CN115258630A - 分拣系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种分拣系统，包括用于传输具有物体的容器(32)的传送器(34)，用于检测表示在输入区域相关联的物体的身份的标识标记的传感器，以及用于从输入区域处的容器(32)中的多个物体中抓取该物体并将该物体传输到递送系统的载体(36)的机器人(40)。目的地箱(46)与该物体的标识标记相关联，并且该递送系统用于在该载体(36)上接收该物体并用于向该相关联的目的地箱(46)递送将该物体。

Description

分拣系统和方法
本申请是申请日为2018年8月7日、申请号为“201880093132.X”、发明名称为“分拣系统和方法”的发明专利申请的分案申请。
优先权
本申请要求于2018年5月4日提交的美国专利申请No.15/971,087的优先权，该美国专利申请通过引用整体并入本文。
背景技术
本发明大体涉及自动化可编程运动控制系统(例如，机器人系统、分拣系统和其他处理系统)，并且特别涉及旨在用于需要处理各种物体(例如，物品、包装、消费品等)并将这些物体移动到多个处理目的地的环境中的可编程运动控制系统。
例如，许多物体分发系统以无序的流或批量传输的方式接收物体，这些物体可以作为单个物体或聚合成组(诸如在袋子中)的物体，到达几种不同的运输工具中的任何一种(通常是传送器、卡车、托盘、盖洛德(Gaylord)或箱等)上。然后每一个物体分发到正确的目的地位置(例如，容器)，该目的地位置由与该物体相关联的标识信息来确定，该标识信息通常由打印在该物体上的标签来确定。目的地位置可以采取多种形式，诸如袋子、架、容器或箱。
此类物体的处理(例如，分拣或分发)通常至少部分地通过例如，工人利用手持式条形码扫描仪扫描该物体并且然后将该物体放置在指定位置来完成的。例如，许多订单履行操作通过采用被称为波次拾取的过程来实现高效率。在波次拾取中，从仓库架中拾取订单并将订单放置在容纳下游分拣的多个订单的位置处(例如，到箱中)。在分拣阶段，标识单个物品，并将多物品订单合并到例如单个箱或架位置中，使得它们被打包然后装运给客户。对这些物品进行分拣的过程传统上由手工完成。人工分拣员拾取物品，然后将该物品放置在确定的箱或架位置，其中该订单或货单的所有物品都已经被定义为属于该位置。还提出了用于订单履行的自动系统。参见例如，美国专利申请公开No.2014/0244026，其公开了结合使用机器人臂与弓形结构，该弓形结构可移动到机械臂的可及范围内。
通过代码扫描来标识物品通常需要手动处理或者需要控制或约束代码位置，使得固定式代码扫描仪或机器人握持代码扫描仪(例如，条形码扫描仪)可以可靠地检测到该代码。因此手动操作的条形码扫描仪通常是固定式的或手持式系统。对于固定式系统(诸如销售点系统处的那些)，操作员将物品放置在扫描仪前，该扫描仪连续扫描并解码它能检测到的任何条形码。如果没有立即检测到物品的代码，则握住该物品的人通常需要改变该物品相对于固定式扫描仪的位置或定向，以使条形码对于扫描仪更为可见。对于手持式系统，操作扫描仪的人可查看物品上的条形码，然后握住该物品使得该条形码在扫描仪视图范围内，然后按下手持式扫描仪上的按钮来发起对条形码的扫描。
此外，许多分发中心分拣系统通常采用不灵活的操作顺序，由此(人工地)提供无序的输入物体流作为相对于标识物体的扫描仪定向的单个物体流。一个或多个导入元件(例如，传送器、倾斜货盘或可手动移动的箱)将物体装运到期望的目的地位置或进一步的处理站，这些处理站可以是箱、溜槽、袋子或传送器等。
在常规物体分拣或分发系统中，工人或自动化系统通常按到达顺序检取包裹，并基于给定的启发式方法将分拣每一个物体或将物体分拣到收集箱中。例如，类似类型的所有物体可以被引导到特定的收集箱，或者单个客户订单中的所有物体、或发往同一装运目的地的所有物体等可以被引导到共同的目的地位置。通常，要求工人在自动化系统的可能有限协助下接收物体并将每一个物体移动到其指定收集箱中。如果不同类型的输入(接收的)物体的数量很大，则需要大量的收集箱。
例如，图1显示了物体分发系统10，在该物体分发系统10中，到达(例如，示出为12的卡车中)的物体被分离并存储在包装中，每一个包装包括示出为14的物体的特定组合，然后如16所示将这些包装装运到不同的零售商店，前提是每一个零售商店接收每一个包装中的物体的特定组合。在零售商店收到的来自运输16的每一个包装在商店里被分开并且此类包装通常被称为散装包裹(break-pack)。特别地，进入的卡车12容纳一组同质物体的供应商纸箱18。例如，每一个供应商纸箱可以由物体中的每一个的制造商提供。将物体从供应商纸箱18移入倾倒箱20中，然后带到处理区域14，该处理区域14包括散装包裹存储包装22。在处理区域14处，通过工人根据货单从倾倒供货商箱中选择货品来填充散装包裹存储包装，来填充散装包裹存储包装22。例如，第一组散装包裹存储包装可以转到第一存储(如24所示)，并且第二组散装包裹存储包装可以转到第二存储(如26所示)。通过该方式，系统可以从制造商处接受大量的产品，然后将物体重新包装成散装包裹以提供给零售商店，在零售商店处以特定的受控分发方式提供各种各样的物体。
然而，此类系统具有固有的低效率以及不灵活性，因为期望的目标是将进入的物体与指定的收集箱匹配。此类系统可能需要大量的收集箱(并因此需要大量的物理空间、巨大的投资成本和大量的操作成本)，部分是因为所有物体一次分拣到所有目的地并不总是最有效的。附加地，此类散装包裹系统还必须监控箱中每一个同类物体的体积，要求工人连续清点箱中的货品。
