CN108622589A - 用于自动化高架仓储的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种自动化仓储系统，用于具有存储货架的仓库中，包括分为多个隔间以容纳不同包裹的抽屉，所述抽屉位于在存储货架中的单独单元的指定位置处并适于打开和关闭。所述系统还具有多部无人机，所述无人机被配置为在指定位置和指定一个抽屉的指定一个隔间处识别指定一个抽屉。无人机具有相对于已打开抽屉可移动的抓持头以从中取回包裹。系统进一步具有与无人机通信的通信子系统，以控制其飞行，并且还相对于已打开抽屉控制其抓持头，以及随着无人机接近和离开所选单独单元而与单独单元通信以打开和关闭抽屉。

Description

用于自动化高架仓储的系统和方法
相关申请的交叉引用
该美国非临时专利申请是2017年3月17日提交的序列号为15/461,756共同待决美国非临时专利申请的部分继续申请，15/461,756共同待决美国非临时专利申请为2016年3月22日提交的序列号为15/076,995的美国非临时专利申请的部分继续申请，序列号为15/076,995的美国非临时专利申请于2017年4月11日授权，专利号为9,617,075，该美国专利9,617,075要求2015年3月24日提交的申请序列号为62/137,483的美国临时专利申请(其现在已过期)的权益，所有这些内容特此通过引用方式整体并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及用于自动仓储的设备和方法。更具体地，本公开涉及一种自动化高架仓储系统和方法。
背景技术
通常地，自动化是使用各种控制系统来操作装备，例如机器、工厂内的工艺、电话网络交换等，以最小化或减少人工干预。一些工艺甚至是完全自动化，并导致人力、能源和材料的显着减少，同时提高质量、准确性和精度。尽管自动化的种子在工业革命初期就已经种下，但是近几十年来真正的自动化才越来越占主导地位，同时还集成了计算机处理以提供所需的精度控制。
随着行业规模和范围的扩大，用于存储各行业生产商所生产的产品的存储空间的需求也随之增加。对产品需求的增加要求在生产和分销之间，或不同分销阶段之间储存这些产品的区域越来越大。因此，为这种存储建造了大型专用建筑物，通常被称为“仓库”。为了便于高效地存储和取回物品，必须维护有关仓库中物品数量和位置的准确数据，以便可在最少的搜索和需要的基础上取回物品。在自动化之前，当需要取回物品时，工作人员将收到对物品的请求，查找存储位置，抵达该位置并拾取所需数量，然后返回到原点作进一步分配。随着劳动力成本的增加，仓库物品存储和取回的这种劳动密集型方法变得成本过高，并且仓库很容易采用自动化形式使得这些成本受控。
随着“即时(just-in-time)”交付技术等效率的逐步提高，传统仓储自二十世纪的最后几十年以来一直在减少。即时系统不需要仓库就能直接从供应商向消费者提供产品交易。然而，随着全球经济的增长，长距离的货物国际运输距离仍然需要一定数量的仓储。此外，最近的零售趋势导致了仓库式零售店(也称为大型店铺)的发展。这些高大天花板的建筑物在高重型工业货架上展示零售商品，而不是在一般的零售架上。通常，准备销售的物品位于货架的底部，且货盘式库存被存储在上部货架上。当需要存取货盘式库存时，使用叉车将货盘从上部货架上卸下，以便在下部货架上展示。因此，存储和取回系统是基于地板的或基于地面的，其中用于移动产品的装备由地板支撑并且通过地板。
利用自动化存储和取回系统的大型仓库也依靠地板或地面装备用于在仓库内的仓库产品移动。该系统包括诸如货盘快车(pallet shuttle)的仓储概念，其中叉车在货盘快车上设置装载物，然后货盘快车沿储存货架中的轨道移动，以将装载物放在正确的位置。货盘快车系统的使用具有高密度和半自动的优点。可移动的货架系统包括可在指定一组直线轨道上横向移动的货架，使得货架可被横向移动，为叉车或其他机构制造过道以从指定货取回库存。该系统还具有高密度的优点，并允许直接存取存储在货架上的任何货盘。其他系统包括自动堆栈起重机以代替人工驾驶的叉车，并且可达至高达约五十(50)英尺高的存储位置。该系统可用于重型货盘以及单独的箱子、手提箱或托盘。
然而，上述系统全部使用地板或地面装备，其通常是高度受限的，并因此经常导致浪费建筑物上部的未使用空间。相应地，显然需要一种自动化的、准确的和高效的高架仓储系统，其有利于优化建筑物内部空间的最大使用。
发明内容
一般地，本公开涉及一种自动化高架仓储系统和方法。
在本发明的一个方面，一种自动化高架仓储系统，用于具有多个存储货架的仓库中，包括：
多个抽屉，每个抽屉被单独地分为多个隔间以在其中容纳各种不同包裹，每个抽屉还被定位在多个存储货架的每个内多个单独单元中的一个的指定包裹取回位置，每个抽屉在其上具有发送信号的识别标记，该信号识别在指定包裹取回位置的抽屉，并且还识别不同包裹的哪个被容纳在其多个隔间中，每个抽屉适于在存储货架的一个中相对于一个单独单元打开和关闭；
