CN115339805A - 包括自动处理的用于处理物体的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于使用可编程运动设备处理物体的处理系统。处理系统包括：提供多个物体的供应的多个供应箱，其中多个供应箱被提供给箱传送系统；与箱传送系统通信的可编程运动设备，其中可编程运动设备包括末端执行器，该末端执行器用于将所选物体抓取并且移动出所选供应箱；以及可移动载体，该可移动载体用于从可编程运动设备的末端执行器接收所选物体，并且用于将所选物体承载到多个目的地容器中的一个目的地容器。

Description

包括自动处理的用于处理物体的系统和方法
本申请是申请日为2018年3月26日、申请号为201880032353.6、名称为“包括自动处理的用于处理物体的系统和方法”的中国专利申请(PCT申请号为PCT/US2018/024335)的分案申请。
优先权
本申请要求2017年3月24提交的美国临时专利申请序列号62/476,310的优先权，该申请的公开内容通过引用整体而结合于此。
技术领域
本发明总体涉及自动可编程运动控制系统(例如，机器人、分拣和其他处理系统)，并且具体地涉及旨在用于需要各种待处理并且待移动到许多处理目的地的物体(例如，物品、包装、消费品等)的环境中的可编程运动控制系统。
背景技术
例如，许多物体分发系统接收无组织流或批量转移中的物体，这些物体可以作为单个物体或聚集成组(诸如成袋)的物体提供，到达若干不同的传送工具中的任何一个，通常是传送器、卡车、托盘、盖洛德(Gaylord)或箱等。如由与物体相关联的识别信息所确定，每个物体随后必须被分发到正确的目的地位置(例如，容器)，该识别信息通常由打印在物体上的标签确定。目的地位置可以采取诸如袋、架、容器或箱之类的许多形式。
此类物体的处理(例如，分拣或分发)传统地至少部分地由扫描物体的人类工作人员完成，例如用手持条形码扫描仪，并且随后将物体放置在指定的位置。例如，许多订单完成操作通过采用称为波次拣选的过程来实现高效率。在波次拣选中，从仓库架中拣选订单并将订单放置在包含下游分拣的多个订单的位置处(例如，到箱中)。在分拣阶段，识别单个物体，并且将多物体订单合并到例如单个箱或架位置，使得多物体订单可以被包装并且随后运送给客户。对这些物体进行分拣的过程传统上由手工完成。人类分拣员拣取物体，并且随后将物体放置在如此确定的箱或架位置，其中该订单或清单的所有物体都已限定为属于该位置。还提出了用于订单履行的自动系统。例如，参见美国专利申请公开第2014/0244026号，其公开了机器人臂与拱形结构一起的使用，该拱形结构可移动到机器人臂的范围内。
通过代码扫描识别物体通常或者需要手动处理，或者需要控制或约束代码位置，使得固定或机器人持有的代码扫描仪(例如，条形码扫描仪)可以可靠地检测代码。因此，手动操作的条形码扫描仪通常是固定或手持系统。对于诸如销售点系统处的那些固定系统，操作员保持物品并将物品放置在扫描仪前，扫描仪连续地扫描，并且解码扫描仪可以检测的任何条形码。如果没有立即检测到物品的代码，则持有物品的人通常需要改变物品相对于固定扫描仪的位置或定向，以便使条形码对于扫描仪更加可见。对于手持系统，操作扫描仪的人可以查看物品上的条形码，并且随后保持物品，使得条形码在扫描仪的观察范围内，并且随后按下手持扫描仪上的按钮以启动条形码的扫描。
此外，许多分发中心分拣系统通常采用不灵活的操作序列，由此(由人)提供输入物体的无组织流作为相对于识别物体的扫描仪定向的物体的单个流。一个或多个导入元件(例如，传送器、倾斜托盘或可手动移动的箱)将物体传送到期望的目的地位置或进一步的处理站，其可以是箱、滑槽、袋或传送器等。
在常规的物体分拣或分发系统中，人类工作人员或自动系统通常以到达顺序检取物体，并基于一组给定的启发法将每个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，或者去往相同的运送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，在自动系统可能有限的帮助下，人类工作人员需要接收物体并将每个物体移动到其指定的收集箱。如果不同类型的输入(接收)物体的数量很大，则需要大量的收集箱。
例如，图1示出了物体分发系统10，其中物体到达(例如在如12所示的卡车中)，被分离并存储在包装中，每个包装包括如14所示的特定的物体组合，并且随后包装如16所示运送到不同的零售商店，假设每个零售商店在每个包装中接收特定的物体组合。在零售商店从运输工具16接收的每个包装在商店处被拆分开，并且此类包装通常被称为分装。具体而言，进入的卡车12包含同质物体组的供应商箱18。例如，每个供应商箱可以由每个物体的制造商提供。来自供应商箱18的物品被移动到倾倒箱20中，并且随后被带到包括分装商店包装22的处理区14中。在处理区14处，分装商店包装22由人类工作人员填充，人类工作人员从倾倒的供应商箱中选择物品以根据清单而填充分装商店包装。例如，第一组分装商店包装可以前往第一商店(如24所示)，且第二组分装商店包装可以前往第二商店(如26所示)。以这种方式，系统可以接受来自制造商的大量产品，并且随后将物体重新包装成分装以提供给零售商店，在零售商店中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(并且因此需要大量的物理空间、大的投资成本和大的运营成本)，部分是因为一次将所有物体分拣到所有目的地并不总是最有效的。另外，此类分装系统还必须监测箱中每个相似物体的体积，从而需要人类工作人员连续计数箱中的物品。
