JP2019502617A - モータ駆動カートを用いた倉庫自動化システムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、米国仮特許出願第62/263,966号(2015年12月7日出願)に対する優先権およびその利益を主張し、上記出願は、その全体が参照により本明細書に引用される。
種々の実施形態では、本発明は、倉庫自動化システムおよび方法に関する。特に、システムおよび方法は、倉庫運営生産性を改良する。
図2Aは、本発明の一実施形態による、改良型カートシステム100を描写する。図示されるように、多くの場合、業界においてピッキングカートと称される1つ以上の改良型カート102は、1人以上の倉庫作業者104と一緒に倉庫の方々に在庫を移動させることができる。改良型カート102は、製品をピッキングすること、補充すること、移動させること、仕分けること、および計数を行うことまたは確かめること等、大部分の倉庫タスクを補助するために意図される。これらのカート102は、画面106および/またはオンボード視覚的ならびに/もしくは可聴インジケータの使用を通して、作業者104の成績を改善する情報を作業者104に表示することができる。カート102は、必ずしも、1人の特定の作業者104に割り当てられる必要はない。むしろ、1日を通して、随意に、同時に、作業者104を支援する複数のカート102が存在することができる。同様に、単一カート102は、1日のうちに、随意に、同時に、複数の作業者104と作業し得る。システムは、各カート102の場所および目の前のタスクを完了する各作業者104の識別を追跡し得る。システムは、さらなる分析のために、システム内の関連トランザクション情報(例えば、製品、場所、および作業者)をさらに記憶し得る。
図2Aを依然として参照すると、改良型カート102は、多くの場合、1つ以上の異なる製品を保持するために使用可能な運搬トレイまたは箱の形態における1つまたは多くの類似もしくは異なる保管容器108を搬送するように構成され得る。これらの保管容器108は、改良型カート102から除去可能であり得る。ある場合には、各容器108は、別個のピッキング場所として使用されることができる(すなわち、1つの容器108は、単一注文である)。他の場合には、容器108は、バッチピッキングのために使用されることができる(すなわち、各容器108は、複数の完全または部分的注文を含むことができる)。各容器108は、ピッキング後の仕分けおよび処理のために、1つまたは多くの異なるステーションに割り当てられ得る。一実施形態では、容器108のうちの1つ以上のものは、複数のタイプの製品のバッチピッキング専用であり、別の1つ以上の容器108は、単一製品の複数の数量のピッキング専用である(例えば、1つのアイテムのみを有する注文のため)。この単一ピッキングは、倉庫が、二次仕分けをスキップし、製品を直接梱包ステーションに配達することを可能にする。別の実施形態では、容器108のうちの1つ以上のものは、注文ピッキング(例えば、潜在的に時間に敏感な注文のため)に割り当てられ、容器108のうちの1つ以上のものは、バッチピッキングに割り当てられる(例えば、より低いコストまたはあまり時間に敏感ではない注文のため)。さらに別の実施形態では、容器108のうちの1つ以上のものは、製品を保管場所に補充するために使用されるであろう、製品を搬送する。別のオプションは、改良型カート102が、梱包および出荷ステーション等の異なるステーション間で、必要に応じて、倉庫全体を通して製品を移動させ、および/または出荷することである。さらに別の実装では、容器108のうちの1つ以上のものは、空のままにされ、在庫管理のために倉庫において規則的に行われる循環計数タスクの一部として、容器108の中に入れ、次いで、そこから戻す製品の計数を補助する。タスクは、1つのタスクタイプ専用モードで完了され得るか、または異なるタスクタイプにわたって交互的に扱われ得る。例えば、作業者104は、製品を改良型カート102上の容器「1」の中にピッキングし、次いで、製品を改良型カート102上の容器「2」からつかみ取り、それらを同一製品通路に収納するように指示され得る。
