CN117813247A - 用于负载处理装置的变向组件的凸轮机构及相关方法和用途 - Google Patents

Abstract

用于升降和移动基于网格的存储系统框架结构中堆叠的存储容器的负载处理装置包括骨架，骨架包括限定具有上部、下部及上部和下部之间的中环的容积空间的框架；设置在骨架下部分上的第一组轮和设置在骨架下部分上的第二组轮。第一组轮设置为与第一组平行轨路接合而第二组轮设置为与第二组平行轨路接合。变向组件设置为相对于骨架升起和降下第一组轮，和/或相对于骨架降下或升起第二组轮，以将第一和第二组轮与平行轨路接合或断开。变向组件位于中环和第一组轮或第二组轮之间。变向机构包括凸轮机构(190a、190b、191、192)。

Description

用于负载处理装置的变向组件的凸轮机构及相关方法和用途

技术领域

本发明涉及用于变向组件的布置。更具体而言，本发明非排他性地涉及凸轮机构。

背景技术

机器人负载处理装置描述于第GB2520104A号英国专利申请(奥卡多创新有限公司)中。此类负载处理装置在箱子或容器堆垛上方形成网格的轨路系统上可控地移动。指定的负载处理装置同堆垛顶部提升目标容器，该目标容器包含履行客户订单所需的库存物品。负载处理装置包括用于与x方向轨路和y方向轨路分别接合的第一组轮和第二组轮。为了在x方向上移动，x方向轮在y方向轮抬起时与轨路接合。类似地，为了在y方向上移动，y方向轮在x方向轮抬起时与轨路接合。X和y方向上移动之间的过渡通过变向机构来控制。

WO2017153583A1(奥卡多创新有限公司)中描述了通过选择性的接合x方向轮或y方向轮来使负载处理装置能在横向方向上进行侧向移动的机构。

变向机构必须稳健、可靠并能够支撑负载处理装置和目标容器的重量，并且必须能够经受反复使用。

本发明就是针对该背景而设计的。

发明内容

本发明的各方面在后附的权利要求书中阐明。

一个目的是提供轻量化负载处理装置。另一个目的是提供低成本负载处理装置。另一个目的是提供组装和维护简单或廉价的模块化负载处理装置。另一个目的是提供主要由可再循环或环保材料 材料制成的负载处理装置。

在本发明的一个方面，提供了用于升降和移动基于网格的存储系统框架结构中堆叠的存储容器的负载处理装置。该框架结构包括：第一组平行轨道或轨路和第二组平行轨道或轨路，第二组平行轨道或轨路在大致水平的平面中大致垂直于第一组轨道或轨路延伸以形成包括复数个网格空间的网格图形，其中网格被一组立柱支撑以在网格下方形成复数个垂直存储位置供容器堆叠在立柱之间并被立柱引导在垂直方向上穿过复数个网格空间，该负载处理装置包括：骨架，该骨架包括限定了容积空间的框架，该容积空间具有上部、下部及上部和下部之间的中环；设置在骨架下部分上的第一组轮和设置在骨架下部分上的第二组轮，第一组轮设置为与第一组平行轨路接合而第二组轮被设置为与第二组平行轨路接合；和变向组件，变向组件设置为相对于骨架升起或降下第一组轮和/或相对于骨架降下或升起第二组轮以将第一和第二组轮与平行轨路接合或断开，该变向组件位于中环与第一组轮和/或第二组轮之间，并且其中变向组件包括凸轮机构。

存储系统可以是自动化或半自动化存储和取回系统。基于网格的存储系统框架结构可以是高密度立方体存储系统。

负载处理装置或机器人可以是在网格上运行的自主或半自主装置。

在负载处理装置上，第一组轮和第二组轮可相对于彼此被单独驱动。当负载处理装置被驱动时，仅有一组轮与网格接合从而通过驱动与轨路接合的那组轮使负载处理装置能沿着轨路移动至网格上的任何点。变向组件可以选择与轨路接合的轮。

应理解，第一组轮或第二组轮与轨路的接合和断开需要相关那组轮垂直移动，而另一组轮支撑负载处理装置。

骨架可被视为负载处理装置的主体并可基本上不带有包层(cladding)或侧面。为方便起见，将骨架分部分视为上部可用于支撑或套住诸如电池、通信、控制系统和马达之类的部件、下部主要用于驱动系统并可基本上为用于接收容器的空空间可能是有用的。中环连接下部和上部并可为骨架提供额外的刚度。

转而考虑变向组件，其一般为凸轮或线性凸轮，这是用于转移线性输入并转换为不同运动的简单机构。凸轮轮廓可形成于一个或一个以上边缘或表面上并可包括狭槽、沟槽或表面轮廓。相应地，凸轮可被设置为通过包括垂直和水平元件将水平运动转化为垂直运动。

凸轮机构可允许使选定的一组轮和轨路之间的可靠接合。

凸轮机构轮廓可不具有间断，举例而言，凸轮轮廓可塑形以提供正弦加速度曲线。通过这种方式，接合与断开之间的过渡可平滑或流畅。另外，过渡可能需要平滑的力输入。

变向组件在中环和各组轮之间-即骨架的下部内-的位置可意味着从变向组件至轮的力转移基本上是直接的，即没有可能至少部分由于弯矩和扭矩而导致机械损失的长连接。

应理解，凸轮路径或轮廓可与轮与轨路的接合和断开所需的垂直移动直接相关。相应地，基于凸轮机构的变向组件可在垂直方向上紧凑。因此，变向机构可被定位地使它不垂直延伸超过中环，并且基本上短于中环的垂直高度。这允许负载处理装置的其它部件的定位中有更大的灵活性。举例而言，降低变向组件的高度使得中环可被加宽，借以增加骨架的整体刚度。另外，降低高度可使负载处理装置的质量中心保持得尽可能低，借以改善负载处理装置的稳定性，特别是在网格上运行时的稳定性。