多部无人机，每部无人机都具有一个抓持头，该抓持头能在相应一个单独单元的指定包裹取回位置处相对于抽屉中的已打开一个平移，用于从抽屉的已打开一个的多个隔间的指定一个取回包裹；和
通信子系统，所述通信子系统使每部无人机与在多个单独单元的指定包裹取回位置处的抽屉上的识别标记通信，以接收识别标记所发送的信号，识别在指定包裹取回位置处的抽屉和容纳在每个抽屉的多个隔间内不同包裹，通信子系统也与每部无人机通信，用于：绘制无人机的飞行轨迹并控制每部无人机飞行到相应一个单独单元的指定包裹取回位置；结合所述无人机抵达所述相应一个单独单元的所述指定包裹取回位置，打开在相应一个单独单元处的指定一个抽屉；并且识别容纳不同包裹的指定一个的指定一个抽屉的隔间，通信子系统进一步与无人机通信，用于控制抓持头相对于抽屉的已打开一个移动，以从指定一个抽屉的已识别隔间取回不同包裹的指定一个。
在本发明的另一方面中，每部无人机的抓持头具有多个可操作以进行垂直平移和角旋转的抓持爪，用于通过从已打开抽屉分别夹持和移开包裹，取回来自抽屉的已打开一个的包裹。
在本发明的另一方面中，每部无人机的抓持头具有多个可操作以产生真空的抓持爪，提供与不同包裹的指定一个接合的吸力，从而取回指定一个包裹。
在本发明的另一方面中，每部无人机的抓持头具有至少一个勾爪形式的抓持爪，以接合不同包裹的指定一个，从而取回指定一个包裹。
在本发明的另一方面中，每部无人机的抓持头具有多个抓持爪，所述抓持爪在其上带有粘合物，抓持但不挤压不同包裹的指定一个，从而取回指定一个包裹。
在本发明的另一方面中，每部无人机的抓持头具有多个可操作以产生静电抓持的抓持爪，以与不同包裹的指定一个接合，从而取回指定一个包裹。
在本发明的另一方面中，每部无人机都具有仪器，所述仪器适于检查在指定一个抽屉的不同隔间中的不同包裹以识别和取回指定一个包裹。
在本发明的另一方面中，仪器是扫描仪，所述扫描仪适于在指定一个抽屉的不同隔间中扫描并认出在每个不同包裹上的条形码以识别和取回指定一个包裹。
在本发明的另一方面中，仪器是扫描仪，所述扫描仪适于在指定一个抽屉的不同隔间中检查并认出在每个不同包裹上的RFID标签以识别和取回指定一个包裹。
在本发明的另一方面中，仪器是相机，所述相机适于在指定一个抽屉的不同隔间中查看并认出每个不同包裹的形状、尺寸和颜色中的任一项以识别和取回指定一个包裹。
在本发明的另一个方面，一种自动化高架仓储方法，用于具有多个存储货架的仓库中，包括以下步骤：
提供多个抽屉，所述抽屉被单独分成多个隔间以在其中容纳各种不同包裹，每个抽屉被定位在多个存储货架的每一个中的多个单独单元中的一个的指定包裹取回位置；
为每个抽屉在其上提供识别标记，所述标记发送信号，所述信号在指定包裹取回位置处识别每个抽屉，以及还识别不同包裹的哪个被容纳在其多个隔间中，在一个存储货架中每个抽屉适于相对于一个单独单元打开和关闭；
提供多部无人机，每部无人机都具有一个抓持头，所述抓持头能在相应一个单独单元的指定包裹取回位置处相对于抽屉的已打开一个平移，用于从抽屉的已打开一个的多个隔室的指定一个取回包裹；
将通过位于多个单独单元的指定包裹取回位置处的抽屉上的识别标记发送的信号传送给每部无人机，从而：识别在指定包裹取回位置处的抽屉的一个，以及所述已识别一个抽屉的隔间，该隔间包含容纳在所述已识别一个抽屉中的所述不同包裹中的所述指定一个；和在无人机抵达前打开已识别一个抽屉；和
与每部无人机通信，用于控制抓持头相对于抽屉的已打开一个平移，以从指定一个抽屉的已识别隔间取回不同包裹的指定一个。
在本发明的另一方面中，自动化高架仓储的方法也包括如下步骤：与每部无人机通信以控制抓持头的多个抓持爪的操作以进行垂直平移和角旋转，用于通过从一个已打开抽屉分别夹持和移开包裹，从抽屉的已打开一个中取回包裹。
在本发明的另一方面中，自动化高架仓储的方法也包括如下步骤：与每部无人机通信以控制抓持头的多个抓持爪的操作以产生真空，所述真空提供与不同包裹的指定一个接合的吸力，从而取回指定一个包裹。
在本发明的另一方面中，自动化高架仓储的方法也包括如下步骤：与每部无人机通信以控制勾爪形式的抓持头的至少一个抓持爪的操作，以与不同包裹的指定一个接合，从而取回指定一个包裹。
在本发明的另一方面中，自动化高架仓储的方法也包括如下步骤：与每部无人机通信以控制抓持头的多个抓持爪的操作，在所述抓持爪上附有粘合物，其抓持而非挤压不同包裹的指定一个，从而取回指定一个包裹。
在本发明的另一方面中，自动化高架仓储的方法也包括如下步骤：与每部无人机通信以控制抓持头的多个抓持爪的操作以产生静电抓持，以与不同包裹的指定一个接合，从而取回指定一个包裹。
在本发明的另一方面中，自动化高架仓储的方法也包括如下步骤：操作在每部无人机上的仪器，在指定一个抽屉的不同隔间中检查不同包裹以识别和取回指定一个包裹。
在本发明的另一方面中，被操作的仪器是扫描仪，以在指定一个抽屉的不同隔间中扫描并认出在每个不同包裹上的条形码以便识别和取回指定一个包裹。
在本发明的另一方面中，被操作的仪器是扫描仪，以在指定一个抽屉的不同隔间中扫描并认出在每个不同包裹上的RFID标签以便识别和取回指定一个包裹。