此外，当前现有技术的分拣系统在某种程度上也依赖于人类工作者。大多数解决方案依赖于正在执行分拣的工作人员，通过从导入区域(滑槽、桌等)扫描每个物体并将每个物体放置在暂存位置、传送器或收集箱处。当箱装满时，另一工作人员将箱清空到袋、盒或其他容器中，并且将该容器送到下一个处理步骤。此类系统对吞吐量(即，人类工作人员可以以这种方式分拣或清空箱的速度)和转移数(即，对于给定的箱子尺寸，只有这么多箱可以被安排在人类工作人员的有效范围内)有限制。
遗憾的是，这些系统没有解决系统箱总数的限制。系统简单地将全部物体的相等份额转移到每个并行手动单元。因此，每个并行分拣单元必须具有所有相同的收集箱指定；否则，可以将物体递送到没有物体被映射到的箱的单元。因此，仍然需要一种更有效和更成本有效的物体处理系统，该物体处理系统将各种尺寸和重量的物体处理成固定尺寸的适当收集箱或托盘，但是在处理不同尺寸和重量的物体方面是高效的。
发明内容
根据实施例，本发明提供了一种使用可编程运动设备来处理物体的处理系统。处理系统包括：提供多个物体的供应的多个供应箱，其中多个供应箱被提供有箱传送系统；与箱传送系统通信的可编程运动设备，其中可编程运动设备包括末端执行器，所述末端执行器用于将所选物体抓取并且移动出所选供应箱；以及可移动托架，所述可移动托架用于从可编程运动设备的末端执行器接收所选物体，并且用于将所选物体承载到多个目的地容器中的一个目的地容器。
根据另一个实施例，本发明提供用于使用可编程运动设备来处理物体的处理系统，其中处理系统包括可编程运动设备，所述可编程运动设备包括末端执行器，所述末端执行器用于从多个物体抓取并移动所选物体；可移动托架，所述可移动托架用于从可编程运动设备的末端执行器接收所选物体，并且用于将所选物体承载到多个目的地容器中的一个目的地容器；以及目的地容器位移系统，所述目的地容器位移系统用于将所选目的地容器推到输出传送器上。
根据进一步的实施例，本发明提供了物体的处理的方法。方法包括以下步骤：提供包括多个物体的多个供应箱，其中多个供应箱被提供有箱传送系统；使用可编程运动设备将所选物体抓取并移动出所选供应箱；将所选物体提供给往复托架；和使用往复托架将所选物体承载到多个目的地容器中的一个目的地容器。
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示意图；
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示意图；
图3示出了图2的物体处理系统的处理部分的说明性示意图；
图4示出了根据本发明的另一实施例的物体处理系统的说明性示意图；
图5示出了图2至图4的感知系统的说明性示意图；
图6示出了来自图2至图4的感知系统的说明性示意图，示出了待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示意图；
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示意图；
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示意图；
图10示出了根据本发明的另一实施例的物体处理系统的说明性示意顶视图，其识别改变运动计划一般区域和未改变运动计划一般区域；
图11示出了图10的系统的说明性示意顶视图，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的系统的说明性示意顶视图，示出了从可编程运动设备到目的地载体的注重于最小时间的路径；
图13示出了图10的系统的说明性示意顶视图，示出了从可编程运动设备到目的地载体的注重于最小风险的路径；
图14示出了根据本发明的实施例的物体处理系统中处理部分的说明性示意图，其中物体被放置在托架中；
图15示出了图14的处理部分的说明性示意图，其中托架已沿其轨道移动；
图16示出了图14的处理部分的说明性示意图，其中托架已将其负载转移到目的地箱；
图17A和图17B示出了根据本发明的实施例的用于物体处理系统中的箱移除机构的说明性示意图；
图18示出了图14的处理部分的说明性示意图，其中托架已返回到托架基座并且被移除的目的地箱从所述被移除的目的地箱的位置被移动推动；
图19示出了图14的处理部分的说明性示意图，其中被移除的目的地箱沿输出传送器移动；
图20示出了根据本发明的各实施例的用作存储箱或目的地箱的盒组件的说明性示意分解图；
图21示出了经装配的图20的盒托盘组件的说明性示意图；
图22A至图22D示出了用于本发明的进一步的实施例的箱位移系统的又一实施例的说明性示意图；
图23示出了根据本发明的进一步实施例的物体处理系统的说明性示意图，该物体处理系统采用多个存储部分、处理部分和多个目的地部分；以及
图24示出了根据本发明的进一步实施例的物体处理系统的说明性示意图，该物体处理系统采用更多的多个存储部分、处理部分和目的地部分。
示出的附图仅用于说明目的。
