CN115243987A - 用于使用循环选路系统提供订单履行的系统和方法 - Google Patents

用于使用循环选路系统提供订单履行的系统和方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于处理物体的存放、取回和处理系统。所述存放、取回和处理系统包括：多个箱，所述多个箱包括要分发的物体，所述多个箱设置在输送系统上；可编程运动装置，所述可编程运动装置包括用于抓取和移动所述物体中的任何物体的末端执行器，所述可编程运动装置能够够到输送系统的输入区域中的多个箱中的至少一个内的物体中的任何物体；感知系统，所述感知系统用于提供关于由可编程运动装置呈现给感知系统的选定物体的感知数据；以及选路输送系统，所述选路输送系统包括轨道式梭，所述轨道式梭用于接收选定物体并响应于感知数据而使选定物体在水平方向和竖直方向中的每个方向上朝向目的地容器移动。

Description

用于使用循环选路系统提供订单履行的系统和方法
优先权
本申请要求2020年3月6日提交的美国临时专利申请号62/986,414的权益，该临时专利申请的公开内容据此通过引用的方式整体并入。
背景技术
本发明涉及订单履行系统，尤其涉及用于提供物体(例如，产品、包裹、袋子、物品、货物等)的聚合以准备运送到目的地位置的系统，诸如在自动化存放和取回系统中。
订单履行系统通常涉及处理各种各样的物体以分发到大量分发位置，诸如中间分发站、邮购站、地理组位置和地址特定位置。自动化存放和取回系统(AS/RS)通常包括自动存放(放置)物品到限定的存放位置和从限定的存放位置取回物品的计算机控制系统。传统的AS/RS通常使用手提袋(或箱)，这是系统的最小装载单位。在这些系统中，手提袋被带到从手提袋中挑选各个物品的人员手中。当人员从手提袋中挑选出所需数量的物品时，手提袋会被重新引入回到AS/RS中。
在这些传统系统中，手提袋被带到人员面前，该人员可以从手提袋中取出物品或将物品添加到手提袋中。然后将手提袋返回到存放位置。例如，此类系统可以用于图书馆和仓库存放设施。AS/RS不涉及处理手提袋中的物品，因为当手提袋被带到人员面前时，人员会处理物体。这种工作分离允许任何自动化运输系统做它擅长的事情，即移动手提袋，并且允许人员做自己更擅长的事情，即从杂乱的手提袋中挑选物品。其也意味着当运输系统为人员带来手提袋时，人员可以站在一个地方，这提高了人们拣货的速度。
然而，在将手提袋移向和移离每个人所需的时间和资源以及可能需要每个人来处理大量手提袋的应用中人们以这种方式处理手提袋的速度有多快方面，这种传统系统存在限制。因此，仍然需要一种更高效、更经济地存放和取回物体同时也有助于处理各种各样的物体的AS/RS。
发明内容
根据一个方面，本发明提供了一种用于处理物体的存放、取回和处理系统。所述存放、取回和处理系统包括：多个箱，所述多个箱包括要分发的物体，所述多个箱设置在输送系统上；可编程运动装置，所述可编程运动装置包括用于抓取和移动所述物体中的任何物体的末端执行器，所述可编程运动装置能够够到输送系统的输入区域中的多个箱中的至少一个内的物体中的任何物体；感知系统，所述感知系统用于提供关于由可编程运动装置呈现给感知系统的选定物体的感知数据；以及选路输送系统，所述选路输送系统包括轨道式梭，所述轨道式梭用于接收选定物体并用于响应于感知数据而使选定物体在水平方向和竖直方向中的每个方向上朝向目的地容器移动。
