CN111656415A - 自动化商店 - Google Patents

Abstract

一种自动化商店，包括模块化货架结构和自主式机器人装置，该自主式机器人装置进行操作以将物品转移至货架结构以及从货架结构转移物品。

Description

自动化商店

技术领域

本发明涉及自动化商店，其包括用于帮助向消费者提供存储在自动化商店中的商品的机器人装置系统。

背景技术

由于诸如互联网和改进的自动化商店的技术，自动售货在过去十年已经变得更加流行。例如，标题为System and Method for Facilitating the Provision of Goods的美国公开文献第2008/0005167号公开了用于通过在线市场使用自动化商店来便于提供商品的系统和方法，其公开内容通过引用并入本文中。

传统的零售货架系统根据商家需要被组织以形成允许消费者通过在过道行走来浏览产品的货架构造，其中一个或更多个产品展示架靠墙站立或者在一侧或两侧独立地放置产品。然而，传统的零售商店需要许多雇员，因此可能是昂贵的。传统商店的其他问题包括产品盗窃和库存管理。自动售货亭和自动售货机缓解了这些问题，但是缺乏以品牌执行者和流行品牌的商家所需的方式展示品牌的能力。

传统的自动化商店或自动售货机被寄放在大金属柜中并且具有若干限制，妨碍了产品的完整展示。但是，这些系统缺乏客户能够完全体验整个产品的高端零售商店的实体存在。

虚拟现实显示器也已被用于自动化零售。但是，这些系统不具有与实体零售商店相同的影响。此外，虚拟现实不会提供与走进实体场所(例如在商场或机场)相同的消费者体验。

因此，需要一种系统，其为买方提供购买物品后更即时的满足并且改善交货时间和效率。

附图说明

图1是自动化商店外壳的示意性表示，其具有用于从该外壳取出物品的机器人装置。

图2是图1的机器人装置的正面立体图。

图3至图5是自动化商店外壳和相应的货架结构的不同的示例构造的框图。

图6是具有用于更新物品储存箱的库存状态的弹出窗口的屏幕显示。

图7是具有用于配置物品储存箱的弹出窗口的屏幕显示。

图8是示出使用自动化商店来履行订单的处理的流程图。

图9是具有吸盘的机器人装置的立体图。

图10是图9的机器人装置处于伸展位置的侧平面图，以及图11是图9的机器人装置处于缩回位置的侧平面图。

图12是用于图9的机器人装置的线性轨道的立体图。

具体实施方式

根据第一方面，本发明提供了一种自动化商店，该自动化商店具有：外壳，该外壳限制消费者接近容纳在内部的物品；货架结构，该货架结构具有被布置成在外壳内部存储物品和展示物品的多个货架；以及机器人装置，该机器人装置被布置成从一个或更多个货架取出所选物品并且将所取出的物品运送给消费者；其中，该机器人装置相对于货架结构自由移动，不存在到货架结构或外壳的永久性物理连接。

在实施方式中，机器人装置还被布置成移动至外壳的外部以将物品交付给自动化商店附近远距离的消费者。在实施方式中，物品通过外壳中的运货门被运送给自动化商店附近近距离的消费者。在实施方式中，自动化商店包括至少一个或更多个机器人装置以实现向消费者和/或快递员的更快/更有效的交货。

根据第二方面，本发明提供了一种系统，该系统用于通过对机器和/或机器人装置的马达和其他机械元件的软件控制实现并非基于机器而是以存货单位(“SKU”)为基础的可变控制分发。

根据第三方面，本发明提供了一种用于向消费者展示物品的模块化零售货架结构。该货架结构包括被布置成形成堆叠结构并且与机器人装置接合的多个货架，该机器人装置相对于货架结构自由移动，不存在到货架结构的永久性物理连接，其中，执行与机器人装置的接合以将寄放在一个或更多个货架上的一个或更多个物品转移至机器人装置。