在本发明的另一方面中，被操作的仪器是相机，以在指定一个抽屉的不同隔间中查看并认出每个不同包裹的形状、尺寸和颜色中的任一项以便识别和取回指定一个包裹。
本领域技术人员通过参考以下书面说明书、权利要求书和附图将进一步理解和领会本发明的这些和其他特征、方面和优点。
附图说明
现在将参考附图以举例的方式描述本发明，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1展示根据示例性实施方式的高架仓储系统的立体图，其中系统包括可在高架电车轨道上移动的多个机器人模块；
图2展示具有用于抓持一个或多个包裹的工具头的代表性机器人模块的立体图；
图3展示代表性机器人模块的立体图，其中用于抓持一个或多个包裹的工具头旋转90度展示；
图4展示接合在电车轨道上的代表性机器人模块的侧视图，并且显示工具头的垂直和水平移动性；
图5展示类似于图2的代表性机器人模块的立体图，但当前显示接合在电车轨道上；
图6展示接近指定单元的机器人模块的立体图，所述指定单元容纳要从存储货架取回的包裹；
图7展示机器人模块的立体图，所述机器人模块的工具头与单独单元基站水平对齐以便取回包裹；
图8展示机器人模块的立体图，所述机器人模块的工具头与被取回的包裹垂直对齐；
图9展示机器人模块的立体图，其中显示在工具头上的抓持头的多个抓持爪已经接合包裹并从存储货架单元部分地抽出包裹；
图10展示机器人模块的立体图，其中工具头已旋转90度以准备沿电车轨道移动；
图11展示仓储系统的立体俯视图，显示机器人模块将取回的包裹放置在传送器上；
图12展示示例性高架仓储系统的示意图，包括计算机控制和通信子系统；
图13展示根据示例性实施方式的替代高架仓储系统的立体图，其中显示当前由替代系统所包含的多部无人机位于停靠站处，但系统的高架电车轨道和机器人模块未示出；
图14展示图13的系统的俯视平面图，其中显示无人机沿着飞行轨迹飞行，所述飞行轨迹被计算为从无人机停靠站到存储在指定取回位置的包裹的最直接路线；
图15展示图13的系统的立体图，其中显示无人机沿着图14所示轨迹飞行；
图16展示在取回包裹的过程中在指定取回位置处的无人机的立体图；
图17展示在完成包裹的取回后在指定取回位置处的无人机的立体图；
图18展示如图14所示系统的俯视平面图，其中当前显示无人机沿飞行轨迹飞行，所述飞行轨迹被计算为从指定取回位置到指定投放位置的最直接路线；
图19展示在投放产品的过程中在指定投放位置处的无人机的立体图；
图20展示如图14和18所示的系统的俯视平面图，其中当前显示无人机沿飞行轨迹飞行，所述飞行轨迹被计算为从指定投放位置到无人机停靠站的最直接路线；
图21展示根据示例性实施方式的另一替代自动化高架仓储系统的立体图，其中示出了由替代系统所包含的多部无人机中的代表性一部在识别指定抽屉的一个隔间内识别包裹的过程中位于指定取回位置；
图22展示在从指定抽屉的一个隔间取回包裹的过程中在指定取回位置的代表性一部无人机的立体图；和
图23展示代表性一部无人机与被取回包裹从指定取回位置离开的立体图。
在附图的多个视图中，相似的附图标记指代相似的部分。
具体实施方式
事实上以下详细描述仅仅是示例性的，并不旨在限制所描述的实施例或所描述的实施例的应用和用途。在此所用词语“示例性”或“展示性”指的是“作为实施例、实例或例证”。在此描述为“示例性”或“展示性”的任何实施方式不必被解释为比其他实施方式优选或有利。以下描述的所有实施方式都是为了使本领域技术人员能够制造或使用本公开的实施方式而提供的示例性实施方式，并非旨在限制由权利要求所限定的本公开的范围。出于描述的目的，术语“上部”、“下部”、“左边”、“背部”、“右边”、“前部”、“垂直”、“水平”及其派生词应当与在图1中定向的本发明相关。更进一步地，不旨在受到在前述技术领域、背景技术、发明内容或以下详细描述中呈现的任何表达或暗示的理论束缚。还应该理解的是，附图中展示并且在下面的说明书中描述的具体装置和过程是所附权利要求书中所限定发明构思的简单示例性实施例。因此，与本文所公开实施例有关的具体尺寸和其他物理特性不应被认为是限制性的，除非权利要书求另有明确说明。
在本发明的一个示例性实施方式中，图1中显示高架仓储系统100，展示其各组件，其中仓库190具有地板192，所述地板192上支撑多个存储货架106。每个存储货架106被分为多个单独单元108。尽管本文各幅附图展示的存储货架106具有通过物理壁彼此分隔的(高度不同)单元108、109，但是本领域技术人员将容易地认识到每个单元108、109可通过唯一的物理坐标而不需要将一个单元108、109与相邻单元108、109分开的物理壁而容易地识别。
