CN110431093A - 分体机器人物品拣放系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于从物品集合中拣选物品并将物品布置到放置位置中的方法和系统，包括用第一视觉系统从第一拣选位置处的物品集合中捕捉图像，并且确定物品集合中的至少一些物品的坐标数据。将物品集合中的物品的坐标数据提供给第一机械手。根据该物品的坐标数据，利用第一机械手从物品集合中拣选该物品，并将该物品放置在第一放置位置处。在第二拣选位置处获得该物品的位置和取向数据，并与该物品在第二放置位置处所需位置和取向一起提供给第二机械手。使用该物品在第二拣选位置处的位置和取向数据，利用第二机械手拣选该物品，并将该物品放置在第二放置位置处的所需位置和取向上。

Description

分体机器人物品拣放系统
背景技术
本发明涉及一种从混合取向物品的集合中拣选物品并将物品布置到单独的放置位置中的方法，以及一种物品拣放系统，尤其是利用机器人操作的这种方法和系统。虽然本发明是在订单履行系统中应用，但也可以用在其他应用中。
放在互联网上的订单的订单履行必须在相对短的时间内发生，以具备商业竞争力。基于目录或基于电视商品销售通过邮件、通过电话或通过传真接收的订单来说也是同样的。这种订单履行被称为电子商务，并将需求放在订单履行系统上以满足这样的义务。由于电子商务通常涉及到要从大量的潜在物品中选择的大量的小订单(每个包含订单中的少到一个的项目)的事实，这是复杂的。每个唯一的物品都具有行业中已知的特定的库存标识，作为库存单位(SKU)。每个物品通常都带有识别物品的SKU的光码，如条形码或无线射频识别(RFID)标签。
发明内容
利用机械手来履行订单的技术并不完全令人满意。可以利用机械手从容器中拣选混合取向的物品，并将物品放置在各种订单容器中。如果物品没有被充分抓紧，则机械手必须重新抓紧物品。在另一个方法中，物品例如从送料斗被分配到传送机上的单层中，所述传送机通向机械手。然而，视觉系统很难充分识别以这种方式布置的物品，并引导机械手在第一次尝试时正确抓紧物品。本发明旨在克服已知技术的吞吐量不足。这是通过利用多个机械手来实现的，每个机械手都可以提高处理物品的精度。
根据本发明的一个方面，一种用于从物品集合中拣选物品并将物品布置到放置位置中的方法，包括用第一视觉系统从第一拣选位置处的物品集合中捕捉图像，并且确定物品集合中的至少一些物品的坐标数据。将物品集合中的物品的坐标数据提供给第一机械手。根据该物品的坐标数据，利用第一机械手从物品集合中拣选该物品，并将该物品放置在第一放置位置处。将由第一机械手放置的该物品的位置和取向数据以及该物品后续在第二放置位置处所需位置和取向数据提供给第二机械手。使用由第一机械手放置的该物品的位置和取向数据以及利用第二机械手将该物品放置在后续所需位置和取向处的该物品的后续位置和取向数据，利用第二机械手拣选物品。
第一放置位置和第二拣选位置可以彼此间隔开，并包括将物品从第一放置位置输送到第二拣选位置。可以获得或确认该物品在第二拣选位置处的位置和取向数据。这种获得或确认可以包括利用第二视觉系统捕捉该物品在第二拣选位置处的图像，并利用第二视觉系统确认该物品在第二拣选位置处的位置和取向。物品容器可以定位在第二放置位置处，并且可以利用第三视觉系统捕捉容器中的物品的图像。可以确定容器的位置、容器的取向、容器的尺寸、容器的填充百分比和/或容器中物品的位置。第一放置位置可以包括传送面，并且所述输送包括利用传送面，将在第一放置位置处的物品传送到第二拣选位置。
根据本发明的一个方面，物品拣放系统包括第一机器人系统和第二机器人系统。第一机器人系统包括第一视觉系统和第一机械手。第二机器人系统包括第二视觉系统和第二机械手。在第一拣选位置处设置物品支撑件，在第二放置位置处设置物品支撑件。第一视觉系统在第一拣选位置处获得物品的坐标，并且第一机械手响应于该物品的坐标，从第一拣选位置拣选该物品，并将该物品放置在第一放置位置处。第二视觉系统在第二拣选位置处获得物品的数据，并且第二机械手响应于第二视觉系统，在第二拣选位置处拣选该物品，并将该物品放置在第二放置位置处的另一个所需位置和取向上。
第一机械手可以适于将该物品放置在第一放置位置处，并且第二机械手适于在第二拣选位置处拣选该物品，第二拣选位置与第一拣选位置间隔开，并且传送装置将从第一放置位置接收的物品传送到第二拣选位置。传送装置可以是传送机，例如堆积传送机。第一机械手可以从在第一拣选位置处的容器中拣选物品，并且第一视觉系统捕捉容器中的至少一些物品的坐标。可以在传送装置处设置扫描仪，以捕捉关于由传送装置传送的每个物品的附加数据。扫描仪可以是扫描通道，其扫描物品的多个侧面，以读取物品任何侧面上的光码。
