CN108604091A - 用于动态处理物体的系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种使用可编程运动设备处理物体的方法。所述方法包括以下步骤：从输入区域处的多个混合物体获取物体，感知与所述物体相关联的识别标记，响应于与所述物体相关联的所述识别标记将中间站分配给所述物体的目的地位置，并将获得的物体移向所述中间站。

Description

用于动态处理物体的系统和方法

优先权

本申请要求2015年12月4日提交的美国临时专利申请号No.62/263,050以及2015年12月9日提交的美国临时专利申请号No.62/265,181的优先权，该申请的公开内容通过引用整体结合于此。

背景技术

本发明大体涉及自动分拣和其他处理系统，并且在某些实施例中涉及用于分拣物体(例如，包裹、包装、制品等)的机器人系统。

例如，当前的配送中心分拣系统通常假定不灵活的操作序列，由此无组织的输入物体流首先被人类工作者分成单个单独物体流，每次一个地呈现给具有识别物体的扫描仪的人类工作者。然后将物体装载到传送带上，然后传送带将物体传送到期望的目的地，可以是垃圾箱、溜槽、袋子或目的地传送带。

在典型的包裹分拣系统中，人类工作者通常按到货顺序检索包裹，并基于给定的启发式方法将每个包裹或物体分拣到收集箱中。例如，类似类型的所有物体可以转到收集箱，或者单个客户订单中的所有物体，或者目的地为相同运输目的地的所有物体等。人类工作者需要接收物体并将每一个物体移至指定的收集箱。如果不同类型的输入(接收)物体的数量很大，则需要大量的收集箱。

这样的系统具有固有的低效率以及不灵活性，因为期望的目标是将进入的物体与指定的收集箱匹配。这样的系统可以部分地需要大量的收集箱(并且因此需要大量的物理空间、大的资金成本和大的运营成本)，因为一致地将所有物体分类并不总是最有效的。

当前现有技术的分拣系统依靠人力。大多数解决方案都依赖于正在进行分拣的工作者，通过从导入区域(滑槽、桌子等)扫描物体，并将物体放置在分段位置、或收集箱中。当容器已满或者控制软件系统确定需要清空时，另一个工作者将箱子清空倒入袋子、盒子或其他容器中，然后将该容器送到下一个处理步骤。这样的系统对吞吐量有限制(即，人类工作者以这种方式分拣或清空箱子的速度有多快)和转移次数(即，对于给定的箱子大小，在人类工作者的有效可达范围内只能安排这么多箱子)。

关键领域缺乏解决这一问题的部分自动化方法。这种方法通常涉及倾斜托盘或炸弹舱式再循环输送带。这些输送带具有可以装载物体的离散托盘。然后托盘和物体通过扫描物体的扫描通道，并将物体与其所在的托盘相关联；当托盘通过正确的箱子时，触发机构使托盘将物体倾倒入箱子。这样的系统的缺点是每个转移都需要致动器，这增加了机械复杂性并且每次转移的成本可以非常高。对于需要数百次转移的应用，这种系统的大量成本无法获得良好的投资回报。

替代方式是使用人力来增加系统中可用的转移的数量或收集箱的数量。这会降低系统安装成本，但会增加运营成本。手动分拣单元由一组工人组成，避免了每次转移的大量成本。然后，多个单元可以并行工作，有效地线性增加吞吐量，同时将昂贵的自动转移的数量保持在最小值(等于并行分拣单元的数量，而不是所需的系统箱的总数)。这种方法涉及用于分拣的物体被提供给每个单元，这可以手动完成，但很容易通过带有旋刮板臂或其他无声音的转移的到每个工作单元的传送带完成。这种转移不会识别物体，也不能将其转移到特定的地点，而是他们使用光束中断或其他简单传感器来设法确保任意的一群物体转移到每个单元。这种单纯的转向的较低的成本与较少的转移的数量相关联，使整个系统转移成本保持较低。

然而不幸的是，这些系统不解决对系统箱子总数的限制。该系统简单地将总体物体的相等份额转移到每个并行手动单元。因此每个并行分拣单元必须具有所有相同的收集箱目的地；否则物体可以被传送到没有该物体被映射到的箱的单元。仍然需要一种更有效和更具成本效益的物体分拣系统，其将物体分拣到适当的收集箱中，但在操作中更有效。

发明内容

根据一个实施例，本发明提供了一种使用可编程运动设备处理物体的方法。该方法包括以下步骤：从输入区域处的多个混合物体获取物体，感知与物体相关的识别标记，响应于与物体相关的识别标记将中间站分配给物体的目的地位置，并将获得的物体移向中间站。

根据另一个实施例，本发明提供了一种物体处理系统，包括用于从输入站获取待处理的物体的至少一个可编程运动设备，以及用于为对象动态地分配中间位置的处理器，中间位置与目标位置动态关联。

根据进一步实施例，本发明提供一种处理物体的方法，该方法包括以下步骤：从输入站获取要分拣的物体，识别物体以确定与物体相关联的标记，响应于标记将中间站分配给物体，并使用第一自动托架朝向中间站移动物体，其中中间站与目的地位置相关联。

