ES2961859T3 - Un método y sistema para el control autónomo de los movimientos de vehículos de manipulación de contenedores que funcionan en un sistema automatizado de almacenamiento y recuperación - Google Patents
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Abstract
Un método (200), producto de programa informático y sistema para controlar los movimientos de vehículos de manipulación de contenedores (150) que funcionan en un sistema de almacenamiento y recuperación (10) que comprende una estructura de rejilla con columnas de almacenamiento (105) y un sistema ferroviario correspondiente (108) arriba. las columnas de almacenamiento (105) para guiar los movimientos de los vehículos (150) adaptadas para transferir contenedores de almacenamiento (106) hacia y desde el almacenamiento (columnas 105), donde cada vehículo (150) comprende un controlador de vehículo (410) conectado a medios de conducción (420) y sensores (430) para controlar los movimientos del vehículo (150) a lo largo del sistema ferroviario (108) con respecto a los movimientos de otros vehículos (150). El método comprende diferentes pasos realizados en el controlador de vehículo (410) de cada vehículo (150). Los pasos comprenden usar un mapa (210) que define el diseño ferroviario y las reglas de tráfico sobre dónde y cuándo los vehículos (150) pueden moverse en el sistema ferroviario (108), y donde el mapa es el mismo para todos los vehículos (150) que operan en el almacenamiento. y sistema de recuperación (10); sincronizar (220) el controlador del vehículo (410) con un reloj común para todos los vehículos (150); recibir una instrucción de un controlador maestro (400) que ordena al vehículo (150) que se mueva a un destino específico (230) en el sistema ferroviario (108) con respecto al mapa; permitir que el controlador del vehículo (410) determine una ruta a seguir (240) en el sistema ferroviario (108) desde una posición actual del vehículo (150) hasta el destino especificado basándose en el mapa, las reglas de tráfico, la distancia a otros vehículos (150) y movimientos de los demás vehículos (150); controlar los movimientos (260) del vehículo (150) a lo largo del sistema de carriles (108) desde su posición actual hasta el destino especificado según la ruta determinada, y repetir los pasos hasta que el vehículo (150) haya llegado al destino especificado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Un método y sistema para el control autónomo de los movimientos de vehículos de manipulación de contenedores que funcionan en un sistema automatizado de almacenamiento y recuperación
Introducción
La presente invención se refiere a un método, sistema y producto de programa informático para controlar los movimientos de vehículos que manipulan contenedores de almacenamiento en un sistema de automatizado de almacenamiento y recuperación que comprende una estructura de cuadrícula y un sistema de rieles correspondiente para guiar los movimientos de los vehículos. Más específicamente, la invención se refiere a un método y programa informático que proporciona operación autónoma de movimientos de vehículos que manipulan contenedores de almacenamiento en el sistema de almacenamiento y recuperación.
Antecedentes
Los sistemas de almacenamiento y recuperación son bien conocidos. Los vehículos que los operan están controlados por un controlador central, también llamado controlador maestro, que se comunica con los controladores de cada vehículo.
La figura 1 ilustra un sistema 10 de automatizado de almacenamiento y recuperación típico de la técnica anterior que tiene una estructura 100 de armazón y donde los vehículos 150 de manipulación de contenedores, también llamados robots, operan el sistema 10 de automatizado de almacenamiento y recuperación cuando se desplaza sobre un sistema 108 de rieles encima de la estructura 100.
La estructura 100 de armazón comprende una pluralidad de miembros verticales 102 y opcionalmente una pluralidad de miembros horizontales 103 que soportan los miembros verticales 102. Los miembros 102, 103 normalmente pueden estar hechos de metal, por ejemplo, perfiles de aluminio extruido.
La estructura 100 de armazón define una cuadrícula de almacenamiento 104 que comprende columnas de almacenamiento 105 dispuestas en filas verticales, en las que los contenedores de almacenamiento 106, también conocidos como contenedores, se apilan uno encima de otro para formar pilas 107. Cada contenedor de almacenamiento 106 normalmente puede contener una pluralidad de artículos de producto.
El sistema 10 automatizado de almacenamiento y recuperación comprende un sistema 108 de rieles para guiar los vehículos 150 de manipulación de contenedores. El sistema 108 de rieles está dispuesto en un patrón de cuadrícula a lo largo de la parte superior de la cuadrícula de almacenamiento 104. Los vehículos 150 de manipulación de contenedores circulan sobre el sistema 108 de rieles y son operados para bajar y elevar los contenedores de almacenamiento 106 hacia y desde las columnas de almacenamiento 105, así como para transportar los contenedores de almacenamiento 106 sobre el sistema 108 de rieles. La extensión horizontal de una columna de almacenamiento 105 está definida por una celda 122 de cuadrícula marcada con líneas gruesas en la Fig. 1. Las celdas 122 de cuadrícula definen el diseño del sistema 108 de rieles.