此外，当前最先进的分拣系统也在一定程度上依赖于人力。大多数解决方案都依赖于正在通过扫描来自导入区域(溜槽、桌子等)的物体并将每一个物体放置在分段位置、传送器或收集箱中来执行分拣的工人。当箱装满时，另一个工人将箱清空进袋子、盒子或其他容器中，并将该容器送到下一个处理步骤。此类系统对吞吐量(即，工人可以以该方式分拣或清空箱的速度)和转向数(即，对于给定的箱尺寸，只有这么多箱可以被安排在工人的可及范围内)有限制。
不幸的是，这些系统没有解决对系统箱的总数的限制。该系统简单地将全部物体的相等份额转移到每一个并行手动单元。因此，每一个并行分拣单元必须具有所有相同的收集箱指定；否则物体可能被递送到不具有该物体被映射到的箱的单元。因此，仍然需要一种更有效和更具成本效益的物体处理系统，该物体处理系统将各种尺寸和重量的物体处理到适当的固定尺寸的收集箱或货盘中，而且对于处理各种不同尺寸和重量的物体是有效的。
发明内容
根据实施例，本发明提供了一种用于使用可编程运动设备来处理物体的处理系统。该处理系统包括感知单元，该感知单元用于感知表示与输入传送系统相关联的物体的身份的标识标记；以及获取系统，该获取系统用于使用可编程运动设备的末端执行器从输入区域处的多个物体中获取该物体，其中该可编程运动设备被适配成协助将该物体递送到所标识的处理位置。该所标识的处理位置与该标识标记相关联并且该所标识的处理位置被提供作为多个处理位置中的一个。该系统还包括递送系统，该递送系统用于在载体中接收该物体并且用于向该所标识的处理位置递送该物体。
根据另一个实施例，本发明提供了一种用于使用可编程运动设备处理物体的处理系统，该处理系统包括感知单元，该感知单元用于感知表示与输入传送系统相关联的多个物体的身份的标识标记；获取系统，该获取系统用于使用可编程运动设备的末端执行器从输入区域的该多个物体中获取物体，其中该可编程运动设备被适配成协助将该物体递送到所标识的处理位置，该所标识的处理位置与该标识标记相关联并且该所标识的处理位置被提供作为多个处理位置中的一个；以及递送系统，该递送系统用于将该物体递送到该所标识的处理位置，该递送系统包括在回路中行进的多个载体，该多个载体中的任何一个能容纳该物体。
根据进一步的实施例，本发明提供了一种使用可编程运动设备处理物体的方法。该方法包括感知表示与输入传送系统相关联的多个物体的身份的标识标记；使用可编程运动设备的末端执行器从输入区域的该多个物体中获取物体，其中该可编程运动设备被适配成协助将该物体递送到所标识的处理位置，该所标识的处理位置与该标识标记相关联并且该所标识的处理位置被提供作为多个处理位置中的一个；以及向该所标识的处理位置递送该物体，向该所标识的处理位置递送该物体的步骤包括在载体中接收该物体。
附图说明
参考附图可以进一步理解以下描述，其中：
图1示出了现有技术的物体处理系统的说明性图解视图；
图2示出了根据本发明的实施例的物体处理系统的说明性图解视图；
图3示出了图2的物体处理系统的说明性图解替代视图；
图4示出了图2的物体处理系统中的物体处理站的说明性图解视图；
图5示出了图2-图4的感知系统的说明性图解视图；
图6示出了图2-图4的感知系统的说明性图解视图，其示出了要处理的物体的箱内的物体的视图；
图7A和图7B示出了本发明的实施例的物体处理系统中的抓取选择过程的说明性图解视图；
图8A和图8B示出了本发明的实施例的物体处理系统中的抓取计划过程的说明性图解视图；
图9A和图9B示出了本发明的实施例的物体处理系统中的抓取执行过程的说明性图解视图；
图10示出了根据本发明的另一个实施例的物体处理系统的说明性图解俯视图，其标识了变化和不变的运动计划总体区域；
图11示出了图10的系统的说明性图解俯视图，其示出了从可编程运动设备到目的地载体的多个可能路径；
图12示出了图10的系统的说明性图解俯视图，其示出了从可编程运动设备到目的地载体的强调最短时间的路径；
图13示出了图10的系统的说明性图解俯视图，其示出了从可编程运动设备到目的地载体的强调最小风险的路径；
图14示出了根据本发明的实施例的物体处理系统中的倾斜货盘处理段的说明性图解视图，其中物体被放置在托架中；
图15示出了图14的处理段的说明性图解视图，其中托架已沿着其轨道移动；
图16示出了图14的处理段的说明性图解视图，其中托架已将其负载传输到目的地箱；
图17示出了用于根据本发明的实施例的物体处理系统中的箱移除机构的说明性图解视图；
图18示出了图17的箱移除机构的说明性图解替代视图；
图19示出了常规分拣系统中物体分配关系的说明性图解替代视图；
图20示出了根据本发明的某些实施例的物体分配关系的说明性图解视图；
图21示出了图20的物体分配系统的说明性图解视图；
图22A-图22I示出了根据本发明的某些实施例的系统中的物体分配步骤的说明性图解视图；
图23示出了根据本发明的实施例的过程的说明性流程图；
图24示出了提供物体的动态处理的整体方法的说明性流程图；
图25示出了根据本发明的另一个实施例的包括处理站的物体处理系统的说明性图解视图；
图26示出了根据本发明的另一个实施例的包括多个处理站的物体处理系统的说明性图解视图，该处理站经由共用输入传送器接近多个输入箱；以及
图27示出了根据本发明的另一个实施例的进一步包括多排处理站组的物体处理系统的说明性图解视图，这些处理站接近多个输入传送器。
所示出的附图仅用于说明性目的。
具体实施方式
根据实施例，本发明提供了一种用于使用可编程运动设备来处理物体的处理系统。该处理系统包括感知单元，该感知单元用于感知表示与输入传送系统相关联的物体的身份的标识标记。该处理系统还包括获取系统，该获取系统用于使用可编程运动设备的末端执行器从输入区域处的多个物体中获取物体。该可编程运动设备被适配成协助将物体递送到标识的处理位置，并且该标识的处理位置与该标识标记相关联。该标识的处理位置也被提供作为多个处理位置中的一个。该处理系统还包括递送系统，该递送系统用于在载体上接收物体并且用于向标识的处理位置递送物体。