附图说明

参考附图可以进一步理解以下描述，其中：

图1示出了根据本发明的包括输入和输出传送带的实施例的系统的说明性图解视图；

图2示出了根据本发明的包括循环输入传送带的另一个实施例的系统的说明性图解视图；

图3示出了根据本发明的包括多个输入传送带和多个输出传送带的进一步实施例的系统的说明性图解视图；

图4示出了与图3的系统结合使用的感知系统的说明性图解视图；

图5示出了传统分拣系统中的物体分配关系的说明性图解视图；

图6示出了根据本发明的某些实施例的物体分配关系的说明性图解视图；

图7示出了图5的物体分配系统的说明性图解视图；

图8A-8I示出了根据本发明的某些实施例的系统中的物体分配步骤的说明性图解视图；

图9示出了根据本发明的实施例的系统的处理的说明性流程图；

图10示出了根据本发明的进一步实施例的物体处理系统的说明性示意图，包括大量分拣站以及通过花纹传送带的自动输入；

图11示出了根据本发明的进一步实施例的包括各个输入箱的系统的一部分的说明性图解视图；

图12示出了根据本发明的进一步实施例的包括设置在输入传送带的输入箱的系统的一部分的说明性图解视图；

图13示出了根据本发明的进一步实施例的包括设置在输出轨道上的输出托架的系统的一部分的说明性图解视图；

图14示出了根据本发明的进一步实施例的包括在分拣站把物体装袋的系统的一部分的说明性图解视图；

图15示出了提供对象的动态处理的整体方法的说明性流程图；

图16示出了根据本发明的进一步实施例的包括梭翼分拣站的系统的说明性图解视图；

图17示出了图16的系统的感知系统的说明性图解前视等距视图；

图18示出了图16的系统的感知系统的说明性图解后视图；

图19A-19C示出了图16的梭翼分拣站中的托架运动的说明性图解视图，为了清除起见没有引导壁；

图20示出了图16的梭翼分拣站的放大视图；

图21示出了根据本发明的包括四个梭翼分拣站的进一步实施例的系统的说明性图解视图；并且

图22示出了根据本发明的包括八个梭翼分拣站的进一步实施例的系统的说明性图解视图。

仅出于说明的目的而示出附图。

具体实施方式

根据各种实施例，本发明提供了一种内在更灵活的物体分拣系统，其中可以以最有利的顺序来选择物体，并且这些物体的分拣可以利用分拣器输出和最终物体目的地之间的动态变化的对应关系。

申请人发现，当自动分拣物体时，有一些目标需要考虑：1)整个系统的吞吐量(每小时分拣的包裹)，2)转移次数(即物体可以路由到的离散位置的数量)，3)分拣系统的总面积(平方英尺)和4)运行系统的年度成本(工时、电气成本、一次性部件的成本)。

本发明的系统和方法非常适合于当前分拣系统中的应用，该系统接收无组织的流中的物体并且需要将物体分拣为经分拣的流。这样的系统认识到读取物体上的信息有时可以是有挑战性的；因此一旦物体被扫描，保持与物体相关联的信息就很重要。从无组织的混杂堆中获取物体也是具有挑战性的，一旦物体被获取，保持物体与其他物体分离也很重要。此外，传统传输和传送系统的灵活性有限，通常遵循经过每个可能目的地的单个轨道。

根据某些实施例，本发明提供了推翻当前分拣系统的基本假定的系统和方法，以及对上述每个挑战的改进。在一些实施例中，系统提供改进的扫描和感知系统，并减少扫描物体的挑战，并且通过感知整个物体的形状和布置，进一步减少或消除使物体与其他物体分离的需要。在某些实施例中，系统提供改进的末端执行器，并且机器人操纵器的使用提高了获取物体的可靠性和经济性，即使与其他物体混杂时，从而减少了维持物体分离的需要。在进一步的实施例中，该系统提供改进的传输和传送带系统，并且特别提供可编程机器人操纵器，允许动态地改变物体处理模式，从而导致分拣过程中的效率、较低的空间需求、较低的手动操作需求，并且结果是较低的整个系统的资金成本和运营成本。

例如，图1示出了根据本发明实施例的系统10，该系统包括由公共输入传送带16馈送的第一分拣站12和第二分拣站14。输出传送带18将输出箱50运送到下游处理站。第一分拣站12包括可编程运动设备(例如机器人系统)20以及收集箱22,24,26和28。第二分拣站14包括可编程运动设备(例如机器人系统)30以及收集箱32,34,36和38。第一分拣站12还可以包括附加收集箱40的堆叠，并且第二分拣站可以包括附加收集箱42的堆叠。中央控制器44与机器人系统20和30通信以提供关于将物体分配给箱子的输入，如下面更详细讨论的。可以采用感知单元46和47(例如，相机或扫描仪)来为分拣站12,14提供关于在输入传送带16上提供的物体48,49的识别信息(标记数据)。

在使用期间，每个分拣站12,14可以选择物体然后通过铰接臂上的检测设备识别所选择的物体(例如，在如下文讨论的图3中所示的系统中)，或者在选择之前可以首先识别物体(例如，使用扫描仪46,47)，然后抓取识别的物体。对于每个抓取的物体，如果已将目的地站分配给对象，系统将把物体放置在分配的目的地站中。对于每个抓取的新物体，如果有新的箱子可用，系统会为该物体分配新的箱子。否则，物体将返回输入传送带16。重要的是，分拣站没有被预先分配经分配给可能出现在输入路径中的所有可能物体的一大组收集箱。

