ITBO20070153A1 - Metodo e dispositivo per il riconoscimento, la presa ed il riposizionamento di oggetti - Google Patents

Description

METODO E DISPOSITIVO PER IL RICONOSCIMENTO, LA PRESA ED IL RIPOSIZIONAMENTO DI OGGETTI

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

La presente invenzione si inquadra nel settore tecnico relativo alle apparecchiature e dispositivi per la movimentazione automatizzata di oggetti.

In particolare l'invenzione riguarda un metodo per il riconoscimento, la presa e il riposizionamento di una varietà di oggetti aventi forme, dimensioni, peso e consistenza fra loro differenti. Riguarda altresì un dispositivo atto a riconoscere, prelevare ed eventualmente riposizionare tali oggetti, particolarmente adatto ad operare in apparecchiature robotizzate per la gestione di negozi automatici, magazzini, etc.

E' noto che la movimentazione di oggetti in ambito industriale o logistico, così come in ambito unità di vendita automatica viene generalmente gestita da sistemi computerizzati di ritiro/immagazzinamento e recupero/restituzione (ASR, “automatic Storage and retrieve) che comprendono, tra l’altro, unità robotizzate destinate alla manipolazione dei medesimi oggetti. Tali unità possono essere montate su basi semoventi, nel caso di sistemi di grandi e medie dimensioni; per sistemi di piccole dimensioni esse possono essere rese mobili per mezzo di bracci opportunamente controllati su diversi gradi di libertà, o con altre modalità note di spostamento controllato. A quest’ultima categoria di sistemi ASR appartengono, ad esempio, le varie tipologie di distributori automatici destinati alla vendita ed al noleggio di oggetti, generalmente di piccole dimensioni (medicinali, snack, videocassette, DVD etc.).

In generale, i dispositivi di manipolazione dei sistemi ASR sopra citati presuppongono che:

a) l’oggetto da trattare sia riconducibile a un volume noto, ed eventualmente disponga di una cosiddetta “interfaccia di manipolazione”, che può essere ad esempio un pallet o un contenitore di materiale plastico avente dimensioni standard;

b) le strutture di immagazzinamento siano pre-organizzate in termini di spazi compatibili con gli ingombri degli oggetti da manipolare, e che siano eventualmente costruite in funzione dell’ interfaccia di manipolazione degli oggetti stessi.

Tutto ciò porta ad una notevole rigidità di progettazione e di utilizzo dei sopra citati sistemi, che li rende sostanzialmente inutilizzabili in alcuni ambiti operativi, quali ad esempio nell’automatizzazione della fase finale della catena di distribuzione dei prodotti. In tali ambiti gli oggetti da manipolare possono avere un’ampia varietà di forme, dimensioni, peso e consistenza. Per motivi organizzativi, di praticità e spesso di costo, essi non possono essere a loro volta racchiusi in contenitori aventi caratteristiche standardizzate ed ottimizzate per la manipolazione con i sopra citati dispositivi noti. Uno scopo della presente invenzione è quello di fornire un metodo per il riconoscimento, la presa ed il riposizionamento di oggetti in grado di permettere l’identificazione di oggetti di qualsiasi tipo in un’ampia gamma dimensionale, di peso e di consistenza in termini di rigidità o cedevolezza alla presa, e di fornire inoltre modalità sicure per il loro sollevamento da una postazione originale ed il trasporto verso una nuova postazione.

Un altro scopo dell’invenzione è quello di fornire un dispositivo per il riconoscimento, la presa ed il riposizionamento dei suddetti oggetti in grado di attuare il metodo sopra descritto, indipendentemente dalla forma, dal peso e dalla consistenza degli oggetti stessi, in un’ampia gamma di variabilità.

Un ulteriore scopo dell’invenzione è quello di fornire un metodo ed un dispositivo in grado di consentire l’uso di scaffali di immagazzinamento di tipo convenzionale, senza vincoli di forma o dimensione.

Un altro scopo dell’invenzione è quello di proporre un dispositivo in grado di esplorare in maniera precisa gli spazi disponibili per Γ immagazzinamento dei prodotti, e di memorizzarli per gestire successivamente la disposizione dei prodotti stessi in maniera ottimale.

Gli scopi sopra citati vengono interamente ottenuti, in accordo con il contenuto delle rivendicazioni, da un metodo per Γ identificazione, la presa ed il riposizionamento di oggetti comprendente: una fase di approccio e riconoscimento di un oggetto avente caratteristiche dimensionali non predeterminate e disposto su una superficie d’appoggio, nella quale vengono eseguiti un approccio di massima all’oggetto da parte di un gruppo a pinza mobile provvisto di mezzi misuratori di distanza puntuale, l’individuazione della sagoma dello stesso oggetto per mezzo di una scansione tridimensionale ortogonale effettuata dai mezzi misuratori di distanza puntuale mediante spostamenti programmati del gruppo pinza, e da mezzi sensori di presenza dell’oggetto, anch’essi previsti nel gruppo pinza; una fase di presa dell’oggetto, comprendente un’operazione di serraggio progressivo del citato gruppo pinza fino al raggiungimento di una forza di serraggio predefinita, dipendente dalle caratteristiche fisiche dell’oggetto; una fase di prelievo, comprendente operazioni di sollevamento e movimentazione dello stesso; ed una fase di rilascio dell’oggetto.