通常，需要对单个包裹进行标识，并将其传送到期望的包裹特定位置。在某些实施例中，该系统采用一组传送器、感知系统和多个目的地箱来可靠地使此类包裹的标识和传送自动化。简单来说，申请人已经发现，当自动分拣物体时，有几个主要事项需要考虑：1)整体系统的吞吐量(每小时分拣的包裹)，2)转向数(即物体可以被路由到的离散位置的数量)，3)分拣系统的总面积(平方英尺)和4)购买和运行系统的资金和年度成本。
包裹分发中心中的分拣物体是用于自动地标识和分拣物体的一种应用。在装运分发中心，通常到达卡车中的包裹然后被传送到分拣站，在该分拣站中这些包裹根据期望的目的地进行分类，聚合在袋子中然后被装载到卡车中以运输到期望的目的地。另一个应用是在零售商店或订单履行中心的装运部门中，该装运部门可要求将包裹分拣，以便运输到不同的装运人或特定装运人的不同分发中心。在装运或分发中心，通常通过读取包裹上的或附着标签上的标识信息来获得期望的目的地。在该情况下，与标识信息相对应的目的地通常通过查询客户的信息系统来获取。在其他情况下，目的地可以直接写在包裹中，也可以通过其他方式被知晓。
例如，图2示出了根据本发明的系统30，在该系统30中供给箱32设置在供给传送器34上。所选的供给箱32被路由到输入区域33，并且进一步参考图3，可编程运动设备40的末端执行器41从供给箱抓取物体并将该物体放置在相邻的倾斜货盘36中。沿着供给传送器34定位的传感器35检测供给箱上的标记，因此当传送器的速度已知且被控制时，系统70始终知晓供给传送器34上的供给箱32中的每一个的定位和位置。倾斜货盘设置在倾斜货盘轨道38上，倾斜货盘36沿着该倾斜货盘轨道38移动。倾斜货盘36被适配成将任何内容物倾倒到往复托架中，该托架可以将物体提供给目的地箱46，如下文更详细地讨论的。
图3示出了在回路中行进的倾斜货盘36，并且当倾斜货盘36位于指定的穿梭托架42上方时，倾斜货盘36将其内容物倾倒到穿梭托架42中。还可以提供导引件44，以促进物体干净利落地降落在穿梭托架42中。如参考图4进一步示出的，每一个穿梭托架沿着轨道45往复移动，并且当位于期望的目的地箱46附近时，穿梭托架42还可以倾斜以使物体掉到期望的目的地箱46中，如下文更详细地讨论的。根据实施例，可以经由拉出抽屉48移除已完成(例如，装满或以其他方式完成)的箱。当抽屉正在维修(已经被移除)时，没有物体被指定放置在抽屉48上的目的地箱中。例如，每一个抽屉可以从每一个穿梭托架42和托架轨道45的两侧中的任意一个承载两个目的地箱，如下文中更详细地讨论。
箱可以设置为盒子或容器或任何其他类型的设备，以接收和存放货品。在进一步实施例中，箱可以设置在统一的货盘中(以提供间隔和处理的一致性)，并且可以进一步包括可以将箱保持在打开位置的打开盖，并且可以通过间隔、对准或标记中的任何一个来进一步提供处理的一致性。
假设物体的箱在其外部的一个或多个地方利用诸如条形码(例如，提供UPC代码)或射频识别(RFID)标签或邮寄标签等的视觉上独特的记号进行标记，使得可以利用扫描仪对这些记号进行充分地标识以进行处理。标记的类型取决于所使用的扫描系统的类型，但可以包括1D或2D码符号。可以采用多个符号或标记方法。所采用的扫描仪类型应与标记方法兼容。标记(例如，通过条形码、RFID标签、邮寄标签或其他方式)对标识标记(例如，符号串)进行编码，通常是字母和/或数字的字符串。符号字符串唯一地将供应商箱与一组特定的同质物体相关联。
上述系统的操作与如图2-图4所示的中央控制系统70协调，该中央控制系统70与关节臂40、传感器35和传感器50以及供给传送器34、倾斜货盘轨道38驱动器以及穿梭托架42驱动系统进行通信(例如，无线地)。该系统根据符号字符串确定与供应商箱相关联的UPC以及每一个物体的出站目的地。中央控制系统70由一个或多个工作站或中央处理单元(CPU)组成。例如，UPC或邮寄标签和出站目的地之间的对应关系由数据库中的中央控制系统维护，该对应关系被称为货单。中央控制系统通过与仓库管理系统(WMS)通信来维护货单。货单提供了每一个入站物体的出站目的地。
如上面参考图2-4所讨论的，实施例的系统包括感知系统(例如，50)，该感知系统安装在关节臂40的基座附近的要处理的物体的箱上方，俯视箱32。例如如图5所示，系统50可以包括(在其下侧)、照相机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，该深度信息可以与照相机图像数据一起用来确定与视图中的各种物体有关的深度信息。灯76可以被用于去除阴影并且促进物体边缘的标识，并且可以在使用期间全部打开，或者可以根据期望的顺序照明以协助物体标识。该系统使用这些图像和各种算法来为箱中的物体生成一组候选抓取位置，如下文更详细地描述的。
图6示出了来自感知单元50的图像视图。该图像视图示出了输入区域(传送器)中的箱32和容纳物体78、80、82、84和86的箱32。在本实施例中，物体是同质的并旨在分发到不同的散装包裹包装。叠加在物体78、80、82、84、86(用于说明性目的)上的是物体的预期抓取位置79、81、83和85。注意，虽然候选抓取位置79、83和85看起来是良好的抓取位置，但是抓取位置81不是，因为该抓取位置81的相关联的物体至少部分地位于另一个物体的下方。系统甚至可能还没有尝试标识物体84的抓取位置，因为物体84相对其他物体太模糊。候选抓取位置可以使用机器人末端执行器的3D模型来指示，该3D模型放置在实际末端执行器将用作抓取位置的位置中，如图11所示。抓取位置可能被认为是良好的，例如，如果它们靠近物体的质心，以在抓取和运输过程中提供更好的稳定性，和/或如果它们避开了物体上可能无法获得良好真空密封的地方，诸如瓶盖、接缝等。