根据另一方面，本发明提供了一种用于处理物体的存放、取回和处理系统，所述系统包括多个箱，所述多个箱包括要分发的物体，所述多个箱设置在输入输送系统上；可编程运动装置，所述可编程运动装置包括用于抓取和移动所述物体中的任何物体的末端执行器；选路输送系统，所述选路输送系统包括选路轨道式梭，所述选路轨道式梭用于接收选定物体并用于使选定物体朝向多个目的地容器中的任一个的第一侧移动；以及目的地容器移除系统，所述目的地容器移除系统用于移除已完成的目的地容器，所述目的地输送系统包括容器输送系统，所述容器输送系统包括移除轨道式梭，所述移除轨道式梭用于从已完成的目的地容器的第二侧获取多个目的地容器的已完成的目的地容器，所述第二侧与已完成的目的地容器的第一侧相对。
根据另一实施方案，本发明提供了一种提供对物体的存放、取回和处理的方法，所述方法包括：在输送系统上设置多个箱，所述多个箱包括要分发的物体；使用包括用于抓取和移动物体中的任何物体的末端执行器的可编程运动装置来在输送系统的输入区域中的多个箱中的至少一个内抓取和移动物体，所述可编程运动装置能够够到输送系统的输入区域中的多个箱中的至少一个内的物体中的任何物体；提供关于由可编程运动装置呈现给感知系统的选定物体的感知数据；以及响应于感知数据而在轨道式梭朝向目的地容器围绕回路移动时使选定物体在水平方向和竖直方向中的每个方向上在轨道式梭上选路。
附图说明
参考附图可以进一步理解以下描述，在附图中：
图1示出了根据本发明的一个方面的存放、取回和处理系统的说明性图解前视等距视图；
图2示出了图1的系统的入口部分的说明性图解放大视图；
图3示出了图1和图2的箱感知单元的说明性图解底面视图；
图4示出了来自图3的箱感知单元的说明性图解视图，所述箱感知单元指向箱和箱的内容物；
图5示出了图1的系统的物体感知单元的说明性图解放大视图；
图6示出了图1和图5的物体感知单元的说明性图解前立视图；
图7示出了图1和图5的物体感知单元的说明性图解后立视图；
图8A和图8B示出了图1的处理系统中的选路输送系统的说明性图解视图，示出了物体正在装载(图8A)并被带到目的地容器(图8B)；
图9A和图9B示出了物体从选路输送系统(图9A)移动到目的地容器(图9B)中的说明性图解视图；
图10A和图10B示出了容器移动系统取回已完成的目的地容器(图10A)并随后朝向输出输送带(图10B)移动的说明性图解视图；
图11A和图11B示出了图10A和图10B的容器移动系统将已完成的目的地容器从多个目的地容器(图11A)移向输出输送带(图11B)的说明性图解视图；
图12A和图12B示出了图11A和图11B的已完成的目的地容器移动到输出输送带(图12A)上并且随后沿着输出输送带(图12B)移动的说明性图解视图；
图13A和图13B示出了空的目的地容器移向(图13A)并随后移到容器移动系统(图13B)上的说明性图解视图；
图14示出了图13A和图13B的空的目的地容器移向容器存放位置的说明性图解视图；
图15示出了图14的空的目的地容器移动到容器存放位置的说明性图解视图；以及
图16示出了图1的系统的说明性图解相对侧的视图。
附图仅出于说明目的而示出。
具体实施方式
根据一个方面，本发明提供了一种ASRS系统10，其中在输入输送系统16的输入区域14处的多个箱12中提供物体。物体在处理站18处被处理，然后经由选路输入系统20被选路到目的地区域22处的多个目的地容器中的任一个。处理站18可以包括可编程运动装置24、箱感知单元50和物体感知单元26。通常，物体被提供到输入区域14的箱12中，由可编程运动装置24移动到物体扫描仪26，落到物体选路系统的物体输送梭单元38以选路到容器阵列44中的多个目的地容器中的任一个。空容器被提供给容器阵列44，并且已完成的容器通过与输出输送带34相邻的容器移动系统从容器阵列中移除。参考图2，输入输送带16可以包括多个检测器15，所述多个检测器监测输送带的移动，并且可以确认输入区域14处的输送带的身份和位置以在处理站18处进行处理。