应理解，与负载处理装置的x方向侧面相比，负载处理装置的y方向侧面可能需要水平镜像的凸轮轮廓。

应理解，因为凸轮是相对简单的机械装置，变向组件所需的零部件数量可保持至最小值。通过更少的零部件，变向组件可有利地具有更好的公差。应理解，通常情况下，由于零部件数量增加，需要更准确制造的零部件来确保它们装配在一起，或确保组件的整体公差不会变地令人不可接受。

凸轮机构可包括：移动件；固定支承件，其中移动件设置为在施加的水平力的作用下相对于固定支承件移动；凸轮；和从动件，其中从动件可与凸轮接合以将移动件的移动转化为垂直移动。

应理解，这些可以是凸轮机构的通常部件。

从动件可以附接至固定支承件而凸轮连接至移动件，或从动件可以附接至移动件而凸轮连接至固定支承件。

应理解，两种布置都可导致水平运动等同地转移至垂直运动。应理解，取决于选择了何种布置，可能需要垂直镜像凸轮轮廓。

固定支承件可包括轮底盘，用于安装一对相应的第一组轮或第二组轮。

轮可直接或基本上直接固定至变向组件。通过这种方式，无需额外的部件，并且可以最小化变向组件和轮之间的机械损失。

固定支承件可通过一个或一个以上安装件限制至骨架以仅在垂直方向上移动。

通过这种方式，可防止凸轮机构和/或轮底盘的平面外垂直移动以确保基本上全部水平输入都被用做转化成用于接合和断开轮的垂直移动。

凸轮可以是线性凸轮。凸轮可包括狭槽，或者凸轮可包括表面。

应理解，线性型凸轮可设置为跟随单一边缘，如表面，或者从动件可被限制在两个边缘-如狭槽-之间。

狭槽布置可具有确保从动件在前后两个方向上继续跟随凸轮轮廓。

从动件可包括由盖支撑的滚动件或滑动件。

在滑动凸轮的情况下，从动件可以是没有任何自由度的刚性突起。从动件和凸轮之间的摩擦损失可通过选择低摩擦材料或通过使用润滑剂来减少。

在滚动件或滚动工具的情况下，从动件可包括轴承。

从动件可通过相应侧面上的盖支撑。

应理解，将从动件保持在两个盖之间可允许轻微的压缩力施加于从动件上。这可辅助将从动件保持为与凸轮垂直对齐。

凸轮机构可包括单一凸轮布置或凸轮机构可包括双凸轮布置。

凸轮机构可在移动件和固定支承件之间包括接合工具。举例而言, 移动件可包括接合足部以和固定支承件或轮安装件上的对应基座接合。 通常，足部会被设置为在处于驱动位置时与基座接合。足部和基座之间的接合为侧面提供了更高的刚性。更高的刚性可提供负载处理装置的稳定性和可控性。此种设置在单凸轮布置中特别有用。

在双凸轮布置中，凸轮机构可包括两个连锁的(linked)、水平间隔开的凸轮表面，以及位于移动件和固定支承件上的对应从动件。通过这种方式，一对轮中的每一个轮可具有对应的凸轮。这可提供确保轮底座或地板更好的平衡和/或支撑的优点，因为一对轮会在两个点升起和降下。应理解，这可减少轮底座的任何转动。

凸轮机构可包括三凸轮布置。

应理解， 在装置的整个侧面上可提供任意数量的凸轮布置。

三凸轮布置在负载处理装置更重并且轮支撑更大负载的情况下可能是有利的。应理解，负载可分散至每个凸轮。

凸轮机构可设置在中环和相应的一对轮之间的单一垂直平面中。

应理解，移动件、固定支承件、凸轮和从动件可处于同一垂直平面中。通过这种方式，凸轮机构可仅占据部件的宽度或深度所需的水平空间。相应地，所需的水平空间可最小化，并且由此可大幅最大化骨架的空容积空间。最大化负载处理装置的水平可用空间对基于网格的存储系统可能很重要，该系统被设计得使得负载处理装置基本上仅占据单一网格空间以使在网格上运作的其它负载处理装置可在相邻的网格空间上通过并借此最大化系统效率。

通过这种方式，凸轮机构可基本上包括骨架结构的侧面表面。应理解，其他部件也可存在于骨架的侧面表面上，但是，骨架可基本上保持开放。

第一组轮和第二组轮的相应对轮可通过驱动带驱动，并且凸轮机构可位于驱动带的路径所限定的区域内。

通过这种方式，凸轮机构可基本上与负载处理装置的其它系统相互啮合、交错或重叠。应理解，该布置可减少骨架内部件和系统所需的容积。

凸轮机构可在移动件和固定支承件之间进一步包括弹簧工具。

弹簧工具可辅助偏压固定支承件至优选的垂直位置。举例而言，弹簧工具可会抵抗重力作用将移动件和固定支承件偏压在一起。此种布置在凸轮包括单边缘或表面而非狭槽的情况下特别有用。通过这种方式，弹簧工具可确保从动件与凸轮轮廓基本上保持接合。

凸轮机构的第一限制可限定升起的轮的位置，而凸轮机构的第二限制可限定降下的轮的位置。

应理解，凸轮机构可在第一限制和第二限制之间延伸。举例而言，在凸轮轮廓为狭槽的情况下，第一限制可以是狭槽的第一端，而第二限制可以是狭槽的远端。在单侧表面或边缘的情形中，凸轮轮廓可通过突起或间断来限制。

在使用过程中，从动件可在第一限制和第二限制之间自由移动。在采用凸轮机构作为变向组件一部分的情况下，第一限制可对应于轮升起或轮收起位置，而第二限制可对应于轮放下或降下位置。在升起位置中，轮可与轨路断开或隔空，而在降下位置，轮可与轨路接合。

