ES2924496T3 - Sistemas y métodos para proporcionar el procesamiento de una variedad de objetos empleando planificación de movimiento - Google Patents

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Kevin Ahearn
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Michael DAWSON-HAGGERTY
Christopher GEYER
Thomas Koletschka
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Matthew Mason
Gene Price
Joseph Romano
Daniel Smith
Siddhartha SRINIVASA
Prasanna Velagapudi
Thomas Allen
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Abstract

Se describe un sistema de procesamiento para proporcionar procesamiento de objetos homogéneos y no homogéneos en entornos tanto estructurados como desordenados. El sistema de procesamiento incluye un dispositivo de movimiento programable que incluye un efector final, un sistema de percepción para reconocer cualquiera de la identidad, ubicación y orientación de un objeto presentado en una pluralidad de objetos en una ubicación de entrada, un sistema de adquisición de agarre para adquirir el objeto usando el efector final para permitir que el objeto se mueva desde la pluralidad de objetos a uno de una pluralidad de contenedores de destino, y un sistema de planificación de movimiento para determinar una parte cambiante de una trayectoria del efector final desde el objeto hasta una ubicación base próxima a la ubicación de entrada, y determinando una porción invariable de una trayectoria del efector final desde la ubicación base hasta una ubicación de contenedor de destino próxima a un contenedor de destino. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistemas y métodos para proporcionar el procesamiento de una variedad de objetos empleando planificación de movimiento
PRIORIDAD
La presente solicitud reivindica prioridad frente a la solicitud de patente provisional de EE.UU. n.° 62/292.538 presentada el 8 de febrero de 2016.
Antecedentes
La invención se refiere, en general, a sistemas de clasificación robóticos y de otro tipo, y se refiere, en particular, a sistemas de control de movimiento programables que están destinados a emplearse en entornos cambiantes que requieren que el sistema de control de movimiento se adapte al procesamiento de una variedad de objetos en disposiciones tanto homogéneas como heterogéneas.
Muchas operaciones de cumplimiento de pedidos logran una alta eficiencia mediante el empleo de procesos dinámicos en los que los pedidos se cogen de los estantes del almacén y se colocan en contenedores que se clasifican corriente adelante. En la fase de clasificación, se identifican los artículos individuales y se unifican los pedidos de varios artículos en un solo contenedor o ubicación de estante para que puedan embalarse y, después, enviarse a los clientes. El proceso de clasificación de estos artículos (u objetos) se ha realizado tradicionalmente a mano. Un clasificador humano coge un objeto de un contenedor entrante, encuentra el código de barras del objeto, escanea el código de barras con un escáner de código de barras manual, determina a partir del código de barras escaneado la ubicación adecuada para el objeto en el contenedor o estante, y luego coloca el objeto en la ubicación determinada del contenedor o estante donde se colocan todos los objetos para ese pedido.
Sin embargo, cada objeto debe manipularse y procesarse individualmente, lo que requiere que el dispositivo de movimiento programable trabaje con una amplia variedad de objetos de diferentes tamaños, formas y pesos. Queda por tanto la necesidad de disponer de un sistema de planificación de movimiento y clasificación de objetos para un sistema de control de movimiento programable que sea capaz de realizar de manera eficiente y eficaz la clasificación y la manipulación automatizados de una variedad de objetos.
La publicación de solicitud de patente de EE. UU. n.° 20150352717 de Mundt et al. se refiere a un aparato para la extracción automática de piezas de trabajo dispuestas en un recipiente.
Sumario
La presente invención está definida por las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripción de los dibujos
La siguiente descripción puede entenderse mejor con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 muestra una vista esquemática ilustrativa de un sistema de acuerdo con una realización de la presente invención;
la figura 2 muestra una vista fotográfica ilustrativa de una imagen capturada por un dispositivo de percepción del sistema que se muestra en la figura 1;
la figura 3 muestra una vista esquemática ilustrativa de estaciones en un sistema de procesamiento de objetos de acuerdo con una realización de la presente invención;
la figura 4 muestra una vista esquemática ilustrativa del sistema de la figura 3 que muestra los posibles recorridos de trayectoria;
la figura 5 muestra una vista esquemática ilustrativa del sistema de la figura 3 que muestra posibles recorridos de trayectoria adicionales, así como la conectividad a través de una red como internet;
la figura 6 muestra una vista esquemática ilustrativa del sistema de la figura 3 que mapea los recorridos de trayectoria de múltiples estaciones de clasificación para hacer la tarea en el menor tiempo posible;
la figura 7 muestra una vista esquemática ilustrativa del sistema de la figura 3 que mapea los recorridos de trayectoria de múltiples estaciones de clasificación para que exista un riesgo mínimo;
la figura 8 muestra una vista esquemática ilustrativa del sistema de la figura 3 que incluye una unidad de procesamiento adicional;
la figura 9 muestra una vista esquemática ilustrativa del sistema de la figura 3 que incluye la planificación de movimiento de extracción de contenedores;
la figura 10 muestra una vista esquemática ilustrativa del sistema de la figura 3 que incluye la planificación de movimiento de extracción de contenedores y una cinta transportadora para contenedores vacíos;
la figura 11 muestra una vista esquemática ilustrativa de un sistema de acuerdo con otra realización de la presente invención que conlleva múltiples estaciones de procesamiento;
la figura 12 muestra una vista esquemática ilustrativa de un sistema de acuerdo con otra realización de la presente invención que conlleva múltiples estaciones de procesamiento que se comunican a través de una red tal como internet;
la figura 13 muestra una vista esquemática ilustrativa de un sistema robótico que emplea planificación de movimiento de acuerdo con una realización de la presente invención;
las figuras 14A-14C muestran vistas esquemáticas ilustrativas del efector de extremo de la figura 13 agarrando y moviendo un objeto de acuerdo con una realización de la presente invención;
la figura 15 muestra una vista esquemática ilustrativa de un efector de extremo que incluye sensores de retroalimentación para su uso en sistemas de acuerdo con ciertas realizaciones de la presente invención;
la figura 16 muestra una vista esquemática ilustrativa del efector de extremo de la figura 13 agarrando un objeto de acuerdo con otra realización de la presente invención;
la figura 17 muestra una vista esquemática ilustrativa del efector de extremo de la figura 16 moviendo un objeto de acuerdo con otra realización de la presente invención; y
la figura 18 muestra una vista esquemática ilustrativa del efector de extremo de la figura 16 colocando el objeto en una ubicación de destino en una orientación deseada.
