ES2941985T3 - Sistemas y métodos para procesar objetos - Google Patents

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ES2941985T3 ES17801817T ES17801817T ES2941985T3 ES 2941985 T3 ES2941985 T3 ES 2941985T3 ES 17801817 T ES17801817 T ES 17801817T ES 17801817 T ES17801817 T ES 17801817T ES 2941985 T3 ES2941985 T3 ES 2941985T3
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Kevin Ahearn
Benjamin Cohen
Michael DAWSON-HAGGERTY
Christopher GEYER
Thomas Koletschka
Kyle MARONEY
Matthew Mason
Gene Temple Price
Joseph Romano
Daniel Smith
Siddhartha SRINIVASA
Prasanna Velagapudi
Thomas Allen
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Abstract

Se describe un sistema de procesamiento para procesar objetos. El sistema de procesamiento incluye un sistema de percepción para proporcionar datos de percepción con respecto a un objeto y un sistema de transporte principal para proporcionar el transporte del objeto a lo largo de una dirección principal hacia una ubicación de procesamiento que se identifica en base a los datos de percepción. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistemas y métodos para procesar objetos
PRIORIDAD
La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente provisional de EE.UU. con n.° de serie 62/418973, presentada el 8 de noviembre de 2016.
ANTECEDENTES
La invención se refiere por lo general a sistemas de procesamiento y clasificación automatizados, robóticos y otros, y se refiere en particular a sistemas robóticos y automatizados destinados para su uso en entornos que requieren que una variedad de paquetes se clasifiquen y/o distribuyan a varios destinos de salida.
Muchos sistemas de distribución de paquetes reciben paquetes en una corriente desorganizada que se puede proporcionar como paquetes individuales o paquetes agregados en grupos, tales como en bolsas, que llegan en cualquiera de varios medios de transporte diferentes, comúnmente un transportador, un camión, una plataforma, un Gaylord o un contenedor. A continuación, cada paquete debe distribuirse al recipiente de destino correcto, según lo determinado por la información de identificación asociada con el paquete, que comúnmente se determina mediante una etiqueta impresa en el paquete o en una etiqueta adhesiva aplicada al paquete. El recipiente de destino puede adoptar muchas formas, tales como una bolsa o una bandeja.
Tradicionalmente, la clasificación de tales paquetes ha sido realizada, al menos en parte, por trabajadores humanos que escanean los paquetes, por ejemplo, con un escáner de código de barras portátil, y colocan después los paquetes en las ubicaciones asignadas. Por ejemplo, muchas operaciones de cumplimiento de pedidos logran una alta eficiencia mediante el empleo de un proceso denominado picking por oleadas. En el picking por oleadas, los pedidos se seleccionan de las estanterías del almacén y se colocan en ubicaciones (por ejemplo, en contenedores) que contienen varios pedidos que se clasifican aguas abajo. En la etapa de clasificación, se identifican los artículos individuales y se consolidan los pedidos de varios artículos, por ejemplo, en una solo contenedor o ubicación de estantería, de forma que puedan empaquetarse y enviarse después a los clientes. El proceso de clasificación de estos artículos se ha realizado tradicionalmente a mano. Un clasificador humano recoge un artículo de un contenedor entrante, encuentra un código de barras en el objeto, escanea el código de barras con un escáner de código de barras portátil, determina a partir del código de barras escaneado la ubicación adecuada del contenedor o estantería para el artículo y coloca después el artículo en la ubicación así determinada del contenedor o estantería donde se ha definido que pertenecen todos los artículos para ese pedido. También se han propuesto sistemas automatizados para el cumplimiento de pedidos. Véase, por ejemplo, la publicación de solicitud de patente de EE.UU. n.° 2014/0244026, que divulga el uso de un brazo robótico junto con una estructura arqueada que se puede mover hasta alcanzar el brazo robótico.
Otras formas de identificar ítems mediante el escaneo de códigos requieren un procesamiento manual o requieren que la ubicación del código se controle o restrinja para que un escáner de código fijo o controlado por un robot (por ejemplo, un escáner de código de barras) pueda detectarlo de forma confiable. Los lectores de códigos de barras operados manualmente son generalmente sistemas fijos o portátiles. Con sistemas fijos, tales como los que se utilizan en los sistemas de punto de venta, el operario sostiene el artículo y lo coloca frente al escáner de forma que el código de barras se oriente hacia los sensores del dispositivo de escaneo, y el escáner, que escanea continuamente, decodifica cualquier código de barras que pueda detectar. Si el artículo no se detecta de inmediato, la persona que sostiene el artículo normalmente necesita variar la posición o la rotación del objeto frente al escáner fijo, para que el código de barras sea más visible para el escáner. Para los sistemas portátiles, la persona que opera el escáner busca el código de barras en el artículo y sostiene después el escáner para que el código de barras del artículo sea visible para el escáner, y presiona después un botón en el escáner portátil para iniciar un escaneo del código de barras.
Además, muchos sistemas de clasificación de centros de distribución actuales asumen por lo general una secuencia inflexible de operaciones mediante las que una corriente desorganizada de objetos de entrada se singula primero en una corriente individual de objetos aislados presentados uno a la vez a un escáner que identifica el objeto. Un elemento o elementos de inducción (por ejemplo, un transportador, una bandeja basculante o contenedores manualmente móviles) transportan los objetos al destino deseado o a una estación de procesamiento posterior, que puede ser un contenedor, una rampa, una bolsa o un transportador, etc.
En los sistemas de clasificación de paquetes convencionales, los trabajadores humanos o los sistemas automatizados recuperan normalmente paquetes en un orden de llegada y clasifican cada paquete u objeto en un contenedor de recogida basándose en un conjunto de heurísticas dadas. Por ejemplo, todos los objetos del mismo tipo pueden ir a un contenedor de recogida, o todos los objetos en un solo pedido de cliente, o todos los objetos destinados al mismo destino de envío, etc. Se requieren trabajadores humanos o sistemas automatizados para recibir objetos y para mover cada uno a su contenedor de recogida asignado. Si la cantidad de diferentes tipos de objetos de entrada (recibidos) es grande, se requiere una gran cantidad de contenedores de recogida.
Un sistema de este tipo tiene ineficiencias inherentes así como también inflexibilidades ya que el objetivo deseado es hacer coincidir los objetos entrantes con los contenedores de recogida asignados. Tales sistemas pueden requerir una gran cantidad de contenedores de recogida (y, por lo tanto, una gran cantidad de espacio físico, grandes costes de capital y grandes costes operativos) en parte porque clasificar todos los objetos para todos los destinos a la vez no siempre es lo más eficiente.
Los sistemas de clasificación de última generación actuales dependen de la mano de obra humana hasta cierto punto. La mayoría de las soluciones se basan en un trabajador que realiza la clasificación, escaneando un objeto desde un área de inducción (rampa, mesa, etc.) y colocar el objeto en una ubicación de preparación, transportador o contenedor de recogida. Cuando un contenedor está lleno o el sistema de software de control decide que debe vaciarse, otro trabajador vacía el contenedor en una bolsa, caja u otro recipiente y envía ese recipiente a la siguiente etapa de procesamiento. Un sistema de este tipo tiene límites en el rendimiento (es decir, qué tan rápido pueden los trabajadores humanos clasificar o vaciar los contenedores de esta manera) y en la cantidad de desvíos (es decir, para un tamaño de contenedor dado, solo se pueden disponer tantos contenedores para que estén a un alcance eficiente de los trabajadores humanos).
Otros sistemas de clasificación parcialmente automatizados involucran el uso de transportadores de recirculación y bandejas basculantes, donde las bandejas basculantes reciben objetos por clasificación humana, y cada bandeja basculante pasa por un escáner. A continuación, cada objeto se escanea y se mueve a una ubicación predefinida asignada al objeto. A continuación, la bandeja se inclina para dejar caer el objeto en la ubicación. Otros sistemas que incluyen bandejas basculantes pueden implicar escanear un objeto (por ejemplo, usando un escáner de túnel), dejar caer el objeto en una bandeja basculante, asociar el objeto con la bandeja basculante específica usando una ubicación o posición conocida, por ejemplo, usando roturas de haz y después hacer que la bandeja basculante deje caer el objeto cuando esté en la ubicación deseada.
