CN111498214A - 具有打包机制的机器人系统 - Google Patents

Abstract

一种用于操作机器人系统的方法包括：确定包裹分组以便将可用包裹放置在平台上；基于代表所述可用包裹和所述平台的离散化模型生成二维(2D)放置计划；基于所述2D放置计划生成三维(3D)堆叠计划；以及实施用于将所述可用包裹放置在所述平台上的所述3D堆叠计划。

Description

具有打包机制的机器人系统

本申请是中国申请CN202010205040.5的分案申请，该申请日期 为2020年3月20日，发明名称为“具有打包机制的机器人系统”。

相关申请的交叉引用

本申请包含与Rosen N.Diankov和Denys Kanunikov的标题为“A ROBOTIC SYSTEMWITH DYNAMIC PACKING MECHANISM”的同 时提交的美国专利申请有关的主题，所述美国专利申请被转让给 Mujin公司，由代理人案卷号131837-8006.US01标识，并且以引用的 方式整体并入本文。

本申请包含与Rosen N.Diankov和Denys Kanunikov的标题为“A ROBOTIC SYSTEMWITH ERROR DETECTION AND DYNAMIC PACKING MECHANISM”的同时提交的美国专利申请有关的主题， 所述美国专利申请被转让给Mujin公司，由代理人案卷号131837- 8007.US01标识，并且以引用的方式整体并入本文。

本申请包含与Rosen N.Diankov和Denys Kanunikov的标题为 “ROBOTIC SYSTEMFOR PROCESSING PACKAGES ARRIVING OUT OF SEQUENCE”的同时提交的美国专利申请有关的主题，所述 美国专利申请被转让给Mujin公司，由代理人案卷号131837- 8008.US01标识，并且以引用的方式整体并入本文。

本申请包含与Rosen N.Diankov和Denys Kanunikov的标题为 “ROBOTIC SYSTEMFOR PALLETIZING PACKAGES USING REAL- TIME PLACEMENT SIMULATION”的同时提交的美国专利申请有关 的主题，所述美国专利申请被转让给Mujin公司，由代理人案卷号131837-8009.US01标识，并且以引用的方式整体并入本文。

技术领域

本技术总体涉及机器人系统，并且更具体地，涉及用于对物体进 行打包的系统、过程和技术。

背景技术

随着性能的不断增强和成本的降低，许多机器人(例如，被配置来 自动地/自主地执行物理动作的机器)现在广泛用于许多领域。例如， 机器人可用于在制造和/组装、打包和/或包装、运输和/或装运等中执 行多种任务(例如，跨空间操纵或搬运物体)。在执行任务时，机器人 可复制人类动作，从而替代或减少执行危险或重复性任务原本所需的 人类参与。

然而，尽管技术不断进步，但机器人往往缺乏复制执行更复杂任 务所需的人类敏感性和/或适应性所必需的复杂程度。例如，机器人往 往缺乏在所执行动作中考虑可能由多种真实世界因素造成的偏差或 不确定性的控制粒度和灵活性。因此，仍然需要用于控制和管理机器 人的多方面以不管多种真实世界因素如何都完成任务的改进的技术 和系统。

附图说明

图1是具有3维打包机制的机器人系统可在其中操作的示例性 环境的图示。

图2是示出根据本技术的一个或多个实施方案的机器人系统的 框图。

图3A是根据本技术的一个或多个实施方案的离散化物体的图示。

图3B是根据本技术的一个或多个实施方案的离散化打包平台的 图示。

图3C是示出根据本技术的一个或多个实施方案的放置计划过程 的图示。

图4A至图4C是根据本技术的一个或多个实施方案的堆叠规则 的图示。

图5A是根据本技术的一个或多个实施方案的示例性堆叠计划的 图示。

图5B是根据本技术的一个或多个实施方案的堆叠顺序的图示。

图6是根据本技术的一个或多个实施方案的用于操作图1的机 器人系统的流程图。

具体实施方式

本文描述用于具有打包机制的机器人系统的系统和方法。根据一 些实施方案配置的机器人系统(例如，执行一个或多个指定任务的装 置的集成系统)通过导出物体的最佳存储位置并将它们分别堆叠来提 供提高的打包和存储效率。

传统系统使用离线打包模拟器来预定打包顺序/布置。传统打包 模拟器处理预定或估计的一组箱的物体信息(例如，箱形状/大小)以生 成打包计划。一旦确定打包计划，它就规定和/或要求物体(例如，货 盘、仓、笼、盒等)在目的地处的具体放置位置/姿势、放置的预限定 顺序和/或预定运动计划。根据预定打包计划，传统打包模拟器导出匹 配或实现打包计划的源要求(例如，物体的顺序和/或放置)。因为在传 统系统中打包计划是离线研发的，因此计划是独立于实际打包操作/ 条件、物体到达和/或其他系统实现方式的。因此，总体操作/实现方 式将需要所接收包裹(例如，在起始/拾取位置处)遵循匹配预定打包计划的固定顺序。这样，传统系统无法适应所接收包裹的实时条件和/或 偏差(例如，不同顺序、位置和/或取向)、未预料到的错误(例如，碰撞 和/或丢件)、实时打包要求(例如，所接收订单)和/或其他实时因素。

此外，因为传统系统根据严格预定计划/顺序对物体进行分组和 打包，所以它们要求源位置处的所有物体：(1)具有相同的尺寸/类型 和/或(2)根据已知顺序到达。例如，传统系统将需要物体(通过例如输 送机)根据固定顺序到达拾取位置。另外，例如，传统系统将需要将拾 取位置处的物体根据预定姿势放置在指定位置处。这样，传统系统需 要(即，在打包操作之前)根据预定顺序/布置来对源处的物体进行排序 和/或放置的一个或多个操作。通常，传统系统需要顺序缓冲器(其花 费超过一百万美元)来根据预定顺序/姿势对源处的物体进行排序和/ 或放置。

相比之下，本文所述的机器人系统可在系统操作期间生成打包计 划。机器人系统可在系统操作期间基于多种实时条件生成实时和/或 动态打包计划。实时条件可包括当前存在或持续的条件(诸如物体的 实际源顺序/位置/姿势)、物体条件和/或要求、放置要求和/或其他实 时因素。机器人系统可根据打包计划处理时的当前/持续的条件和因 素实时地(诸如响应于触发事件(例如，所接收订单/请求、装运计划表 和/或操作员输入))生成打包计划。在一些实施方案中，可诸如响应于 对应事件(例如，重新评估定时、打包/操纵错误(诸如碰撞或丢件)和/ 或发生其他动态条件)动态地(例如，在初始地开始一个或多个操作(诸 如实际打包操作)之后)生成和/或调整打包计划。

与传统系统不同，本文所述的机器人系统可根据当前/现场条件 (例如，物体的源顺序/位置/姿势、物体条件和/或要求等)实时地生成 放置计划。在一些实施方案中，机器人系统可基于离散化机制(例如， 过程、电路、函数和/或例程)来生成打包计划。例如，机器人系统可 使用离散化机制根据离散化单元(即，一个离散区域/空间)来描述物体 的物理大小/形状和/或目标位置。机器人系统可生成使用离散化单元 来描述预期物体的离散化物体廓线和/或描述目标位置(例如，货盘顶 部上的表面和/或仓/箱/盒内部的空间/底表面)的离散化目的地廓线。 因此，机器人系统可将连续的真实世界空间/区域变换成计算机可读 数字信息。此外，离散化数据可允许降低用于描述包裹占位面积和用 于比较多种包裹放置的计算复杂性。例如，代替真实世界的小数，包 裹尺寸可对应于整数个离散化单元，这使得数学计算更容易。

在一些实施方案中，机器人系统可基于确定物体分组来生成打包 计划。物体分组可基于物体描述(诸如客户指定的优先级)、物体易碎 性指标(例如，支撑重量极限)、物体重量、物体高度、物体类型和/或 物体的其他方面。机器人系统可使用物体分组来生成并评估包括一个 或多个物体分组的二维(2D)放置计划。机器人系统可选择满足一个或 多个条件/规则的2D放置计划并将所选2D放置计划转化成三维(3D) 映射结果。3D映射结果可诸如根据包括在2D放置计划中的物体的 高度测量值及其在层内的相对位置来描述2D放置计划的高度。机器 人系统可按竖直次序/顺序评估3D映射结果，以生成包括2D放置计 划的竖直顺序的3D放置计划。在一些实施方案中，机器人系统可针 对处于初始状态的物体(例如，在将任何物体放置在目的地区之前)和 /或针对保持处于非打包状态的物体(例如，在已将一个或多个物体放 置在目的地区之后)生成2D/3D放置计划。下文描述关于物体分组和 放置计划的细节。

下文所述的机器人系统可将简化且流线型处理架构/顺序用于实 时实现方式。例如，机器人系统(通过例如消费者计算装置，诸如台式 计算机、服务器等)可基于实时需要(例如，所接收订单)和/或实时可用 性(例如，传入物体和/或当前可接近物体的装运清单(manifesto))来生 成打包计划，而无需利用传统定序器和模拟器。在离线环境下利用时，诸如为替换传统定序器和模拟器，机器人系统可使用更简单且更便宜 的解决方案来提供离线打包计划。

