CN107635891B - 机器人库存处理 - Google Patents

Abstract

一种库存处理系统(20、150)，包括用于安装在水平地板(24)的上方的多个搁架单元(22)。每个搁架单元包含搁架(28)的竖直阵列，容器(30)放置在搁架上。一个或更多个地板机器人(36)在地板上沿第一路径在搁架单元之间行进。一个或更多个升降机器人(32、80、120、152)在竖直平面中沿第二路径在搁架单元的竖直面上独立于地板机器人移动，并且在搁架和地板机器人之间转移所述容器。

Description

机器人库存处理

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年6月9日递交的美国临时专利申请62/173,130的权益，该临时专利申请通过引用并入本文。

发明领域

本发明总体上涉及自动化，并且具体地涉及用于自动化库存处理(inventoryhandling)的系统、方法和机器人设备。

背景

配送中心(DC)是在线零售供应链的关键环节之一，并且也是关键的瓶颈之一。DC通常存放大量库存的产品，诸如具有不同类型、尺寸、包装以及其它物理特性的杂货物品。响应客户订单，DC中的人员拾取所需的库存物品并将其包装成可输送的包裹，以发货给客户。

已经开发了许多系统以用于自动地将库存物品移动到仓库中的搁架和从搁架移动库存物品。例如，美国专利申请公开2015/0071743描述了通过使用自动化交通工具来选择和组合出站容器中的物品的方法和装置，自动化交通工具中的每一个都包括用于自动装载和卸载有效载荷的装置。交通工具通过经由道路网络在工作空间内移动物品的容器来执行转移功能和运输功能。在计算机控制下，自动化交通工具在进入接纳站、中间仓储位置和外送订单组装站(outgoing order-assembly stations)之间转移和运输物品单元的箱式容器(case containers)，在外送订单组装站中全部容器或单个物品单元在出站容器中被组合。

作为另一个示例，美国专利申请公开2015/0068875描述了一种材料处理的系统和方法，其中线性转移系统由多个传送单元组成，该多个转移单元一致地以线性运动行进越过第一加工站的输入端和输出端。转移单元或者从输出端接纳物品以及将物品卸下到输入端或在第一处理站和第二处理站之间转移物品。控制器以增强处理站的操作的方式对转移单元与第一输入端和输出端之间或在第一处理站和第二处理站之间的物品进行排序。

概述

在下文所描述的本发明的实施方案提供了用于自动化库存处理的改进的系统、方法和机器人设备。

因此，根据本发明的实施方案，提供了一种库存处理系统，该库存处理系统包括用于安装在水平地板的上方的多个搁架单元，每个搁架单元包含搁架的竖直阵列，容器放置在搁架上。一个或更多个地板机器人配置成在地板上沿第一路径在搁架单元之间行进。一个或更多个升降机器人配置成在竖直平面中沿第二路径在搁架单元的竖直面上独立于地板机器人移动，并且配置成在搁架和地板机器人之间转移容器。

在所公开的实施方案中，地板机器人配置成将容器从搁架单元传送到包装站，并配置成将容器输送到升降机器人，以放置在搁架上。另外地或替代地，搁架单元在地板上方是升高的，并且地板机器人配置成在搁架单元旁边的通道的位置处从升降机器人接纳容器，并且配置成在搁架下方行进，以便将容器输送到目的地。

在一些实施方案中，多个搁架单元并排地布置在地板上，在相邻搁架单元的竖直面之间具有预定间隙，并且升降机器人配置成在间隙内沿第二路径移动。通常，升降机器人配置成在间隙内移动时，与间隙两侧的搁架单元接合。另外地或替代地，升降机器人配置成彼此独立地移动，使得在相邻的搁架单元之间具有相同间隙的情况下，升降机器人中的两个或更多个可以沿相应的第二路径同时移动。在一个实施方案中，升降机器人配置成从搁架单元的竖直面自主地脱离到地板机器人上，并且地板机器人配置成在搁架单元之间将升降机器人从一个间隙运输到另一个间隙，由此升降机器人在其它间隙中与搁架单元的竖直面重新接合。

在所公开的实施方案中，升降机器人在竖直平面中具有分别沿竖直方向和水平方向的第一行进模式和第二行进方式，并且第二路径包含由升降机器人分别以第一行进模式和第二行进模式穿越的竖直路径节段和水平路径节段。

在一些实施方案中，搁架在竖直平面中具有水平前边缘，并且搁架单元包括在搁架的水平前边缘之间延伸的竖直柱，并且升降机器人在穿越竖直路径节段时，接合竖直柱，以及在穿越水平路径节段时，接合搁架的水平前边缘。在一个实施方案中，搁架单元包括沿竖直柱布置的竖直的带齿齿条，并且升降机器人包括小齿轮，小齿轮配置成接合该带齿齿条，以便沿至少竖直路径节段推进升降机器人。在另一个实施方案中，升降机器人包括轮子，轮子配置成抵靠竖直柱和水平前缘滚动，并且该系统包括绞盘，绞盘包括连接到升降机器人的缆线，并且绞盘配置成沿竖直路径节段升高和降低升降机器人。

在又一个实施方案中，搁架单元包括从竖直面向外延伸的突出物的阵列，并且升降机器人包括链条导引件和链条，该链条配合在链条导引件上并配置成在围绕链条导引件旋转时，接合突出物以沿至少竖直路径节段推进升降机器人。