I medesimi scopi vengono altresì ottenuti da un dispositivo per il riconoscimento, la presa ed il riposizionamento di oggetti aventi caratteristiche dimensionali non predeterminate, comprendente: un supporto; un gruppo pinza, associato al supporto e mobile rispetto allo stesso secondo almeno una prima direzione, provvisto inoltre di una coppia di dita rispettivamente contrapposte, mobili in una seconda direzione ed atte a richiudersi ed aprirsi l’una rispetto all’altra, per serrare e rispettivamente rilasciare un oggetto, le dita essendo altresì rese mobili di conserva secondo una terza direzione di avvicinamento-allontanamento rispetto all’oggetto; mezzi misuratori di distanza puntuale, disposti in corrispondenza di almeno un dito del gruppo pinza ed atti ad effettuare misurazioni puntuali della distanza intercorrente fra Γ estremità distale del relativo dito e l’oggetto per consentire, in cooperazione con idonee sequenze di spostamenti delle dita, l’effettuazione di una scansione tridimensionale ortogonale dell’oggetto; mezzi sensori di presenza dell’oggetto, atti ad individuare la profondità dello stesso, disposti in corrispondenza dell’ estremità distale delle dita; una unità di controllo computerizzata, atta a pilotare il gruppo pinza ed a ricevere ed elaborare informazioni dai mezzi misuratori di distanza puntuale e dai mezzi sensori di presenza. Le caratteristiche dell'invenzione, così come risulteranno dalle rivendicazioni, sono evidenziate nella seguente descrizione dettagliata, con riferimento alle tavole di disegno allegate, nelle quali:

la figura 1 illustra una vista in prospettiva di un sistema di vendita automatizzato comprendente il dispositivo di identificazione, presa e riposizionamento di oggetti che attua il metodo secondo la presente invenzione;

la figura 2 illustra una vista in prospettiva di una unità di manipolazione e trasporto mobile facente parte del sistema di figura 1, ed inglobante il predetto dispositivo di identificazione, presa e riposizionamento di oggetti;

la figura 3 illustra una vista prospettica, parzialmente in spaccato, di un dito del dispositivo a pinza mobile appartenente al dispositivo di identificazione;

la figura 4 illustra una vista prospettica del dito di figura 3, visto da una diversa angolazione;

la figura 5 illustra una vista prospettica di una porzione del dito di figura 3;

la figura 6 illustra una vista in sezione di un dettaglio del dito di figura 3;

la figura 7 illustra una vista dall’alto del dito di figura 3 in una condizione di presa di un oggetto di piccole dimensioni;

la figura 8 illustra una vista dall’alto del dito di figura 3 in una condiziona di presa di un oggetto di grandi dimensioni;

la figura 9 illustra una vista prospettica di un gruppo anticaduta appartenente al dispositivo di identificazione, presa e riposizionamento secondo la presente invenzione.

Con riferimento alle figure 1 e 2, si indica con 100 una unità di manipolazione e trasporto mobile robotizzata per la gestione di una pluralità di oggetti 1, ad esempio in un negozio automatizzato 200 o in un magazzino automatizzato. Nell’unità di manipolazione e trasporto 100 è installato un dispositivo di riconoscimento, presa e riposizionamento di oggetti 10 realizzato secondo la presente invenzione.

A titolo di esempio, nel seguito si farà riferimento all’ utilizzo del suddetto dispositivo 10 in un negozio automatizzato 200. In figura 1 è illustrata una possibile configurazione di tale negozio, composto da una unità 210 di consegna e ritiro degli oggetti 1, da una struttura di scaffalature 220 opportunamente disposte, in funzione dello spazio disponibile e delle possibilità di spostamento dell’unità di manipolazione e trasporto 100, e da un sistema di guida 230 della medesima unità di manipolazione e trasporto 100, del tipo a monorotaia, disposto longitudinalmente rispetto allo sviluppo delle scaffalature 220. L’esempio di configurazione riportato in figura 1 è volutamente piuttosto semplice, ma la struttura delle scaffalature 220, e per conseguenza la disposizione del sistema di guida 230, possono essere molto più complesse ed articolate, ed estendersi su più file, fra loro parallele o divergenti, oppure estendersi a griglia, in funzione della dimensione e conformazione dei locali che le accolgono. Come regola generale vi sarà, tuttavia, un elemento di guida a monorotaia 230 parallelo a ciascuna struttura lineare di scaffalature 220, ed idonei dispositivi di collegamento fra i diversi elementi per consentire gli spostamenti dell’unità di manipolazione e trasporto 100 per l’intera estensione del negozio o del magazzino.

Le scaffalature 220 prevedono superfici di appoggio 2 degli oggetti 1 che definiscono una serie di alloggiamenti aventi altezze diverse, atti ad accogliere in maniera ottimale oggetti 1 aventi ingombro, rigidità e peso fra loro differenti.

