CN117396960A - 存储库系统 - Google Patents

Abstract

一种存储库系统包括用于存储物体的多个槽、多个导轨以及用于与物体相互作用的机器人。该机器人具有至少两个支脚装置，每个支脚装置具有各自的夹持机构，用于将该支脚装置与导轨可释放地接合。该机器人还具有传送机构，用于在支脚装置中的第一一个或多个支脚装置与导轨中的第一导轨保持接合的同时，将机器人从第一位置移动到第二位置，支脚装置中的一个或多个支脚装置与导轨中的第二导轨在第一位置邻接，支脚装置中的一个或多个支脚装置与导轨中的第三导轨在第二位置邻接。该机器人还具有用于与槽中的物体交互的末端执行器。

Description

存储库系统

技术领域

本公开涉及存储库系统。

背景技术

存储库系统可以提供物体(包括但不限于物理介质物体)的高容量存储。存储库系统包括用于容纳物体的多个槽，以及用于访问物体的至少一个机器人部件。例如，存储库系统可以包括多行，每行包括垂直堆叠的数十或数百个槽。可以提供一个或多个机器人，其可以在槽之间移动，以例如从槽中检索物体，将物体放置在槽中，或者在两个槽之间迁移物体。

存储物理介质物体的存储库系统可以被称为“数据存储库系统”，或“数据档案”。存储磁带盒的数据存储库系统通常被称为“磁带库”(又名磁带仓或磁带点唱机)。存储光盘(例如CD、DVD等)的数据存储库系统通常被称为“光学点唱机”(又名光盘库)。

发明内容

根据本文公开的第一方面，提供了一种存储库系统，包括：多个槽，用于存储物体；多个导轨；以及机器人，用于与物体交互。该机器人包括：至少一个末端执行器(例如读取器、抓取器或其他致动器)，用于与槽中的物体交互；至少两个支脚装置；以及传送机构。每个支脚装置包括各自的夹持机构，用于将该支脚装置与导轨中的一个导轨可释放地接合。该机器人还包括驱动机构，用于沿导轨移动机器人。传送机构被构造并且被布置成：在支脚装置中的第一一个或多个支脚装置与导轨中的第一导轨保持接合的同时，将机器人从第一位置移动到第二位置，支脚装置中的一个或多个支脚装置与导轨中的第二导轨在第一位置邻接，支脚装置中的一个或多个支脚装置与导轨中的第三导轨在第二位置邻接。

在第一位置，机器人能够访问第一组一个或多个槽(即存储库系统的第一位置)。在第二位置，机器人能够访问第二组一个或多个槽(即存储库系统的第二位置)。第二组槽包括机器人在第一位置无法访问的至少一个槽。因此，在位置之间传送机器人以允许机器人访问更多的槽。

可以存在用于允许机器人确定其在存储库系统中的位置的至少一个定位特征(例如RFID标签或光学标记、磁性标记或电容标记)。将机器人从第一位置移动到第二位置可以包括以下一项或多项：使机器人围绕第二支脚旋转出导轨的平面，在导轨的平面中围绕第二支脚旋转机器人，以及在导轨的平面中平移机器人。存储库系统可以包括多个或“集群(swarm)”类似的机器人。

提供本发明内容是为了以简化的形式介绍下面在具体实施方式中进一步描述的一些概念。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题也不限于解决本文中所指出的任何或所有缺点的实现。

附图说明

为了帮助理解本公开并且示出了如何实施实施例，通过示例的方式参考附图，其中：

图1示意性地示出了根据本文所描述的示例的存储库系统；

图2示意性地示出了根据本文所描述的示例的机器人；

图3示出了说明机器人可执行的传送动作的流程图；

图4示意性地示出了机器人可执行的传送动作的示例；

图5示意性地示出了具有多个机器人的示例存储库系统；

图6示意性地示出了两个机器人的示例传递运动。

图7示意性地示出了机器人可执行的传送动作的另一示例；

图8示意性地示出了机器人可执行的传送动作的另一示例；

图9示意性地示出了机器人可执行的传送动作的另一示例；

图10a和10b示意性地示出了示例存储库系统布置；

图11示出了存储库系统的槽的示例布置；

图12示出了存储库系统的槽的示例布置；

图13示意性地示出了在导轨一侧打印的格雷码(Gray code)的示例；

图14示意性地示出了支脚装置的具体示例；

图15a和15b分别示意性地示出了处于打开和闭合状态的夹持机构的具体示例；以及

图16示意性地示出了传送机构的一个具体示例。

具体实施方式

本公开涉及一种具有多个导轨的存储库系统(例如数据存储库系统)，机器人可在导轨上运行。每个机器人可以沿着导轨的长度移动，以访问存储库系统中不同位置的物体。从给定导轨可访问某些位置，但不是所有位置。如下文将详细描述，机器人包括使机器人自身能够在不同导轨之间传送，并且由此访问存储库系统内的更多位置的硬件。即使在不执行不同导轨之间的“完整”传送的情况下，相同的硬件仍然使机器人能够相对于至少一个导轨移动(例如，机器人可能会移开以让另一个机器人通过)。本文所述的示例提供以下优点中的一个或多个：

更高的可用性和最小的故障影响半径——机器人不局限于一对导轨。机器人或单个一对导轨等的任何故障都不会导致该导轨上其余机器人的故障，它们可以在未受影响的部分上自由移动，并且通过超越故障机器人/导轨部分来避开故障点。

分布式智能——在一些示例中，机器人可以是自主的，这意味着它们能够更有效地对周围环境的变化做出反应，增加了额外的安全层。传感器的板载处理避免了通过高带宽通信通道将传感器数据从机器人流式传输到控制器的需要，提高了可靠性并实现了更大的集群。

