos de la Figura 27 son los mismos que los de la Figura 26. Cada trayectoria tendrá un tiempo asociado, así como un factor de riesgo asociado. El tiempo es el tiempo que tarda el brazo articulado del sistema robótico en acelerar desde la ubicación base 95, moverse hacia el contenedor de destino 102 y desacelerar hasta la ubicación del contenedor de destino 106 para colocar el objeto en el contenedor de destino 102.
El factor de riesgo se puede determinar de varias maneras, incluido si la trayectoria incluye una aceleración o desaceleración (lineal o angular) alta (predefinida) en cualquier punto durante la trayectoria. El factor de riesgo puede incluir también cualquier probabilidad de que el brazo articulado pueda chocar contra cualquier cosa en el entorno robótico. Además, el factor de riesgo puede definirse también basándose en información de conocimientos adquiridos a partir de la experiencia con el mismo tipo de brazos robóticos en otros sistemas robóticos que mueven el mismo objeto desde una ubicación base hasta la misma ubicación de destino.
Como se muestra en la tabla en 96 en la Figura 27, la trayectoria<1>T<1>desde la ubicación base 95 hasta la ubicación de destino 102 puede tener un tiempo rápido (0,6 s) pero un factor de riesgo alto. La trayectoria<2>T<1>desde la ubicación base 95 hasta la ubicación de destino 102 puede tener un tiempo mucho más lento (1,4 s) pero sigue siendo un factor de riesgo bastante alto (16,7). La trayectoria<3>T<1>desde la ubicación base 95 hasta la ubicación de destino 102 puede tener un tiempo relativamente rápido (1,3 s) y un factor de riesgo moderado (11,2). La elección de seleccionar la trayectoria más rápida no siempre es la mejor, ya que a veces la trayectoria más rápida puede tener un factor de riesgo inaceptablemente alto. Si el factor de riesgo es demasiado alto, se puede perder un tiempo valioso si el sistema robótico no logra mantener la adquisición del objeto. Por lo tanto, diferentes trayectorias pueden tener diferentes tiempos y factores de riesgo, y el sistema puede utilizar estos datos en la planificación del movimiento.
La Figura 28, por ejemplo, muestra trayectorias mínimas seleccionadas en el tiempo desde la ubicación base 95 hasta cada una de las ubicaciones de los contenedores de destino 102 - 118. En particular, las tablas que se muestran en 97 muestran que el tiempo y los factores de riesgo para una pluralidad de contenedores de destino, y las trayectorias desde la ubicación base 95 hasta cada una de una pluralidad de ubicaciones de contenedores de destino se eligen para proporcionar el tiempo mínimo para la planificación del movimiento. para la planificación del movimiento bajo un factor de riesgo de 14,0.
La Figura 29 muestra un conjunto mínimo de trayectorias seleccionadas por factores de riesgo desde la ubicación base 95 hasta cada una de las ubicaciones de contenedores de destino 102 - 118. Nuevamente, las tablas mostradas en 97 muestran el tiempo y los factores de riesgo para la pluralidad de contenedores de destino (por ejemplo, 1 - 3). Las trayectorias desde la ubicación base 95 hasta cada una de las ubicaciones de los contenedores de destino 102 -118 se eligen para proporcionar el factor de riesgo mínimo para la planificación del movimiento en un tiempo máximo de 1,2 segundos.
La elección de tiempo rápido frente al factor de riesgo bajo puede determinarse de diversas maneras, por ejemplo, eligiendo el tiempo más rápido que tenga un factor de riesgo por debajo de un límite superior de factor de riesgo (por ejemplo, 12 o 14), o eligiendo un factor de riesgo más bajo que tiene un tiempo máximo por debajo de un límite superior (por ejemplo, 1,0 o 1,2). Nuevamente, si el factor de riesgo es demasiado alto, se puede perder un tiempo valioso si el sistema robótico no logra mantener la adquisición del objeto. Una ventaja del conjunto variado es la robustez ante pequeños cambios en el entorno y ante objetos de diferentes tamaños que el sistema podría estar manejando: en lugar de volver a planificar en estas situaciones, el sistema itera a través de la base de datos hasta que encuentra una trayectoria que sea de colisión. gratuito, seguro y robusto para la nueva situación. Por lo tanto, el sistema puede generalizarse en una variedad de entornos sin tener que volver a planificar los movimientos.