如图1中所示，多条电车轨道102位于存储货架106的上方，所述存储货架106由仓库190的地板192支撑。电车轨道102，如图1所示机器人模块110在其上移动，且在各个附图中显示为导轨。然而，电车轨道102可替代地包括允许机器人模块110在其上移动的架空轨道、电缆或其他合适的轨道。电车轨道102被固定到仓库190的天花板(为了清楚起见未示出)或从天花板悬吊。仓储系统100安装到仓库天花板，允许使用的存储空间直到基于地板的仓储系统通常不可用的天花板，并因此增加了产品吞吐量，而不需昂贵的地板空间或额外仓储的财务投资。本领域技术人员将容易认识到，如本文所述的高架仓储系统100可与传统的基于地板的系统结合以创建混合仓储系统。将高架仓储系统100添加到现有的基于地板的系统从而进一步优化了可用仓库空间的使用。目前，大型零售店铺通常使用存储货架的上部平面进行大量库存存储，并通过诸如叉车等基于地板的机械系统进行存取。高架系统100允许机构利用高架系统100在上部货架区域大量存储，同时继续使用诸如工作人员驱动叉车的基于地板的系统以将库存传输到位于较低的消费者可接近区域的展示区域。每条电车轨道102被定位为紧邻存储货架106并具有接合在其上的至少一个机器人模块110，且可优选地容纳多个机器人模块110。
如图2-5最佳所示，机器人模块110包括动力运送器112，所述动力运送器112具有至少一个电车轨道引导件114，用于接收电车轨道102的单条轨道以便沿其移动。如本文示例性实施例中所示，动力运送器112包括定位电机(未示出)和两个间隔的电车轨道引导件114，每个电车轨道引导件114用于接收电车轨道102的对应一条双重间隔轨道，通过定位电机与电车轨道102的轨道接合用于机器人模块110根据箭头“E”(图5)沿其移动。电车轨道102的双重间隔轨道为机器人模块110提供稳定性。例如，动力运送器112可经由电车轨道102的双重轨道、柔性电线(未示出)或电池(未示出)接收电力。取决于高架仓储系统100的实施方式，可通过本领域中已知的不同形式提供向机器人模块和其中的定位电机输送电力的措施。如果机器人模块110是电池操作的，则高架仓储系统100还将包括用于在充电站(未示出)处离线获取机器人模块110的措施。系统100可包括多个充电站，且用于需要充电的特定机器人模块110的充电站的选择将根据机器人模块110的位置、可用能源和可用工作负荷确定。
电车轨道102可包括沿其一定间隔的索引点136，且每个机器人模块110的动力运送器112可包括定位编码器，用于检测各个索引点136以将其自身精确地定位在电车轨道102上。用于配置的通信由通信子系统160(图12)生成并经由硬连线(hard wire)172或通过无线信号174传递到动力运送器112。每个机器人模块110具有用于独立通信的唯一标识符。此外，用于机器人模块110的各种功能的动力可使用机械连接和沿电车轨道102的接口传递。
动力运送器112还包括沿垂直轴150从其向下延伸的垂直控制件116(图2)。垂直控制件116可根据箭头“D”(图3)双向地沿轴150以动力方式垂直地延伸。进一步地，垂直控制件116的动力控制还有助于垂直控制件116根据箭头“A”(图2)围绕垂直轴150旋转。
机器人模块110还包括可选择性更换的工具头118，所述工具头118利用公共安装接口119可拆卸地附接到垂直控制件116。公共安装接口119允许不同装置的附接，包括但不限于用于矩形物体的包裹运送器120、用于圆柱形物体的抓持器、用于定制形状物体的抓持器、相机、扫描仪、称重秤、标签或真空吸尘器、擦洗刷等。本文中各附图代表性地展示经由公共安装接口119附接到垂直控制件116的矩形包裹运送器120的附接。
矩形包裹运送器120包括抓持器控制件121，所述抓持器控制件121包括用于矩形包裹199(图6-10)的运送、配置和取回的通信接口、电机和致动器(未示出)。水平控制致动器122位于抓持器控制件121的每一个相对端部处。本领域的技术人员将认识到，抓持器控制件121的几何配置可被修改以容纳多个水平控制致动器122和抓持头124。每个水平控制致动器122具有附接到致动器122端部的相应抓持头124，并有助于相应抓持头124根据方向箭头“B”(图2)的角旋转，以及相应的抓持头124根据方向箭头“C”(图3)的水平移动。每个抓持头124包括多个抓持爪126，所述抓持爪126可通过抓持头124中的动力机构(未示出)选择性定位。抓持爪126可延伸到打开位置以在其中接收包裹199，然后根据方向箭头“F”(图5)缩回以摩擦地夹持包裹199以在仓库190内移动。可操作地附着到动力运送器112上的包裹运送器120可用于拾取包裹199以便分发或者将包裹199放置到指定单元位置以备将来取回。包裹运送器120可用于存放架或从架取回包裹，以及用于将包裹移开或放在传送器、分拣器、箱子、货盘、板条箱等上。
还提供了一站(未示出)，用于利用公共安装接口119将不同的工具头118放置到垂直控制致动器116上。这允许使用公共动力运送器112以选择性地附接或卸下诸如包裹运送器120、用于各种几何形状的专用抓持器、相机、扫描仪、秤、贴标签器和清洁设备等特定的工具头118。