此外，中央控制器可以采用各种各样的启发式方法，其可以进一步形成动态分配物体到收集箱的过程，如下面更详细讨论的。一旦箱子被填充或以其他方式完成，完成的箱子(例如，50)被放置在目的地传送带18上，如图所示，然后它们被路由到一个或多个下一个处理站。系统10可以包括任何数量的分拣站，并且中央控制器44可以管理目的站(例如，箱子)的分配，以提供对目的站的有效的物体分配。如果任何物体在它们到达输入传送带16的末端时不能被分类，则物体可以落入未识别的物体箱52中，使得它们可以被人类工作者扫描和放置，或者在仅没有为物体分配目的地站的情况下，物体被返回输入路径。

根据另一个实施例，并且参考图2，本发明的系统60可以包括输入环路传送带62以及输出传送带64，在该输入环路传送带62上提供有经过多个分拣站的物体64，在该输出传送带64上可以由分拣站处的机器人系统或其他可编程运动系统中的任何一个放置满的或者以其他方式完成的箱子66。类似于图1的系统10，系统60还可以包括与机器人系统70和80以及感知单元(例如，63)通信的中央控制器68，以提供关于将物体分配给箱子的输入，如下文中更详细地讨论。机器人系统70向箱子72,74,76和78提供物体，并且机器人系统80向箱子82,84,86和88提供物体。机器人系统70可以从箱子的堆叠90中选择新箱子，并且机器人系统80可以从箱子的堆叠92中选择新箱子。再一次，箱子给物体的分配由机器人系统选择的物体驱动(如可以由控制系统68的输入引导或基于来自控制系统68的输入)。

因此，本发明提供了分拣和其他分配系统的示例，其涉及将进给物体直接移动到缓冲器，而无需人工干预。缓冲器容纳物体(可能处于无组织的混杂堆中)，其中这些物体可以由几个分拣机中的一个访问。一个示例将涉及具有集成的感知的循环传送带(如图2所示)。感知系统可以在标签可见时读取标签，但也可以使用更通用的机器视觉算法来识别物体的类别和形状，并在物体循环时跟踪物体。分拣机从缓冲区获取物体。如果需要，它们使用自己的感知系统来阅读之前未读过的标签。它们可以将物体移动到多个输出中的任何一个，包括将物体放回缓冲器的可能性，以供稍后处理或由不同分拣机处理。

根据图3所示的进一步实施例，本发明的系统100可以包括多个输入传送带93,94，在其上提供待分类的输入物体134,136。可以在多个输出传送带96,98中的一个上(例如，在完成的箱97,102中)提供分拣的物体。如上所述，系统还可以包括与感知单元106和108以及机器人系统110和120通信的中央控制器104，以提供关于将物体分配到箱子的输入，如下文更详细地讨论的。进一步参考图4，每个感知单元可以包括灯105和相机107，并且机器人系统(例如，110,120)可以用于在关联的感知单元(106,108)中时保持一个物体，使得系统可以识别所保持的物体。类似于上文讨论的系统，机器人系统110向箱子112,114,116和118提供物体，并且机器人系统120向箱子122,124,126和128提供物体。机器人系统110可以从箱子的堆叠130中选择新箱子，并且机器人系统120可以从箱子的堆叠132中选择新箱子。再一次，物体给收集箱的分配由机器人系统选择的物体驱动(如可以由控制系统104的输入引导或基于来自控制系统104的输入)。根据进一步的实施例，输入缓冲器还可以包括在分类站处的指定输入区域，人类工作者也可以在其中提供待分拣的物体。图3的机器人系统110和120可以包括如上所述的传送带上方的感知单元，和/或安装在机器人上的感知单元111和121，其促进从输入传送带93和94选择和抓取物体。

在某些实施例中还可以使用开关，其以动态方式将分拣器输出与收集箱相关。例如，系统可以涉及由人类工作者装袋的物品的集合，然后人类工作者将它们放在朝向卡车装载区域的传送带上，但是具有指示期望的目的地的动态生成的标签。

在分拣系统中，物体与其预期目的地之间的关系是已知的，并且可以在货单中提供。例如，带有指派给马萨诸塞州波士顿的标签的物体将与马萨诸塞州波士顿的目的地相关联。参考图5，物体140和目的地142之间的这种固定关系是固定的关系。在传统的分拣系统中，中间容器144被分配与目的地的固定关系，并且这个关系指示将物体140分配给中间容器144。这在图7中示出，其中每个目的地164,166,1687,170,172与中间容器154,156,158,160,162相关联。当物体152被处理时，它们仅被路由到由固定关系指示的适当的中间容器。

另一方面，根据本发明的实施例，中间容器和目的地之间的关系不是固定的，并且在分拣期间动态地改变。例如，图6示出了虽然物体146与其目的地148之间的关系是固定的，但是基于各种启发法动态地选择中间容器150(例如，收集箱)的分配。一旦被分配，它将保持原位，直到收集箱被清空。如图6所示，物体146的收集箱(中间容器150)的分配由物体目的地和中间容器到目的地映射确定，并且目的地映射(在中间容器150和目的地148之间)在操作期间被动态地重新分配。