第二传送装置可以设置为：在所述第一机械手从容器中拣选至少一个物品之后，从第一拣选位置传送该容器。第三视觉系统可以设置为：在第二放置位置处获得数据。第二放置位置可以限定多个订单位置，并且每个订单位置可以支撑容器。
第一视觉系统可以与图像处理软件一起操作，以感测物品标识符、物品尺寸、物品体积、物品位置以及物品在空间中的取向和/或物品颜色。第二视觉系统可以与图像处理软件一起操作，以感测物品存在、物品标识、物品位置和/或物品在空间中的取向。第三视觉系统可以与图像处理软件一起操作，以感测容器位置、容器取向、容器尺寸、容器填充百分比和/或物品位置。第一视觉系统可以安装到第一机械手上或第一机械手上的臂端工具上。第二视觉系统或第三视觉系统可以安装到第二机械手上或所述第二机械手上的臂端工具上。
可以设置自动穿梭机，其适于从第二放置位置移除已完成的容器。系统自动穿梭机可以适于输送已完成的容器，用以由进/出机械手取回。
当回顾结合附图的以下说明时，本发明的这些和其他目的、优点和特征将变得清楚。
附图说明
图1是根据本发明实施例的拣选物品的方法和物品拣选系统的框图；以及
图2是根据本发明实施例的物品拣选系统的俯视图。
具体实施方式
现在参见附图和其中描绘的说明性实施例，通过物品拣放系统10执行拣选和放置物品的方法。从可能是混合取向物品的集合的物品集合中拣选物品。拣选的物品最终布置到单独的放置位置中。物品可以具有混合或非混合的取向。混合取向意味着物品不具有有组织的取向。在所示实施例中，从库存项目的容器中拣选物品，所述库存项目在库存容器中以混合取向被供应，并被放置入根据客户订单等布置的订单容器中。然而，本发明实施例可以与不在容器中的物品一起使用。
拣放系统10包括第一机器人系统12和第二机器人系统18。第一机器人系统12包括第一视觉系统14和第一机械手(robotic manipulator)16，例如本领域已知类型的6轴机械臂。臂端工具(end-of-arm tool，EOAT)17设置在机械手16的端部处，并且可以访问多种不同类型的界面工具。第一视觉系统14可以是静止的，或安装到机械手16或EOAT 17上。第一视觉系统14在第一拣选位置24处捕捉图像。第一机械手16能够从第一拣选位置24拣选物品，并将该物品放置到第一放置位置32。
第二机器人系统18包括第二视觉系统20和第二机械手22，例如本领域已知类型的6轴机械臂。臂端工具(EOAT)23设置在第二机械手22的端部处，并且可以访问多种不同类型的界面工具。第二视觉系统20可以是静止的，或安装到第二机械手22或EOAT23上。第二视觉系统20在第二拣选位置26处捕捉图像。第二机械手22能够从第二拣选位置24拣选物品，并将该物品放置到第二放置位置34。第三视觉系统36可以被设置为在第二放置位置34处捕捉图像。
图像处理软件38利用由第一视觉系统14、第二视觉系统20和第三视觉系统26收集的传感器数据以及关于由第一机器人系统和第二机器人系统处理的物品的预先确定信息包含在对象数据库40中。序列控制器42接收来自图像处理软件38的输入，并控制传送装置28和机械手16、22的操作。
第一放置位置32和第二拣选位置26可能重合，使得第一机械手16和第二机械手22访问该共同位置。然而，这种布置需要机械手之间的协调，使得一次只有一个机械手访问共同位置，以避免碰撞。这将减慢机械手的速度，因为一个机械手在另一个访问共同位置时需要暂停。传送装置28将物品从第一放置位置32传送到第二拣选位置26，从而提供单独的位置，因此不需要机械手之间的协调。传送装置28可以具有传送面，例如带式或滚筒式传送机，或可以其他方式输送物品。此外，传送装置28可以是堆积传送机(accumulationconveyor)，用于堆积物品。这进一步提高了系统的灵活性，因为允许机械手以不同的速度操作，而临时超过由第二机械手22放置的物品的由第一机械手16拣选的任何物品都会被传送装置28的堆积能力吸收。