因此，机器人系统可基于适应实时条件来提高对物体进行打包的 效率、速度和准确性。例如，本文所述的系统可生成匹配/解决当前需 要(例如，所接收订单)、包裹的当前状态(例如，位置、取向和/或量/ 可用性)和/或先前堆叠/放置的包裹的实时状态的放置计划。这样，机 器人系统可对处于多种不同/预料之外的量、位置、取向和/或顺序的 包裹进行接收和打包。

此外，机器人系统可通过消除一个或多个操作、机器(例如，顺序 缓冲器)和/或人工辅助(而这些在传统系统中原本是对源处的物体进 行排序或放置和/或打包操作(例如，错误处理)所必需的)来降低总成 本。通过根据存在的包裹状态(例如，数量、位置和/或取向)生成打包 计划，机器人系统消除了连同相关联机器/人类操作对包裹进行重新 组织或定序以满足传统系统的要求的需要。

在以下描述中，阐述许多具体细节来提供对当前所公开技术的透 彻理解。在其他实施方案中，此处所引入的技术可在没有这些具体细 节的情况下实践。在其他情况下，不详细描述诸如具体函数或例程的 公知特征，以便避免不必要地使本公开晦涩难懂。此说明中对“实施 方案”或“一个实施方案”或类似用语的引用意指所描述的特定特征、 结构、材料或特性包括在本公开的至少一个实施方案中。因此，本说 明书中此类短语的出现不一定都指代同一实施方案。另一方面，此类 引用也不一定相互排斥。此外，特定特征、结构、材料或特性可以任 何合适的方式在一个或多个实施方案中加以组合。应理解，图中所示 的多种实施方案仅是说明性代表并且不一定按比例绘制。

出于简洁的目的，在以下描述中年未阐述描述公知且往往与机器 人系统和子系统相关联并且可能不必要地使所公开技术的一些重要 方面晦涩难懂的结构或过程的若干细节。此外，虽然以下公开内容阐 述本技术的不同方面的若干实施方案，但若干其他实施方案可具有不 同于此章节中所述的那些的配置或组成部分。因此，所公开的技术可 具有带有附加元件或没有下文所述元件中的若干的其他实施方案。

下文所述的本公开的许多实施方案或方面可呈计算机或处理器 可执行指令(包括由可编程计算机或处理器执行的例程)的形式。相关 领域技术人员应理解，所公开的技术可在下文所示和所述的那些之外 的计算机或处理器系统上实践。本文所述的技术可在专门编程、配置 或构造为执行下文所述的计算机可执行指令中的一者或多者的专用 计算机或数据处理器中体现。因此，如本文一般所用的术语“计算机” 和“处理器”指代任何数据处理器并且可包括互联网用具和手持式装 置(包括掌上计算机、可穿戴计算机、蜂窝或移动电话、多处理器系统、 基于处理器的或可编程消费者电子器件、网络计算机、迷你计算机等)。 由这些计算机和处理器处理的信息可在任何合适的显示介质(包括液 晶显示器(LCD))处呈现。用于执行计算机或处理器可执行任务的指令 可存储在任何合适的计算机可读介质(包括硬件、固件，或硬件和固件 的组合)中或上。指令可包含在任何合适的存储器装置(包括例如闪存 驱动器和/或其他合适的介质)中。

术语“耦接”和“连接”以及它们的派生词可在本文中用来描述组 成部分之间的结构关系。应理解，这些术语并不意图作为彼此的同义 词。而是，在特定实施方案中，“连接”可用于表示两个或更多个元件 彼此直接接触。除非在上下文中另外阐明，否则术语“耦接”可用于表 示两个或更多个元件彼此直接或间接(在其间具有其他干预元件)接触， 或者两个或更多个元件彼此配合或交互(例如，如呈因果关系，诸如用 于信号传输/接收或用于函数调用)，或两者。

合适的环境

图1是具有打包机制的机器人系统100可在其中操作的示例性 环境的图示。机器人系统100可包括被配置来执行一个或多个任务的 一个或多个单元(例如，机器人)和/或与所述一个或多个单元通信。打 包机制的多方面可由多种单元来实践或实现。

对于图1所示的示例，机器人系统100可包括位于仓库或分配/ 装运枢纽中的卸载单元102、搬运单元104(例如，码垛机器人和/或 拾件机器人)、运输单元106、装载单元108，或它们的组合。机器人 系统100中的单元中的每一个可被配置来执行一个或多个任务。任务 可按顺序组合以执行实现目标(诸如从卡车或货车卸载物体并将它们 存储在仓库中，或者从存储位置卸载物体并将它们准备用于装运)的 操作。再如，任务可包括将物体放置在目标位置上(例如，放置在货盘 顶部上和/或仓/笼/盒/箱内部)。如下文所述，机器人系统可导出用于 放置和/或堆叠物体的计划(例如，放置位置/取向、用于搬运物体的顺 序和/或对应运动计划)。单元中的每一个被配置来执行一系列动作(例 如，操作其中的一个或多个组成部分)以执行任务。

在一些实施方案中，任务可包括将目标物体112(例如，对应于 正在执行的任务的包裹、盒、箱、笼、货盘等中的一者)从起始位置114 操纵(例如，移动和/或重新定向)到任务位置116。例如，卸载单元102 (例如，拆箱机器人)可被配置来将目标物体112从载具(例如，卡车) 中的位置搬运到输送带上的位置。另外，搬运单元104可被配置来将 目标物体112从一个位置(例如，输送带、货盘或仓)搬运到另一位置 (例如，货盘、仓等)。再如，搬运单元104(例如，码垛机器人)可被配 置来将目标物体112从源位置(例如，货盘、拾取区域和/或输送机)搬 运到目的地货盘。在完成操作时，运输单元106可将目标物体112从 与搬运单元104相关联的区域搬运到与装载单元108相关联的区域， 并且装载单元108可将目标物体112(通过例如移动承载目标物体112 的货盘)从搬运单元104搬运到存储位置(例如，架子上的位置)。下文 描述关于任务和相关联动作的细节。

出于说明性目的，机器人系统100是在装运中心的上下文中描述 的；然而，应理解，机器人系统100可被配置来在其他环境中/出于其 他目的(诸如用于制造、组装、包装、健康护理和/或其他类型的自动 化)执行任务。还应理解，机器人系统100可包括图1未示出的其他 单元，诸如操纵器、服务机器人、模块化机器人等。例如，在一些实 施方案中，机器人系统100可包括用于将物体从笼车或货盘搬运到输 送机或其他货盘上的去码垛单元、用于将物体从一个容器搬运到另一 个的容器交换单元、用于包裹物体的包装单元、用于根据物体的一个 或多个特性对它们进行分组的分类单元、用于根据物体的一个或多个 特性以不同方式对物体进行操纵(例如，分类、分组和/或搬运)的拾件 单元，或它们的组合。

合适的系统

图2是示出根据本技术的一个或多个实施方案的机器人系统100 的框图。在一些实施方案中，例如，机器人系统100(例如，在上文所 述的单元和/或机器人中的一者或多者处)可包括电子/电气装置，诸如 一个或多个处理器202、一个或多个存储装置204、一个或多个通信 装置206、一个或多个输入-输出装置208、一个或多个致动装置212、 一个或多个运输马达214、一个或多个传感器216，或它们的组合。 多种装置可通过有线连接和/或无线连接彼此耦接。例如，机器人系统 100可包括总线，诸如系统总线、外围组成部分互连(PCI)总线或PCI 快速总线、超传输或工业标准架构(ISA)总线、小型计算机系统接口 (SCSI)总线、通用串行总线(USB)、IIC(I2C)总线，或电子电器工程师 协会(IEEE)标准1394总线(也称为“火线”)。另外，例如，机器人系统 100可包括桥接器、适配器、处理器，或用于在装置之间提供有线连 接的其他信号相关的装置。无线连接可基于例如蜂窝通信协议(例如， 3G、4G、LTE、5G等)、无线局域网(LAN)协议(例如，无线保真(WIFI))、 对等或装置间通信协议(例如，蓝牙、近场通信(NFC)等)、物联网(IoT) 协议(例如，NB-IoT、LET-M等)和/或其他无线通信协议。

处理器202可包括被配置来执行存储在存储装置204(例如，计 算机存储器)上的指令(例如，软件指令)的数据处理器(例如，中央处理 单元(CPU)、专用计算机和/或机载服务器)。在一些实施方案中，处理 器202可包括在可操作地耦接到图2所示的其他电子/电气装置和/或 图1所示的机器人单元的单独/独立控制器中。处理器202可实施控 制其他装置/与其交互的程序指令，从而致使机器人系统100执行动 作、任务和/或操作。

存储装置204可包括其上存储有程序指令(例如，软件)的非暂时 性计算机可读介质。存储装置204的一些示例可包括易失性存储器 (例如，高速缓存和/或随机存取存储器(RAM))和/或非易失性存储器 (例如，闪速存储器和/或磁盘驱动器)。存储装置204的其他示例可包 括便携式存储器驱动器和/或云存储装置。