根据本发明的实施方案，还提供了一种库存处理装置，该库存处理装置包括竖直的带齿齿条和水平的带齿齿条的第一构架(framework)和第二构架，该第一构架和第二构架配置成部署在第一搁架单元和第二搁架单元的相应竖直面上，该第一搁架单元和第二搁架单元包含搁架的竖直阵列并且并排地布置，在相应竖直面之间具有预定间隙。升降机器人配置成在间隙内沿竖直路径和水平路径行进，并且包括：框架(frame)，该框架配置成将物品运输到搁架和从搁架运输物品；以及第一组小齿轮和第二组小齿轮，该第一组小齿轮和第二组小齿轮配置成分别接合第一构架和第二构架中的带齿齿条。至少一个马达配置成驱动小齿轮以沿竖直路径和水平路径推进框架。

在所公开的实施方案中，框架包括至少一个提取器臂，该至少一个提取器臂配置成延伸穿过构架并且配置成将物品从搁架拖入到框架中来运输。

在所公开的实施方案中，水平的带齿齿条被固定到搁架的相应的前边缘，而竖直的带齿齿条被固定到在搁架之间延伸的竖直柱。另外地或替代地，第一组小齿轮和第二组小齿轮中的每一组包括至少第一小齿轮和第二小齿轮，该第一小齿轮和第二小齿轮分别附接到框架的相对侧并且配置成沿竖直的带齿齿条和水平的带齿齿条的相应第一平行节段和第二平行节段旋转。

进一步另外地或替代地，第一组小齿轮和第二组小齿轮中的每一组包括可以在竖直配置和水平配置之间旋转的至少一对第一小齿轮和第二小齿轮，在竖直配置中，第一小齿轮竖直地定位在第二小齿轮的上方，以用于沿竖直的带齿齿条行进，在水平配置中，第一小齿轮和第二小齿轮水平地并排定位，以用于沿水平的带齿齿条行进。在一些实施方案中，第一小齿轮和第二小齿轮包括相应的第一轴和第二轴，其中第一组小齿轮和第二组小齿轮中的每一组包括接头(joint)，接头连接到轴并且配置成在竖直配置和水平配置之间旋转轴。在所公开的实施方案中，接头包括制动器，该制动器配置成在沿竖直的带齿齿条和水平的带齿齿条行进期间，在竖直配置和水平配置中的每一个中分别锁定轴，并且配置成释放轴，以用于在竖直配置和水平配置之间在竖直路径和水平路径之间的过渡点处旋转。

另外地或替代地，构架包括在构架中的拐角处的弯曲的过渡齿条节段，在拐角处，竖直的带齿齿条和水平的带齿齿条相交，并且第一小齿轮和第二小齿轮配置成在拐角处围绕接头旋转，以便在竖直路径和水平路径之间的过渡点处接合弯曲的过渡齿条节段。

根据本发明的一个实施方案，另外提供了一种库存处理装置，该库存处理装置包括突出物的第一阵列和第二阵列，突出物的第一阵列和第二阵列以预定图案布置在第一搁架单元和第二搁架单元的相应竖直面上，该第一搁架单元和第二搁架单元包含搁架的竖直阵列并且并排地布置，在相应的竖直面之间具有预定间隙。升降机器人配置成在间隙内沿竖直路径和水平路径行进，并且包括配置成将物品运输到搁架和从搁架运输物品的框架。第一链条驱动器和第二链条驱动器分别设置在框架的相对的第一侧和第二侧上，并且包括链条导引件和链条，链条配合在链条导引件上并且配置成在围绕链条导引件旋转时，分别接合第一阵列和第二阵列中的突出物。至少一个马达配置成驱动链条围绕链条导引件旋转，以沿竖直路径和水平路径推进框架。

在所公开的实施方案中，突出物包括圆柱形销。另外地或替代地，突出物从搁架的前边缘和在搁架之间延伸的竖直柱突出。进一步另外地或替代地，第一链条驱动器和第二链条驱动器中的每一个包括第一链条导引件和第二链条导引件以及第一链条和第二链条，该第一链条和第二链条分别配合在第一链条导引件和第二链条导引件上并且配置成沿第一搁架单元或第二搁架单元的相应竖直面上的突出物的阵列的相应的平行节段，接合突出物。

在一些实施方案中，突出物的预定图案包括突出物的竖直列和水平行，并且链条导引件在竖直配置和水平配置之间是可旋转的，在竖直配置中链条与竖直列中的突出物接合，以便沿竖直路径推进框架，以及在水平配置中，链条与水平行中的突出物接合，以便沿水平路径推进框架。在所公开的实施方案中，链条导引件具有长圆形形状，并且该长圆形形状的长轴线在竖直配置中竖直地定向并且在水平配置中水平地定向。另外地或替代地，链条驱动器中的每一个包括：致动器，致动器被耦合以使每个链条导引件围绕相应的轴线在链条导引件的竖直定向和水平定向之间旋转；以及锁，其配置成在升降机器人沿竖直路径行进期间，将链条导引件保持在竖直定向上，并且配置成释放链条导引件以旋转到水平定向，用于沿水平路径行进。

根据本发明的实施方案，另外提供了一种库存处理装置，该库存处理装置包括竖直导轨和水平导轨的第一构架和第二构架，该竖直导轨和水平导轨的第一构架和第二构架配置成部署在第一搁架单元和第二搁架单元的相应竖直面上，该第一搁架单元和第二搁架单元包含搁架的竖直阵列并且并排地布置，在相应的竖直面之间具有预定间隙。升降机器人配置成在间隙内沿竖直和水平路径行进，并且包括：框架，其配置成将物品运输到搁架和从搁架运输物品；以及轮子，轮子分别连接到框架的相对侧并配置成在升降机器人沿竖直路径和水平路径行进期间，分别接合第一搁架单元和第二搁架单元的相应竖直面上的竖直导轨和水平导轨。至少一个马达配置成驱动轮子，以沿水平路径推进框架。绞盘包括连接到框架的缆线，并且配置成沿竖直路径升高和降低框架。