今日の大部分のシステムは、それらのユーザインターフェースのための画面に大きく依拠する。本明細書に説明されるシステムは、画面106を含み、画面106から離れた有意な量のユーザインターフェース/ユーザ体験をさらに特徴とする。例えば、改良型カート102上の照明は、カートの保管容器108の中に入れられる、またはそこから取り出される任意の製品の供給源および/または目的地を点灯するために使用され得る。図2Aは、車のテールライトに類似する、カート102の後方における照明場所110を示し、各保管容器108場所の下方のライト112も示す。この照明は、作業者104が、命令のための画面106を最小限見る必要があるか、または全く見る必要がないように、タスクに基づいて色を変化させ得る。改良型カート102に及ぶ任意の保管容器108は、任意の側から可視であるために、または製品が取り出されるか、もしくは入れられるべき改良型カート102の側に関するインジケータとして、いずれの側も照明し得る照明112を有し得る。照明112は、多くの区画に細かく分割可能であってもよく、光を物理的に変化させずに、1つまたは多くの保管容器108を照明するように構成されることができる。1つのみの容器108が存在する場合、光インジケータ112全体が、点灯し得る。2つ以上の保管ユニット108が存在する場合、照明インジケータ112は、各容器108が個々に示され得るように、2つ以上の区画に分割され得る。LEDストリップ照明または他の好適な照明が、利用され得る。
作業中の作業者104にシステム情報を示すユーザインターフェースのいくつかは、作業者104が倉庫内でそのタスクを完了するためにかかる時間を短縮することに役立つように、画面上に提示され得る。そのようなグラフィカルユーザインターフェース画面は、移動式カート102上に位置し得るか(例えば、図2Aに描写される例示的画面106と同様に)、またはグラフィカルユーザインターフェース画面は、作業者によって所有され得る(例えば、タブレットもしくはスマートフォン等のモバイルコンピュータ上、または手首搭載型画面上)。
倉庫で作業している作業者104は、多くの場合、物理的に困難でかつ精神的に退屈な作業を受け持つ。種々の実施形態では、本明細書に説明されるシステムは、いくつかの方法において、各作業者104から最良生産性を引き出し、彼らを動機付ける。1つの方法は、作業者104をその作業に精神的に従事および集中した状態に保つことである。これは、エラー率を低減させ、生産性を増加させる。ゲーミフィケーション方法を使用して、競争環境を作り出すことは、これらの目標の多くを達成することができる。リアルタイムスコア、日間/週間/月間高スコア、または成績傾向を記録することによって、作業者104は、互いに、および/または自身と競合する。いくつかの倉庫動作では、作業者の報酬の一部は、ある率または他の成績指標に到達もしくは超過したことに基づいて、その個々の成績に結び付けられる。大部分の広く使用されているシステムでは、作業者104は、そのシフトの終了時または週末にのみ、その成績について知る。本明細書に説明されるシステムの実施形態では、作業者の成績は、種々の個人およびチーム目標に到達するように継続して通知される、または動機付けされるように、リアルタイムで示される(例えば、画面106を介して、または頭上ディスプレイ等の別のディスプレイを介して)。
依然として、図4を参照すると、一実施形態では、改良型カート102は、倉庫の方々にナビゲートし、その中で作業者104および製品と相互作用するためにそれが使用するいくつかのセンサ214、216を有する。例えば、改良型カート102は、カート102の正面に位置するセンサ214および/またはカート102の後方に位置するセンサ216を有し得る。レーザ測距、構造化光センサまたは単なるカメラ等のセンサが、倉庫内の改良型カート102の位置を特定し、カートの進路内の可能な障害物を検出するために使用され得る。同時場所特定およびマッピング(SLAM)等の技法が、倉庫のデジタルマップを作成または拡張し、倉庫内のカート102の位置を特定するために使用されることができる。この情報は、それが倉庫内の変化について更新された情報を継続的または周期的に受信するように、倉庫内の複数の改良型カート102間で共有され得る。