如果物体不能被检测系统完全感知，则感知系统认为该物体是两个不同的物体，并且可以提出此类两个不同的物体的多于一个候选抓取。如果系统在这些不好的抓抓取位置中的任何一处处执行抓取，则它将或由于在将不会发生真空密封的不好的抓取点(例如，在右侧)处进行抓取而不能获取物体，或将在距离物体的质心很远的抓取位置(例如，在左侧)处获取物体，并且因此在任何试图运输期间引起很大的不稳定性。这些结果中的每一个都是不期望的。
如果遇到错误的抓取位置，则系统可能会记住相关联的物体的该位置。通过标识图像上的良好或不好的抓取位置，可以在2D/3D图像中的特征与良好或不好的抓取位置的概念之间建立相关性。使用该数据和这些相关性作为机器学习算法的输入，系统最终可以对于呈现给它的每一个图像学习到最佳地抓取物体的位置以及避免抓住物体的位置。
如图7A和图7B所示，感知系统还可以识别在生成良好抓取位置信息时最平坦的物体的部分。特别地，如果物体包括管状末端和平坦末端(诸如物体87)，系统将标识图7B中88所示的更平坦的一端。附加地，系统可以选择物体上出现UPC码的区域，因为此类码会被打印在物体的相对平坦的部分上以促进扫描条形码。
图8A和图8B示出了对于每一个物体90、92，抓取选择系统可以确定与物体90、92的所选平坦部分垂直的方向。如图9A和图9B所示，机器人系统然后将指引末端执行器94从垂直于表面的方向接近每一个物体90、92，以便更好地促进对每一个物体的良好抓取的生成。通过从基本垂直于物体表面的方向接近每一个物体，机器人系统显著地提高了获取物体的良好抓取的可能性，特别是当采用真空末端执行器时。
因此，本发明在某些实施例中提供了抓取优化可以基于表面法线的确定，即，将末端执行器移动到与物体的被感知表面垂直(如与垂直或台架拾取相对)，并且鉴于条形码几乎总是被应用于物体上的平坦点，可以使用基准特征作为抓取点(诸如在条形码上拾取)来选择此类抓取点。
因此，根据各种实施例，本发明进一步提供了一种分拣系统，该分拣系统可以从经验(和任选地人类指导)中学习物体抓取位置。被设计成在与工人的相同环境中工作的系统将面临各种各样的物体、姿势等。该多种多样的情况几乎确保机器人系统将遇到它不能最佳处理的(多个)物体的一些配置；在这种时候，期望让人类操作者能够协助系统并使系统从非最佳抓取中学习。
系统基于各种特征优化抓取点，可以离线或在线提取，根据抓取器的特性进行定制。吸盘的特性影响其对下层表面的适应性，因此在物体的估计的表面法线上拾取，而不是执行当前工业应用中常见的垂直台架拾取时，更有可能实现最佳的抓取。
除了几何信息之外，系统使用基于外观的特征，因为深度传感器可能不总是足够精确以提供关于可抓取性的足够信息。例如，系统可以学习基准点的位置(诸如物体上的条形码)，该基准点可以用作平坦且不可渗透的表面贴片的指示器，因此适合于吸盘。一个此类示例是消费品上使用条形码。另一个示例是装运盒和袋子，该装运盒和袋子倾向于在物体的质心上贴上装运标签并提供不可渗透的表面，而与原袋子材料相反，该原袋子材料的表面可能轻微地渗透，因此不能呈现良好的抓取。
通过识别图像上的不好或良好的抓取点，在2D/3D图像中的特征与良好或不好的抓取点的概念之间建立相关性；使用该数据和这些相关性作为机器学习算法的输入，系统可以最终对呈现给该机器学习算法的每一个图像学习在何处抓取以及在何处避免。
该信息被添加到每一次拾取尝试是成功或不成功的系统收集的基于经验的数据中。机器人随时间学习避开导致不成功抓取的特征，或者特定于物体类型或表面/材料类型。例如，机器人可能更喜欢避免在收缩包装上拾取，无论它施加到哪个物体，但可能仅喜欢将抓取放置在某些物体类型(诸如装运袋子)的基准点附近。
通过离线生成人类校正图像可以加速该学习。例如，可以向人类呈现来自先前系统操作的数千个图像，并且在每一个图像上手动地注释良好抓取点和不良抓取点。这将生成大量数据，这些数据也可以被输入到机器学习算法中以提高系统学习的速度和效率。
除了基于经验或基于人类专家的训练数据之外，还可以基于物理模拟中的详细物体模型利用已知的抓取器和物体特征来生成大量标记的训练数据。这允许在大量物体上快速且密集地生成可抓取性数据，因为此过程不受物理机器人系统或人类输入的速度所限制。
实施例的系统还可以采用随时间动态地更新并且由客户指标索引的轨迹数据库来实现运动计划。问题域包含环境中改变和不改变的部件的混合。例如，呈现给系统的物体通常以随机配置呈现，但是物体要放置到的目标位置通常是固定的，并且在整个操作中不会改变。
轨迹数据库的一个使用是通过预计算并保存到数据库轨迹来利用环境的不变部分，该数据库轨迹有效且稳健地将系统移动通过这些空间。轨迹数据库的另一个使用是在其操作的整个生命周期中持续改进系统的性能。数据库与计划服务器通信，该计划服务器持续计划从各种开始到各种目标的轨迹，以具有用于实现任何特定任务的大量且变化的轨迹集。在各种实施例中，轨迹路径可以包括任意数量的变化和不变部分，这些部分在组合时在有效的时间量内提供最佳轨迹路径。
例如，图10示出了根据本发明的实施例的系统的图解视图，该系统包括输入区域33传送器，该传送器向可编程运动设备(如40图解地所示)提供输入箱32，诸如具有如59所示的基座的关节臂和末端执行器(如40图解地所示)，该末端执行器被编程为具有起始位(如95所示)，并且被编程以用于将物体从输入箱32移动到处理位置，例如，多个载体46处的目的地位置。再次，系统可以包括定义的起始位或基准位置95，在从箱32获取时，每一个物体最初可被带到该位置。倾斜货盘36可以向目的地箱46提供物体，如下文进一步讨论的。
在某些实施例中，系统可以包括多个基座位置，以及与该多个基座位置相关联的多个预确定路径部分。机器人系统的关节臂从输入箱到基座位置的轨迹在一定程度上是持续变化的，部分基于输入箱中每一个物体的位置、输入箱中物体的定向以及形状、重量和要获取的物体的其他物理属性。