在所公开的实施方案中，水平导轨从搁架的相应前边缘延伸，而竖直导轨从在搁架之间延伸的竖直柱延伸。另外地或替代地，绞盘悬挂在间隙上方并且配置成当升降机器人沿水平路径行进时，沿间隙的长度行进。

在一些实施方案中，轮子包括配置成接合竖直导轨的竖直轮子和配置成接合水平导轨的水平轮子，其中至少一个马达配置成驱动水平轮子。在所公开的实施方案中，该装置包括至少一个致动器，该至少一个致动器配置成在升降机器人沿水平路径行进期间，使竖直轮子与竖直导轨脱离，并且配置成在升降机器人沿竖直路径行进期间，使水平轮子与水平导轨脱离。

此外，根据本发明的实施方案，还提供了一种用于库存处理的方法，该方法包括将容器放置在多个搁架单元中的搁架上，该多个搁架单元安装在水平地板的上方，每个搁架单元包含搁架的竖直阵列。在指定待从搁架单元中的一个搁架单元中的搁架中的一个搁架上的当前位置转移到指定目的地的容器时，操作地板机器人以沿第一路径在搁架单元之间行进到达会合点。操作升降机器人，以在竖直平面上中沿第二路径在搁架单元中的一个搁架单元的竖直面上独立于地板机器人移动到指定的容器的当前位置，并配置成将指定的容器从当前位置转移到会合点处的地板机器人。然后使用地板机器人将指定的容器运输到指定目的地。

在所公开的实施方案中，该方法包括将地板机器人上的指定的容器从会合点传送到包装站。另外或替代地，将容器放置在搁架上包括将容器从地板机器人输送到升降机器人，以放置在搁架上。

进一步另外地或替代地，操作升降机器人包括致动升降机器人上的至少一个提取器臂，以延伸穿过搁架单元中的一个搁架单元的竖直面，并将所指定的容器从当前位置拖入到升降机器人中来运输。

根据结合附图进行的本发明的实施方案的以下详细描述，本发明将得到更完全地理解，在附图中：

附图简述

图1是根据本发明的实施方案的自动化配送中心的示意性立体图示；

图2是根据本发明的实施方案的自动化配送中心中的机器人和搁架单元的示意性侧视图；

图3是根据本发明的实施方案的用于在水平表面上方运输容器的机器人的示意性立体图示；

图4是根据本发明的实施方案的用于沿竖直平面中的路径运输容器的机器人的示意性立体图示；

图5是示出根据本发明的实施方案的用于沿竖直平面中的路径运输容器的机器人的细节的示意性立体图示；

图6是示出根据本发明的实施方案的图5的机器人的进一步细节的示意性立体图示；

图7是示出根据本发明的另一个实施方案的用于沿竖直平面中的路径运输容器的机器人的细节的示意性立体图示；

图8-10是根据本发明的实施方案的图7的机器人的示意图，示出了机器人从竖直行进配置转换到水平行进配置的连续阶段；

图11是根据本发明的又一个实施方案的搁架单元和机器人的示意性立体图示，机器人用于沿搁架单元的竖直面上的路径运输容器；以及

图12和图13是示出根据本发明的实施方案的图11的机器人分别处在竖直行进配置和水平行进配置中的细节的示意性立体图示。

具体实施方式

综述

本文中描述的本发明的实施方案提供了用于库存处理的机器人解决方案，其使得大量多样化的物品能够以高密度储存并以高通过量运输到紧凑型设施中以及从紧凑型设施中运出。这些解决方案在零售配送中心中是特别有效的，例如，响应客户订单拾取和包装杂货物品。这些解决方案使这些设施能够变得足够地紧凑，以局部地进行部署，并可能附接到现有的“实体企业”的零售场所。然而，本发明的原理不限于该特定应用环境，并且可以类似地应用于解决其它库存处理需求。

在所公开的实施方案中库存处理系统包括用于安装在水平地板的上方的多个搁架单元，该多个搁架单元或安装在地板本身上或悬挂在地板的上方。每个搁架单元包含搁架的竖直阵列，容器放置在搁架上。地板机器人在地板上沿路径在搁架单元之间行进。单独地并独立于地板机器人，升降机器人在竖直平面中沿水平路径和竖直路径在搁架单元的竖直面上移动。升降机器人将容器从搁架移走并转移到地板机器人，并且反之亦然，而地板机器人则将容器从搁架单元传送到包装站，并将容器运送到地板机器人上，以放置在搁架上。

两种类型的机器人——在搁架单元的面上的升降机器人和下方的地板机器人的独立但协调的运动路径，使得许多库存物品能够在有限空间中快速且有效地移动。在一些实施方案中，通过在地板上方升高搁架单元，例如使搁架单元在足够高的支腿上，使得装载有容器的地板机器人可以在搁架下方行进，这些能力得到进一步提高。因此，地板机器人在搁架单元旁边的通道中的位置处从升降机器人接纳容器，并且然后在搁架下方行进，以便将容器输送到其目的地。这种布置通过消除原本可能在搁架单元之间的通道中出现的瓶颈，允许由地板机器人进行灵活的路线规划和有效的运输。

在一些实施方案中，多个搁架单元并排地布置在地板的上方，在相邻搁架单元的竖直面之间具有预定间隙。升降机器人在这些间隙内在竖直平面中沿其路径移动，同时与间隙的两侧上的搁架单元接合。这种方法使升降机器人能够在搁架之间沿竖直路径和水平路径安全、高效地移动。在这些实施方案中的一些实施方案中，升降机器人彼此独立地移动，使得在相邻搁架单元之间具有相同的间隙的情况下两个或更多个升降机器人可以同时沿不同的相应路径移动。