参考图8A，在分拣过程开始时，中间容器176,178,180,182,184和物体174之间或中间容器176,178,180,182,184和目的地186,188,190,192,194之间可以不存在分配的关系。如图8B所示，当检测到物体的标记时，中间容器176被分配给物体，并且物体的目的地188也被分配给中间容器。在中间容器176中还提供了被处理并且还与目的地188相关联的附加物体。参考图8C，当检测到不同物体的标记与不同目的地192相关联时，新的中间容器178被分配给该物体，并且该物体的目的地192也被分配给该中间容器。如上所述，当选择与已经具有与其相关联的中间容器176的目的地(例如188)相关联的物体时，物体可以放置在相同的中间容器176中。然而，根据本发明的某些实施例，并且参考图8E，系统可以选择将新的中间容器180分配给目的地188，例如，如果已知很多物体可能与目的地188相关联。参考图8F，当检测到另一个物体的标记与另一个目的地186相关联时，新的中间容器184被分配给该物体，并且该物体的目的地186被分配给中间容器184。

当中间容器变满或被确定以其他方式准备好进行进一步处理时(例如，如果系统确定不大可能看到与目的地相关联的另一个物体)，则中间容器被清空并且所容之物被用于进行进一步处理。例如，并且参考图8F，当系统确定中间容器176已满时，清空所容之物，然后中间容器176再次未分配到目的地，如图8H所示。然后可以重新使用中间容器176并将其与新目的地190相关联，如图8I所示。

如图9所示，本发明在分拣站的分拣过程可以开始(步骤200)，并且铰接臂或另一个物体接收设备接收新物体(步骤202)。然后，系统通过如本文讨论的架空扫描仪或扫描仪系统或落下扫描仪等中的任何一个来识别新物体(步骤204)。然后系统确定在该站处是否有任何位置尚未被分配给新物体(步骤206)。如果是，则系统将物体放置在该位置(步骤218)。如果否，系统然后确定下一个位置是否可用(步骤208)。如果否，系统可以(具有或不具有来自人的输入)确定是否重试识别物体(步骤210)。如果是，系统将该物体返回到输入流(步骤212)以在稍后时间再次接收(步骤202)。如果否，则系统将该物体放置在人工分拣区域以由人类分拣(步骤214)。如果下一个位置可用(步骤208)，则系统将下一个位置分配给物体(步骤216)，然后将物体放置在该位置(步骤218)。如果位置已经被分配给物体(步骤206)，则该物体被置于该位置的系统(步骤218)。然后更新该位置处的物体的数量(步骤220)，并且如果位置然后是满的(步骤222)，则系统识别该位置准备好进行进一步处理(步骤226)。如果否，则系统然后确定(基于先前的知识和/或启发式)该位置是否可能接收到另一物体(步骤224)。如果是，则系统识别该位置准备好进行进一步处理(步骤226)。如果不是，则系统返回到接收新物体(步骤202)。进一步的处理可以例如包括收集单个包中的位置处的物品以传输到运输位置。

根据本发明的进一步实施例，并且参考图10，系统230包括多个分拣站240，每个分拣站240包括机器人系统242、感知单元244、多个目的地位置(例如，箱子)246、并且可以用作箱子246的附加箱248的堆叠被移动或识别为准备好进行进一步处理。特别地，输入物体236被设置在输入料斗232中，并且花纹传送带234将物体236向上拉到输入传送带238上。一旦在传送带238上，每个机器人系统242再次使用输入传送器上方的感知单元(诸如图1和2的感知单元46,47和63)中的任何一个或安装在机器人本身上的图3的感知单元111和121从传送带选择某些物体，便于选择和抓取物体。一旦任何箱子已满或以其他方式被认为完成，箱子250被装载到输出传送带252上以进行进一步处理，其中系统知道每个箱子252的身份以及由中央处理器256分配的其内容。

根据将进一步实施例，每个分拣站12的输入可以设置在可移动的料斗260中，该可移动的料斗260可以由人类工作者定位在机器人系统20附近，如图11所示。图11的分拣系统12可以使用感知系统262来识别物体(以及上文讨论的感知单元46,47,63,111,121中的任何一个)，可以用物体填充箱子22,24,26,28，并且可以将满的或以其他方式完成的箱子264提供到输出传送带266上。根据进一步实施例，每个分拣站12的输入可以设置在料斗268中，料斗268是多个料斗268,270中的一个，料斗268,270设置在靠近机器人系统20的输入传送带272上，如图8所示。图12的分拣系统12可以使用感知系统274来识别物体(以及上文讨论的感知单元46,47,63,111,121中的任何一个)，可以用物体填充箱子22,24,26,28，并且可以将满的或以其他方式完成的箱子276提供到输出传送带278上。

根据进一步实施例，每个分拣站12的输入可以由如上参考图1所讨论的输入传送带提供，该输入传送带设置在机器人系统20附近的输入传送带280上，如图13所示。图13的分拣系统12可以使用感知系统282来识别物体(以及上文讨论的感知单元46,47,63,111,121中的任何一个)，可以用物体填充箱子22,24,26,28，并且可以将满的或以其他方式完成的箱子24提供到安装在输出轨道上的输出托架284上。根据进一步实施例，每个分拣站12的输入可以由如上参考图1所讨论的输入传送带提供，该输入传送带设置在机器人系统20附近的输入传送带288上，如图14所示。图14的分拣系统12可以使用感知系统290来识别物体(以及上文讨论的感知单元46,47,63,111,121中的任何一个)，可以用物体填充箱子22,24,26,28，并且可以将满的或以其他方式完成的箱子26提供到装袋站，以由人类工作者装袋以将分组的经分拣物体提供在袋292中以由人类工作者进一步处理。