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处理物体的处理系统。处理系统包括多个供应箱、可编程运动设备和可移动托架。多个供应箱提供多个物体的供应，并且多个供应箱被提供有箱传送系统。可编程运动设备与箱传送系统通信，并且可编程运动设备包括末端执行器，用于将所选物体抓取并移动出所选供应箱。可移动托架用于从可编程运动设备的末端执行器接收所选物体，并且用于将所选物体承载到多个目的地容器中的一个目的地容器。
参考图2，根据本发明的实施例的系统30包括：输入传送器34，在该输入传送器34上提供供应箱32(例如，倾倒的供应商箱)；包括可编程运动设备40的处理部分36；以及包括一个或多个往返载体42的目的地部分44。通常，供应箱32被选择性地由转向传送器35提供到处理部分36和由转向传送器35从处理部分36提供供应箱32，该转向传送器将物体箱移动到处理部分36。可编程运动设备40随后从所选供应箱32移动物体并且将物体放置或丢下到目的地部分44的托架42中，以传送到多个目的地容器46中的一个目的地容器。当完成目的地箱时，完成的箱51被推动到输出传送器48上以供进一步处理或运输。传送器34可以是运动受控的，使得传送器(例如，辊或皮带)的速度和方向两者都可以是受控的。在某些实施例中，传送器48可以被重力偏置以使传送器48上的任何目的地容器46被递送到输出端而无需主动控制传送器48。随着供应箱32沿传送器34行进，传感器33可以追踪每个供应箱32，并且因此系统由此可以始终知道每个供应箱32位于何处。
目的地容器46位于其上的内部传送器49(图15中也示出)也可以被重力偏置而沿相反的方向向下倾斜(下端朝着处理部分36偏置)。在进一步的实施例中，一组或两组传送器48、49可以在任一方向被偏置。目的地容器46的偏置确保目的地容器46保持彼此相邻，并且当容器51被移除时，剩余容器46聚集在一起。例如，随着容器46被装载到传送器49上，传感器53可以追踪每个容器46，并且处理系统70因此可以知道每个容器46位于何处。传送器48的偏置确保完成的箱51被从目的地部分44移除。
参考图3，处理部分36还包括感知单元50，该感知单元50向下看到接收所选供应箱32的传送器上。处理站可包括传送系统37，该传送系统37使用转向传送器35来将供应箱32从输入传送器34流通并返回到输入传送器34。可编程运动设备40的末端执行器41被编程用于从供应箱32抓取物体，并且通过将物体放置或丢下到托架42中，该托架42然后将物体穿梭到(并且将物体丢下到)所选目的地容器46来移动物体以将物体递送到预期的目的地箱46。供应箱32然后可以被返回到输入传送器34，并且可选地，被带到进一步的处理站。因此在处理站36处，一个或多个供应商供应箱32被路由到输入区域，并且可编程运动设备40被致动以从箱32抓取物体并且将物体放置到托架42中。经处理的供应商箱然后被返回到公共输入流，并且接收物体的托架42被从处理站36朝向多个目的地箱46中的一个目的地箱移动。
系统30还可包括位于或接近输入传送器34的一个或多个感知单元33，以识别每个箱32的外部上的标记，提供从其中可以识别箱的内容的感知数据，并且然后知道箱在传送器34上的相对位置，追踪箱位置。假设物体的箱用视觉上独特的标记(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)在其外部的一个或多个位置被标记，使得用扫描仪可以充分识别它们以供处理。标记的类型取决于所使用的扫描系统的类型，但可包括1D或2D代码符号。可以采用多个符号或标记方法。假定所采用的扫描仪类型与标记方法兼容。标记(例如，通过条形码、RFID标签、邮寄标签或其他手段)对识别标记(例如，符号串)进行编码，该识别标记通常是一串字母和/或数字。符号串将供应商箱与特定组同质物体唯一地相关联。
上述系统的操作与如图2所示的中央处理系统70协调，该中央处理系统70与关节臂40、感知单元33、50和53以及进给传送器34(例如，无线地)通信。该系统根据字符串来确定与供应商箱相关联的UPC、以及每个物体的出站目的地。中央控制系统70包括一个或多个工作站或中央处理单元(CPU)。例如，UPC或邮件标签与出站目的地之间的对应由称为清单的数据库中的中央控制系统维护。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。
根据本发明的另一实施例，系统30’可包括：输入传送器34，在该输入传送器34上提供供应箱32(例如，倾倒的供应商箱)；包括可编程运动设备40的处理部分36’；以及包括一个或多个往返载体42的目的地部分44。可编程运动设备40能够服务两个托架42和两组目的地箱46。同样，供应箱32被选择性地由转向传送器35提供到处理部分36’和由转向传送器35从处理部分36’提供供应箱32，该转向传送器35将物体箱移动到处理部分36。可编程运动设备40然后从所选供应箱32移动物体并且将物体放置或丢下到目的地部分44的两个托架42中的一个托架，以传送到多个目的地容器46中的一个目的地容器。当完成目的地箱时，完成的箱51被推动到输出传送器48上以供进一步处理或运输。传送器34可以是运动受控的，使得传送器(例如，辊或皮带)的速度和方向两者都可以是受控的。在某些实施例中，传送器48可以被重力偏置以使传送器48上的任何目的地容器46被递送到输出端而无需主动控制传送器48。随着供应箱32在传送器34上传递，传感器33可以追踪每个供应箱32，并且因此系统可以始终知道每个供应箱32位于何处。