在一个实施方案中，升降机器人能够自主地从搁架单元的竖直面脱离，到在下面等待的地板机器人上。因此，地板机器人可以将升降机器人在搁架单元之间从一个间隙运输到另一个间隙。然后升降机器人与其它间隙中的搁架单元的竖直面重新接合。

在所公开的实施方案中，升降机器人具有在竖直平面中分别沿竖直路径和水平路径的两种不同的行进模式。为了沿给定搁架单元的竖直面(或特别是在两个相邻搁架单元的面之间的间隙中)从一个位置移动到另一个位置，升降机器人在两种行进模式之间交替，并因此穿越包含竖直路径节段和水平路径节段的路径。在下文中描述了实现这些原理的许多不同类型的升降机器人。

通常，每个搁架单元的竖直面由搁架的水平前边缘和在这些水平前边缘之间延伸的竖直柱界定。在一些实施方案中，当穿越竖直路径节段时，升降机器人接合这些竖直柱，并且当穿越水平路径节段时接合搁架的水平前边缘。在一个实施方案中，带齿齿条沿竖直柱布置，并且可能地也沿搁架的水平前缘布置；并且升降机器人包括接合这些带齿齿条的小齿轮，以便沿相应的路径节段推进升降机器人。在另一个实施方案中，升降机器人包括抵靠竖直柱和水平前边缘滚动的轮子，同时具有连接到升降机器人的缆线的绞盘沿竖直路径节段升高和降低升降机器人。在替代的实施方案中，升降机器人包括履带式踏面(caterpillar treads)，该履带式踏面通过摩擦接触与搁架的竖直柱和水平前边缘接合。

在又一个实施方案中，搁架单元包括从竖直面向外延伸的突出物(例如圆柱形销)的阵列。这种情况下的升降机器人包括链条导引件和链条，该链条配合在链条导引件之上并与突出物接合。链条被驱动以围绕链条导引件旋转，以便沿竖直路径节段和水平路径节段推进升降机器人。替代地，搁架单元可以包括孔或凹口的阵列，而升降机器人具有旋转同时接合孔的带齿轮子。

尽管在本文中示出和描述了机器人和兼容的搁架单元的某些特定配置，但是本发明的原理可以类似地使用其它搁架设计和机器人设计来实现。所有这样的替代设计均视为落入本发明的范围之内。

系统描述

图1是根据本发明的实施方案的自动化配送中心20的示意性立体图示。中心20包括多个搁架单元22，多个搁架单元22并排地安装在水平地板24的上方。在图示的实施方案中，搁架单元22通过支腿26安装在地板上，但是可选地，搁架单元可以通过本领域已知的任何合适的方式从天花板悬挂或以其它方式保持在地板之上。在下面的描述中，为了清楚和方便，地板24的水平面被认为是X-Y平面，其中X轴线沿搁架单元22的长度延伸。因此，如图1中所示，搁架单元22的竖直面被认为是X-Z平面。

每个搁架单元22包含搁架28的竖直阵列，容器30放置在搁架28上。(该种类的容器通常也被称为“搬运箱(totes)”。)虽然不是强制性的，但容器30具有相同的尺寸和形状是有利的。每个容器容纳某种类型的库存物品或可能地容纳多种不同类型的库存物品。中央服务器(未示出)跟踪容器30的内容物及其各自的位置，以便计划和指引配送中心20中的机器人和人员的操作，但是这些操作方面超出了本说明书的范围。

升降机器人32沿由搁架单元22的竖直面界定的平面中的竖直路径和水平路径移动。在到达给定容器30的位置时，升降机器人32将容器从其搁架28移除并运输，并且以类似的方式将容器返回到搁架上的空位。尽管在图1中示出了仅单个简化的升降机器人32，但是实际上，多个升降机器人通常部署在搁架单元22之间，并且在相邻搁架单元22之间的相应间隙34中彼此独立地移动。在一些实施方案中，为了提高通过量，两个或更多个升降机器人可以在同一间隙内沿独立路径自主操作和行进。

在所公开的实施方案中，升降机器人32在间隙34内沿它们的路径移动，同时接合与间隙相邻的一个或两个搁架单元22的竖直面。因此，升降机器人能够在间隙的两个相对侧上接近两个搁架单元22中的容器。间隙具有预定的良好控制的宽度，这使得升降机器人能够移动，同时在间隙的两侧上与搁架单元的竖直面接合，如下面更详细地描述的。成对的搁架单元22可以如图1中所示地背对背地布置，因为升降机器人32需要仅从每个搁架单元的一侧(即，面向相邻的间隙的一侧)接近搁架28。替代地，搁架单元可以足够深以在Y方向上端对端地容纳两个容器，其中在搁架单元的两侧具有间隙34。

在附图中未示出的替代的实施方案中，升降机器人32在搁架单元22的单个竖直面上移动，而不必接合相对的另一个搁架单元。这种情况可能出现，例如，当搁架单元面对墙壁时，升降机器人在这种情况下在搁架单元和墙壁之间的间隙内移动。在这种情况下，除了接合搁架单元的竖直面外，还可以将特殊的构架安装在墙壁上并由升降机器人接合。替代地，升降机器人可以配置成仅与单个搁架单元的竖直面接合，而不在升降机器人的相对侧上接合任何类型的构架或支撑件。

地板机器人36在地板24上沿水平路径在搁架单元22之间行进，独立于升降机器人32但与升降机器人32协调地移动。升降机器人32将已经从搁架28上移除的容器30转移到地板机器人36，地板机器人36然后将容器从搁架单元22传送到指定目的地。在图示的实施方案中，搁架单元22的支腿26足够高，使得地板机器人36可以在搁架28下行进，以便将容器30输送到其目的地。在配送中心20中，例如，地板机器人将容器30传送到包装站38，在包装站38中，拾取器42将物品40从容器移动到用于输送给客户的纸箱44。类似地，地板机器人36将容器30传送到升降机器人32，以放置在搁架28上。