La patente de EE.UU. n.° 8.952.284 de Wong et al. describe un aparato para gestionar la asignación de ítems a estaciones de procesamiento en un proceso de cumplimiento de pedidos. La publicación de solicitud de patente de EE. UU. n.° 2014/291112 de Lyon et al. describe un sistema transportador de almacén que incluye una trayectoria transportadora de entrada para transportar un paquete hacia un área de selección de inventario, un interruptor de transportador de entrada para desviar el paquete de la trayectoria transportadora de entrada a una zona de selección predeterminada para el cumplimiento, y una trayectoria transportadora de salida para el transporte adicional del paquete desde la zona de selección después del cumplimiento. La patente de EE.UU. n.° 6,079,570 de Oppliger et al. divulga una disposición para distribuir artículos (es decir, correspondencia) para clasificarlos en ubicaciones objetivo físicas usando elementos de recepción que se mueven a lo largo de una trayectoria de transporte más allá de las ubicaciones objetivo físicas. La Publicación de solicitud de patente de EE. UU. n.° 2015/081090 de Dong et al. describe un sistema de manipulación de materiales que incluye un sistema de reconocimiento de objetos en 3D para identificar un artículo en la plataforma y un conjunto de acoplamiento de artículos para acoplar y entregar el artículo en un contenedor de clasificación.
Además, los sistemas parcialmente automatizados, tales como el transportador de recirculación estilo descarga, implican que las bandejas abran las puertas en la parte inferior de cada bandeja al momento en que la bandeja se coloca sobre una rampa predefinida, y después el objeto se deja caer de la bandeja a la rampa. Nuevamente, los objetos se escanean mientras están en la bandeja, lo que supone que cualquier código de identificación es visible para el escáner.
Dichos sistemas parcialmente automatizados carecen de áreas clave. Como se ha señalado, estos transportadores tienen bandejas discretas que se pueden cargar con un objeto; después, las bandejas pasan a través de túneles de escaneo que escanean el objeto y lo asocian con la bandeja en que se encuentra. Cuando la bandeja pasa por el contenedor correcto, un mecanismo de activación hace que la bandeja descargue el objeto en el contenedor. Sin embargo, un inconveniente de tales sistemas es que cada desvío requiere un accionador, lo que aumenta la complejidad mecánica y el coste por desvío puede ser muy elevado.
Una alternativa es utilizar mano de obra humana para aumentar la cantidad de desvíos o contenedores de recogida disponibles en el sistema. Esto disminuye los costos de instalación del sistema, pero aumenta los costos operativos. A continuación, varias celdas pueden trabajar en paralelo, multiplicando efectivamente el rendimiento de forma lineal y manteniendo al mínimo la cantidad de costosos desvíos automatizados. Dichos desvíos no ID un objeto y no pueden desviarlo a un punto en particular, sino que funcionan con roturas de haz u otros sensores para tratar de garantizar que grupos indiscriminados de objetos se desvían adecuadamente. El menor coste de tales desvíos junto con el bajo número de desvíos mantienen bajo el coste total de desvíos del sistema.
Desafortunadamente, estos sistemas no abordan las limitaciones del número total de bandejas del sistema. El sistema simplemente está desviando una porción igual del total de objetos a cada celda manual paralela. Por lo tanto, cada celda de clasificación paralela debe tener todas las mismas designaciones de contenedores de recogida; de lo contrario, un objeto podría entregarse a una celda que no tiene un contenedor al que se asigna ese objeto. Sigue existiendo la necesidad de un sistema de clasificación de objetos más eficiente y rentable que clasifique objetos de una variedad de tamaños y pesos en contenedores o bandejas de recogida apropiados de tamaños fijos, pero que sea eficiente en el manejo de objetos de tamaños y pesos tan variados.
SUMARIO
Según un primer aspecto, se proporciona un sistema de procesamiento según la reivindicación independiente 1 adjunta. Según un segundo aspecto, se proporciona un sistema de procesamiento de objetos según la reivindicación independiente 10 adjunta. Algunas características opcionales adicionales se proporcionan en las reivindicaciones dependientes 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 según una realización de la presente invención;
la Figura 2 muestra una vista esquemática ilustrativa de una vista frontal de la unidad de escáner de caída en el sistema que se muestra en la Figura 1;
la Figura 3 muestra una vista esquemática ilustrativa de una vista posterior de la unidad de escáner de caída que se muestra en la Figura 1;
la Figura 4 muestra una vista esquemática ilustrativa de una vista frontal de una sección de lanzadera en el sistema que se muestra en la Figura 1;
la Figura 5 muestra una vista esquemática ilustrativa de una vista frontal del carro en los contenedores adyacentes a la pista en la sección de lanzadera que se muestra en la Figura 4;
la Figura 6 muestra una vista esquemática ilustrativa de una vista frontal del carro dejando caer su contenido en un contenedor en la sección de lanzadera que se muestra en la Figura 4;
la Figura 7 muestra una vista superior esquemática ilustrativa de un contenedor en la sección de lanzadera que se muestra en la Figura 4;
la Figura 8 muestra una vista esquemática ilustrativa del sistema según otra realización de la presente invención similar a la que se muestra en la Figura 1, con las secciones de lanzadera en diferentes orientaciones;
la Figura 9 muestra una vista esquemática ilustrativa del sistema según otra realización de la presente invención que incluye carros para recibir el objeto del escáner de caída;
la Figura 10 muestra una vista esquemática ilustrativa del sistema según otra realización de la presente invención que incluye una rampa de retorno para devolver objetos seleccionados a un área de entrada; la Figura 11 muestra una vista esquemática ilustrativa de un sistema según otra realización de la presente invención que incluye una rampa de retorno y secciones de lanzadera;
la Figura 12 muestra una vista esquemática ilustrativa de un diagrama de flujo que muestra las etapas de procesamiento seleccionadas en un sistema según una realización de la presente invención;
la Figura 13 muestra una vista esquemática ilustrativa de un diagrama de flujo que muestra las etapas de asignación y gestión de contenedores en un sistema según una realización de la presente invención; la Figura 14 muestra una vista esquemática ilustrativa de una pinza que incluye un sistema sensor para su uso en un sistema según una realización de la presente invención;
la Figura 15 muestra una vista esquemática ilustrativa de un sistema sensor que incluye galgas extensiométricas para su uso en un sistema según una realización de la presente invención;
la Figura 16 muestra una vista superior esquemática ilustrativa de una porción de un sistema según una realización de la presente invención;
la Figura 17 muestra una vista esquemática ilustrativa de un sistema según una realización de la presente invención que incluye un transportador circular;
la Figura 18 muestra una vista esquemática ilustrativa de un portador de ítems planos para su uso en un sistema según una realización de la presente invención;
la Figura 19 muestra una vista esquemática ilustrativa del portador de ítems planos de la Figura 17 que se muestra vacío;
la Figura 20 muestra una vista esquemática ilustrativa de un portador de ítems tubulares para su uso en un sistema según una realización de la presente invención; y
la Figura 21 muestra una vista esquemática ilustrativa del portador de ítems tubulares de la Figura 20 que se muestra vacío.
Los dibujos se muestran únicamente con fines ilustrativos.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
Según una realización, la invención proporciona un sistema de procesamiento (por ejemplo, clasificación) que incluye un sistema de entrada, un sistema de singulación, un sistema de identificación y un sistema de salida, con la finalidad de procesar automáticamente una corriente de paquetes entrantes y clasificarlos para los destinos de salida deseados. Los paquetes individuales deben identificarse y transportarse a las ubicaciones específicas por paquete deseadas. Los sistemas descritos automatizan de forma fiable la identificación y el transporte de dichos paquetes, empleando en determinadas realizaciones un conjunto de transportadores y sensores y un brazo robótico. En resumen, los solicitantes han descubierto que al automatizar la clasificación de objetos, hay algunas cosas importantes a considerar: 1) el rendimiento general del sistema (paquetes clasificados por hora), 2) la cantidad de desvíos (es decir, la cantidad de ubicaciones discretas a las que se puede enrutar un objeto), 3) el área total del sistema de clasificación (metros(pies) cuadrados), 4) precisión de clasificación, y 5) los costes de capital y anuales para comprar y operar el sistema.
La clasificación de objetos en un centro de distribución es una aplicación para identificar y clasificar paquetes automáticamente. En un centro de distribución de envíos, los paquetes suelen llegar en camiones, totes, Gaylords u otras embarcaciones para su entrega, se transportan a estaciones de clasificación donde se clasifican según los destinos deseados, se agrupan en bolsas y se cargan después en camiones para transportarlos a los destinos deseados. Otra aplicación sería en el departamento de envíos de una tienda minorista o centro de cumplimiento de pedidos, que puede requerir que los paquetes se clasifiquen para el transporte a diferentes remitentes, o a diferentes centros de distribución de un remitente en particular. En un centro de envío o distribución, los paquetes pueden adoptar la forma de bolsas de plástico, cajas, tubos, sobres o cualquier otro recipiente adecuado y, en algunos casos, también pueden incluir objetos que no están en un recipiente. En un centro de envío o distribución, el destino deseado se obtiene comúnmente leyendo la información de identificación impresa en el paquete o en una etiqueta adjunta. En este escenario, el destino correspondiente a la información de identificación se obtiene comúnmente consultando el sistema de información del cliente. En otros escenarios, el destino puede escribirse directamente en el paquete o puede conocerse por otros medios.