现在参照图12，高架仓储系统100可包括通信子系统160。通信子系统160包括中央处理器(CPU)161，所述CPU 161执行存储在存储器模块162上的指令集，用于实施仓储协议。存储器模块162进一步包括单独单元108位置、哪些单元108未被占用和哪些单元被特定包裹199占用的数据库。CPU 161还可连接到诸如键盘的用户输入装置166，和显示器164以有助于用户的交互式控制。CPU 161还连接到通信发送器，所述通信发送器可经由硬连线通信线路172或通过来自天线169的无线信号传输174通信地连接到各机器人模块110。机器人模块110又可具有用于接收无线信号传输174的天线130，或者可选地，可经由电车轨道102从硬件172接收控制信号。
现在主要参考图6-12，在操作期间，当期望从多个存储货架106中取回指定包裹199时，用户利用用户输入设备166和显示器164通过与通信子系统160连接以取回指定的特定包裹199。用户向通信子系统164查询所需包裹199的位置。CPU 161执行存储在存储器模块162上的仓储指令集，并通过其上的数据库识别包裹199所在的单独单元109。CPU 161然后将包括单元109位置的取回命令发送到发送器168，发送到服务指定单元109的机器人模块110。机器人模块110的动力运送器112经由天线130或硬连线连接件172接收取回信号，且沿电车轨道102移动(图6)。当编码传感器沿电车轨道102遇到指定的索引点136时，机器人模块110在要被取回的包裹199位于其中的指定单元109前停止(图7)。然后，垂直控制致动器116被延伸到包裹运送器120大体上与包裹199水平对齐的位置。抓持头124张开抓持爪126以能够捕获其中的包裹199，且水平控制致动器122朝向包裹199伸长直到抓持爪126接合包裹199。抓持爪126然后缩回以将包裹199摩擦地固定在多个抓持爪126(图8)的夹持中。一旦包裹199已被抓持爪126牢固地夹持，则水平控制致动器122缩回以从存放货架106的指定单元109取出包裹199(图9)。然后，包裹运送器可围绕垂直轴150旋转90度，以对准包裹运送器，准备机器人模块110沿电车轨道102的移动(图10)。机器人模块110接着沿电车轨道102移动到其指定目的地，诸如传送器104。然后操纵垂直控制致动器116、水平控制致动器122和由抓持头124控制的抓持爪126，以将包裹199放置在传送器104上(图11)。机器人模块110然后可自由地由通信子系统160重新分配以放置或取回新包裹。
现在参照图13-20，显示替代性高架仓储系统200的示例性实施方式，其包括多部无人机202，所述无人机202现在执行先前由高架电车轨道102和机器人模块110所执行操作的部分。系统200具有与多个独立单元108、109相邻，沿着存储货架106所限定的多条飞行走廊203。系统100的高架电车轨道102和机器人模块110仍用于替代系统200中，但为了清楚起见，未在图13-20中示出。高架电车轨道102和飞行走廊203沿存储货架106彼此相邻的单独单元108、109延伸。
在图13中，无人机202被展示位于指定的充电/停靠站204处。无人机202将由通信子系统160选择并分配，以在一个单元108、109的指定取回位置处从抽屉205(参见图14-16)取回包裹199。如前所述，每个单元或箱108、109可通过唯一的物理坐标容易地识别。因此，配置为容纳包裹199的每个抽屉205被定位在存储货架106中的单独单元108、109之一的指定包裹取回位置处。而且，每个抽屉205适于相对于一个单独单元打开和关闭。与每部无人机202通信的通信子系统160绘制取回飞行轨迹206(其不干扰其他无人机，并且是最直接的路线)，用于所选无人机202从指定停靠站204飞行到指定取回单元位置109。通信子系统160还与机器人模块110和单独单元109通信，用于随着无人机接近和离开所选一个单独单元而打开和关闭所选一个单独单元的抽屉205中的一个。在准备无人机抵达时，使用如前所述的方式由通信子系统160控制的机器人模块110(或与抽屉相关联的另一个机电机构)打开单元处的抽屉205。
图14-15显示所选无人机202从无人机停靠站204沿飞行取回轨迹206飞行到在货架106中一个的指定取回单元位置109，其中待取回的包裹199位于已打开抽屉205中。图16-17显示在完成从已打开抽屉205取回包裹199的过程中，在指定取回位置109处的无人机202。无人机202具有操作性地安装到无人机上的工具头218(包括具有抓持器致动器222的抓持器控制件221)和(经由抓持器致动器)安装到工具头并具有多个抓持爪226的抓持头224，所述抓持爪226选择性地可相对于抓持头224定位。类似于前述机器人模块110所执行的操作，抓持爪226可伸长到打开位置以取回在其中的包裹199并随后可缩回以摩擦地夹持包裹199。抓持头224因此从抽屉205夹持包裹，且无人机202开始飞离取回单元位置109。箱/架通过机器人模块110(或另一个机电机构)所执行的操作而关闭。