在替代的实施方案(图中未示出)中，搁架单元22在储存设施的多个地板上方竖直延伸。连接到搁架单元的竖直导轨延伸穿过地板中的开口，并从而使升降机器人能够沿不同地板上的搁架单元之间的导轨行进。

图2是示出了根据本发明的实施方案的配送中心20中的机器人32、36以及搁架单元22的细节的示意性侧视图。如前所指出的，地板机器人36在间隙34内从搁架单元22接纳容器30并将容器转移到搁架单元22旁边的位置中的升降机器人32。地板机器人在搁架28下方行进，以便将容器输送到其目的地，以及到达其与升降机器人的会合点。因此，例如，在一些实施方式中，间隙34主要用作地板机器人36的装载区域，而搁架28下方的区域用作入口通道和出口通道。可选地，地板机器人中的一个或更多个可以配备有一种支架(scaffolding)(图中未示出)，该支架能够将升降机器人本身下降到这些地板机器人上并由这些地板机器人运输。

图3是示出了根据本发明的实施方案的地板机器人36的细节的示意性立体图示。地板机器人36包括载体平台50，载体平台50适合于承载容器30并被安装在轮子52上。如本领域已知的，驱动单元54在无线控制下引导地板机器人36并将地板机器人36推进到其目的地。

图4是示出了根据本发明的实施方案的升降机器人32的细节的示意性立体图示。升降机器人32包括框架60，框架60包括底架62和容器保持器64，容器保持器64具有适当的形状和尺寸以接纳和运输容器30。(底架62的大部分以及驱动机器人32的马达和致动器封闭在壳体66中。)一个或更多个提取器臂68能够延伸穿过搁架28的构架和搁架单元22的竖直面处的竖直柱，以便将容器30从搁架28拖入到保持器64中来运输。臂68还可以用于将容器从保持器64中推出到搁架上。当与地板机器人36一起达到会合点时，保持器64将容器30释放到地板机器人的平台50上。保持器64可类似地从平台50举升容器，以便将容器输送到搁架中一个上的指定的位置。

升降机器人32包括运输机构70，该运输机构70附接到底架62并能够沿X-Z平面中的竖直路径节段和水平路径节段实现竖直行进模式和水平行进模式。为此，在该实施方案中，机构70包括竖直轮子72和水平轮子74，竖直轮子72抵靠竖直柱在搁架单元22中的搁架28之间竖直地滚动，水平轮子74抵靠搁架的水平前边缘滚动。在任何给定的阶段，根据当前的运动节段是竖直还是水平，轮子(72或74)的组中的仅一组被接合，同时另一组是脱开的，并且可能离开路线缩回。

在以下附图中示出了许多具有替代运输机构的示例性升降机器人。这些机器人通常包括用于容器30的保持器64和用于将容器拖入到保持器中以及将容器推出保持器的提取器臂68或其它机构；但是为了简化和清楚的说明，从图中省略了这些元件中的一些元件。

具有基于小齿轮推进的升降机器人

现在参考图5和图6，图5和图6是根据本发明的实施方案的用于沿竖直平面中的路径运输容器30的升降机器人80的示意性立体图示。图5示出了在一对相邻搁架单元22的竖直面之间的间隙34内行进的机器人80。尽管为了清楚说明在图中仅示出了两个搁架单元中的一个，但是机器人80以相同的方式接合两个面。图6示出了机器人80的运输机构的细节。

竖直的带齿齿条84和水平的带齿齿条86的构架82部署在搁架单元22的竖直面上，在间隙34的相对侧上的搁架单元上(或可能在壁或其它支撑件上)具有相似的构架。齿条86沿搁架28的水平前边缘布置，而齿条84沿在搁架之间延伸的竖直柱88布置。齿条可以一体地形成为搁架和柱的一部分，或者通过例如适当的紧固件或焊接来附接。

机器人80包括框架90，框架90的尺寸设定成匹配构架82并且包括用于运输容器30的保持器(未示出)。如上所说明的，框架90上的一对提取器臂92将容器30拖入到框架中来运输。框架90还包括底架94，在底架94上安装有运输机构，运输机构包括四组96的小齿轮98。小齿轮98接合相应的带齿齿条84或86，这取决于机器人80是处于竖直运动模式还是处于水平运动模式。马达100(或可能是多个马达)驱动小齿轮98，以沿由齿条84和齿条86界定的竖直路径和水平路径推进框架90。在底架94的每一侧上安装两组96的小齿轮98并且小齿轮98定位成沿齿条84和齿条86的相应平行节段旋转。

每个组96包括一对小齿轮98，该一对小齿轮98在竖直配置和水平配置之间是可旋转的，在竖直配置中一个小齿轮竖直地定位在另一个上方，在水平配置中两个小齿轮水平并排地定位，如图6中所示。竖直配置用于沿竖直齿条84行进，而水平配置用于沿水平齿条86行进。小齿轮98围绕相应的轴102旋转，并且每个组96的小齿轮98包括接头104，接头104连接到轴102并且可以在致动器106的控制下使轴在竖直配置和水平配置之间旋转。

接头104中的每一个上的制动器108根据小齿轮98是沿竖直齿条84还是水平齿条86行进，在竖直配置或水平配置中锁定轴102。当机器人80在齿条84和齿条86上行进时，制动器108释放轴，以用于在竖直配置和水平配置之间在竖直路径节段和水平路径节段的过渡点处旋转。在图示的实施方案中，构架82包括构架82中的拐角处的弯曲过渡齿条节段110，在拐角处竖直齿条84和水平齿条86相交(如图5中的插图中所示)。当机器人80将转过这些拐角中的一个时，制动器108释放接头104，并从而允许小齿轮98围绕接头旋转并接合弯曲的过渡齿条节段110。在转过拐角后，制动器108将小齿轮98锁定在其新的配置中。