Los dibujos se muestran únicamente con fines ilustrativos.
Descripción detallada
Los sistemas de varias realizaciones de la invención automatizan parte del proceso de clasificación junto con un sistema de control de movimiento programable (como, por ejemplo, un sistema de selección y colocación de indexación lineal, un sistema de drones, o cualquiera de una amplia variedad de sistemas robóticos, incluyendo sistemas de robot de brazo articulado, sistemas de robot de tubo concéntrico y sistemas de robot de brazo paralelo (brazo tipo Delta). En concreto, los sistemas de varias realizaciones de la invención conllevan las etapas de identificar y mover los objetos seleccionados. Un sistema de control de movimiento programable coge un objeto de un área de entrada, pasa el objeto cerca de un escáner, y luego, habiendo obtenido la información de identificación del objeto (como códigos de barras, códigos QR, códigos SKU, otros códigos de identificación, información leída de una etiqueta en el objeto, o su información de tamaño, peso y/o forma), coloca el objeto en la ubicación adecuada de acuerdo con un manifiesto.
De acuerdo con ciertas realizaciones, la invención proporciona un nuevo sistema de planificación de movimiento con el fin de mover objetos individuales de manera eficiente y efectiva hasta un conjunto de ubicaciones de destino, por ejemplo, ubicaciones de clasificación. En aplicaciones como las de cumplimiento de pedidos, los objetos (artículos o bienes, etc.) se agrupan en conjuntos heterogéneos y deben clasificarse. Los objetos individuales deben identificarse y luego enviarse a las ubicaciones específicas del objeto. De acuerdo con ciertas realizaciones, el sistema automatiza de forma fiable el movimiento de dichos objetos mediante el empleo de sistemas de movimiento programable automatizado (por ejemplo, robótica) y planificación de movimiento.
Los componentes importantes de un sistema de procesamiento automatizado (por ejemplo, clasificación robótica) de acuerdo con una realización de la presente invención se divulgan con referencia a la figura 1. La figura 1 muestra un sistema de movimiento programable 10 (por ejemplo, un sistema robótico) que incluye un brazo articulado 12 que incluye un efector de extremo 14 y secciones articuladas 16, 18 y 20. El brazo articulado 12 selecciona objetos de un área de entrada, tal como una cinta transportadora 22, que están bien en un contenedor de entrada sobre la cinta transportadora 22 o bien sobre la propia cinta transportadora. Un caballete 24 incluye unida una unidad de percepción 26 que se dirige hacia la cinta transportadora desde arriba de la cinta transportadora. La unidad de percepción 26 puede ser, por ejemplo, una cámara 2D o 3D, o un escáner, tal como un escáner de reflectividad láser u otro tipo de lector de código de barras, o un escáner RFID. También se proporciona un sistema de visualización de imágenes, como se muestra con el número 28, para proporcionar una imagen de la visión de la unidad de percepción en un dispositivo de entrada de pantalla táctil. El sistema robótico 10 puede incluir además el entorno robótico y una estación de destino 30 que incluye una serie de ubicaciones de procesamiento (por ejemplo, contenedores de clasificación) 32 en los que se pueden colocar los objetos después de su identificación. Un sistema central de computación y control 34 puede comunicarse con la unidad de percepción 26 y el sistema de visualización de imágenes 28, así como con el brazo articulado 12 a través de comunicación inalámbrica o, en determinadas realizaciones, el sistema central de computación y control puede proporcionarse dentro de la sección de base 20 del brazo articulado.
El sistema proporciona, en una realización, un sistema automatizado de identificación de artículos que incluye un sistema robótico de selección y colocación que es capaz de coger artículos, moverlos en el espacio y colocarlos. El sistema también puede incluir: el conjunto de los propios objetos que deban identificarse, la forma en que se organizan los objetos entrantes (comúnmente en una pila heterogénea en un contenedor o en línea sobre una cinta transportadora), la forma en que se organizan los objetos que salen (comúnmente en una gama de contenedores de salida o cubículos de estante), la forma en que se etiquetan los objetos con códigos de barras o etiquetas de identificación por radiofrecuencia, un escáner primario fijo que opera por encima del flujo entrante de objetos, una estación de escaneo donde uno o más escáneres e iluminadores se activan cuando el objeto se queda en la estación, y un sistema de control y computación central determina la ubicación adecuada para colocar el objeto (que depende del código de barras decodificado del objeto).