同时，通过绘制从无人机停靠站204到指定取回单元位置109的飞行取回轨迹206，通信子系统160还绘制了从指定取回单元位置到指定投放位置214的飞行递送轨迹212，和从指定投放位置214到无人机停靠站204的飞行返回轨迹216。图18-19显示沿飞行递送轨迹212飞行的无人机202，所述飞行递送轨迹212计算为从指定取回位置到指定投放位置的最直接路线。当无人机202抵达指定投放位置时，它将包裹投放在指定投放位置214。然后，如图20所示，无人机202沿返回轨迹216飞行并着陆在其充电/停靠站204，在那里等待进一步的指示。
无人机中的一部(或者替代地，机器人模块110中的一个)可被选择并被指派为在刚从其取回包裹的单元109指定接收箱位置处再次存储另一个包裹。如上所述进行相同的处理，但无人机取而代之从指定仓库接收位置拾取包裹。在无人机抵达之前，使用合适的机器人模块打开无人机要将包裹放入的指定接收箱位置。通信子系统160绘制无人机将分别遵循的各种飞行轨迹(不干扰其他无人机和沿最直接路线)：到指定仓库接收位置的第一飞行轨迹、然后到指定接收箱位置的第二飞行轨迹、以及接着返回充电/停靠站的第三飞行轨迹。在沿第一飞行轨迹飞行并在指定仓库接收位置处拾取包裹后，无人机沿第二飞行轨道飞行并将包裹放置在指定接收箱位置处的箱/架中的已知空位上。在放置后，箱/架的抽屉205被合适的机器人模块(或其他机电机构)关闭。接着，无人机沿着第三飞行轨迹返回到停靠站以等待进一步的指示，或者被重定向拾取另一个包裹以从仓储存储区域取回。
总而言之，可使用自主式、自导式和自学式无人机，结合任何类型的分拣系统有效地和快速地拾取和取回在仓库中的物品、包裹或箱子，以完成履约、电子商务和库存补货。无人机通过通信子系统所采用的仓库管理系统(Warehouse Management System，WMS)或仓库控制系统(Warehouse Control System，WCS)接收拾取任务。包裹位于抽屉中，所述抽屉可由电机控制。每个抽屉具有预定的物品位置矩阵。WMS或WCS知悉每一个包裹所在的位置。无人机在预定的、预先分配的飞行走廊中飞行。通信子系统所采用的中央飞行控制系统(Central Flight Control System，CFCS)监控每部无人机的位置，以防止无人机之间的碰撞和路径之间的冲突。当无人机接近存有要被拾取包裹所分配的抽屉时，WMS或WCS指示抽屉完全缩回打开，且无人机放慢速度以使用抓持器拾取物品。拾取包裹后，无人机飞到传送器或分拣器上，并将包裹投放在那里。传送器可将包裹传送到适当的包装站，多个包装站之一按包装尺寸，目的地或任何其他可能的类别进行分类。通信子系统所使用的CFCS还可监控无人机电池的寿命。例如，当电池电量达至其剩余寿命的10％时，无人机接收到飞往充电站的指示，并着陆到那里直至完全充电。在进入充电站之前，无人机向WMS发送信号，表示它不会完成当前任务。WMS解除任务并将其发送给在该空间内的另一部无人机。同时飞行的无人机数量取决于CFCS的能力。进入抽屉的包裹补充可在夜间或仓库未运行时执行，且可通过使用机器人模块或无人机执行。
现在参照图21-23，展示用于具有多个货架302(仅示出一个)的仓库中的另一替代自动化高架仓储系统的示例性实施方式，总体标记为300。如前所述，系统300包括多个抽屉304和多部无人机306，并使用通信子系统160。
在多个储存货架302中代表性一个中，自动化高架仓储系统300的每个抽屉306位于多个单独单元308中的一个的指定包裹取回位置处。每个抽屉304被分为多个隔间310，每个隔间310容纳各种不同包裹312中的一个。仅作为示例，在多个隔间310中的各个不同包裹312可被分区并且容纳移动装置、电子平板等的不同模型。而且，每个抽屉304其上具有识别标记314，所述识别标记314发送信号，所述信号在指定包裹取回位置处识别给定抽屉304，并且还识别不同包裹312的哪个被容纳在给定抽屉304的多个隔室310中的哪一个。进一步地，以前述方式，每个抽屉304适于相对于存储货架302中的一个单独单元打开和关闭。
自动化高架仓储系统300的一种代表性无人机306如图21-23所示。在识别指定抽屉304的一个隔间310中的包裹312的过程中，无人机306位于指定取回位置。代表性一部无人机306具有抓持头316，所述抓持头316在相应一个单独单元308的指定包裹取回位置处相对于已打开抽屉304移动，用于从已打开抽屉304的一个隔间310取回包裹312。
自动化高架仓储系统300的通信子系统160(参见图12)与抽屉304上的识别标记314通信，以接收由识别标记314发送的信号，从而在指定包裹取回位置处识别特定的抽屉304和不同包裹312，所述不同包裹312被容纳在每个抽屉304的多个隔间310中。此外，通信子系统160与每部无人机306通信，用于为无人机306绘制飞行轨迹并控制每部无人机306飞行到单独单元108的指定包裹取回位置。进一步地，通信子系统160与抽屉304通信，用于无人机306抵达相应一个单独单元的指定包裹取回位置处的同时，在相应一个单独单元308处打开指定一个抽屉304。再进一步地，通信子系统160与抽屉304通信，用于识别容纳指定一个不同包裹312的指定一个抽屉304的隔间310。更进一步地，通信子系统160与每部无人机306通信，用于控制抓持头316相对于抽屉304中已打开一个的移动，以从指定一个抽屉304的已识别隔间取回不同包裹312的指定一个。