改良型カート102は、特に、それらが、自給式である場合、それらの安全性にかかわらず、最初は、倉庫内で作業者104を躊躇させ得る。これは、カート102が移動する方法および時を把握していないので、作業者104の気を散らし、または彼らにカート102と慎重に相互作用させ得る。この躊躇は、生産性に悪影響を及ぼし得る。この懸念に対処するために、カートの移動は、カート102が、移動、停止、および/または方向転換を始めるとき、視覚的フィードバックを作業者104に与えることによって、より明らかにされ得る。加えて、任意の学習曲線を低減させるために、カートは、一実施形態では、大部分の人々が親しみやすいもの、すなわち、自動車を模倣する。1つのそのような実施形態では、改良型カート102は、従来の車と可能な限り同様の見た目かつ同様に活動するように構成される。これは、作業者104を快適にし、作業者が改良型カート102から期待すべきものを理解する、方向指示器、ブレーキライト、ならびに他の視覚的および可聴合図を含む。
異なる作業者104は、異なる技術レベル、速度、身長、および他の特性を有し、それらは、彼らが最良能力を発揮するタスクならびにそれらのタスクを最良に行わせる方法に影響を及ぼす。作業者の技術は、作業者が1つ以上のタスクもしくは他の動作において学習し、より多くの経験を重ねるにつれて、進化し得る。一実施形態では、本明細書に説明されるシステムは、ニューラルネットワーク等の機械学習技法、サポートベクターマシン、およびその他、すなわち、種々の作業者104間のワークフローを通して学習し、どの作業者104にどのタスクが割り当てられるかを最適化する。例えば、システムは、異なるレベルの棚上にある製品にアクセスするためにかかる時間(例えば、作業者の身長に起因する)または製品重量が作業者のピッキング率に影響を及ぼす程度(例えば、作業者の強度に起因する)等の特性を学習し、次いで、タスクをこれらのタスクを最良かつ最も迅速に行うことが可能な作業者104に割り当てることができる。前述のように、システムは、個々の作業者の歩行速度も学習し、改良型カート102の速度を設定し得る。システムによって対処される別の問題は、タスクの正しい混合を作成し、作業者成績を最適化するように、交互配置(すなわち、ピッキングおよび補充のような複数のタスクタイプの混合)の実際のコストを理解することである。
図5は、本発明の一実施形態による、顧客注文を出荷する倉庫を通した製品のフローを描写するブロック図である。図5に描写されるシステムの種々の実施形態では、改良型カート102は、倉庫作業者104と協働し、作業者104のそのタスクを支援し、製品を倉庫の異なるエリア間で移動させる。これらの改良型カート102は、モータによって推進され、製品を倉庫の方々に運送し、人々が、そうでなければ、非自動化された倉庫内で製品を手動で移動させることに費やすであろう、時間量を短縮させ得る。
図5に描写される例示的システムでは、入庫製品が差し向けられ得る3つのオプションが存在する(すなわち、経路A、B、およびC)。種々の実施形態では、改良型カート102は、入庫からの製品を製品が保管されるこれらのエリアの各々に差し向け、および運送する。「アクティブイーチピックエリア」320は、顧客注文のためにピッキングされる準備ができた製品を保管する。「予備バルク保管エリア」322は、調達エリア320内に収まるために大きすぎる製品、または「アクティブイーチピックエリア」320内に保管される製品のための予備数量である製品を保持する。「クロスドック」エリア324を通過する製品は、倉庫内に保管されず、その最終目的地に輸送中である。この製品は、経路Hを介して「梱包」エリア326内の他の製品と融合されるか、または直接経路Iを介して出庫エリア328に発送されるかのいずれかであり得る。
顧客注文が、倉庫に割り当てられると、システムは、アイテムをピッキングための最適リソース(改良型カート102を伴う作業者104、カートを伴わない作業者104、フォークリフト、または他の材料取り扱い車両もしくは装置)を決定し得る。製品は、「アクティブイーチピックエリア」320または「予備バルク保管エリア」322内に保管され得る。製品が、「アクティブイーチピックエリア」320内にある場合、製品は、ピッキングされ、「荷物仕分け」330(経路Dを介して)または「梱包」エリア326(経路Fを介して)のいずれかに運送され得る。「荷物仕分け」330は、製品が個別の顧客注文に融合されるエリアである。この仕分けが発生する必要がない場合、製品は、直接、「梱包」エリア326に移動させられ得る。製品が「予備バルク保管エリア」322内にある場合、経路Eを介して「アクティブイーチピックエリア」320に移動させられるか、または経路Gを介して「梱包」エリア326に発送され得る。アイテムが個別の注文(プロセスJを介して)に仕分けされると、それらは、輸送業者、目的地地域、または配達方法別に追加の仕分けを行う必要があり得る。「出荷仕分け」332が、生じ得(プロセスKを介して)、その後、注文は、出庫エリア328において、顧客への出荷のためのトラックまたは他の車両上に積載される。