由进/出机器人系统48的进/出机械手50从库存容器54的供应中向第一拣选位置24供应待拣选的物品的容器(图2)。在通过第一机械手16移除一个或多个库存项目之后，传送机46将库存容器返回给机械手50。结合图像处理软件38和对象数据库40来使用第一视觉系统14，获得关于第一拣选位置24处的库存容器中的物品的信息。物品的这种信息可以包括：例如每个可见物品的唯一库存单位代码(SKU)和诸如条形码等的唯一标识符、以及可见物品的尺寸、体积、位置和在空间中的取向和颜色。图像处理软件38将利用通过第一视觉系统14收集的传感器数据、以及关于从对象数据库40中检索到的物品的预先确定信息，以确定第一机械手16应如何拣选物品。将从序列控制器42向第一机械手16提供拣选位置数据，其包括待拣选的物品的坐标数据。坐标数据可以包括三个空间参数和三个旋转参数。如果EOAT 17具有多个工具，则序列控制器42还提供与坐标数据一起的关于要使用哪个工具的信息。当从库存容器中拣选项目时，通过传送机46将容器返回到返回位置63，进/出机械手48可以访问所述返回位置，以将容器放置在容器供应54上或其他位置，以将容器放置到库存中。
机械手16可以将拣选的物品放置在第一放置位置32处的任意一般随机位置或取向上。替代地，物品在第一放置位置32处的所需放置位置和取向也可以作为坐标数据提供给第一机械手。这将允许在第一放置位置32处确定物品的位置和取向。传送装置28将物品从第一放置位置32传送到第二拣选位置26，所述第一放置位置可以是传送面上游端处的位置。如前所述，传送装置28可以允许物品堆积。这允许机械手以不同的速度运行，并提供根据过程要求将物品送到特定下游位置的能力。可选的通道扫描仪66提供扫描每个物品的所有六个侧面的能力，以通过捕捉条形码等来确认该物品的标识。在第二拣选位置26处，第二视觉系统20收集关于物品的信息，并建立或确认关于由第一视觉系统14提供的对象的信息，例如物品标识、位置和取向。第二视觉系统20结合图像处理软件38和对象数据库40来提供物品在第二拣选位置26处的最终放置(位置和取向)，并将这些坐标提供给第二机械手22。通过控制器42将关于要使用哪个工具的信息提供给EOAT 23。
在第二放置位置34处设置多个容器。第二机械手22将使用从控制器42提供的数据来拣取物品并确定其取向，使得可以将其放置在第二放置位置34处所需的一个容器中。第三视觉系统36可以位于第二放置位置34处，或可以安装到第二机械手22上。利用第三视觉系统收集关于第二放置位置34处的容器的信息，其包括容器中的物品的位置、取向、尺寸、填充百分比(percent full)和取向。图像处理软件38利用通过第三视觉系统收集的数据，确定用于第二机械手的物品的最终放置坐标。第二机械手将使用由序列控制器42提供的坐标数据，将物品放置入在第二放置位置34处的容器中，例如在所需的位置和取向处。第三视觉系统36还可以向第二机械手提供实时更新，以在放置物品期间提供闭环控制。
如果在任何放置操作期间，通过序列控制器42或图像处理软件38检测到完成物品放置的障碍，则机械手可以将正放置的物品返回到其原始位置，并重新启动放置过程。替代地，可以指示机械手移动物品，直至可以手动处理物品的替代位置，如医院位置(hospitallocation)48。
可以设置自动穿梭机56，以从第二放置位置34移除已完成的容器，并将它们输送到传送机46，用以由将订单容器放置在订单托盘52上的进/出机械手50取回。穿梭机56还可以从空容器储存区72向第二放置位置34提供空的或部分空的容器。应理解，在第二放置位置34处的每个容器可以装满单个或多个客户订单，或可以包含部分客户订单。此外，库存容器和/或订单容器可以储存在由德马泰克有限公司(Dematic GmbH)以Multishuttle品牌销售的自动化仓库中，其可以通过自动穿梭机56访问。
虽然前面的描述描述了本发明的几个实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离如以下权利要求所限定的本发明的主旨和范围的情况下，可以做出这些实施例的变体和修改。本发明包含本文所描述的本发明的各个实施例或方面的所有组合。应该理解，本发明的任意和所有实施例可以与任何其他实施例结合，以描述本发明的附加实施例。此外，实施例的任何元件可以与任何实施例的任何和所有其他元件组合，以描述附加实施例。

Claims (26)

1.一种从物品集合中拣选物品并将所述物品布置在放置位置中的方法，所述方法包括：
利用第一视觉系统从第一拣选位置处的物品集合中捕捉图像，并且确定所述物品集合中的至少一些物品的坐标数据；
将所述物品集合中的物品的坐标数据提供给第一机械手；
根据该物品的坐标数据，利用所述第一机械手从混合的物品集合中拣选该物品，并将该物品放置在第一放置位置处；
确定由所述第一机械手放置的该物品的位置和取向数据，以及该物品的后续所需位置和取向数据，并将所述数据提供给第二机械手；并且
