CN116829480A - 用于使用相机来检测网格上的机器人位置的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于追踪容器搬运车辆在网格上的位置的系统和方法，该容器搬运车辆相对于铺设在形成储存网格的框架结构上的导轨遵循设定路线，该车辆具有连接到驱动器的第一组轮和第二组轮以用于使车辆在网格上在对应的x方向和y方向上移动，其中，5容器搬运车辆具有：至少一个相机，安装在容器搬运车辆下方以在容器搬运车辆运动时向下录制；以及用于将图像传输到计算机系统的器件，该计算机系统利用图像处理算法来处理所传送的图像并检测位于图像中的导轨交叉部。

Description

用于使用相机来检测网格上的机器人位置的系统和方法

本发明涉及一种用于储存和取出容器的自动储存和取出系统，具体地涉及一种用于测量容器搬运车辆在网格上的精确位置的方法。

背景技术

图1公开了具有框架结构100的常见的现有技术的自动储存和取出系统1，并且图2和图3公开了适合在这种系统1上运行的两种不同的现有技术的容器搬运车辆201、301。

框架结构100包括多个直立构件102和多个水平构件103，这些水平构件由直立构件102支撑。构件102、103通常可以由金属(例如挤压铝型材)制成。

框架结构100限定储存网格104，该储存网格包括成排布置的储存列105，在这些储存列105中，储存容器106(也称为箱)一个堆叠在另一个的顶部上以形成堆垛107。储存网格104防止储存容器106的堆垛107的水平移动，并且引导容器106的竖直移动，但是在堆叠时通常不以其他方式支撑储存容器106。

自动储存和取出系统1包括跨过储存网格104的顶部以网格图案布置的导轨系统108，多个容器搬运车辆201、301在该导轨系统108上运行，以从储存列105提升储存容器106和将储存容器106下降到储存列中，并且还在储存列105上方运输储存容器106。导轨系统108包括第一组平行导轨110和第二组平行导轨111，其中，第一组平行导轨布置为引导容器搬运车辆201、301跨过框架结构100的顶部在第一方向X上移动，第二组平行导轨布置为垂直于第一组导轨110，以引导容器搬运车辆201、301在垂直于第一方向X的第二方向Y上移动。以这种方式，导轨系统108限定网格列112，在该网格列上方，容器搬运车辆201、301可以在储存列105上方横向移动，即在平行于水平X-Y平面的平面内移动。

自动储存和取出系统1的控制系统500示出为与车辆200、300通信。

每个现有技术的容器搬运车辆201、301都包括车身201a、301a以及第一组轮和第二组轮201b、301b、201c、301c，这些组轮使得容器搬运车辆201、301能够分别在X方向和Y方向上横向移动。在图2和图3中，每组中的两个轮完全可见。第一组轮201b、301b布置为与第一组导轨110中的两个相邻的导轨接合，并且第二组轮201c、301c布置为与第二组导轨111中的两个相邻的导轨接合。可以升高和降低每一组轮201b、301b、201c、301c，使得第一组轮201b、301b和/或第二组轮201c、301c可以在任何时间与相应的一组导轨110、111接合。

每个现有技术的容器搬运车辆201、301还包括升降装置(未示出)，以用于储存容器106的竖直运输，例如，将储存容器106从储存列105提升和将储存容器106下降到储存列中。升降装置包括适于与储存容器106接合的一个或多个夹持/接合装置，并且该夹持/接合装置可以从车辆201、301降低，从而可以在与第一方向X和第二方向Y正交的第三方向Z上调节夹持/接合装置相对于车辆201、301的位置。

常规上以及出于本申请的目的，Z＝1表示网格104的最上层，即在导轨系统108紧下方的层，Z＝2表示导轨系统108下方的第二层，Z＝3表示第三层等。在图1中公开的示例性现有技术网格中，Z＝8表示网格104的最下侧的底层。类似地，X＝1…n和Y＝1…n表示每个网格列112在水平平面中的位置。因此，作为实例，并且使用图1中所示的笛卡尔坐标系X、Y、Z，可以说在图1中标识为106’的储存容器占据X＝10、Y＝2、Z＝3的网格位置或单元。可以说容器搬运车辆201、301在Z＝0层中行进，并且每个储存列112可以通过其X坐标和Y坐标来标识。

每个现有技术的容器搬运车辆201、301都包括储存隔室或空间，以用于在导轨系统108上运输储存容器106时接收并装载储存容器106。储存空间可以包括在车身201a内居中布置的腔(如图2中所示)以及例如在WO2015/193278A1中所描述的，该申请的内容通过引证并入本文。