一旦关节臂已经获取了物体并且被定位在基准位置，到多个目的地载体46中的每一个的路径都不会改变。特别地，每一个目的地箱与唯一的目的地箱位置相关联，并且从基座位置到目的地箱位置中的每一个的轨迹不变。例如，轨迹可以是可编程运动设备随时间的运动的规范。根据各种实施例，此类轨迹可以由经验、由训练系统的人和/或由自动算法生成。对于不变的轨迹，最短距离是到达目标目的地箱的直接路径，但关节臂由铰接段、关节、电机等组成，该关节臂提供特定的运动范围、速度、加速度和减速。因此，机器人系统可以在例如基座位置和目的地箱位置之间选择各种轨迹中的任何一种。
例如，图11显示了位于基座位置95和目的地位置(例如，倾斜货盘36)之间的三个此类轨迹(1T1、2T1和3T1)。图11的元件与图10中的元件相同。每一个轨迹将具有相关联的时间以及相关联的风险因子。该时间是机器人系统的关节臂从基座位置95加速朝向倾斜货盘36移动，并减速到倾斜货盘36，以便将物体放置到倾斜货盘36所占的时间。
风险因子可以通过多种方式确定，包括轨迹是否包括该轨迹期间任何点的高(如预定义的)加速度或减速度(线性或角度)。风险因子还可以包括关节臂在机器人环境中遇到(碰撞)任何物体的可能性。此外，还可以基于从其他机器人系统中的相同类型的机器人臂的经验中学习到的知识信息来定义风险因子，该其他机器人系统将相同的物体从基座位置移动到相同的目的地位置。
如图11中96处的表格所示，从基座位置95到目的地位置(例如，倾斜货盘36)的轨迹1T1的时间可能很快(0.6s)，但风险因子较高。从基座位置95到目的地位置102的轨迹2T1的时间可能要慢得多(1.4s)，但风险因子仍然相当高(16.7)。从基座位置95到倾斜货盘36的轨迹3T1的时间可能相对较快(1.3s)，并且风险因子适度(11.2)。选择最快的轨迹并不总是最好的，因为有时最快的轨迹可能具有不可接受的高风险因子。如果风险因子太高，可能由于机器人系统无法保持对物体的捕获而损失宝贵的时间。因此，不同的轨迹可能具有不同的时间和风险因子，这些数据可以被系统用于运动计划。
例如，图12示出了从基座位置95到目的地位置(例如，倾斜货盘36)的最短时间选择轨迹。特别地，在97处所示的表格中，选择了多个目的地箱的时间和风险因子，以及从基座位置95到目的地箱位置的轨迹，以在风险因子为14.0的情况下为运动计划提供最短时间的运动计划。
图13示出了从基座位置95到目的地位置(例如，倾斜货盘36)的最小所选风险因子轨迹集。再次，在97处所示的表格示出了目的地位置(例如，倾斜货盘36)的时间和风险因子。选择从基座位置95到目的地位置(例如，倾斜货盘36)的轨迹，以在最长1.2秒的时间内为运动计划提供最小的运动计划风险因子。
快速时间与低风险因子的选择可以通过多种方式来确定，例如，通过选择风险因子低于风险因子上限(例如，12或14)的最快时间，或通过选择最大时间低于上限(例如，1.0或1.2)的最低风险因子来确定。再次，如果风险因子太高，可能由于机器人系统无法保持对物体的捕获而损失宝贵的时间。可变集合的优点是对环境中的小变化和系统可能处理的不同尺寸的物体是稳健的：在这些情况下，系统不再重新计划，而是迭代数据库，直到该系统找到新情况下无碰撞、安全和稳健的轨迹。因此，系统可以在各种环境中进行归纳，而无需重新计划运动。
因此，整体轨迹可以包括任何数量的变化和不变部分。例如，不变轨迹部分的网络可以被用作常用的路径(道路)，而变化部分可以被引导到移动物体到附近的不变部分(封闭的道路)，以促进移动物体而不需要计划整个路径。例如，可编程运动设备(例如，机器人)的任务是在朝向目的地移动之前将所抓取的物体定向在自动贴标机前面。因此，对物体进行分拣的轨迹将由以下轨迹部分组成。首先，抓取姿势到起始位(运动计划的)。然后，从起始位到自动贴标机起始位(从轨迹数据库中提取)。然后，从自动贴标机起始位到贴标姿势(运动计划)。然后，从贴标姿势到自动贴标机起始位(运动计划或仅反转上一个运动计划步骤)。然后，从自动贴标机起始位到预定目的地(从轨迹数据库中提取)。各种变化和不变(计划的和从数据库中提取的)部分可以用于整体轨迹中。根据进一步的实施例，可以从特定姿势(计划的)抓取物体，并且当物体到达目的地箱(来自轨迹数据库)时，最后步骤可以是再次将物体以期望姿势(计划的)放置在目的地箱内。
根据进一步的实施例，运动计划还可以提供可以处理相对较重的货品(可以通过了解关于被抓取物体的信息或通过在末端执行器处感测重量-或两者来确定)，可以以与处理和放置相对较轻的物体不同的方式处理(例如，在轨迹中移动)相对较重的货品并放置在盒中。再次，风险与速度计算可以用于优化各种重量和尺寸的已知移动物体，例如，在处理各种各样的消费品时可能发生的情况。
因此，系统提供了与客户外送物体传送系统的接口的装置。当系统确定箱(或包装)已满时(在监控系统操作中)，人类操作员可将箱从处理区域拉出，并将该箱子放置在适当的传送器上。当已满的箱被移到已关闭/已贴标的位置时，另一个空箱立即被放置在被移除的满箱空出的位置，该系统继续进行上述处理。
参考图14，当倾斜货盘36(承载物体54)位于穿梭托架42上方时，该倾斜货盘可以倾斜以使物体54掉到穿梭托架42中。倾斜货盘36可以向通常与倾斜货盘36沿其轨道38的移动方向正交的两个方向中的任何一个倾斜(如图3所示)。一旦倾斜，倾斜货盘36使其物体54掉到被适配成沿着两排目的地箱46之间的托架轨道45往复运动的穿梭托架42中。参考图15，托架可以移动到期望的目的地箱46，并且可以自身倾斜以使其内容物(物体54)掉到期望的目的地箱46中，如图16所示。当目的地箱46已满或以其他方式完成(例如，系统不期望在设定的时间段内有更多的物体被路由到该箱)，系统然后可以将该箱指定为已完成，并且相应抽屉上的指示灯57将亮起，指示抽屉中的哪个箱已满。然后将满箱从抽屉48中移除，并由人类操作员将满箱51放置在输出传送器60上(如图18所示)。