Por lo tanto, las trayectorias generales pueden incluir cualquier número de secciones cambiantes y no cambiantes. Por ejemplo, se pueden emplear redes de porciones de trayectoria no cambiantes como trayectorias (caminos) de uso común, mientras que las porciones cambiantes pueden dirigirse a mover objetos a una porción inmutable cercana (camino cercano) para facilitar el movimiento del objeto sin requerir la planificación de toda la trayectoria. Por ejemplo, al dispositivo de movimiento programable (por ejemplo, un robot) se le puede asignar la tarea de orientar el objeto agarrado frente a una etiquetadora automática antes de moverse hacia el destino. Por lo tanto, la trayectoria para clasificar el objeto estaría compuesta por las siguientes porciones de trayectoria. Primero, una pose de agarre hasta la posición inicial (movimiento planificado). Después, desde la posición inicial hasta el inicio de una etiquetadora automática (extraído de una base de datos de trayectoria). Después, desde el inicio de la etiquetadora automática hasta una presentación de etiquetado (movimiento planificado). Después, de la presentación de etiquetado a un inicio de etiquetado automático (ya sea movimiento planificado o simplemente revertir la etapa de planificación de movimiento anterior). Después, desde el inicio de la etiquetadora automática hasta el destino previsto (extraído de la base de datos de trayectoria). En las trayectorias generales se puede emplear una amplia variedad de porciones cambiantes y no cambiantes (planificadas y extraídas de una base de datos). De acuerdo con realizaciones adicionales, el objeto puede agarrarse desde una presentación específica (planificada), y cuando el objeto llega a un contenedor de destino (de la base de datos de trayectoria), la última etapa puede ser colocar nuevamente el objeto en la pose deseada (planificada) dentro del contenedor de destino.
De acuerdo con realizaciones adicionales, la planificación del movimiento puede proporcionar también que objetos relativamente pesados (como se puede determinar conociendo información sobre el objeto agarrado o detectando el peso - o ambos - en el efector final) puedan procesarse (por ejemplo, moverse en trayectorias) y colocarse en cajas de formas muy diferentes en comparación con el procesamiento y colocación de objetos relativamente livianos. Nuevamente, los cálculos de riesgo frente a velocidad pueden emplearse para optimizar objetos conocidos en movimiento de una variedad de pesos y tamaños, como puede ocurrir, por ejemplo, en el procesamiento de una amplia variedad de productos de consumo. Por lo tanto, el sistema proporciona medios que interactúan con los sistemas de transporte de objetos salientes del cliente. Cuando un contenedor (o paquete) se llena según lo determinado por el sistema (durante la monitorización del funcionamiento del sistema), un operador humano puede sacar el contenedor del área de procesamiento y colocarlo en un transportador apropiado. Cuando un contenedor está lleno se retira para cerrarlo o etiquetarlo, inmediatamente se coloca otro contenedor vacío en la ubicación liberada por el contenedor lleno retirado y el sistema continúa procesando como se ha analizado anteriormente.
La asignación de portadores puede también ser dinámica, ya que cualquier portador puede ser asignado dinámicamente para dar servicio a cualquier paquete por debajo de la pista. Por ejemplo, los sistemas de acuerdo con realizaciones adicionales, proporcionan sistemas mejorados de transporte y portadores, y proporcionan desviadores programables, en particular, que permiten cambios dinámicos en los patrones de manejo de objetos, con eficiencias resultantes en la clasificación o procesamiento de objetos y menores requisitos de espacio, menor demanda de operaciones manuales y, en consecuencia, menores costes de capital y operativos para todo el sistema.