图3示出了具有悬臂结构的容器搬运车辆301的替代配置。这种车辆在例如NO317366中详细描述，该申请的内容也通过引证并入本文。

图2中所示的中央腔式容器搬运车辆201的占用区域可以覆盖在X方向和Y方向上尺寸大致等于网格列112的横向范围(即网格列112在X方向和Y方向上的范围)的区域，例如，如WO2015/193278A1中所描述的，该申请的内容通过引证并入本文。本文中使用的术语“横向的”可以表示“水平的”。

可替代地，中央腔式容器搬运车辆101的占用区域可以大于通过网格列112限定的横向区域，例如，如WO2014/090684A1中公开的。

导轨系统108可以是单导轨系统，如图4中所示。可替代地，导轨系统108可以是双导轨系统，如图5中所示，从而允许占用区域通常与由网格列112限定的横向区域对应的容器搬运车辆201沿着一排网格列行进，即使另一容器搬运车辆201位于与该排网格列相邻的网格列上。单导轨系统和双导轨系统二者或者在单导轨系统108中包括单导轨布置和双导轨布置的组合在水平平面P中形成网格图案，该网格图案包括多个矩形且一致的网格位置或网格单元122，其中，每个网格单元122包括网格开口115，该网格开口由第一组轨道110的一对轨道110a、110b和第二组轨道111的一对轨道111a、111b界定。在图5中，网格单元122用虚线框表示。

因此，轨道110a和110b形成沿X方向延伸的限定平行的多排网格单元的多对轨道，并且轨道111a和111b形成沿Y方向延伸的限定平行的多排网格单元的多对轨道。

如图6中所示，每个网格单元122的宽度Wc通常在30cm至150cm的间隔内，并且每个网格单元的长度Lc通常在50cm至200cm的间隔内。每个网格开口115的宽度Wo和长度Lo通常比网格单元122的宽度Wc和长度Lc小2cm至10cm。

在X方向和Y方向上，相邻的网格单元布置为彼此接触，使得在它们之间没有空间。

在储存网格104中，大部分网格列112是储存列105，即，在网格列105中储存容器106以堆垛107的形式储存。然而，网格104通常具有至少一个不用于存储储存容器106的网格列112，但该网格列包括容器搬运车辆201、301可以卸载和/或拾取储存容器106的位置，以便储存容器可以被运输到存取站(未显示)，在该存取站，储存容器106可以从网格104的外部存取或者被移出或移进网格104。在本领域内，这样的位置通常被称作“端口”，并且端口所在的网格列112可以被称作“端口列”119、120。到存取站的运输可以是任何方向的，即水平的、倾斜的和/或竖直的。例如，储存容器106可以放置在储存网格104内的随机或专用网格列112中，然后由任意容器搬运车辆拾取并运输到端口119、120，以用于进一步运输到存取站。注意，术语“倾斜”意味着储存容器106的运输具有在水平与竖直之间的某一常规运输取向。

图1中的网格104包括两个端口列119和120。第一端口列119例如可以是专用的卸载端口列，在该卸载端口列，容器搬运车辆201、301可以卸载要运输到存取站或转运站的储存容器106，并且第二端口列120可以是专用的拾取端口列，在该拾取端口列，容器搬运车辆201、301可以拾取已经从存取站或转运站运输到网格104的储存容器106。

存取站通常可以是拣选站或存货站，在该拣选站或存货站，产品物品从储存容器106移除或放置到储存容器中。在拣选站或存货站中，储存容器106通常不从自动储存和取出系统1中移除，而是在进行存取后，再次返回到网格104中。端口还可以用于将储存容器移出或移进网格104，例如将储存容器106转移到另一个储存设施(例如另一个网格或另一个自动储存和取出系统)、运输车辆(例如火车或卡车)或生产设施。

通常采用包括传送器的传送器系统在端口列119、120与存取站之间运输储存容器。

如果端口列119、120和存取站位于不同的水平高度处，则传送器系统可以包括具有竖直部件的升降装置，以用于在端口列119、120与存取站之间竖直运输储存容器106。