図6は、本発明の一実施形態による、ピッキング後の仕分けステーションを図式的に図示する。倉庫作業者104が、改良型カート102の中にピッキング後、カート102は、ピッキング後の仕分けのための複数のステーションに発送され得る。いくつかのステーションでは、仕分けは、作業者104によって行われる。他のステーションでは、ロボットアーム434が、製品アイテム436、438を改良型カート102上の保管エリア108からピッキングし、それらを一意の顧客注文に割り当てられた特定の置場440の中(例えば、仕分け棚442上)に入れる。図6では、菱形436および三角形438は、ロボットアーム434によって仕分け棚442の中に移動させられている異なる製品を表す。顧客注文のための最終アイテムが、棚442の中に入れられた後、作業者104は、通知され、注文は、出荷のために梱包される。これは、図5に描写される「荷物仕分け」プロセス330が自動化されることを可能にする。いくつかの実施形態では、改良型カート102が、このタイプの異なるステーションにおいて複数回停止するか、または、複数の改良型カート102が、これらのステーションにおいて停止し、顧客注文または出荷を完了する。
種々の実施形態では、複数の改良型カート102が同一倉庫内で作業しており、システムが単独よりも良好に作業するようにカート102を協調させるという利点がある。倉庫レイアウトの検出された変化、障害物に関する情報、ならびに作業者104およびカート102または他の追跡された機器の場所等のナビゲーション情報が、改良型カート102間で共有され、それらがより良好にナビゲーション選択を行うことを可能にすることができる。一実施形態では、改良型カート102は、それらが輻輳した倉庫床場所または通路をより効果的にナビゲートすることを可能にする厳密な提案またはルールが与えられる。これは、輻輳エリアをナビゲートするために要求される計算が簡略化されるように、種々の通路および開放エリアに方向性を割り当てることによって行われ得る。
一実施形態では、システムは、容器108のサイズ、容量、および/または場所等の異なる構成を有するカート102に対応する。例えば、システムは、改良型カート102の異なる構成を維持し、製品のタスク属性、作業者、またはタスクタイプ(例えば、計数、ピッキング、補充等)に対応するための正しい構成を割り当て得る。
要求されないが、システムは、概して、改良型カート102がそれ自身の電力下で移動する場合、より良好に能力を発揮する。これは、作業者104によって歩行される時間量を短縮し、カート102を押し引きするときに作業者104が通常行う必要がある作業量を低減させる。以下にさらに議論される図8における表を参照されたい。加えて、カート102は、1人以上の作業者104をその作業のための正しい場所に誘導し、次いで、必要に応じて、タスクの場所の傍で停止、減速、または運転し得る(例えば、低速で)。
種々の実施形態では、特殊頭上カメラが、使用され、カート102、作業者104、フォークリフト、および他の移動式機器を追跡する。これらの頭上カメラは、追跡される物体上に設置された識別マークを探すことができる。図7は、本発明の一実施形態による、概略倉庫レイアウトおよび頭上カメラ544の場所(図7では、星544として描写される)を示す。識別マークは、物体の自然形状または可視もしくは非可視スペクトルのいずれかにおける特殊パターンであり得る。特殊カメラ544は、次いで、種々の物体を追跡し、その位置を物理的場所に変換することができる。この情報は、一連のカメラ544から収集され得る。いくつかの実施形態では、これらのカメラ544は、天井の近傍に位置する。カメラ544は、互いから独立して画像データを収集し、多くの場合、その対象エリア内で重複することができる。種々のアプローチが、複数のカメラのデータストリームを融合するために採用され得る。第1のアプローチは、画像データの各組を撮影し、それらを一緒に融合し、結果として生じるメタ画像内のパターンを探すことである。第2の方法は(通常、計算上優れている)、各アイテムを単一カメラ544で追跡し、次いで、場所情報を重み付けされた形態で一緒に組み合わせ、最終場所情報を得ることである。アイテムを幾分重複する画像を有していないカメラ544で追跡することも可能であるが、追跡データの品質は、概して、より多く重複がある場合、より優れている。加えて、サブサンプリング技法が、カメラ544の基礎分解能より正確な場所のサブピクセル正確度を得るために使用されることができる。