L’unità di manipolazione e trasporto 100 (vedasi anche figura 2) comprende una base 80, mobile ed autostabilizzante, comandata da un idoneo elaboratore, atta a consentire all’unità 100 l’accesso a tutte le superfici di appoggio 2 del negozio ed all’unità di consegna e ritiro 210. La struttura di tale base 80, unitamente alla struttura e conformazione del sistema di guida a monorotaia 230 sulla quale la base si sposta, costituiscono oggetto di separata tutela brevettuale, e sono descritte in dettaglio in una corrispondente domanda di brevetto, depositata in data odierna dalla medesima Richiedente.

La collocazione degli oggetti 1 sulle relative superfici d’appoggio 2, così come le informazioni posizionali di massima degb stessi e le strategie di gestione del rifornimento del negozio e della vendita degli oggetti, sono gestite da un elaboratore esterno secondo modalità e tecniche sostanzialmente note, e che comunque esulano dall’ambito della presente invenzione.

Il dispositivo 10 comprende in sostanza un supporto 20, ad estensione principalmente verticale, costituito da un elemento a colonna 21 fissato inferiormente alla base mobile 80. L’elemento a colonna 21 conforma una guida lineare 22, preferibilmente del tipo a ricircolo di sfere.

Sull’elemento verticale 21 è montato un gruppo pinza mobile 30, scorrevole secondo una prima direzione verticale di regolazione dell’elevazione dello stesso gruppo rispetto alle superfici di appoggio 2 degli oggetti 1. Il gruppo pinza 30 è destinato ad effettuare le operazioni di riconoscimento e prelievo degli oggetti 1 da trattare. In particolare, il gruppo pinza mobile 30 è atto a scorrere fra posizioni estreme inferiore e superiore tali da consentirgli di accedere a tutte le superfici d’appoggio 2 della scaffalatura 220, secondo modalità che verranno dettagliate nel seguito.

Il gruppo pinza 30 comprende, a sua volta, una mensola di scorrimento 31, disposta orizzontalmente e montata sull’ elemento verticale 21 perpendicolarmente alla direzione di spostamento longitudinale della base 80, coincidente in questo caso con una seconda direzione di spostamento del gruppo pinza 30, così da risultare perpendicolare allo sviluppo della scaffalatura 220.

Su una guida lineare del tipo a ricircolo di sfere prevista sulla mensola di scorrimento 31 è montato un corpo di supporto 33, perpendicolare alla medesima mensola 31 e scorrevole secondo una terza direzione di spostamento del gruppo pinza 30, coincidente in questo caso con una direzione di avvicinamento-allontanamento del corpo di supporto 33 rispetto alle superfici di appoggio 2 ed agli oggetti 1 in esse presenti.

Il corpo di supporto 33 è costituito da un elemento scatolare provvisto, nella propria faccia rivolta verso le superfici di appoggio 2, di un’idonea guida lineare prismatica 34, anche in questo caso preferibilmente del tipo a ricircolo di sfere.

Sul corpo di supporto 33 è montata una coppia di dita di presa 35,36, fra loro parallele, perpendicolari al predetto corpo di supporto 33 e scorrevoli sulla guida lineare 34. Le dita di presa 35,36 sono rese mobili l’una rispetto all’altra, mediante idonei motori di tipo controllabile in posizione e coppia, ad esempio motori “brushless”, e mediante un meccanismo a doppia vite a ricircolo di sfere, con moto lineare di verso discorde, in modo da produrre il mutuo avvicinamento od allontanamento delle dita 35,36 stesse.

Tale moto di chiusura-apertura è destinato a consentire alle dita 35,36 di serrare o rilasciare un oggetto 1 da trasportare. Lo spostamento delle dita può essere realizzato in modo simmetrico, cioè con entrambe le dita che si spostano per allontanarsi o avvicinarsi, oppure secondo altre idonee modalità, ad esempio mantenendo un dito fisso e facendo spostare Taltro relativamente al primo.

Le dita di presa sono altresì destinate a spostarsi di conserva, con il corpo di supporto 33, nella predetta terza direzione di avvicinamento-allontanamento rispetto alToggetto 1.

I dettagli della meccanica di movimentazione del gruppo pinza 30 non verranno ulteriormente dettagliati per ragioni di concisione e semplicità, in quanto realizzati con tecniche e dispositivi che costituiscono patrimonio tecnico di qualunque progettista di media esperienza del settore.

II gruppo pinza mobile 30 è controllato, mediante i sopra citati motori delle dita 35,36 ed idonee motorizzazioni controllabili in posizione del corpo di supporto 33 e della mensola di scorrimento 31, da una unità di controllo computerizzata, non visibile nelle figure, alloggiata nella base mobile 80.

Ciascun dito 35,36 è provvisto (vedansi figure da 3 a 8), in corrispondenza della propria faccia interna, di un bilanciere 350, imperniato in corrispondenza della porzione centrale del relativo dito 35,36.

In particolare (figure 7 e 8), il bilanciere 350 comprende un braccio esterno 351 ed un braccio interno 352, atti ad oscillare rispettivamente nelle porzioni distale e prossimale del relativo dito 35,36. Fra il braccio interno 352 del bilanciere e la relativa porzione prossimale del dito 35,36 è prevista una molla elicoidale 354 a compressione di precarico, atta a mantenere, in condizioni di riposo, il braccio esterno 351 spinto verso la porzione distale del dito 35,36.