使用由所述第一机械手放置的该物品的位置和取向数据以及该物品的后续位置和取向数据，利用所述第二机械手拣选该物品，并利用所述第二机械手将该物品放置在所需后续位置和取向上。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二机械手在第二拣选位置处拣选该物品，所述第二拣选位置与所述第一放置位置间隔开，并且包括将物品从所述第一放置位置输送到所述第二拣选位置。
3.如权利要求2所述的方法，包括获得或确认该物品在所述第二拣选位置处的位置和取向数据。
4.如权利要求3所述的方法，包括利用第二视觉系统捕捉该物品在所述第二拣选位置处的图像。
5.如权利要求4所述的方法，包括将物品容器定位在所述第二放置位置处，并且包括利用第三视觉系统捕捉所述容器中的物品的图像。
6.如权利要求5所述的方法，包括确定从容器的位置、容器的取向、容器的尺寸、容器的填充百分比和容器中物品的位置之中选择的至少一个。
7.如权利要求2所述的方法，包括利用第二视觉系统捕捉该物品在所述第二拣选位置处的图像。
8.如权利要求2所述的方法，其中，所述第一放置位置包括传送面，并且其中，所述输送包括利用所述传送面将在所述第一放置位置处的物品传送到所述第二拣选位置。
9.一种物品拣放系统，包括：
第一机器人系统，所述第一机器人系统包括第一视觉系统和第一机械手；
第二机器人系统，所述第二机器人系统包括第二视觉系统和第二机械手；
在第一拣选位置处的物品支撑件以及在第二放置位置处的物品支撑件；
所述第一视觉系统适于在所述第一拣选位置处获得物品的坐标，并且所述第一机械手适于响应于该物品的坐标，从所述第一拣选位置拣选该物品，并将该物品放置在第一放置位置处；
所述第二视觉系统适于在第二拣选位置处获得物品的位置和取向数据，并且所述第二机械手适于响应于所述第二视觉系统，在所述第二拣选位置处拣选在所述物品的位置和取向上的该物品，并将该物品放置在所述第二放置位置处的所需位置和取向上。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述第二机械手适于在第二拣选位置处拣选在所述物品的位置和取向上的所述物品，所述第二拣选位置与所述第一放置位置间隔开，并且包括传送装置，并且适于将物品从所述第一放置位置传送到所述第二拣选位置。
11.如权利要求10所述的系统，其中，所述传送装置包括传送机。
12.如权利要求11所述的系统，其中，所述传送机包括堆积传送机。
13.如权利要求9所述的系统，其中，所述第一机械手适于从在所述第一拣选位置处的容器中拣选物品，并且其中，所述第一视觉系统适于捕捉所述容器中的至少一些物品的坐标。
14.如权利要求10所述的系统，包括在所述传送装置处的扫描仪，所述扫描仪适于捕捉关于由所述传送装置传送的每个物品的附加数据。
15.如权利要求14所述的系统，其中，所述扫描仪包括扫描通道，所述扫描通道适于扫描物品的多个侧面，以读取物品任何侧面上的光码。
16.如权利要求9所述的系统，包括第二传送装置，所述第二传送装置适于在所述第一机械手从容器中拣选至少一个物品之后，从所述第一拣选位置传送该容器。
17.如权利要求9所述的系统，包括第三视觉系统，所述第三视觉系统适于在所述第二放置位置处获得数据。
18.如权利要求9所述的系统，其中，所述第二放置位置限定多个订单位置。
19.如权利要求18所述的系统，其中，每个所述订单位置适于支撑容器。
20.如权利要求19所述的系统，包括自动穿梭机，所述自动穿梭机适于从所述第二放置位置移除已完成的容器。
21.如权利要求20所述的系统，其中，所述自动穿梭机适于输送已完成的容器，用以由进/出机械手取回。
22.如权利要求9所述的系统，其中，所述第一视觉系统可与图像处理软件一起操作，以感测从物品标识符、物品尺寸、物品体积、物品位置、物品在空间中的取向和物品颜色之中选择的至少一个。
23.如权利要求9所述的系统，其中，所述第二视觉系统可与图像处理软件一起操作，以感测从物品存在、物品标识、物品位置和物品在空间中的取向之中选择的至少一个。
24.如权利要求17所述的系统，其中，所述第三视觉系统适于感测从容器位置、容器取向、容器尺寸、容器填充百分比和物品位置之中选择的至少一个。
25.如权利要求9所述的系统，其中，所述第一视觉系统安装到所述第一机械手上或所述第一机械手上的臂端工具上。
26.如权利要求9所述的系统，其中，所述第二视觉系统安装到所述第二机械手上或者所述第二机械手上的臂端工具或端部上。
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