Como se ha señalado, el sistema robótico de selección y colocación puede incluir un brazo robótico equipado con sensores y computación que, cuando se combinan, se supone en el presente documento que presenta las siguientes capacidades: (a) puede coger objetos de una clase específica de objetos y separarlos de un flujo de objetos heterogéneos, independientemente de si están mezclados en un contenedor o si están separados sobre un sistema transportador por gravedad o motorizado; (b) puede mover el objeto a lugares arbitrarios dentro de su espacio de trabajo; (c) puede colocar objetos en un contenedor de salida o ubicación de estantería de su espacio de trabajo; y, (d) puede generar un mapa de objetos que puede seleccionar, representado como un conjunto candidato de puntos de agarre en la celda de trabajo y como una lista de politopos que rodean el objeto en el espacio.
Los objetos permitidos están determinados por las capacidades del sistema robótico de selección y colocación. Se supone que su peso, tamaño y geometría son de tal forma que el sistema robótico de selección y colocación es capaz de cogerlos, moverlos y colocarlos. Estos pueden ser cualquier tipo de bienes, paquetes, bultos u otros artículos pedidos que se beneficien de la clasificación automática. Cada objeto está asociado a un código universal de producto (UPC) o a otro identificador de objeto único, que identifica el elemento o proporciona información (como una dirección) que en sí dirige el procesamiento del objeto.
Como se ha explicado anteriormente, el sistema de una realización incluye un sistema de percepción 26 que está montado encima de un contenedor de objetos que deban clasificarse, mirando hacia abajo sobre el contenedor. Se adquiere una combinación de datos en 2D y 3D (profundidad). El sistema utiliza estas imágenes y una variedad de algoritmos para generar un conjunto de ubicaciones de agarre candidatas para los objetos del contenedor.
La figura 2 muestra una imagen esquemática de una vista de cámara desde la unidad de percepción 26, y la imagen puede aparecer en el sistema de visualización de imágenes 28 de la figura 1 con imágenes superpuestas de un efector de extremo que busca agarrar cada objeto 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52 y 54 de un contenedor 56, mostrando la ubicación de cada agarre. Las ubicaciones de agarre candidatas 58 se indican usando un modelo 3D del efector de extremo del robot colocado en la ubicación donde se usaría el efector de extremo real como ubicación de agarre, como se muestra en la figura 2. La imagen muestra varias ubicaciones de agarre 58 que se considerarían buenas (por ejemplo, están cerca del centro de masa del objeto para proporcionar una mayor estabilidad durante el agarre y el transporte) y evitan lugares sobre un objeto como tapones, costuras, etc. donde podría no conseguirse un buen sello al vacío. La imagen también muestra dos ubicaciones de agarre 60 que no son buenas ubicaciones de agarre, donde el sistema de percepción no percibe correctamente el objeto 54 y, en particular, no percibe que otro objeto 48 está encima del objeto 54.
De acuerdo con varias realizaciones, la invención proporciona un sistema de movimiento programable que puede aprender las ubicaciones de agarre de objetos a partir de la experiencia y la orientación humana. La mayoría de los sistemas robóticos, por ejemplo, diseñados para localizar objetos y cogerlos, dependen de un conjunto de sensores para dar al sistema información sobre la ubicación, tamaño, posición e incluso la identidad de un objeto. Dichos sistemas diseñados para trabajar en los mismos entornos que los trabajadores humanos se enfrentarán a una enorme variedad de objetos, posiciones, etc. Las imágenes 2D/3D junto con los puntos de agarre seleccionados por humanos se pueden usar como entrada para algoritmos de aprendizaje automático, para así ayudar al sistema robótico a aprender cómo lidiar con tales casos en el futuro, reduciendo así con el tiempo la necesidad de asistencia por parte del operario. Se adquiere una combinación de datos en 2D y 3D (profundidad), y el sistema utiliza estas imágenes y una variedad de algoritmos para generar un conjunto de puntos de agarre candidatos para los objetos del contenedor.
Además de la información geométrica, el sistema puede aprender la ubicación de los marcadores de referencia, como los códigos de barras sobre los objetos, que se puede utilizar como indicador de un parche de superficie que es plano e impermeable y, por tanto, adecuado para una ventosa. Un ejemplo de ello son las cajas y bolsas de envío, que suelen tener la etiqueta de envío en el centro de masa del objeto y presentan una superficie impermeable, a diferencia del material de la bolsa en bruto, que puede ser ligeramente poroso y, por tanto, no tener un buen agarre. De acuerdo con otros ejemplos, el propio marcador de referencia puede no ser el objetivo, pero puede proporcionar una referencia para hallar una ubicación de agarre objetivo. Una vez que se identifica un producto y se conoce su orientación, por ejemplo, una cierta distancia (por ejemplo, x, y) desde un marcador de referencia puede usarse como una ubicación de agarre óptima.
El sistema robótico puede emplear la planificación de movimiento utilizando una base de datos de trayectorias que se actualiza dinámicamente con el tiempo y está indexada con las métricas de cliente. Los dominios del problema contienen una combinación de componentes cambiantes e inmutables en el entorno. Por ejemplo, los objetos que quedan expuestos al sistema a menudo se presentan en configuraciones aleatorias, pero las ubicaciones de destino en las que se colocarán los objetos a menudo son fijas y no cambian durante toda la operación.
Un uso de la base de datos de trayectorias es aprovechar las partes inmutables del entorno precomputando y guardando en una base de datos las trayectorias que mueven el sistema de manera eficiente y firme a través de estos espacios. Otro uso de la base de datos de trayectorias es mejorar constantemente el rendimiento del sistema durante la vida útil de su operación. La base de datos se comunica con un servidor de planificación que planifica continuamente las trayectorias desde los distintos inicios hasta las distintas metas, para así disponer de un conjunto grande y variado de trayectorias para realizar cualquier tarea en particular. En diversas realizaciones, un recorrido de trayectoria puede incluir cualquier número de porciones cambiantes e inmutables que, cuando se combinan, proporcionan un recorrido de trayectoria óptimo en una cantidad eficiente de tiempo.