I bilancieri 350 sono destinati a compiere principalmente due funzioni, fra loro indipendenti ed esplicate per oggetti di dimensioni tra loro diverse. In primo luogo, nel caso di serraggio di oggetti di grandi dimensioni, ad esempio a conformazione scatolare, l’azionamento delle dita 35,36 effettuata dall’ estremità prossimale delle stesse tenderebbe, in assenza di bilancieri, a far deformare meccanicamente le dita stesse divaricandole, riducendo così la superficie di contatto fra le dita e l’oggetto da sollevare. La presenza del bilanciere 350 consente di compensare tale tendenza.

Fra la porzione distale del dito 35,36 ed il braccio esterno 351 sono interposti inoltre organi misuratori di carico 355, destinati a rilevare la pressione esercitata dal corrispondente dito 35,36 su oggetti 1 di piccole dimensioni. In particolare, tali organi misuratori di carico 355 sono costituiti da una cella di carico miniaturizzata, di tipo commercialmente disponibile, elettricamente collegata con la predetta unità di controllo.

Data la struttura del bilanciere 350 sopra descritta, la cella di carico 355 risulta precaricata con un carico definito dall’azione della molla elicoidale 354.

Nella porzione distale delle dita 35,36 sono montati mezzi misuratori di distanza puntuale 50, atti ad effettuare misurazioni puntuali della distanza intercorrente fra l’estremità distale del relativo dito 35,36 ed un oggetto 1 da analizzare. I predetti mezzi misuratori 50 sono elettricamente collegati all’unità di controllo e sono destinati, in cooperazione con idonee sequenze di spostamenti delle dita 35,36 e dell’intero gruppo pinze 30, a rilevare la distanza di una serie di punti predefiniti dell’oggetto 1 ed a trasmetterli all’unità di controllo stessa. Tali punti predefiniti possono essere ad esempio disposti secondo una griglia avente densità sufficiente, oppure calcolati mediante idonei algoritmi per ottimizzare i percorsi delle dita 35,36 e per minimizzare il numero di punti sufficienti a identificare la sagoma dell’oggetto. La struttura di tali algoritmi, se presenti, esula comunque dagli scopi dell’invenzione, e non verrà pertanto approfondita.

In tal modo, mediante elaborazioni effettuate da un programma residente nell’unità di controllo, è possibile effettuare una scansione tridimensionale ortogonale dell’oggetto 1 da analizzare ed acquisire informazioni precise relativamente alla sagoma dello stesso oggetto.

I sopra citati mezzi misuratori 50 sono preferibilmente presenti su entrambe le dita 35,36 del gruppo pinza 30, e comprendono un emettitore di un fascio di luce laser, atto ad emettere tale fascio in direzione dell’oggetto 1, ed un relativo elemento sensibile, disposto sfalsato rispetto all’emettitore, atto a ricevere l’eco del fascio laser riflesso dall’oggetto 1, per consentire la misurazione della distanza con tecniche di triangolazione. L’emettitore laser, così come l’elemento sensibile, sono dispositivi comunemente reperibili sul mercato. L’elemento sensibile può essere ad esempio, indifferentemente, un sensore di tipo CCD, un sensore CMOS od altro tipo eventualmente disponibile.

In corrispondenza dell’ estremità distale delle dita 35,36 sono previsti mezzi sensori di presenza 55 dell’oggetto 1, elettricamente collegati all’unità di controllo ed atti a segnalare l’interposizione di almeno una parte dell’oggetto stesso fra le dita 35,36. Essi sono destinati a fornire all’unità di controllo informazione relativamente alla profondità dell’oggetto 1 da prelevare.

I mezzi sensori di presenza 55 comprendono, in particolare, un emettitore fotoelettrico ed un relativo ricevitore, disposti contraffacciati sulla parte interna delle estremità distali delle facce interne 35a,36a delle dita 35,36.

II dispositivo 10 comprende inoltre mezzi di supporto anticaduta 60 mobili, montati scorrevoli verticalmente sul supporto 20, al disotto del sopra descritto gruppo pinza 30, e comandati anch’essi dall’unità di controllo. Il supporto anticaduta 60 comprende in particolare un dito anticaduta 66 mobile e mezzi misuratori di distanza 67, destinati ad impedire la caduta di un oggetto 1 da prelevare ed a controllarne lo scivolamento in fase di sollevamento, dello stesso da parte del gruppo pinza 30.

La struttura e l’operatività del supporto anticaduta 60 costituiscono oggetto di separata domanda di brevetto depositata in data odierna dalla Richiedente, per cui esse non verranno ulteriormente approfondite nel seguito.

Il dispositivo 10 sopra citato è particolarmente adatto all’attuazione di un metodo per il riconoscimento, la presa ed il riposizionamento di oggetti secondo la presente invenzione.

