CN116472542A - 用于对订单中的物品执行功能的顺序调整 - Google Patents

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肖恩·约翰逊
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Abstract

一种用于执行指配给在仓库中工作的多个机器人的订单的方法，所述方法包括：接收具有多个物品的订单，每个物品与物品位置相关联。所述方法包括：定义多个区域，并且识别包括与由机器人接收到的所述订单相关联的至少一个物品位置的区域。所述方法也包括：从识别的所述区域确定包括至少一个操作员的区域，并且评估与所述机器人的当前位置相关且与和具有至少一个操作员的所述区域相关联的物品位置相关的准则。所述方法进一步包括：基于对与所述机器人的当前位置相关且与和至少一个操作员所处的区域相关联的物品位置相关的准则的评估，选择所述机器人将从当前位置导航到的物品位置。

Description

用于对订单中的物品执行功能的顺序调整
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年9月11日提交的美国申请No.17/017,758的优先权的权益，该美国申请通过引用合并于此。
技术领域
本发明涉及自主移动机器人在仓库订单履行操作中的使用，更具体地，涉及用于基于操作员在仓库中的位置来调整对订单中的物品执行功能的顺序以提高效率的系统和方法。
背景技术
通常在大型仓库中执行订单履行，该大型仓库装满了要运送给已经通过互联网下了订单的客户以供送货上门的产品。在一些操作中，机器人可以用于协助人类物品取回以便提高生产力和效率。至少可以这么说，以及时、准确且高效的方式履行此类订单在物流上是有挑战性的。点击虚拟购物车中的“结账”按钮创建“订单”。订单包括将被拣选使得其被运送到下了订单的客户的地址的物品的清单。“履行”的过程涉及以物理方式从大型仓库取或“拣选”这些物品，对其进行包装，并且将其运送到指定地址。订单履行过程的一个重要目标因此是为了在尽可能短的时间内运送尽可能多的物品。
仓库管理系统(WMS)是像上述订单履行一样在订单履行仓库中支持日常操作的软件应用。WMS程序使得能实现对诸如跟踪库存水平和库存位置的任务的集中式管理。仓库管理系统也支持或引导所有主要和许多次要仓库任务，诸如收货、检查和验收、上架、内部补货到拣选方位、拣选、包装、运送码头上的订单组装、归档和运送(装载到承运车辆上)。
WMS通常从上层主机系统(通常为ERP系统)接收订单。对于经由电子商务订单的订单履行，客户一在网上下订单，信息就经由主机计算机/ERP系统被传递给WMS。管理订单的所有必要步骤(例如拣选所订购的物品等)然后都在WMS内被处理。然后，信息被送回给ERP系统以支持财务交易、提前给客户运送通知、库存管理等。
随着来自WMS的订单增长，它们被保持在WMS中的订单队列中，或者来自WMS的订单数据可以被提供给分开的软件系统(例如订单服务器)，其中可以建立订单队列并且将订单指配给机器人以供在仓库内执行。每个订单将包括位于仓库中的一个或更多个物品。机器人将导航到指配订单中的各种物品的位置，并且在每个位置处，人类操作员可以协助机器人执行以物理方式从架子移除物品并将其放置在机器人上(例如，放置在周转箱(tote)中)的任务。
一旦机器人到达其订单中的物品的位置，其就可以例如经由光信令传送其需要操作员协助以便对该物品执行功能。一旦操作员到达机器人，机器人就可以经由操作员能够读的平板(或膝上型电脑/其他用户输入/输出装置)或者通过将订单发送到由本地操作员使用的手持装置来传送关于要由操作员选择的物品的信息。操作员然后将协助机器人执行功能，例如涉及取回物品、扫描物品条形码、然后将物品放置在机器人上的拣选功能。然后，机器人可以当时前往另一位置以拾取其在订单中的下一个物品。
使上述过程变得高效的关键部分是当机器人到达订单中的物品附近的位置时确保操作员被定位在机器人附近。通常，机器人或订单服务器将确定用于机器人采取以最高效地导航到其订单中的每一个物品的优化路线。然而，当机器人到达其订单中的物品的位置，并且操作员不在现场协助机器人时，那么机器人在执行订单时的整体效率将降低。
因此需要一种用于增加使操作员出现在订单中的物品位置处的可能性使得使机器人可以迅速地得到协助的系统和方法。应当注意，上述问题不仅适用于拣选功能，而且其也适用于执行其他功能，包括放置物品或对物品执行维护功能。
发明内容
从接下来的发明内容和具体实施方式，本发明优于现有系统的益处和优势将容易地清楚。本领域的技术人员将领会，本教导能够用除在下面概括或公开的那些实施例以外的实施例来实践。
在一个方面中，本发明包括一种用于执行指配给在仓库中工作的多个机器人的订单的方法，其中，所述机器人与仓库管理系统交互以在多个操作员的协助下执行订单，每个订单包括多个物品，并且每个物品位于所述仓库中。所述方法包括：由所述多个机器人中的机器人接收要由所述机器人执行的订单，所述订单包括多个物品，每个物品与所述仓库中的物品位置相关联。所述方法也包括：在所述仓库内定义多个区域，并且识别所述多个区域中的包括与由所述机器人接收到的订单中的物品相关联的至少一个物品位置的区域。所述方法进一步包括：从被识别为包括与由所述机器人接收到的订单中的物品相关联的至少一个物品位置的所述区域，确定包括所述多个操作员中的至少一个操作员的区域。所述方法另外地包括：评估与所述机器人的当前位置相关且与和至少一个操作员所处的区域相关联的物品位置相关的准则，并且选择所述订单中的物品的所述机器人将从当前位置导航到的物品位置。选择的步骤是基于对与所述机器人的当前位置相关且与和至少一个操作员所处的区域相关联的所述物品位置相关的所述准则的评估。