La figura 3, por ejemplo, muestra una vista esquemática de un sistema de clasificación robótico 70 que incluye una cinta transportadora 72 que proporciona contenedores de entrada 56, 74, 76 a lo largo de una dirección, como se indica con A, hasta una estación de clasificación. Se muestra esquemáticamente un sistema robótico con el número 80 e incluye un efector de extremo 82 para mover objetos desde un contenedor de entrada (por ejemplo, 56) hasta las ubicaciones de procesamiento, por ejemplo, contenedores de destino 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102. Una vez vaciados, los contenedores vacíos 77 siguen su camino sobre la cinta transportadora 72.
El sistema robótico puede incluir una ubicación de inicio o base 84 definida a la que cada objeto puede llevarse inicialmente tras recogerlo del contenedor (por ejemplo, 56). En determinadas realizaciones, el sistema puede incluir una pluralidad de ubicaciones base, así como una pluralidad de porciones de recorrido predeterminadas asociadas a la pluralidad de ubicaciones base. Las trayectorias que sigue el brazo articulado del sistema de robot desde el contenedor de entrada hasta la ubicación base 84 cambian constantemente, en parte, en función en la ubicación de cada objeto dentro del contenedor de entrada, la orientación del objeto dentro del contenedor de entrada y la forma, peso y otras propiedades físicas del objeto que deba recogerse.
Una vez que el brazo articulado ha recogido un objeto y lo coloca en la ubicación base, los recorridos hacia cada uno de los contenedores de destino 86-102 no cambian. En concreto, cada contenedor de destino 86-102 está asociado a una ubicación única del contenedor de destino 106, 108, 110, 112, 114, 116, 118, 220, 222 y las trayectorias desde la ubicación base 84 hasta cada una de las ubicaciones de los contenedores de destino de forma individual no cambian. Una trayectoria, por ejemplo, puede ser una indicación del movimiento de un dispositivo de movimiento programable a lo largo del tiempo. De acuerdo con varias realizaciones, tales trayectorias pueden generarse mediante experiencia, una persona que entrena el sistema y/o algoritmos automatizados. Para una trayectoria que no cambia, la distancia más corta es un recorrido directo hasta el contenedor de destino objetivo, pero el brazo articulado comprende secciones articuladas, articulaciones, motores, etc. que proporcionan rangos de movimiento, velocidades, aceleraciones y desaceleraciones específicos. Debido a esto, el sistema robótico puede seguir cualquiera de una variedad de trayectorias entre, por ejemplo, la ubicación base 84 y la ubicación del contenedor de destino 106.
La figura 4, por ejemplo, muestra tres trayectorias de este tipo (1T1, 2T1 y 3T1) entre la ubicación base 84 y la ubicación del contenedor de destino 106. Los elementos de la figura 4 son los mismos que los de la figura 3. Cada trayectoria tendrá un tiempo, así como un factor de riesgo asociados. El tiempo es el tiempo que tarda el brazo articulado del sistema robótico en acelerar desde la ubicación base 84, moverse hacia el contenedor de destino 86 y desacelerar hasta la ubicación del contenedor de destino 106 para colocar el objeto en el contenedor de destino 86.
El factor de riesgo puede determinarse de varias maneras, incluso si la trayectoria incluye una aceleración o desaceleración pronunciada (predefinida) (lineal o angular) en cualquier punto de la trayectoria. El factor de riesgo también puede incluir cualquier posibilidad de que el brazo articulado encuentre (choque contra) cualquier cosa en el entorno robótico. Además, el factor de riesgo también puede definirse en función de la información de conocimiento aprendida a partir de la experiencia del mismo tipo de brazos robóticos en otros sistemas robóticos que mueven el mismo objeto desde una ubicación base a la misma ubicación de destino.
Como se muestra en el número 130 de la tabla de la figura 4, la trayectoria 1T1 (como se muestra en 132) desde la ubicación base 84 hasta la ubicación de destino 106 puede presentar un tiempo rápido (0,6 s) pero un alto factor de riesgo (18,2). La trayectoria 2T1 (como se muestra en 134) desde la ubicación base 84 hasta la ubicación de destino 106 puede presentar un tiempo mucho más lento (1,4 s) pero sigue teniendo un factor de riesgo bastante alto (16,7). La trayectoria 3T1 (como se muestra en 136) desde la ubicación base 84 hasta la ubicación de destino 106 puede presentar un tiempo relativamente rápido (1,3 s) y un factor de riesgo moderado (11,2). La decisión de seleccionar la trayectoria más rápida no siempre es la mejor, ya que a veces la trayectoria más rápida puede presentar un factor de riesgo inaceptablemente alto. Si el factor de riesgo es demasiado alto, se puede perder un tiempo valioso si el sistema robótico no logra mantener el objeto agarrado.
La figura 5 muestra las tres trayectorias (1T1, 2T1, 3T1) hasta la ubicación del contenedor de destino 106 explicada con referencia a la figura 4, así como otras dos trayectorias (4T1, 5T1) entre la ubicación base 84 y la ubicación del contenedor de destino 106. En el sistema de la figura 5, el sistema de control local 146 puede comunicarse con una o más bases de datos remotas 148 a través de una red como internet. Los elementos de la figura 5 son los mismos que los de la figura 4. De nuevo, cada trayectoria tendrá un tiempo, así como un factor de riesgo asociados. Como se muestra en el número 140 de la tabla de la figura 5, la trayectoria 4T1 (como se muestra en 142) desde la ubicación base 84 hasta la ubicación de destino 106 puede presentar un tiempo rápido (0,4 s) y un factor de riesgo moderado (13,2). La trayectoria 5T1 (como se muestra en 144) desde la ubicación base 84 hasta la ubicación de destino 106 puede presentar un tiempo relativamente rápido (1,1 s) y un factor de riesgo muy bajo (6,4).