Una forma di realizzazione di tale metodo verrà nel seguito descritta con riferimento ad una sequenza completa di fasi operative, relative alla localizzazione, al riconoscimento, al prelievo ed al rilascio di un oggetto 1, successivamente al suo riposizionamento. Tale sequenza è effettuabile, sia per prelevare un oggetto disposto sulle scaffalature 220 e posizionarlo sull’unità di carico e scarico 210 per essere successivamente prelevato da un acquirente, sia per prelevare, dall’unità di carico e scarico 210 o da altra zona del negozio appositamente prevista, un oggetto 1 da stoccare nelle medesime scaffalature 220 per riassortire una tipologia di prodotto o per inserirne una nuova.

Il metodo prevede una prima fase di approccio e riconoscimento di un oggetto 1. In tale fase, l’elaboratore centrale del negozio automatizzato (o del magazzino) fornisce all’unità di controllo del dispositivo di prelievo 10 informazioni posizionali di massima sulla collocazione di un oggetto 1 da prelevare. L’unità di manipolazione e trasporto 100, della quale il dispositivo 10 fa parte e che è generalmente, anche se non necessariamente, controllata dalla medesima unità di controllo del dispositivo 10, si porta quindi in corrispondenza dell’oggetto 1 da prelevare. Viene quindi comandato lo spostamento verticale del gruppo pinza 30 fino a portare lo stesso alla quota dell’oggetto 1.

La fase successiva prevede Γ individuazione della sagoma dell’oggetto 1. A questo proposito, l’unità di controllo comanda l’effettuazione di una sequenza programmata di spostamenti combinati delle dita 35,36 in direzione longitudinale, cioè parallela alla scaffalatura 220, e della mensola di scorrimento 31 sul supporto 20 in direzione verticale. In questo modo viene individuata una pluralità di punti di lettura della distanza che separa l’estremità distale delle dita 35,36 dall’oggetto 1 da prelevare. Come già precisato, i vari punti di lettura possono essere disposti su una griglia di passo sufficientemente piccolo, oppure definiti mediante algoritmo idoneo ad ottimizzare i percorsi ed a minimizzare il numero di punti necessari per individuare la sagoma dell’oggetto. Per ciascun punto viene quindi effettuata una misurazione della distanza per triangolazione da parte dell’emettitore laser e del relativo elemento sensibile di ricezione.

L’individuazione della sagoma tridimensionale dell’oggetto 1, almeno per ciò che riguarda la parte visibile dello stesso, viene ottenuta da un apposito programma operante sull’unità di controllo, che individua i bordi dell’oggetto stesso per mezzo dell’aumento improvviso del valore di distanza letto in corrispondenza dei punti di lettura che oltrepassano la sagoma dell’oggetto.

Una scansione tridimensionale effettuata in questo modo, cioè mediante spostamenti ortogonali delle dita 35,36 e dell’intero gruppo pinza 30, consente di ottenere informazioni estremamente precise sulla conformazione dell’oggetto 1, senza le alterazioni di misurazione e la complessità realizzativa tipiche di sistemi di scansione tridimensionale convenzionali, che utilizzano in genere dispositivi a deflessione ed un metodo di scansione sferoidale.

Un ulteriore passo della fase di individuazione della sagoma dell’oggetto 1 prevede la rilevazione della profondità complessiva dell’oggetto, che non può ovviamente essere misurata mediante l’emettitore laser ed il relativo ricevitore. Per tale scopo, le dita 35,36, posizionate in posizione sufficientemente aperta da abbracciare l’ingombro laterale dell’oggetto 1, vengono fatte avanzare verso l’oggetto fino a quando la parte anteriore di questo non si interpone fra il trasmettitore fotoelettrico ed il ricevitore del sensore di presenza 55. Le dita 35,36 vengono fatte quindi avanzare ancora, fino a quando il segnale ottico del trasmettitore raggiunge nuovamente il ricevitore. A questo punto le dita 35,36 racchiudono interamente l’oggetto da prelevare.

La successiva fase di presa dell’oggetto 1 prevede un’operazione di serraggio progressivo delle dita 35,36, fino al raggiungimento del contatto delle stesse con l’oggetto.

Se l’oggetto è di piccole dimensioni, il contatto con le dita 35,36 avviene in corrispondenza dei bracci esterni 351 dei bilancieri 350. Con il progredire del serraggio delle dita 35,36, si incrementa pertanto la pressione esercitata dai bracci esterni 351 sulle corrispondenti celle di carico 355. Il serraggio si interrompe al raggiungimento di una pressione predeterminata, che dipende da alcuni fattori. In primo luogo essa dipende dal peso dell’oggetto, la cui informazione è presente nell’unità di controllo, o perché inserita da un operatore al momento dell’ introduzione dell’oggetto nell’ assortimento del negozio, oppure perché acquisita da un idoneo strumento presente nell’unità di consegna e ritiro 210. In secondo luogo la pressione massima dipende da caratteristiche peculiari dell’oggetto, quali la delicatezza della confezione. Anche tali informazioni possono essere fomite all’unità di controllo.

Al raggiungimento della pressione predefinita, misurata come incremento di pressione sulla cella di carico 355, l’unità di controllo arresta le dita di presa 35,36 e comanda un primo sollevamento del gruppo pinza 30.