系统的操作与如图1所示的中央控制系统100协调，所述中央控制系统与输送带和输送带传感器、可编程运动装置24、感知单元15、26、50以及选路输送系统、容器阵列、容器移动系统和输出输送系统的所有元件(所有部件和系统)中的每一者进行无线通信。感知单元50利用可编程运动装置的末端执行器帮助从箱12中抓取物体。一旦被可编程运动装置抓取，物体就落入落下感知单元26中，并且系统由此从符号串中确定与物体相关联的UPC，以及每个物体的出站目的地。中央控制系统100由一个或多个工作站或中央处理单元(CPU)组成。例如，UPC或邮寄标签与出站目的地之间的对应关系由中央控制系统在称为清单的数据库中进行维护。中央控制系统通过与仓库管理系统(WMS)通信来维护清单。清单为每个入站物体提供出站目的地。
特定地，一个方面的系统包括感知系统50，所述感知系统安装在一箱待处理的物体上方，靠近铰接臂24，向下对着箱12。例如，如图3所示，系统50可以经由安装件41附接到感知单元支架40，并且可以包括(在其下侧)相机72、深度传感器74和灯76。获取2D和3D(深度)数据的组合。深度传感器74可以提供深度信息，所述深度信息可以与相机图像数据一起使用以确定关于视图中的各种物体的深度信息。灯76可以用于去除阴影并促进识别物体的边缘，并且可以在使用期间全部打开，或者可以根据期望的顺序被点亮以帮助识别物体。所述系统使用图像和各种算法来为箱中的物体生成一组候选抓取位置，如下面更详细讨论的。
图4示出了来自感知单元50的图像视图。图像视图示出了输入区域14(输送带)中的箱12，并且箱12包含物体78、80、82、84和86。在本实施方案中，物体是同质的，并且旨在分发到不同的分包包装。叠加在物体78、80、82、84、86(用于说明目的)上的是物体的预期抓取位置79、81、83和85。应注意，虽然候选抓取位置79、83和85看起来是好的抓取位置，但抓取位置79、85却不是好的抓取位置，因为每个相关联的物体至少部分地位于另一个物体下方。系统甚至可能还没有尝试识别物体84的抓取位置，因为物体84被其他物体遮蔽太多。可以使用机器人末端执行器的3D模型来指示候选抓取位置，所述机器人末端执行器放置在实际末端执行器将用作抓取位置的位置。抓取位置可能被认为是好的，例如，在它们靠近物体的质心以在抓取和运输期间提供更大的稳定性的情况下，和/或在它们避免放置在可能无法获得良好真空密封的物体(诸如盖子、接缝等)上的情况下。
参考图5，可编程运动装置24包括末端执行器28，所述末端执行器经由软管安装件30联接到附接到真空源的真空软管。进一步参考图6和图7，感知单元26包括具有顶部开口172和底部开口174的结构170，并且壁可以由封闭材料176(例如，彩色覆盖物，诸如橙色塑料)覆盖，以保护人类免受感知单元36内的潜在危险明亮光的影响，如图5和图6所示。结构170包括多行源(例如，照明源，诸如LED)178以及多个图像感知单元(例如，相机)180。源178设置成行，并且每行都指向开口的中心。感知单元180通常也指向开口，尽管一些相机水平指向，而另一些相机指向上方，并且一些相机指向下方。所述系统还包括进入源(例如，红外源)182以及用于检测物体何时已经进入感知单元36的进入检测器(例如，红外检测器)184。LED和相机因此环绕结构170的内部，并且相机被定位成经由可以包括玻璃或塑料覆盖物(例如，186)的窗户观察内部。