同样，目的地容器46位于其上的内部传送器49也可以被重力偏置而在相反的方向向下倾斜(下端朝着处理部分36偏置)。在进一步的实施例中，一组或两组传送器48、49可以在任一方向被偏置。完成的传送器51的偏置确保目的地容器46保持彼此相邻，并且当容器49被移除时，剩余容器46被聚集在一起。例如，随着容器46被装载到传送器51上，传感器53可以追踪每个容器46，并且处理系统70因此可以知道每个容器46位于何处。传送器48的偏置确保完成的箱51被从目的地部分44移除。
参考图4，根据本发明的另一实施例，系统30’可包括：包括机器人40的处理部分36’，该机器人40从输入区域传送器37’上的输入箱检取物体，并且将物体提供到两个托架42中的一个托架。如上所述，每个托架沿轨道运行，将物体带到目的地箱46中，并且可被致动以将物体丢下到所选目的地箱46中。系统30’的剩余元件与系统30的那些相同。
各种实施例的系统包括感知系统(例如，50)，其安装在关节臂40的基部旁边的待处理的物体箱上方，向下看到箱32中。感知系统50，例如并且如图5所示，可包括(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可以提供可以与相机图像数据一起使用的深度信息，以确定关于视图中的各种物体的深度信息。灯76可被用于移除阴影并且用于促进物体的边缘的识别，并且可以在使用期间全部打开，或者可以根据期望的序列照亮以辅助物体识别。系统使用该图像和各种算法以为箱中的物体生成一组候选抓取位置，如下面更详细地讨论的。
图6示出了来自感知单元50的箱32的视图。图像视图示出了箱32(例如，在传送器上)，并且箱32包含物体78、80、82、84和86。在本实施例中，物体是均匀的，并且旨在分发给不同的分发封装。叠加在物体78、80、82、84、86上(以供说明目的)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不是良好的抓取位置，因为其相关联的物体至少部分地在另一个物体下方。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过于被其他物体遮挡。可以使用放置在实际末端执行器将用作抓取位置的位置处的机器人末端执行器的3D模型来指示候选抓取位置。例如，如果抓取位置靠近物体的质心以在抓取和运输期间提供更大的稳定性，和/或如果抓取位置避开诸如盖子、接缝等的物体上的位置(在该位置可能无法获得良好的真空密封)，则抓取位置可被认为是好的。
如果物体不能被检测系统完全感知，则感知系统将该物体视为两个不同的物体，并且可以提出对这两个不同物体的多于一个候选抓取。如果系统在这些不良抓取位置中的任何一处执行抓取，则由于不会发生真空密封的不良抓取点而无法获取物体，或者将在距离物体的质心非常远的抓取位置处获取物体，并且由此在任何尝试的运输期间中引起很大的不稳定性。这些结果中的每个结果是不期望的。
如果遇到不良抓取位置，则系统可记住相关物体的位置。通过识别良好抓取位置和不良抓取位置，在2D/3D图像中的特征与良好抓取位置或不良抓取位置的概念之间建立相关性。使用此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个图像学习到最佳地抓住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。具体地，如果物体包括管状端和平坦端(诸如物体87)，则系统将识别更平坦的一端，如图7B中的88所示。另外，系统可以选择出现UPC代码的物体的区域，因为此类代码通常被打印在物体的相对平坦的部分上以便于扫描条形码。
图8A和图8B示出了对于每个物体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，系统随后将指引末端执行器94从垂直于表面的方向接近每个物体90、92，以便更好地促进对每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个物体，机器人系统显著地提高了获得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，在某些实施例中，本发明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所感知的表面垂直(与垂直拣选相反)，并且此类抓取点可以使用基准特征作为抓取点来选择(诸如在条形码上拣选，假定条形码几乎总是被施加到物体上的平坦点)。
因此，根据各实施例，本发明还提供处理系统，该处理系统可以根据经验(和可选地人类引导)来学习物体抓取位置。设计为在与人类工作人员相同环境中工作的系统将面对各种各样的物体、姿势等。这种巨大的变化几乎确保机器人系统将遇到一些无法最佳处理的物体配置；在这种时候，期望使人类操作员能够辅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。吸盘的性质影响其对下面的表面的适用性，因此当在物体的估计表面法线上进行拣选而不是执行当前工业应用中常见的垂直龙门架拣选时，更可能实现最佳抓取。