变向组件可设置为相对于骨架升起或降下第一组轮并同步地、相应地降下或升起第二组轮。

为了使负载处理装置在网格上在x方向或y方向上移动，可能必须仅使一组轮与轨路接合。相应地，在降下第二组轮时基本上同时升起第一组轮可能是有利的，反之亦然。

在其它布置中，确保负载处理装置在第一组轮或第二组轮接合之间的整个过渡过程中得到支撑可能是有利的。通过这种方式，在从第一组轮变至第二组轮时，第二组轮被降下的同时第一组轮被保持在降下位置。一旦第二组轮与轨路接合，第一组轮就被升起。相应地，机器人的重心在变向操作的整个过程中得以保持，并且变向马达无需对抗所承载的负载的重量工作。

相应的凸轮机构可机械连接以在轮收起和轮放下构造之间一致移动。

应理解，变向组件可包括设置在负载处理装置各个侧面上的用于每一对轮的相应凸轮机构。通过机械连锁相应的凸轮机构，有可能基本上协调第一组轮和第二组轮的垂直移动。此外，有可能通过单次启动来操作垂直移动。

机械连接或连锁可以是皮带或链条。皮带可基本上围着骨架的周长运行并附接至相应凸轮机构的的移动件。通过这种方式，当皮带被转动或驱动时，移动件一起移动以向凸轮机构提供水平输入。皮带布置可相对地廉价和相对地轻量化。

在另一种布置中，机械连接可以是设置在负载处理装置各个侧面上的导程丝杠(lead screw)。每个丝杠可通过90度锥齿轮来连接。此种布置无需齿轮箱就可使用，因为传动可通过丝杠的螺距来实现。负载处理装置相反侧面上的丝杠可设置为在同一方向上运作，或者相反侧面上的丝杠可设置为在相反方向上运作。

变向组件可通过单马达来操作，或者其中变向组件可通过不止一个马达来操作。

通过这种方式，单马达可用于改变负载处理装置的移动方向。应理解，马达可替换为任意启动工具，例如螺线管、液压工具、气动工具、伺服工具、固态启动工具等。这可有利地降低了负载处理装置的整体成本和重量。

在使用不止一个马达的情况下，负载处理装置可具有一些冗余，从而使负载处理装置甚至在部分失灵时也可继续运作，并因此避免了网格上负载处理装置的可操作性的完全失灵。有利的是，这提供了更稳健的变向机构。有利的是，这减少了单个负载处理装置以及整个存储和取回系统的停机时间。

负载处理装置可进一步包括用于确定第一组轮或第二组轮与平行轨路的接合的传感工具。

相应地，可检测变向组件是否正常工作。

负载处理装置可进一步包括用于确定变向组件的故障或失灵的传感工具。

在变向组件出现故障的情形中，如果一组轮与轨路接合，那么负载处理装置可移动至网格边缘进行恢复和维修。在负载处理装置无法移动的情形中，恢复和维修通信可发送至存储系统的控制设施。

凸轮机构的至少一个零部件可3D打印，和/或凸轮机构的至少一个零部件可基本上拓扑优化。

通过这种方式，可能能实现以更加传统类型的制造无法实现的形态或复杂形状。有利的是，凸轮机构可根据需求打印或在靠近需要部件的地点的3D打印设施打印，借以最小化将零部件送至所需位置的物流成本。应理解，本发明中所提及的3D打印可更加笼统地称为增材制造，涉及添加材料来层层叠加。

可能能打印包括不止一种类型材料的零部件。通过这种方式，一些区域可具有用于滑动或滚动效率的更低的摩擦力，同时其它区域可具有用于硬度和强度的选定属性的材料。相应地，凸轮机构可承重并可包括复杂零部件的一部分。举例而言，凸轮机构和底盘及其它侧面特征可打印为单个零部件。

可能能将凸轮机构的不止一个零部件一起打印成具有多个零部件的单一打印件。通过这种方式，零部件之间的公差错误可最小化。

凸轮机构可基本上拓扑优化。通过这种方式，凸轮机构可被优化以减少所使用的材料的总量及其质量。或者，凸轮机构可被优化以保持在某些应力限制内以确保凸轮机构在工作温度范围内低于疲劳限制运作。

负载处理装置可进一步包括：通过骨架的上部支撑的升降装置，用于将容器提升至容积空间内。

相应地，负载处理装置可用于取回存储容器。

负载处理装置可进一步包括用于感应网格上位置的工具。负载处理装置可进一步用于升降存储容器的工具。负载处理装置可进一步包括用于将已提升存储容器运送至网格上位置的工具。负载处理装置可进一步包括用于识别各存储容器的工具。负载处理装置可进一步包括识别某存储容器的工具。负载处理装置可自主移动，无需来自集中控制设施的持续指示。负载处理装置可在存储系统的控制下远程操纵。负载处理装置可进一步包括用于将信号发送至集中控制设施的工具并可在集中控制设施的控制下移动。负载处理装置可进一步包括用于为变向组件供电的工具。负载处理装置可进一步包括驱动组件。负载处理装置可具有带驱动轮。负载处理装置可进一步包括识别工具。

在另一个方面，提供了改变根据前述任一权利要求所述的负载处理装置的各组轮与轨路的接合的方法，其中所述负载处理装置在包括轨路的网格框架(14)结构上运行。该方法包括以下步骤：在第一方向F₁上向变向组件的移动件施加力，使凸轮机构移动至第一限制，或在第二方向F₂上向变向组件的移动件施加力，使凸轮机构移动至第二限制。

在另一个方面，提供了用于负载处理装置进行模块化组装的零部件套件，所述套件包括：骨架、第一组轮和第二组轮，其中骨架可安装在第一组轮和第二组轮上；和至少一个变向组件，至少一个变向组件包括至少一个凸轮机构，每个凸轮机构具有移动件、固定支承件、从动件和凸轮通路。