本发明的某些实施方案的系统的一个重要方面是能够通过采用物体可以落入其中的感知系统经由物体的条形码或其他视觉标记识别与物体相关联的唯一标记。自动扫描系统将无法看到以其条形码不暴露或不可见的方式呈现的物体上的条形码。感知系统可以在某些实施方案中与机器人系统一起使用，机器人系统可以包括配备有传感器和计算装置的机器人臂，当机器人臂被组合时在本文中假设呈现以下能力：(a)其能够从指定类别的物体中挑选物体，并将它们从异类物体流中分离出来，无论它们是杂乱无章地放在箱中，还是在机动或重力输送系统上单独分离；(b)其能够将物体移动到其工作空间内的任意位置；(c)其能够将物体放置在出站箱中或其工作空间内的货架位置；以及(d)其能够生成其能够挑选的物体的地图，所述地图表示为工作单元中的一组候选抓取点以及将物体包围在空间中的多面体列表。
允许的物体由机器人系统的能力决定。假设物体的尺寸、重量和几何形状是使得机器人系统能够对它们进行拾取、移动和放置。这些可以是任何种类的订购商品、包装、包裹或其他受益于自动分拣的物品。每个物体与唯一标记相关联，诸如物体的唯一代码(例如，条形码)或唯一目的地(例如，地址)。
例如，入站物体到达的方式可以是以下两种配置之一：(a)入站物体到达并堆积在异类物体箱中；或者(b)入站物品通过移动输送带到达。物体的集合包括一些具有暴露的条形码的物体和其他未暴露条形码的物体。假设机器人系统能够从箱或输送带中拾取物品。入站物体流是物体从箱或输送带卸载时的序列。参考图7，在物体已经通过感知单元26落下后，物体由引导斜槽32引导到选路输送系统20上。
组织出站物体的方式是使得将物体放置在箱、货架位置或容器中，将与给定订单对应的所有物体合并到所述箱、货架位置或容器中。这些出站目的地可以以竖直阵列、水平阵列、网格或一些其他规则或不规则方式布置，但系统已知该布置。假设机器人拾取和放置系统能够将物体放置到所有出站目的地，并且正确的出站目的地由唯一的识别标记(身份或目的地，诸如条形码或唯一地址)确定，该标记识别物体或目的地。
假设物体在其外部的一个或多个位置上标有视觉上独特的标记，诸如条形码或射频识别(RFID)标签，使得可以用扫描仪识别它们。标记的类型取决于所使用的扫描系统的类型，但可能包括1D或2D条形码符号。可以采用多种符号或标记方法。假定采用的扫描仪类型与标记方法兼容。通过条形码、RFID标签或其他方式进行的标记对符号串进行编码，该符号串通常是一串字母和数字。符号串唯一地将物体与唯一的识别标记(身份或目的地)相关联。
本文描述的系统的操作由如图1所示的中央控制系统100协调。该系统从符号串确定与物体相关联的唯一标记，以及物体的出站目的地。中央控制系统由一个或多个工作站或中央处理单元(CPU)组成。唯一识别标记和出站目的地之间的对应关系由中央控制系统在称为清单的数据库中进行维护。中央控制系统通过与仓库管理系统(WMS)通信来维护清单。
参考图8A和图8B，选路输送系统的物体输送梭单元38从包括掉落扫描仪26的物体进给系统接收物体(例如，单个物体流)。选路输送系统包括物体输送梭单元38，所述物体输送梭单元沿着轨道42靠近多个目的地容器的阵列44在回路中移动。每个单元38包括安装在框架37上的输送带39，并且框架37可竖直移动地安装在升降杆47上，所述升降杆从适于沿着轨道42行进的梭基部49向上延伸。在将物体装载到单元38的输送带39上之后(如图8A所示)，单元38朝向多个目的地容器的阵列44移动(图8B)。一旦输送梭单元沿着轨道42定位并竖直地邻近目的地位置(图9A)，输送带39就被致动以将物体移动到选定目的地容器中(图9B)。