在本发明的其他方面中，可以包括以下特征中的一个或更多个特征。执行订单可以包括对所述订单中的所述物品执行拣选功能、放置功能或维护功能中的一者或更多者。评估准则的步骤可以包括评估以下中的一者或两者：所述机器人的当前位置与和至少一个操作员所处的区域相关联的所述物品位置中的每一个物品位置之间的行进距离或行进时间。所述机器人可以确定每个订单中的所述多个物品的初始订单执行顺序，并且其中，评估准则的步骤可以进一步包括评估以下中的一者或更多者：每个物品在至少一个操作员所处的区域中的订单序列中的次序，或所述机器人的当前位置与和至少一个操作员机器人所处的区域相关联的所述物品位置中的每一个物品位置之间的所述行进距离或所述行进时间。选择所述机器人将导航到的所述物品位置的步骤可以是基于所述机器人的当前位置与和至少一个操作员机器人所处的区域相关联的所述物品位置中的每一个物品位置之间的最短行进距离或最短行进时间。评估的步骤可以包括确定在所述当前位置与相应的物品位置之间的预定距离或行进时间内的所述物品位置；并且选择所述机器人将导航到的所述物品位置的步骤可以是基于在所述预定距离或行进时间内、在所述初始订单执行顺序中接下来依次是哪些物品位置来确定的。选择所述机器人将导航到的所述物品位置的步骤可以是部分地基于以下中的一者或两者来确定的：所述多个区域中操作员的数量较高的区域或操作员-机器人比较高的区域。
在另一方面中，本发明特载一种机器人，所述机器人被配置为执行由仓库管理系统指配的订单，每个订单包括多个物品，并且每个物品位于仓库中的多个区域之一内的物品位置处。所述机器人包括：移动基部；通信装置，所述通信装置使得能实现所述机器人与所述仓库管理系统之间的通信；以及处理器和存储器，响应于与所述管理系统的通信。所述处理器和存储器被配置为：接收要由所述机器人执行的订单，所述订单包括多个物品，每个物品与所述仓库中的物品位置相关联。所述处理器和存储器也被配置为：识别所述多个区域中的包括与由所述机器人接收到的订单中的物品相关联的至少一个物品位置的一个或更多个区域，并且从被识别为包括与由所述机器人接收到的订单中的物品相关联的至少一个物品位置的所述一个或更多个区域，确定包括所述多个操作员中的至少一个操作员的一个或更多个区域。所述处理器和存储器进一步被配置为：评估与所述机器人的当前位置相关且与和至少一个操作员所处的一个或更多个区域相关联的所述物品位置相关的准则，并且选择所述订单中的物品的所述机器人将从当前位置导航到的物品位置。所述选择是基于对与所述机器人的当前位置相关且与和至少一个操作员所处的一个或更多个区域相关联的所述物品位置相关的所述准则的评估。
在本发明的又一方面中，可以包括以下特征中的一个或更多个特征。执行订单可以包括对所述订单中的所述物品执行拣选功能、放置功能或维护功能中的一者或更多者。所述处理器和存储器可以被配置为：评估以下中的一者或两者：所述机器人的当前位置与和至少一个操作员所处的一个或更多个区域相关联的所述物品位置中的每一个物品位置之间的行进距离或行进时间。所述处理器和存储器可以被配置为：确定每个订单中的所述多个物品的初始订单执行顺序，并且评估以下中的一者或更多者：每个物品在至少一个操作员所处的一个或更多个区域中的订单序列中的次序，或所述机器人的当前位置与和至少一个操作员机器人所处的一个或更多个区域相关联的所述物品位置中的每一个物品位置之间的所述行进距离或所述行进时间。所述处理器和存储器也可以被配置为：基于所述机器人的当前位置与和至少一个操作员机器人所处的一个或更多个区域相关联的所述物品位置中的每一个物品位置之间的最短行进距离或最短行进时间，选择所述机器人将导航到的所述物品位置。所述处理器和存储器可以进一步被配置为：确定在所述当前位置与相应的物品位置之间的预定距离或行进时间内的所述物品位置，并且基于在所述预定距离或行进时间内、在所述初始订单执行顺序中接下来依次是哪些物品位置，选择所述机器人将导航到的所述物品位置。所述处理器和存储器可以另外地被配置为：部分地基于以下中的一者或两者来选择所述机器人将导航到的所述物品位置：所述多个区域中操作员的数量较高的区域或操作员-机器人比较高的区域。
根据以下详细描述和附图，本发明的这些和其他特征将是清楚的。
附图说明
现在将参照附图仅通过示例的方式来描述本发明的实施例，其中：
图1是订单履行仓库的顶部平面图；
图2A是在图1所示的仓库中使用的机器人之一的基部的前立视图；
图2B是在图1所示的仓库中使用的机器人之一的基部的立体图；
图3是图2A和图2B中装备了衔铁并停放在图1所示的架子前面的机器人的立体图；
图4是使用机器人上的激光雷达创建的图1的仓库的部分地图；
图5是描绘了用于定位分散在仓库各处的基准标记并存储基准标记位姿的过程的流程图；
图6是基准标识到位姿映射的表；
图7是仓位置到基准标识映射的表；
图8是描绘了产品SKU到位姿映射过程的流程图；
图9是描绘了仓库中的机器人、操作员和活动物品位置的订单履行仓库的一部分的顶部平面图的图像；
图10是描述了根据本发明的一个方面的物品顺序调整算法的实现方式的流程图；
图11是示例性计算系统的框图；以及
图12是示例性分布式网络的网络图。
具体实施方式