在一些实施方式中，模块化零售货架结构包括用于使物品穿过货架移位至机器人装置的机构。在实施方式中，该结构被构造成使得机器人装置可以装载一个或更多个货架上的物品。

根据第四方面，本发明提供了一种用于从自动化商店中的货架结构取出物品的机器人装置。该机器人装置包括：机动平台，该机动平台被布置成在货架结构附近沿X方向和Y方向移动；关节臂，该关节臂具有安装到机动平台上的第一端；物品箱，该物品箱被安装在关节臂的第二端处；以及齿轮机构，该齿轮机构被布置成与货架结构的交付机构接合以将物品从货架结构转移至物品箱。

在实施方式中，控制XY机器人机构的软件允许系统的用户对来自货架的可变分发方法进行编程以确保从货架进行收集的准确性，例如对机器人装置与货架接合的高度进行编程(例如，高、中、低)以控制如何使物品离开货架移动到箱，例如使货架脚向前倾倒或使头部向前倾倒。在一些实施方式中，控制XY机器人机构的软件允许系统的用户对马达转动的速度进行编程以将产品从货架移开。在一些实施方式中，机器人装置包括用以在将产品带到消费者输出区域之前保护交货斗中的产品的挡板、门或其他机构。控制机器人装置的软件可以允许系统的用户对使挡板、门或其他机构活动的定时进行编程。

本发明的实施方式还包括一种机器人视觉系统，通过该机器人视觉系统可以手动地构造货架布局并且机器人检索系统可以读取货架布局并且将此布局传送至控制系统，使得在物理设置之后自动配置系统。

本发明的实施方式还包括如上所述的系统，通过该系统，货架系统结合有可以由机器人检索系统操作以将物品从货架移动到机器人检索系统中的被动机构。在实施方式中，该机构是具有齿轮和带的分隔件，该分隔件使推进器从货架的后部朝向货架的前部移动以将物品移动到机器人检索系统中。在实施方式中，该系统使用产品下方的输送带来将产品从货架移动到机器人检索系统。

本发明的实施方式还包括一种独立式的机器人检索系统，该机器人检索系统在其基部处结合有输送带系统，使得被从货架移动到机器人检索系统的物品可以移动到前方位置以用于向消费者或快递员的最终交付。在一些实施方式中，机器人检索系统由电池操纵，并且当停靠至货架、再充电位置或交付位置时被充电。在一些实施方式中，机器人检索系统是XYZ机器人系统，使得机器人机构能够将产品装载到货架上以及取出产品。此外，这样的系统可以配置有协助机器人拾取或释放物品的抓取器或抽吸机构。

本发明的实施方式还包括一种用于产品的自动化零售交付的系统，其中安全零售货架系统的部件(货架和分隔件)是常见的并且可以用于安全的机器人零售商店展示柜或自动售货机中。

本发明的实施方式还包括一种机器人零售交付系统，该机器人零售交付系统被设计成使得机器人能够从货架拿取产品并转动90度或180度至输出位置，通过该输出位置可以将所拿取的产品交付给消费者。

在一些实施方式中，机器人装置结合有面向货架系统中的摄像装置。可以经由消费者软件系统向消费者示出由该摄像装置拍摄的图像以验证产品的存在。

在实施方式中，系统允许消费者远程地订购和预留存储在系统中的物品，并且利用传输系统将物品预留给能够收集物品并将物品交付给消费者的快递基础设施(例如，优步或机器人)。

根据第六方面，本发明还包括一种系统，该系统用于接收订单并且确定最近的微型仓库，然后拆分订单以允许一些物品能够在一小时内从自动化微型仓库被立即交付。

本发明的优点包括使用由机器人系统服务的全自动化商店向消费者提供令人满意的高端产品购买体验的能力。其他优点包括能够被远程监控的自动化库存管理，而且没有消费者能够访问库存或者物品被放错的风险。对于消费者想要了解当前的库存状态的线上商务交易而言，所有库存移动的安全且高完整性记录以及保护库存区域的安全是重要的。

实施方式涉及一种用于帮助向消费者提供存储在自动化商店中的商品的机器人系统。此外，实施方式涉及自动化商店，其中可以在货架上销售高端产品并且用最少的结构固定装置将这些高端产品展示在安全的玻璃柜中。可以经由机器人系统接近这些产品。