Durante el uso, por ejemplo y de acuerdo con ciertas realizaciones, el sistema puede identificar un objeto mediante el sistema de percepción y después asignar dinámicamente una ubicación de destino (portador 46) al objeto. El proceso aún se rige por el manifiesto general, pero la asignación de contenedores de destino puede ser dinámica, basándose en una variedad de heurísticas, como la probabilidad de recibir objetos para la misma designación (por ejemplo, si la probabilidad es alta, la ubicación de destino se puede asignar para que esté cerca de la posición inicial del carro para ahorrar tiempo), así como si se debe asignar un segundo contenedor de destino a un objeto (por ejemplo, si la probabilidad de recibir objetos para el mismo destino es muy alta).
Por lo tanto, el sistema asigna un contenedor a un objeto si hay un nuevo contenedor disponible y el objeto aún no tiene un contenedor asignado en el puesto de clasificación. Lo que es significativo es que el puesto de clasificación no tiene asignado previamente un gran conjunto de contenedores de recogida asignados a todos los objetos posibles que pueden aparecer en la trayectoria de entrada. Si un objeto no tiene un contenedor asignado, y aún no hay ningún nuevo contenedor disponible para una nueva asignación, el objeto puede devolverse a la tolva de entrada hasta que se procese en el momento en que un nuevo contenedor esté disponible. Además, el controlador central puede emplear una amplia variedad de heurísticas que pueden dar forma adicional al proceso de asignación dinámica de objetos a contenedores de recogida, como se explica con todavía más detalle a continuación. Una vez que los contenedores se llenan o se completan de otro modo, los contenedores completados se señalan como terminados y listos para su posterior procesamiento.
Con referencia a la Figura 30, en muchos sistemas de procesamiento, puede existir una relación fija entre un objeto 151 y un destino 155 es una relación fija. En los sistemas de clasificación convencionales, a un recipiente intermedio 153 se le asigna una relación fija con el destino, y esta relación dicta la asignación del objeto 151 al recipiente intermedio 153. Esto se muestra en la Figura 32, donde cada destino 164, 166, 1687, 170, 172 está asociado con un recipiente intermedio 154, 156, 158, 160, 162. A medida que se procesan los objetos 152, simplemente se enrutan a los recipientes intermedios apropiados según lo indica la relación fija.
De acuerdo con las realizaciones de la presente invención, por otro lado, las relaciones entre los recipientes intermedios y los destinos no son fijas y cambian dinámicamente durante la clasificación. La Figura 31 muestra, por ejemplo, que mientras que la relación entre un objeto 157 y su destino 161 es fija, la asignación de un recipiente intermedio 159 (por ejemplo, un contenedor de recogida) se elige dinámicamente basándose en una variedad de heurísticas. Una vez asignada, permanece en su lugar hasta que se vacía la papelera de recogida. Como se muestra en la Figura 31, la asignación de un contenedor de recogida (recipiente intermedio 153) para un objeto 157 está determinada por el destino del objeto y la asignación del recipiente intermedio al destino, y la asignación del destino (entre el recipiente intermedio 153 y el destino 161) se reasigna dinámicamente durante el funcionamiento.