Nel caso di oggetti di grandi dimensioni, come già sottolineato in precedenza il contatto avviene, per la presenza dei bilancieri 350, sostanzialmente sull’intera superficie interna delle dita 35,36. Ciò provoca lo scarico della pressione sulla cella di carico 355, che viene rilevato dall’unità di controllo.

In questo caso, la forza di serraggio viene controllata direttamente dall’unità di controllo, mediante lettura del valore del segnale di retroazione in corrente del motore brushless di azionamento delle dita di presa 35,36. Tale lettura viene preferibilmente effettuata elaborando il suddetto segnale di retroazione in corrente attraverso un idoneo filtro osservatore di stato di tipo Kalman, implementato nel programma di gestione dell’unità di controllo.

Successivamente l’unità di controllo comanda il posizionamento del supporto anticaduta 60 in posizione immediatamente al disotto del fondo dell’oggetto 1. Ciò viene ottenuto misurando la distanza dell’oggetto 1 mediante il sensore 67, e rilevando l’improvvisa variazione di distanza che si verifica in corrispondenza del bordo inferiore dell’oggetto.

Se non vi è scivolamento, al raggiungimento di una quota di sollevamento iniziale prefissata viene comandato l’avanzamento del dito anticaduta 66, fino a quando lo stesso non si inserisce al disotto dell’oggetto 1, stabilizzandone la posizione ed impedendone l’eventuale caduta.

A questo punto l’oggetto 1 può essere eventualmente sollevato ancora, e quindi trasportato verso una nuova postazione.

La fase conclusiva di rilascio comprende, naturalmente, il raggiungimento di una posizione leggermente sollevata in corrispondenza della postazione di rilascio, una prima operazione di disimpegno del dito anticaduta 66, un ulteriore abbassamento del gruppo pinza 30 fino al contatto dell’oggetto con la nuova superficie di appoggio 2, e quindi l’apertura delle dita di presa 35,36, fino al loro disimpegno dall’oggetto.

Una possibilità di utilizzo aggiuntivo delle capacità dell’ insieme gruppo pinza -sistema di misurazione puntuale delle distanze di effettuare una scansione spaziale precisa e geometricamente corretta consiste nell’ ulteriore funzione di autoapprendimento iniziale della dimensione e conformazione degli spazi delle scaffalature, quando queste sono vuote. In tal modo è possibile implementare una gestione completamente automatizzata della disposizione degli oggetti da parte dell’elaboratore del negozio, magazzino etc. e prevedere, ad esempio, la disposizione di più oggetti l’uno sopra l’altro, se le caratteristiche meccaniche degli stessi lo consentono.

Un vantaggio offerto dalla presente invenzione consiste nel permettere l’identificazione di oggetti di qualsiasi tipo in un’ampia gamma dimensionale, di peso e di consistenza in termini di rigidità o cedevolezza alla presa, e di fornire inoltre modalità sicure per il loro sollevamento da una postazione originale ed il trasporto verso una nuova postazione.

Un altro vantaggio consiste nella possibilità di gestire spazi di immagazzinamento non predefiniti, ad esempio fomiti da scaffalature convenzionali aventi una o più dimensioni di alloggiamento standardizzate.

Un ulteriore vantaggio dell’invenzione consiste nella possibilità del dispositivo di identificazione, presa e riposizionamento, di sfruttare gli spazi delle scaffalature in maniera ottimale, eventualmente impilando gli oggetti gli uni sugli altri, se vi è spazio disponibile a sufficienza. Tale capacità è fornita dalle caratteristiche di valutazione autonoma degli spazi ottenibili dal sistema di scansione tridimensionale descritto nel presente dispositivo.

Si intende che quanto sopra è stato descritto a titolo puramente esemplificativo e non limitativo. Pertanto, possibili modifiche e varianti deH'invenzione si considerano rientranti nell'ambito protettivo accordato alla presente soluzione tecnica, così come sopra descritta e nel seguito rivendicata.