传送器系统可以布置为在不同的网格之间转移储存容器106，例如，如在WO2014/075937A1中所描述的，该申请的内容通过引证并入本文。

当要存取储存在图1中公开的网格104中的储存容器106时，指示一个容器搬运车辆201、301中从目标储存容器106在网格104中的位置取出该目标储存容器，并将该目标储存容器运输到卸载端口列119。该操作涉及将容器搬运车辆201、301移动到目标储存容器106所在的储存列105上方的网格位置，使用容器搬运车辆201、301的升降装置(未示出)从储存列105取出储存容器106，以及将储存容器106运输到卸载端口列119。如果目标储存容器106位于堆垛107的深处，即一个或多个其他储存容器106位于目标储存容器106上方，则该操作还涉及在从储存列105提升目标储存容器106之前，临时移动位于上方的储存容器。该步骤(在本领域内有时被称作“挖掘”)可以利用随后用于将目标储存容器运输到卸载端口列119的同一容器搬运车辆来执行、或者利用一个或多个其他协作的容器搬运车辆来执行。可替代地或附加地，自动储存和取出系统1可以具有专门用于从储存列105临时移除储存容器的任务的容器搬运车辆。在目标储存容器106已经从储存列105中移除后，临时移除的储存容器可以重新放置到原始储存列105中。然而，移除的储存容器可以替代地重新定位到其他储存列中。

当储存容器106要被储存在网格104中时，指示一个容器搬运车辆201、301从拾取端口120拾取储存容器106，并将该储存容器运输到将储存该储存容器的储存列105上方的网格位置。在移除位于或高于储存列堆垛107内的目标位置的任何储存容器后，容器搬运车辆201、301将储存容器106定位到期望位置。移除的储存容器然后可以下降回到储存列105中，或者被重新定位到其他储存列。

为了监控和控制自动储存和取出系统1，例如监控和控制各个储存容器106在网格104内的位置、每个储存容器106的内容物以及容器搬运车辆201、301的移动使得可以在所需时间将所需的储存容器106传送到所需位置而容器搬运车辆201、301不会相互碰撞，自动储存和取出系统1包括控制系统，该控制系统通常是计算机化的并且通常包括用于保持追踪储存容器106的数据库。

当容器搬运车辆需要改变轨道时，由于容器搬运车辆未处于精确的正确位置而存在轮脱离导轨的危险。如果容器搬运车辆仅偏离几毫米，则存在下降到导轨上的轮很有可能脱离其轨道。如果容器搬运车辆脱离其轨道，则可能导致整个网格在解决该问题的同时停机，或者可能导致碰撞。

已知的是在机器人穿过网格结构时使用例如接近传感器来进行检测。接近传感器发射光并测量有多少光被反射回传感器。该解决方案的问题在于，传感器容易受到透镜上的灰尘、轨道上的污垢和碎屑或者甚至网格单元中的容器中储存的反光商品的影响。这可能产生假负读值或假正读值，从而导致容器搬运车辆脱离其轨道。

发明内容

在独立权利要求中进行阐述了本发明并示出了本发明的特征，而从属权利要求描述了本发明的其他特征。

在一个方面中，本发明涉及一种用于追踪容器搬运车辆在网格上的位置的系统，该容器搬运车辆相对于铺设在形成储存网格的框架结构上的导轨遵循设定路线，该车辆具有连接到驱动器的第一组轮和第二组轮以用于使车辆在网格上在相应的x方向和y方向上移动，所述车辆包括用于从中央计算机系统接收根据设定路线在x方向和y方向上在起始位置与停止位置之间经过的导轨交叉部的数量的信息的器件，其中，容器搬运车辆具有：至少一个相机，安装在容器搬运车辆下方以在容器搬运车辆运动时向下录制；以及用于将图像传输到计算机系统的器件，该计算机系统利用图像处理算法来处理所传送的图像并检测位于图像中的导轨交叉部。

此外，该至少一个相机可以是3D渡越时间相机，而且在容器搬运车辆下方可以设置有两个或更多个相机以在容器搬运车辆运动时向下录制，并且该两个或更多个相机指向不同的方向。

在第二方面中，本发明涉及一种用于追踪容器搬运车辆的位置的方法，该容器搬运车辆相对于铺设在形成储存网格的框架结构上的导轨遵循设定路线行驶，该车辆具有连接到驱动器的第一组轮和第二组轮以用于使车辆在网格上在对应的x方向和y方向上移动，该方法包括：