灵活的布局和可靠的存储——存储库系统中的功能元素(例如写入器、读取器、存储单元等)通过机器人用来传送的导轨网络统一。由于机器人可以在导轨之间传送，因此这些元素之间的连接没有任何限制(不同布置将更适合不同的情况)。模块化提供了弹性和基于工作负载属性扩展系统的能力(例如增加读取/写入吞吐量和/或系统的存储容量)。此外，机器人可以独立获取。也就是说，随着工作负载的增加，可以根据需要添加更多机器人，从而独立于存储设备扩展机器人技术。

紧凑、轻便和敏捷的机器人设计——沿着单个轴移动而不是支持多个轴，使机器人更小、更轻、需要更少的专业制动器和机械师，并使用更少的功率操作。

服务灵活性——在正常操作期间，机器人可以在不同导轨之间传送，这意味着任何机器人都可以访问库中的任何介质或任何读取/写入驱动器。这有助于根据工作负载需求进行负载平衡。此特征还支持额外的路由选项，在拥堵加剧的情况下改善对介质的访问(传统磁带库机器人在介质和驱动器的任何物体之间只有一条路由，即经由少数机器人中的一个机器人，即瓶颈)。

高性能——将安装/卸载功能与拣选/交付功能分离，允许在与驱动器相邻的位置准备介质(可能存在机器人拥堵问题)，并且加快介质的交换。这最大化了驱动器的利用率并且提高了它们的效率。功能的拆分还允许专门针对其任务进行设计，从而实现高性能和高可靠性。

图1示意性地示出了根据本文所描述的示例的存储库系统100。存储库系统100包括用于容纳物体的多个槽120、至少一个机器人200(也被称为“穿梭机(shuttle)”)和多个导轨110。可选的中央控制系统130也如图1所示——在其他示例中，控制系统130的功能可以跨多个机器人200以分散的方式实现，例如也可以有分布式控制系统，或者在完全自主的系统中机器人可以以分布式方式彼此协作。

在操作中，机器人200使用导轨110围绕存储库系统100移动以访问存储在槽120中的物体。导轨110中的每一个在构造上可以基本相同，允许机器人200在给定时间在导轨110中的任何一个或多个导轨上运行。导轨110可以是平行导轨(等距对)。

可以理解的是，槽120和导轨110的确切布置和数目可以改变。在该示例中，槽120被布置成水平行121，水平导轨110位于每行121之间。具体而言，槽120中的第一行121a位于第一导轨110a和第二导轨110b之间，槽120中的第二行121b位于第二导轨110b和第三导轨110c之间。

作为参考，引入了右手坐标系，其中导轨110存在于x-y平面，x轴与导轨110平行，并且y轴与导轨110垂直。z轴可以在后面的附图中看到，并且延伸远离导轨110的平面(图1中的页面外)。机器人200在其上运行的槽120的一侧可以被称为“前面”。

当容纳在槽120中的至少一些物体是物理存储介质时，可以提供用于向物理存储介质写入的至少一个写入驱动器150和/或用于从物理存储介质读取的至少一个读取驱动器160，如图1所示。

机器人200可以将给定的物理存储介质迁移到可以写入该物理存储介质的写入驱动器150。具体地，当使用写入驱动器150写入特定的介质物体时，机器人200可以将介质物体从写入驱动器150迁移到用于存储的槽120。

机器人200可以将给定的物理存储介质迁移到读取驱动器160，在那里可以读取该物理存储介质。具体地说，机器人200可以在槽120和读取驱动器160之间迁移特定的介质物体，以使写入该介质物体的数据能够被读取。

在示例中，可能存在多个写入驱动器150(例如每行121一个)和/或多个读取驱动器160(例如每行121一个)。出于性能原因，可能优选地将(多个)读取驱动器160定位在靠近槽120的位置。在示例中，写入介质可以具有更宽松的延迟要求，因此可以接受使(多个)写入驱动器150定位在比(多个)读取驱动器160更远离槽120的位置(例如远离存储系统100)。在其他示例中，可以存在不同数目的写入驱动器150和读取驱动器160，例如可以在每行121上存在读取驱动器160，但仅存在一个或两个写入驱动器150(例如位于底部行121上)。示例被示出在下面稍后讨论的图11中。

可以包括写入驱动器接口151，以允许机器人200与写入驱动器150接口。可以包括读取驱动器接口161，以允许机器人200与读取驱动器160接口。例如，接口151、161可以作为待读取介质的暂存区，即机器人200可以在接口151、161处“放下(drop off)”物理存储介质，以添加到稍后写入/读取的队列中。这意味着机器人200可返回槽120并继续工作。

在图1的示例中，写入驱动器150和读取驱动器160是分离的单元，但是可以理解，可以提供单个驱动器用于执行写入和读取操作两者。

在示例中，写入驱动器150、读取驱动器160或用于执行写入和读取操作的单个驱动器中的一个或多个可以被包括在机器人200本身中。例如，机器人200本身的末端执行器240可以包括写入驱动器和/或读取驱动器。在这样的示例中，上面描述的一些或全部迁移是不必要的。例如，机器人200可以包括“内部”写入驱动器150，这意味着机器人200本身可以写入给定的物理存储介质，并且不需要将其迁移到外部写入驱动器150(尽管如果机器人200不包括内部读取驱动器160，则可能仍然需要将其迁移到外部读取驱动器160)。类似地，机器人200可以包括“内部”读取驱动器160，这意味着机器人200本身可以从给定的物理存储介质读取，并且不需要将其迁移到外部读取驱动器160(尽管如果机器人200不包括内部写入驱动器150，则可能仍然需要将其迁移到外部写入驱动器150)。包括内部写入驱动器150和内部读取驱动器160两者(或单个读取-写入驱动器)的机器人200可能根本不需要迁移物理存储介质(尽管不排除这一点，因为例如，机器人200仍然可以处于其他目的(诸如维护)迁移物理存储介质)。