参照在附图中描述和/或图示的并在以下描述中详述的非限制性实施例和示例来更充分地说明本公开及其各种特征和有利细节。应当注意，附图中图示的特征不一定按比例绘制，并且即使在本文中未显式地陈述，也可以如技术人员将认识到那样与其他实施例一起采用一个实施例的特征。可以省略公知组件和处理技术的描述以便避免不必要地使本公开的实施例混淆。本文使用的示例仅仅旨在方便理解能够以之实践本公开的方式，并且进一步使得本领域的技术人员能够实践本公开的实施例。因此，本文的示例和实施例不应当被解释为限制本公开的范围。此外，应注意，相似的附图标记在附图的若干视图中自始至终表示类似的部分。
本公开涉及一种用于基于操作员位置来调整对订单中的物品执行功能的顺序的系统和方法，该系统和方法可以被应用于使用自主移动机器人或“AMR”的仓库中的订单履行操作以便提高效率和生产力。在本文中描述了特定AMR实现方式，但是其仅为根据本发明的用于调整对订单中的物品执行功能的顺序的系统和方法提供上下文。此外，本文描述的实现方式集中于执行拣选功能的AMR；然而，本文描述的用于基于操作员位置来调整对订单中的物品执行功能的顺序的系统和方法适用于机器人可能正在执行的任何功能，包括但不限于放置物品和对物品执行维护功能。
参照图1，典型的订单履行仓库10包括装满了能够被包括在订单中的各种物品的架子12。在操作中，来自仓库管理服务器15的订单16的传入流到达订单服务器14。订单服务器14可以尤其对订单进行优先级排序和分组，以便在引导过程期间指配给机器人18。随着机器人被操作员引导，在处理站(例如站100)处，订单16被例如以无线方式指配和传送给机器人18以供执行。将在下面更详细地描述根据本发明的一个方面的引导过程。
本领域的技术人员应理解，订单服务器14可以是具有被配置为与WMS服务器15和WMS软件互操作的分立软件系统的分开的服务器，或者订单服务器功能可以被集成到WMS软件中并在WMS服务器15上运行。
在优选实施例中，图2A和图2B中示出的机器人18包括具有激光雷达22的自主轮式基部20。基部20也特载使得机器人18能够从订单服务器14和/或其他机器人接收指令并向订单服务器14和/或其他机器人发送数据的收发器(未示出)以及一对数码光学相机24a和24b。机器人基部也包括用于对给自主轮式基部20供电的电池重新充电的电气充电端口26。基部20还特载从激光雷达以及相机24a和24b接收数据以捕获表示机器人的环境的信息的处理器(未示出)。如图3所示，存在与处理器一起工作以执行与仓库10内的导航相关联的各种任务以及导航到放置在架子12上的基准标记30的存储器(未示出)。基准标记30(例如二维条形码)对应于所订购的物品的仓/位置。在下面关于图4-8详细地描述本发明的导航方法。
基准标记也用于识别处理站(包括引导站)，并且到此类处理站基准标记的导航可以与到所订购的物品的仓/位置的导航相同。应当注意，本文描述的导航方法仅是示例性的，并且可以使用任何其他适用的导航方法。
再次参照图2B，基部20包括能够存储周转箱或仓来搬运物品的上表面32。也示出了啮合多个可互换衔铁40(其中的一者被示出在图3中)中的任何一者的联接件34。图3中的特定衔铁40特载用于搬运接纳物品的周转箱44的周转箱支持器42(在这种情况下为架子)，以及用于支撑平板48的平板支持器46(或膝上型电脑/其他用户输入装置)。在一些实施例中，衔铁40支撑用于搬运物品的一个或更多个周转箱。在其他实施例中，基部20支撑用于搬运接纳的物品的一个或更多个周转箱。如本文所使用的，术语“周转箱”包括但不限于货物支持器、仓、笼、架子、能够从其悬挂物品的杆、小盒子、板条箱、机架、支架、架柱、容器、箱、金属罐、器皿和储存库。
尽管机器人18擅长在仓库10四处移动，但是利用当前的机器人技术，迅速地且高效地从架子拣选物品并将它们放置在周转箱44中不够熟练。当前，拣选物品的更高效方式是使用通常为人类的本地操作员50来执行以物理方式从架子12移除订购的物品并将其放置在机器人18上(例如，放置在周转箱44中)的任务。机器人18经由本地操作员50能够读的平板48(或膝上型电脑/其他用户输入/输出装置)或通过将订单发送到本地操作员50所使用的手持装置来将订单(即要选择的各个物品)传送给本地操作员50。或者，本地操作员50可以是机器人装置，该机器人装置可以用于从架子移除物品并将它们放置在执行拣选功能的机器人18上，并且反过来，从机器人18移除物品并将它们放在架子上的适当位置，从而执行放置或上架功能。
在从订单服务器14接收到订单16时，机器人18进行到第一仓库位置，例如，如图3所示。其基于存储在存储器中并由处理器执行的导航软件这样做。导航软件依靠如由激光雷达22所收集的有关环境的数据、存储器中识别与仓库10中能够找到特定物品的位置相对应的基准标记30的基准标识(“ID”)的内部表以及相机24a和24b来导航。
在到达正确的位置(位姿)时，机器人18将其自己停放在上面存储了物品的架子12前面，将物品信息传送给本地操作员50，并且等待(或停留)以便本地操作员50从架子12取回物品并将其放置在周转箱44中。如果机器人18具有其他物品要取回，则其进行到那些位置。由机器人18取回的物品然后被交付给处理站100(图1)，在那里它们被包装和运送。虽然处理站100已经关于此图被描述为能够引导和卸载/包装的机器人，但是其可以被配置为使得机器人在站处被引导或卸载/包装，即它们可能局限于执行单个功能。
为了简化对本发明的描述，描述了单个机器人18和操作员50。然而，如从图1显然的，典型的履行操作包括许多机器人和操作员在仓库中相互工作以满足订单的连续流。
在下面关于图4-8详细地描述本发明的导航方法、以及要取回的物品的SKU到与仓库中物品所位于的基准标记相关联的基准ID/位姿的语义映射。应当注意，这是本文描述的示例性导航方法，并且可以结合本文描述的用于基于操作员位置来调整对订单中的物品执行功能的顺序的系统和方法使用任何合适的导航方法。