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，系统可以学习诸如物体上的条形码之类的基准点的位置，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。一个此类例子是在消费产品上的条形码的使用。另一例子是运输盒和袋，其倾向于在物体的质心处具有运输标签并且提供不可渗透的表面，与原始袋材料相反，其可能是略微多孔的并且因此不能呈现良好的抓取。
通过识别图像上的不良或良好抓取点，在2D/3D图像中的特征与良好抓取点或不良抓取点的概念之间建立相关性；使用此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个图像学习在哪里抓取以及在哪里避开。
此信息被添加到每次拣选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拣取，无论它施加到哪个物体，但可能仅喜欢将抓取放置在诸如运输袋之类的某些物体类型的基准点附近。
通过离线生成人类校正图像可以加速这种学习。例如，可以向人类呈现来自先前系统操作的数千个图像，并且手动注释每个图像上的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使用随时间动态更新的轨迹数据库来采用运动计划，并且该轨迹数据库由客户度量来索引。问题域包含环境中改变和不改变的组件的混合。例如，呈现给系统的物体通常以随机配置呈现，但是物体将放置到的目标位置通常是固定的并且不会在整个操作中改变。
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不断改进系统的性能。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。在各实施例中，轨迹路径可包括任何数量的改变和不变的部分，当组合时，在有效的时间量内提供最佳的轨迹路径。
例如，图10示出了根据本发明的实施例的系统的示意图，该系统包括输入区域传送器37，该输入区域传送器37将输入箱32提供给诸如关节臂之类的可编程运动设备(如40处示意性所示)，该可编程运动设备具有110处所示的基部和末端执行器(如41处示意性所示)，该末端执行器被编程为具有原始位置(如112处所示)，并且被编程用于将物体从输入箱32移动到处理位置(例如，多个目的地位置46处的目的地位置)。同样，系统可包括限定的原始或基部位置110，每个物体从箱32获取时最初可以被带到该位置。
在某些实施例中，系统可包括多个基部位置，以及与多个基部位置相关联的多个预定路径部分。机器人系统的关节臂从输入箱到基部位置所采取的轨迹部分地基于输入箱中每个物体的位置、输入箱中物体的定向以及待获取的物体的形状、重量和其他物理特性而不断变化。
一旦关节臂已经获得物体并且位于基部位置，则到多个目的地载体46中的每个目的地载体的路径不变。具体而言，每个目的地箱与唯一的目的地箱位置相关联，并且从基部位置到每个目的地箱位置的轨迹单独地不改变。例如，轨迹可以是可编程运动设备随时间的运动的指定。根据各实施例，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，最短距离是到目标目的地箱的直接路径，但是关节臂由关节部分、接头、电机等组成，它们提供特定范围的运动、速度、加速度和减速度。因此，例如，机器人系统可以在基部位置与目的地箱位置之间采用各种轨迹中的任何轨迹。
例如，图11示出了基部位置112与在42处的托架位置之间的三个此类轨迹(1T1、2T1和3T1)。图11的元件与图10的那些相同。每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部位置112加速向托架箱42移动所花费的时间，并且关节臂减速到托架箱42以便将物体放置在托架箱42中。
风险因子可以以数种方式确定，包括轨迹是否包括在轨迹期间的任何点处的高(如预定义的)加速或减速(线性或角性)。风险因子还可以包括关节臂可能在机器人环境中遇到(碰撞)任何事物的任何可能性。此外，还可以基于来自在将相同物体从基部位置移动到相同目的地位置的其他机器人系统中的相同类型的机器人臂的经验的所学知识信息来限定风险因子。
如图11中在96处的表所示，从基部位置112到托架位置42的轨迹1T1可以具有快速时间(0.6s)但是具有高风险因子。从基部位置112到托架位置42的轨迹2T1可以具有慢得多的时间(1.4s)，但仍然具有相当高的风险因子(16.7)。从基部位置112到托架位置42的轨迹3T1可以具有相对快的时间(1.3s)和中等风险因子(11.2)。选择最快轨迹的选择并不总是最好的，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，则机器人系统无法维持物体的获取可能会浪费宝贵的时间。因此，不同的轨迹可能具有不同的时间和风险因子，并且此数据可以由系统在运动计划中使用。
例如，图12示出了从基部位置112到托架箱位置42的最小时间选择轨迹。具体而言，在97处示出了多个路径的时间和风险因子的表，以及选择从基部位置112到托架位置42的轨迹，以在14.0的风险因子下为运动计划提供运动计划的最小时间。