具有链条驱动器的升降机器人

图7是示出根据本发明的另一个实施方案的用于沿竖直平面中的路径运输容器30的升降机器人120的细节的示意性立体图示。如在前述实施方案中，图7示出了机器人120，其在一对相邻搁架单元22的竖直面之间的间隙34内行进，以相同的方式接合两个面(然而为了简化和清楚的说明，在图中仅示出了两个搁架单元中的一个)。可替代地，如在前述实施方案中，机器人120还可以在单个搁架单元和例如安装在配送中心的壁上的合适构架之间的间隙中行进。

为了推进机器人120，诸如圆柱形销122的突出物的阵列以预定图案布置在搁架单元22的竖直面上。通常(然而不是必要的)，销122以直线图案布置，从搁架28的水平前边缘和搁架之间的竖直柱88突出，例如在柱与搁架相交的拐角处突出，如图7中所示。销122的图案因此包括相交的销的竖直列和水平行。如下所说明的，机器人120沿由这些列和行界定的竖直路径和水平路径行进。销122可以一体地制造成为搁架28和柱84的一部分，或者它们可以替代地被改装到现有的搁架单元上。

机器人120包括框架124，框架124尺寸设定成匹配销122的图案，并且包括用于运输容器30的保持器(未示出)。框架124还包括底架126，基于框架124的两侧上的成对的链条驱动器128，在底架126上安装有运输机构。每个链条驱动器128包括链条导引件130，其中链条132配合在链条导引件上并且配置成接合销122。一个或更多个马达134驱动链条132以围绕相应的链条导引件130旋转，并从而沿由销122的列和行界定的竖直路径和水平路径推进框架124。

链条导引件130可以在如图7中所示的竖直配置和如图10中的水平配置之间旋转。在竖直配置中，链条132接合竖直列中的销122，以沿竖直路径推进框架124，而在水平配置中，链条接合水平行中的销，并从而沿水平路径推进框架。在图示的示例中，链条导引件130具有长圆形(例如，本示例中为具有圆形端部的长形矩形)，长圆形的长轴线在图7中的竖直配置中竖直地定向并且在图10的水平配置中水平地定向。

在竖直配置中，框架124的每一侧上的两个链条驱动器128沿间隙34的相应侧上的搁架单元22的竖直面上的销阵列的相应的平行节段接合销122。因此，在所示的示例中，机器人120沿相邻对的竖直柱88爬升和下降。链条导引件130之间的间距与柱的间距以及销122的列的间距相匹配。替代地，该实施方案的原理可以在可以如图7中所示或根据其它图案布置的其它类型的突出物上实现。

图8-10是根据本发明的实施方案的机器人120的示意性立体图示，示出了机器人从图7的竖直行进配置转换到图10中所示的水平行进配置的连续阶段。当机器人120将从竖直路径节段转向水平路径节段时，该转换通常发生在销122阵列中的拐角处。相反的过程发生在从水平路径节段到竖直路径节段的过渡处。在图8中，链条驱动器128已经从图7中所示的竖直定向释放，并且链条导引件130的长轴线已经开始朝向水平方向向内倾斜。该过程在图9中继续，并然后在图10中完成，使得链条导引件130水平定向。在后一种配置中，链条132的旋转沿搁架单元22的相对面上的销122的行推进机器人120。

为了实现这些运动模式和这些模式之间的安全转换，链条驱动器128中的每一个包括锁136，该锁136在升降机器人120沿竖直路径行进期间，在竖直定向上保持链条导引件130。锁致动器138打开锁136并且因此释放链条导引件130以逐渐旋转到水平定向。旋转致动器140然后使每个链条导引件130绕相应的轴线在竖直定向和水平定向之间旋转，如图8-10中所示。竖直行进模式和水平行进模式之间的这种转换在机器人120处于销122位于链条导引件的旋转中心处或靠近该旋转中心的位置中进行。

具有绞盘辅助的升降机器人

现在参考图11-13，其示意性地示出了根据本发明的另一个实施方案的系统150，系统150包括搁架单元22和用于沿搁架单元的竖直面上的路径运输容器30的机器人152。图11是系统150的立体概观，而图12和图13分别示出了机器人152在竖直行进模式和水平行进模式中的细节。如在前述实施方案中，机器人152在相邻搁架单元22之间的间隙34中沿竖直路径和水平路径行进；但是为了简化和视觉清晰度，与机器人152的框架的元件一样，从图中省略了机器人左侧的搁架单元。可替代地，系统150可以布置成使得机器人152抵靠位于机器人的一侧上的仅单个搁架单元的竖直面行进，而间隙的另一侧由壁或一些其它构架界定。

系统150包括竖直导轨154和水平导轨156的构架，竖直导轨154和水平导轨156部署在搁架单元22的竖直面上(通常在间隙34的另一侧上具有类似的构架)。在图示的示例中，水平导轨156从搁架28的相应前边缘延伸，而竖直导轨154从搁架之间的竖直柱88延伸。导轨154和导轨156可以具有任何合适的轮廓以使机器人152的轮子158和轮子160能够稳固地接合它们并抵靠它们滚动。