根据设定路线接收在x方向和y方向上在起始位置与停止位置之间经过的导轨交叉部的总数量的信息；

在容器搬运车辆运动时通过使用安装在容器搬运车辆下方的至少一个相机向下录制来检测和监控当车辆根据设定路线在x方向和y方向上移动时经过的导轨，

将图像传输到计算机系统，

使用图像处理算法来处理所传送的图像，

检测位于图像中的导轨，

基于在图像中检测到的导轨来推断容器搬运车辆的位置。

使用位于容器搬运车辆下方的3D渡越时间相机来检测容器搬运车辆在网格上的位置。

使用两个或更多个相机来准确地检测容器搬运车辆在网格上的位置。

使用两个或更多个相机在两个或更多个方向上在容器搬运车辆下方进行录制。

将图像传输到中央计算机系统或者位于容器搬运车辆上的计算机系统。

附图说明

附上以下附图以便于理解本发明。附图示出了本发明的实施方式，现在将仅通过实例的方式来描述这些实施方式，在附图中：

图1是现有技术的自动储存和取出系统的框架结构的立体图。

图2是现有技术的容器搬运车辆的立体图，该容器搬运车辆具有用于在其中承载储存容器的居中布置的腔。

图3是现有技术的容器搬运车辆的立体图，该容器搬运车辆具有用于在下方承载储存容器的悬臂。

图4是列的俯视图，示出了在X方向和Y方向上的单导轨系统。

图5是列的俯视图，示出了在X方向上的两个导轨以及在Y方向上的两个导轨。

图6是网格单元的俯视图。

图7是容器搬运车辆的侧视图，其中，在该容器搬运车辆下方安装有相机以用于追踪容器搬运车辆的位置。

图8是网格中的单元的拐角的局部俯视图。

具体实施方式

在下文中，将参考所附附图更详细地讨论本发明的实施方式。然而，应当理解，附图并不旨在将本发明限制于附图中所描绘的主题。

自动储存和取出系统1的框架结构100根据上面结合图1到图3描述的现有技术框架结构100来构建，即多个直立构件102和多个水平构件103，这些水平构件由直立构件102支撑，并且该框架结构100还包括在X方向和Y方向上的第一上部导轨系统108。

框架结构100还包括储存列105形式的储存隔室，该储存列设置在构件102、103之间，其中储存容器106可以在储存列105内堆叠成堆垛107。

框架结构100可以是任何尺寸的。具体地，应理解，该框架结构可以比图1中公开的框架结构更宽和/或更长和/或更深。例如，框架结构100可以具有超过700×700列的水平范围以及超过十二个容器的储存深度。

图7是容器搬运车辆的侧视图，其中，在该容器搬运车辆下方安装有相机以用于追踪容器搬运车辆的位置。

该图示出了位于网格上的列上方的容器搬运车辆的侧视图。尽管该图示是具有悬臂解决方案的容器搬运车辆，但是本发明同样适用于图2中示出的中央腔式机器人。在该图中，相机示出为安装在容器搬运车辆的下侧。该相机安装有向下指向的镜头。

通过使用附接到容器搬运车辆的下侧的相机并且使该相机向下指向并且至少在容器搬运车辆运动时进行录制，可以精确地找到容器搬运车辆的位置。当容器搬运车辆在网格上移动时，水平构件103将穿过相机的视野并且该相机将记录水平构件在每个图像帧中的位置。来自相机的图像被传送到计算机。在本发明的一实施方式中，计算机可以位于容器搬运车辆上。在另一实施方式中，计算机可以是中央计算机系统。计算机使用图像处理算法来找到图片帧中的水平构件。根据水平构件在图片帧中的位置，推断容器搬运车辆的位置。

因此，通过对已穿过图像的水平构件的数量进行计数，计算机可以精确地知晓容器搬运车辆在网格上的位置。通过分析水平构件在图像中的移动方向，计算机还可以检测容器搬运车辆的移动方向。为了精确地确定容器搬运车辆应当停止的位置，计算机系统计算水平构件应当在框架中的位置。此外，通过计算图像中网格边缘距其应在的位置的距离，计算机系统可以计算容器搬运车辆距确切位置的距离。计算机系统可以指示容器搬运车辆沿任一方向移动给定距离，以便根据该容器搬运车辆被赋予的任务而使其完美定位。

图8示出了边缘801，该边缘在由安装于容器搬运车辆下方的相机录制的图片中检测到。根据网格在图片中的位置、水平构件在图片中的位置，推断机器人的位置。该图示出了在一图片中检测到的水平构件的图像。检测点802相对于相机的零点处于坐标(4，5)处。

该方法提高了容器搬运车辆的估计质量。该方法对于网格单元中的轨道和物体上的灰尘、污垢将是更稳健的。由于相机位于容器搬运车辆下方，该相机在容器搬运车辆的搬运期间也受到保护。

可替代地，可以使用3D渡越时间相机，该3D渡越时间相机将为检测算法提供额外的信息，从而可以产生更稳健的结果。渡越时间相机发出光，这使得相机几乎不受光条件改变的影响。此外，使用3D渡越时间相机，光脉冲的渡越时间不易受到轨道上的污垢或网格单元中的反射物体的影响。