La figura 6, por ejemplo, muestra las trayectorias seleccionadas por tiempo mínimo desde la ubicación base 84 hasta cada una de las ubicaciones de los contenedores de destino 106-122. En concreto, las tablas que se muestran en 150 muestran el tiempo y los factores de riesgo para una pluralidad de contenedores de destino (por ejemplo, 1-3), y se eligen las trayectorias desde la ubicación base 84 hasta cada una de las ubicaciones de los contenedores de destino 106, 108 y 110 (como se muestra en 152, 154 y 156, respectivamente) para proporcionar el tiempo mínimo de planificación de movimiento y planificar el movimiento con un factor de riesgo de 14,0. De forma similar, se eligen las trayectorias desde la ubicación base 84 hasta cada una de las ubicaciones de los contenedores de destino 112, 114 y 116 (como se muestra en 158, 160 y 162, respectivamente) para proporcionar el tiempo mínimo de planificación de movimiento para planificar el movimiento con un factor de riesgo de 14,0, y se eligen las trayectorias desde la ubicación base 84 hasta cada una de las ubicaciones de los contenedores de destino 118, 120 y 122 (como se muestra en 164, 166 y 168, respectivamente) para proporcionar el tiempo mínimo de planificación de movimiento bajo un factor de riesgo de 14,0.
La figura 7 muestra un conjunto de trayectorias seleccionado por factor de riesgo mínimo desde la ubicación base 84 hasta cada una de las ubicaciones de los contenedores de destino 106-122. De nuevo, las tablas que se muestran en el número 150 muestran el tiempo y los factores de riesgo para la pluralidad de contenedores de destino (por ejemplo, 1-3). Las trayectorias desde la ubicación base 84 hasta cada una de las ubicaciones de los contenedores de destino 106, 108 y 110 (como se muestra en 172, 174 y 176, respectivamente) se eligen para proporcionar el factor de riesgo mínimo para la planificación de movimiento en un tiempo máximo de 1,2 segundos. De forma similar, se eligen las trayectorias desde la ubicación base 84 hasta cada una de las ubicaciones de los contenedores de destino 112, 114 y 116 (como se muestra en 178, 180 y 182, respectivamente) para proporcionar los factores de riesgo mínimos de planificación de movimiento para planificar el movimiento en un tiempo máximo de 1,2 segundos, y se eligen las trayectorias desde la ubicación base 84 hasta cada una de las ubicaciones de los contenedores de destino 118, 120 y 122 (como se muestra en 184, 186 y 188, respectivamente) para proporcionar los factores de riesgo mínimos para la planificación de movimiento en un tiempo máximo de 1,2 segundos.
La selección de tiempo rápido frente a factor de riesgo bajo puede determinarse de varias maneras, por ejemplo, eligiendo el tiempo más rápido que tenga un factor de riesgo por debajo de un límite de factor de riesgo superior (por ejemplo, 12 o 14) o eligiendo un factor de riesgo más bajo que presente un tiempo máximo por debajo de un límite superior (por ejemplo, 1,0 o 1,2). De nuevo, si el factor de riesgo es demasiado alto, se puede perder un tiempo valioso si el sistema robótico no logra mantener el objeto agarrado. Una ventaja del conjunto variado es la resistencia frente a pequeños cambios en el entorno y a objetos de diferentes tamaños que el sistema podría estar manipulando: en lugar de volver a realizar la planificación en estas situaciones, el sistema itera a través de la base de datos hasta que encuentra una trayectoria sin colisiones, segura y firme para la nueva situación. Por lo tanto, el sistema puede generalizarse en una variedad de entornos sin tener que volver a planificar los movimientos.
Además, de acuerdo con ciertas realizaciones, el sistema de la figura 7 puede usarse en el orden inverso. Dicho de otro modo, el sistema de movimiento programable se puede usar para reunir los objetos deseados de los contenedores 86-102 y colocarlos en conjuntos o paquetes combinados (paquetes individuales) sobre una cinta transportadora. Dichos paquetes individuales pueden contener generalmente cantidades específicas de productos deseados para una variedad de fines. En tal sistema, el movimiento planificado se usaría cuando fuera necesario, pero las porciones de trayectoria planificadas previamente que se extraen de una base de datos se utilizarían tanto como sea posible para conservar el tiempo de cómputo.
La figura 8 muestra un sistema de procesamiento similar al de la figura 7, exceptuando que el sistema de la figura 8 incluye una unidad de procesamiento adicional 190, tal como una máquina etiquetadora. A medida que se seleccionan productos del contenedor (formato cambiante), pueden llevarse a una primera posición de inicio 84 y luego trasladarse a la unidad de procesamiento 190. Una vez procesados, la unidad de procesamiento 190 sirve entonces como una segunda posición de inicio, y se pueden elegir recorridos inmutables desde la unidad de procesamiento 190 hasta los diversos contenedores, como se explicó anteriormente.