使用一个或更多个机器人18，必须创建并动态更新仓库10的地图，以确定物体的位置(静态的和动态的两者)，以及分散在整个仓库的各种基准标记的位置。一个或更多个机器人18在仓库中导航，并利用其激光雷达22和同步定位和绘图(SLAM)建立/更新地图10a，图4，这是一种构建或更新未知环境的虚拟地图的计算方法。流行的SLAM近似解决方法包括粒子过滤器和扩展卡尔曼过滤器。SLAM GMapping方法是首选方法，但也可以使用任何合适的SLAM方法。
机器人18利用其激光雷达22来随着机器人18在空间各处行进从而基于其在激光雷达扫描环境时接收的反射识别空间中的开放空间112、墙壁114、对象116和其他静态障碍物(诸如架子12a)来创建/更新仓库10的地图10a。
在构建地图10a的同时或者此后，一个或更多个机器人18使用相机24a和24b来浏览仓库10以扫描环境，以在接近在其中存储了物品的仓(诸如32和34，图3)的架子上定位分散在仓库各处的基准标记(二维条形码)。机器人18使用已知参考点或原点作为参考，诸如原点110。当基准标记(诸如基准标记30，图3和图4)由机器人18使用其相机24a和24b定位了时，确定仓库中相对于原点110的位置。通过使用两个相机(在机器人基部的任一侧各有一个)，如图2A所示，机器人18能够具有从机器人的两侧延伸出的相对宽的视场(例如120度)。这使得机器人能够随着其在架子的走道上和下行进时看到例如在其两侧的基准标记。
通过使用车轮编码器和航向传感器，能够确定矢量120以及机器人在仓库10中的方位。使用所捕获的基准标记/二维条形码的图像及其已知大小，机器人18能够确定基准标记/二维条形码相对于机器人的定向和离机器人的距离，即矢量130。在矢量120和130已知的情况下，能够确定原点110与基准标记30之间的矢量140。从矢量140和所确定的基准标记/二维条形码相对于机器人18的定向，能够确定位姿，该位姿包括其在仓库中的方位(x、y、z坐标)以及其定向或基准标记30的四元数(x、y、z、ω)。应当注意，坐标可以仅包括x坐标和y坐标，因为基准位姿通常位于地板上，因此z坐标为零。
描述了基准标记定位过程的流程图200(图5)被描述。这个是在初始映射模式下并且随着机器人18在执行拣选、放置和/或其他任务的同时在仓库中遇到新的基准标记而执行的。在步骤202中，机器人18使用相机24a和24b来捕获图像，并且在步骤204中，在所捕获的图像内搜索基准标记。在步骤206中，如果在图像中找到基准标记(步骤204)，则确定该基准标记是否已经被存储在可以位于机器人18的存储器34中和/或位于仓库管理系统15中的基准表300(图6)中。如果基准信息已经被存储在存储器中，则流程图返回到步骤202以捕获另一图像。如果基准信息不在存储器中，则根据上述过程来确定位姿，并且在步骤208中，将其添加至基准到位姿查找表300。
在可以被存储在每个机器人的存储器中和/或存储在仓库管理系统15中的查找表300中，包括了每个基准标记的基准标识1、2、3等，以及与每个基准标识相关联的基准标记/条形码的位姿。如上指示，位姿由仓库中的x、y、z坐标以及定向或四元数(x、y、z、ω)构成。
在也可以被存储在每个机器人的存储器中和/或存储在仓库管理系统15中的另一查找表400(图7)中，是仓库10内与特定基准ID 404(例如数字“11”)相关的仓位置(例如402a-f)的列表。在此示例中，仓位置由七个字母数字字符构成。前六个字符(例如L01001)和仓库内的架子位置有关，并且最后字符(例如A-F)识别架子位置处的特定仓。在此示例中，存在与基准ID“11”相关联的六个不同仓位置。可以存在与每个基准ID/标记相关联的一个或更多个仓。位于充电区域19和处理站100(图1)中的充电站也可以被存储在表400中并且与基准ID相关。从基准ID，可以在表300(图6)中找到充电站和处理站的位姿。
字母数字仓位置对人类(例如操作员50，图3)是可以理解的，如与仓库10中存储了物品的物理位置相对应。然而，它们对机器人18没有意义。如本文所描述的，通过将位置映射到基准ID，机器人18能够使用表300(图6)中的信息来确定基准ID的位姿，然后导航到该位姿。
在流程图500(图8)中描绘了根据本发明的订单履行过程。在步骤502中，仓库管理系统15(图1)获得订单，该订单可以由一个或更多个要取回的物品构成。在步骤504中由仓库管理系统15确定物品的SKU编号，并且根据SKU编号，在步骤506中确定仓位置。订单的仓位置的列表然后被发送到机器人18。在步骤508中，机器人18使仓位置与基准ID相关联，并且从基准ID，在步骤510中获得每个基准ID的位姿。在步骤512中机器人18导航到如图3所示的位姿，其中操作员能够从适当的仓挑选要取回的物品并将其放置在机器人上。
由仓库管理系统15获得的诸如SKU编号和仓位置的物品特定信息能够被发送到机器人18上的平板48，使得当机器人到达每个基准标记位置时，能够向操作员50告知要取回的特定物品。
在SLAM地图和基准ID的位姿已知的情况下，机器人18能够使用各种机器人导航技术来容易地导航到基准ID中的任何一者。优选方法涉及考虑到仓库10中的开放空间112以及墙壁114、架子(诸如架子12)和其他障碍物116的知识来设置到基准标记位姿的初始路线。当机器人开始使用其激光雷达26穿越仓库时，其确定在其路径中是否存在任何障碍物，无论是固定的还是动态的，诸如其他机器人18和/或操作员50，并且将其路径迭代地更新到基准标记的位姿。机器人重新规划其路线大约每50毫秒一次，从而在避开障碍物的同时不断地搜索最高效且有效的路径。