阵列44中的目的地容器中的每一个的与物体装载到目的地容器的侧相对的侧也可以是敞开的，并且可以被容器移动系统接近。图10A和图10B示出了容器移动系统58，所述容器移动系统包括在结构57上的容器输送带59，所述结构被安装用于沿着升降杆67(在其下端安装到图11A和图11B所述的梭基部69)竖直移动。参考图10A，每个目的地容器位置52包括相关联的位置容器输送带54，并且输送带54将已完成的目的地容器移向容器移动系统上的容器输送带59(图10A)，然后朝向如图11A和图11B所示的输出输送带48移动已完成的容器(图10B)。参考图12A和图12B，然后使用容器输送带59将已完成的目的地容器从容器移动系统58移动到输出输送带48上(如图12A所示)，这将已完成的目的地容器(图12B)带到输出处理位置。因此，每个物体由选路输送单元竖直和水平地移动，然后由容器输送带在第三方向上移动，其中第三方向通常正交于第一方向和第二方向。容器随后可以在完成时也沿着第三方向从开放存放位置移除，如下文更详细讨论的，并且然后被水平地和竖直地移动以移除到输送输送带。在目的地容器的第一侧将物体移动到目的地容器中，并且将已完成的目的地容器从相对的第二侧移除，这允许物体输送系统在目的地容器被补充的同时继续操作。
空的目的地容器也使用容器移动系统58补充到阵列44。具体地，并且参考图13A，空的目的地容器通过门110提供，并由检测器112扫描以进行识别(图13A)。然后使用双向转向器114将空的目的地容器从输出输送带48横向移动，并且容器输送带59接收空的目的地容器，如图13B所示。然后，容器移动系统38沿着轨道62回路(如图14所示)向上移动空的目的地容器，使得容器输送带59邻近空容器位置52的容器位置输送带54，如图15所示。输送带59和可选的输送带54工作以将空容器移动到空的目的地容器位置52。这样，空的目的地容器可以根据需要填充到阵列44中。
图16示出了图1的系统的相对侧的视图，示出了输出输送带48，所述输出输送带包括在第一端96处的空容器和在相对的第二端98处提供的已完成的目的地容器。再者，所述系统由一个或多个计算机处理系统100控制，并且输送带上的传感器可以用于监测每个输送带上的箱和容器的位置。
本领域技术人员应该理解，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对上面公开的实施方案作出许多修改和变化。

Claims (24)

1.一种用于处理物体的存放、取回和处理系统，所述存放、取回和处理系统包括：
多个箱，所述多个箱包括要分发的物体，所述多个箱设置在输送系统上；
可编程运动装置，所述可编程运动装置包括用于抓取和移动所述物体中的任何物体的末端执行器，所述可编程运动装置能够够到所述输送系统的输入区域中的所述多个箱中的至少一个内的所述物体中的任何物体；
感知系统，所述感知系统用于提供关于由所述可编程运动装置呈现给所述感知系统的选定物体的感知数据；以及
选路输送系统，所述选路输送系统包括轨道式梭，所述轨道式梭用于接收所述选定物体并用于响应于所述感知数据而使所述选定物体在水平方向和竖直方向中的每个方向上朝向目的地容器移动。
2.如权利要求1所述的存放、取回和处理系统，其中所述目的地容器设置在以竖直堆叠阵列设置的多个目的地容器中。
3.如权利要求2所述的存放、取回和处理系统，其中选路输送带设置在所述竖直堆叠的目的地容器阵列附近。
4.如权利要求1至3所述的存放、取回和处理系统，其中所述选路输送带安装到选路竖直导轨系统。
5.如权利要求4所述的存放、取回和处理系统，其中所述选路竖直导轨系统安装在沿着选路轨道回路移动的选路水平导轨系统上。
6.如权利要求1至5所述的存放、取回和处理系统，其中所述存放、取回和处理系统还包括用于移除已完成的目的地容器的目的地容器移除系统。
7.如权利要求6所述的存放、取回和处理系统，其中所述目的地容器移除系统包括用于将已完成的目的地容器在移除水平方向和竖直方向中的每个方向上朝向输出站移动的容器输送系统。
8.如权利要求6所述的存放、取回和处理系统，其中所述容器输送系统包括安装到移除竖直导轨系统的移除输送带。
9.如权利要求8所述的存放、取回和处理系统，其中所述移除竖直导轨系统安装在移除水平导轨系统上。