例如，在图15中示出了整个控制系统的过程。整个控制系统可以通过允许基于整个系统参数将每个站处的新收集箱子分配给一组物体(步骤302)来开始(步骤300)，如下文更详细地讨论的。然后，系统识别与每个站处的物体相关的分配箱(步骤304)，并更新每个站处每个箱子处的物体数量(步骤306)。然后系统确定当箱子是满的或者系统期望相关的分拣站不可能看到与箱子相关联的另一个物体时，相关联的分拣站机器人系统然后将完成的箱子放置在输出传送带上，或向人类工作者发出信号来清空箱子(步骤308)，然后返回步骤302。

由于内在的动态灵活性，各种实施例的系统提供许多优点。分拣机输出和目的地之间的灵活对应关系表明，分拣机输出可以比目的地少，因此整个系统可以需要更少的空间。分拣机输出和目的地之间的灵活对应还提供了系统可以选择处理对象的最有效顺序，其方式随着物体的特定组合和下游需求而变化。该系统通过添加分拣机也很容易扩展，并且更加强大，因为单个分拣机的故障可以被动态处理而无需停止系统。分拣机应该可能按照物体的顺序进行判断，有利于需要快速处理的物体，或者有利于给定分拣机可以具有专用抓取器的物体。

因此，根据某些实施例，系统提供了一种分拣系统，该分拣系统在进给阶段采用缓冲器，实现物体的可扩展且灵活的引入系统。缓冲器可以包括单个传送带，循环传送带或多个传送带，可能用于将无组织的物体与有组织的物体分离。在进一步的实施例中，本发明提供了分拣系统，其采用灵活地连接到上游和下游过程两者的多个分拣机。该系统还可以使用灵活的目的地阶段，包括使用基于来自分拣过程的启发式的开关来动态改变分拣机输出和系统目的地的对应的过程。系统可以基于长期历史使用趋势和统计或已处理项目，或其他动态分配分拣机输出的当前内容，或与每个分拣机相关的平均、最小或最长分拣时间，或分拣的物品的物理特征，或先验信息，或已知未来交付，或设施内的位置，包括相对于其他分配的分拣机输出的物理位置(例如，上方，旁边，上或附近)，或传入运输，以及知道什么物品目前在分类过程的上游以及上述的组合动态地将分拣机输出映射到系统目的地。此外，本发明的实施例的系统提供了关于分拣机输出与提供给自动化系统用于分拣的系统目的地之间的对应的信息。

通过使用启发式方法，分拣机输出到系统目的地的映射可以比传统的固定分配大大提高。可以即时分配目的地，减少未使用的分拣机输出浪费的空间，并减少处理传入物体所需的时间。当下一组传入的物体是部分或全部未知时，可以使用长期历史趋势分配分拣机输出。历史使用模式提供了对限定到达某个目的地的物体何时到达的时间、为任何给定时间预期的每个目的地所限定的物体的数量，以及这些传入物体的可能物理属性的洞察。

除了与传入物体有关的趋势外，历史趋势还提供有关物体可以分拣到输出中的速度以及输出传输到系统目的地的速率的信息。这些因素允许分拣机输出被概率分配，直到实现对输入物体的确定性理解。

除了历史趋势之外，对系统的当前状态的理解用于确保为期望到达的那些物体分配适当的空间量。当结合已经分拣的那些物体的知识，分拣机输出与系统目的地的对应通常可以确定性地分配。对已经处理的物体和当前分拣机输出的所容之物的了解可以使系统在清空所容之物后选择性地重新映射分拣机输出。在没有足够的分拣机输出的情况下，该知识还允许系统指定应该清空哪些分拣机输出，使得它们可以快速地重新分配到新的系统目的地。

动态分配分拣机输出时的进一步考虑是要考虑包装和设施的物理特性。如果某个目的地预计会收到更大、笨重的物体，则可以分配适当大小的分拣机输出。如果特定的系统目的地将需要多于一个分拣机输出，则可以将两个相邻的输出分配到相同的目的地，以便于人为干预。

还提供了一种方法，用于在目的地旁边显示分拣机输出-系统目的地对应信息。这允许人类工作者与系统进行交互，以了解如何以及何时正确清空目的地。此外，对自动分拣重要的是将这些目的地分配发送到分拣系统而无需人为干预的能力。这允许构建全面流线型的分拣系统软件。

根据进一步实施例，本发明的系统可以采用沿穿梭方向往复穿梭的托架。这样的系统可以依赖于预分拣步骤，其中，物体首先被分拣到正确的分拣单元，并且一旦到达，它就被分拣到合适的收集箱中。以这种方式，不同单元可以具有不同的收集箱映射，从而允许系统箱的总数乘以运行的并行单元的数量。然而，这样的预分拣步骤必须是复杂和昂贵的自动化系统，或者必须依靠更多的人力工作；无论哪种方式都会增加成本，导致系统每次转向的总成本增加到难以接受的高水平。