每部无人机306的抓持头316具有至少一个并且优选多个可操作以进行垂直平移和角旋转的抓持爪318，用于通过从已打开抽屉304中分别物理地夹持和移开已识别包裹312，从抽屉304中已打开一个的指定隔间310取回包裹312中的指定一个。每部无人机306的抓持头316的抓持爪318可采用其他不同替代方式使得能够从已打开抽屉304取回包裹312的指定一个。一种替代方案是抓持爪318可操作以产生提供抽吸效应的真空，其与指定包裹312接合以能够使其从已打开抽屉304取回。另一种替代方案是至少一根抓持爪318是钩爪(未示出)的形式，适于与指定包裹312接合以能够使其从已打开抽屉304取回。又一替代方案是抓持爪318在其上具有粘合物，所述粘合物抓持但不挤压指定包裹312以能够使其从已打开抽屉304取回。公开序列号为2016/0200946的美国专利申请中公开了用于此目的的合适粘合物示例。又另一替代方案是抓持爪318可操作以产生静电抓持以与指定包裹312接合，从而能够使其从已打开抽屉304取回。序列号为7,075,772的美国专利中公开了用于此目的的合适静电抓持装置示例。该引用的专利申请公开和专利所公开内容在此通过引用并入本文。
更进一步地，每部无人机306可具有电子仪器320，所述电子仪器320适于检查在已打开抽屉304的不同隔间310中的不同包裹312，以识别在包裹312中的一个上面的物体322，所述物体322指示其是要取回的指定包裹。仪器320可以是一种类型的扫描仪，所述扫描仪适于认出在不同包裹312上的条形码形式对象322，其表示要取回的不同包裹312中的指定一个。替代地，仪器320可以是另一种类型的扫描仪，所述扫描仪适于认出当前在不同包裹312上的RFID标签形式对象322，其表示要取回的不同包裹312中的指定一个。另一种替代方案是仪器320可以是相机，所述相机适于在指定一个抽屉304的不同隔间310中查看并认出每个不同包裹312的形状、尺寸和颜色中的任一项。例如，一些包裹可能是不能有效地适于使用容易看见条形码或RFID的物体，例如篮球或足球。在这些情况下，相机将能够确定篮球的圆形形状以及颜色和形状图案(因为篮球和足球的彩色图案不同，以指定要取回哪一个)。
由于可对所描述的本发明的优选实施例进行详细的多种修改、变形和改变，所以在前面的描述中以及在附图中示出的所有内容都旨在说明性的而不是限制性的。因此，本发明的范围应由所附权利要求书及其合法等同物确定。

Claims (20)

1.一种自动化高架仓储系统，用于具有多个存储货架的仓库，所述自动化仓储系统包括：
多个抽屉，每个所述抽屉被单独地分为多个隔间以在其中容纳各种不同包裹，所述每个抽屉被定位在所述多个存储货架的每个内的多个单独单元中的一个的指定包裹取回位置处，所述每个抽屉在其上具有发送信号的识别标记，该信号识别所述指定包裹取回位置处的所述每个抽屉，并且还识别哪个所述不同包裹被容纳在其所述多个隔间中，所述每个抽屉适于在所述存储货架的一个中相对于所述一个单独单元打开和关闭；
多部无人机，每部所述无人机都具有一个抓持头，所述抓持头能在所述相应一个单独单元的所述指定包裹取回位置处相对于所述抽屉中的已打开一个平移，用于从所述抽屉的所述已打开一个的所述多个隔间的指定一个取回包裹；和
通信子系统，所述通信子系统使每部所述无人机与在所述多个单独单元的所述指定包裹取回位置处的所述抽屉上的所述识别标记通信，以接收所述识别标记所发送的所述信号，识别在所述指定包裹取回位置处的所述抽屉和容纳在每个所述抽屉的所述多个隔间内的所述不同包裹，所述通信子系统也与每部所述无人机通信，用于：为所述每部无人机绘制飞行轨迹并控制所述无人机飞行到所述相应一个单独单元的所述指定包裹取回位置；结合所述无人机抵达所述相应一个单独单元的所述指定包裹取回位置，打开在所述相应一个单独单元的所述指定一个抽屉；并且识别容纳所述不同包裹中的指定一个的所述指定一个抽屉的所述隔间，所述通信子系统进一步与所述至少一部无人机通信，用于控制所述抓持头相对于所述抽屉的所述已打开一个移动，以从所述指定一个抽屉的所述已识别隔间取回所述不同包裹的指定一个。
2.根据权利要求1所述的系统，其中每部所述无人机的所述抓持头具有多个可操作以进行垂直平移和角旋转的抓持爪，用于通过从所述已打开抽屉中分别夹持和移开包裹，从所述抽屉的所述已打开一个取回包裹。
3.根据权利要求1所述的系统，其中每部所述无人机的所述抓持头具有多个可操作以产生真空的抓持爪，提供与所述不同包裹中所述指定一个接合的吸力，从而取回所述指定一个包裹。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述通信子系统还与所述多部无人机通信，以监控所述多部无人机的电池寿命，并当所述电池达至预设百分比的所述电池的剩余寿命时，指示所述无人机飞至充电站。