10.如权利要求9所述的存放、取回和处理系统，其中所述移除竖直导轨系统安装在沿着移除轨道回路移动的移除水平导轨系统上。
11.一种用于处理物体的存放、取回和处理系统，所述存放、取回和处理系统包括：
多个箱，所述多个箱包括要分发的物体，所述多个箱设置在输入输送系统上；
可编程运动装置，所述可编程运动装置包括用于抓取和移动所述物体中的任何物体的末端执行器；
选路输送系统，所述选路输送系统包括选路轨道式梭，所述选路轨道式梭用于接收所述选定物体，并用于将所述选定物体朝向多个目的地容器中的任一个的第一侧移动；以及
用于移除已完成的目的地容器的目的地容器移除系统，所述目的地容器移除系统包括容器输送系统，所述容器输送系统包括移除轨道式梭，所述移除轨道式梭用于从所述已完成的目的地容器的第二侧获取所述多个目的地容器中的已完成的目的地容器，所述第二侧与所述已完成的目的地容器的所述第一侧相对。
12.如权利要求11所述的存放、取回和处理系统，其中所述目的地容器设置在以竖直堆叠阵列设置的多个目的地容器中。
13.如权利要求12所述的存放、取回和处理系统，其中所述选路输送带设置在所述竖直堆叠的目的地容器阵列附近。
14.如权利要求11至13所述的存放、取回和处理系统，其中所述选路输送带安装到选路竖直导轨系统。
15.如权利要求14所述的存放、取回和处理系统，其中所述选路竖直导轨系统安装在沿着选路轨道回路移动的选路水平导轨系统上。
16.如权利要求11至15所述的存放、取回和处理系统，其中所述目的地容器移除系统包括用于将已完成的目的地容器在移除水平方向和竖直方向中的每个方向上朝向输出站移动的容器输送系统。
17.如权利要求16所述的存放、取回和处理系统，其中所述容器输送系统包括安装到移除竖直导轨系统的移除输送带。
18.如权利要求17所述的存放、取回和处理系统，其中所述移除竖直导轨系统安装在移除水平导轨系统上。
19.如权利要求18所述的存放、取回和处理系统，其中所述移除竖直导轨系统安装在沿着移除轨道回路移动的移除水平导轨系统上。
20.一种提供对物体的存放、取回和处理的方法，所述方法包括：
在输送系统上设置多个箱，所述多个箱包括要分发的物体；
使用包括用于抓取和移动所述物体中的任何物体的末端执行器的可编程运动装置来抓取和移动所述输送系统的输入区域中的所述多个箱中的至少一个内的物体，所述可编程运动装置能够够到所述输送系统的输入区域中的所述多个箱中的至少一个内的所述物体中的任何物体；
提供关于由所述可编程运动装置呈现给所述感知系统的选定物体的感知数据；以及
响应于所述感知数据，而在轨道式梭围绕回路朝向目的地容器移动时，使所述选定物体在水平方向和竖直方向中的每个方向上在所述轨道式梭上选路。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述方法还包括在以竖直堆叠的阵列设置的多个目的地容器中设置所述目的地容器。
22.如权利要求20至21中任一项所述的方法，其中所述使所述选定物体在所述水平方向和竖直方向中的每个方向上选路涉及沿着竖直方向和水平方向移动选路输送带。
23.如权利要求20至22所述的方法，其中所述方法还包括使用用于使已完成的目的地容器在移除水平方向和竖直方向中的每个方向上移动的容器输送系统移除已完成的目的地容器。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述使用用于使已完成的目的地容器在移除水平方向和竖直方向中的每个方向上移动的所述容器输送系统移除已完成的目的地容器涉及沿着移除轨道回路移动所述容器输送系统。
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