Según diversas realizaciones, por lo tanto, la invención proporciona un método de tomar paquetes individuales de una corriente desorganizada de paquetes, identificar paquetes individuales y clasificarlos para los destinos deseados. La invención proporciona además métodos para cargar paquetes en el sistema, para transportar paquetes de un punto al siguiente, para excluir paquetes inapropiados o no identificables, para agarrar paquetes, para determinar ubicaciones de agarre, para determinar trayectorias de movimiento de robots, para transferir paquetes de un transportador a otro, para agregar paquetes y transferirlos a transportadores de salida, para la comunicación digital dentro del sistema y con sistemas de información externos, para la comunicación con operarios humanos y personal de mantenimiento, y para mantener un entorno seguro.
En la Figura 1 se muestran componentes importantes de un sistema automatizado de identificación y clasificación de paquetes, según una realización de la presente invención. La Figura 1 muestra un sistema 10 que incluye una tolva de alimentación 12 en la que pueden volcarse objetos 14, por ejemplo, mediante un volquete o Gaylord. Un transportador de alimentación 16 transporta objetos desde la tolva de alimentación 12 hasta el transportador primario 20. El transportador de entrada 16 puede incluir deflectores 18 o listones para ayudar a levantar los objetos 14 de la tolva 12 a un transportador primario 20. El sistema de percepción primario 22 examina los objetos 14 para identificar objetos cuando sea posible y para determinar buenos puntos de agarre. El brazo robótico 24 con pinza 26 agarra objetos y los deja caer sobre un sistema de percepción secundario 28 (por ejemplo, un escáner de caída). Los objetos que no se pueden agarrar o que son inaceptables de otro modo continúan a lo largo del transportador primario 20 y caen en el contenedor de excepción primario 30.
La percepción secundaria 28, así como el sistema de percepción primario 22, pueden estar soportados por cualquier medio conocido, por ejemplo, por pies o pueden estar suspendidos desde arriba. Como se muestra con más detalle en las Figuras 2 y 3, el sistema de percepción secundario 28 incluye una estructura 42 que tiene una abertura superior 44 y una abertura inferior 46, y puede estar cubierta por un material envolvente 48, por ejemplo, una cubierta de color como plástico naranja, para proteger a los humanos de luces brillantes potencialmente peligrosas dentro del sistema de percepción secundario. La estructura 42 incluye una pluralidad de filas de fuentes (por ejemplo, fuentes de iluminación tales como LED) 50, así como una pluralidad de unidades de percepción de imagen (por ejemplo, cámaras) 52. Las fuentes 50 están dispuestas en filas y cada una está dirigida hacia el centro de la abertura. Las unidades de percepción 52 están también generalmente dirigidas hacia la abertura, aunque algunas cámaras están dirigidas horizontalmente, mientras que otras están dirigidas hacia arriba y algunas están dirigidas hacia abajo. El sistema 28 incluye también una fuente de entrada (por ejemplo, una fuente de infrarrojos) 54, así como un detector de entrada (por ejemplo, un detector de infrarrojos) 56 para detectar cuando un objeto ha entrado en el sistema de percepción 28. Por lo tanto, los LED y las cámaras rodean el interior de la estructura 42, y las cámaras están posicionadas para ver el interior a través de ventanas que pueden incluir una cubierta de vidrio o plástico (por ejemplo, 58).
Un aspecto importante de los sistemas de ciertas realizaciones de la presente invención es la capacidad de identificar mediante código de barras u otras marcas visuales (por ejemplo, como se muestra en 15 en la Figura 6 y en 210 en la Figura 18) de objetos empleando un sistema de percepción donde los objetos pueden dejarse caer. Los sistemas de escaneo automático no podrían ver los códigos de barras en los objetos que se presentan de manera que sus códigos de barras no estén expuestos o visibles. El sistema de percepción se puede usar en ciertas realizaciones, con un sistema robótico que puede incluir un brazo robótico equipado con sensores y computación, que cuando se combina se supone en la presente memoria que presenta las siguientes capacidades: (a) es capaz de recoger objetos de una clase específica de objetos y separarlos de una corriente de objetos heterogéneos, ya sea que estén revueltos en un contenedor o que estén singulados en un sistema transportador motorizado o por gravedad; (b) es capaz de mover el objeto a lugares arbitrarios dentro de su espacio de trabajo; (c) es capaz de colocar objetos en un contenedor o ubicación de estantería de salida en su espacio de trabajo; y (d) es capaz de generar un mapa de objetos que puede tomar, representado como un conjunto candidato de puntos de agarre en la celda de trabajo, y como una lista de politopos que encierran el objeto en el espacio.
Los objetos permitidos están determinados por las capacidades del sistema robótico. Se supone que su tamaño, peso y geometría son tales que el sistema robótico puede recogerlos, moverlos y colocarlos. Estos pueden ser cualquier tipo de mercancía, paquetes, encomiendas u otros artículos pedidos que se beneficien de la clasificación automatizada. Cada objeto está asociado con un código particular u otros indicios de procesamiento, por ejemplo, un código de producto universal (UPC) como se muestra en 15 en la Figura 6, que identifica el objeto, o una etiqueta de correspondencia que identifica un destino deseado como se muestra en 210 en la Figura 18.
La forma en que llegan los objetos entrantes puede ser, por ejemplo, en una de dos configuraciones: (a) los objetos entrantes llegan apilados en contenedores de objetos heterogéneos; o (b) los artículos entrantes llegan por un transportador en movimiento. La recogida de objetos incluye algunos que tienen códigos de barras expuestos y otros objetos que no tienen códigos de barras expuestos. Se supone que el sistema robótico puede recoger ítems del contenedor o del transportador. La corriente de objetos entrantes es la secuencia de objetos a medida que se descargan del contenedor o del transportador.
La forma en que se organizan los objetos salientes es tal que los objetos se colocan en un contenedor, ubicación de estantería o cubículo, en donde se consolidan todos los objetos correspondientes a un pedido dado. Estos destinos salientes pueden disponerse en conjuntos verticales, conjuntos horizontales, cuadrículas o de alguna otra forma regular o irregular, pero el sistema conoce tal disposición. Se supone que el sistema robótico de recoger y colocar puede colocar objetos en todos los destinos de salida, y el destino de salida correcto se determina a partir del código de identificación o indicios de procesamiento.
Se supone que los objetos están marcados en uno o más lugares en su exterior con una marca distintiva visual tal como un código de barras (por ejemplo, proporcionando un código UPC) o una etiqueta de identificación por radiofrecuencia (RFID) o una etiqueta postal para que puedan ser suficientemente identificados con un escáner para su procesamiento. El tipo de marca depende del tipo de sistema de escaneo utilizado, pero puede incluir simbologías de códigos de barras 1D o 2D. Pueden emplearse múltiples simbologías o enfoques de etiquetado. Se supone que los tipos de escáneres empleados son compatibles con el enfoque de marcado. La marca, por ejemplo, por código de barras, etiqueta RFID, etiqueta postal u otros medios, codifica una cadena de símbolos, que suele ser una cadena de letras y números. La cadena de símbolos asocia de forma única el objeto con un conjunto de instrucciones de procesamiento.
Las operaciones de los sistemas descritos anteriormente están coordinadas por el sistema de control central 40 como se muestra en las Figuras 1, 8 - 11 y 17. Este sistema determina a partir de cadenas de símbolos el UPC asociado con un objeto, así como el destino de salida del objeto. El sistema de control central está compuesto por una o más estaciones de trabajo o unidades centrales de procesamiento (CPU). Por ejemplo, el sistema de control central mantiene la correspondencia entre los UPC o etiquetas postales y los destinos de salida en una base de datos denominada manifiesto. El sistema de control central mantiene el manifiesto comunicándose con un sistema de gestión de almacenes (WMS).
Durante la operación, el amplio flujo de trabajo puede ser generalmente como sigue. Primero, el sistema está equipado con un manifiesto que proporciona el destino de salida para cada objeto de entrada. A continuación, el sistema espera a que los objetos entrantes lleguen a un contenedor o a un transportador. El sistema robótico puede recoger un ítem a la vez del contenedor de entrada y puede colocar cada ítem en el sistema de percepción discutido anteriormente. Si el sistema de percepción reconoce con éxito una marca en el objeto, entonces el objeto se identifica y se envía a una estación de clasificación u otra estación de procesamiento. Si no se identifica el objeto, el sistema robótico puede volver a colocar el objeto en el transportador de entrada y volver a intentarlo, o el transportador puede desviar el objeto a un contenedor de clasificación humana para que lo revise una persona.