载体的分配也可以是动态的，因为任何载体都可以动态地被分配来服务轨道下方的任何包装。例如，根据进一步的实施例的系统，提供改进的运输和传送系统，并提供可编程分流器，特别是允许动态地改变物体处理模式的分流器，从而提高物体的分拣或处理效率，并降低空间需求，降低了对人工操作的要求，从而降低了整个系统的资金和运营成本。
在使用期间，例如并且根据某些实施例，系统可以通过感知系统标识物体，然后动态地将目的地位置(载体46)分配给该物体。该过程仍受整体货单控制，但目的地箱的分配可以是动态的，基于各种启发法，诸如同一指定的接收物体的可能性(例如，如果可能性很高，则可以将目的地位置指定为靠近托架的起始位，以便节省时间)，以及是否将第二目的地箱分配给物体(例如，如果同一目的地接收物体的可能性非常高)。
因此，如果有新的箱可用并且该物体尚未被分配该分拣站处的箱，则系统为该物体分配箱。重要的是，没有为分拣站预先分配大量的收集箱，这些收集箱分配给可能出现在输入路径中的所有可能的物体。如果箱没有分配给物体，但是没有新的箱可用于新的分配，那么该物体可以被返回到输入料斗，直到在新箱可用的时候对该物体进行处理。此外，中央控制器可以采用各种各样的启发法，其可以进一步形成动态地分配物体到收集箱的过程，如下面更详细地讨论的。一旦箱已满或以其他方式完成，则完成的箱将发出信号，表示已完成并准备好进行进一步处理。
参考图19，在许多处理系统中，可以存在物体151和目的地155之间的固定关系。在常规的分拣系统中，中间容器153与目的地分配有固定的关系，并且该关系指示将物体151分配给中间容器153。这在图21中显示，其中每一个目的地164、166、168、170、172与中间容器154、156、158、160、162相关联。当物体152被处理时，这些物体按照固定的关系被简单地路由到适当的中间容器。
另一方面，根据本发明的实施例，中间容器与目的地之间的关系不是固定的，而是在分拣期间动态地变化。例如，图20示出了在物体157与其目的地161之间的关系固定的同时，基于各种启发法动态地选择中间容器159(例如，收集箱)的分配。一旦已分配，其将仍然保留，直到清空收集箱为止。如图21所示，物体157的收集箱(中间容器153)的分配由物体目的地和中间容器到目的地映射来确定，并且(在中间容器153与目的地161之间的)该目的地映射在操作期间动态地重新分配。
参考图22A，在分拣过程的开始时，中间容器176、178、180、182、184与物体174之间，或者中间容器176、178、180、182、184与目的地186、188、190、192、194之间可能没有分配的关系。如图22B所示，当检测到物体的标记时，中间容器176被分配给物体，并且物体的目的地188也被分配给中间容器。在中间容器176中还提供了经处理且还与目的地188相关联的附加物体。参考图22C，当检测到与不同目的地192相关联的不同物体的标记时，新的中间容器178被分配给该物体，并且该物体的目的地192也被分配给该中间容器。如上所述，当选择与目的地(例如，188)相关联的物体时，该物体已经具有与其相关联的中间容器176，该物体可以被放置在相同的中间容器176中(见图22D)。然而，根据本发明的某些实施例，并且参考图22E，例如，如果已知0物体中的许多可能与目的地188相关联，则系统可以选择将新的中间容器180以分配给目的地188。参考图22F，当检测到与另一个目的地186相关联的另一个物体的标记时，新的中间容器184被分配给该物体，并且该物体的目的地186也被分配给该中间容器184。
当中间容器变满或被确定以其他方式准备好进行进一步处理时(例如，如果系统确定不大可能看到与目的地相关联的另一个物体)，则中间容器被清空并且内容物被用于进行进一步处理。例如，并且参考图22G，当系统确定中间容器176已满时，清空内容物，然后中间容器176再次未被分配到目的地，如图22H所示。该中间容器176然后可以被重新使用并与新的目的地190相关联，如图22I所示。
如图23所示，本发明在分拣站处的分拣过程可以开始(步骤200)，并且关节臂或另一个可编程运动设备接收新物体(步骤202)。该系统通过顶置扫描仪或其他扫描仪系统标识该新物体(步骤204)。该系统然后确定该站处的任何位置是否已分配给该新物体(步骤206)。如果是，该系统然后将该物体放置在该位置处(步骤218)。如果不是，该系统然后确定下一个位置是否可用(步骤208)。如果不是，该系统可以(在有或没有来自人类的输入的情况下)确定是否重试标识该物体(步骤210)。如果是，该系统然后将该物体返回到输入流(步骤212)以在稍后再次接收该物体(步骤202)。如果不是，该系统将该物体放置在人工分拣区域中以供人类分拣(步骤214)。如果下一个位置可用(步骤208)，则该系统然后将下一个位置分配给该物体(步骤216)，并且该物体然后被放置在该位置中(步骤218)。如果位置已经被分配给该物体(步骤206)，则该物体然后被放置在该位置中(步骤218)。然后更新该位置处的物体的数量(步骤220)，并且如果该位置随后已满(步骤222)，则该系统标识该位置已经准备好进一步处理(步骤226)。如果不是，则该系统然后(基于先前知识和/或启发法)确定该位置是否可能进一步接收物体(步骤224)。如果可能，则该系统标识位置已经准备好进一步处理(步骤226)。如果不可能，则该系统返回以接收新物体(步骤202)。例如，该进一步处理可以包括在单个袋子中的位置处收集货品以运输到装运位置。