因此，根据进一步实施例，本发明提供了物体分拣的新方法，该方法产生大量(并且非常灵活)的总收集箱，非常低的每箱转移成本，高达手动系统的吞吐量，以及对手工操作的需求小得多。

例如，图16示出了系统310，包括具有末端执行器312的铰接臂314、其中物体被呈现用于分拣的输入区域316、用于识别待分拣的物体的主相机318，以及用于从人类工作者、另一个传送带或输入盘中的任何一个接收待分拣的物体的接收传送带320。该系统还包括不可分拣的输出溜槽322，其导向不可分拣的输出箱324，用于提供系统任何其他原因不能识别或不能分拣(例如，不能抓取或拾取)的物体。

除了主相机318之外，该系统还包括落下相机单元326，其包括结构338的开放顶部(如图17和18所示的340)和开放底部(如图13和14所示的358)，以及位于单元326内的多个相机(如图17和18所示的344)，这些相机瞄准单元326内部的顶部、中部和下部中心区域。具体而言，如图17和18中进一步所示，多个相机344在物体被末端执行器落下通过单元326时拍摄物体的图像。单元326还包括多组灯342，当某些相机被激活时灯照亮，并且单元326还可以包括位于单元216顶部的一个或多个传感器(例如，激光传感器)，其检测物体何时落入单元216中(以及可选的传感器以检测物体何时离开单元)。多个相机344被设计为从多个视图中收集每个物体的多个图像以帮助识别或确认落下的物体的身份。安装包括支架354上的环352的硬件也可以便于单元326在机器人环境中的定位。

再次参考图16，通过感知单元326落下的物体然后落入设置在轨道330上的第一托架328，托架328可以在第一分拣台332和第二分拣台324之间在物体落入区域的任一侧上自动地移动。在第一分拣台232和第二分拣台324中的每一个处，托架328的所容之物可以落入两个梭翼分拣器部分336中的任一个的另一个托架338中。在每个梭翼分拣器部分336处，托架338沿着轨道340在分拣箱342之间往复移动，分拣箱342可以可选地包括相关联的侧壁344。如图19A-19C进一步示出的，托架可以移动物体以邻近设计的分拣箱342(图19B)，并且然后托架可以被致动以将物体346从托架338倾倒到分配的目的箱上(图19C)。在各种实施例中，每个托架328和338的运动(以及每个托架的倾斜)可以通过电力或气动来实现。

图20示出了梭翼分拣器部分336，其包括在壁344内的目的箱342之间的轨道338上的托架338。如图20中进一步示出的，可以通过滑动相关联的抽屉346成对地移除收集箱，相关联的抽屉包含横向于托架338的运动的方向上的一对收集箱(358,360)。抽屉346还可以包括灯362，其指示所容纳的箱中的任一个(例如，358,360)是否已满或准备用于进一步处理，例如，通过放入袋中。还可以提供手持式扫描仪/打印机364，使得编码的粘合剂背衬标签366可以直接提供给包含处理过的物体的袋子。

图16的系统示出具有两个梭翼部分336的系统。当从进料传送带拾取物体时，物体落到第一穿梭分拣机328上。穿梭分拣机将物体运送到两个翼中的一个，将物体放入该翼的载体中，然后移回到原位。由于行程有限，这种往复操作可以在铰接臂拾取另一物体(假设铰接臂以近似吞吐的人类速率拾取物体)的时间内执行。

因此，穿梭分拣翼包括在双列箱上方行驶的机动线性滑板上的物体托架。托架装载物体，然后沿着线性滑轨从翼向下移动，直到它到达物体所属的收集箱；然后它使用旋转驱动将物体推到一侧或另一侧，在那里落入该位置的两个柜子中的一个。然后载体返回到原位以等待另一个物体。

在所示的概念中，每个翼限制为8个收集箱长，每个翼总计16个收集箱。线性托架行驶的收集箱的长度应与系统中的其他吞吐量系数相平衡。给出皮带传动线性致动器的可达到的速度、距离和铰接臂的拾取速度，这个8个收集箱的长度是合理的长度，不会不利地限制系统吞吐量(即，铰接臂在选择另一个物体之前不必等待翼穿梭分拣机返回原位)。如上所述，在这个8x2或16个收集箱计数下，每个翼的转移成本为数百美元，而不是数千美元，对于当前的现场解决方案，每次智能转移。

现有技术中的系统也不使用往复式分拣，因为穿梭一次只能处理一件物品，并且穿梭在每次分拣后需要返回其原位。根据本发明的某些实施例，这种问题以三种方式得到缓解：1)多个翼并行使用；2)频繁的目的地被分配到更靠近穿梭的原位的收集箱，由此减少穿梭的平均循环时间；以及3)物体到收集箱的映射是动态的并且在系统的控制下，如上文中所讨论的。

图21根据本发明的进一步实施例示出了系统400，包括具有末端执行器404的铰接臂402、其中物体被呈现用于分拣的输入区域406、用于识别待分拣的物体的主相机308，以及用于从人类工作者、另一个传送带或输入盘中的任何一个接收待分拣的物体的接收传送带410。系统还包括不可分拣的输出溜槽412，其导向不可分拣的输出箱414，用于提供系统任何其他原因不能识别或不能分拣(例如，不能抓取或拾取)的物体。