在一些实施方案中，存储装置204可用于进一步存储处理结果和 /或预定数据/阈值并提供对它们的访问。例如，存储装置204可存储 包括对可由机器人系统100操纵的物体(例如，盒、箱和/或产品)的描 述的主数据252。在一个或多个实施方案中，主数据252可包括预期 由机器人系统100操纵的物体的尺寸、形状(例如，潜在姿势的模板 和/或用于识别呈不同姿势的物体的计算机生成的模型)、颜色方案、 图像、标识信息(例如，条形码、快速响应(QR)码、标志等和/或其预 期位置)、预期重量、其他物理/视觉特性，或它们的组合。在一些实 施方案中，主数据252可包括关于物体的操纵相关的信息，诸如物体 中的每一个上的质心(CoM)位置、对应于一个或多个动作/操作的预期 传感器测量值(例如，针对力、扭矩、压力和/或接触测量)，或它们的 组合。另外，例如，存储装置204可存储物体跟踪数据254。在一些 实施方案中，物体跟踪数据254可包括所扫描或所操纵物体的记录。 在一些实施方案中，物体跟踪数据254可包括物体在一个或多个位置 (例如，指定拾取或投放位置和/或输送带)处的成像数据(例如，照片、 点云、现场视频馈送等)。在一些实施方案中，物体跟踪数据254可包 括物体在一个或多个位置处的位置和/或取向。

通信装置206可包括被配置来通过网络与外部或远程装置通信 的电路。例如，通信装置206可包括接收器、发射器、调制器/解调器 (调制解调器)、信号检测器、信号编码器/解码器、连接器端口、网卡 等。通信装置206可被配置来根据一种或多种通信协议(例如，互联 网协议(IP)、无线通信协议等)发送、接收和/或处理电信号。在一些实 施方案中，机器人系统100可使用通信装置206来在机器人系统100 的单元之间交换信息和/或与在机器人系统100外部的系统或装置交 换信息(例如，出于报告、数据采集、分析和/或故障排除目的)。

输入-输出装置208可包括被配置来将信息传达给人类操作员和/ 或从人类操作员接收信息的用户接口装置。例如，输入-输出装置208 可包括显示器210和/或用于将信息传达给人类操作员的其他输出装 置(例如，扬声器、触觉电路、或触觉反馈装置等)。另外，输入-输出 装置208可包括控制或接收装置，诸如键盘、鼠标、触摸屏、传声器、 用户接口(UI)传感器(例如，用于接收运动命令的摄像机)、可穿戴输 入装置等。在一些实施方案中，机器人系统100可使用输入-输出装 置208来在执行动作、任务、操作或它们的组合时与人类操作员交互。

机器人系统100可包括在关节处连接以用于运动(例如，旋转和/ 或平移位移)的物理或结构构件(例如，机器人操纵器臂)。结构构件和 关节可形成被配置来操纵端部执行器(例如，夹持器)的动力链，所述 端部执行器被配置来根据机器人系统100的用途/操作来执行一个或 多个任务(例如，夹持、自旋、焊接等)。机器人系统100可包括被配 置来关于对应关节或在对应关节处对结构构件进行驱动或操纵(例如， 移位和/或重新定向)的致动装置212(例如，马达、致动器、线材、人 工肌肉、电活性聚合物等)。在一些实施方案中，机器人系统100可包 括被配置来到处运输对应单元/底架的运输马达214。

机器人系统100可包括被配置来获得用于实施任务(诸如操纵结 构构件和/或运输机器人单元)的信息的传感器216。传感器216可包 括被配置来检测或测量机器人系统100的一个或多个物理特性(例如， 其一个或多个结构构件/关节的状态、状况和/或位置)和/或周围环境的 一个或多个物理特性的装置。传感器216的一些示例可包括加速度计、陀螺仪、力传感器、应变计、触觉传感器、扭矩传感器、位置编码器 等。

在一些实施方案中，例如，传感器216可包括被配置来检测周围 环境的一个或多个成像装置222(例如，视觉和/或红外摄像机、2D和/或3D成像摄像机、诸如激光雷达或雷达的距离测量装置等)。成像 装置222可生成所检测环境的可通过机器/计算机视觉来处理(例如， 用于自动化检查、机器人引导或其他机器人应用)的代表，诸如数字图 像和/或点云。如下文更详细描述，机器人系统100(通过例如处理器 202)可处理数字图像和/或点云，以标识图1的目标物体112、图1的 起始位置114、图1的任务位置116、目标物体112的姿势、关于起 始位置114和/或姿势的置信度量度，或它们的组合。

对于操纵目标物体112，机器人系统100(通过例如上文所述的多 种电路/装置)可捕获并分析指定区域(例如，拾取位置，诸如卡车内部 或输送带上)的图像，以标识目标物体112及其起始位置114。类似 地，机器人系统100可捕获并分析另一指定区域(例如，用于将物体 放置在输送机上的投放位置、用于将物体放置在容器内部的位置，或 货盘上用于堆叠目的的位置)的图像，以标识任务位置116。例如，成 像装置222可包括被配置来生成拾取区域的图像的一个或多个摄像 机和/或被配置来生成任务区域(例如，投放区域)的图像的一个或多个 摄像机。如下文所述，基于所捕获图像，机器人系统100可确定起始 位置114、任务位置116、相关联姿势、打包/放置计划、搬运/打包顺 序和/或其他处理结果。下文描述关于打包算法的细节。

在一些实施方案中，例如，传感器216可包括被配置来检测机器 人系统100的结构构件(例如，机器人臂和/或端部执行器)和/或对应 关节的位置的位置传感器224。机器人系统100可使用位置传感器224 来在任务的执行期间跟踪结构构件和/或关节的位置和/或取向。

离散化模型处理

图3A和图3B是根据本技术的一个或多个实施方案的用于对物 体进行计划和打包的离散化数据的图示。图3A示出离散化物体并且 图3B示出用于物体打包及其计划的离散化打包平台。例如，图1的 机器人系统100(通过例如图2的处理器202)可将真实世界物体(例 如，包裹、货盘和/或与任务相关联的其他物体)的连续表面/边缘映射 到离散对应物(例如，单位长度和/或单位面积)中。另外，机器人系统 100可包括预期物体的存储在图2的主数据252中的离散化模型/代 表。

在一些实施方案中，如图3A所示，机器人系统100可使用离散 化物体模型302来计划/导出物体的堆叠放置。离散化物体模型302 (使用点划线示出)可根据离散化单元(例如，单位长度)代表已知和/或 预期物体(例如，包裹、盒、箱等)的外部物理尺寸、形状、边缘、表 面，或它们的组合。在一些实施方案中，如图3B所示，机器人系统 100可使用一个或多个离散化平台模型304来计划/导出物体的堆叠 放置。离散化平台模型304可根据离散化单元代表放置表面(例如， 货盘的顶表面)。在一些实施方案中，离散化单元可包括由系统操作 员、系统设计者、预定输入/设定或它们的组合预设的长度。

在一些实施方案中，离散化平台模型304可包括一个或多个标准 大小货盘(例如，1.1m乘1.1m货盘)的俯视图。因此，离散化平台模 型304可对应于沿着根据机器人系统100所利用的网格系统的水平 平面(例如，x-y平面)的货盘顶表面的像素化2D代表。在一些实施方 案中，离散化物体模型302可包括由机器人系统100预期/已知的物 体的俯视图(例如，x-y平面，如图3左侧所示)和/或水平/剖视图(例 如，x-y平面，如右侧所示)。因此，离散化物体模型302可对应于物 体的像素化2D/3D代表。

作为说明性实例，机器人系统100可使用单位像素310(例如， 具有根据离散化单元的一个或多个尺寸的多边形，诸如正方形)来描 述目标物体(通过例如离散化物体模型302)和装载平台(通过例如离散 化平台模型304)的面积/表面。因此，机器人系统100可沿着x-y轴 将物体和装载平台像素化。在一些实施方案中，单位像素310(例如， 离散化单元)的大小可根据物体的尺寸和/或装载平台的尺寸而改变。 单位像素310的大小还可进行调整(通过例如预设规则/方程和/或操作 员选择)，以平衡所需资源(例如，计算时间、所需存储器等)与打包准 确性。例如，当大小减小时，计算时间和打包准确性可增加。因此， 使用可调整单位像素310的打包任务(例如，目标包裹和打包平台)的 离散化提供码垛包裹的增加的灵活性。机器人系统100可根据独特情 境、图案和/或环境来控制计算资源/时间与打包准确性之间的平衡。

对于图3A和图3B所示的实例，机器人系统100可预期/处理对 应于第一包裹类型321、第二包裹类型322、第三包裹类型323、第四 包裹类型324和/或第五包裹类型325的物体。机器人系统100可计 划并将包裹放置/堆叠在对应于图1的任务位置116的放置货盘340上。对于放置计划，机器人系统100可使用单位像素310生成和/或 利用包括分别代表对应包裹的第一物体模型331、第二物体模型332、 第三物体模型333、第四物体模型334和/或第五物体模型335的离散 化物体模型302。类似地，机器人系统100可使用单位像素310生成和/或利用放置货盘340的离散化平台模型304。

在一些实施方案中，机器人系统100可对(例如，针对离散化物 体模型302，诸如针对第三物体模型333和/或第四物体模型334)物体 的实际尺寸进行上舍入，使得单位像素310延伸超过物体的实际周边 边缘。在一些实施方案中，机器人系统100可对(例如，针对离散化平 台模型304)平台表面的实际尺寸进行下舍入，使得单位像素310重叠 和/或包含在物体的实际周边边缘内。