La secuencia de ubicaciones y orientaciones de las unidades de percepción 52 se elige para minimizar la cantidad de tiempo promedio o máxima que lleva el escaneo, así como para maximizar la probabilidad de escaneos exitosos. Nuevamente, si el objeto no se puede identificar, el objeto se puede transferir a un destino de salida especial para objetos no identificados, o se puede devolver a la corriente entrante. Todo este procedimiento funciona en un bucle hasta que se agotan todos los objetos del conjunto entrante. Los objetos en la corriente entrante se identifican, clasifican y enrutan automáticamente a los destinos de salida.
Por lo tanto, según una realización, la invención proporciona un sistema para clasificar objetos que llegan en contenedores entrantes y que deben colocarse en una estantería de contenedores de salida, donde la clasificación se basará en un símbolo identificador único. Las especializaciones clave en esta realización son el diseño específico del sistema de percepción para maximizar la probabilidad de un escaneo exitoso, mientras que simultáneamente se minimiza el tiempo de escaneo promedio. La probabilidad de un escaneo exitoso y el tiempo de escaneo promedio constituyen características clave de rendimiento. Estas características clave de rendimiento están determinadas por la configuración y las propiedades del sistema de percepción, así como por el conjunto de objetos y cómo se marcan.
Las dos características clave de rendimiento pueden optimizarse para un conjunto de ítems y un método de etiquetado de códigos de barras determinados. Los parámetros de la optimización para un sistema de códigos de barras incluyen cuántos lectores de códigos de barras, dónde y en qué orientación colocarlos, y qué resoluciones de sensor y campos de visión usarán los lectores. La optimización se puede realizar mediante prueba y error, o mediante simulación con modelos del objeto.
La optimización a través de la simulación emplea un modelo de rendimiento de escáner de código de barras. Un modelo de rendimiento de escáner de código de barras es el intervalo de posiciones, orientaciones y tamaño del elemento del código de barras que un símbolo de código de barras puede detectar y decodificar por un escáner de código de barras, donde el tamaño del elemento del código de barras es el tamaño de la característica más pequeña del código de barras. Por lo general, se clasifican en un intervalo mínimo y máximo, un ángulo de desviación máximo, un ángulo de paso máximo y un ángulo de inclinación mínimo y máximo.
El rendimiento normal de los lectores de códigos de barras basados en cámaras es que pueden detectar símbolos de códigos de barras dentro de cierto intervalo de distancias, siempre que tanto el paso como la desviación del plano del símbolo estén dentro del intervalo de más o menos 45 grados, mientras que la inclinación de el símbolo puede ser arbitraria (entre 0 y 360 grados). El modelo de rendimiento del escáner de código de barras predice si se detectará un símbolo de código de barras determinado en una posición y orientación determinadas.
El modelo de rendimiento del escáner de códigos de barras se combina con un modelo de dónde se esperaría que se colocaran y orientaran los códigos de barras. Un modelo de emplazamiento de símbolo de código de barras es el intervalo de todas las posiciones y orientaciones, en otras palabras, emplazamientos en las que se espera encontrar un símbolo de código de barras. Para el escáner, el modelo de emplazamiento del símbolo de código de barras es en sí mismo una combinación de un modelo de sujeción de artículos, que predice cómo sujetará los objetos el sistema robótico, así como un modelo de apariencia del ítem-código de barras, que describe las posibles ubicaciones del símbolo de código de barras sobre el objeto. Para el escáner, el modelo de emplazamiento del símbolo de código de barras es en sí mismo una combinación del modelo de apariencia del ítem de código de barras, así como un modelo de emplazamiento del objeto entrante, que modela la distribución de emplazamientos sobre los que los artículos entrantes se presentan al escáner. Estos modelos pueden construirse empíricamente, modelarse usando un modelo analítico, o pueden emplearse modelos aproximados usando modelos de esfera simples para objetos y distribuciones uniformes sobre la esfera como un modelo de apariencia del ítem de código de barras.
Con referencia nuevamente a la Figura 1, los objetos 14 que pasan a través de la unidad de percepción secundaria 28 caen sobre el transportador secundario 32. Los desviadores 34 desvían objetos a las secciones de lanzadera 36 según corresponda. Aunque sólo se muestran dos desviadores y secciones de lanzadera de este tipo, se puede utilizar cualquier número de desviadores y secciones de lanzadera de este tipo. Los objetos no identificados u otros objetos inaceptables continúan a lo largo del transportador secundario 32 y caen en el contenedor de excepción secundario 38. Los desviadores 34 están en comunicación con el controlador 40, que está en comunicación con el escáner 28 así como con la posición de indexación del transportador 32. Una vez que un objeto cae a través del escáner y aterriza en el transportador, el sistema toma nota de la posición del objeto en el transportador. La información del escáner se procesa y el objeto (si se identifica) se asocia con esa ubicación del transportador y se identifica su ubicación de procesamiento (como se explica con más detalle a continuación). A medida que avanza el transportador, el sistema sabrá cuándo el objeto está en la línea de activación de un desviador seleccionado y activará el desviador para empujar el objeto hacia el carro apropiado. A continuación, el carro mueve el objeto al contenedor asignado, como se explica con más detalle a continuación. En varias realizaciones, los desviadores pueden empujar un objeto hacia fuera de varias otras formas, como usar un robot o una guía de desvío, y en otras realizaciones, los desviadores pueden sacar un objeto del transportador.
Como se muestra más adelante con referencia a la Figura 4, cada sección de lanzadera 36 incluye un carro 60 que se desplaza de un lado a otro entre las rampas de destino 62 que incluyen paredes de guía 65 que conducen a dos filas de contenedores 68, 70 a cada lado de una pista 64. Como se muestra con más detalle en las Figuras 5 y 6 (con las paredes guía 65 retiradas para mayor claridad), el carro 60 se desplaza a lo largo de la pista 64 y transporta los objetos a un contenedor de destino deseado 68, 70 y se inclina, dejando caer el objeto 14 en el contenedor de destino deseado como se muestra en la Figura 6. Las paredes de guía sirven para guiar el objeto a medida que cae, de forma que el objeto no caiga accidentalmente en un contenedor vecino. Como se muestra además en la Figura 7, cada contenedor (68 o 70) puede incluir uno o más pares de emisores 61 y sensores 63 en la parte superior del contenedor. La salida de un sensor 63 que es representativa de una interrupción prolongada de la fuente asociada puede usarse para determinar que el contenedor está lleno.
Nuevamente, una estación central de computación y control 40 se comunica con otros ordenadores distribuidos en los otros componentes y se comunica también con el sistema de información del cliente, proporciona una interfaz de usuario y coordina todos los procesos. Como se muestra además en la Figura 4, cada contenedor de procesamiento 62 de cada sección de lanzadera 36 puede incluir un cajón extraíble 66 desde el que se puede acceder y vaciar cada uno de los dos contenedores de procesamiento opuestos (por ejemplo, 68, 70). Cada cajón extraíble 66 puede incluir también indicadores luminosos 72 para indicar cuándo el contenedor de procesamiento (por ejemplo, 68) está lleno o listo para vaciarse basándose en la heurística del sistema, por ejemplo, que es estadísticamente poco probable que el contenedor reciba otro objeto pronto. En otras realizaciones, dichas luces pueden colocarse encima del contenedor respectivo. Cada cajón puede incluir también una cerradura 67 que una persona debe desbloquear para sacar el cajón 66. La cerradura incluye sensores que se comunican con el controlador 40, y cuando un cajón está desbloqueado, el sistema sabe que no debe clasificarse en ninguno de los contenedores del cajón desbloqueado. De esta forma, el sistema puede seguir funcionando mientras se extraen los cajones y se vacían los contenedores.
La Figura 8 muestra un sistema 100' similar al que se muestra en la Figura 1 (donde los componentes idénticos tienen los mismos números de referencia), excepto que las secciones de lanzadera 36' de la Figura 8 están colocadas a lo largo (paralelas) del transportador 32'. En particular, un primer desviador 34' puede empujar un objeto hacia un carro 60' en un extremo de una sección de lanzadera 36', mientras que un segundo desviador 34" puede empujar un objeto hacia un carro 60" en el medio de una sección de lanzadera 36". Según realizaciones adicionales, son posibles muchas disposiciones diferentes. Cada cajón 66' y 66" puede bloquearse como se ha explicado anteriormente, y las luces indicadoras 72', 72" pueden ubicarse encima de los cajones 66', 66".
De forma similar, los desviadores 34', 34'' están en comunicación con el controlador 40, que está en comunicación con el escáner 28 así como con la posición de indexación del transportador 32'. De nuevo, en varias realizaciones, los desviadores pueden empujar un objeto hacia fuera de varias otras formas, como usar un robot o una guía de desvío, y en otras realizaciones, los desviadores pueden sacar un objeto del transportador. Una vez que un objeto cae a través del escáner y aterriza en el transportador, el sistema toma nota de la posición del objeto en el transportador. La información del escáner se procesa y el objeto (si se identifica) se asocia con esa ubicación del transportador y se identifica su ubicación de procesamiento (como se explica con más detalle a continuación). De nuevo, a medida que avanza el transportador, el sistema sabrá cuándo el objeto está en la línea de activación de un desviador seleccionado y activará el desviador para empujar el objeto hacia el carro apropiado. A continuación, el carro mueve el objeto al contenedor asignado, como se explica con más detalle a continuación.