现在参照图1，示出了根据实施方式的具有机器人装置120的自动化商店100的示意性图示。货架系统111至116可以被装入玻璃中以建成允许消费者绕着产品展示架走动的360度陈列柜110。这与当前的自动售货机形成对比，当前的自动售货机被容纳在金属柜中，阻止了这种体验。在当前的自动售货机中，交货机构需要被预先固定，使得马达能够将物品推入交货输出区域，该交货输出区域通常是直接位于货架下方的交货门/隔室。即使在配备有XY机器人拿取系统或传送机构的自动售货机中，被交付到XY交货箱中或传送机上的产品也可能被带到自动售货机中的原位置，通常在货架的左下方或右下方。所有这些系统都被预配置并容纳在交货机构(传送机或机械臂)物理地连接到交货输出区域的系统中。

外壳前部的交货门117打开以允许机器人装置将产品交出外壳。在外壳的侧面设置有侧门118，以允许机器人装置移入和移出外壳。这使得机器人装置能够将物品交付给处于其他位置的消费者(例如，机场休息室、Uber驾驶员、无人机或其他机器人设备)。可选地，可以在外壳的前部安装触摸屏119以控制对自动化商店的各种可能的操作。

本文描述的发明的实施方式允许品牌和他们的商家组装灵活的零售货架系统，并且可选地添加透明面板以在需要时创建更安全的销售展示架。例如，可以根据被固定在玻璃面板或丙烯酸玻璃面板(例如树脂玻璃或有机玻璃)内的产品的背对背通道或者产品的单个通道来组装安全的展示架。这些面板在货架与面板之间提供了小空间(约18英寸)，以允许消费者沿着展示架或围绕展示架走动。

图2是根据一个实施方式的机器人装置的示意性图示。机器人装置120包括工作台或平台122以及可延伸主体124，在编程控制下能够操作工作台或平台122使其能够在自动化商店内沿X方向和Y方向移动，在编程控制下能够操作可延伸主体124使其能够沿Z方向移动。机器人机构还包括关节臂126，其可以从主体延伸以与货架结构111接合，以便将物品转移至一个或更多个货架或从一个或更多个货架转移物品。机械臂126和物品箱127也可以用来将物品交付给消费者。

工作台或平台122是使用可360°旋转的轮来在地板上四处移动的基座单元，类似于Roomba真空吸尘器。基座单元由锂离子电池供电，并且包括使轮转动的低压马达以及加速器控件。

在基座单元的顶部固定有竖直轨道。该轨道允许分发机构在其上上下行进。分发机构是以下三种类型中的一种：没有传送机的基本斗；传送机斗；以及关节臂。

基座单元包括用以检测位置并进行导航的光学传感器。所有三个分发机构还包括例如用以检测加速度、压力和重量的光学传感器和其他传感器，所有这些都有助于导航或分发产品。

通过使用斗和底座两者以航行、接合货架上的分隔件并且将产品分发(检测)到斗中，基本斗航行至货架。传送机斗也是如此，但是传送机斗具有传送带和额外的传感器以提高分发完整性。关节臂与上述一样，但是它与产品直接接合并且将产品从货架上拉下来。

物品箱实际上可以位于外壳的物品交货门处，而不是作为机器人装置的一部分。关节臂可以从货架收集物品，然后将物品移动到收集篮或储物箱，消费者在收集篮或储物柜中抓取物品。在该实施方式中，关节臂不包括物品箱/篮。

各种硬件部件所使用的视觉系统依赖于在外壳内使用货架创建的物理构造。机器人装置的基座单元附加有以200Hz拍摄图像的非常高帧率的灰度摄像装置。摄像装置还使用光脉冲来向货架发射光并接收反射回的光，这创建了该区域的3D地图。然后，机器人能够使用该地图来导航到在物品数据库中预定义的物理标记。

货架系统还可以包括货架或分隔件上的物理标记，其创建了用于与机器人装置接合的槽阵列。在数据库中预先设置这些槽以在特定槽中包含特定产品。红外读取器沿着每个货架的底部进行读取以识别这些分发点。然后，机器人基于存储的数据库位置和其通过视觉系统看到的位置来识别要从其进行出售的适当的槽。然后，机器人从该槽进行分发，并且当其验证“物品”已经被出售到槽中时(其不必知道出售了什么物品)，机器人可以继续进行。