机器人200更详细的示例如图2所示。机器人200包括：第一支脚装置210、第二支脚装置220、传送机构230以及末端执行器240。

在该示例中，机器人200还包括：控制器250、通信接口260、电源270以及感测系统280。这些是可选的特征。如上所述，机器人200还可以包括写入驱动器150和读取驱动器160中的一个或多个(或同时提供写入和读取功能的单个驱动器)。

控制器250用于控制第一支脚装置210、第二支脚装置220、传送机构230和末端执行器240。控制器250可以例如使用一个或多个处理器来实现。在示例中，图1中所示的中央控制系统130的功能(并且在下面更详细地描述)可以代替地跨一个或多个机器人200以分布式方式来实现，其中每个机器人200使用其内部控制器250。

通信接口260允许机器人200经由通信链路(在图1中用虚线箭头示出)从机器人200接收数据和/或发送数据。在一些示例中，机器人200可以从控制系统130接收路由信息。在替代或附加示例中，机器人200可以与作为网状网络的一部分的一个或多个其他机器人通信。优选地，通信链路是无线通信链路，但不排除通信链路是有线通信链路。当机器人200包括内部电源270时，无线通信链路特别有利，因为然后机器人200可以不受控制系统130的束缚并且可以在整个库中自由移动。在示例中，机器人200可以使用例如低摩擦组件、再生制动来节省功率。

电源270用于为机器人200供电。在第一示例中，电源270可以是机器人200的内部电源，诸如板载电池。这样做的优点是机器人200不需要连接到外部电源。在其他示例中，机器人200可以不包括其自身的电源270，而是可以代替地经由有线或无线连接从外部电源接收电力。这样做的优点包括机器人200不需要板载电源270并且可以变得更小和/或更轻，并且机器人200不需要重新充电。在特定示例中，机器人200可以经由导轨110接收电力。

感测系统280允许机器人200确定其在存储库系统100内的位置。稍后将描述定位的示例。感测系统280例如可以包括一个或多个光学传感器。

第一支脚装置210包括第一夹持机构211，用于将第一支脚装置210与导轨110中的一个导轨110可释放地接合。第二支脚装置220包括第二夹持机构221，用于将第二支脚装置220与导轨110中的一个导轨可释放地接合。支脚装置210和220之间的距离基本上等于相邻成对导轨110之间的距离。因此，如果第一支脚装置210与导轨110中的一个导轨接合，则第二支脚装置220可以与导轨110中的一个相邻的导轨接合。如图1所示，例如，第一支脚装置210与第一导轨110a接合，并且第二支脚装置220与第二导轨110b接合。

可使用与导轨110可释放地接合的任何合适的夹持机构。例如，夹持机构211、221中的一个或多个可被布置成与导轨110物理接合的机械夹持机构(在下面描述的图14、15a和15b中示出了示例)。在其他示例中，导轨110可以是磁性的(即铁磁性的)，并且夹持机构211、221中的一个或多个可以包括至少一个用于经由电磁力选择性地与导轨110接合的电磁铁。在进一步的示例中，夹持机构211、221中的一个或多个可以包括用于夹持导轨110的机械和机电部件两者。在更进一步的示例中，另一种方法是使用空气轴承，并且通过轴承喷射加压空气以获得低摩擦缓冲垫。机械夹持器仍可被用于包住导轨，利用气压提供轴承解决方案。还应注意，永久磁铁可被用于将支脚装置与导轨110接合。这些永久磁铁可以通过机械地将磁铁移动得更靠近导轨110来选择性地接合。

第一支脚装置210的夹持机构211和第二支脚装置220的夹持机构221不需要是同一类型。

机器人200还包括至少一个驱动机构，用于沿导轨110的长度推进机器人200。在一些示例中，驱动机构位于机器人200的主体内(而不是支脚装置中的一个或多个支脚装置)。例如，驱动机构可以是安装在主体上的螺旋桨，其沿导轨推动机器人200。

在替代或附加的示例中，第一支脚装置210和第二支脚装置220中的至少一个包括用于沿该支脚装置当前接合的导轨110的长度推进机器人200的驱动机构。在图2的示例中，第一支脚装置210和第二支脚装置220在结构上基本相同，第一支脚装置210包括第一驱动机构212，并且第二支脚装置220包括第二驱动机构222。

在示例中，驱动机构可以包括具有用于与导轨110交互的高摩擦表面的轮子，在另一示例中，驱动机构可以包括圆形齿轮(直线齿轮或螺旋齿轮)，并且导轨110包括线性齿轮，驱动机构的圆形齿轮可以与该线性齿轮接合。

在其他示例中，单个机构可以在一个或多个支脚装置中提供夹持机构211和驱动机构。例如，导轨110可以由交替的永久磁极构造，并且单个机构可以包括多个电磁铁，这些电磁铁可以被选择性地控制以既与支脚装置接合，又沿导轨110推进支脚装置(以类似于步进电机的方式)。这样做的优点是夹持器和导轨驱动器(驱动机构)是同一部分，这可以降低机器人的复杂性和零件数量/成本。这种设置也可以颠倒过来，机器人包括永久磁铁阵列，并且导轨包括被选择性地控制的多个电磁铁。