基于离散化数据/代表，机器人系统100可生成用于将包裹放置/ 打包到放置货盘340上的放置计划350。放置计划350可包括放置货 盘340上的用于目标包裹的计划位置。机器人系统100可生成用于放 置被指定用于装载/码垛的可用包裹中的一者或多者的放置计划350。 例如，机器人系统100可生成用于堆叠来自可用包裹的一组包裹(例 如，所接收包裹和/或传出的有序包裹)的放置计划350。

机器人系统100可根据一组放置规则、放置条件、参数、要求等 生成放置计划350。在一些实施方案中，机器人系统100可基于根据 设定(诸如根据包裹类型(例如，包裹类型321-325)、包裹高度、客户 指定优先级、易碎性(例如，诸如对堆叠在其上的包裹的最大支撑重 量)、重量范围，或它们的组合)分组的包裹来生成放置计划350。在 一些实施方案中，机器人系统100可根据堆叠条件(诸如像进一步背 离码垛单元堆叠较高包裹)来生成放置计划350。放置规则、条件、参 数、要求等的其他实例可包括包裹尺寸、无碰撞要求、堆叠稳定性、 分组条件(例如，包裹类型、包裹高度、优先级等)、包裹间隔要求或 没有包裹间隔、总装载包裹的最大化，或它们的组合。下文描述关于 放置计划的细节。

对于图3B所示的实例，机器人系统100可生成对应于包裹类型 321-325的一组包裹的2D放置计划(例如，放置计划350)。机器人系 统100可生成放置第一包裹类型321的三个包裹、第二包裹类型322 的四个包裹、第三包裹类型323的四个包裹、第四包裹类型324的五 个包裹和第五包裹类型325的四个包裹的放置计划350。放置计划350 可将包裹分组，以使具有类似高度(例如，彼此相等或在彼此阈值限值 内)的相邻包裹分组最大化。因此，机器人系统100可对以2×2布置 位于放置货盘340的左下角处的四个第二包裹类型322分组。第二包 裹分组(例如，第一包裹类型321、第四包裹类型324和第五包裹类型 325的包裹)可放置在初始放置的群组周围。因此，第一分组的连续表 面积(例如，处于四个单位像素310的高度)和第二分组的表面积(处于 两个单位像素310的高度)可得以最大化。另外，机器人系统100可 基于一个或多个要求(诸如易碎性(例如，限制所支撑物品的数目)和/ 或间隔要求)来分隔第三包裹类型323的包裹。类似地，机器人系统 100可根据边界要求(例如，距放置货盘340的边缘的一个或多个单位 像素310)生成2D放置计划。

在一些实施方案中，机器人系统100可基于2D计划(例如，x-y 占位面积，诸如俯视图)和/或3D计划(例如，x-z或y-z占位面积，诸 如剖视图)来生成放置计划350。例如，机器人系统100可基于迭代地 导出沿着x-y平面的潜在2D放置，根据放置规则、条件等测试潜在放置，计算放置分数，或它们的组合来生成放置计划350。机器人系 统100可基于选择使放置分数最佳化(最高或最低)的2D放置计划来 生成放置计划350。在一些实施方案中，机器人系统100可使用2D 放置计划来进一步生成3D计划(例如，堆叠计划；图3B未示出)。例 如，机器人系统100可基于使用2D放置计划作为堆叠内的层来生成 3D放置计划。换句话说，机器人系统100可将所生成2D放置放置 在一个或多个层(例如，其他2D放置计划)之上/顶部和/或一个或多个 其他层之下/下方。

作为说明性实例，机器人系统100可在导出2D计划时估计和考 虑所放置物体的高度。例如，机器人系统100可将物体高度像素化(例 如，存储在主数据中)，如图3A所示。另外，机器人系统100可将所 放置物体的预定高度数据映射到由物体占据的单位像素中的每一个。 在高度映射到像素中的每一个的情况下，机器人系统100导出所得 2D放置计划350的放置表面。放置表面可各自对应于导出表面/平面， 所述导出表面/平面诸如由于形成导出表面的物体的相同或类似高度 而可具有并支撑放置在其上的物体。

机器人系统100可基于标识具有在彼此阈值范围内的高度值的 单位像素分组来导出放置表面。在一些实施方案中，机器人系统100 可基于标识放置计划350的最大高度来导出放置表面。基于最大高度， 机器人系统100可标识放置计划350中具有匹配最大高度或与最大 高度在阈值范围内的高度的单位像素。机器人系统100可基于具有合 格高度的最外部/周边单位像素的连接角和/或扩边来导出轮廓，从而 导出放置表面。机器人系统100可针对放置区域之外的区域使用较低 高度重复所述过程。对于图3B所示的实例，机器人系统100可导出 第一放置表面352、第二放置表面354和第三放置表面356。第一放 置表面352可对应于放置计划350的左下角所示的具有四个单位像 素的最大高度的矩形区域。第二放置表面354可对应于具有两个单位 像素的高度的周围区域(使用短划线示出)。第三放置表面356可对应 于位于放置计划350的右侧的具有一个单位像素的高度的单独区域。 下文关于2D和3D放置计划的细节。

图3C是示出根据本技术的一个或多个实施方案的放置计划过程 的图示。机器人系统100(通过例如图2的一个或多个处理器202)可 为一组可用包裹362导出图3B的放置计划350。可用包裹362可对 应于需要打包以便出口装运和/或存储的物体。例如，可用包裹362可 对应于通过入口装运接收的传入物体和/或已排序用于出口装运的所 存储物体。在一些实施方案中，机器人系统100可使用装运清单、订 购列表等来实时地(诸如直接响应于接收到清单、列表(即，在其阈值 持续时间内)等)标识可用包裹362。因此，机器人系统100可使用所 标识可用包裹362来实时地导出放置计划350。这样，代替利用包裹 的假设数目/设定/组合来导出无论实时条件如何都应用的计划的离线 打包模拟器，机器人系统100可使用实时条件、可用性和/或需求来 导出放置计划350。在一些实施方案中，机器人系统100可使用位于 接收、存储和/或发送物体的位置(诸如装运枢纽和/或仓库)处的装置 (例如，处理器202中的一者或多者)。

在一些实施方案中，如下文详细论述，机器人系统100可将可用 包裹362分组和/或定序。机器人系统100可使用一组有序可用包裹 362来导出放置计划350。机器人系统100可确定并评估可用包裹362 的独特放置位置/组合，以导出放置计划350。换句话说，机器人系统 100可确定一组潜在放置组合364并根据一组预定要求、条件、重量、 成本、后续暗示或它们的组合来对所述组合364进行评估。基于评估， 机器人系统100可选择放置组合以导出放置计划350。

在至少一个实施方案中，机器人系统100可使用迭代地评估定序 包裹的放置的算法来导出放置计划350。如图3C所示，机器人系统 100可通过确定可用包裹362中的第一包裹的初始放置来开始导出。 因此，机器人系统100可在初始位置(例如，角落、中间位置和/或另 一预设位置)处将图3A的对应离散化物体模型302重叠在图3B的离 散化平台模型304之上。机器人系统100可基于从可用包裹362移除 所放置包裹(例如，第一包裹)来跟踪剩余包裹372。

基于初始放置，机器人系统100可确定可用包裹362中的第二包 裹的一组可能放置。机器人系统100可根据预定规则、图案或它们的 组合来确定一组可能的放置。例如，机器人系统100可根据相对于一 个或多个先前放置的包裹(例如，相对于一个或多个先前放置的包裹) 的位置图案来确定放置位置。另外，机器人系统100可基于包裹中的 一者或多者之间所需的最小/最大间隔距离或其缺乏来确定放置位置。 此外，机器人系统100可基于根据预定量(诸如90度)旋转包裹(即， 对应离散化物体模型302)来确定放置位置。在一些实施方案中，机器 人系统100可根据预定阈值和/或图案来限制放置可能性。此外，机 器人系统100可分别更新剩余包裹372。

机器人系统100可重复上述过程并且迭代地处理可用包裹362， 直到达到停止条件为止。停止条件的一些实例可代表已放置所有包裹 (即，剩余包裹372为空)、无法改进放置(例如，评估分数与前一层级 /迭代相同)、无法在离散化平台模型304之上再放置更多包裹，或它 们的组合。

在一些实施方案中，机器人系统100可使用搜索树374来跟踪可 能的放置和对应的潜在放置组合364。搜索树374的根可对应于初始 放置，并且每个级别或层级可包括可用包裹362中后续包裹的潜在放 置。不同的层级可连接在一起，以形成对应于所述一组包裹的独特放 置组合的分支。

对于每个包裹的潜在放置，机器人系统100可标识并消除(例如， 由图3C中的‘x’代表)冗余占位面积。例如，在搜索树374的每个层 级处，机器人系统100可比较(叠加)潜在放置位置/组合的所得占位面 积。基于所述比较，机器人系统100可消除所得占位面积的复制品。 在一些实施方案中，机器人系统100可进一步比较所得占位面积的转 置、旋转和/或镜像版本，以消除相关复制品。例如，机器人系统100 可旋转一个占位面积达90度和/或跨一个或多个镜像线(例如，跨相对 角落延伸的对角线、沿着x和/或y方向延伸的一条或多条平分线， 或它们的组合)转置所述占位面积，并将其与其他占位面积进行比较。