根据具体实施例，本发明提供了一种用户界面，该用户界面将所有相关信息传送给操作员、管理人员和维护人员。在具体的实施例中，这可以包括指示即将被弹出(装满)的箱、未完全正确定位的箱、进给斗内的内容物水平以及整个系统的整体操作模式的指示灯。附加信息可能包括物体处理速度和附加统计信息。在具体实施例中，系统可以在操作员将包装放在输出传送器上之前自动地打印标签并扫描该标签。根据进一步的实施例，该系统可以并入与客户的数据库和其他信息系统接口的软件系统，以向客户的系统提供操作信息，并向客户的系统查询物体信息。
例如，在图24中示出了整体控制系统的过程。该整体控制系统可以开始(步骤300)，通过基于整体系统参数允许在每一个站处将新的收集箱分配给一组物体(步骤302)，如下文更详细地讨论的。该系统然后在每一个站处标识与该物体相关的已分配箱(步骤304)，并在每一个站处更新每一个箱处的物体的数量(步骤306)。该系统然后确定当箱已满或系统预期相关联的分拣站不太可能看到与该箱相关联的另一个物体时，该相关联的分拣站机器人系统然后将已完成的箱放置在输出传送器上或用信号通知工人前来并清空该箱(步骤308)，然后返回到步骤302。
由于固有的动态灵活性，各种实施例的系统提供了许多优点。分拣器输出与目的地之间的灵活对应关系使得分拣器输出可以比目的地少，因此整个系统可需要更少的空间。分拣器输出与目的地之间的灵活对应关系还使得系统可以以随物体的特定混合和下游需求而变化的方式来选择处理该物体的最有效顺序。通过添加分拣器，系统也很容易地扩展，并且是更稳健的，因为单个分拣器的故障可以在甚至不停止系统的情况下被动态地处理。分拣器按照物体的顺序进行自由裁量应当是可能的，它偏爱需要快速处理的物体，或者偏爱给定分拣器可能针对其具有专用抓取器的物体。
根据进一步的实施例，本发明可以提供如图25所示的完整系统400，该完整系统400包括处理站402，该处理站402服务输入箱404和输入传送器406并且包括可编程运动设备408，以将所选物体提供到在目的地箱414之间行进的倾斜货盘410上。该倾斜货盘410使物体掉到往复托架412中，然后将该物体摆渡到所选择的目的地箱414，并且其自身倾斜以使每一个物体掉到所选箱中。
本发明的系统在每小时分拣以及可用的存储箱和目的地箱的数量方面具有高度可伸缩性。图26示出了根据本发明的进一步的实施例的系统500，该系统500包括多个处理段502，该多个处理段502经由共用输入传送器506接近多个输入箱504，并如上文所讨论的将物体从该输入箱504提供到目的地容器。通常，每一个处理段502包括可编程运动设备，该可编程运动设备将物体提供给倾斜货盘，然后提供到一个或多个处理段的托架。供给箱504设置在输入传送器506上，目的地箱设置在可移除抽屉上并且可由穿梭托架接近。
图27示出了根据本发明的进一步的实施例的系统600，该系统600进一步包括接近多个输入传送器606之一的许多个多排处理段602组，以及经由多个可编程运动设备和多个倾斜货盘以及将物体带到期望的目的地箱的多个穿梭载体来处理要放置在各个目的地箱中的任何一个中的物体。
系统30、400、500和600中的每一个的控制可以由与存储传送器和(多个)位移机构、处理传送器和(多个)位移机构以及(多个)可编程运动设备通信的计算机系统70提供。计算机系统70还包含存储箱中的每一个的位置和标识的知识(持续更新)，并且包含目的地箱中的每一个的位置和标识的知识(也持续更新)。因此，该系统引导存储箱和目的地箱的移动，并从该存储箱中检取物体，并根据总体货单将该物体分配到该目的地箱中，该货单规定了必须在哪些目的箱中提供哪些物体以便装运，例如，分发或零售位置。
本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对上文公开的实施例进行多种修改和变化。

Claims (32)

1.一种用于处理物体的处理系统，所述处理系统包括：
多个处理站，所述多个处理站通常与输入传送系统通信，所述处理站中的每一个处理站包括：
感知单元，所述感知单元用于感知表示与输入传送系统相关联的物体的身份的标识标记；以及
获取系统，所述获取系统部分地包括可编程运动设备，以用于从所述输入传送系统的输入部分处的多个物体中获取所选物体并且用于将所选物体移动到物体传送系统，所述物体传送系统通常与所述多个处理站通信，
所述物体传送系统经由多个托架与多个处理容器通信，所述多个托架中的每一个托架与所述多个处理容器中的子集通信。
2.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，每一个输入传送系统包括输入区域传送器，多个物体能从所述输入传送系统的主传送器转移到所述输入区域传送器上，所述多个物体包括所选物体。
3.如权利要求2所述的处理系统，其特征在于，所述多个物体被设置在箱中，所述箱为多个箱中的一个箱，每一个箱包括进一步多个物体。
4.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述传送系统进一步包括在回路中持续地移动的至少一个载体。
5.如权利要求4所述的处理系统，其特征在于，所述至少一个载体被适配成通过使所选物体掉到所述多个托架中的一个托架中，来将所选物体递送到所标识的处理位置。
6.如权利要求5所述的处理系统，其特征在于，所述多个托架中的所述一个托架在所述多个处理容器的所述子集之间往复穿梭。
7.如权利要求6所述的处理系统，其特征在于，所述多个托架中的所述一个托架能致动向两个相对方向中的任何一个方向倾斜，以使所选物体掉到两个处理容器中的任何一个处理容器中。
8.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述多个托架中的每一个托架在所述多个处理容器的相应子集之间往复穿梭。