末端执行器240允许机器人200与槽120中的物体交互。末端执行器240可以包括以下一项或多项：抓取器，用于从槽120中移除物体和/或将物体放入槽120中；读取器，用于从槽120中的物体读取数据；以及写入器，用于将数据写入槽120中的物体。为了给机器人200更稳定的底座，以便从该底座与槽120中的物体交互，可能优选的是仅当两个支脚装置210和220两者与导轨110接合时才激活末端执行器240，但这不是必需的。

末端执行器240的具体类型取决于容纳在槽120中的物体的类型。此类物体的示例包括物理存储介质(例如由激光写入的二氧化硅玻璃、磁带或其他光学介质制成)，或非存储计算资源，诸如光学计算单元等。

末端执行器240的另一示例是清洁设备或维护设备。例如，具有这种清洁设备的机器人200可以漫游存储库系统100以清洁或以其他方式维护槽120中的物体。末端执行器240的另一示例是相机。机器人200可以经由通信接口260向另一设备(例如中央控制系统130)发送槽120中的物体和/或存储库系统100的部件损坏的图片。

机器人200可以包括相同或不同类型的两个或多个末端执行器。

在一些示例中，存储库系统100包括具有第一类型的末端执行器240的至少一个机器人200，以及具有第二类型的末端执行器240的至少一个机器人200。这在本公开的上下文中特别有利，其中每个机器人200可以在导轨110之间传送，因为机器人200中的每一个可以这样访问存储库系统100的重叠部分。例如，一个机器人200可以是具有维护设备的维护机器人，而另一个机器人200可以是访问槽120中的物体的读取/写入机器人。

传送机构230允许机器人200在导轨110之间执行传送动作(也被称为导轨切换动作)。各种具体类型的传送动作是可能的，这可以取决于机器人200的特定结构、支脚装置的数目、导轨110的布置等。换句话说，传送机构230被构造并且被布置成：在支脚装置中的第一一个或多个支脚装置仍然与导轨中的第一导轨接合的同时，将移动机器人200从第一位置移动到第二位置，支脚装置中的一个或多个支脚装置与导轨中的第二导轨在第一位置邻接，支脚装置中的一个或多个支脚装置与导轨中的第三导轨在第二位置邻接。换言之，机器人200可以保持支脚装置中的一个或多个支脚装置与导轨中的一个导轨接合，并使用这些一个或多个支脚装置作为锚定件以在导轨110之间传送。控制器250可以控制机器人200执行传送动作。

图3是示出了传送动作的示例的流程图。图4示出了由机器人200执行的该示例传送动作的一系列图像。在该示例中，机器人200包括两个支脚装置(如图2的示例)。最初，机器人200处于第一位置，第一支脚装置210与第一导轨110a在第一位置接合并且第二支脚装置220与第二导轨110b在第一位置接合。传送动作然后如下进行：

在S301，控制器250控制第一夹持机构211使第一支脚装置210从第一导轨110a脱离。然后第一支脚装置210可以保持与第一导轨110a邻接(尽管其不再与第一导轨110a接合)。

在S302，控制器250控制传送机构230在第二支脚装置220与第二导轨110b接合的同时移动机器人200，使得第一支脚装置210从与第一导轨110a邻接移动到与第三导轨110c邻接。在该示例中，移动(S302)机器人200包括使机器人围绕第二支脚装置220旋转出导轨110的平面(x-y平面)。具体地说，机器人200以第二导轨110b为旋转轴线围绕第二支脚装置220枢转大致180度。换言之，第二支脚装置200(即保持与导轨110接合的那个)被用作锚以移动机器人200。在该示例中，此移动(S302)还包括沿相同方向将第一支脚装置210(即，机器人200的未夹持侧)枢转另一180度，因此其在枢转操作结束时是正确的向上方式。这两个枢转动作可以由相同的传送机构230提供。下面参考图14描述用于执行这两个动作的示例传送机构230。

在S303，控制器250控制第一夹持机构211使第一支脚装置210与第三导轨110c接合。传送动作完成。

可以理解，图4中所示的运动只是一个示例，并且可以通过其他运动将机器人200从第一位置移动到第二位置。

图7示出了由具有四个支脚装置220a、220b、220c、220d的机器人200执行的传送动作的示例。该示例中的机器人200具有基本上正方形的横截面(在y-z平面中)。支脚装置220a、220b、220c、220d被布置成在机器人200的本体的x方向边缘上。与图3和4的示例一样，移动机器人200包括使机器人200围绕支脚装置旋转出导轨110的平面(x-y平面)。支脚装置保持与一个导轨的锚定(在这种情况下为支脚装置220a)。注意，在本示例中，与导轨(本示例中的第三导轨110c)邻接的支脚装置220d与在传送动作开始时与其导轨110a脱离的支脚装置220b不同。与先前的示例类似，支脚装置220d可以沿相同方向旋转，以便与新导轨110c正确地对齐以便接合。可以使用类似的构造，其中机器人200具有不同形状的横截面。特别合适的形状是包括三角形、正方形(如图7的示例)、五边形、六边形等的正多边形。

图8示出了由包括两个支脚装置210、220的机器人200执行的传送动作的示例。在该示例中，传送机构230在导轨110的平面(x-y平面)中围绕接合支脚装置(该示例中的第二支脚装置220)旋转机器人200。具体而言，机器人200在x-y平面中围绕第二支脚装置220基本上枢转180度。在示例中，该运动还包括将第一支脚装置210(即机器人200的未夹持侧)沿相同方向枢转另一180度，从而在枢转动作结束时是正确的向上方式。这两个枢转动作都可以由相同的传送机构230提供。在其它示例中，第一支脚装置210可被构造为能够在任一取向上与导轨接合，在这种情况下，它不需要在与新导轨接合之前自行旋转。