相应地，负载处理装置可基本上为模块化。负载处理装置的系统和零部件基本上可互换。

零部件套件可进一步包括：至少两个凸轮机构和转移带。

零部件套件可进一步包括：至少一个变向马达。

至少一个零部件为3D打印而成。

零部件套件可进一步包括以下至少零部件种至少一个：一组轮、驱动组件、夹持器组件、升降组件、通信系统和/或传感器工具。

其它变形和优点将通过下文说明得以阐明。

附图说明

现在将仅以例举方式并结合附图对本发明的这些和其它方面进行说明，其中：

图1展示了存储结构；

图2展示了轨路结构；

图3展示了图1所示的存储结构顶不上的机器人负载处理装置；

图4展示了机器人负载处理装置或机器人；

图5展示了机器人负载处理装置或机器人；

图6展示了负载处理装置和变向组件，其中，在图6a中负载处理装置已停靠，在图6b中x方向轮被升起而y方向轮被降下用于在y方向上移动，而在图6c中y方向轮被升起而x方向轮被降下用于在x方向上移动；

图7展示了变向凸轮机构；

图8a-c展示了处于降下、停靠和升起位置的图7 的凸轮机构；

图9展示了双凸轮机构；

图10a-c展示了处于降下、停靠和升起位置的图9 的双凸轮机构；

图11展示了三凸轮机构；

图12a-b展示了(a)在从动件附接至移动件而凸轮限定在固定支承件上的情况下和(b)在凸轮被限定在移动件上并且从动件附接至固定支承件的情况下的倒置凸轮机构；

图13a-c展示了处于降下、停靠和升起位置的边缘或表面凸轮机构；

图14展示了图13所示的表面凸轮机构的倒置版本；

图15展示了凸轮和轮安装件布置的侧视图；

图16展示了凸轮和轮安装件布置的前视图；

图17a-b展示了具有防转足部的凸轮机构，其(a)使凸轮附接至移动件和(b)使凸轮附接至固定支承件；

图18a-f展示了与图17所示的凸轮机构相似的具有防转足部、移动件位移不同位置的凸轮机构：图18(a)-(c)使凸轮附接至移动件，而图18(d)-(e)使凸轮附接至固定支承件；和

图19a-f展示了具有防转足部的凸轮机构(图19(a-c))和没有防转足部的凸轮机构(图19(d-f))之间的区别；当机器人在运动中并且在加速(图19(a,d))，当机器人在运动中并没有加速(图19(b,e))和当机器人处于运动中并在减速(图19(c,f))。

在附图中，相同的特征在适当的情况下用相同的附图标记来表示。

具体实施方式

以下具体实施方式代表本发明可如何实施的优选实施例，但它们并不一定是达成该目的仅有的实施例。这些实施例得到充分详细的说明以使本领域的技术人员能够实施本发明。可以利用其它实施例并且可进行结构改变而不会背离权利要求书所限定的本发明的范围。另外，提及方向和隐含表示朝向的任何其它术语是以实施例的方式给出以辅助读者理解此处所说明的特定实施例。它们不应被视为要求或限制，特别是关于位置、朝向或本发明的用途的要求或限制，除非已在权利要求书中具体说明。类似地，提及连接(例如附接、耦接、连接、相连、固定等)是为了宽泛解释并且包括元件连接之间的中间构件和元件之间的相对移动。因此，提及连接不一定指代两个元件直接连接和彼此处于固定关系，除非已在权利要求书中具体说明。类似地，诸如“在n方向上的移动”之类的用语以及任何类似用于，其中n是x、y或z之一，是为了表明基本上沿着或平行于n轴的双向移动(即朝向n轴的正端或朝向n轴的反端)。

图1展示了存储结构1，其包括直立构件3和由直立构件3支撑的水平构件5、7。水平构件7平行于另一个水平构件7及图示的x轴延伸，而水平构件5平行于另一个水平构件5和图示的y轴延伸，横切于水平构件7。直立构件3平行于另一个直立构件3及图示的z轴延伸。水平构件5、7形成限定复数个网格单元的网格图形。在图示的实施例中，容器9设置在网格图形所限定的网格单元下方的堆垛11中，每个网格单元具有一个容器9的堆垛11。

图2显示了轨路结构13的分区的大比例平面图，其位于水平构件5、7的顶部并形成图1所示的存储结构1的一部分。轨路结构13可通过水平构件5、7自身来提供(例如形成于水平构件5、7的表面中或表面上)或通过安装至水平构件5、7顶部的一个或一个以上额外部件来提供。图示的轨路结构13包括x方向轨路17和y方向轨路19。在该情形中，第一组轨路17在x方向上延伸，而第二组轨路19在y方向上延伸，横切于第一组轨路17。轨路17、19在网格单元的中心处限定孔15。孔15的尺寸适于使位于网格单元下方的存储容器9被提升和降低穿过孔15。第一组轨路17通过脊状部21隔开成对设置，而第二组轨路19通过脊状部23隔开成对设置。其它布置的轨路结构也是可能的。

图3显示了在图1所示的存储结构1的顶部上移动的复数个机器人负载处理装置31。每个负载处理装置31，也可被称为机械人31或机器人31，设置有变向组件(未示出)和成组轮以和对应的x或y方向轨路17、19接合，从而使机器人31能行进横跨轨路结构13并到达具体网格单元。如上文所述，成组轨路17、19被脊状部21、23间隔开，这使得一对机器人31可占据相邻网格单元或经过另一个而不发生碰撞。

如图4详细所示，机器人31包括主体33，其中或其上安装了能使机器人发挥其预期功能的一个或一个以上部件。这些功能可包括在轨路结构13上移动横跨存储结构1，以及降下容器9至堆垛11或从堆垛11升起容器9，从而使机器人31可在网格图形所限定的具体位置存放或取回容器9。

为了履行前一个功能，机器人31包括第一和第二组轮35、37，它们安装在主体33上并使机器人31能分别沿着轨路17和19在x和y方向上移动。具体而言，两个轮35设置在图4可见的机器人31的短侧上，而另外两个轮35设置在机器人31的相反短侧36上。轮35可旋转地安装在主体33上并配置为接合轨路17以允许机器人31沿着轨路17移动。类似地，两个轮37设置在图4可见的机器人31的长侧上，而另外两个轮37设置在机器人31的相反长侧38上。轮37与轨路19接合并可旋转地安装在机器人31的主体33上以允许机器人31沿着轨路19移动。