Según realizaciones adicionales de la invención y como se muestra en la Figura 9, un sistema 80 puede incluir una pista 82 a lo largo de la que los carros 84 pueden viajar en una dirección hacia una pluralidad de contenedores de procesamiento 86. Los ítems restantes del sistema 80 que tienen números de referencia en común con el sistema de la Figura 1 son los mismos que los del sistema de la Figura 1. Cada carro 84 puede programarse dinámicamente para volcar su objeto contenido 14 en un recipiente de procesamiento asignado 86 basándose en un esquema de clasificación asignado.
Según una realización adicional de la presente invención y como se muestra en la Figura 10, un sistema 90 proporciona que una porción de la corriente de entrada 92 sea ajustada selectivamente por el brazo robótico 24 para proporcionar una corriente singulada de objetos (como se puede detectar y confirmar por una unidad de percepción 94). En particular, los objetos son identificados por la unidad de percepción primaria 22 como seleccionados para su retirada (simplemente para proporcionar una corriente singulada de objetos), y el brazo robótico 24 se activa para retirar objetos de manera selectiva de la corriente de entrada para crear la corriente singulada de objetos. En realizaciones adicionales, los desviadores, como se ha explicado anteriormente, se pueden usar para esta finalidad. El brazo robótico coloca los objetos retirados en una rampa de retorno 96 que devuelve los objetos seleccionados al contenedor de entrada 12. Tal recirculación tiene la finalidad de proporcionar la corriente singulada de objetos. Significativamente, se proporciona una corriente singulada de objetos (como se muestra en 92), y este corriente singulada de objetos puede entregarse a una unidad de percepción 28 (como se ha descrito anteriormente) como una corriente singulada sin requerir que un sistema robótico coloque objetos en la unidad de percepción 28. Si un objeto no se identifica o no se puede procesar de otra manera, puede caer en un contenedor de excepción 38 como se ha mencionado anteriormente y devolverse a un área de recirculación o ser procesado a mano por una persona.
La asignación de contenedores de procesamiento puede también ser dinámica. Por ejemplo, los sistemas según realizaciones adicionales, proporcionan sistemas mejorados de transporte y transportadores, y proporcionan manipuladores robóticos programables en particular, que permiten cambios dinámicos en los patrones de manejo de objetos, con eficiencias resultantes en el proceso de clasificación, menores requisitos de espacio, menor demanda de operaciones manuales y, en consecuencia, menores costes de capital y operativos para todo el sistema. La Figura 11 muestra un sistema 100 similar al sistema de la Figura 1 (usando los mismos números de referencia que se usan en la Figura 1 para identificar los mismos elementos). El sistema 100 incluye además una rampa de retorno 96 (como en el sistema 90 de la Figura 10) que devuelve los artículos seleccionados a la tolva de entrada 12 para proporcionar la corriente singulada de objetos.
Durante su uso, la estación de clasificación puede seleccionar un objeto y luego identificar el objeto seleccionado por el sistema de percepción 22 (o puede detectar la identidad de un objeto usando un escáner en el brazo articulado, o puede usar el brazo robótico para mover el objeto a un dispositivo de detección). En realizaciones adicionales, el brazo robótico puede incluso sujetar un objeto en el sistema de percepción 28 solo para la identificación del objeto. Si el objeto tiene un contenedor asignado o hay uno nuevo disponible, el efector final dejará caer el objeto a través del sistema de percepción; de lo contrario, el brazo robótico sacará el objeto del sistema de percepción 28 y lo colocará en la rampa de retorno 96. El sistema asigna una ubicación al objeto si hay una nueva ubicación disponible y el objeto aún no tiene asignada una ubicación en esa estación de clasificación. Lo que es significativo es que la estación de clasificación no tiene asignado previamente un gran conjunto de contenedores de recogida asignados a todos los objetos posibles que pueden aparecer en la trayectoria de entrada. Además, el controlador central puede emplear una amplia variedad de heurísticas que pueden dar forma adicional al proceso de asignación dinámica de objetos a contenedores de recogida, como se explica con más detalle a continuación. Una vez que los contenedores se llenan o se completan de otro modo, los contenedores completados se señalan como terminados y listos para su posterior procesamiento (por ejemplo, mediante luces 72 asociadas con el contenedor 68 en la Figura 4).
Como se muestra en la Figura 12, un proceso de clasificación de la invención en una estación de clasificación puede comenzar (etapa 400) haciendo que un sistema robótico seleccione un nuevo objeto de la corriente de entrada y deje caer el nuevo objeto en el escáner de caída (etapa 402). A continuación, el sistema identifica el nuevo objeto (etapa 404). A continuación, el sistema determinará si el objeto está todavía asignado a algún contenedor de recogida (etapa 406). Si no es así, el sistema determinará si hay disponible un contenedor siguiente (etapa 408). Si no hay un contenedor siguiente disponible (etapa 410), el sistema robótico devolverá el objeto al búfer de entrada (etapa 410) y volverá a la etapa 402. Como alternativa, el sistema puede elegir uno de los contenedores de recogida que está en proceso y decidir que se puede vaciar para reutilizarlo para el objeto en cuestión, momento en donde el sistema de control puede vaciar el contenedor de recogida o indicarle a un trabajador humano que lo haga. Si hay disponible un contenedor siguiente (y el sistema puede permitir cualquier número de contenedores por estación), el sistema asignará entonces el objeto al contenedor siguiente (etapa 412). A continuación, el sistema coloca el objeto en el contenedor asignado (etapa 414). A continuación, el sistema vuelve a la etapa 402 hasta que finaliza. Nuevamente, en ciertas realizaciones, el transportador secundario puede ser un transportador indexado que se mueve en incrementos cada vez que se deja caer un objeto sobre el transportador. A continuación, el sistema puede registrar la identidad del objeto, acceder a un manifiesto de almacén y determinar una ubicación de contenedor asignada o asignar una nueva ubicación de contenedor.
Un proceso del sistema de control general se muestra, por ejemplo, en la Figura 13. El sistema de control general puede comenzar (etapa 500) permitiendo que se asigne un nuevo contenedor de recogida en cada estación a un grupo de objetos basándose en los parámetros generales del sistema (etapa 502) como se explica con más detalle a continuación. A continuación, el sistema identifica los contenedores asignados correlacionados con los objetos en cada estación (etapa 504) y actualiza el número de objetos en cada contenedor en cada estación (etapa 506). A continuación, el sistema determina que cuando un contenedor está lleno o el sistema espera que es poco probable que la estación de clasificación asociada vea otro objeto asociado con el contenedor, el sistema robótico de la estación de clasificación asociada colocará el contenedor completo en un transportador de salida o enviará una señal a un trabajador humano para que venga y vacíe el contenedor (etapa 508), y volverá después a la etapa 502.
Los sistemas de varias realizaciones proporcionan numerosas ventajas debido a la flexibilidad dinámica inherente. La correspondencia flexible entre las salidas del clasificador y los destinos permite que haya menos salidas del clasificador que destinos, por lo que todo el sistema puede requerir menos espacio. La correspondencia flexible entre las salidas del clasificador y los destinos también proporciona que el sistema pueda elegir el orden más eficiente para manipular los objetos, de una manera que varía con la combinación particular de objetos y la demanda aguas abajo. El sistema es también fácilmente escalable, al agregar clasificadores, y es más robusto, ya que la falla de un solo clasificador puede manejarse dinámicamente sin siquiera detener el sistema. Debe ser posible que los clasificadores ejerzan discreción en el orden de los objetos, favoreciendo los objetos que necesitan ser manipulados rápidamente, o favoreciendo los objetos para los cuales el clasificador dado puede tener una pinza especializada.