在一些示例中，机器人200可以在两个或多个阶段中执行传送动作，例如针对每个阶段使用不同的一个或多个支脚装置作为“锚”。图9示出了这样的示例。在该示例中，机器人200包括四个支脚装置：两个第一支脚装置210a、210b和两个第二支脚装置220a、220b。该示例中的每个支脚装置位于一个“腿”的末端。在该示例中，传送机构230在执行传送动作时(即不沿上述任一方向旋转)在导轨110的平面(x-y平面)中平移机器人200。

具体而言，机器人200开始于(两个)第一支脚装置210a、210b与第一导轨110a邻接并且(两个)第二支脚装置220a、220b与第二导轨110b接合的位置。然后，传送机构230通过使用第一支脚装置210a、210b作为锚来完成第一阶段，以将第二支脚装置220a、220b移动到第三导轨110c。然后，传送机构230通过使用第二支脚装置220a、220b作为锚来完成第二阶段以将第一支脚装置210a、210b移动到第二导轨110b。在示例中，一个或多个“腿”可以具有“膝盖”。

机器人200执行传送动作的能力意味着每个机器人200本身可以在导轨110之间移动，以访问不同行121上的槽120。这具有许多优点：

机器人200是独立的，因为它们可以移动到任何地方。不需要用于在行121之间移动机器人200的额外的硬件(例如垂直“电梯”)。

机器人200本身可以从槽120检索物体并将物体递送至任何行121，而不需要与其它机器人协作。

用于机器人200从其当前位置到目标槽120的位置的可能路线的数目大幅增加。这意味着机器人200可以彼此避让(参见图6的示例)。这也意味着机器人200仍然可以导航到目标槽120，即使例如导轨110中的一个导轨的一部分存在问题或堵塞(这意味着机器人200不能通过该特定部分)。这也意味着机器人200可以潜在地标识并采取到达库系统100内目标位置的最佳路线。

机器人200可以容易地被移除以进行维护。

库系统100中可能存在多个相同的机器人200或相同的机器人200的“集群”。图5示出了示例，其中库系统100中存在六个机器人200，库系统100包括槽120的八个行121和九个导轨110(使用图1和3的相同交替导轨行布置)。在图5中，示出了槽120和导轨110的单个“面板”101。在下面描述的其他示例中，可能存在更多面板101。

在一些示例中，支脚装置210、220之一的驱动机构212、222可以仅在支脚装置210、220与导轨110接合时能够激活。也就是说，机器人200可沿仅与单个支脚装置210、220接合的导轨110移动。这允许两个机器人200仅使用最小的空间彼此通过。这样的通过动作的示例如图6所示。

在图6的示例中，有两个机器人200a和200b。为了简单起见，仅示出了三个导轨110a至110c。第一机器人200a处于第一位置，在该位置中，其第一支脚装置210a与第一导轨110a接合并且其第二支脚装置220a与第二导轨110b接合。第二机器人200b具有与第三导轨110c接合的第二支脚装置220b，但第一支脚装置220a不与任何导轨110接合。具体地说，第二机器人200b的传送机构(未示出)已被激活，以使第二机器人200b的第一支脚装置210b旋转出导轨110的平面，并且特别地，离开第一机器人200a的路径。这意味着即使只有三个导轨110，第一机器人200a和第二机器人200b也可以彼此通过。

因此，当存储库系统100中存在多个机器人200时，实现了进一步的优点。例如：

控制系统130可以在操作期间动态地将机器人的服务分派到需要它的地方。这意味着控制系统130可以平衡服务负载并且对故障具有鲁棒性。

该系统更具可扩展性，因为例如可以在其中添加更多的机器人200(参见现有技术，其中在同一导轨上的机器人不能彼此通过，因此每个导轨仅限于一个或两个机器人。在现有技术中，可以使用更多机器人，但是每个机器人的效用随着每个额外的机器人而降低)。

相邻的货架可以共享导轨硬件，从而降低库成本并简化存储。

在又一个示例中，存储库系统100可以包括多个面板101。图10a中示出了一个示例，其中存储库系统100包括一系列四个面板101。每个面板101可以具有如先前描述的图5的示例中所示的构造。

在这种情况下，机器人200还可以使用传送机构230在第一面板101和邻近第一面板101的第二面板101之间传送。为此，第一支脚装置210如前从第一导轨110a脱离，但随后机器人200在与该导轨接合之前被移动到第一支脚装置210与邻近第一面板的第二面板101上的导轨邻接的取向。然后，传送机构230可以再次移动机器人200以使第二支脚装置220与第二面板101的另一个导轨相遇。

如图10b所示，类似的布置可以通过具有曲折行进(boustrophedonic)(“蜿蜒(snaking)”)的平面的单个面板101来实现。这有效地延长了机器人200使用其主驱动系统沿其移动的水平尺寸(即在x方向上，沿导轨110)。

图10b的示例布置还允许机器人使用传送机构230“跨”面板的部分传送(以上述用于在不同面板101之间传送的相同方式)，尽管这不是必需的。这种类型的传送提供了到相邻面板部分的替代且潜在更快的路线(相比机器人200沿导轨110移动)。它还可以允许机器人200以与上述类似的方式避开硬件故障和/或其他机器人。