在本发明的一替代实施方式中，可以在容器搬运车辆的底部安装两个或更多个相机。这些相机可以指向不同的方向，以便更容易地检测到通过计算机系统中的算法处理的图像中的网格。

在前面的描述中，已经参考说明性实施方式描述了根据本发明的配送车辆以及自动储存和取出系统的多个方面。出于说明的目的，阐述了具体的数量、系统以及配置，以提供对系统及其工作原理的全面理解。然而，该描述并不旨在以限制性的含义进行解释。对所公开的主题所属领域的技术人员来说显而易见是，说明性实施方式的多种修改和变化以及该系统的其他实施方式被视为落在本发明的范围内。

参考标号列表

现有技术(图1至图4)：

1现有技术的自动储存和取出系统

100 框架结构

102 框架结构的直立构件

103 框架结构的水平构件

104 储存网格

105 储存列

106 储存容器

106’储存容器的具体位置

107 堆垛

108 导轨系统

110第一方向(X)上的平行导轨

110a第一方向(X)上的第一导轨

110b第一方向(X)上的第二导轨

111第二方向(Y)上的平行导轨

111a第二方向(Y)上的第一导轨

111b第二方向(Y)上的第二导轨

112 存取开口

115 网格开口

119 第一端口列

120 第二端口列

122 网格单元

201现有技术的容器搬运车辆

201a容器搬运车辆201的车身

201b驱动器件/轮布置，第一方向(X)

201c驱动器件/轮布置，第二方向(Y)

301现有技术的悬臂式容器搬运车辆

301a容器搬运车辆301的车身

301b第一方向(X)上的驱动器件

301c第二方向(Y)上的驱动器件

304 夹持装置

500 控制系统

701 相机

702 网格

801 网格边缘

802 网格边缘检测点

X第一方向

Y第二方向

Z第三方向

Claims (10)

1.一种用于追踪容器搬运车辆在网格上的位置的系统，所述容器搬运车辆相对于在形成储存网格的框架结构上的导轨遵循一路线，所述车辆具有连接到驱动器的第一组轮和第二组轮，以用于使所述车辆在所述网格上在对应的x方向和y方向上移动，所述车辆包括用于从中央计算机系统接收根据所述路线在x方向和y方向上在起始位置与停止位置之间经过的导轨的数量的信息的器件，其特征在于，所述容器搬运车辆具有：至少一个相机，安装在所述容器搬运车辆下方以在所述容器搬运车辆运动时向下录制；以及计算机系统，利用图像处理算法来处理所传送的图像并检测位于所述图像中的所述导轨。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，至少一个所述相机是渡越时间相机。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，在所述容器搬运车辆下方设置有两个或更多个相机，以在所述容器搬运车辆运动时向下录制。

4.根据权利要求2或3所述的系统，其中，两个或更多个所述相机是指向不同方向的。

5.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述相机定位成能够在所述容器搬运车辆位于列上方时拍摄在所述X方向上的至少一个导轨以及在所述Y方向上的至少一个导轨。

6.一种用于追踪容器搬运车辆的位置的方法，所述容器搬运车辆相对于铺设在形成储存网格的框架结构上的导轨遵循一路线，所述车辆具有连接到驱动器的第一组轮和第二组轮，以用于使所述车辆在所述网格上在对应的x方向和y方向上移动，所述方法包括：

-接收根据所设定的路线在x方向和y方向上在起始位置与停止位置之间经过的导轨的总数量的信息，

-在所述容器搬运车辆运动时通过使用安装在容器搬运车辆下方的至少一个相机向下录制来检测和监控当所述车辆根据所述路线在所述x方向和所述y方向上移动时经过的导轨，

-将图像传输到计算机系统，

-使用图像处理算法来处理所传送的图像，

-检测位于所述图像中的导轨，

-基于在所述图像中检测到的导轨来推断所述容器搬运车辆的位置。

7.根据权利要求5所述的方法，使用位于所述容器搬运车辆下方的3D渡越时间相机来检测所述容器搬运车辆在所述网格上的位置。

8.根据权利要求5或6所述的方法，使用两个或更多个相机来检测所述容器搬运车辆在所述网格上的位置。

9.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，使用两个或更多个相机在两个或更多个方向上在所述容器搬运车辆下方进行录制。

10.根据权利要求5至8中任一项所述的方法，将所述图像传输到中央计算机系统或者位于所述容器搬运车辆上的计算机系统。