Según ciertas realizaciones, el sistema proporciona, por lo tanto, un sistema de clasificación que emplea un búfer en la etapa de alimentación que permite la inducción escalable y flexible de objetos en el sistema. El búfer puede incluir un solo transportador, un transportador circulante o múltiples transportadores, posiblemente para separar los objetos desorganizados de los objetos organizados. En realizaciones adicionales, la invención proporciona un sistema de clasificación que emplea una pluralidad de clasificadores conectados de forma flexible tanto a procesos aguas arriba como aguas abajo. El sistema puede emplear también una etapa de destino flexible, que incluye un proceso para cambiar dinámicamente la correspondencia de las salidas del clasificador y los destinos del sistema mediante un cambio basado en la heurística del proceso de clasificación. El sistema puede asignar dinámicamente las salidas del clasificador a los destinos del sistema basándose en las tendencias y estadísticas históricas de uso a largo plazo, o los elementos ya procesados, o el contenido actual de otras salidas del clasificador asignadas dinámicamente, o el tiempo promedio, mínimo o máximo de clasificación asociado con cada salida del clasificador, o características físicas de los ítems clasificados, o información a priori, o entregas futuras conocidas, o ubicación dentro de una instalación, incluida la ubicación física en relación con otras salidas asignadas del clasificador (por ejemplo, arriba, a un lado, en o cerca), o envíos entrantes, así como saber qué artículos están actualmente aguas arriba del proceso de clasificación y combinaciones de los anteriores. Además, los sistemas de las realizaciones de la invención proporcionan que la información relativa a la correspondencia entre las salidas del clasificador y los destinos del sistema se puede proporcionar a un sistema automatizado para la clasificación.
Al hacer uso de la heurística, el mapeo de las salidas del clasificador a los destinos del sistema se puede mejorar sustancialmente con respecto a la asignación fija tradicional. Los destinos se pueden asignar sobre la marcha, lo que reduce el espacio desperdiciado por las salidas del clasificador no utilizadas y disminuye el tiempo que lleva procesar los objetos entrantes. Las tendencias históricas a largo plazo se pueden utilizar para asignar salidas del clasificador cuando el siguiente grupo de objetos entrantes es parcial o totalmente desconocido. Los patrones de uso históricos brindan información sobre cuándo se espera que lleguen los objetos con destino a ciertos destinos, la cantidad de objetos con destino a cada destino esperado para un momento dado y las propiedades físicas probables de estos objetos entrantes.
El sistema proporciona en una realización específica un sistema de entrada que interactúa con los transportadores y recipientes del cliente, almacena paquetes para alimentar el sistema y alimenta esos paquetes al sistema a una tasa moderada y controlable. En una realización, la interfaz con el proceso del cliente adopta la forma de un volquete Gaylord, pero son posibles muchas otras realizaciones. En una realización, la alimentación al sistema se realiza mediante un transportador inclinado con tacos con deflectores superiores. Una clave para la operación eficiente del sistema es alimentar los paquetes a una tasa controlada modesta. Hay muchas opciones disponibles, incluidas las variaciones en la pendiente y la velocidad del transportador, la presencia, el tamaño y la estructura de los tacos y deflectores, y el uso de sensores para monitorear y controlar la velocidad de alimentación.
El sistema incluye en una realización específica un sistema de percepción primario que monitorea la corriente de paquetes en el transportador primario. Siempre que sea posible, el sistema de percepción primario puede identificar el paquete para acelerar o simplificar las operaciones posteriores. Por ejemplo, el conocimiento de los paquetes en el transportador primario puede permitir que el sistema tome mejores decisiones sobre si recoger un paquete en lugar de dejarlo pasar al contenedor de excepción, qué paquetes recoger primero o cómo asignar contenedores de salida. El trabajo principal del sistema de percepción primario es identificar y priorizar los puntos de agarre. Los métodos adecuados para elegir los puntos de agarre varían según la pinza y el objeto. En una realización, puede estar en uso una pinza de vacío, y el mejor punto de agarre podría ser un punto plano lo suficientemente grande, con el eje de la pinza alineado con la superficie normal. Con otros tipos de pinzas se elegirán otras características. Según una realización, el sistema de percepción primario clasifica el tipo de paquete para que se puedan emplear los parámetros del proceso de agarre que mejor se adapten a ese tipo de paquete.
Como se ha indicado anteriormente, hay muchas formas de agarrar objetos, incluidas las pinzas de vacío, tenazas, pinzas blandas envolventes y pinzas electrostáticas. También es posible no usar un agarre convencional y, en su lugar, empujar el paquete a través del transportador, por ejemplo, hacia una unidad de percepción (por ejemplo, la unidad 28). En una realización, una pinza de vacío está equipada con sensores de presión y fuerza, lo que permite que la pinza detecte el inicio del agarre, detecte fallas de agarre inminentes, calcule la calidad de un agarre, calcule el peso del paquete y la distribución del peso, lo que permite más opciones efectivas en la planificación de movimiento posterior. Por ejemplo, la Figura 14 muestra un sistema de efector final de agarre para uso según una realización de la invención que incluye un brazo articulado 110 al que está unido un fuelle de efector final 112, que puede ser un fuelle de forma tubular o cónica. El efector final incluye también un sensor 114 que incluye una banda de unión 116 en el fuelle, así como un soporte 118 unido al sensor de campo magnético 114 y un imán 122 que está montado en el brazo articulado 110. El fuelle se puede mover en cualquiera de las tres direcciones, por ejemplo, hacia y desde el brazo articulado como se muestra esquemáticamente en A, en direcciones transversales a la dirección A como se muestra en B, y direcciones parcialmente transversales a la dirección A como se muestra en C. El sensor de campo magnético 114 puede comunicarse (por ejemplo, de forma inalámbrica) con un controlador 120, que también puede comunicarse con un monitor de flujo 124 para determinar si un agarre de alto flujo de un objeto es suficiente para un agarre y transporte continuos, como se explica más adelante. En una realización, 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 manera segura.
Con referencia a la Figura 15, el sistema de efector final según otra realización de la invención puede incluir el brazo articulado 110 y un fuelle 112, así como galgas extensiométricas 130, 132 (se pueden usar cuatro aunque se muestran dos), que acoplar el efector final al brazo robótico. Las galgas extensiométricas se pueden conectar a un controlador incorporado que está en comunicación con el controlador 120, que también se puede comunicar con un monitor de flujo 124 para determinar si un agarre de alto flujo de un objeto es suficiente para un agarre y transporte continuos, como se explica más adelante.
Según una realización, la invención incluye un brazo robótico capaz de mover la pinza, junto con el paquete agarrado, desde la posición inicial en el transportador primario hasta un punto directamente encima del escáner de caída. Los movimientos deseables deben ser suaves para evitar caídas, y rápidos para el rendimiento general. En una realización, los movimientos están optimizados para mantener un buen agarre, a pesar de una amplia gama de tipos, tamaños, pesos y distribuciones de peso de paquetes. En una realización, el movimiento está limitado para evitar el impacto que puede ocurrir cuando una bolsa llena suelta se pone tensa. En una realización, el movimiento se elige y modula en tiempo real según las estimaciones en evolución del peso del paquete, la distribución del peso o la calidad de agarre.
Por ejemplo, según varias realizaciones, la invención proporciona un sistema robótico que puede aprender ubicaciones de agarre de objetos a partir de la experiencia y la guía humana. La mayoría de los sistemas robóticos diseñados para localizar objetos y recogerlos se basan en un conjunto de sensores para brindar al sistema información sobre la ubicación, tamaño, emplazamiento e incluso la identidad de un objeto. Dichos sistemas diseñados para funcionar en los mismos entornos que los trabajadores humanos enfrentarán una enorme variedad de objetos, emplazamientos, 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 ayudar al sistema robótico a aprender cómo manejar tales casos en el futuro, reduciendo así la necesidad de asistencia del operario con el tiempo. Se adquiere una combinación de datos 2D y 3D (profundidad), el sistema usa estas imágenes y una variedad de algoritmos para generar un conjunto de puntos de agarre candidatos para los objetos en el contenedor.
Además de la información geométrica, el sistema puede aprender la ubicación de marcares fiduciarios, como códigos de barras en el objeto, que se pueden usar como indicador de un parche de superficie que es plano e impermeable, por lo tanto, adecuado para una ventosa. Un ejemplo de ello son las cajas y bolsas de envío, que tienden a tener la etiqueta de envío en el centro de masa del objeto y proporcionan una superficie impermeable, a diferencia del material de la bolsa original, que puede ser ligeramente poroso y, por lo tanto, no presenta un buen agarre. Según otros ejemplos, el propio marcador fiduciario puede no ser el objetivo, sino que puede proporcionar una referencia para encontrar una ubicación de agarre del 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 fiduciario puede usarse como una ubicación de agarre óptima.
El sistema robótico puede emplear la planificación de movimiento utilizando una base de datos de trayectoria que se actualiza dinámicamente con el tiempo y está indexada por las métricas del cliente. Los dominios del problema contienen una combinación de componentes cambiantes e inmutables en el entorno. Por ejemplo, los objetos que se presentan 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 explotar las partes inmutables del entorno pre-computando y guardando en una base de datos las trayectorias que mueven el sistema de manera eficiente y sólida a través de estos espacios. Otro uso de la base de datos de trayectoria es mejorar constantemente el rendimiento del sistema durante la vida útil de su funcionamiento. La base de datos se comunica con un servidor de planificación que está planificando continuamente trayectorias desde varios inicios hasta varios objetivos, para tener un conjunto grande y variado de trayectorias para lograr cualquier tarea en particular.