图13示出了从基部位置112到托架位置42的最小风险因子选择轨迹组。同样，97处所示的表格示出了各种路径的时间和风险因子。选择从基部位置112到每个托架42的轨迹，以在1.2秒的最大时间下为运动计划提供运动计划的最小风险因子。
快速时间相对于低风险因子的选择可以以各种方式确定，例如，通过选择具有低于风险因子上限(例如，12或14)的风险因子的最快时间，或通过选择具有低于上限(例如，1.0或1.2)的最大时间的最低风险因子。同样，如果风险因子太高，则机器人系统无法维持物体的获取可能会浪费宝贵的时间。变量集的一个优点在于对环境中的小变化以及系统可能正在处理的不同大小的物体的稳健性：系统不是在这些情况下重新计划，而是通过数据库迭代，直到为新情况找到无碰撞、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，总体轨迹可包括任意数量的改变和不变的部分。例如，可以采用不变轨迹部分的网络作为常用路径(道路)，而改变部分可以被引导到将物体移动到靠近不变的部分(靠近道路)以便于移动物体而不需要计划整个路线。例如，可编程运动设备(例如，机器人)的任务可以是在朝向目的地移动之前将所抓取的物体定向在自动标记器的前面。因此，对物体进行分拣的轨迹将由以下轨迹部分组成。首先，抓取姿势到原始位置(计划的运动)。随后，从原始位置到自动标记器家(从轨迹数据库中拉出)。随后，从自动标记器家到标签姿势(计划的运动)。随后，从标签姿势到自动标记器家(计划的运动或仅反转先前的运动计划步骤)。随后，从自动标记器家到预定目的地(从轨迹数据库中拉出)。在整个轨迹中可以采用各种各样的改变部分和不变部分(计划的和从数据库中拉出)。根据又一实施例，可以从(计划的)特定姿势中抓取物体，并且当物体到达(来自轨迹数据库)目的地箱时，最后一步可以是再次将物体放置在目的地箱内期望的(计划的)姿势中。
根据又一实施例，运动计划还可以提供相对重的物品(可以通过知道关于所抓取物体的信息或通过感测重量-或两者-在末端执行器处来确定)可以被处理(例如，在轨迹中移动)并且以与处理和放置相对轻的物体不同的方式放置在盒中。同样，风险相对于速度计算可以被采用以用于优化移动各种重量和尺寸的已知物体，例如，在各种消费品的处理中可能发生的。因此，系统提供了与客户的输出物体传送系统对接的装置。当由系统(在监测系统操作中)确定箱(或包装)是满的时，人类操作员可以从处理区域拉出箱，并且将箱放置在合适的传送器中。当箱已满时并且被移除到关闭/标记位置，另一空箱立即被放置在被移除的满箱释放的位置中，并且系统继续如上所述的处理。
图14示出了系统30的目的地部分44，该目的地部分44包括可以从可编程运动设备的末端执行器接收物体54的可移动托架42。可移动托架42可以沿导轨45在两排目的地箱46之间往复移动。如图14所示，每个目的地箱46包括导槽47，该导槽47引导落在其中的物体到下面的目的地箱46中。托架42沿轨道45移动(如图15中进一步示出的)，并且托架可以被致动以经由导槽47将物体54放入所期望的目的地箱46中(如图16中所示)。
因此，可移动托架42可以在目的地箱之间往复移动，并且托架/每一个托架沿轨道移动，并且可被致动以将物体放入所期望的目的地箱24中。目的地箱可以被提供在传送器(例如，辊或皮带)中，并且可(例如，通过重力)被偏置以朝向一端(例如，远端)推动所有目的地箱。当目的地箱被选择移除时(例如，因为箱已满或者以其他方式准备好进一步处理)，系统将推动已完成的箱到输出传送器上以将已完成的箱带到进一步处理或装运站。传送器也可(例如，通过重力)被偏置或被供电以使传送器上的任何箱被带到输出位置。
图17A和图17B示出了通过使用位移机构55将箱51从多个目的地箱46推动到输出传送器48上。根据进一步的实施例，目的地箱可以被提供为可接收和保持物品的盒或容器或任何其他类型的设备，包括如下所述的盒托盘组件。
在将箱位移到传送器上之后(如图18所示)，可以将每个目的地箱推到一起(如图19所示)，并且系统将记录移动的任何箱的位置变化。以此方式，可以在端部添加新的空箱，并且系统将记录每个目的地箱的正确位置和识别的处理细节。
如上提及的，箱46可被提供为盒、搬运包、容器或可以接收并且保持物品的任何其他类型的设备。在进一步的实施例中，箱可以被提供在统一的托盘中(以提供间隔和处理的一致性)，并且还可包括可以将箱保持在打开位置的开口盖，并且还可以通过间隔、对准、或标签中的任何一个来提供处理的一致性。
例如，图20示出了盒托盘组件130的分解图。如图所示，盒132(例如，标准的装运尺寸的纸板盒)可包括底部131和侧边133，该底部131和侧边133由盒托盘134的顶表面135以及内侧137接收。盒托盘134可包括：凹进(受保护)区域，在该凹进(受保护)区域中可以提供标签或其他识别标记146；以及宽且平滑的接触表面151，该宽且平滑的接触表面151可以被施力或移除机构接合，如下所述。
还如图20所示，盒132可包括顶部翼片138，当如图所示打开时，顶部翼片138由盒盖136的内表面140保持打开。盒盖136还可包括凹进(受保护)区域，在该凹进(受保护)区域中可以提供标签或其他识别标记145。盒盖136还提供限定的边缘开口142以及角部元件144，该角部元件144可以帮助提供组件的结构完整性，并且可以帮助将未使用的盖堆叠在彼此上。未使用的盒托盘也可以堆叠在彼此上。