图11示出了一个或多个驱动器500与面板101分离定位的示例布置。例如，驱动器500可以是一个或多个写入驱动器150或一个或多个读取驱动器160(如上所述)。导轨110中的至少一个导轨从面板101延伸到驱动器500，以便允许机器人200访问驱动器500。因此，实现传送动作的另一个优点，因为所有机器人200都可以到达驱动器500，而不需要每个导轨110都连接到驱动器500。

图12示出了提供至少一个非面板导轨111的示例布置，这些非面板导轨111是具有类似于(面板-)导轨110的构造的导轨，但是它们的位置使得机器人200在与非面板导轨111之一接合时不能访问槽120中的物体。在该示例中，非面板导轨111位于面板101上方。机器人200可以使用这些非面板导轨111在面板101之间传送和/或访问存储库系统100的其他部分。

存储库系统100可以包括至少一个定位特征，用于允许机器人200确定其在存储库系统100中的位置。机器人200的感测系统280可以被用于检测该至少一个定位特征，从而使机器人200能够确定其在存储库系统100中的位置。

定位特征的第一示例是RFID标签，位于导轨中的一个导轨上。定位特征的第二示例是光学线性码(例如条形码或格雷码)。格雷码的示例如图13所示。在一些示例中，导轨110中的每一个包括各自的定位特征。

在图13中，格雷码被打印在导轨110的一侧(在本示例中为顶部)。格雷码可以是光学格雷码、磁性格雷码或电容格雷码。感测系统280相应地包括光学、磁性或电容传感器。通过读取机器人200当前位置处的格雷码，机器人200能够唯一地确定其位置。

在示例中，机器人200包括内部定位模块，其被配置为确定机器人200在介质存储库系统200中的位置。如所提到的，机器人200在存储库系统100内自由漫游的事实，这是特别有利的。

现在将参考图14至16描述机器人200的具体示例构造。

图14示出了第一支脚装置210的示例。第二支脚装置220的构造可以与第一支脚装置210的构造基本相同，并且因此不再详细描述(第二支脚装置220的构造可以是第一支脚装置210的构造的镜像)。

该具体实例的夹持机构221在图15a和15b中更详细地示出(相对于图14从另一侧看)。图15a示出了夹持机构221处于第一(闭合)状态，并且图15b示出了夹持机构221处于第二(打开)状态。

在该示例中，夹持机构221包括第一框架401a和第二框架401b，其围绕各自的第一枢轴407a和第二枢轴407b枢转。提供齿轮机构405用于使第一框架401a和第二框架401b反向旋转。每个框架具有一个或多个用于与导轨110接合的轮子。在该示例中，第一框架401a包括两个轮子402a和403a，并且第二框架401b也包括两个轮子402b和403b，尽管其他布置也是可能的。可以提供额外的轮子(图14中未示出)，诸如运行在导轨110前面以提供额外稳定性的轮子。

提供马达406，其可操作以使齿轮机构405在闭合状态和打开状态之间移动第一框架401a和第二框架401b，使得轮子抓住并释放导轨110的侧面。夹持机构221在图15a中示出为闭合状态，在图15b中示出为打开状态。

图14所示的支脚装置210还包括用于沿导轨110推进机器人200的驱动机构222。在该示例中，驱动机构222包括第一圆形齿轮411a和第二圆形齿轮411b。第二圆形齿轮411b由电机413经由联接连杆412(在该示例中为两个正交锥齿轮)驱动。第二圆形齿轮411b与第一圆形齿轮411a接合，因此，在操作中第一和第二圆形齿轮反向旋转。在图14所示的布置中，第一圆形齿轮411a与导轨110的(前侧)齿111接合。通常，第一圆形齿轮411a将与夹持机构221当前接合的任一导轨110的齿111接合。

图16示出了该具体示例的传送机构230。传送机构包括两个齿轮-齿条布置，每个齿轮-齿条布置包括齿轮421a和421b(锥齿轮)被布置成与齿条422a和422b接合，齿条422a和422b具有围绕x轴的弯曲轮廓。齿轮421a和421b可由传送电机423驱动。例如，当第一齿轮421a被驱动时，第一齿轮421a将旋转以沿弯曲齿条422a的长度移动，从而作用于使第一支脚装置210相对于机器人200的主体旋转。如果第一支脚装置210与导轨接合，这将导致机器人200以上述关于图4描述的方式移动。如果第一支脚装置210没有与导轨接合，这将导致第一支脚装置210旋转。第二齿轮421b和第二齿条422b以类似的方式操作。

可以理解的是，本文描述的示例应被理解为本发明的实施例的说明性示例。下面给出进一步的示例。

术语“控制模块”通常被用于指代用于控制存储库系统100的机器人或机器人200的模块。如先前所述，这种控制模块可以在机器人200的控制器250、中央控制系统130或使用这些的任何组合处实现。控制模块可以被配置为通过以下方式控制机器人200执行传送动作：控制支脚装置中的一个或多个支脚装置的夹持机构以使一个或多个支脚装置从第二导轨脱离；控制传送机构，以在支脚装置中的第一一个或多个支脚装置与导轨中的第一导轨保持接合的同时，将机器人从第一位置移动到第二位置；以及控制支脚装置中的一个或多个支脚装置的夹持机构以使支脚装置中的一个或多个支脚装置与第三导轨接合。

与新导轨接合的支脚装置可以是也可以不是与旧导轨脱离的相同支脚装置。因此，传送机构可以被构造并且被布置成：在第一支脚装置保持与导轨中的第一导轨接合的同时，将机器人从第一位置移动到第二位置。支脚装置中的第二支脚装置与导轨中的第二导轨在第一位置邻接，第二支脚装置与导轨中的第三导轨在第二位置邻接。