5.根据权利要求1所述的系统，其中每部所述无人机的所述抓持头具有多个抓持爪，所述抓持爪在其上附有粘合物，抓持但不挤压所述不同包裹中所述指定一个，从而取回所述指定一个包裹。
6.根据权利要求1所述的系统，其中每部所述无人机的所述抓持头具有多个可操作以产生静电抓持的抓持爪，以与所述不同包裹中所述指定一个接合，从而取回所述指定一个包裹。
7.根据权利要求1所述的系统，其中每部所述无人机都具有仪器，所述仪器适于检查在所述指定一个抽屉的所述不同隔间中的所述不同包裹以识别和取回所述指定一个包裹。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述仪器是扫描仪，所述扫描仪适于在所述指定一个抽屉的所述不同隔间中扫描并认出在每个所述不同包裹上的条形码以识别和取回所述指定一个包裹。
9.根据权利要求7所述的系统，其中所述仪器是扫描仪，所述扫描仪适于在所述指定一个抽屉的所述不同隔间中扫描并认出在每个所述不同包裹上的RFID标签以识别和取回所述指定一个包裹。
10.根据权利要求7所述的系统，其中所述仪器是相机，所述相机适于在所述指定一个抽屉的所述不同隔间中查看并认出每个所述不同包裹的形状、尺寸和颜色中的任一项以识别和取回所述指定一个包裹。
11.一种自动化高架仓储方法，用于具有多个存储货架的仓库，所述自动化仓储方法包括以下步骤：
提供多个抽屉，每个所述抽屉被单独分为多个隔间以在其中容纳各种不同包裹，在所述多个存储货架的每一个中，所述每个抽屉被定位在多个单独单元中的一个的指定包裹取回位置；
为所述每个抽屉在其上提供识别标记，所述识别标记发送信号，所述信号在所述指定包裹取回位置处识别所述每个抽屉，以及还识别所述不同包裹的哪个被容纳在其所述多个隔间中，所述每个抽屉在其中一个所述存储货架中适于相对于所述一个单独单元打开和关闭；
提供多部无人机，每部所述无人机都具有一个抓持头，所述抓持头能在所述相应一个单独单元的所述指定包裹取回位置处相对于所述抽屉中的已打开一个平移，用于从所述抽屉的所述已打开一个的所述多个隔间的指定一个取回包裹；
将通过位于所述多个单独单元的所述指定包裹取回位置处的所述抽屉上的所述识别标记发送的信号传送给每部所述无人机，从而：在所述指定包裹取回位置处识别所述抽屉的一个以及所述已识别一个抽屉的隔间，该隔间包含容纳在所述已识别一个抽屉中的所述不同包裹中的所述指定一个；和在所述无人机抵达前打开所述已识别一个抽屉；和
与每部所述无人机通信，用于控制所述抓持头相对于所述抽屉的所述已打开一个平移，以从所述指定一个抽屉的所述已识别隔间取回所述不同包裹的指定一个。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括如下步骤：与每部所述无人机通信以控制所述抓持头的多个抓持爪的操作以进行垂直平移和角旋转，用于通过从所述一个已打开抽屉分别夹持和移开包裹，从所述抽屉的所述已打开一个取回包裹。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括如下步骤：与每部所述无人机通信以控制所述抓持头的多个抓持爪的操作以产生真空，所述真空提供与所述不同包裹中的所述指定一个接合的吸力，从而取回所述指定一个包裹。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括如下步骤：与每部所述无人机通信以控制勾爪形式的所述抓持头的所述至少一个抓持爪的操作，以与所述不同包裹的所述指定一个接合，从而取回所述指定一个包裹。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括如下步骤：与每部所述无人机通信以控制所述抓持头的多个抓持爪的操作，在所述抓持爪上附有粘合物，其抓持而非挤压所述不同包裹中的所述指定一个，从而取回所述指定一个包裹。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括如下步骤：与每部所述无人机通信以控制所述抓持头的多个抓持爪的操作以产生静电抓持，以与所述不同包裹中所述指定一个接合，从而取回所述指定一个包裹。
17.根据权利要求11所述的方法，还包括如下步骤：操作在每部所述无人机上的仪器，所述仪器在所述指定一个抽屉的所述不同隔间中检查所述不同包裹以识别和取回所述指定一个包裹。
18.根据权利要求17所述的方法，其中被操作的所述仪器是扫描仪，所述扫描仪在所述指定一个抽屉的所述不同隔间中扫描并认出在每个所述不同所述包裹上的条形码以识别和取回所述指定一个包裹。
19.根据权利要求17所述的方法，其中被操作的所述仪器是扫描仪，所述扫描仪在所述指定一个抽屉的所述不同隔间中扫描并认出在每个所述不同包裹上的RFID标签以识别和取回所述指定一个包裹。
20.根据权利要求17所述的方法，其中被操作的所述仪器是相机，所述相机在所述指定一个抽屉的所述不同隔间中查看并认出在每个所述不同包裹形状、尺寸和颜色中的任一项以识别和取回所述指定一个包裹。
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