種々の実施形態では、システムは、随時、倉庫内の改良型カート102の場所を把握し、改良型カート102は、棚通路および倉庫の他のエリアを巡回して作業者104を先導する。改良型カート102は、システムによって決定された速度で移動する。作業者104を先導することによって、改良型カート102は、ワークステーションに隣接する、または保管場所内の特定の場所における誤った方向転換および停止を防止し、作業者104の生産性を増加させることができる。作業者104が、カート102のペースに追い付いていない場合、システムは、適合し、分析および成績監視のために、この情報を記憶することができる。種々の実施形態では、改良型カート102は、オーディオおよび視覚的インジケータを使用して、作業者104がカートの移動を予期し得るように、作業者104のために改良型カート102をより容易に追従させやすくする。
ピッキングプロセスは、7つのステップ、すなわち、置場までの歩行、置場の発見、製品の検索、製品のつかみ取り、製品が正しいことの確認、容器108の中への製品配置、および次のタスクの要求としてモデル化され得る。一般に、システムは、これらのステップのうちの6つの時間を短縮する(製品のつかみ取りを除く全て)。図8では、提案される時間節約が、手動カートピッキングと改良型カートピッキングとの間の典型的バッチピッキングにおける7つのステップの各々に対して見積もられている。
Claims (30)
- 倉庫運営生産性を改良するように適合された倉庫自動化システムであって、前記システムは、
倉庫内で製品を運送するための複数のカートと、
コントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記複数のカートのうちの第1のものを第1の人物に関連付けることと、前記倉庫の方々に前記第1の人物を先導するように前記第1のカートを制御することとを行うように適合されている、システム。 - 前記コントローラは、前記第1の人物の通常ペースと等しい速度および前記第1の人物の通常ペースより速い速度のうちの少なくとも1つで前記第1のカートを移動させるようにさらに適合されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記コントローラは、前記第1の人物に向けた前記第1のカートの設定を設定することと、第2の人物が前記第1のカートに関連付けられると、前記第1の人物と異なる前記第2の人物に向けた前記第1のカートの設定を設定することとを行うようにさらに適合されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記コントローラは、前記第1の人物の能力に基づいて、タスクを前記第1の人物に割り当てるようにさらに適合されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記コントローラは、前記第1のカートが前記第1の人物に関連付けられている同じ時に、前記複数のカートのうちの第2のものを前記第1の人物に関連付けるようにさらに適合されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記コントローラは、前記第1のカートが前記第1の人物に関連付けられている同じ時に、前記第1のカートを前記第1の人物と異なる第2の人物に関連付けるようにさらに適合されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1のカートは、製品を受け取るための少なくとも1つの容器を備えている、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1のカートは、前記第1のカートを推進するためのモータを備えている、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1のカートは、情報を前記第1の人物に通信するための画面上インターフェースおよび画面外インターフェースのうちの少なくとも1つを備えている、請求項1に記載のシステム。