传送带机构可以与篮结合以将从货架干净利落地传送产品使得产品不会由于惯性变化而倾倒。

在一个实施方式中，斗可以与货架单元相关联以从架货取出物品。在标题为BeltConveyor Bucket的美国临时专利申请第62/713982号中示出了根据该实施方式的斗系统，其全部内容通过引用合并于此。在该实施方式中，一旦物品被从货架取出并被容纳在斗内，机器人组件就可以从斗中移除物品以交付给消费者。

该系统还允许以商家决定的货架高度和通道配置、通道长度等来摆放任何尺寸的商店，从大型自动售货机的大小到现有传统零售商店的大小。例如，可以为5000平方英尺的零售商店装配本文所述的零售销售系统，并且由于系统中所述的进步，商店可以在无需任何雇员的情况下运营。在一个实施方式中，商店可以配置有具有6英尺货架区段的背靠背通道，其中每个区段是为2英尺深，这意味着通道的末端是4英尺深，正如美国零售商店货架系统中典型的情况。如果背靠背地使用两个区段并且在末端增加货架，那么货架阵列将是16英尺长(加上用于货架连接器的小的增加空间)和4英尺宽。

例如，图3至图5示出了机器人商店和货架外壳的不同的可能配置。在图3中，外壳210抵靠着壁209向上定位，并且包括六个类似于区段211的货架区段。每个货架区段为2英尺深和6英尺宽。在货架的前部和前外壳面板之间是取货与交货区域250，该区域是18英寸深的空间，在该空间中，机器人组件漫游以从货架区段选取和放置物品。至少前面板，可能还有侧面板是玻璃面板，以允许用户和顾客容易地查看。两个用户站240、241被配置在外壳的前部或前部附近。

图4示出了具有四个玻璃面板独立外壳310(前面一个、后面一个、以及两侧的玻璃面板)。包括货架311、312的货架区段被构造成背对背的取向，使得用户可以从外壳的任一侧查看货架。取货与交货区域350环绕这两排货架，使得机器人工具能够在外壳的两侧服务于货架。至少一个用户站340位于外壳的前部附近。

图5示出了抵靠着壁409定位的外壳410。在该实施方式中，包括区段411的货架被组织成座靠壁409的后排。在外壳410的中间布置有成一对的排，并且取货与交货区域450环绕这对排——包括具有区段412的内侧排以及具有区段413的外侧排。一个用户站440位于外壳的前部，而另一用户站位于外壳的侧面。

现在参照图6，控制器500包括示出货架结构中的所有槽或箱位置的显示屏502以及用户控件504、505、506。对被标记为“箱”的用户控件504的选择允许用户标识出其中一个箱以供该用户配置或更新。对被标记为“外围装置”的用户控件505的选择允许用户标识出一个或更多个外围装置以由该用户配置或更新。对被标记为“触摸屏”的用户控件506的选择使弹出窗口550出现并显示库存控制触摸屏。

在该示例中，用户标识出箱311并且选择了库存触摸屏。标题区域552指示产品名称以及与该产品相关联的SKU。被标记为“数量”的数据输入栏554经由小键盘556接收用户的输入，在该情况下，用户已经向数据栏中键入“26”。用户可以通过按下被标记为“ΟK”的按钮558来接受输入；可以通过按下被标记为“清除”的按钮560来拒绝输入并重新开始；或者可以通过按下被标记为“取消”的按钮562退出该例程。

现在参照图7，控制器600具有正如图6所示的显示屏602和用户控件604、605、606。另外，显示屏602下方定位有三个按钮。如将描述的，在选择箱之后对被标记为“(重新)初始化”的按钮686的选择允许用户配置或重新配置所选择的箱。对被标记为“扫描槽”的按钮688的选择使控制器扫描所有箱并提供库存报告。在选择箱之后对被标记为“开门”的按钮690的选择使控制器打开所选择的箱。