Claims (28)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per il riconoscimento, la presa ed il riposizionamento di oggetti, detti oggetti 1 aventi caratteristiche dimensionali non predeterminate e disposti su una superficie d’appoggio 2, ottenuto mediante un gruppo pinza mobile 30 secondo almeno una direzione di spostamento longitudinale rispetto ad un oggetto 1 da trattare, una direzione di avvicinamento-allontanamento rispetto al citato oggetto 1, ed una direzione di regolazione dell’ elevazione rispetto allo stesso, detto gruppo pinza 30 essendo comandato da una unità di controllo computerizzata, detto metodo essendo caratterizzato dal fatto di prevedere una qualsiasi idonea combinazione delle seguenti fasi operative: - una fase di approccio e riconoscimento di un detto oggetto 1, comprendente l’approccio di massima di detto gruppo pinza mobile 30 a detto oggetto 1, effettuata con l’ausilio di informazioni posizionali memorizzate in detta unità di controllo; l’individuazione della sagoma di detto oggetto 1, mediante scansione tridimensionale ortogonale effettuata, tramite sequenze di spostamenti di detto gruppo pinza 30, da mezzi misuratori di distanza puntuale 50 disposti in corrispondenza di almeno un dito 35,36 del medesimo gruppo pinza 30, e da mezzi sensori di presenza 55 del medesimo oggetto, atti ad individuare la profondità dello stesso, disposti in testa alle citate dita 35,36 del gruppo pinza 30; - una fase di presa del citato oggetto 1, comprendente un’operazione di serraggio progressivo del citato gruppo pinza 30 fino al raggiungimento di una forza di serraggio predefinita, dipendente dalle caratteristiche fisiche del citato oggetto 1; - una fase di prelievo di detto oggetto 1, comprendente operazioni di sollevamento e movimentazione dello stesso; - una fase di rilascio di detto oggetto 1, comprendente operazioni di approccio del citato gruppo pinza mobile 30 ad una superficie d’appoggio 2, di movimentazione di quest’ultimo gruppo 30 fino al contatto dell’oggetto 1 con detta superficie d’appoggio 2, di apertura delle dita 35,36 del gruppo pinza mobile 30 fino alla perdita di contatto con l’oggetto 1, e di estrazione delle citate dita 35,36 dalla postazione dell’oggetto 1.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l’individuazione della sagoma del citato oggetto 1 comprende l’acquisizione di una pluralità di informazioni puntuali di distanza del citato oggetto 1 da detti mezzi misuratori di distanza puntuale 50, il posizionamento sui diversi punti di acquisizione essendo ottenuto mediante spostamenti delle citate dita 35,36 del gruppo pinza mobile 30 secondo percorsi controllati dalla citata unità di controllo, e l’elaborazione di tali informazioni da parte di quest’ultima per ottenere l’ingombro e la distanza dell’oggetto da detto gruppo pinza 30.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti punti di acquisizione sono organizzati secondo griglie aventi passo predefinito.
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l’individuazione della sagoma del citato oggetto 1 comprende l’acquisizione di informazioni relative all’ingombro in profondità del citato oggetto 1, per mezzo dei citati mezzi sensori di presenza 55, in forma di presenza o assenza di un segnale trasmesso e rispettivamente ricevuto da un trasmettitore e da un ricevitore appartenenti a detti mezzi sensori 55.
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto segnale è un segnale di tipo luminoso.
6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, in detta fase di presa, il citato oggetto 1 viene serrato dalle citate dita di presa 35,36 con l’interposizione di almeno un bilanciere 350, previsto nella faccia interna di dette dita 35,36.
7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che, è previsto un citato bilanciere 350 per ciascun citato dito 35,36.
8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, in detta fase di presa, la forza di serraggio esercitata su un oggetto 1 dalle dita di presa 35,36 del citato gruppo a pinza mobile 30 viene controllata dalla citata unità di controllo secondo almeno due modalità diverse, in funzione delle dimensioni dell’ oggetto 1 da prelevare.
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che, per la presa di oggetti di piccole dimensioni, detta forza di serraggio viene controllata mediante lettura della pressione esercitata dall’oggetto 1 su mezzi misuratori di carico 355 disposti in corrispondenza della porzione distale di almeno uno delle citate dita di presa 35,36.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detti mezzi misuratori di carico 355 sono azionati con l’interposizione di un braccio esterno 351 di un bilanciere 350.
11. 11. Metodo secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che, per la presa di oggetti 1 di grandi dimensioni, detta forza di serraggio viene controllata mediante lettura di un valore del segnale di retroazione in corrente di un motore di azionamento delle citate dita di presa 35,36.
12. 12. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la citata operazione di sollevamento comprende una fase di sollevamento iniziale dell’oggetto 1 per mezzo di detto gruppo pinza 30, in detta fase di sollevamento iniziale essendo previsto un controllo dello scivolamento di detto oggetto 1 da parte di mezzi di supporto anticaduta mobili 60, disposti al disotto del citato gruppo pinza 30.
13. 13. Metodo secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che la movimentazione di detti mezzi di supporto anticaduta 60 è indipendente da quella della citata pinza mobile 30.
14. 14. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l’operazione di approccio della citata fase di rilascio comprende una prima movimentazione dell’oggetto 1 fino al raggiungimento di una posizione sollevata dello stesso al disopra della citata superficie di appoggio 2 ed una successiva operazione di ritiro di mezzi di supporto anticaduta 60 dal fondo dell’oggetto 1, fino al loro disimpegno dall’oggetto 1 medesimo.