- 前記画面上インターフェースは、前記倉庫内の前記第1のカートの物理的場所、前記倉庫内のある製品の物理的場所、前記第1の人物に割り当てられた現在のタスク、種々のタスク間の時間、前記倉庫における優先順位、および前記第1の人物の成績のうちの少なくとも1つに関する情報を通信するように適合されている、請求項9に記載のシステム。
- 前記画面外インターフェースは、照明およびオーディオ源のうちの少なくとも1つを備えている、請求項9に記載のシステム。
- 前記照明は、製品が配置されるべき、または製品が取り出されるべき前記第1のカート上の容器を識別するように適合されている、請求項11に記載のシステム。
- 前記照明は、前記第1の人物に割り当てられたタスクに応じて異なるように適合されている、請求項11に記載のシステム。
- 前記照明は、前記第1のカートのステータス、前記第1のカートの健全性、前記第1のカートの移動速度、および前記第1のカートの方向における変化のうちの少なくとも1つに関する情報を通信するように適合されている、請求項11に記載のシステム。
- 前記オーディオ源は、前記第1の人物に割り当てられたタスクのステータス、前記第1のカートの複数の人物への近接度、および前記第1のカートのステータスのうちの少なくとも1つに関する情報を通信するように適合されている、請求項11に記載のシステム。
- 前記第1のカートは、少なくとも部分的に、前記第1のカートからの前記第1の人物の距離を識別すること、前記倉庫内における前記第1のカートの位置を決定すること、および前記第1のカートの経路内の障害物を識別することのうちの少なくとも1つのためのセンサを備えている、請求項1に記載のシステム。
- 前記製品を処理するための少なくとも1つのワークステーションをさらに備えている、請求項1に記載のシステム。
- 前記ワークステーションは、ロボットアームを備えている、請求項17に記載のシステム。
- 前記ワークステーションは、仕分けステーション、梱包ステーション、出荷ステーション、キット化ステーション、個人化ステーション、およびギフト包装ステーションから成る群から選択される、請求項17に記載のシステム。
- 前記第1の人物および他の人物のリアルタイム成績指標を表示するためのディスプレイをさらに備えている、請求項1に記載のシステム。
- (i)前記複数のカート、前記第1の人物、および材料取り扱い機器を監視することと、(ii)各カートの場所を決定することとを行うように適合された複数の頭上カメラをさらに備えている、請求項1に記載のシステム。
- 倉庫の運営生産性を自動化および改良する方法であって、前記方法は、
第1の人物を倉庫内で製品を運送するための複数のカートのうちの第1のものに関連付けるステップと、
前記倉庫の方々に前記第1の人物を先導するように前記第1のカートを制御するステップと
を含む、方法。 - 前記制御するステップは、前記第1の人物の通常ペースと等しい速度および前記第1の人物の通常ペースより速い速度のうちの少なくとも1つで前記第1のカートを移動させることを含む、請求項22に記載の方法。
- 前記第1の人物が前記第1のカートに関連付けられている同じ時に、前記第1の人物を前記複数のカートのうちの第2のものに関連付けることをさらに含む、請求項22に記載の方法。
- 前記第1の人物が前記第1のカートに関連付けられている同じ時に、前記第1の人物と異なる第2の人物を前記第1のカートに関連付けることをさらに含む、請求項22に記載の方法。
- 前記第1の人物の能力に基づいて、タスクを前記第1の人物に割り当てることをさらに含む、請求項22に記載の方法。
- 前記第1のカート上の容器を照明し、製品が配置されるべき、または製品が取り出されるべき前記容器を識別することをさらに含む、請求項22に記載の方法。
- 前記第1の人物に割り当てられたタスクに応じて、前記第1のカート上の容器を異なるように照明することをさらに含む、請求項22に記載の方法。
- オーディオ源によって、前記第1の人物に割り当てられたタスクのステータス、前記第1のカートの複数の人物への近接度、および前記第1のカートのステータスのうちの少なくとも1つに関する情報を通信することをさらに含む、請求項22に記載の方法。
- 前記第1の人物および他の人物のリアルタイム成績指標を表示することをさらに含む、請求項22に記載の方法。
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