为了使机器人31能在第一和第二方向上的不同的轮35、37上移动，机器人31包括轮定位机构，用于选择性地将第一组轮35与第一组轨路17接合或将第二组轮37与第二组轨路19接合。轮定位机构配置为相对于主体33升起和降下第一组轮35和/或第二组轮37，借此使负载处理装置31能选择性地在第一方向或第二方向上移动跨越存储结构1的轨路17、19。

轮定位机构可包括一个或一个以上线性启动器、旋转部件或用于相对于机器人的主体33升起和降下至少一组轮35、37以使至少一组轮35、37与轨路17、19断开或接触的其它工具。在一些实施例中，仅有一组轮配置为升起和降下，并且降下该一组轮的动作可有效地提升另一组轮离开对应轨路，而升起该一组轮的动作可有效地降下另一组轮与对应轨路接触。在其它实施例中，两组轮都可被升起和降下，这有利地意味着机器人31的主体33基本上保持在同一高度并且因此主体33及其上安装的部件的重量无需通过轮定位机构来提升和降下。

为了促进后一个功能，机器人31进一步包括容器升降工具，整体标记为39，其配置为将容器9从堆垛11升起进入机器人31的容器接收空间或腔体，以及将容器9从容器接收空间降下至堆垛11上。图示的容器升降工具39包括四个带或卷轴41，这四个带或卷轴41在它们的下端连接至容器接合组件43。带41可根据需要上卷或下卷以升起或降下容器接合组件43。可提供一个或一个以上马达或其它工具来实现或控制带41的上卷或下卷。

如图5所示，图示机器人31的主体33具有上部45和下部47。上部45配置为套住一个或一个以上操作部件(未示出)。下部47设置在上部45的下方并包括用于容纳以通过容器升降工具39升起的容器9的至少一部分的容器接收空间或腔体。容器接收空间的尺寸使得容器9足以放在腔体内以使机器人31能移动跨越存储结构1顶部上的轨路结构13，而容器9的下侧不会卡在轨路结构13或存储结构1的另一个部分上。当机器人31已经到达其预期目的地时，容器升降工具39控制带41以降下容器接合组件43以及对应容器9离开下部47中的腔体并进入预期位置。该预期位置可以是容器9堆垛11或存储结构1的出口点(或者，如果机器人31已经移动以收集容器9存储在存储结构1，那么可以是存储结构1的进口点)。虽然在图示的实施例中上下部45、47通过实体分隔物间隔开，但是在别的具体实施方式中，上下部45、47可以不通过具体部件或机器人31的主体33的一部分实体分隔开。

应理解，虽然负载处理装置以单(网格)空间机器人(负载处理装置)为例进行了说明，但是自动化或半自动化存储和取回系统不局限于旨在使用单空间机器人的系统。

在一些具体实施方式中，机器人31的容器接收空间可不处于机器人31的主体33内。举例而言，在一些具体实施方式中，容器接收空间可与机器人31的主体33相邻(例如在用机器人31的主体33的重量平衡待升降容器的重量的悬臂布置中)。在此类具体实施方式中，容器升降工具39的框架或臂可从机器人31的主体33水平突起，并且带/卷轴41可设置在突起框架上的相应位置并配置为从这些位置升起和降下以升起和降下容器进入与主体33相邻的容器接收空间。框架安装在机器人31的主体33上和从机器人31的主体33突起的高度可被选择以提供所需的效果。举例而言，优选的可以是框架在机器人31的主体33上的高水平突起以允许相比而言更大的容器或复数个容器可被升起进入框架下方的容器接收空间。或者，框架可设置为沿着主体33更低地突起(但是高度仍足够在框架和轨路结构13之间容纳至少一个容器)以在机器人31装载了容器时将机器人31的质量中心保持的更低。

与悬臂式机器人不同，通过将负载处理装置的大型部件设置于容器接收空间的上方，负载处理装置的覆盖范围相比于NO317366中所描述的大型部件被套在置于容器接收空间一侧的载具模块中的悬臂式设计得以减少。有利的是，根据本发明的负载处理装置与载具模块和待提升容器一样占据框架中对应数量堆垛上方的空间。

与现有技术中悬臂式负载处理装置相比，单空间负载处理装置也可提供更好的稳定性、更大的负载处理容积和更小的重量，原因是在本发明中容器的负载悬吊于载具各侧的成对轮之间。

在图4和5所示的具体实施方式中，容器接合组件43包括附接至带41下端的夹持器板49以及其上安装的用于闩锁至容器9的一个或一个以上夹持器组件(未示出)。夹持器组件可例如设置在夹持器板49的拐角处，在带41的附近，其被设置为对齐容器9中的凹陷或开口并在被启动时与其相互作用以闩锁至容器9。

回到更详细的轮定位机构或变向组件方面，图6展示了处于三个位置-停靠、y方向移动和x方向移动-中的具有变向组件110的负载处理装置102的立体图。

在图6a中，如果负载处理装置如上文所述定位在网格结构上，那么x方向轮底盘116和y方向轮底盘118均放下从而使所有的轮将与轨路接合。在图6b中，x方向轮底盘116升起而y方向轮底盘118降下以在y方向上移动，并且在图6c中，y方向轮底盘118升起而x方向轮底盘降下以在x方向上移动。轮底盘116、118中的每一个都通过如下文详细说明的那样连接至变向组件110来垂直移动。轮底盘116、118在停靠位置处于同一垂直或z方向水平。

变向组件包括负载处理装置102的每一侧表面上的机构。在图6中，机构显示于可见的x方向侧，而相似的机构设置在相反的x方向侧(未示出)。类似的，机构显示于可见的y方向侧，而相似的机构设置在相反的y方向侧(未示出)。每个连锁集合或变向组件110连接至用于特定侧面的对应轮底盘116、118。