通常，机器人在仓库10a内的定位是通过在SLAM虚拟地图上操作的多对多多分辨率扫描匹配(M3RSM)实现的。与蛮力方法相比较，M3RSM极大地减少了机器人执行SLAM环路闭合和扫描匹配(确定机器人位姿和方位中的两个关键步骤)的计算时间。通过根据于2017年9月22日提交并通过引用整体地并入本文的标题为Multi-Resolution Scan Matchingwith Exclusion Zones的相关美国申请序号15/712,222中公开的方法来使M3SRM搜索空间最小化，进一步改进了机器人定位。
利用与SLAM导航技术组合的产品SKU/基准ID到基准位姿映射技术(两者在本文中有所描述)，机器人18能够非常高效地且有效地航行于仓库空间，而不必使用通常使用的涉及网格线和中间基准标记的更复杂导航方法来确定仓库内的位置。
通常，在仓库中存在其他机器人和移动障碍物情况下的导航是通过包括动态窗口法(DWA)和最优互惠碰撞避免(ORCA)的碰撞避免方法实现的。DWA在可行的机器人运动轨迹当中计算增量移动，该增量移动避免与障碍物的碰撞并且有利于通往目标基准标记的期望路径。ORCA最优地避免与其他移动机器人的碰撞，而不需要与其他机器人通信。导航作为沿着以大约50ms更新间隔计算的轨迹的一系列增量移动继续进行。通过于2017年9月22日提交并通过引用整体地并入本文的标题为Dynamic Window Approach Using OptimalReciprocal Collision Avoidance Cost-Critic的相关美国申请序号15/712,256中描述的技术，可以进一步改进碰撞避免。
参考图9，典型的订单履行仓库的图像600描绘装满了能够被包括在客户订单中的各种物品的多个架子，包括例如架子602a-602f。在架子单元602a-602f之间是走道604a-604f并且在走道的每一侧并沿着架子单元的面往走道下方延伸的是第一多个物品位置606a-606f(即位姿)。在第一多个物品位置对面的是第二多个物品位置608a-608f。如上所述，每个物品位置/位姿与具有基准标识的基准标记相关联。基准标记/标识由与物品位置/位姿相邻定位的编号点(例如与走道604a中的位姿606a相邻的编号2637-2651)指示。当下订单时，订单中的物品的SKU由仓库管理系统15(图1)确定，并且从SKU确定仓位置。仓位置是在架子上存储了物品的物理空间或容器。从那里，仓位置与基准ID相关且从基准ID，获得每个基准ID的位姿或物品位置。因此，与订单中的物品相对应的每个SKU被映射到物品位置/位姿，并且机器人导航到该物品位置/位姿以到达物品附近。
机器人通常会在各个订单中具有多个物品并且可以被一次指配多个订单。机器人然后可以基于订单中的各种物品的位姿位置来选择拣选物品(或执行诸如上架或维护的其他功能)的优化顺序或次序以提高效率。例如，可以选择物品的次序以使整体行进距离最小化，消除回溯，或者采取某种预定义路线通过仓库。建立初始/优化订单序列超出本发明的范围，因此不作详细描述。
在图像600中，当前作为由机器人正在执行的订单之一的部分的物品的物品位置或位姿被识别为所谓的“活动”物品位置或位姿。在此示例中，这些活动位置由位姿周围的中间不着色或中间用诸如黑色的颜色填充的圆圈指示。这能够通过使用其他几何形状或通过用特定颜色突出活动位置或以任何其他期望的方式来表示。同样示出了分散在仓库各处以为机器人从架子拣选物品服务的许多操作员，每个操作员通过菱形标记来指示。在此示例中，仅示出了走道604a-f的某些部分中的活动位置和操作员，因为此有限区域是此示例的焦点。应理解，其他操作员和活动位置将分散在仓库各处的位置中。
当机器人接到一个或更多个订单时，基于物品在仓库中的位置来为订单中的物品建立机器人的初始拣选顺序。可以使用用于设置拣选顺序的任何合适的算法。然而，当机器人根据初始拣选顺序在仓库中行进从而执行其订单时，可能存在这样的情形，即在机器人正导航到的下一个物品位置的区域中没有或存在有限数目的操作员。如果机器人将简单地继续到下一个物品位置，则这可能会导致延迟。即使在给定区域中存在一个或更多个操作员但是也存在需要服务的许多其他机器人的情形下，机器人也可能经历服务延迟。此类延迟可能比所希望的长，并且当跨越许多机器人和在更长的时间段期间倍增时，这可能对整体仓库效率具有不希望的影响。利用当前发明，评估并利用操作员与指配给机器人的订单中的物品的物品位置的接近度以将机器人重新定向到其初始指配顺序之外的物品以便提高效率。
根据本发明的一个方面，可以调整订单中的物品的初始顺序以确保操作员存在于物品位置处。继续参照图9，仓库可以被划分成多个区域。可以以各种方式(包括在仓库的走道内或跨越多个走道)建立这些区域。在走道内，可以建立贯穿走道的长度的一个区域，或者走道可以被划分成沿着其长度的多个区域。依据仓库的大小和配置，区域可以横跨不止一个走道。如走道604a中描绘的，可以建立多个区域。在此示例中，走道604a被划分成四个区域；即，沿着其长度的区域620、622、624和626。当然，此走道可以被划分成更多个或更少个区域。相比之下，走道604e形成单个区域。走道604f比走道604a-604e短得多，但是其可以被划分成不止一个区域。在此示例中，仅示出了区域630。横跨走道604b至604d的底部部分的是区域632。给定仓库的区域通常会被划分成均匀大小；然而，在此示例中，出于说明目的示出了不同大小和类型的区域。