另外，对于每个包裹的潜在放置，机器人系统100可标识并消除 违反一个或多个要求/约束的放置。要求/约束的一个实例可基于碰撞 可能性。机器人系统100可根据预先存在的占位面积、包裹的一个或 多个尺寸、搬运机器人的位置、先前事件或历史，或它们的组合来计 算每个放置位置的接近路径和对应碰撞可能性。机器人系统100可消 除碰撞可能性超过预定阈值的放置。要求/约束的另一实例可以是用 于堆叠(即，直接放置在一个或多个支撑包裹上/之上)包裹的支撑重量。 对于位于放置位置之下的包裹中的一个或多个，机器人系统100可基 于所放置包裹的重量来计算支撑重量(即，包裹或其正上方的部分的组合重量)。机器人系统100可消除支撑重量违反(例如，超过其阈值 范围或在其阈值范围内)放置位置之下的包裹中的一个或多个的易碎 性要求(例如，最大可支撑重量)的放置。

在一些实施方案中，机器人系统100可使用优先级队列376(例 如，堆结构等)来跟踪和/或评估放置组合364。优先级队列376可根 据偏好顺序对放置组合364进行排序。机器人系统100可根据一个或 多个预定标准对放置组合364中的一个或多个进行评估或评分。标准 可包括与已经放置的物品相关联的一种或多种成本和/或与当前放置 影响未来放置的方式或可能性相关联的一个或多个启发式分数。

标准的一个实例可包括占位面积密度的最大化。机器人系统100 可计算包裹分组的外周边382的占位面积密度。在一些实施方案中， 外周边382可基于包裹分组的暴露/外周边边缘来确定。机器人系统 100可通过扩展两个或更多个边缘并找到相交点和/或通过绘制连接 占位面积的一个或多个角落的线来进一步包围周围/相关区域。机器 人系统100可将占位面积密度计算为实际占位面积384(例如，对应 于阴影区域的单位像素310的数目)与空白区域386(例如，对应于包 围/相关区域的单位像素310的数目)之间的比。机器人系统100可被 配置来优选(例如，通过指派更高/更低分数)使空区域386最小化的放 置计划。

堆叠规则

图4A至图4C是根据本技术的一个或多个实施方案的堆叠规则 的图示。机器人系统100可使用堆叠规则来将包裹放置在彼此上方， 诸如用于将一个或多个包裹层堆叠/放置在一个或多个其他包裹层上。 机器人系统100可使用堆叠规则来改进所堆叠包裹的稳定性并防止 任何包裹在货盘的移动期间滑落和/或倾翻。出于说明性目的，图4A 至图4C示出直接在一个或多个支撑包裹454上方并由其支撑(例如， 直接接触)的顶部包裹452。

图4示出用于生成3D放置(例如，3D放置计划350)的水平偏移 规则402。水平偏移规则402可包括用于控制所堆叠物品之间的竖直 边缘/表面的水平偏移的规章、要求，或它们的组合。例如，水平偏移 规则402可基于重叠要求422、悬垂要求424，或它们的组合。重叠要求422可包括所堆叠包裹之间的重叠的最小量(例如，长度、宽度 和/或表面积的百分比或比)。在一些实施方案中，重叠要求422可要 求顶部包裹452的最小量的水平尺寸/表面积与支撑包裹454的水平 尺寸/表面积重叠。悬垂要求424可包括最大量(例如，长度、宽度和/或表面积的百分比或比)的悬垂(诸如顶部包裹452的水平地延伸经 过支撑包裹454的周边边缘/表面的一部分)。

在一些实施方案中，水平偏移规则402可基于重量、尺寸和/或 质心(CoM)位置412。例如，重叠要求422和/或悬垂要求424可基于 CoM位置412，诸如用于相对于支撑包裹454的顶部CoM位置与水 平边缘/表面之间的距离和/或悬垂距离(例如，沿着顶部包裹452的延 伸经过支撑包裹454的一个或多个周边边缘的一部分的水平方向测 量)，评估顶部包裹452和支撑包裹454的CoM位置412之间的距 离。在一些实施方案中，水平偏移规则402可基于要求顶部包裹452 和支撑包裹454的CoM位置412在阈值内的CoM偏移要求426。阈 值可包括预定距离、CoM位置412相对于水平尺寸、悬垂距离、重叠 距离或它们的组合之间的偏移距离之间的比的阈值限值。

图4B示出用于生成3D放置(例如，堆叠计划)的支撑间隔规则 404。支撑间隔规则404可包括用于控制支撑包裹454之间的水平间 隔距离414的规章、要求，或它们的组合。水平间隔距离414可对应 于相邻支撑包裹454的周边表面/边缘之间的水平距离。在一些实施方案中，支撑间隔规则404可进一步基于顶部包裹452与支撑包裹 454之间的重叠表面的位置和/或量。例如，支撑间隔规则404可要求 水平间隔距离414比任何悬垂距离大达预定百分比。另外，支撑间隔 规则404可要求水平间隔距离414延伸到顶部包裹452的CoM位置 412下方。

图4C示出用于生成3D放置(例如，3D放置计划350)的竖直偏 移规则406。竖直偏移规则406可包括用于控制支撑包裹454的竖直 位置之间的支撑高度差416的规章、要求，或它们的组合。支撑高度 差416可对应于对应支撑包裹454的顶部部分(诸如将可能接触放置在对应支撑包裹454之上的顶部包裹452的部分)之间的竖直距离。 在一些实施方案中，竖直偏移规则406可要求支撑高度差416遵循用 于将一个或多个包裹堆叠在支撑包裹454顶部上的预定阈值要求。在 一些实施方案中，支撑间隔规则404可基于层高度而有所不同。例如， 当顶部包裹452(例如，被支撑包裹)是最顶层的一部分时，支撑高度 差416的限值可相比较低层更大。

机器人系统100可根据堆叠规则生成堆叠计划(例如，多个2D放 置计划的3D组合)。例如，机器人系统100可根据高度要求(例如， 用于使包裹分组的高度保持在阈值距离内)生成2D放置计划(例如， 图3B的放置计划350)。随后，机器人系统100可基于使2D放置计划竖直地重叠(堆叠)来生成堆叠计划。

堆叠顺序

图5A是根据本技术的一个或多个实施方案的堆叠计划502(例 如，代表可用包裹的3D映射的计划和/或放置计划350对应于3D映 射内的层)的示例的图示。出于说明性目的，堆叠计划502使用包裹 (例如，例如，至少包裹1-1至1-4、2-1至2-2和3-1至3-3)的第一堆 叠520的第一层512、第二层514和第三层516来示出。第一层512、 第二层514和第三层516中的每一个可以是放置计划350的实例。第 一层512可位于底部，使得其中的包裹(例如，至少包裹1-1、1-2、1- 3和1-4)直接接触放置货盘340。第二层514中的包裹(例如，至少包 裹2-1和2-2)可直接位于(即，直接接触)第一层512上且在第一层512 上方。类似地，第三层516中的包裹(例如，至少包裹3-1和3-2)可直 接位于第二层514上且接触第二层514。

如下文详细论述，机器人系统100可单独地计划层中的每一个， 同时考虑竖直参数(例如，支撑高度、层高度等)。在生成堆叠计划502 时，机器人系统100可根据竖直参数和/或堆叠规则对单独层进行竖 直地组合和/或定序。在一些实施方案中，机器人系统100可根据包 裹的竖直放置对层进行计划。例如，机器人系统100可将第一层512 生成为包括直接接触放置货盘340的所有包裹，诸如包括第二堆叠 522中的底部两个包裹。另外，机器人系统100可将标记‘3-3’的包裹 计划为第二层514的一部分。在一些实施方案中，机器人系统100可 在生成堆叠计划502时对层(例如，放置计划350)进行重新计划和/或 调整。例如，机器人系统100可调整层以促进堆叠/放置顺序。如图 5A所示，机器人系统100可调整层，使得将第二堆叠522视为单独 堆叠(即，与第一层、第二层和第三层512-516分开)。因此，机器人 系统100可与第一堆叠520的层分开地/以不同方式对第二堆叠522 的包裹自由地计划和/或堆叠。

另外，在一些实施方案中，机器人系统100可将最靠近图1的搬 运单元104(例如，码垛机器人)的更大包裹移动到更高层，以促进堆 叠顺序。假设搬运单元104在图5A所示放置货盘340的右侧，则‘3- 3’包裹可在其被放置在标记‘3-1’和‘3-2’的包裹之前的情况下成为障 碍物(即，由于其高度)。因此，机器人系统100可调整层，使得‘3-3’ 包裹是更高层(例如，第三层516而不是第二层512)的一部分。因此， 当机器人系统100根据层放置包裹时，‘3-3’包裹可放置在‘3-1’和‘3-2’ 包裹之后。