系统还包括落下相机单元416，其包括开放顶部和开放底部以及定位在单元416内的多个相机，这些相机对准单元416的内部的顶部、中部和下部中央，如参考图16-20在上文中讨论的。落下的物体然后落入第一托架418中，第一托架418设置在轨道420上，托架418可以在轨道420上在第一分拣台426、第二分拣台424、第三分拣台426、和第四分拣台428之间自动地移动。第一分拣站422包括第二托架338，第二托架338可以从第一托架418接收物体，并且沿着两排收集箱432之间的轨道340行驶。第二分拣站324(以及站326和328中的每一个)每个都包括托架338，托架338可以从第一托架418接收物体，并且沿着两排收集箱336之间的轨道340行驶。再一次，如上文参照图20所讨论的，通过在横向于相关联的托架的运动的方向上滑动一对收集箱，可以成对地移除收集箱。

系统400因此包括总计64个收集箱。这个系统可以进一步扩展以增加更多收集箱。在系统吞吐量受到不利影响之前，第一穿梭分拣机(将物体从拾取机器人传送到翼)也可以被延长以容纳4个穿梭分拣翼。具体而言，系统可以通过再次使翼的数量加倍而进一步扩展。这需要增加另一个穿梭分拣机，该分拣机从拾取机器人获取物体并将其传送到4个翼系统中的一个。这使得穿梭分拣往复的行驶时间不会不利地影响整个系统的吞吐量。

图22中示出了这样的系统。具体而言，图22示出了系统500，其包括两个在输入区域506具有末端执行器554的独立的铰接臂552，在轨道522上的主托架520，以及八个分拣站524,526,528,530,532,564,536和538。在这些分拣站中的每一个中，托架338能够沿着其轨道340行驶，以便如上所述接入箱342。可以允许托架520沿足够远的方向行驶以到达输入传送带534以及不可分拣的输出滑槽512两者，这提供了系统可以选择将第一托架中的物体发送到待重新处理的输入传送带，或者如果物体不可被分拣则输出到不可分拣的输出滑槽。

在每个实施例中，系统400和500还提供如上所述的动态收集箱分配。在典型的人工操纵系统中，收集箱静态关联(到目的地、下一站设施、客户等)，并且不会频繁改变；这使得效率提高，可以通过人工学习关联性和货架位置获得。在本发明的系统中，不存在这样的约束，因为系统将所有物体放置在收集箱中，并且它总是全面知晓哪些物体在系统中、哪些物体在每个箱中等。系统也知晓所有历史分拣活动，这意味着可以使用历史趋势对收集箱分配做出更明智的选择。

在最简单的例子中，再次参考图10所示的两个翼系统，如果历史数据表明该系统中的两个收集箱在每个分拣周期中获得最多的物体，则系统将分配这些箱子中的一个到第一翼，并且一个到第二翼，从而确保所有高容量箱不在一个翼上造成瓶颈。该系统还可以在翼的起点附近分配箱子，从而确保最繁忙的收集箱的最短周期时间。最后，如果系统需要空箱，它可以向人类操作者发出信号来清空给定的箱，从而允许该箱一清空即可使用。这些策略确保了穿梭分拣翼的周期时间不会影响整个系统的吞吐量。

最后，系统还可以分配和分组物体，以最大化任何其他任意成本函数。这种分拣系统通常是大型系统的一小部分，通常跨越州、国家或世界的多个设施延伸。作为这种大型网络的一部分，该系统的性能不可避免地会影响网络中其他地方的成本。通过了解这些影响，本文呈现的系统可以将物品分配给收集箱，以将宏观网络中其他地方的成本影响最小化。

在这个系统概念中，还可以为每个概念添加额外的铰接臂(机器人)，以扩展系统的吞吐量。通常，机器人R的数量必须小于或等于翼W用于翼穿梭循环时间的量的一半，以不是系统吞吐量的限制器。在此数量的机器人之下，吞吐量呈线性增长。通过添加机器人和穿梭分拣机翼，并调整穿梭分拣机的速度和机器人拾取/扫描速度，使用相同的基本架构，可能实现大范围的整体系统吞吐量和货架计数。

为了进一步缩放，由一个拾取/扫描站馈送的八个翼是实际的最大值。为了扩展最大数量的箱子和超过这个的最大吞吐量，这些站中的多个站可以被并行化并且通过手动或自动方式馈送，正如手动分拣单元以现有技术中讨论的概念馈送一样。这允许对吞吐量以及更大数量的收集箱进行持续线性缩放，因为系统现在可以在所有并行单元中的所有翼中的所有箱子之间动态分配。

本领域技术人员将会领会，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对上面公开的实施例进行多种修改和变化。

Claims (40)

1.一种使用可编程运动设备处理物体的方法，所述方法包括以下步骤：

从输入区域处的多个混合物体中获得物体；

感知与所述物体相关联的识别标记；

响应于与所述物体相关联的所述识别标记，将中间站分配给用于所述物体的目的地位置；以及

将所获得的物体移向所述中间站。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括响应于与所述附加物体的每一个相关联的识别标记，将附加中间站动态分配给附加物体的附加目的位置的步骤。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括当所述中间站是满的时候改变中间站的状态的步骤。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括当处理系统确定没有所述中间站中的类型的进一步物体可能出现在所述输入处时将中间站的状态变为完成。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括将第二中间站分配给所述目的地位置的步骤。