像620和632这样的某些区域包括活动物品位置，但是不包括在物品位置处为机器人服务的任何操作员。像622、624、626和630这样的其他区域包括一个或更多个活动物品位置和一个或更多个操作员。为了简化本发明的一个方面的描述，我们尚未在多个区域中或在仓库的其他部分中示出任何机器人，并且仅在主要水平地定向的走道642中描绘了单个机器人640，该走道穿越较长的垂直地定向的走道(诸如604a-e)和较短的走道(诸如604f)的末端。当然，在正常条件下，多个机器人将在仓库各处的不同位置处工作。与机器人640的订单中的物品相关联的活动物品位置被描述为黑色圆圈。其他活动物品位置与仓库中的其他机器人(未示出)的订单相关联，并且被描绘为没有中间着色的圆圈。
参照图10，流程图700描绘了根据本发明的一个方面的用于基于操作员位置来选择为了执行订单要进行到的下一个物品位置的算法的操作。当在当前位置处时，步骤702，机器人640通过在步骤704首先识别包括与由机器人640正在执行的订单中的物品相关联的至少一个物品位置的区域来确定接下来要进行到哪个活动物品位置。在图9所示的示例中，区域是620、624、626、628和632，如由每一个区域中的黑色圆圈所指示的。在步骤706，从被识别为包括与由机器人接收到的订单中的物品相关联的至少一个物品位置的区域，确定包括多个操作员中的至少一个操作员的区域。在该示例中，包括操作员的区域是区域624、626和628。
对于每个物品位置，在步骤708中评估与机器人640的当前位置相关且与物品位置相关的准则。该准则可以包括例如机器人640的当前位置与具有操作员的区域中的物品的物品位置之间的行进距离。继续该示例，可以将从机器人640到区域624、626和628(两个物品)中的每一者的物品位置的距离确定为D1、D2、D3、D4。
在步骤710中，可以基于对与机器人的当前位置相关且与和至少一个操作员所位于的区域相相关联的物品位置相关的评估来选择订单中的物品的机器人将从当前位置导航到的物品位置。为了优化效率并且确保机器人尽可能在最短时间内执行订单，下一个物品位置可以被选择为在具有操作员的区域中最接近当前位置。这应当使得机器人相对于其他物品位置在最短时间内到达下一个位置。因此，距离D1、D2、D3和D4被评估并且D1被确定为最短距离。因此，D1被选择为机器人640将导航到的下一个物品位置。
可以设置某些阈值，使得如果物品位置或区域大于一定距离或行进时间远，则系统甚至不考虑它们。应当注意，机器人640的最近物品位置在区域632中的走道604d中。虽然此物品位置比其他物品位置更近，但是其未被考虑，因为在区域632中不存在操作员。由于在区域中没有操作员，所以预计操作员到达的等待时间量被假定为大于行进到其他更远的物品位置的额外时间。
在步骤712中，机器人导航到下一个物品位置，并且当在下一个物品位置处时，机器人等待操作员在该位置处执行订单，例如对与物品位置相关联的物品执行拣选功能。此位置然后是机器人的“当前位置”，步骤702，并且系统继续该过程，直到所有订单都已经被执行。
除距离之外的其他准则可以用于评估物品位置。它们可以包括例如行进时间、每个区域中的操作员的数目、每个区域中的活动位置的数目、以及其订单的原始顺序中的数目。在行进时间的情况下，这与只使用距离相比较可以提供对机器人640可以多快地到达每个物品位置的更好评估。这是因为在仓库的某些部分中，可以实现速度限制和/或需要的停止，这可能导致机器人到达在距离上离其他位置较远但花费较少时间到达的物品位置。
另外，当距离或行进时间在多个物品位置之间可比较时，可以考虑订单中的原始物品顺序。例如，与另一物品相比离机器人的距离可以相同或稍微较远的一个物品可能由于其在原始物品顺序中的较早位置而优先于另一物品。例如，当两个物品从当前位置是基本上相同的行进距离或行进时间时，原始物品顺序中的7个物品中的3个可能优先于原始物品序列中的7个物品中的4个，因为尽可能多地维持原始物品顺序可能有整体优势。
在替代实施例中，一个区域可以以各种方式优先于另一区域，所述各种方式包括当一区域具有较高数目的操作员或较高的操作员与机器人比或两者的组合时优于作为可比较距离/行程的另一物品位置而选择一个物品位置。这些因素可以减少机器人在物品位置处执行功能所花费的时间。参照图9，区域628中的活动位置可以优先于区域626中的活动区域，因为与区域626中的一个操作员相比较，在区域628中有两个操作员。例如，即使到区域626中的活动位置的距离与区域628中的活动位置相比相同或较短(短了预定量)，也可以将区域628中的活动位置选择为下一个位置，因为有更多个操作员。
不管将机器人的拣选顺序调整到具有操作员的区域的上述过程，可能存在如下情形：将机器人引导到存在太多拥挤的位置是不希望的且效率低的。为了避免这个，机器人可以与机器人监测服务器进行通信，该机器人监测服务器基于导航空间内的机器人或操作员的集群来跟踪拥挤以提高导航效率。在集群变得太集中的情况下，能够形成拥挤区域，这能够使操作员和机器人阻碍其他操作员和机器人的通行和行进速度，从而引起效率低的延迟并增加碰撞风险。
在以上关于图9和图10描述的算法将机器人引导到拥挤太高的区域中的物品的情况下，可以进一步调整机器人的路线以避免这种拥挤。拥挤管理方法的示例在整体地并入本文、2019年2月1日提交、标题为Robot Congestion Management的以下共同拥有的专利申请：美国申请No.16/265,703中有所描述。
非限制性计算装置示例