在其他替代实施方案中，机器人系统100可基于分析堆叠计划 502单独地计算堆叠或放置顺序，而无需受限于层。出于论述目的， 图5B是根据本技术的一个或多个实施方案的并不因根据层堆叠包裹 而受限的堆叠顺序530(例如，对可用包裹的放置次序的标识)的图示。 堆叠顺序530可用于将所堆叠包裹532放置在支撑包裹上方且水平 地位于两个端部包裹之间。堆叠顺序530可使得可首先放置距搬运单 元104(图5B未示出，假设位于放置货盘340的右侧)最远的包裹(标 记为‘1’)并且之后将第二包裹(标记为‘2’)放置在放置货盘340上。机 器人系统100可计算堆叠顺序530，使得所堆叠包裹532(标记为‘3’) 放置在端部包裹534(标记为‘4’)中的一个之前(例如，第三)。如上文 所述，机器人系统100可基于将端部包裹534中的一个调整为属于具 有所堆叠包裹532的第二层或基于从堆叠计划502独立地计算堆叠 次序来计算堆叠顺序530。

操作流程

图6是根据本技术的一个或多个实施方案的用于操作图1的机 器人系统100的方法600的流程图。方法600可用于生成用于将包裹 (例如，箱和/或盒)放置到平台(例如，货盘)上的2D/3D打包计划和/或 用于分别放置包裹。方法600可基于利用图2的处理器202中的一个 或多个执行存储在图2的存储装置204中的一个或多个上的指令来 实施。

在框602处，机器人系统100可标识包裹组(例如，图3C的可用 包裹362)和目的地(例如，图1的任务位置116，诸如用于接收包裹的 货盘和/或容器)。例如，机器人系统100可标识包裹组以代表包括可 用于打包、位于源处、指定用于放置和/或列在订单/请求/清单中的包 裹的可用包裹362。另外，机器人系统100代表任务位置116的可放 置包裹的区域(例如，货盘(诸如图3的放置货盘340)的顶部装载表面) 的大小或尺寸。在一些实施方案中，机器人系统100可标识货盘的大 小、尺寸、类型，或它们的组合。

在框604处，机器人系统100可生成和/或访问对应于代表可用 包裹362的包裹组和/或任务位置116的离散化模型(图3A的离散化 物体模型302和/或图3B的离散化平台模型304)。在一些实施方案 中，机器人系统100可基于划分物体和/或平台区域(例如，根据图3B 的单位像素310的货盘顶表面)的物理尺寸来(例如，实时地(诸如在接 收到订单之后和/或在开始打包操作之前)或离线地)生成离散化模型。 单位像素310可(由例如制造商、下单客户和/或操作员)预定为诸如1 毫米(mm)或1/16英寸(in)或更大(例如，5mm或20mm)。在一些实 施方案中，单位像素310可以是基于包裹中的一个或多个和/或平台 的尺寸或大小(例如，百分比或分数)。

在一些实施方案中，机器人系统100可访问存储在存储装置204 和/或另一装置(例如，通过图2的通信装置206访问的存储装置、数 据库和/或包裹供应者的服务器)中的离散化模型。机器人系统100可 访问代表可用包裹362和/或任务位置116的预定离散化模型。例如， 机器人系统100可通过在图2的主数据252(例如，预定表或查找表) 中搜索可用包裹及其对应模型来访问对应于可用包裹362的离散化 物体模型302。类似地，机器人系统100可访问代表将要放置可用包 裹的平台(诸如所标识货盘)的离散化平台模型304。

在框606处，机器人系统100可确定包裹分组(例如，可用包裹 的子组)。机器人系统100可基于可用包裹362确定包裹分组，以用 于将包裹分组放置在所标识平台(例如，放置货盘340)上。机器人系 统100可根据可用包裹362的一个或多个特性中的相似性和/或图案 来确定包裹分组。在一些实施方案中，如框621处所示，机器人系统 100可通过根据分组条件/要求将可用包裹362分组来确定包裹分组。 分组条件/要求的一些示例可包括包裹优先级(例如，如一个或多个客 户所指定)、易碎性评级(例如，包裹可支撑的最大重量)、重量、包裹 尺寸(例如，包裹高度)、包裹类型，或它们的组合。在将可用包裹362 分组时，机器人系统100可在主数据252中搜索匹配分组条件/要求 的可用包裹362的多种特性。

在框608处，机器人系统100可计算可用包裹362和/或其分组 (即，包裹分组)的处理次序(例如，考虑/导出放置位置的顺序)。在一 些实施方案中，如框622处所示，机器人系统100可根据一个或多个 定序条件/要求计算处理次序。例如，机器人系统100可根据包裹分 组中的每一个内的包裹数目将分组的放置计划进行优先级排序，诸如 以便在放置计划中更早地处理具有更多数目的包裹的包裹分组。在一 些实施方案中，定序条件可与分组条件重叠，诸如针对重量范围、易 碎性评级等。例如，机器人系统100可优先考虑处理更重和/或更不 易碎的包裹以便更早地处理和/或放置在更低层中。

在一些实施方案中，机器人系统100可根据组合水平面积来对放 置计划进行优先级排序。机器人系统100可使用主数据252中指定的 信息来计算(通过例如将对应宽度和长度相乘)或访问分组中的包裹的 顶表面的表面积。在计算组合水平面积时，机器人系统100可将在阈 值范围内具有相同类型和/或高度的包裹的表面积相加。在一些实施 方案中，机器人系统100可优先考虑将具有更大组合水平面积的分组 的放置计划以便更早地处理和/或放置在更低层中。

对于一个或多个实施方案，机器人系统100可用可用包裹362的 标识符和/或量加载缓冲器。机器人系统100可根据分组对缓冲器中 的标识符进行定序。此外，机器人系统100可根据处理次序对缓冲器 中的标识符进行定序。因此，缓冲器中的定序值可对应于图3C所示 的可用包裹362和/或剩余包裹372。

如框624处所示，例如，机器人系统100可在实施图5的对应堆 叠计划502之前(诸如在将包裹组中的任何包裹放置在平台上之前)计 算可用包裹362的初始组(例如，包裹组)的处理次序。在一些实施方 案中，如框626处所示，机器人系统100可在启动实施对应堆叠计划 502之后或与此同时计算可用包裹362的剩余组的处理次序。例如， 如来自框616的反馈回路所示，机器人系统100可根据一个或多个触 发条件来计算剩余组(例如，可用包裹362中尚未被搬运到平台和/或 保持处于源位置的部分)的处理次序。示例性触发条件可包括堆叠错 误(例如，丢失的或掉落的包裹)、碰撞事件、预定重新触发定时，或 它们的组合。

在框610处，机器人系统100可生成用于沿着水平平面放置可用 包裹362的2D计划(例如，图3B的放置计划350)。例如，机器人系 统100可生成放置计划350以代表可用包裹362沿着水平平面的2D 映射。机器人系统100可基于离散化模型生成两个或更多个放置计划。 例如，机器人系统100可基于将离散化物体模型302与离散化平台模 型304进行比较来生成放置计划350。机器人系统100可确定离散化 物体模型302的不同放置/布置，将它们与离散化平台模型304进行 重叠/比较，并且验证/保持在重叠时在离散化平台模型304的边界内 的布置。机器人系统100可将无法放置在离散化平台模型304的边界 内的包裹指定用于另一层(例如，放置计划350的另一实例)。因此， 机器人系统100可迭代地导出放置计划350的代表堆叠计划502的 2D层的放置位置，直到包裹组中的包裹中的每一个已被指派放置计 划350中的位置为止。

在一些实施方案中，机器人系统100可基于包裹分组来生成放置 计划350。例如，机器人系统100可确定一个包裹分组内的包裹的布 置，之后才考虑另一分组中的包裹的放置。当包裹分组内的包裹铺满 一层(即，无法纳入离散化平台模型304的一个层或一个实例中)时和 /或在放置一个分组的所有包裹之后，机器人系统100可将下一分组 中包裹的位置指派到离散化平台模型304中的任何剩余/未占用区域。 机器人系统100可迭代地重复所述指派，直到没有任何未指派的包裹 可纳入离散化平台模型304的剩余空间上为止。

类似地，机器人系统100可基于处理次序(例如，基于根据处理 次序的包裹分组)来生成放置计划350。例如，机器人系统100可基于 根据处理次序指派包裹和/或分组来确定测试布置。机器人系统100可 向最早定序的包裹/分组指派用于测试布置的初始放置，然后根据处 理次序测试/指派后续包裹/分组。在一些实施方案中，机器人系统100 可跨层(例如，跨放置计划350的实例)保持包裹/分组的处理次序。在 一些实施方案中，机器人系统100可在每个层填满之后重新计算并更 新处理次序(在图6中使用短划反馈线示出)。

在一些实施方案中，作为上文所述过程的说明性示例，机器人系 统100可通过标识包裹组内的不同包裹类型(例如，图3A的相应的第 一包裹类型、第二包裹类型、第三包裹类型、第四包裹类型和/或第五 包裹类型321-325)来生成2D计划。换句话说，在框632处，机器人 系统100可标识包裹分组和/或包裹组中的每一个内的独特包裹(例如， 如由包裹类型代表)。