9.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述获取系统被适配成通过使用可编程运动设备的末端执行器将所述物体放置到所述物体传送系统中，使得所选物体被移动到所述物体传送系统。
10.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述物体传送系统包括多个货盘，所述多个货盘能在两个相对方向中的任何一个方向上倾斜以使所述物体掉到所述多个托架中的一个托架中。
11.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述多个托架中的每一个托架被适配成使其中的任何内容物掉到所述多个处理容器中的指定处理容器中。
12.一种用于处理物体的处理系统，所述处理系统包括：
多个处理站，所述多个处理站通常与输入传送系统通信，所述处理站中的每一个处理站包括：
感知单元，所述感知单元用于感知表示与输入传送系统相关联的物体的身份的标识标记；以及
获取系统，所述获取系统部分地包括可编程运动设备，以用于从所述输入传送系统的输入部分处的多个物体中获取所选物体并且用于将所选物体移动到物体传送系统，所述物体传送系统通常与所述多个处理站通信，
所述物体传送系统与多个处理容器通信，并且包括与所述多个处理容器中的多个子集通信的至少一个载体。
13.如权利要求12所述的处理系统，其特征在于，每一个输入传送系统包括输入区域传送器，多个物体能从所述输入传送系统的主传送器转移到所述输入区域传送器上，所述多个物体包括所选物体。
14.如权利要求13所述的处理系统，其特征在于，所述多个物体被设置在箱中，所述箱为多个箱中的一个箱，每一个箱包括进一步多个物体。
15.如权利要求12所述的处理系统，其特征在于，所述物体传送系统的所述至少一个载体在回路中持续地移动。
16.如权利要求12所述的处理系统，其特征在于，所述至少一个载体被适配成通过使所选物体掉到所述多个托架中的一个托架中，来将所选物体递送到所标识的处理位置，所述多个托架中的每一个托架与所述多个处理容器中的子集相关联。
17.如权利要求12所述的处理系统，其特征在于，所述多个托架中的所述一个托架在所述多个处理容器的所述子集之间往复穿梭。
18.如权利要求12所述的处理系统，其特征在于，所述物体传送系统经由多个托架与所述多个处理容器通信，所述多个托架中的每一个托架与所述多个处理容器中的子集通信。
19.如权利要求18所述的处理系统，其特征在于，所述多个托架中的每一个托架能致动向两个相对方向中的任何一个方向倾斜，以使所选物体掉到所述多个处理容器中的相应子集的两个处理容器中的任何一个处理容器中。
20.如权利要求18所述的处理系统，其特征在于，所述多个托架中的每一个托架在所述多个处理容器的相应子集之间往复穿梭。
21.如权利要求12所述的处理系统，其特征在于，所述获取系统被适配成通过使用可编程运动设备的末端执行器将所述物体放置到至少一个载体中，使得所选物体被移动到所述物体传送系统的所述至少一个载体。
22.如权利要求12所述的处理系统，其特征在于，所述物体传送系统包括多个载体，所述多个载体能在两个相对方向中的任何一个方向上倾斜以使所述物体掉到所述多个托架中的一个托架中。
23.一种使用可编程运动设备处理物体的方法，所述方法包括以下步骤：
感知表示与包括输入区域的输入传送系统相关联的多个物体的身份的标识标记；
响应于所感知的标识标记，动态地分配先前未分配的处理位置，作为经动态分配的处理位置；
使用所述可编程运动设备的末端执行器从所述输入区域处的所述多个物体中获取物体，其中，所述可编程运动设备被适配成协助将所述物体递送到经动态分配的处理位置，所述所标识的处理位置此后与所述标识标记相关联并且所述经动态分配的处理位置被提供作为多个处理位置中的一个处理位置；以及
向所标识的处理位置递送所述物体，向所述经动态分配的处理位置递送所述物体的所述步骤包括使所述物体掉到往复穿梭托架中，所述往复穿梭托架使所述物体掉到所述经动态分配的处理位置中。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述输入传送系统包括主传送器和输入区域传送器，所述多个物体能够从所述主传送器转移到所述输入区域传送器上。
25.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法包括所述多个物体被设置在箱中，所述箱为多个箱中的一个箱，每一个箱包括进一步多个物体。
26.如权利要求23所述的方法，其特征在于，递送所述物体包括将所述物体设置在持续地移动的循环载体上。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述循环载体与多个循环载体一起在回路中行进。
28.如权利要求26所述的方法，其特征在于，递送所述物体包括使用所述可编程运动设备的末端执行器将所述物体放置到所述循环载体中。
29.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述往复穿梭托架在所述多个处理位置之间穿梭。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述往复穿梭托架能致动向两个相对方向中的任何一个方向倾斜，以使所述物体掉到两个处理位置中的任何一个处理位置中。
31.如权利要求23所述的方法，其特征在于，向所标识的处理位置递送所述物体的步骤包括在两个互相相对方向中的任何一个方向上使所述物体掉到所述往复托架中。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括致动多个往复穿梭托架。
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