可以以各种方式实现用于机器人和WMS的上述系统和软件。图11是依照如以上参照图1-10描述的各种实施例的诸如可以使用的示例性计算装置1010或其部分的框图。计算装置1010包括用于存储用于实现示例性实施例的一个或更多个计算机可执行指令或软件的一个或更多个非暂时性计算机可读介质。非暂时性计算机可读介质可以包括但不限于一种或更多种类型的硬件存储器、非暂时性有形介质(例如，一个或更多个磁性存储盘、一个或更多个光盘、一个或更多个闪存驱动器)等。例如，计算装置1010中包括的存储器1016可以存储用于执行本文公开的操作的计算机可读和计算机可执行指令或软件。例如，存储器可以存储被编程为执行如关于图1-15所讨论的各种所公开的操作的软件应用1040。计算装置1010还可以包括可配置和/或可编程处理器1012和相关核1014，并且可选地包括一个或更多个额外可配置和/或可编程处理器件，例如，处理器1012'和相关核1014'(例如，在计算装置具有多个处理器/核的情况下)，以用于执行存储在存储器1216中的计算机可读和计算机可执行指令或软件以及用于控制系统硬件的其他程序。处理器1012和处理器1012'可以各自是单核处理器或多核(1014和1014')处理器。
可以在计算装置1010中采用虚拟化，使得可以动态地共享计算装置中的基础设施和资源。可以提供虚拟机1024来处理在多个处理器上运行的进程，使得该进程看起来正在使用仅一个计算资源而不是多个计算资源。也可以用一个处理器来使用多个虚拟机。
存储器1016可以包括计算装置存储器或随机存取存储器，诸如但不限于DRAM、SRAM、EDO RAM等。存储器1016也可以包括其他类型的存储器或其组合。
用户可以通过诸如计算机监视器的视觉显示装置1001(111A-D)与计算装置1010交互，该视觉显示装置1001可以显示可以依照示例性实施例提供的一个或更多个用户界面1002。计算装置1010可以包括用于从用户接收输入的其他I/O装置，例如，键盘或任何合适的多点触摸接口1018、指点装置1020(例如，鼠标)。键盘1018和指点装置1020可以耦接到视觉显示装置1001。计算装置1010可以包括其他合适的常规I/O外围装置。
计算装置1010也可以包括一个或更多个存储装置1034，诸如但不限于硬盘、CD-ROM、或其他计算机可读介质，以用于存储执行本文公开的操作的数据和计算机可读指令和/或软件。示例性存储装置1034也可以存储用于存储实现示例性实施例所需要的任何合适的信息的一个或更多个数据库。可以在任何合适的时间手动地或自动地更新数据库以添加、删除和/或更新数据库中的一个或更多个项目。
计算装置1010能够包括被配置为通过各种连接经由一个或更多个网络装置1032来与一个或更多个网络(例如，局域网(LAN)、广域网(WAN)或互联网)接口的网络接口1022，该各种连接包括但不限于标准电话线、LAN或WAN链路(例如，802.11、T1、T3、56kb、X.25)、宽带连接(例如，ISDN、帧中继、ATM)、无线连接、控制器区域网络(CAN)、或上述中的任一者或全部的某种组合。网络接口1022可以包括内置网络适配器、网络接口卡、PCMCIA网卡、卡总线网络适配器、无线网络适配器、USB网络适配器、调制解调器、或适合于将计算装置1010接口到能够通信并执行本文描述的操作的任何类型的网络的任何其他装置。此外，计算装置1010可以是任何计算装置，诸如工作站、台式计算机、服务器、膝上型电脑、手持计算机、平板计算机、或能够通信并具有足够的处理器能力和存储器容量来执行本文描述的操作的其他形式的计算或电信装置。
计算装置1010可以运行任何操作系统1026，诸如以下中的任一者：操作系统(微软，华盛顿雷德蒙德)的版本、Unix和Linux操作系统的不同发行版本、用于Macintosh计算机的MAC />(苹果公司，加利福利亚州库比蒂诺)操作系统的任何版本、iOS或任何嵌入式操作系统、任何实时操作系统、任何开源操作系统、任何专有操作系统、或能够在计算装置上运行并执行本文描述的操作的任何其他操作系统。在示例性实施例中，可以在本机模式或仿真模式下运行操作系统1026。在示例性实施例中，可以在一个或更多个云机器实例上运行操作系统1026。
图12是某些分布式实施例的示例计算装置框图。尽管图1-11和以上示例性讨论的部分参考了各自在各个或公共计算装置上工作的仓库管理系统15或订单服务器14，但是一个人将认识到，仓库管理系统15或订单服务器14中的任一者可以替代地跨网络1105分布在分开的服务器系统1101a-d中，并且可能分布在诸如信息亭、台式计算机装置1102或移动计算机装置1103的用户系统中。例如，订单服务器14和/或区服务器可以分布在机器人18的平板48之中。在一些分布式系统中，仓库管理系统软件、订单服务器软件和区引擎中的任何一者或更多者的模块可以分开地位于服务器系统1101a-d上并且可以跨网络1105彼此通信。
虽然本发明的上述描述使得普通技术人员能够做出和使用目前被认为是其最佳模式的东西，但是普通技术人员将理解和领会在本文中存在特定实施例和示例的变化、组合和等同形式。本发明的上述实施例旨在仅为示例。本领域的技术人员可以在不背离本发明的范围的情况下对特定实施例实现变更、修改和变化，本发明的范围仅由所附权利要求限定。本发明因此不受上述实施例和示例限制。
在已经描述了本发明及其优选实施例后，声称为新的且由专利证书担保的内容是：

Claims (14)

1.一种用于执行指配给在仓库中工作的多个机器人的订单的方法，其中，所述多个机器人与仓库管理系统交互以在多个操作员的协助下执行订单，每个订单包括多个物品，并且每个物品位于所述仓库中，所述方法包括：
由所述多个机器人中的机器人接收要由所述机器人执行的订单，所述订单包括多个物品，每个物品与所述仓库中的物品位置相关联；