6.如权利要求1所述的方法，其中，直到物体被处理使得变得与所述中间站相关联，每个中间站才被分配给目的地位置。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述输入区域包括经过多个可编程运动设备中的每一个的循环传送带。

8.如权利要求1所述的方法，其中，所述输入区域包括指定空间，人类工作者可以将待分拣的物体放置在所述指定空间。

9.如权利要求1所述的方法，其中，所述输入区域包括多个输入传送带。

10.如权利要求1所述的方法，其中，所述可编程运动设备包括机器人系统。

11.如权利要求10所述的方法，其中，每个所述机器人系统通过单个输入传送带接收物体，所述单个输入传送带经过所述机器人系统。

12.如权利要求10所述的方法，其中，所述获得所述物体的步骤包括使用所述机器人系统的末端执行器以从所述多个混合物体选择和抓取所述物体。

13.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括基于长期历史使用趋势和统计选择待获得的物体的步骤。

14.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括基于未来递送要求或分拣过程选择待获得的物体的步骤。

15.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括基于关于所述输入区域的上游的物体的感知数据选择待获得的物体的步骤。

16.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括基于关于已经被处理的物体的数据选择待获得的物体的步骤。

17.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括基于当前正在由多个可编程运动设备分拣的物体选择待获得的物体的步骤。

18.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括基于时间对分拣信息选择待获得的物体的步骤。

19.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括基于待分拣的物体的物理特性选择待获得的物体的步骤。

20.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括基于关于物体可以被处理的设施内的位置的信息选择待获得的物体的步骤。

21.如权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括使用自动路由传送带将在完成的中间位置的完成的容器向动态分配的目的地位置移动的步骤。

22.如权利要求21所述的方法，其中，所述自动路由传送带经过多个可编程运动设备的每一个附近。

23.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括使用所述可编程运动设备获得新的分拣箱以替代中间位置处的完成的分拣箱的步骤。

24.一种物体处理系统，包括：

至少一个可编程运动设备，所述可编程运动设备用于从输入站获得待处理的物体；以及

处理器，所述处理器用于为所述物体动态分配中间位置，所述中间位置与目的地位置动态相关联。

25.如权利要求24所述的物体处理系统，其中，所述系统进一步包括第一自动传输系统，所述第一自动传输系统包括用于在至少两个中间站之间往复移动的第一托架。

26.如权利要求24所述的物体处理系统，其中，所述第一自动托架进一步可移动到所述输入传送带，使得物体可以由所述第一自动托架返回所述输入传送带。

27.如权利要求24所述的物体处理系统，其中，所述物体处理系统进一步包括：

第二自动托架，与所述至少两个中间站中的第一个通信，所述第二自动托架用于传输物体至第一多个中间位置中的一个，每个中间位置包括第一箱；以及

第三自动托架，与所述至少两个中间站中的第二个通信，所述第三自动托架用于传输物体至第二多个中间位置中的一个，每个中间位置包括第二箱。

28.如权利要求24所述的物体处理系统，其中，所述输入站包括物体被提供以被分拣的输入传送带。

29.如权利要求24所述的物体处理系统，其中，所述输入站包括用于提供所述机器人系统不能处理的物体的输出溜槽。

30.如权利要求29所述的物体处理系统，其中，所述第一自动托架进一步可移动到所述输出溜槽，使得物体可以由所述第一自动托架移至所述输出溜槽。

31.如权利要求24所述的物体处理系统，其中，所述输入站包括用于识别与物体相关的标记的主扫描仪系统。

32.如权利要求24所述的物体处理系统，其中，所述输入站包括第二扫描仪系统，所述第二扫描仪系统包括多个扫描仪。

33.如权利要求32所述的物体处理系统，其中，所述第二扫描仪系统的所述多个扫描仪被定位成在物体落下时扫描物体。

34.如权利要求26所述的物体处理系统，其中，所述第一自动托架能够以横向于所述第一自动托架的移动方向的方向倾倒所述托架的任何所容之物。

35.如权利要求27所述的物体处理系统，其中，所述第二自动托架能够以横向于所述第二自动托架的移动方向的方向倾倒所述第二自动托架的所容之物，并且其中，所述第三自动托架能够以横向于所述第三自动托架的移动方向的方向倾倒所述第三自动托架的所容之物。

36.如权利要求24所述的物体处理系统，其中，所述物体处理系统包括至少两个可编程运动设备，并且每个可编程运动设备包括机器人系统。

37.一种处理物体的方法，所述方法包括以下步骤：

从输入站获得待分拣的物体；

识别所述物体以确定与所述物体相关联的标记；

响应于所述标记将中间站分配给所述物体；以及

使用第一自动托架将所述物体移向所述中间站，其中，所述中间站与目的地位置相关联。

38.如权利要求37所述的方法，其中，识别所述物体的所述步骤包括当所述物体落下时用多个相机扫描所述物体。

39.如权利要求37所述的方法，其中，移动所述物体的所述步骤进一步包括通过使用第二自动托架移动所述物体。

40.如权利要求39所述的方法，其中，移动所述物体的所述步骤包括将所述物体从所述第一自动托架倾倒到所述第二自动托架。