Las trayectorias generales, por lo tanto, puede incluir cualquier número de secciones cambiantes e inmutables. Por ejemplo, las redes de porciones de trayectoria inmutables pueden emplearse como recorridos (rutas) de uso común, mientras que las porciones cambiantes pueden estar pensadas para ser objetos hasta cerca por una porción inmutable (ruta cercana) y así facilitar el movimiento del objeto sin que sea necesario planificar toda la ruta. Por ejemplo, el dispositivo de movimiento programable (por ejemplo, un robot) puede tener la tarea de orientar el objeto agarrado frente a una etiquetadora automática antes de moverse hacia el destino. Por tanto, la trayectoria para clasificar el objeto estaría formada por las siguientes porciones de trayectoria. En primer lugar, una posición de agarre hasta una posición de inicio (movimiento planificado). Después, desde la posición de inicio hasta el inicio de una etiquetadora automática (extraído de una base de datos de trayectorias). Después, desde el inicio de la etiquetadora automática hasta una posición de etiquetado (movimiento planificado). Después, desde la posición de etiquetado hasta el inicio de una etiquetadora automática (ya sea con movimiento planificado o simplemente invirtiendo la etapa anterior del programa de movimiento). Después, desde el inicio de la etiquetadora automática hasta el destino previsto (extraído de la base de datos de trayectorias). Se puede emplear una amplia variedad de porciones cambiantes e inmutables (planificadas y extraídas de una base de datos) en las trayectorias generales. De acuerdo con realizaciones adicionales, el objeto se puede agarrar desde una posición específica (planificada) y, cuando el objeto llega a un contenedor de destino (desde la base de datos de trayectorias), la última etapa puede ser volver a colocar el objeto en la posición deseada (planificada) dentro del contenedor de destino.
De acuerdo con realizaciones adicionales, cada sistema de movimiento programable 80 puede estar provisto de una pluralidad de posiciones de inicio, y pueden identificarse los recorridos de movimiento desde cada una de las posiciones de inicio en diversas realizaciones. De acuerdo con realizaciones adicionales, se pueden proporcionar múltiples estaciones de procesamiento. En determinadas realizaciones, por lo tanto, un sistema puede utilizar la planificación de movimiento para planificar una distancia total más corta al requerir que el sistema planifique un recorrido desde la posición de agarre del objeto hasta la posición de inicio más cercana de varias (por ejemplo, una red de) posiciones de inicio.
Haciendo referencia a la figura 9, el sistema también puede hacer que los contenedores vacíos 77 sean retirados de la cinta transportadora 72 y se apilen como se muestra y, en cambio, con referencia a la figura 10, el sistema puede colocar los contenedores vacíos 77 sobre una cinta transportadora 79 que los aleja del dispositivo de movimiento programable 80, como se muestra. En cada uno de estos sistemas adicionales, el movimiento del efector de extremo del dispositivo de movimiento programable al mover un contenedor también puede conllevar la determinación de un recorrido para el contenedor vacío desde la ubicación de entrada hasta la ubicación de apilamiento (figura 9) o hasta la cinta transportadora 79 de contenedores vacíos (figura 10). El recorrido de trayectoria del contenedor vacío puede incluir al menos una porción cambiante que se determina específicamente para la ubicación u orientación del contenedor en la ubicación de entrada, y al menos una porción inmutable que generalmente se usa para determinar los recorridos de trayectoria de una pluralidad de contenedores. Dicho de otro modo, se puede emplear el mismo tipo de planificación de movimiento en el procesamiento de los contenedores de entrada vacíos 77.
La figura 11, por ejemplo, muestra un sistema de procesamiento robótico multifase 200 que incluye múltiples estaciones de procesamiento robótico 202, 204, 206, cada una de las cuales incluye un sistema robótico 210 que recoge objetos de una sola cinta transportadora de entrada 208. Cada estación de procesamiento robótico 202, 204, 206 incluye una ubicación base definida del sistema robótico 212 y una pluralidad de contenedores de destino 214 en los que se pueden colocar objetos de los contenedores de entrada 216. Cada uno de los contenedores de destino incluye una ubicación de contenedor de destino definida como se explicó anteriormente, y cada uno de los sistemas de clasificación también incluye un procesador local 218. Cada uno de los procesadores locales 218 se comunica con un procesador central 220 que incluye una base de datos para proporcionar retroalimentación e información de aprendizaje relativas a las experiencias moviendo objetos a lo largo de diferentes trayectorias. A medida que la base de datos adquiere más puntos de datos, el sistema debería volverse más eficiente y completo. Por tanto, al tener todas las estaciones indexadas en la misma base de datos o conjuntos de datos, diferentes sistemas que funcionan en diferentes lugares pueden tener una infraestructura común para compartir información y trayectorias planificadas.
Otra ventaja del conjunto variado es la capacidad de abordar varias métricas de cliente sin tener que volver a planificar los movimientos. La base de datos está clasificada e indexada por las métricas de cliente como el tiempo, la firmeza, la seguridad, la distancia hasta los obstáculos, etc. y, dada una nueva métrica de cliente, todo lo que la base de datos tiene que hacer es reevaluar la métrica en las trayectorias existentes, volviendo a ordenar así la lista de trayectorias y produciendo automáticamente la mejor trayectoria que satisfaga la nueva métrica de cliente sin tener que volver a planificar los movimientos.
Otra ventaja es que, incluso si no son válidas debido a cambios en el entorno o en las métricas de cliente, estas trayectorias almacenadas pueden servir como germen para algoritmos de optimización de trayectorias, acelerando así la generación de nuevas trayectorias en nuevas situaciones.