在框634处，机器人系统100可导出(例如，迭代地)可用包裹362 中的每一个的放置位置。在框636处，机器人系统100可确定根据处 理次序按顺序为第一个的独特包裹的初始放置位置。机器人系统100 可根据预定图案来确定初始放置位置，如上文所述。在一些实施方案 中，机器人系统100可计算每个独特包裹的初始放置。所得初始放置 各自可诸如通过跨迭代跟踪放置计划350来自发展成独特放置组合 (例如，图3C的搜索树374的实例)。在框638处，机器人系统100可 导出并跟踪根据处理次序的后续包裹和/或如上文所述的剩余包裹 372的候选放置位置。因此，机器人系统100可迭代地导出图3C的 放置组合364。

在导出放置组合364(例如，候选放置位置)时，机器人系统100 可基于迭代地导出并评估候选堆叠情境(例如，可用包裹的独特放置 位置的潜在组合)来测试/评估对应包裹的离散化物体模型302的位置。 候选堆叠情境可各自基于根据上文所论述的顺序标识包裹的独特潜 在位置(例如，根据放置位置的预定顺序/规则)来导出。候选堆叠情境 和/或独特放置位置可根据一个或多个放置标准(例如，要求、约束、 放置成本和/或启发式分数)来评估。例如，放置标准可要求离散化物 体模型302在被放置在所选位置处时完全纳入离散化平台模型304的 水平边界内。另外，放置标准可要求离散化物体模型302的放置位于 相对于初始放置位置(例如，诸如沿着水平方向)和/或先前放置位置的 阈值距离之内或之外，诸如为了相邻放置或间隔要求。放置标准的其 他示例可包括对以相邻方式放置在一个或多个包裹尺寸(例如，高度)、 易碎性评级、包裹重量范围或它们的组合上具有一种或多种最小差异 的包裹的偏好。在一些实施方案中，放置标准可包括可对应于先前指 派在层中的包裹相对于参考位置(例如，码垛机器人的位置)的位置和 /或特性(例如，高度)的碰撞可能性。因此，机器人系统100可生成包 裹放置位置的多个独特放置组合(即，每个层的候选放置计划和/或每 个层包括多个层的候选堆叠情境)。在一些实施方案中，机器人系统100可基于跨放置迭代生成并更新搜索树374来跟踪组合的放置。

在框640处，机器人系统100可计算/更新每个组合/包裹放置的 放置分数。机器人系统100可根据放置条件/偏好(例如，包裹尺寸、 碰撞可能性、易碎性评级、包裹重量范围、间隔要求、包裹量条件)中 的一者或多者来计算放置分数。例如，机器人系统100可使用偏好因 子(例如，乘数权重)和/或方程来描述对以下各项的偏好：包裹之间的 间隔距离、相邻包裹的包裹尺寸/易碎性评级/包裹重量的差异、碰撞 可能性、同一高度处的连续/相邻表面、其统计学结果(例如，平均值、 最大值、最小值、标准差等)，或它们的组合。每个组合可根据可由系 统制造商、订单和/或系统操作员预限定的偏好因子和/或方程来评分。 在一些实施方案中，机器人系统100可在总放置迭代结束时计算放置 分数。

在一些实施方案中，机器人系统100可在每次放置迭代之后更新 图3C的放置组合364在优先级队列376中的顺序。机器人系统100 可基于放置分数来更新顺序。

机器人系统100可基于确定空源状态、全层状态或不变分数状态、 诸如当一个候选放置计划完成时停止放置迭代。空源状态可代表已替 换所有可用包裹。全层状态可代表没有其他包裹可放置在所考虑离散 化平台模型304的剩余区域中。不变分数状态可代表组合的放置分数 跨一个或多个连续放置迭代保持恒定。在一些实施方案中，机器人系 统100可使用不同的初始放置位置和/或不同的处理次序(例如，用于 对具有与定序条件相关联的相同定序值/分数的群组进行重新排序)来 重复放置迭代，以导出候选堆叠情境的其他实例。换句话说，机器人 系统100可生成多个2D放置计划，其中每个2D放置计划可代表3D堆叠内的层(例如，候选堆叠情境的实例)。在其他实施方案中，机器 人系统100可在导出2D放置计划时迭代地考虑3D效应并且在2D 放置计划变完整时作为下一迭代开始导出下一层。

在框612处，机器人系统100可生成堆叠计划(例如，堆叠计划 502)。在一些实施方案中，当所处理包裹的放置位置与一个或多个先 前放置/处理的包裹重叠时，机器人系统100可开始生成堆叠计划502。

在生成堆叠计划502和/或访问2D计划时，机器人系统100可将 放置组合364和/或放置计划中的每一者转换成3D状态，如框652处 所示。例如，机器人系统100可将包裹的高度值指派到放置组合364。 换句话说，机器人系统100可基于将包裹高度添加到放置组合364来 生成等高线图(对深度图的估计)。

利用3D状态，机器人系统100可根据一个或多个堆叠规则(例 如，图4A的水平偏移规则402、图4B的支撑间隔规则404和/或图4C的竖直偏移规则406)来评估放置组合364。作为说明性示例，当 所放置包裹堆叠在一个或多个先前处理的包裹上/之上时，机器人系 统100可消除违反上文所述的图2的重叠要求422、图4A的悬垂要 求424、竖直偏移规则406、图4A的CoM偏移要求426或其组合的 任何放置组合364。在一个或多个实施方案中，机器人系统100可诸 如通过估计重叠包裹处的支撑重量并将它们与对应易碎性评级进行 比较来消除违反所处理包裹下方的一个或多个包裹的易碎性评级的 任何放置组合364。

对于剩余放置组合364，机器人系统100可计算3D放置分数或 更新放置分数，诸如框654处所示。机器人系统100可使用与3D放 置的放置成本和/或启发式值相关联的预定偏好(例如，权重和/或方 程)。预定3D偏好可类似于2D偏好、分组偏好、定序条件，或它们 的组合。例如，3D偏好可被配置来基于3D状态计算碰撞可能性并且 计算偏向于具有较低碰撞可能性的放置组合的分数。另外，机器人系 统100可基于剩余包裹372、具有共同高度的支撑区域的大小、处于 3D状态的所打包物品的数目、所处理包裹的高度之间的差或它们的组合来计算分数。在一些实施方案中，机器人系统100可根据分数来 更新放置组合364在优先级队列376中的顺序。

在已处理3D状态之后，诸如在框610处，机器人系统100可通 过导出剩余包裹372中的下一包裹的放置来更新2D计划。机器人系 统100可重复上述过程，直到停止条件(诸如当已处理所有可用包裹 362(即，剩余包裹372的空值/组)和/或当无法改进放置组合364(也 称为无改进组合))为止。无改进组合的一些示例可包括当前处理的放 置由于一个或多个违规而消除优先级队列376中的放置组合364中 的最后一个的情况和/或放置分数跨阈值数目的迭代对于优选组合保 持恒定的情况。

当检测到停止条件时，诸如在框656处，机器人系统100可根据 放置分数(例如，2D和/或3D相关分数)选择所导出放置组合364中 的一个。因此，机器人系统100可指定所选放置组合作为堆叠计划 502(一组放置计划350)。

在一些实施方案中，作为说明性示例，机器人系统100可以不同 方式实施框610和612的功能。例如，在框610处，机器人系统100 可生成底部层的2D计划(例如，放置计划350的实例)，如上文所述。 在此情况下，机器人系统100可被配置来在考虑放置和/或处理次序时对匹配包裹重量、更重包裹重量和/或包裹的更大可支撑重量施加 更重偏好(例如，更大的参数权重)。机器人系统100可导出基础层的 第一2D计划，诸如上文针对框610所述。

一旦第一2D层如上文所述地完成/填满，从而形成基础层，机器 人系统100就可将放置计划转换成3D状态，如针对框612/652所述。 使用3D信息，机器人系统100可标识基础层的一个或多个平面部分 /区域(例如，图3B的放置表面352-356)，如上所述。使用平面部分， 机器人系统100可迭代地/递归地导出基础层上方的下一层的包裹放 置。机器人系统100可将平面部分中的每一个作为离散化平台模型 304的新实例进行考虑，并且测试/评估不同放置，如上文针对框610 所述。在一些实施方案中，机器人系统100可使用放置表面导出2D 放置，但跨整个放置货盘340计算分数。因此，机器人系统100可被 配置来遵循对后续层的更大放置区域的偏好，而不限于前述放置区域。

一旦针对第二层停止迭代放置过程，机器人系统100就可计算所 导出层的平面部分(例如，具有在阈值范围内的高度的顶表面)，以生 成下一上方层的剩余包裹/分组的2D放置。迭代分层过程可继续进行， 直到已满足停止条件为止，如上文所述。

在一些实施方案中，机器人系统100可在框612处单独地生成 2D计划(例如，放置计划350中的两个或更多个)。机器人系统100可 基于竖直地组合(例如，沿着竖直方向布置/叠置2D放置计划)2D计 划来生成堆叠计划502。