因此，盒132牢固地保持在盒托盘134内，并且盒盖136提供了翼片138沿盒的外侧保持向下，这允许盒的内部是通过盒盖136中的开口142可进入的。图21示出了盒托盘组件130的宽度侧视图，其中盒132牢固地安置在盒托盘134内，并且盒盖保持打开盒132的翼片138。盒托盘组件可以用作本发明的各种实施例中的存储箱和目的地箱中的任何一个或两个。
参考图22A至图22D，根据本发明的实施例，盒推动器184可以由轨道86悬挂并沿轨道86行进，并且可包括在臂88的端部处的可旋转臂88和滚轮190。参考图22B至图22D，当滚轮190接触盒托盘组件120的推动器板151(图20中所示)时，臂188继续旋转，将盒托盘组件180从第一传送器182推到第二传送器180。同样，滚轮190被设计成接触盒托盘组件181的推动器板151以将盒托盘组件181推到传送器180上。此类系统可用于提供可以被(例如，从传送器182)移除的空盒或完成卸载的盒，或者可以被(例如，从传送器182)移除的满盒或完成装载的盒。传送器180、182也可以是共面的，并且系统还可以包括过渡辊183，以促进盒托盘组件181的移动(例如通过被激活以将盒托盘拉到传送器180上)。
本发明的系统在可获得的存储箱和目的地箱的每小时的排序以及数量方面是高度可扩展的。图23示出了根据本发明的进一步的实施例的系统200，该系统200包括多个处理部分202，该处理部分202访问公共输入传送器204，以及多个目的地部分206，用于经由往返载体208接收物体。通常，每个处理部分202包括可编程运动设备210，该可编程运动设备210将物体提供给一个或多个处理部分的往返载体208。供应箱214被提供在输入传送器204上，而目的地箱216被提供在目的地部分206处且可由往返载体208访问。
图24示出了根据本发明的进一步的实施例的系统300，该系统300包括访问多个输入传送器304中的一个输入传送器以及经由多个可编程运动设备和多个往返载体来处理将要放置在各种目的地箱中的任何一个目的地箱中的物体的更多的多排处理部分302组，该多个往返载体将物体带到随后被提供到输出传送器348的所期望的目的地。
可以由计算机系统70提供对系统30、30’、200和300中的每一个的控制，该计算机系统70与存储传送器和(一个或多个)位移机构、处理传送器和(一个或多个)位移机构以及(一个或多个)可编程运动设备进行通信。计算机系统70还包含对每个存储箱的位置和身份的了解(不断更新)，并且包含对每个目的地箱的位置和身份的了解(也不断更新)。因此，系统引导存储箱和目的地箱的移动，并且从存储箱检取物体，并且根据总体清单将物体分发到目的地箱，该总体清单规定必须在哪个用于装运(例如，装运到分发位置或零售位置)的目的地箱中提供哪些物体。
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，可以对上面公开的实施例进行多种修改和变化。

Claims (35)

1.一种用于使用可编程运动设备处理物体的处理系统，所述处理系统包括：
多个供应箱，所述多个供应箱提供多个物体的供应，所述多个供应箱被提供有箱传送系统；
可编程运动设备，所述可编程运动设备与所述箱传送系统通信，所述可编程运动设备包括末端执行器，所述末端执行器用于将所选物体抓取并移动出所述多个供应箱中的所选供应箱；
多个目的地容器，所述多个目的地容器被提供在输入传送器上，其中所述输入传送器朝向所述可编程运动设备主动偏置所述多个目的地容器；以及
可移动托架，所述可移动托架用于从所述可编程运动设备的所述末端执行器接收所述所选物体，并且用于将所述所选物体承载到所述输入传送器上的所述多个目的地容器中的一个目的地容器。
2.如权利要求1所述的处理系统，其中所述箱传送系统包括转向器，所述转向器用于将所述所选供应箱选择性地提供至所述可编程运动设备。
3.如权利要求2所述的处理系统，其中所述可编程运动设备包括关节臂，且其中所述关节臂被定位成与所述转向器相邻。
4.如权利要求1所述的处理系统，其中所述可移动托架在所述多个目的地容器的两排之间往复移动。
5.如权利要求1所述的处理系统，其中所述可移动托架适于将所述所选物体放到所述多个目的地容器中的所选目的地容器中。
6.如权利要求1所述的处理系统，其中所述多个目的地容器中的每个目的地容器被提供成与输出传送器相邻。
7.如权利要求1所述的处理系统，其中所述处理系统进一步包括容器位移系统，所述容器位移系统用于将所述多个目的地容器中的每个目的地容器位移到输出传送器上。
8.如权利要求7所述的处理系统，其中所述输出传送器被重力偏置以将所述输出传送器上的每个目的地容器提供至进一步处理位置。
9.如权利要求8所述的处理系统，其中所述进一步处理位置是装运运输位置。
10.如权利要求1所述的处理系统，其中所述处理系统进一步包括至少一个进一步可编程运动设备，所述至少一个进一步可编程运动设备用于将所选物体抓取并移动出所述多个供应箱中的进一步所选供应箱，以及用于将所述进一步所选物体提供给进一步可移动托架。
11.如权利要求1所述的处理系统，进一步包括输入传感器，所述输入传感器感测所述多个目的地容器中的移动经过所述输入传感器的目的地容器的身份，以便索引所述输入传送器上的所述多个目的地容器中的每个目的地容器的位置。