在示例中，存储库系统包括至少一个定位特征，用于允许机器人确定其在存储库系统中的位置。示例定位特征包括：位于导轨中的至少一个导轨上的RFID标签；位于导轨中的至少一个导轨上的光学标记。机器人可以包括感测系统，用于检测定位特征以确定机器人在存储库系统中的位置。光学标记的示例包括条形码、QR码以及光学、磁性或电容线性码(例如格雷码)。

(由传送机构)将机器人从第一位置移动到第二位置可以包括以下一项或多项：使机器人围绕第一支脚装置旋转出导轨的平面；在导轨平面中围绕第一支脚装置旋转机器人；以及在导轨平面中平移机器人。

在一些示例中，末端执行器可以被布置成与机器人的多于一侧上的物体交互。这对于机器人200执行的传送动作涉及机器人200相对于槽120的取向变化的示例尤其有利。这可以使用单个末端执行器来实现，该末端执行器可以移动以访问机器人200的不同侧，或者使用多个末端执行器，每个末端执行器被布置成相对于机器人200的不同侧操作(例如每个“面(face)”一个)。例如，在图4的示例中，机器人200“翻转”，并且因此末端执行器能够与机器人200的任一侧上的物体交互是优选的。作为另一个示例，在图7的示例中，机器人200每次传送动作旋转90度，向槽120呈现机器人200的不同侧，并且因此末端执行器能够与机器人200的所有四个侧上的物体交互是优选的。

末端执行器可以是例如以下至少一项：抓取器；读取器；写入器；相机；维护设备；和清洁设备。机器人可以包括相同或不同类型的两个或多个末端执行器。优选地，仅当机器人200与两个或多个导轨接合时激活末端执行器，尽管这不是严格必要的。也就是说，不排除机器人200即使仅与单个导轨接合(例如使用单个支脚装置)也可能能够访问槽120。

存储库系统中存储的物体中的至少一些物体可以是物理存储介质，并且存储库系统可以包括用于读取和/或写入物理存储介质的至少一个驱动器。(多个)驱动器可以与机器人分离，或者(多个)机器人可以包括一个或多个(多个)驱动器。

存储库系统中可能有两个或多个机器人(即两个、三个、四个、五个等)。例如，可能有数十个甚至数百个机器人。机器人可能都基本相同或不同，例如，机器人中的一些机器人可能具有不同类型的末端执行器。

在示例中，存储库系统包括用于控制(多个)机器人的中央控制系统。在其他示例中，机器人可以彼此直接通信以协作。

在示例中，驱动机构可以位于支脚装置中的一个支脚装置中。在这种情况下，驱动机构仅在驱动机构的支脚装置与导轨接合的同时是可激活的。

在示例中，槽被布置在至少两个不同的平面中，并且其中传送机构将第一支脚装置移动到的第三导轨不位于与第一导轨和第二导轨相同的平面中。这包括槽被布置成占据不同平面的至少两个面板的示例(例如图10a)。机器人可以能够使用传送机构从一个面板传送到另一个面板，例如通过与相邻面板的导轨接合，或者通过遍历一个或多个中间导轨。这还包括其中槽被布置成单个“蜿蜒”面板(例如图10b)并且机器人能够从占据第一平面的面板的第一部分传送到占据与第一平面不同的第二平面的面板的第二部分。

本文描述的一种用于控制存储库系统的机器人的方法包括：用于存储物体的多个槽、多个导轨，该机器人包括：末端执行器，用于与槽中的物体交互；至少两个支脚装置和驱动机构，用于沿导轨移动机器人；该方法包括通过以下方式使机器人执行传送动作：控制支脚装置中的一个或多个支脚装置的夹持机构以使一个或多个支脚装置从第二导轨脱离；控制传送机构，以在支脚装置中的第一一个或多个支脚装置与导轨中的第一导轨保持接合的同时，将机器人从第一位置移动到第二位置；以及控制支脚装置中的一个或多个支脚装置的夹持机构以使支脚装置中的一个或多个支脚装置与第三导轨接合。

通常，提供了一种在存储库系统中使用的机器人，该机器人包括用于与槽中的物体交互的末端执行器；至少两个支脚装置，每个支脚装置具有各自的夹持机构，用于将支脚装置与导轨中的一个导轨可释放地接合；驱动机构，用于沿导轨移动机器人；以及传送机构被构造和被布置成：在支脚装置中的第一一个或多个支脚装置与导轨中的第一导轨保持接合的同时，将机器人从第一位置移动到第二位置，支脚装置中的一个或多个支脚装置与导轨中的第二导轨在第一位置邻接，支脚装置中的一个或多个支脚装置与导轨中的第三导轨在第二位置邻接。

应当理解，本文所指的处理器或处理系统或电路在实践中可以由单个芯片或集成电路、或多个芯片或集成电路提供，可选地提供为芯片组、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、图形处理单元(GPU)等。一个或多个芯片可以包括以下至少一项或多项：电路系统(以及可能的固件)、用于实施数据处理器或处理器、数字信号处理器或处理器、基带电路和射频电路中。这些芯片是可配置的，以便根据所述示例性实施例进行操作。在这方面，所述示例性实施例可以至少部分地由存储在(非瞬态)存储器中并且可由处理器执行的计算机软件来实现，或者通过硬件来实现，或通过有形存储的软件和硬件(以及有形存储的固件)的组合来实现。