在该示例中，用户选择了箱105并且还选择了按钮686以配置(或重新配置)箱105。这使得显示出弹出窗口670。标题区域672指示产品名称以及与该产品相关联的SKU。第一组小部件674允许用户设置或改变拿取高度，即机器人装置将与存储在箱105中的产品接合的高度。在该情况下，高度选择限于低、中或高，但是也可以示出其他选择或数据字段。第二组小部件676允许用户设置或改变拿取速度，即机器人装置与存储的产品接合的速度。第三组小部件678允许用户设置或改变机器人装置与货架结构脱离之前的时间延迟，即物品落入交货箱之后的延迟。在该示例中，提供了1350ms的默认时间，使用加键和减键相应地提高或降低该时间。这防止过早地关闭篮，从而避免在分发过程期间使产品被卡住。

一旦配置了箱，用户可以通过选择用于测试用于出售物品的操作的按钮680来测试操作。如果配置可接受，则用户可以通过选择“保存”按钮682来保存该配置。或者，用户可以通过选择被标记为“关闭/取消”的按钮684来取消或退出配置例程。

现在转到图8，示出了用于在自动化商店环境中履行订单的处理800。在步骤802中，接收到订单。在步骤804中，搜索本地库存以确定所要求的物品是否可在本地库存中获得。如果可获得，则在步骤806中，确定本地库存是否足以履行该订单。如果是，则在步骤808中从本地库存中履行该订单，并且在步骤810中向消费者发送已履行订单的确认。在步骤812中，减少该商品的本地库存。在步骤814中，实现订单追踪。

在步骤806中，如果本地库存不足以完全履行订单，则在步骤816中将订单拆分为两部分，一部分交由本地仓库来履行，另一部分交由主仓库来履行。在步骤818中，从本地仓库的库存部分地履行订单，并且在步骤820中，使该物品的本地库存减少。然后，在步骤822中，从主仓库履行订单的其余部分，在步骤824中，向消费之发送确认，并且在步骤826中，使主仓库中该物品的库存减少。如果在步骤804中本地库存根本不可用以履行订单的任何部分，则在步骤822中从主仓库履行该订单。

微市场允许酒店和企业园区环境中的消费者自动选择和结账产品。此外，诸如Amazon Go的自动化零售商店允许用户从零售货架取下产品并自动结账。系统使用光学器件和/或其他方法来感测产品从货架的移除。然而，这些系统均没有被证明安全到足以保护诸如珠宝的较高价值的物品。这样的物品通常被锁在玻璃箱中，并且由能够从消费者不可进入的区域取出物品的雇佣的消费者服务人员管理。一些物品(例如，香烟、酒精和药物)根据法律需要加以保护，并且仅在经过认证事务后释放给消费者。类似于高端自动售货机的自动化零售商店能够充分保护产品并将其释放给消费者。

在其他实施方式中，一旦使用机器人装置将物品从自动化商店取出，就可以将物品转移到无人机、机器人和/或自主地面交通工具以交付给消费者。

现在参照图9至图11，在替选配置中，吸盘装置900包括被构造成从货架结构抓取物品的吸盘902、903。吸盘902、903被固定至歧管或真空室910，歧管或真空室910又连接至吸收由真空泵(未示出)产生的正压的空气管线912。臂920将歧管910联接至马达组件930。马达组件930驱动正时轮940，正时轮940又驱动围绕惰轮944的正时带942。例如，吸盘将如图10所示前进以抓取物品并且如图11所示缩回。

可以在如图12所描绘的与货架结构结合的线性轨道组件1000上使用吸盘机器人装置。一段导轨952在一端处具有围绕轮956固定的正时带954并且在另一端处具有步进马达958。步进马达958和轮安装在托架959上。两个不同的吸盘机器人装置安装在导轨上并配有滑架960，滑架960被配置成允许装置在编程控制下在外壳内的导轨上平滑地移动以取出物品。取出的物品被吸盘装置收集到容器或箱中。在该实施方式中，然后机械臂可以接近由吸盘装置取出的物品。在另一实施方式中，吸盘装置可以将物品交付给顾客可以接近的斗或容器。