图7展示了用于用在例如接合图6说明的类型的变向组件中的凸轮机构120。凸轮机构120包括移动件 121、固定支承件 122、设置作为移动件121的面表面中的狭槽的凸轮轮廓123和与凸轮123接合并在固定支承件122的相反面或盖之间延伸的从动件124 。应理解，固定支承件122可由单片或单块制成，该单片或单块制成具有足够的深度以具有狭槽以容纳移动件121的深度，并设置为保持从动件124于适当位置，或者固定支承件122可由夹在一起的材料的两个平面制成，从动件固定于其间。

凸轮或狭槽轮廓123在第一限制125和第二限制126之间延伸。在限制之间，如图所示，狭槽从第一限制125基本上水平延伸，向上倾斜，然后继续基本上水平延伸至第二限制126，有足够的空间容纳从动件124。

在所示的凸轮机构120布置的第一布置中，移动件121能够水平移动并固定在垂直方向上，而固定支承件122水平固定并且能够垂直移动。相应地，随着凸轮123水平移动从第一限制125至第二限制126跨越从动件，固定支承件122将被升起等于凸轮轮廓123垂直变化的量。应理解，可选的在第二布置中，固定支承件122可能够在固定在垂直方向上的同时水平移动，而移动件121可固定在水平方向上且能够垂直移动。根据第一布置的移动件121与固定支承件122之间的相对位置如图8所示，该附图显示了处于各种位置的凸轮120。

图8a-c展示了图7的凸轮机构，其中固定支承件122的前表面已经被移除，这使得能够更加容易得看见和理解从动件124的位置。垂直虚线通过从动件124定位以辅助理解凸轮机构120在各视图之间的相对位置。

在图8a中，移动件121已经被水平定位至右侧。连接至固定支承件122的从动件定位在凸轮123的第一限制125处。

在图8b中，移动件121已经被定位至中心，位于图8a中位置的左侧。从图8a所示的位置开始，凸轮123已经相对于从动件124移动，这使得从动件124位于凸轮狭槽的第一拐点。固定支承件122相对于其在图8a中的位置尚未移动其位置。

在图8c中，移动件122已经被水平定位至左侧。凸轮123已经相对于从动件124移动，这使得从动件已经必须垂直移动上坡以位于第二限制126处。由于从动件124固定至固定支承件122并且由于固定支承件水平固定，固定支承件122必然垂直移动。

在图8a和8b中，固定支承件122相对于移动件121处于降下位置，而在图8c中，固定支承件122相对于移动件121处于升起位置。

应理解，如果一对轮固定附接至固定支承件122，那么凸轮机构120能用于通过向移动件121施加水平力来根据需要升起和降下轮。图8b所示的凸轮120的位置可用作“停靠”位置，在此处轮准备好移动进入接合(图8a)或断开(图8c位置)。

应理解，凸轮轮廓可被设计以提供任何所需的水平至垂直移动轮廓。

图9展示了另一种凸轮机构130，其采用了双凸轮布置。第一凸轮133a和第二凸轮133b水平相邻设置。第一凸轮轮廓和第二凸轮轮廓133b基本上相同。同样，一对从动件124a和124b设置为与相应的凸轮133a、133b接合。

该布置与图8a-c所示的布置的进一步区别在于第一凸轮133a和第二凸轮133b设置在固定支承件132a、132b上，而第一从动件124a和第二从动件124b附接至移动件131，即它们是倒置的。固定支承件部分132a和132b通过一对棒材相连。

凸轮机构130的运作与凸轮机构120的运作相似。在水平力施加至移动件131的情况下，从动件124a和124b分别沿着第一凸轮路径133a和第二凸轮路径133b在第一限制125a、125b和第二限制136a、136b之间一致移动。假设固定支承件132a、132b仅限于在垂直方向上移动，移动件131的水平移动导致固定支承件132a、132b被提升，与凸轮机构120的功能相似。图10a-c展示了处于与图8a-c的单凸轮机构120所示的位置分别对应的位置的倒置双凸轮机构130。

图11展示了另一种导致凸轮机构140，其采用了三凸轮布置。第一凸轮143a和第一从动件144a、第二凸轮143b和第二从动件144b以及第三凸轮143c和第三从动件144c水平相邻设置。固定支承件部分142a、142b、142c相连。除此之外，三凸轮机构140的布置与双凸轮机构130相似。三凸轮机构140的运作与凸轮机构120、130的运作相似。

如上文所探讨的，凸轮轮廓可限定在移动件上而从动件附接至固定支承件(图7和8)，或者从动件可附接至移动件，其中凸轮轮廓限定在固定支承件上(图9-11)。此类倒置或‘镜像’布置如图12a和12b所示，其中图12a与图9-11相似而图12b与图7和8相似。应理解，显示单凸轮机构是为了简便，而这种倒置或镜像可适用于具有任意数量(两个、三个等)相似凸轮的凸轮机构。

在图12中，凸轮机构150a、150b设置为分别带有移动件 151a、151b、固定支承件152a、152b、凸轮153a、153b及从动件154a、154b。在图12a中，从动件154a附接至移动件151a，而凸轮153a限定在固定支承件152a上，在图12中则反过来。应理解，凸轮路径153a是相较于凸轮路径153b围绕想象的水平线的镜像反射，以对于相应移动件151a、151b上的指定水平输入实现固定支承件152a、152b的相同垂直移动。

另一种凸轮机构160布置显示在图13a-c中。与之前的凸轮机构120、130、140、150不同，凸轮轮廓并不通过狭槽限定，而是通过移动件161的下边缘163限定。移动件161能够在角块之间水平移动。从动件164原位固定在固定支承件框架162上，并且固定支承件框架162被限制为仅滑动安装在垂直角杆上做垂直移动。除此之外，凸轮机构160的运作与之前的布置相似。