La Figura 16 muestra, por ejemplo, una vista esquemática de un sistema de clasificación robótico que incluye un transportador primario 20 para proporcionar objetos 14 desde una tolva de entrada 12 a través de un transportador con tacos 16 como se ha explicado anteriormente. El transportador primario 20 proporciona los objetos a un área de acceso del robot, donde el robot 24, que incluye un efector final 26, puede enganchar los objetos y proporcionarlos a un sistema de percepción secundario 28 (por ejemplo, un escáner de caída). El sistema de percepción primario (22 de la Figura 1) no se muestra para mayor claridad. Los objetos escaneados se dejan caer después al transportador secundario 32 como se ha explicado anteriormente.
El sistema robótico puede incluir una ubicación de inicio o base definida 140 a la que puede llevarse inicialmente cada objeto tras la adquisición desde el transportador primario. Las trayectorias tomadas por el brazo articulado del sistema de robot desde el transportador hasta la ubicación base 140 cambian constantemente basándose, en parte, en la ubicación de cada objeto en el transportador, la orientación del objeto en el transportador y la forma, peso y otras propiedades físicas del objeto a adquirir.
Una vez que el brazo articulado ha adquirido un objeto y se coloca en la ubicación base, las trayectorias hacia el escáner de caída no cambian. Para una trayectoria que no cambia, la distancia más corta es una trayectoria directa al procesamiento de destino o al recipiente de destino, pero el brazo articulado se compone de secciones articuladas, articulaciones, motores, etc. que proporcionan intervalos de movimiento, velocidades, aceleraciones y desaceleraciones específicas. Debido a esto, el sistema robótico puede tomar cualquiera de una variedad de trayectorias entre, por ejemplo, la ubicación base 140 y el escáner de caída 28.
Como también se ha explicado anteriormente, el sistema incluye en una realización específica un escáner de caída que escanea los objetos arrojados a través del mismo, lee códigos de barras, confirma que un objeto está correctamente singulado y obtiene el contenedor de procesamiento deseado. Son posibles otras realizaciones, incluido el uso de un túnel de escaneo convencional, o confiar completamente en la percepción primaria para identificar objetos. Otra realización incluiría un transportador primario de recirculación, en donde los objetos no identificados en la primera pasada podrían recircularse, tal vez cayendo de nuevo en la entrada.
La Figura 17 muestra un sistema según otra realización de la invención que es similar a la de la Figura 8 (y en donde los números de referencia comunes se refieren a elementos comunes), excepto que el transportador 220 se proporciona como un transportador circular, siempre que los objetos( por ejemplo, 202) puedan permanecer en el transportador una vez colocado sobre el mismo. El sistema puede incluir también portadores de ítems planos 204 para sostener ítems planos 206 como se muestra en la Figura 18. Ciertos sistemas de detección que utilizan el sistema de percepción primario 22 pueden tener dificultades para detectar la presencia en el transportador de un artículo plano solitario, tal como un sobre. Dichos ítems planos también pueden tener dificultades para ser arrastrados por el transportador de alimentación 16. Según ciertas realizaciones, por lo tanto, se pueden usar transportadores de ítems planos 204, y tales ítems planos 206 se pueden apilar en un transportador 204 como se muestra en la Figura 18, por ejemplo, contra un par de paredes contiguas 208. Un ser humano puede proporcionar este apilamiento y puede colocar los transportadores en el transportador 220 en una estación 222.
Cuando el portador de ítems planos 204 aparece a la vista del sistema de percepción primario, las paredes 208 del portador 204 deberían ayudar en la detección, y el sistema identificará el objeto por las señales 210 y agarrará el objeto superior de la pila. Cada vez que el transportador se desplaza alrededor del transportador 220, se retira y procesa otro objeto superior. Cuando el portador está vacío (como se muestra en la Figura 19), un símbolo único 212 en la parte inferior del portador 204 puede indicar al sistema que el portador está vacío, y el efector final 26 puede retirar los portadores vacíos así identificados y dejarlos caer en un contenedor de portadores vacíos 224. Los portadores vacíos pueden también retirarse por una persona, por ejemplo, en la estación 222, y cualquier objeto no procesable 226 también puede ser retirado.
Las Figuras 20 y 21 muestran un portador 210 para manipular artículos cilíndricos 212, 214, que pueden encajar dentro del portador 210 o pueden sobresalir del portador 210. De cualquier manera, el portador 210 puede mantener el artículo cilíndrico en el transportador 20. El portador 210 puede incluir también un símbolo único 216 similar al símbolo 212 de la Figura 19 para comunicar al sistema que el portador está vacío y puede procesarse como se ha explicado anteriormente. En un sistema de este tipo, si se usa un transportador como el 32 que se muestra en la Figura 1, las paredes de guía pueden colocarse a lo largo del transportador 32.
Por lo tanto, los sistemas incluyen en ciertas realizaciones un sistema de transporte primario que transporta paquetes singulados e identificados hacia la salida. En una realización, el transporte primario es una cinta transportadora con divisores para preservar la singulación. La cinta transportadora se indexa una posición a la vez, posicionando los paquetes para transferirlos a un sistema de transporte secundario. Los paquetes son transferidos por un desviador que los empuja a través del transportador al transporte secundario. Cuando ocurre una falla de singulación o identificación, el paquete permanece en el transporte secundario y cae en el contenedor de excepción secundario. Son posibles otras realizaciones, por ejemplo, un sistema de correa cruzada, un sistema desviador de zapata deslizante o un sistema de bandeja basculante.
El sistema incluye también en una realización específica un sistema de transporte secundario que transporta paquetes a los contenedores de procesamiento. En una realización, el transporte secundario es una lanzadera recíproca que viaja linealmente a lo largo de la parte superior de dos filas de contenedores, después se inclina hacia un lado o hacia el otro para dejar caer el paquete en el contenedor deseado y después vuelve a una posición inicial lista para recibir otro paquete. Son posibles otras realizaciones, por ejemplo, un sistema de bandeja basculante, un sistema de correa cruzada o un sistema desviador de zapata.
El sistema incluye medios para interactuar con los sistemas de transporte de paquetes salientes del cliente. En una realización específica, los contenedores están revestidos con bolsas. Cuando el contenedor está lleno según lo determinado por los sensores o por la operación del sistema de monitorización, un operario humano tira del contenedor fuera de su lugar, retira la bolsa, etiqueta la bolsa y coloca la bolsa en un transportador apropiado. Son posibles otras realizaciones, incluidos los sistemas de ensacado automático, contenedores sin bolsas, contenedores que se expulsan automáticamente del sistema y se reemplazan con contenedores nuevos. En una realización, el sistema continúa funcionando durante la operación de embolsado evitando la inducción de paquetes destinados a ese contenedor en particular, o asignando un contenedor diferente para el mismo destino.
Según una realización específica, la invención proporciona una interfaz de usuario que transmite toda la información relevante a los operarios, gerencia y al personal de mantenimiento. En una realización específica, esto puede incluir luces que indiquen recipientes que se deben embolsar, luces que indiquen recipientes que no hayan regresado completamente a su posición, luces que indiquen el estado operativo, pantallas para monitorear el funcionamiento del sistema de percepción primario y el escáner de caída, pantallas que monitoreen el agarre y el movimiento del robot, monitoreo de niveles del contenedor de excepción y nivel de la tolva de entrada, y modo de operación de todo el sistema. La información adicional incluida podría ser la tasa de procesamiento de paquetes y estadísticas adicionales, tales como las tasas de excepción y error. En una realización específica, el sistema imprime automáticamente las etiquetas de las bolsas y escanea las etiquetas de las bolsas antes de que el operario las coloque en el transportador de salida.
Según una realización adicional, un sistema de la invención incorpora sistemas de software que interactúan con las bases de datos del cliente y otros sistemas de información, para proporcionar información operativa al sistema del cliente y para consultar el sistema del cliente sobre información de paquetes.
La invención tiene muchas variaciones posibles para adaptarse a las diferentes características de la tarea. El número de contenedores atendidos por un servicio de transporte puede ser mayor o menor. Se puede aumentar el número de lanzaderas. En algunas realizaciones puede haber más de un sistema de transporte secundario, sirviendo a conjuntos adicionales de lanzaderas. En otras realizaciones puede haber más de un robot.
Es posible que algunas aplicaciones no justifiquen el uso de un robot, y una realización usaría un ser humano para realizar la inducción. En otra realización, el sistema podría incluir un transportador de clasificación de unidades convencional tal como un clasificador de bandeja basculante o de correa cruzada, con el robot realizando la inducción.