Con referencia a la Figura 33A, al comienzo de un proceso de clasificación, puede que no haya relaciones asignadas entre los recipientes intermedios 176, 178, 180, 182, 184 y los objetos 174, o entre los recipientes intermedios 176, 178, 180, 182, 184 y destinos 186, 188, 190, 192, 194. Como se muestra en la Figura 33B, cuando se detectan las señas de un objeto, se asigna un recipiente intermedio 176 al objeto, y el destino del objeto 188 se asigna también al recipiente intermedio. Los objetos adicionales que se procesan y están también asociados con el destino 188 se proporcionan también en el recipiente intermedio 176. Con referencia a la Figura 33C, cuando se detectan señas de un objeto diferente asociadas con un destino 192 diferente, se asigna un nuevo recipiente intermedio 178 al objeto, y el destino 192 del objeto se asigna también al recipiente intermedio. Como se ha señalado anteriormente, cuando se selecciona un objeto que está asociado con un destino, por ejemplo, 188, que ya tiene un recipiente intermedio 176 asociado, el objeto puede colocarse en el mismo recipiente intermedio 176 (véase Figura 33D). Sin embargo, de acuerdo con ciertas realizaciones de la invención, y con referencia a la Figura 33E, el sistema puede optar por asignar un nuevo recipiente intermedio 180 al destino 188, por ejemplo, si se sabe que es probable que muchos de los objetos estén asociados con el destino 188. Con referencia a la Figura 33F, cuando se detectan señas de otro objeto que están asociadas con otro destino 186, se asigna un nuevo recipiente intermedio 184 al objeto, y el destino del objeto 186 se asigna al recipiente intermedio 184.
Cuando un recipiente intermedio se llena o se determina que está listo para su posterior procesamiento (por ejemplo, si el sistema determina que es poco probable que vea otro objeto asociado con el destino), el recipiente intermedio se vacía y el contenido se envía para su posterior procesamiento. Por ejemplo, y con referencia a la Figura 33G, cuando el sistema determina que el recipiente intermedio 176 está lleno, el contenido se vacía y el recipiente intermedio 176 se vuelve a desasignar a un destino como se muestra en la Figura 33H. El recipiente intermedio 176 puede reutilizarse y asociarse después con un nuevo destino 190 como se muestra en la Figura 33I.
Como se muestra en la Figura 34, puede comenzar un proceso de clasificación de la invención en un puesto de clasificación (etapa 200) y el brazo articulado, u otro dispositivo de movimiento programable, recibe un nuevo objeto (etapa 202). El sistema identifica el nuevo objeto (etapa 204) mediante un escáner superior u otro sistema de escáner. Después, el sistema determina si alguna ubicación en el puesto ha sido asignada todavía al nuevo objeto (etapa 206). Si es así, el sistema coloca el objeto en esa ubicación (etapa 218). Si no es así, el sistema determina después si hay disponible una próxima ubicación (etapa 208). Si no, el sistema puede (ya sea con o sin la entrada de un ser humano) determinar si se vuelve a intentar identificar el objeto (etapa 210). Si es así, entonces el sistema devolvería el objeto al flujo de entrada (etapa 212) para ser recibido nuevamente en un momento posterior (etapa 202). Si no, el sistema colocaría el objeto en un área de clasificación manual para que lo clasifique un ser humano (etapa 214). Si hay disponible una próxima ubicación (etapa 208), el sistema asigna una próxima ubicación al objeto (etapa 216), y el objeto se coloca después en esa ubicación (etapa 218). Si ya se había asignado una ubicación al objeto (etapa 206), el sistema coloca el objeto en esa ubicación (etapa 218). A continuación, se actualiza el número de objetos en la ubicación (etapa 220), y si la ubicación está llena (etapa 222), el sistema identifica que la ubicación está lista para procesamiento adicional (etapa 226). Si no es así, el sistema determina si (basándose en el conocimiento previo y/o la heurística), si es probable que la ubicación reciba un objeto adicional (etapa 224). Si es así, el sistema identifica que la ubicación está lista para el procesamiento adicional (etapa 226). Si no, el sistema vuelve a recibir un nuevo objeto (etapa 202). El procesamiento adicional puede, por ejemplo, incluir la recogida de los artículos en el lugar en una sola bolsa para el transporte a una ubicación de envío.