在图13所示的布置中，应理解，当从动件164处于使固定支承件162将相对于移动件161升起的位置时，固定支承件162会因重力而容易掉落，从而将从动件与凸轮表面或下边缘163断开。这种倾向通过弹簧167得以缓解，该弹簧167可被偏压以将固定支承件162拉向移动件161。

应理解，偏压凸轮机构进入特定构型的弹簧可用在任一前述布置上。

再次，与上文探讨的实施例一样，特别是与图12a和12b相关方面，应理解，表面或边缘凸轮布置可相对于图13所示的布置以镜像或倒置方式设置，如图14中所示，其中凸轮机构170包括移动件171、固定支承件172、凸轮表面173和从动件174，并进一步包括弹簧177。

应理解，本发明所述的凸轮机构可用作结合图1-6说明的任一负载处理装置或意在通过在笛卡尔坐标系中双向移动运作的任意负载处理装置的变向组件的一部分。

本发明所述的凸轮机构适于负载处理装置每个面上作为变向组件的布置。对于一些负载处理装置，可能仅需要在一对相反面-即x方向面或y方向面-上具有变向组件。

如上文结合图6所探讨的，在一些负载处理装置上，变向组件在负载处理装置的每个面上包括用于升起和降下用于x方向移动的各对轮，并且相似地(有时同时)分别降下和升起用于y方向移动的各对轮。

在负载处理装置每个面上的凸轮机构可通过皮带、链条或其他机械工具连锁以协调轮对的移动。应理解，对于每个单独面，可能需要垂直镜像或水平镜像凸轮轮廓以确保轮对的正确协调移动。

图17a-b展示了具有防转足部的凸轮机构190a、190b：图17a的凸轮附接至移动件，而图17b是凸轮附接至固定支承件的图17a中所展示的机构的倒置版本。

在附图17a和17b中每一张中，凸轮机构包括移动件和固定支承件之间的接合工具。如图所示，移动件具有突出的防转足部191，而固定支承件具有对应的突出基座192。如图17a和17b所示，凸轮机构190a、190b处于已接合或驱动位置，在该位置轮与表面处于接触状态。足部191和基座192处于接触状态，这样基座192就支撑防转足部191。

图18a-f展示了处于升起(图18a、18d)、停靠(图18b、18e)和 驱动(图18c、19f)位置的图17的凸轮机构190a、190b。如图所示，足部191在处于驱动位置时仅与基座192接合。

图15和16展示了如本文探讨的可能的包含凸轮机构变向组件部件的轮安装件布置。该轮安装件布置可适于披露的任意凸轮机构。图15a和15b展示了凸轮和轮安装件布置的侧视图，而图16展示了凸轮和轮安装件布置的前视图。从图15和16，应理解，凸轮机构基本上占据了单个垂直平面并且是紧凑的。

对于负载处理装置的每个面，双凸轮机构180安装在负载处理装置的中环和轮底盘之间。凸轮机构180可以是本发明所描述的任一凸轮机构，并且不一定局限于例举的双凸轮机构。

每个凸轮机构180的移动件181安装至限定负载处理装置的中环的杆182。应理解，移动件181的安装方式使得它能在中环上于角块之间自由滑动或滑行。在移动件181的基本上垂直下方是具有限定凸轮轮廓的狭槽的块183。块183可组装成两半，夹住其间的滚动件(或从动件)184。块183直接连接至轮安装件块185。

图15a显示了x方向轮安装件的侧面轮廓，而图15b展示了y方向轮安装件的侧面轮廓。应理解，轮安装件块可围绕负载处理装置骨架的垂直杆186相互锁定。

图19a-f展示了如图所示正在箭头所示的方向上被向右驱动的负载处理装置。图19a-c中展示的凸轮机构190a于图17a和18a-c所示的凸轮机构相似。而图d-f所示的凸轮机构缺失了足部和对应基座。在每个图示中，凸轮机构处于轮与表面接合的驱动位置中。

如图19d所示，负载处理装置正向右移动并正在加速。在这种情形中，负载处理装置容易向后或向左倾斜，使负载处理装置变得不稳定。

如图19e所示，负载处理装置正以恒定速度向右移动。在以恒定速度行进后，即使没有足部也应当不会倾斜。但是，由于负载处理装置在其加速时容易向后倾斜，当负载处理装置回到恒定速度时，在负载处理装置稳定前可能在倾斜中存在略向后和略向前之间的摆动或摇摆。

如图19f所示，负载处理装置正向右移动并正在减速。在这种情形中，负载处理装置容易向前倾斜，使负载处理装置变得不稳定。

与之相比，当具有诸如190a之类的凸轮机构的负载处理装置在相同条件下被驱动时，足部191与基座192接合。基座192向足部191提供的支撑有助于通过使该机构刚性更好并减少倾斜量来稳定负载处理装置。

如图19a所示，负载处理装置正向右移动并正在加速；如图19b所示，负载处理装置正以恒定速度向右移动；如图19c所示，负载处理装置正向右移动并正在减速。在每种情形中，负载处理装置都基本上保持水平，原因是足部与基座的接合使该结构刚性更好。

应理解，鉴于负载处理装置可能承载不同的负载，负载处理装置在行进时保持基本上水平是有利的，因为这会提高控制的精准度。

应理解，当凸轮位于轮安装件上时，当轮完全放下时对称性可选定为对称，以在负载处理装置被驱动时提供最佳的稳定性。因此，对于提升前后轮，提升未必完全对称。应理解，可选定对称点以优化组件的其它方面。

应理解，轮安装件子组件随着其(通过单凸轮)被提升会倾斜，并且一个轮在另一个之前被提升，可能导致错误、其它部件(例如移动件和中环之间的滑动轴承或垂直安装杆和角块之间的滑动轴承)上潜在的不均匀磨损以及在变向操作过程中负载处理装置特定区域上潜在的受力更大。相应地，单凸轮机构的一些优点可通过支撑件或接合工具来实现。