在框614处，机器人系统100可基于堆叠计划502来生成打包顺 序(例如，图5B的堆叠顺序530)。作为实例，打包顺序可用于标识可 用包裹362的放置次序。在一些实施方案中，如框662处所示，机器 人系统100可逐层地计算打包顺序。换句话说，机器人系统100可计 算每个层的打包顺序，然后根据层的从底部到顶部的次序/位置连接 所述顺序。在计算打包顺序时，在一些实施方案中，机器人系统100 可调整放置计划，如框672处所示。例如，机器人系统100可通过以 下方式来调整放置计划：通过将包裹(例如，具有增加后续操纵/搬运 的碰撞可能性的高度的包裹)中的一个或多个从较低层放置计划重新 指派到较高层放置计划。还可将由重新指派的包裹支撑的任何包裹重 新指派到更高的层。换句话说，重新指派的包裹可保持处于同一水平 放置并且与更高层相关联，使得稍后可如图5B所示地放置包裹。在 框674处，机器人系统100可基于诸如通过对在被指派在更低层中之 后被指派在更高层中的物体进行打包/操纵所调整的放置计划来计算 打包顺序(例如，堆叠顺序530)。

在其他实施方案中，如框664处所示，机器人系统100可计算打 包顺序，而不管/独立于层指派。换句话说，机器人系统100可计算打 包顺序，使得可在指派到更高层的包裹之后放置指派到更低层的包裹。

在计算打包顺序时，在层内或跨层两者，机器人系统100可根据 一个或多个包裹尺寸(例如，高度)、相对放置位置或它们的组合来分 析堆叠计划502中的包裹的位置。例如，机器人系统100可将更远离 单元/参考位置(例如，码垛机器人的位置)的盒的放置定序在更靠近指 派的包裹之前。另外，机器人系统100可在更高/更重包裹的指派位 置是沿着放置计划的周边且远离单元位置时将它们更早地放置。

在框616处，机器人系统100可实施用于将可用包裹362放置在 平台上的堆叠计划502。机器人系统100可基于根据堆叠计划502将 一个或多个运动计划、致动器命令/设定或它们的组合传达给对应装 置/单元(例如，图1的搬运单元104、图2的致动装置212、图2的传感器216等)来实施堆叠计划502。机器人系统100可基于在装置/单 元处执行所传达信息以将可用包裹362从源位置搬运到目的地平台 来进一步实施堆叠计划502。因此，机器人系统100可根据3D映射 来放置可用包裹362，其中将可用包裹362中的一个或多个放置/堆叠 在其他包裹的顶部上，诸如逐层地放置可用包裹362。此外，机器人 系统100可根据打包顺序操纵/搬运包裹。这样，机器人系统100可 逐层地或者在不具有如上文所述的那类限制的情况下放置包裹。

上文所述的任务和2D/3D分层的离散化提供打包物体的改进的 效率、速度和准确性。因此，操作员输入的减少和准确性的增加可进 一步减少自动化打包过程的人力劳动。在一些环境中，如上文所述的 机器人系统100可消除对可花费大约或高于100万美元的定序缓冲 器的需要。

结途

所公开技术的实例的上文具体实施方式并不意图是详尽的或将 所公开技术限于所公开的确切形式。虽然出于说明性目的描述了所公 开技术的具体实例，但如相关领域技术人员应认识到，在所公开技术 的范围内多种等效修改也是可能的。例如，虽然过程或框是以给定次 序呈现的，但替代实现方式可以不同次序执行具有步骤的例程或采用 具有框的系统，并且可删除、移动、添加、细分、组合和/或修改一些 过程或框来提供替代方案或子组合。这些过程或框中的每一个可以多 种不同方式来实现。另外，虽然过程或框有时被示出为串联执行，但 这些过程或框可替代地并行执行或实现，或者可在不同时间执行。此外，本文所指出的任何具体数目仅是实例；替代实现方式可采用不同 的值或范围。

根据上文具体实施方式，可对所公开技术进行这些和其他改变。 虽然具体实施方式描述了所公开技术的某些实例以及所设想的最佳 模式，但所公开技术可以许多方式来实践，而无论文中上文描述呈现 的如何详细。系统的细节可在其具体实现方式中相差甚大，但仍由本 文所公开的技术涵盖。如上文所指出，在描述所公开技术的某些特征 或方面时所用的特定术语不应被视为暗示本文中将术语重新定义为 限于所公开技术的与所述技术相关联的任何具体特性、特征或方面。 因此，除所附权利要求之外，本发明不受限制。一般来说，以下权利 要求中所用的术语不应被视为将所公开技术限于说明书中所公开的 具体实例，除非上文具体实施方式章节明确地限定了此类术语。

虽然本发明的某些方面在下文是以某些权利要求的形式呈现的， 但本申请人可设想了呈任何数目的权利要求形式的本发明的多种方 面。因此，本申请人保留在提交本申请之后追加附加权利要求以在本 申请中或在接续申请中追加此类附加权利要求形式的权利。

Claims (10)

1.一种用于操作机器人系统的方法，所述方法包括：

标识代表被指定将要放置在平台上的可用包裹的包裹组；

访问对应于所述包裹组的离散化物体模型，其中所述离散化物体模型各自代表所述可用包裹中的包裹类型的物理尺寸、形状，或它们的组合；

访问代表所述可用包裹将要放置的所述平台的离散化平台模型；

基于所述可用包裹确定包裹分组，其中所述包裹分组各自代表所述可用包裹的子组；

计算所述包裹分组的处理次序；

基于根据所述处理次序的所述包裹分组生成放置计划，其中所述放置计划代表所述可用包裹沿着水平平面的二维(2D)映射；

基于将所述放置计划转换成三维(3D)状态来生成堆叠计划，其中所述堆叠计划代表所述可用包裹的3D映射，并且所述放置计划对应于所述3D映射内的层；以及

实施用于根据所述3D映射将所述可用包裹放置在所述平台上的所述堆叠计划，其中所述可用包裹中的一个或多个放置在一个或多个其他包裹的顶部上。

2.如权利要求1所述的方法，其还包括：

基于所述堆叠计划计算打包顺序，其中所述打包顺序用于标识所述可用包裹的放置次序；并且

其中：

实施所述堆叠计划包括：根据用于搬运并放置所述可用包裹的所述打包顺序来实施所述堆叠计划。

3.如权利要求2所述的方法，其中：

计算所述打包顺序包括：

通过将所述可用包裹中的一个或多个从较低层放置计划重新指派到较高层放置计划来调整所述放置计划，以及

计算每个放置计划的打包顺序；并且

实施所述堆叠计划包括：实施用于逐层地放置所述可用包裹的所述堆叠计划。

4.如权利要求2所述的方法，其中计算所述打包顺序包括：根据所述可用包裹的高度、所述可用包裹相对于单元位置的放置位置或它们的组合来分析所述堆叠计划。

5.如权利要求1所述的方法，其中确定所述包裹分组包括：根据所述可用包裹的指定优先级、易碎性评级、包裹重量范围、高度、包裹类型或它们的组合来对所述可用包裹进行分组。

6.如权利要求1所述的方法，其中计算所述处理次序包括：根据所述包裹分组中的包裹数目、组合水平面积、重量范围、易碎性评级或它们的组合来对所述包裹分组进行优先级排序。

7.如权利要求6所述的方法，其中计算所述处理次序包括：在实施所述堆叠计划之前计算所述可用包裹的初始组的处理次序。

8.如权利要求6所述的方法，其中计算所述处理次序包括：在实施所述堆叠计划之后或与此同时计算所述可用包裹的剩余组的处理次序。

9.一种机器人系统，其包括：

至少一个处理器；以及

至少一个存储器装置，所述至少一个存储器装置连接到所述至少一个处理器并且在其上存储有指令，所述指令能够由所述处理器执行以：

确定用于将可用包裹放置在平台上的包裹分组；

访问代表所述可用包裹和所述平台的离散化模型；

基于所述离散化模型生成两个或更多个二维(2D)放置计划，其中所述2D放置计划中的每一个用于沿着水平平面放置所述可用包裹；

基于所述两个或更多个2D放置计划生成堆叠计划，其中所述堆叠计划包括沿着竖直方向布置的所述两个或更多个2D放置计划；并且

实施用于将所述可用包裹放置在所述平台上的所述堆叠计划，其中所述可用包裹中的一个或多个放置在一个或多个其他包裹的顶部上。

10.一种其上存储有处理器指令的有形非暂时性计算机可读介质，所述处理器指令在由机器人系统经由其一个或多个处理器执行时致使所述机器人系统执行方法，所述指令包括：

用于标识代表可用且被指定将要放置在平台上的包裹的包裹组的指令；

用于访问对应于所述包裹组的离散化物体模型的指令，其中所述离散化物体模型各自代表所述可用包裹中的包裹类型的物理尺寸、形状，或它们的组合；

用于访问代表所述可用包裹将要放置的所述平台的离散化平台模型的指令；

用于基于所述可用包裹确定包裹分组的指令，其中所述包裹分组各自代表所述可用包裹的子组；

用于计算所述包裹分组的处理次序的指令；

用于基于根据所述处理次序的所述包裹分组生成放置计划的指令，其中所述放置计划代表所述可用包裹沿着水平平面的二维(2D)映射；

用于基于将所述放置计划转换成三维(3D)状态来生成堆叠计划的指令，其中所述堆叠计划代表所述可用包裹的3D映射，并且所述放置计划对应于所述3D映射内的层；以及

用于实施用于根据所述3D映射将所述可用包裹放置在所述平台上的所述堆叠计划的指令，其中所述可用包裹中的一个或多个放置在一个或多个其他包裹的顶部上。

Images