尽管本文参考附图描述的实施例的至少一些方面包括在处理系统或处理器中执行的计算机过程，但本发明也扩展到适于将本发明付诸实践的计算机程序，特别是载体上或载体中的计算机程序。该程序可以是诸如部分编译形式的非瞬态源代码、目标代码、代码中间源代码和目标代码的形式，或者是适于用于实现根据本发明的过程的任何其他非瞬态形式。载体可以是能够承载该程序的任何实体或设备。例如，载体可以包括存储介质，例如固态驱动器(SSD)或其他基于半导体的RAM；ROM，例如CDROM或半导体ROM；磁记录介质，例如软盘或硬盘；一般的光学存储器设备；等等。

本文所描述的示例应被理解为本发明实施例的说明性示例。设想了进一步的实施例和示例。与任何一个示例或实施例有关描述的任何特征都可以单独使用或与其他特征结合使用。此外，与任何一个示例或实施例有关描述的任何特征也可以与任何其他示例或实施例的一个或多个特征结合使用，或与任何其他示例或实施例的任何组合使用。此外，本文未描述的等效物和修改也可以在本发明的范围内采用，其在权利要求中被限定。

Claims (15)

1.一种存储库系统，包括：

多个槽，用于存储物体；

多个导轨；以及

机器人，用于与所述物体交互，所述机器人包括：

末端执行器，用于与所述槽中的所述物体交互；

至少两个支脚装置，每个支脚装置具有各自的夹持机构，用于将该支脚装置与所述导轨中的一个导轨可释放地接合；

驱动机构，用于沿所述导轨移动所述机器人；以及

传送机构，被构造并且被布置成：在所述支脚装置中的第一一个或多个支脚装置与所述导轨中的第一导轨保持接合的同时，将所述机器人从第一位置移动到第二位置，所述支脚装置中的一个或多个支脚装置与所述导轨中的第二导轨在所述第一位置邻接，所述支脚装置中的一个或多个支脚装置与所述导轨中的第三导轨在所述第二位置邻接。

2.根据权利要求1所述的存储库系统，包括至少一个定位特征，用于允许所述机器人确定其在所述存储库系统中的位置。

3.根据权利要求2所述的存储库系统，其中所述至少一个定位特征包括以下一项或多项：RFID标签，位于所述导轨中的至少一个导轨上并且能够由所述机器人的感测系统读取；或光学标记，位于所述导轨中的至少一个导轨上并且能够由所述机器人的感测系统读取。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的存储库系统，其中所述传送机构被构造并且被布置成通过使所述机器人围绕所述第一一个或多个支脚装置旋转出所述导轨的平面而将所述机器人从所述第一位置移动到所述第二位置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的存储库系统，其中所述传送机构被构造并且被布置成：通过在所述导轨的所述平面中围绕所述第一一个或多个支脚装置旋转所述机器人，来将所述机器人从所述第一位置移动到所述第二位置。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的存储库系统，其中所述传送机构被构造并且被布置成：通过在所述导轨的所述平面中平移所述机器人来将所述机器人从所述第一位置移动到所述第二位置。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的存储库系统，其中所述机器人的每个支脚装置位于所述机器人的各自的腿装置的末端，并且其中所述传送机构被构造并且被布置成通过移动至少一个腿装置来将所述机器人从所述第一位置移动到所述第二位置。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的存储库系统，其中存储在所述存储库系统中的所述物体中的至少一些物体是物理存储介质，并且所述存储库系统包括用于读取和/或写入所述物理存储介质的至少一个驱动器。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的存储库系统，其中所述末端执行器被布置成与所述机器人的任一侧上的物体交互。

10.根据权利要求9所述的存储库系统，其中所述末端执行器包括以下至少一项：抓取器、读取器、写入器、相机、维护设备或清洁设备。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的存储库系统，包括两个或更多个机器人。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的存储库系统，其中所述驱动机构仅在所述支脚装置中的所述第一一个或多个支脚装置与导轨接合的同时能够激活。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的存储库系统，其中所述槽被布置在至少两个不同的平面中，并且其中所述传送机构将所述第一支脚装置移动到的所述第三导轨不位于与所述第一导轨和所述第二导轨相同的平面中。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的存储库系统，包括控制模块，被配置为通过以下方式控制所述机器人执行传送动作：

控制所述支脚装置中的一个或多个支脚装置的所述夹持机构以使所述一个或多个支脚装置从所述第二导轨脱离；

控制所述传送机构，以在所述支脚装置中的所述第一一个或多个支脚装置与所述导轨中的所述第一导轨保持接合的同时，将所述机器人从所述第一位置移动到所述第二位置；以及

控制所述支脚装置中的一个或多个支脚装置的所述夹持机构以使所述支脚装置中的一个或多个支脚装置与所述第三导轨接合。

15.一种用于控制存储库系统的机器人的计算机程序，所述存储库系统包括用于存储物体的多个槽、多个导轨，所述机器人包括：末端执行器，用于与所述槽中的所述物体交互；至少两个支脚装置；以及驱动机构，用于沿所述导轨移动所述机器人；其中所述计算机程序包括指令，所述指令被配置为当由一个或多个处理单元执行时通过以下方式使所述机器人执行传送动作：

控制夹持机构以使所述支脚装置中的第一一个或多个支脚装置从第一导轨脱离；

控制传送机构，以在所述支脚装置中的第二一个或多个支脚装置与所述导轨中的第二导轨接合的同时，将所述机器人从第一位置移动到第二位置，所述支脚装置中的所述第一一个或多个支脚装置与所述导轨中的所述第一导轨在所述第一位置邻接，所述支脚装置中的第二一个或多个支脚装置与所述导轨中的第三导轨在所述第二位置邻接；以及

控制夹持机构以使所述支脚装置中的所述一个或多个支脚装置与所述第三导轨接合。