De acuerdo con una realización específica, la invención proporciona una interfaz de usuario que transmite toda la información relevante a los operarios, gerencia y al personal de mantenimiento. En una realización específica, esto puede incluir luces que indiquen que los contenedores que están a punto de ser expulsados (como llenos), los contenedores que no están completamente colocados correctamente, el nivel del contenido de la tolva de alimentación y el modo de funcionamiento general de todo el sistema. La información adicional puede incluir la tasa de procesamiento de objetos y estadísticas adicionales. En una realización específica, el sistema puede imprimir etiquetas y escanear etiquetas automáticamente antes de que el operador coloque los paquetes en un portador de salida. De acuerdo con una realización adicional, el sistema puede incorporar sistemas de software que interactúan con las bases de datos del cliente y otros sistemas de información, para proporcionar información operativa al sistema del cliente y consultar el sistema del cliente para obtener información sobre objetos.
Un proceso del sistema de control general se muestra, por ejemplo, en la Figura 35. El sistema de control general puede comenzar (etapa 300) permitiendo que se asigne un nuevo contenedor de recogida en cada puesto a un grupo de objetos basándose en los parámetros generales del sistema (etapa 302) como se explica con más detalle a continuación. A continuación, el sistema identifica los contenedores asignados correlacionados con los objetos en cada puesto (etapa 304) y actualiza el número de objetos en cada contenedor en cada puesto (etapa 306). A continuación, el sistema determina que cuando un contenedor está lleno o el sistema espera que sea poco probable que el puesto de clasificación asociado vea otro objeto asociado con el contenedor, el sistema robótico del puesto de clasificación asociado colocará el contenedor completo en un portador de salida o enviará una señal a un trabajador humano para que venga y vacíe el contenedor (etapa 308), y volverá después a la etapa 302.
Los sistemas de varias realizaciones proporcionan numerosas ventajas debido a la flexibilidad dinámica inherente. La correspondencia flexible entre las salidas del clasificador y los destinos permite que haya menos salidas del clasificador que destinos, por lo que todo el sistema puede requerir menos espacio. La correspondencia flexible entre las salidas del clasificador y los destinos también proporciona que el sistema pueda elegir el orden más eficiente para manipular los objetos, de una manera que varía con la combinación particular de objetos y la demanda aguas abajo. El sistema es también fácilmente escalable, al agregar clasificadores, y es más robusto, ya que la falla de un solo clasificador puede manejarse dinámicamente sin siquiera detener el sistema. Debe ser posible que los clasificadores ejerzan discreción en el orden de los objetos, favoreciendo los objetos que necesitan ser manipulados rápidamente, o favoreciendo los objetos para los cuales el clasificador dado puede tener una pinza especializada.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de procesamiento para procesar objetos usando un dispositivo de movimiento programable (40), comprendiendo dicho sistema de procesamiento:
un sistema de adquisición para adquirir un objeto (131) de la pluralidad de objetos en un área de entrada (38) usando un efector final del dispositivo de movimiento programable (40), en donde el dispositivo de movimiento programable (40) está adaptado para ayudar en la entrega del objeto a una ubicación de procesamiento identificada, proporcionándose dicha ubicación de procesamiento identificada como una de una pluralidad de ubicaciones de procesamiento; y
estando el sistema de procesamientocaracterizado porque comprende, además:
una unidad de percepción (50, 56) para percibir señas de identificación representativas de una identidad de una pluralidad de objetos recibidos desde un sistema de transporte de entrada (34); y
en donde dicha ubicación de procesamiento identificada está asociada con las señas de identificación; y en donde el sistema de procesamiento comprende, además:
un sistema de entrega para recibir el objeto en un portador automatizado (130) del sistema de procesamiento y para entregar el objeto en el portador (130) hacia la ubicación de procesamiento identificada, en donde el sistema de entrega comprende un sistema de pistas discontinuas (60) con secciones de pistas (120) que juntas forman el sistema de pistas discontinuas;
en donde el portador (130) se puede mover en al menos dos dimensiones,
en donde el portador (130) está configurado para transportar el objeto (131) hacia la ubicación de procesamiento identificada y para dejar caer el objeto a través de la parte inferior del portador (130) en una abertura designada definida por una de las secciones de pista (120) que conduce a la ubicación de procesamiento identificada.