12.如权利要求7所述的处理系统，其中在主动偏置的输入传送器上的所述多个目的地容器中的一个或多个目的地容器被偏置，以朝向所述可编程运动设备移动从而填充由位移的目的地容器所留下的空间。
13.如权利要求12所述的处理系统，其中新的目的地容器被提供在所述输入传送器的远端以朝向所述可编程运动设备移动。
14.如权利要求12所述的处理系统，进一步包括输入传感器，所述输入传感器感测所述多个目的地容器中的移动经过所述输入传感器的每个目的地容器的身份，以便索引所述输入传送器上的每个目的地容器的位置。
15.如权利要求1所述的处理系统，其中所述输入传送器在与所述可编程运动设备相邻处停止。
16.如权利要求1所述的处理系统，进一步包括介于所述多个目的地容器的平行排之间的托架导轨，其中单个可移动托架被定位在所述导轨上。
17.一种用于使用可编程运动设备处理物体的处理系统，所述处理系统包括：
可编程运动设备，所述可编程运动设备包括用于从多个物体中抓取并移动出所选物体的末端执行器；
多个往复托架，所述多个往复托架用于从所述可编程运动设备的所述末端执行器接收所述所选物体，其中每个往复托架沿着两个互相相反的方向中的每一个方向上的相应轨道往复移动；以及
多个目的地容器，所述多个目的地容器被提供在输入传送器上，其中所述输入传送器被朝向所述可编程运动设备偏置，使得当所述多个目的地容器中的至少一个被从所述输入传送器上移除时，所述输入传送器上的任何剩余容器被带到一起，其中所述多个目的地容器与所述多个往复托架中的一个往复托架的相应轨道相邻，每个目的地容器是可选择的以用于接收来自所述多个往复托架中的一个往复托架的所述所选物体。
18.如权利要求17所述的处理系统，其中所述系统进一步包括多个供应箱，所述多个供应箱提供所述多个物体的供应。
19.如权利要求18所述的处理系统，其中所述多个供应箱被提供有箱传送系统。
20.如权利要求17所述的处理系统，其中所述箱传送系统包括转向器，所述转向器用于将所述多个供应箱的供应箱选择性地提供至所述可编程运动设备。
21.如权利要求20所述的处理系统，其中所述可编程运动设备包括关节臂，且其中所述关节臂被定位成与所述转向器相邻。
22.如权利要求17所述的处理系统，其中每个往复托架在两排目的地箱之间往复移动。
23.如权利要求17所述的处理系统，其中每个往复托架适于将所述所选物体放到所述多个目的地容器中的所选目的地容器中。
24.如权利要求17所述的处理系统，其中所述多个目的地容器中的每个目的地容器被提供成与输出传送器相邻。
25.如权利要求24所述的处理系统，其中所述输出传送器被偏置以将所述输出传送器上的目的地容器提供至进一步处理位置。
26.如权利要求17所述的处理系统，其中所述处理系统进一步包括至少一个进一步可编程运动设备，所述至少一个进一步可编程运动设备用于从所述多个物体中抓取并移动出所选物体，以及用于将所述进一步所选物体提供给进一步往复托架。
27.一种处理物体的方法，所述方法包括以下步骤：
提供包括多个物体的多个供应箱，所述多个供应箱被提供有箱传送系统；
在成对输入传送器上提供多个目的地容器，每个输入传送器与输出传送器相邻，其中所述成对输入传送器被朝向所述可编程运动设备偏置，使得当所述多个目的地容器中的至少一个被从所述输入传送器的任一者上被移除时，所述成对输入传送器中的任一者上的任何剩余容器被带到一起；
使用可编程运动设备从所述多个供应箱中的所选供应箱抓取并移动出所述多个物体中的所选物体；
将所述所选物体提供给可移动托架；
使用所述可移动托架将所述可移动托架中的所述所选物体沿第一方向承载至所述多个目的地容器中的所选目的地容器；
将所述所选物体从所述可移动托架存放到所述所选目的地容器；
在与所述第一方向相反的第二方向上移动所述可移动托架。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤：将所述多个供应箱的供应箱选择性地转向至所述可编程运动设备。
29.如权利要求27所述的方法，其中所述可移动托架适于将所述所选物体放到所述所选目的地容器中。
30.如权利要求27所述的方法，其中所述多个目的地容器中的每个目的地容器被提供成与输出传送器相邻。
31.如权利要求27所述的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤：将所述多个目的地容器中的每个目的地容器位移到输出传送器上。
32.如权利要求31所述的方法，其中将每个目的地容器位移到输出传送器上的步骤包括：致动盒推动器以将所述多个目的地容器中的经处理的目的地容器接合并推到所述输出传送器上。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述盒推动器安装在定位于所述成对输入传送器之间的导轨上。
34.如权利要求33所述的方法，其中所述输出传送器被偏置以将所述输出传送器上的所述所选目的地容器提供至进一步处理位置。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述进一步处理位置是装运运输位置。
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