15. 15. Dispositivo per il riconoscimento, la presa ed il riposizionamento di oggetti, detti oggetti 1 aventi caratteristiche dimensionali non predeterminate e disposti su una superficie d’appoggio 2, detto dispositivo 10 essendo provvisto di gradi di libertà corrispondenti ad almeno una direzione di spostamento longitudinale rispetto ad un oggetto 1 da trattare, una direzione di avvicinamento-allontanamento rispetto al citato oggetto 1, ed una direzione di regolazione dell’elevazione rispetto allo stesso, ed essendo altresì comandato da una unità di controllo computerizzata, detto dispositivo 10 caratterizzato dal fatto di comprendere: un supporto 20; un gruppo pinza mobile 30, associato a detto supporto e mobile rispetto allo stesso secondo almeno una prima direzione, detto gruppo pinza 30 essendo provvisto di almeno una coppia di dita 35,36 rispettivamente contrapposte, mobili nella citata seconda direzione ed atte a richiudersi ed aprirsi l’una rispetto all’altra, per serrare e rispettivamente rilasciare un oggetto 1, dette dita 35,36 essendo altresì rese mobili di conserva secondo una terza direzione di avvicinamento-allontanamento rispetto al citato oggetto 1; mezzi misuratori di distanza puntuale 50, disposti in corrispondenza di almeno un citato dito 35 del medesimo gruppo pinza 30 ed atti ad effettuare misurazioni puntuali della distanza intercorrente fra Γ estremità distale del relativo citato dito 35 ed il menzionato oggetto 1 per consentire, in cooperazione con idonee sequenze di spostamenti delle citate dita 35,36, l’effettuazione di una scansione tridimensionale ortogonale del citato oggetto 1; mezzi sensori di presenza 55 del medesimo oggetto 1, atti ad individuare la profondità dello stesso, disposti in corrispondenza dell’ estremità distale delle citate dita 35,36; una unità di controllo computerizzata, atta a pilotare detto gruppo pinza 30 ed a ricevere ed elaborare informazioni dai citati mezzi misuratori di distanza puntuale 50 e mezzi sensori di presenza 55.
16. 16. Dispositivo secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che detto supporto 20 comprende un elemento a colonna verticale 21, atto a supportare scorrevolmente il citato gruppo pinza 30, e che detta prima direzione di spostamento definita dal citato supporto 20 coincide con la citata direzione di regolazione dell’elevazione del medesimo gruppo pinza.
17. 17. Dispositivo secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che detto elemento a colonna verticale 21 è provvisto di guide 22 a ricircolo di sfere.
18. 18. Dispositivo secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che detto gruppo pinza 30 comprende un corpo di supporto 33 di dette dita, montato scorrevole a sbalzo su una mensola di scorrimento 31 secondo la citata terza direzione di avvicinamento-allontanamento, detta mensola di scorrimento 31 essendo a sua volta scorrevolmente montata sul citato supporto 20 secondo la citata prima direzione di regolazione dell’elevazione.
19. 19. Dispositivo secondo le rivendicazioni 15 e 17, caratterizzato dal fatto che detta mensola di scorrimento 31 è montata sul citato supporto 20 in posizione orizzontale e perpendicolare a quest’ultimo, che detto corpo di supporto 33 è montato in posizione orizzontale e perpendicolare a detta mensola di scorrimento 31, e che le citate dita 35,36 sono montate perpendicolarmente alla medesima mensola di scorrimento 31 e parallele fra loro.
20. 20. Dispositivo secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che ciascun dito 35,36 comprende un bilanciere 350, disposto sulla faccia interna del relativo dito 35,36 ed imperniato in corrispondenza della porzione centrale dello stesso, detto bilanciere 350 essendo destinato ad agevolare la presa di oggetti 1 aventi dimensioni molto diverse fra loro.
21. 21. Dispositivo secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che almeno un citato dito 35,36 è provvisto di organi misuratori di carico 355, disposti nella porzione distale di detto dito 35,36 e destinati a rilevare la pressione esercitata dallo stesso su oggetti 1 di piccole dimensioni.
22. 22. Dispositivo secondo le rivendicazioni 20 e 21, caratterizzato dal fatto che detti organi misuratori di carico 355 sono costituiti da una cella di carico miniaturizzata.
23. 23. Dispositivo secondo le rivendicazioni 20 e 21, caratterizzato dal fatto che detti organi misuratori di carico 355 sono azionati con l’interposizione del braccio esterno 351 di detto bilanciere 350.
24. 24. Dispositivo secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che detti mezzi sensori di presenza 55 comprendono un emettitore fotoelettrico ed un relativo ricevitore, disposti contraffacciati sulle estremità distali delle facce interne 35a,36a delle citate dita 35,36.
25. 25. Dispositivo secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che detti mezzi misuratori di distanza puntuale 50 comprendono almeno un emettitore di un fascio di luce laser, atto ad emettere detto fascio in direzione del citato oggetto 1 da analizzare, ed un relativo elemento sensibile, destinato a ricevere l’eco del citato fascio laser riflesso dal menzionato oggetto 1, per valutare la distanza di quest’ultimo con tecniche di triangolazione.
26. 26. Dispositivo secondo la rivendicazione 25, caratterizzato dal fatto che è previsto un citato emettitore laser ed un relativo citato elemento sensibile su ciascun citato dito 35,36 di pinza.
27. 27. Dispositivo secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di riconoscimento, presa e riposizionamento di oggetti 10 comprende inoltre mezzi di supporto anticaduta 60 mobili, montati scorrevoli sul citato supporto 20 al disotto del citato gruppo pinza 30 e comandati dalla citata unità di controllo, atti a cooperare con detto gruppo pinza 30 per impedire la caduta o lo scivolamento di detto oggetto 1.
28. 28. Dispositivo secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto di essere montato, in corrispondenza dell’ estremità inferiore 25 del citato supporto verticale 20, su una base 80 mobile ed auto stabilizzante, comandata da un idoneo elaboratore, per operare quale unità di manipolazione e trasporto mobile robotizzata per la gestione degli oggetti 1 in un magazzino o negozio automatizzato 200.