2. El sistema de procesamiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sistema de transporte de entrada incluye un transportador primario y un transportador de área de entrada (38) sobre el cual la pluralidad de objetos se puede desviar desde el portador primario.
3. El sistema de procesamiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la pluralidad de objetos se proporciona en un contenedor (32) que es uno de una pluralidad de contenedores, incluyendo, cada uno, una pluralidad adicional de objetos
4. El sistema de procesamiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde un subconjunto de la pluralidad de ubicaciones de procesamiento se proporciona en un cajón extraíble.
5. El sistema de procesamiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sistema de adquisición está adaptado para hacer que el objeto se entregue hacia la ubicación de procesamiento identificada colocando el objeto en el portador usando el efector final (94).
6. El sistema de procesamiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada ubicación de procesamiento incluye un contenedor de procesamiento (32) y, opcionalmente, en donde el sistema de procesamiento incluye, además, un portador de salida sobre el cual se coloca cada contenedor de procesamiento.
7. El sistema de procesamiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sistema de procesamiento se proporciona como uno de una pluralidad de sistemas de procesamiento, que están, cada uno, en comunicación con el sistema de transporte de entrada.
8. El sistema de procesamiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el portador (130) se mueve en un área de coordenadas bidimensional común del sistema de pistas discontinuas.
9. El sistema de procesamiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sistema de procesamiento incluye al menos dos dispositivos de movimiento programables (40), y en donde cada uno de los al menos dos dispositivos de movimiento programables (40) está adaptado para proporcionar objetos a los portadores que pueden proporcionar los objetos a un conjunto común de ubicaciones de procesamiento que se extienden en al menos dos dimensiones.
10. El sistema de procesamiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada una de las secciones de pista (120) tiene generalmente la forma de un cuadrado elevado con bordes redondeados, estando las secciones de pista (120) generalmente cerradas y separadas entre sí.
11. Un método para procesar objetos en un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores del sistema, usando un dispositivo de movimiento programable (40), que comprende:
percibir señas de identificación representativas de una identidad de una pluralidad de objetos recibidos desde un sistema de transporte de entrada (34);
adquirir un objeto (131) de la pluralidad de objetos en un área de entrada (138) usando un efector final del dispositivo de movimiento programable (40), en donde el dispositivo de movimiento programable está adaptado para ayudar en la entrega del objeto a una ubicación de procesamiento identificada, asociándose dicha ubicación de procesamiento identificada con las señas de identificación y proporcionándose dicha ubicación de procesamiento identificada como una de una pluralidad de ubicaciones de procesamiento; y
entregar el objeto hacia la ubicación de procesamiento identificada, incluyendo dicha etapa de entregar el objeto hacia la ubicación de procesamiento identificada recibir el objeto en un portador (130).
12. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en donde el sistema de transporte de entrada incluye un transportador primario y un transportador de área de entrada (38) sobre el cual se puede desviar la pluralidad de objetos desde el transportador primario.
13. El método de procesamiento de acuerdo con la reivindicación 11, en donde la pluralidad de objetos se proporciona en un contenedor (32) que es uno de una pluralidad de contenedores, incluyendo, cada uno, una pluralidad adicional de objetos
14. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en donde la etapa de entregar el objeto hacia la ubicación de procesamiento identificada incluye, además, mover el objeto en cada una de dos direcciones mutuamente ortogonales en el portador (130).
15. El método de procesamiento de acuerdo con la reivindicación 11, en donde cada una de las secciones de pista (120) tiene generalmente la forma de un cuadrado elevado con bordes redondeados, estando las secciones de pista (120) generalmente cerradas y separadas entre sí.
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