机器人152包括框架162，框架162配置成将物品运输到搁架28和从搁架28运输物品，并且包括适当的容器保持器和提取器臂(如前面的图中所示出的，但为了简单，这里省略了)。框架162包括底架164，底架164上安装有运输机构，运输机构包括轮子158、160以及将框架162连接到绞盘168的缆线166。两组轮子158和轮子160分别连接在框架164的相对侧上，轮子158竖直定向以接合竖直导轨154，以用于沿竖直路径行进，并且轮子160水平定向以接合水平导轨156，以用于沿水平路径行进。一个或更多个马达170(其中一个马达在图12中示出)驱动轮子160以沿水平路径推进框架，而绞盘168将缆线166卷入和缠出以便沿竖直路径升高和下降框架162。

在图11中所示的实施方案中，当机器人152例如由运输马达176推进在间隙中沿水平路径行进时，绞盘168悬挂在间隙34上方并沿间隙的长度在导轨172(或其它合适的悬架)上行进。升降马达178驱动绞盘168以卷绕和退绕缆线166。虽然在图11中仅示出了单个绞盘168和机器人152，但是可以沿间隙34的长度部署具有相应绞盘的多个机器人。可替代地，绞盘可以安装在固定位置中，具有例如沿缆线166的行程的合适的滑轮系统。

一般来说，在机器人运动时，轮子158或轮子160在任何给定的时间接合相应的导轨154或导轨156，而另一组轮子根据机器人的当前行进方向而脱开。致动器180和致动器182根据需要接合轮子和脱离轮子。因此，在图12中所示的竖直运动配置中，致动器180具有前进的竖直轮子158以接合竖直导轨154，而致动器182已经将水平轮子160与水平导轨156脱离，以允许机器人152在绞盘168的控制下沿竖直路径行进。在图13中所示的水平运动配置中，致动器182具有接合的轮子160，以沿水平导轨156滚动，而竖直轮子158已经脱离。

尽管上面已经示出和描述了升降机器人66、80、120和152的某些特定设计，但系统20的原理可以类似地使用替代设计的升降机器人来实现，替代设计的升降机器人基于在这些升降机器人中体现的推进机构的种类或基于在本领域技术人员阅读上述描述之后将是明显的其它推进原理。所有这些替代实施方式都被认为在本发明的范围内。

因此，应认识到，以上描述的实施方案是通过示例的方式引用的，并且本发明不限于上文已具体示出和描述的那些实施方案。而是，本发明的范围包括上文所描述的各种特征的组合和子组合以及本领域技术人员在阅读以上描述之后将想到的且未在现有技术中公开的其变型和修改。

Claims (26)

1.一种库存处理系统，包括：

多个搁架单元，其用于安装在水平地板的上方，每个搁架单元包含搁架的竖直阵列，容器放置在所述搁架上；

一个或更多个地板机器人，其配置成在水平地板上沿第一路径在所述搁架单元之间行进，其中两个或更多个升降机器人能够在相邻搁架单元的竖直面之间的间隙内沿着独立路径自主地操作和行进，其中所述一个或更多个地板机器人能够在所述两个或更多个升降机器人下方在所述间隙内沿着所述第一路径移动；和

所述两个或更多个升降机器人，其配置成在竖直平面中沿第二路径在所述搁架单元的竖直面上独立于所述一个或更多个地板机器人移动，其中所述竖直平面正交于所述水平地板，并且所述两个或更多个升降机器人配置成在所述搁架和所述一个或更多个地板机器人之间转移所述容器，

其中所述两个或更多个升降机器人能够在被悬挂在所述水平地板上方的同时水平地且竖直地改变在所述多个搁架单元中所述两个或更多个升降机器人的位置，其中所述两个或更多个升降机器人能够在被悬挂在所述水平地板上方的同时水平地且竖直地移动自身，从而在竖直路径和水平路径两者中在所述竖直平面中移动，其中所述两个或更多个升降机器人能够沿着具有与所述水平地板上的所述第一路径的线性节段平行的线性节段的水平路径水平地移动自身；并且

其中所述一个或更多个地板机器人不同于所述两个或更多个升降机器人。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或更多个地板机器人配置成将所述容器从所述搁架单元传送到包装站，并配置成将所述容器输送到所述两个或更多个升降机器人，以放置在所述搁架上。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述搁架单元在所述地板上方是升高的，并且其中所述一个或更多个地板机器人配置成在所述搁架单元旁边的通道中的位置处从所述两个或更多个升降机器人接纳所述容器，并且配置成在所述搁架下方行进以便将所述容器输送到目的地。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个搁架单元并排地布置在地板上方，其中所述两个或更多个升降机器人配置成在所述间隙内沿所述第二路径移动。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述两个或更多个升降机器人配置成在所述间隙内移动时与所述间隙的两侧上的所述搁架单元接合。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述两个或更多个升降机器人配置成彼此独立地移动，使得在相邻的搁架单元之间具有相同间隙的情况下，所述两个或更多个升降机器人中的两个或更多个能够沿相应的第二路径同时移动。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述两个或更多个升降机器人配置成从所述搁架单元的所述竖直面自主地脱离到所述一个或更多个地板机器人上，并且其中所述一个或更多个地板机器人配置成在所述搁架单元之间将升降机器人从一个间隙运输到另一个间隙，由此所述升降机器人在其它间隙中与所述搁架单元的所述竖直面重新接合。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述两个或更多个升降机器人在所述竖直平面中具有分别沿竖直方向和水平方向的第一行进模式和第二行进模式，并且其中所述第二路径包含由所述两个或更多个升降机器人分别以所述第一行进模式和所述第二行进模式穿越的竖直路径节段和水平路径节段。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述搁架在所述竖直平面中具有水平前边缘，并且其中所述搁架单元包括在所述搁架的所述水平前边缘之间延伸的竖直柱，并且其中所述两个或更多个升降机器人在穿越所述竖直路径节段时，接合所述竖直柱，并在穿越所述水平路径节段时，接合所述搁架的所述水平前边缘。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述搁架单元包括沿所述竖直柱布置的竖直的带齿齿条，并且其中所述两个或更多个升降机器人包括小齿轮，所述小齿轮配置成接合所述带齿齿条，以便沿至少所述竖直路径节段推进所述两个或更多个升降机器人。