Según diversas realizaciones, por lo tanto, la invención proporciona un sistema robótico para clasificar paquetes en los contenedores de destino de salida deseados. El sistema incluye un sistema de entrada para aceptar paquetes del cliente e introducirlos en el sistema; un sistema de singulación para transformar el flujo de parcelas en una secuencia de parcelas discretas; un sistema de identificación para leer marcas de identificación o determinar de otro modo el destino deseado; y un sistema de salida para transportar cada paquete a un contenedor de procesamiento deseado, desde el que puede transportarse al destino deseado por el cliente.
En realizaciones adicionales, el sistema de alimentación incluye un transportador inclinado con listones, el sistema de alimentación incluye un transportador inclinado con deflectores, y/o el sistema de alimentación incluye un sensor para controlar la altura, anchura o tasa de la corriente de paquetes, de forma que la tasa del transportador pueda modularse para controlar la tasa de paquetes. Según realizaciones adicionales, el sistema de singulación incluye un sistema de percepción primario para monitorear paquetes.
Según ciertas realizaciones, el sistema de percepción primario puede determinar la identidad del paquete, puede determinar las ubicaciones de agarre y/o puede determinar la clase del paquete. Según realizaciones adicionales, el sistema de singulación puede incluir uno o más manipuladores robóticos con pinzas, y una o más de las pinzas es una pinza de vacío, la pinza de vacío puede estar equipada con un sensor de presión, y/o una o más de las pinzas pueden estar equipadas con un sensor de fuerza. Según realizaciones adicionales, el sistema de separación puede incluir uno o más manipuladores robóticos con efectores finales adecuados para empujar, y el sistema de identificación puede incluir uno o más escáneres de paquetes para identificar paquetes, por ejemplo, un escáner de caída.
Según ciertas realizaciones, el sistema de salida incluye uno o más transportadores que se combinan para transferir paquetes a contenedores, los transportadores están organizados como uno o más transportadores primarios; con cada transportador primario transfiriendo paquetes a uno o más transportadores secundarios, y/o uno o más transportadores primarios es un transportador con listones capaz de indexar una posición a la vez. Según realizaciones adicionales, los desviadores transfieren paquetes desde los transportadores primarios a los transportadores secundarios, los desviadores son accionadores lineales conectados a desviadores de barrido, uno o más de los transportadores es una lanzadera recíproca, y/o la lanzadera recíproca incluye un eje de inclinación para dejar caer paquetes.
Según realizaciones adicionales, la invención proporciona un método para clasificar automáticamente paquetes y transportar paquetes a los destinos de salida deseados. El método incluye las etapas de alimentar los paquetes del cliente a la entrada del sistema, transportar los paquetes desde la entrada del sistema a un sistema de separación, singular los paquetes y moverlos a un sistema de identificación, identificar los paquetes y sus destinos deseados asociados y transportar cada paquete a un destino deseado.
Según realizaciones adicionales, el diseño y el control del transportador de entrada están optimizados para presentar los paquetes en un flujo que mejor se adapte a la percepción y el manejo posteriores, los puntos de agarre se determinan automáticamente, los puntos de agarre se determinan a partir de algoritmos de visión informáticos y/o se logra la singulación agarrando paquetes individuales y moviéndolos individualmente al procesamiento posterior. Según realizaciones adicionales, la información del sensor se usa para estimar el estado de agarre, incluido el contacto con el paquete, la calidad del sellado al vacío, el peso del paquete, la distribución de masa del paquete y la posición del paquete en relación con la pinza, y/o las estimaciones del estado de agarre se usan para determinar si el agarre es adecuado y modular el movimiento posterior para evitar caídas. Según realizaciones adicionales, el movimiento del brazo robótico está determinado por el software de planificación de movimiento que conoce los puntos de trayectoria iniciales y finales, los obstáculos circundantes y las restricciones necesarias para mantener un agarre seguro y/o la correspondencia de los contenedores de salida con los destinos del cliente se determina dinámicamente para optimizar rendimiento del sistema.
Las personas expertas en la materia apreciarán que se pueden realizar numerosas modificaciones y variaciones en las realizaciones divulgadas con anterioridad sin desviarse del alcance de la presente invención.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de procesamiento para procesar objetos que comprende:
un transportador de alimentación (16) configurado para levantar una corriente desorganizada de objetos (92) sobre un transportador primario (20);
un sistema de singulación que incluye un primer sistema de percepción (22) y un brazo robótico (24), en donde el primer sistema de percepción está configurado para monitorear la corriente desorganizada de objetos en el transportador primario y seleccionar objetos de entre la corriente desorganizada de objetos (14) para su retirada, y en donde el brazo robótico está configurado para retirar los objetos seleccionados para proporcionar una corriente singulada de objetos en el transportador primario;
un segundo sistema de percepción (28) que incluye un escáner de caída que tiene una abertura superior (44) y una abertura inferior (46), en donde el escáner de caída está configurado para escanear la corriente singulada de objetos que caen desde el transportador primario (20) a través del escáner de caída en busca de marcas visualmente distintivas que identifican los objetos; y
un sistema de transporte primario (32) configurado para recibir los objetos que se han dejado caer a través del escáner de caída del segundo sistema de percepción (28) y transportar los objetos a lo largo de una dirección primaria hacia una pluralidad de ubicaciones de procesamiento asignadas a los objetos identificados.
2. El sistema de procesamiento según la reivindicación 1, en donde el sistema de transporte primario (32) incluye un transportador de indexación o un transportador con tacos.
3. El sistema de procesamiento según la reivindicación 1, en donde el transportador primario (20) es un transportador con tacos o un transportador sin divisores.
4. El sistema de procesamiento según la reivindicación 1, en donde cada una de la pluralidad de ubicaciones de procesamiento incluye un sistema de transporte secundario (36, 36', 36") configurado para transportar un objeto en una de al menos dos direcciones secundarias basándose en la identidad del objeto.
5. El sistema de procesamiento según la reivindicación 4, en donde el sistema de transporte secundario incluye al menos un carro (60, 60', 60") que se desplaza recíprocamente en al menos dos direcciones secundarias.
6. El sistema de procesamiento según la reivindicación 5, en donde al menos un carro (60, 60', 60") se puede accionar para expulsar un objeto del carro a una de al menos dos ubicaciones de destino.
7. El sistema de procesamiento según la reivindicación 6, en donde las al menos dos direcciones secundarias son generalmente paralelas a la dirección primaria.
8. El sistema según la reivindicación 1, que comprende además una pluralidad de portadores (204) configurados para transportar objetos planos en el transportador primario.
9. El sistema según la reivindicación 4, que comprende además unidades desviadoras configuradas para desviar objetos del sistema de transporte primario (32) al sistema de transporte secundario (36, 36', 36").
10. Un método de procesamiento de objetos que comprende:
levantar una corriente desorganizada de objetos (92) usando un transportador de alimentación (16) sobre un transportador primario (20);
monitorear la corriente desorganizada de objetos en el transportador primario (20) usando un primer sistema de percepción (22);
seleccionar objetos de entre la corriente desorganizada de objetos para retirarlos del transportador primario (20); retirar los objetos seleccionados usando un brazo robótico (24) para proporcionar una corriente singulada de objetos en el transportador primario (20);
dejar caer la corriente singulada de objetos desde el transportador primario (20) a través de una abertura superior (44) en un escáner de caída de un segundo sistema de percepción (28);
escanear la corriente singulada de objetos en busca de marcas visualmente distintivas que identifiquen los objetos usando el escáner de caída; y
transportar los objetos recibidos desde una abertura inferior (46) del escáner de caída a lo largo de una dirección primaria de un sistema de transporte primario (32) hacia una pluralidad de ubicaciones de procesamiento asignadas a los objetos identificados.
11. El método según la reivindicación 10, en donde cada una de la pluralidad de ubicaciones de procesamiento incluye un sistema de transporte secundario (36, 36', 36"), y el método comprende además:
desviar al menos uno de los objetos identificados de la dirección primaria del sistema de transporte primario (32) al sistema de transporte secundario (36, 36', 36") en una de la pluralidad de ubicaciones de procesamiento; y transportar el al menos uno de los objetos identificados usando el sistema de transporte secundario en una de al menos dos direcciones secundarias basándose en una identidad del objeto.
12. El sistema de procesamiento según la reivindicación 1, en donde el primer sistema de percepción (22) está configurado para identificar y priorizar los puntos de agarre en un objeto.
13. El sistema de procesamiento según la reivindicación 1, en donde el escáner de caída está configurado además para confirmar que la corriente singulada de objetos se deja caer uno a la vez a través del escáner de caída.
14. El sistema de procesamiento según la reivindicación 1, en donde el escáner de caída asigna un contenedor de procesamiento en una de la pluralidad de ubicaciones de procesamiento a cada objeto.
15. El sistema de procesamiento según la reivindicación 5, en donde las al menos dos direcciones secundarias son generalmente perpendiculares con respecto a la dirección primaria del sistema de transporte primario.
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