Otra ventaja es que la base de datos ofrece un mecanismo para que diferentes sistemas compartan información de forma remota o a través de una red como internet. La figura 12, por ejemplo, muestra un sistema de procesamiento robótico multifase 300 que incluye múltiples estaciones de procesamiento robótico 302, 304, 306 y 308, cada una de las cuales incluye un sistema robótico 310 que recoge objetos de una cinta transportadora de entrada. Cada estación de procesamiento robótico 302, 304, 306 y 308 incluye una ubicación base definida del sistema robótico 312 y una pluralidad de contenedores de destino 314 en los que se pueden colocar objetos de los contenedores de entrada 316. Cada uno de los contenedores de destino incluye una ubicación de contenedor de destino definida, como se explicó anteriormente, y cada uno de los sistemas de procesamiento también incluye un procesador local 318. Cada uno de los procesadores locales 318 se comunica con un procesador central 320 que incluye una base de datos para proporcionar retroalimentación e información de aprendizaje relativas a las experiencias moviendo objetos a lo largo de diferentes trayectorias. Las estaciones de procesamiento robótico 302, 304, 306, 308 pueden estar en ubicaciones remotas y comunicarse con el procesador central (y entre sí) a través de una red inalámbrica como internet 322. A medida que la base de datos adquiere más datos, el sistema debería volverse más eficiente y completo. Por tanto, al indexar todos en la misma base de datos o conjuntos de datos, los diferentes sistemas que funcionan en diferentes lugares pueden tener una infraestructura común para compartir información y trayectorias planificadas.
Los sistemas de planificación de movimiento de la invención también se pueden adaptar para lograr otros objetivos, como reducir la tensión de cizalla entre una pinza y un objeto, o mover un objeto que está abierto por la parte superior. Por ejemplo, la figura 13 muestra un sistema de movimiento programable 350, por ejemplo, un sistema robótico, con un brazo articulado 352 y un efector de extremo 354 que incluye una ventosa 356 para enganchar objetos 358. Con referencia a la figura 14A, cuando el objeto 358 se levanta, una fuerza de gravedad (Fg) actúa sobre el objeto, y si el objeto se mueve rápidamente en una dirección transversal a la fuerza de gravedad, una fuerza bruta (Fs) actuará sobre el objeto con respecto a la ventosa 356. Una pinza de vacío puede soportar una fuerza de tracción mayor que una fuerza bruta, y en una realización (y con referencia a las figuras 14B y 14C), el brazo articulado puede levantar el objeto a medida que comienza a girar (figura 14B), de modo que cuando el objeto rota rápidamente (figura 14C), se aplica una fuerza centrífuga en el efector de extremo (Fe), que mantiene el agarre de la ventosa sobre el objeto en tensión (Ft). Tal sistema, por ejemplo, puede ser particularmente adecuado para aplicaciones en las que la ventosa encuentra objetos pesados. Por tanto, la información en cuanto al tamaño, la forma y el peso de un objeto (así como su destino) también puede influir en la trayectoria elegida.
Haciendo referencia a la figura 15, de acuerdo con una realización adicional, el sistema puede incluir un brazo articulado 400 al que hay unido un efector de extremo 402 que puede, por ejemplo, ser un fuelle de forma tubular o cónica. El efector de extremo 402 también incluye un sensor 404 que incluye una banda de unión 406 en el fuelle, así como un soporte 408 unido al sensor de campo magnético 404, y un imán 412 que está montado en el brazo articulado 400. Mientras, el fuelle se mueve en cualquiera de las tres direcciones (por ejemplo, se acerca y aleja del brazo articulado, como se muestra esquemáticamente en Z, en direcciones transversales a la dirección Z, como se muestra en X, y en direcciones transversales a ambas direcciones Z y X, como se muestra en Y). El sensor de campo magnético 404 puede comunicarse (por ejemplo, de forma inalámbrica) con un controlador 410, que también puede comunicarse con un monitor de flujo 414 para determinar si un agarre de flujo alto de un objeto es suficiente para agarrarlo y transportarlo de forma continua, como se explica más adelante. En una realización determinada, por ejemplo, el sistema puede devolver el objeto si el flujo de aire es insuficiente para transportar la carga, o puede aumentar el flujo de aire para mantener la carga de forma segura.
En determinadas realizaciones, el efector de extremo puede ser un fuelle con forma tubular o cónica. El sensor de campo magnético puede comunicarse (por ejemplo, de forma inalámbrica) con un controlador, que también puede comunicarse con un monitor de flujo para determinar si un agarre de flujo alto de un objeto es suficiente para agarrarlo y transportarlo de forma continua, como se explica a continuación. En una realización determinada, por ejemplo, el sistema puede devolver el objeto si el flujo de aire es insuficiente para transportar la carga, o puede aumentar el flujo de aire para mantener la carga de forma segura.
De acuerdo con realizaciones adicionales, los sistemas de la invención pueden proporcionar una planificación de movimiento que se adapte a necesidades o requisitos específicos, de modo que un contenedor o caja abierta se mueva sin derramar el contenido. Por ejemplo, la figura 16 muestra un efector de extremo 450 de un dispositivo de movimiento programable 456 que se ha enganchado a una caja abierta 452 de artículos utilizando una ventosa 454. Como se muestra también en la figura 17, a medida que el dispositivo de movimiento programable mueve la caja abierta 452, se mantiene la orientación con respecto al eje vertical, y como se muestra en la figura 18, el dispositivo de movimiento programable puede colocar el objeto 452 sobre una superficie 458 en una ubicación de procesamiento en una orientación deseada.