在凸轮位于移动件上的情况下，无论该布置具有单凸轮还是双凸轮，轮都可被对称地提升，原因是滚动件相对于被驱动轮是静止的。但是移动件上的双凸轮因空间限制和其它部件的考量未必可行。

应理解，虽然本发明描述了在基于网格的立方体存储系统上运作而网格设置在存储堆垛的顶部的负载处理装置，变向组件和/或凸轮机构可适用于其它自主或半自主装置。举例而言，变向组件或凸轮机构可适用于Kiva(RTM)或相似的自主移动机器人(AMR)型机器人，其整体高度较低以允许定位在容器堆垛或转运容器下方以从下方提升堆垛。应理解，本发明所述的组件因该组件所需的垂直空间相对较小而适于该类型的机器人。

虽然在前述说明中尽力将注意力集中于本发明重要性特别高的特征上，应理解，申请人主张对本说明书所提及和/或附图所示的任何可授予专利权的特征或特征组合进行保护，无论是否对其进行了特别强调。

应理解，凸轮机构可被设计用于利用上文所述的各种装置组合和布置的特定应用。应理解，上文所述的特征可在单一系统中全部一起使用。在本发明的其它具体实施方式中，一些特征可省略。这些特征可用在任何兼容的布置中。可能有上文未明确说明但并未背离权利要求书中所限定的本发明范围的许多变形和改进。

Claims (19)

1. 一种用于升降和移动基于网格的存储系统框架结构中堆叠的存储容器的负载处理装置，包括：第一组平行轨道或轨路和第二组平行轨道或轨路，所述第二组平行轨道或轨路在大致水平的平面中大致垂直于所述第一组轨道或轨路延伸以形成包括复数个网格空间的网格图形，其中所述网格被一组立柱支撑以在所述网格下方形成复数个垂直存储位置供容器堆叠在所述立柱之间，并被所述立柱引导在垂直方向上穿过所述复数个网格空间，

所述负载处理装置包括：骨架，所述骨架包括限定了容积空间的框架，该容积空间具有上部、下部及所述上部和所述下部之间的中环；设置在所述骨架下部分上的第一组轮和设置在所述骨架下部分上的第二组轮，所述第一组轮设置为与所述第一组平行轨路接合而所述第二组轮被设置为与所述第二组平行轨路接合；和

变向组件，所述变向组件设置为相对于所述骨架升起或降下所述第一组轮和/或相对于所述骨架降下或升起所述第二组轮以将所述第一和所述第二组轮与平行轨路接合或断开，所述变向组件位于所述中环与所述第一组轮和/或所述第二组轮之间，并且其中所述变向组件包括凸轮机构。

2.根据前述任一权利要求所述的负载处理装置，其中，所述凸轮机构直接固定至轮底盘，用于安装一对相应的第一组轮或第二组轮。

3.根据前述任一权利要求所述的负载处理装置，其中，固定支承件受所述骨架上的一个或一个以上安装件限制，以仅在垂直方向上移动。

4.根据前述任一权利要求所述的负载处理装置，其中，所述变向组件设置为相对于所述骨架升起或降下所述第一组轮并同步且分别相对于所述骨架降下或升起所述第二组轮。

5.根据前述任一权利要求所述的负载处理装置，其中，所述凸轮机构包括移动件和固定支承件之间的接合工具。

6.根据前述任一权利要求所述的负载处理装置，其中，所述凸轮机构包括单凸轮布置或其中所述凸轮机构包括双凸轮布置或其中所述凸轮机构包括三凸轮布置。

7.根据前述任一权利要求所述的负载处理装置，其中，所述凸轮机构设置在所述中环和相应一对轮之间的单一垂直平面中。

8.根据前述任一权利要求所述的负载处理装置，其中，通过单一马达操作所述变向机构，或其中通过不止一个马达操作所述变向机构。

9.根据前述任一权利要求所述的负载处理装置，其中，通过驱动带驱动所述第一组轮和所述第二组轮的相应各对轮，并且所述凸轮机构位于所述驱动带的路径所限定的区域内。

10.根据前述任一权利要求所述的负载处理装置，进一步包括用于确定所述第一组轮或第二组轮与所述平行轨路的接合的传感工具。

11. 根据前述任一权利要求所述的负载处理装置， 进一步包括用于确定所述变向组件的故障或失效的传感工具。

12.根据前述任一权利要求所述的负载处理装置，其中，至少一部分所述凸轮机构为3D打印的，和/或其中至少一部分所述凸轮机构为基本上拓扑优化的。

13.根据前述任一权利要求所述的负载处理装置，其中，所述负载处理装置进一步包括：通过所述骨架的上部支撑的升降装置，用于将容器提升至所述容积空间内。

14. 改变根据前述任一权利要求所述的负载处理装置的各组轮与轨路的接合的方法，其中所述负载处理装置在包括轨路的网格框架(14)结构上运行，所述方法包括以下步骤：

在第一方向F₁上向所述变向组件的所述移动件施加力，使凸轮机构移动至第一限制，或

在第二方向F₂上向所述变向组件的所述移动件施加力，使凸轮机构移动至第二限制。

15. 用于对根据权利要求1-13中任一项所述的负载处理装置进行模块化组装的零部件套件，所述套件包括：

骨架、第一组轮和第二组轮，其中所述骨架可安装在所述第一组轮和所述第二组轮上；和

至少一个变向组件，所述至少一个变向组件包括至少一个凸轮机构，每个凸轮机构具有移动件、固定支承件、从动件和凸轮通路。

16.根据权利要求15所述的零部件套件，进一步包括至少两个凸轮机构和转移带。

17.根据权利要求15-16中任一项所述的零部件套件，进一步包括至少一个变向马达。

18.根据权利要求15-17中任一项所述的零部件套件，其中至少一个零部件为3D打印的。

19.根据权利要求15-18中任一项所述的零部件套件，进一步包括以下零部件中的至少一个：一组轮、驱动组件、夹持器组件、升降组件、通信系统和/或传感器工具。