在另一实施方式中，可以使吸盘组件成为机械臂的一部分。

自动化商店可以从允许消费者根据产品目录进行订购的被实现为软件数据库的订购系统中受益。顾客选址的商店/机器人接收到订单。然后，由商店/机器人预先或者在顾客前来收集物品时取出订单中要求的物品。顾客可以在线、经由移动应用、或以类似方式进行订购。自动化商店是封闭系统，并且因此不可能出现产品误放或产品收缩。

一旦有人订购产品，就在产品位置进行取货。如所述讨论的，可以在线或经由移动应用预先订购产品，但是也可以在商店处经由用户接口订购产品。一旦消费者订购产品，机器人将拿取该产品。然后机器人将产品放到交货区域，例如，存放柜、篮或小闭合门后面的位置。在该存储位置，使用摄像装置和各种传感器(重量传感器、红外传感器等)来识别正确的产品处于交货位置。当消费者或快递员来商店收集物品时，可以例如经由2因子认证、登录、其电话上的地理位置服务、蓝牙信标等来验证顾客或快递员的身份。顾客一旦被认证，就可以将物品从交货位置取出，并且系统可以验证物品已离开。

尽管已经通过示例描述了特定实施方式，但是应当理解，发明不限于所公开的实施方式。相反，本公开内容旨在包括对本领域技术人员明显的各种修改和类似布置。因此，所附权利要求的范围应当符合最宽泛的解释，使得涵盖所有这样的修改和类似布置。

Claims (12)

1.一种自动化商店，包括：

外壳，其具有受限的通路和至少一个透明面板；

货架结构，其具有布置在所述外壳内的多个货架，所述货架结构用于存储物品并通过所述透明面板向消费者展示所述物品；以及

机器人装置，其具有控制器并且能够在程序控制下操作以从所述外壳中的一个或更多个货架取出一个或更多个所选物品并且将所取出的物品交付给容器；

其中，所述机器人装置相对于所述货架结构自由移动，并且不存在到所述货架结构或所述外壳的物理连接。

2.根据权利要求1所述的自动化商店，其中，所述机器人装置被配置成移动至所述外壳之外以交付所选物品。

3.根据权利要求1所述的自动化商店，其中，通过透明外壳中的运货门将物品运送给所述自动化商店附近近距离的消费者。

4.根据权利要求1所述的自动化商店，其中，所述控制器基于一个或更多个存货单位来实现用于分发物品的可变控制方案。

5.一种用于向消费者展示物品的模块化零售货架结构，所述货架结构包括：

多个货架，其被布置成与可编程机器人装置接合，所述可编程机器人装置相对于所述货架结构自由移动，并且不存在到所述货架结构的物理连接，其中，执行与所述机器人装置的接合以将存储在一个或更多个货架上的一个或更多个物品转移至所述机器人装置。

6.根据权利要求5所述的模块化零售货架结构，还包括用于使物品跨过所述货架中的一个货架移位至所述机器人装置的机构。

7.根据权利要求5所述的模块化零售货架结构，其中，所述货架结构被构造成将来自所述机器人装置的物品接收到所述货架中的一个货架上。

8.一种用于与自动化商店中的货架结构进行交互的机器人装置，所述机器人装置包括：

机动平台，其能够操作以在所述货架结构附近的X-Y平面中移动；

关节臂，其具有第一端和第二端，所述第一端被固定到所述机动平台；

物品箱，其被固定到所述关节臂的第二端；以及

机构，其被构造成当所述关节臂延伸时与所述货架结构接合以将物品从所述货架结构转移至所述物品箱。

9.根据权利要求8所述的机器人装置，还包括可编程高度参数，其用于控制如何接合物品以将所述物品移开所述货架结构。

10.根据权利要求8所述的机器人装置，还包括可编程速度参数，其用于控制将物品移开所述货架结构的速度。

11.根据权利要求8所述的机器人装置，还包括用于保护所述物品箱中的产品的门。

12.根据权利要求11所述的机器人装置，还包括可编程门参数，其用于控制使门活动的定时。

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