11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述两个或更多个升降机器人包括轮子，所述轮子配置成抵靠所述竖直柱和所述水平前边缘滚动，并且其中所述系统包括绞盘，所述绞盘包括连接到所述两个或更多个升降机器人的缆线，并且所述绞盘配置成沿所述竖直路径节段升高和降低所述两个或更多个升降机器人。

12.根据权利要求8所述的系统，其中，所述搁架单元包括从所述竖直面向外延伸的突出物的阵列，并且

其中所述两个或更多个升降机器人包括链条导引件和链条，所述链条配合在所述链条导引件上并且配置成在围绕所述链条导引件旋转时，接合所述突出物，以沿至少所述竖直路径节段推进所述两个或更多个升降机器人。

13.一种用于库存处理的方法，包括：

将容器放置在多个搁架单元中的搁架上，所述多个搁架单元安装在水平地板上，每个搁架单元包含所述搁架的竖直阵列；

指定待从所述搁架单元中的一个搁架单元中的所述搁架中的一个搁架上的当前位置转移到指定目的地的容器；

操作地板机器人以沿第一路径在所述搁架单元之间在所述水平地板中行进到会合点；

操作升降机器人以在竖直平面中沿第二路径在所述搁架单元中的一个搁架单元的竖直面上独立于所述地板机器人并且独立于定位在与所述升降机器人相同的在所述搁架单元中的间隙内的其它一个或更多个升降机器人在被悬挂在所述水平地板上方的同时水平地且竖直地移动到所指定的容器的所述当前位置，其中所述竖直平面是正交于所述水平地板的平面，其中所述地板机器人能够在位于同一间隙内的其它一个或更多个升降机器人下方沿着所述第一路径移动，其中所述第二路径包括竖直路径节段和水平路径节段，其中所述操作包括操作所述升降机器人以在被悬挂在所述水平地板上方的同时沿着所述竖直路径节段和所述水平路径节段移动自身，其中所述水平路径节段包括与所述水平地板上的所述第一路径的线性节段平行的线性节段；

操作所述升降机器人以将所指定的容器从所述当前位置转移到位于所述会合点处的所述地板机器人；和

使用所述地板机器人将所指定的容器运输到所述指定目的地。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括将所述地板机器人上的所指定的容器从所述会合点传送到包装站。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，将所述容器放置在所述搁架上包括将所述容器从所述地板机器人输送到所述升降机器人，以放置在所述搁架上。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述搁架单元在地板上方是升高的，并且其中操作所述地板机器人包括定位所述地板机器人以在所述搁架单元中的一个搁架单元旁边的通道中在所述会合点处从所述升降机器人接纳所述容器，并且操作所述地板机器人在所述搁架下方行进，以便将所述容器输送到所述指定目的地。

17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述多个搁架单元并排地布置在地板上方，在相邻的搁架单元的竖直面之间具有预定间隙，并且其中操作所述升降机器人包括在所述间隙内沿所述第二路径推进所述升降机器人。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述升降机器人在所述间隙内移动时，与所述间隙的两侧上的所述搁架单元接合。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，操作所述升降机器人包括驱动多个升降机器人彼此独立地移动，使得在相邻的搁架单元之间具有相同间隙的情况下，所述升降机器人中的两个或更多个能够沿相应的第二路径同时地移动。

20.根据权利要求17所述的方法，还包括将所述升降机器人从所述搁架单元的所述竖直面自主地脱离到所述地板机器人上，将所述升降机器人在所述地板机器人上在所述搁架单元之间从一个间隙运输到另一个间隙，以及使所述升降机器人在其它间隙中与另一个搁架单元的竖直面重新接合。

21.根据权利要求13所述的方法，其中，所述升降机器人在所述竖直平面中具有分别沿竖直方向和水平方向的第一行进模式和第二行进模式，并且其中操作所述升降机器人包括由所述升降机器人分别以所述第一行进模式和所述第二行进模式穿越竖直路径节段和水平路径节段。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述搁架在所述竖直平面中具有水平前边缘，并且其中所述搁架单元包括在所述搁架的所述水平前边缘之间延伸的竖直柱，并且其中穿越所述竖直路径节段和所述水平路径节段包括当穿越所述竖直路径节段时，接合所述竖直柱，以及当穿越所述水平路径节段时，接合所述搁架的所述水平前边缘。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述搁架单元包括沿所述竖直柱布置的竖直的带齿齿条，并且其中所述升降机器人包括小齿轮，所述小齿轮配置成接合所述带齿齿条，以便沿至少所述竖直路径节段推进所述升降机器人。

24.根据权利要求22所述的方法，其中，穿越所述竖直路径节段包括使用绞盘沿所述竖直路径节段升高和降低所述升降机器人，所述绞盘通过缆线连接到所述升降机器人。

25.根据权利要求21所述的方法，其中，所述搁架单元包括从所述竖直面向外延伸的突出物的阵列，并且其中穿越所述竖直路径节段和所述水平路径节段包括操作所述升降机器人上的链条驱动器，以在旋转的同时，接合所述突出物，以便沿至少所述竖直路径节段推进所述升降机器人。

26.根据权利要求13所述的方法，其中，操作所述升降机器人包括致动所述升降机器人上的至少一个提取器臂以延伸穿过所述搁架单元中的一个搁架单元的竖直面，并将所指定的容器从所述当前位置拖入到所述升降机器人中来运输。

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