Las personas expertas en la materia apreciarán que se pueden realizar numerosas modificaciones y variaciones en las realizaciones divulgadas anteriormente sin desviarse del alcance de la presente invención.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de procesamiento para proporcionar la clasificación de objetos homogéneos y no homogéneos en entornos estructurados y desordenados, comprendiendo dicho sistema de procesamiento:
un dispositivo de movimiento programable (12) que incluye un efector de extremo (14);
un sistema de percepción (26) para reconocer cualquiera de la identidad, ubicación y orientación de un objeto presentado de una pluralidad de objetos en una ubicación de entrada;
un sistema de recogida mediante agarre (34) para recoger el objeto utilizando el efector de extremo y permitir que el objeto sea movido desde la pluralidad de objetos a una de una pluralidad de ubicaciones de procesamiento; y un sistema de planificación de movimiento (34) para determinar un recorrido de trayectoria desde la ubicación de entrada hasta una de la pluralidad de ubicaciones de procesamiento, incluyendo dicho recorrido de trayectoria al menos una porción cambiante que se determina específica de la ubicación u orientación del objeto en la ubicación de entrada, y al menos una porción inmutable que es predeterminada y no es específica del objeto, la ubicación del objeto o la orientación del objeto en la ubicación de entrada,
en donde el sistema de planificación de movimiento (34) incluye una base de datos que almacena una pluralidad de recorridos de trayectoria posibles desde una ubicación base (84) hasta la ubicación de procesamiento (106-122) y datos métricos relativos a la pluralidad de recorridos de trayectoria posibles, siendo la ubicación base (84) una ubicación hacia la que se mueve el objeto después de recogerlo de la ubicación de entrada y antes de mover el objeto hasta la ubicación de procesamiento, y
en donde el sistema de planificación de movimiento está adaptado para determinar la porción inmutable del recorrido de trayectoria desde la ubicación base hasta la ubicación de procesamiento clasificando la pluralidad de posibles recorridos de trayectoria almacenados en la base de datos en función de los datos métricos y seleccionando uno de la pluralidad de posibles recorridos de trayectoria que tienen datos métricos que optimizan una o más métricas.
2. El sistema de procesamiento según la reivindicación 1, que comprende además: uno o más sensores (404) para monitorizar las características de recogida de objetos durante la recogida y el desplazamiento de objetos.
3. El sistema de procesamiento según la reivindicación 2, que comprende además un controlador (34) para alterar las acciones de uno o ambos del sistema de recogida mediante agarre y el sistema de planificación de movimiento en respuesta a la entrada de los uno o más sensores.
4. El sistema de procesamiento según la reivindicación 1, en donde los datos métricos incluyen uno o más de: el tiempo requerido para realizar el movimiento a través de cada uno de la pluralidad de recorridos de trayectoria posibles desde la ubicación base hasta la ubicación de procesamiento, y el factor de riesgo asociado con el movimiento a través de cada uno de la pluralidad de recorridos de trayectoria posibles desde la ubicación base hasta la ubicación de procesamiento.
5. El sistema de procesamiento según la reivindicación 4, en donde se determina que la porción inmutable del recorrido de trayectoria es un recorrido con el tiempo más corto asociado requerido para realizar el movimiento desde la ubicación base hasta la ubicación de procesamiento y estando el factor de riesgo por debajo de un factor de riesgo máximo predefinido.
6. El sistema de procesamiento según la reivindicación 4, en donde se determina que la porción inmutable del recorrido de trayectoria es un recorrido con el factor de riesgo más bajo asociado con el desplazamiento desde la ubicación base hasta la ubicación de procesamiento y estando el tiempo para desplazarse desde la ubicación base hasta la ubicación de procesamiento por debajo de un tiempo máximo predefinido.
7. El sistema de procesamiento según la reivindicación 1, en donde los datos métricos son proporcionados por la experiencia del dispositivo de movimiento programable que incluye el efector de extremo.
8. El sistema de procesamiento según la reivindicación 1, en donde los datos métricos son proporcionados por la información de conocimientos aprendidos de una pluralidad de dispositivos de movimiento programables.
9. El sistema de procesamiento según la reivindicación 1, en donde el recorrido de trayectoria se determina en respuesta a los datos métricos relativos a una pluralidad de posibles recorridos de trayectoria desde múltiples ubicaciones hasta las ubicaciones de procesamiento.
10. El sistema de procesamiento según la reivindicación 3, en donde el controlador está adaptado para actualizar los datos métricos en función de la experiencia de la recogida monitorizada de objetos.
11. El sistema de procesamiento según la reivindicación 3, en donde el controlador está adaptado para alterar al menos uno de:
A) el sistema de planificación de movimiento invirtiendo el recorrido de trayectoria determinado; y
B) el sistema de recogida mediante agarre aumentando el flujo de aire en el efector.
12. El sistema de procesamiento según la reivindicación 2, en donde el al menos un sensor incluye al menos uno de un sensor de campo magnético (404) y un monitor de flujo (414).
13. El sistema de procesamiento según la reivindicación 1, en donde la porción inmutable del recorrido de trayectoria incluye cualquiera de una posición de inicio (84) o una unidad de procesamiento (190), y/o en donde el recorrido de trayectoria incluye múltiples porciones inmutables.
14. El sistema de procesamiento según la reivindicación 1, en donde el sistema de procesamiento incluye además una pluralidad de dispositivos de movimiento programables (210, 310), cada uno de los cuales está adaptado para determinar recorridos de trayectoria que incluyen al menos una porción cambiante y al menos una porción inmutable, opcionalmente, en donde cada dispositivo de movimiento programable está asociado con un área de entrada que incluye al menos una cinta transportadora de entrada (208) que es común a todas las áreas de entrada.
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