在所述仓库内定义多个区域；
识别所述多个区域中的包括与由所述机器人接收到的所述订单中的物品相关联的至少一个物品位置的区域；
从被识别为包括与由所述机器人接收到的订单中的物品相关联的至少一个物品位置的所述区域，确定包括所述多个操作员中的至少一个操作员的区域；
评估与所述机器人的当前位置相关且与和至少一个操作员所处的区域相关联的物品位置相关的准则；
选择所述订单中的物品的所述机器人将从当前位置导航到的物品位置；选择的步骤是基于对与所述机器人的当前位置相关且与和至少一个操作员所处的区域相关联的所述物品位置相关的所述准则的评估。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，执行订单包括对所述订单中的所述物品执行拣选功能、放置功能或维护功能中的一者或更多者。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，评估准则的步骤包括评估以下中的一者或两者：所述机器人的当前位置与和至少一个操作员所处的区域相关联的所述物品位置中的每一个物品位置之间的行进距离或行进时间。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述机器人确定每个订单中的多个物品的初始订单执行顺序，并且其中，评估准则的步骤进一步包括评估以下中的一者或更多者：每个物品在至少一个操作员所处的区域中的订单序列中的次序，或所述机器人的当前位置与和至少一个操作员机器人所处的区域相关联的所述物品位置中的每一个物品位置之间的所述行进距离或所述行进时间。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，选择所述机器人将导航到的所述物品位置的步骤是基于所述机器人的当前位置与和至少一个操作员机器人所处的区域相关联的所述物品位置中的每一个物品位置之间的最短行进距离或最短行进时间。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，评估的步骤包括确定在所述当前位置与相应的物品位置之间的预定距离或行进时间内的所述物品位置；并且其中，选择所述机器人将导航到的所述物品位置的步骤是基于在所述预定距离或行进时间内、在所述初始订单执行顺序中接下来依次是哪些物品位置来确定的。
7.根据权利要求3所述的方法，其中，选择所述机器人将导航到的所述物品位置的步骤是部分地基于以下中的一者或两者来确定的：所述多个区域中操作员的数量较高的区域或操作员-机器人比较高的区域。
8.一种机器人，所述机器人被配置为执行由仓库管理系统指配的订单，每个订单包括多个物品，并且每个物品位于仓库中的多个区域之一内的物品位置处，所述机器人包括：
移动基部；
通信装置，所述通信装置使得能实现所述机器人与所述仓库管理系统之间的通信；以及
处理器和存储器，响应于与所述管理系统的通信，所述处理器和存储器被配置为：
接收要由所述机器人执行的订单，所述订单包括多个物品，每个物品与所述仓库中的物品位置相关联；
识别所述多个区域中的包括与由所述机器人接收到的所述订单中的物品相关联的至少一个物品位置的一个或更多个区域；
从被识别为包括与由所述机器人接收到的所述订单中的物品相关联的至少一个物品位置的所述一个或更多个区域，确定包括所述多个操作员中的至少一个操作员的一个或更多个区域；
评估与所述机器人的当前位置相关且与和至少一个操作员所处的一个或更多个区域相关联的所述物品位置相关的准则；以及
选择所述订单中的物品的所述机器人将从当前位置导航到的物品位置；所述选择是基于对与所述机器人的当前位置相关且与和至少一个操作员所处的一个或更多个区域相关联的所述物品位置相关的所述准则的评估。
9.根据权利要求8所述的机器人，其中，执行订单包括对所述订单中的所述物品执行拣选功能、放置功能或维护功能中的一者或更多者。
10.根据权利要求8所述的机器人，其中，所述处理器和存储器被配置为：评估以下中的一者或两者：所述机器人的当前位置与和至少一个操作员所处的一个或更多个区域相关联的所述物品位置中的每一个物品位置之间的行进距离或行进时间。
11.根据权利要求9所述的机器人，其中，所述处理器和存储器被配置为：确定每个订单中的所述多个物品的初始订单执行顺序，并且评估以下中的一者或更多者：每个物品在至少一个操作员所处的一个或更多个区域中的订单序列中的次序，或所述机器人的当前位置与和至少一个操作员机器人所处的一个或更多个区域相关联的所述物品位置中的每一个物品位置之间的所述行进距离或所述行进时间。
12.根据权利要求11所述的机器人，其中，所述处理器和存储器被配置为：基于所述机器人的当前位置与和至少一个操作员机器人所处的一个或更多个区域相关联的所述物品位置中的每一个物品位置之间的最短行进距离或最短行进时间，选择所述机器人将导航到的所述物品位置。
13.根据权利要求11所述的机器人，其中，所述处理器和存储器被配置为：确定在所述当前位置与相应的物品位置之间的预定距离或行进时间内的所述物品位置，并且基于在所述预定距离或行进时间内、在所述初始订单执行顺序中接下来依次是哪些物品位置，选择所述机器人将导航到的所述物品位置。
14.根据权利要求10所述的机器人，其中，所述处理器和存储器被配置为：部分地基于以下中的一者或两者来选择所述机器人将导航到的所述物品位置：所述多个区域中操作员数量较高的区域或较高的操作员-机器人比较高的区域。
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