El sistema 108 de rieles comprende un primer conjunto de rieles paralelos 110 dispuestos para guiar el movimiento de los vehículos 150 de manipulación de contenedores en una primera dirección X a través de la parte superior de la estructura 100 de bastidor, y un segundo conjunto de rieles paralelos 111 dispuestos perpendicularmente al primer conjunto de rieles 110 para guiar el movimiento de los vehículos 150 de manipulación de contenedores en una segunda dirección Y que es perpendicular a la primera dirección X. De esta manera, el sistema 108 de rieles define columnas de cuadrícula sobre las cuales los vehículos 150 de manipulación de contenedores pueden moverse lateralmente por encima del espacio de columnas 105 de almacenamiento, es decir, en un plano que es paralelo al plano horizontal X-Y.
Cada vehículo 150 de manipulación de contenedores comprende una carrocería de vehículo y una disposición de ruedas de ocho ruedas donde un primer conjunto de cuatro ruedas permite el movimiento lateral de los vehículos 150 de manipulación de contenedores en la dirección X y un segundo conjunto de las cuatro ruedas restantes permiten el movimiento lateral en la dirección Y. Uno o ambos juegos de ruedas en la disposición de ruedas se pueden elevar y bajar, de modo que el primer juego de ruedas y/o el segundo juego de ruedas se puedan acoplar con el juego respectivo de rieles 110, 111, donde esto está definido por un controlador de medios de conducción en el vehículo 150 de manipulación de contenedores para movimientos direccionales controlados del vehículo 150 de manipulación de contenedores.
Cada vehículo 150 de manipulación de contenedores comprende además un dispositivo de elevación (no mostrado) para el transporte vertical de contenedores de almacenamiento 106, por ejemplo elevando un contenedor de almacenamiento 106 desde y bajando un contenedor de almacenamiento 106 hacia una columna de almacenamiento 105. El dispositivo de elevación comprende uno o más dispositivos de agarre/enganche (no mostrados) adaptados para acoplarse a un contenedor de almacenamiento 106. Los dispositivos de agarre/enganche se pueden bajar desde el vehículo 150 mediante el dispositivo de elevación para ajustar la posición de los dispositivos de agarre/enganche en una tercera dirección Z que es ortogonal a la primera y segunda direcciones X, Y
Cada vehículo 150 de manipulación de contenedores comprende un compartimento o espacio de almacenamiento (no mostrado) para recibir y guardar un contenedor de almacenamiento 106 cuando se transporta el contenedor de almacenamiento 106 a través del sistema 108 de rieles. El espacio de almacenamiento puede comprender una cavidad dispuesta centralmente dentro de la carrocería del vehículo, por ejemplo como se describe en el documento WO2014/090684A1, cuyo contenido se incorpora aquí como referencia.
Alternativamente, los vehículos 150 de manipulación de contenedores pueden tener una construcción en voladizo, como se describe en el documento NO317366, cuyo contenido también se incorpora en el presente documento como referencia.
En una cuadrícula de almacenamiento 104, la mayoría de las columnas de cuadrícula son columnas de almacenamiento 105, es decir, columnas de cuadrícula 105 donde los contenedores de almacenamiento 106 se almacenan en pilas 107. Sin embargo, una cuadrícula de almacenamiento 104 normalmente tiene al menos una columna de cuadrícula que no se usa para almacenar contenedores de almacenamiento 106, sino que es utilizada por los vehículos 150 de manipulación de contenedores para dejar y/o recoger contenedores de almacenamiento 106 para que puedan ser transportados. a una segunda ubicación (no mostrada) donde se puede acceder a los contenedores de almacenamiento 106 desde el exterior de la cuadrícula de almacenamiento 104 o transferirse fuera o dentro de la cuadrícula de almacenamiento 104. En la técnica, dicha ubicación normalmente se denomina “puerto” y la columna de cuadrícula en la que está ubicado el puerto puede denominarse “columna de entrega” 119. Los puertos de entrega y recogida de los vehículos 150 de manipulación de contenedores se denominan “puertos superiores de una columna de entrega” 119. Mientras que el extremo opuesto de la columna de entrega se denomina “puertos inferiores de una columna de entrega”.
Las cuadrículas de almacenamiento 104 en la Fig. 1 comprenden dos columnas de entrega 119 y 120. La primera columna de entrega 119 puede comprender, por ejemplo, un puerto de entrega dedicado donde los vehículos 150 de manipulación de contenedores pueden dejar contenedores de almacenamiento 106 para ser transportados a través de la columna de entrega 119 y además a un acceso o una estación de transferencia (no mostrada), y la segunda columna de entrega 120 puede comprender un puerto de recogida dedicado donde los vehículos 150 de manipulación de contenedores pueden recoger contenedores de almacenamiento 106 que han sido transportados a través de la columna de entrega 120 desde un acceso o una estación de transferencia (no mostrado). Cada uno de los puertos de la primera y segunda columna de entrega 119, 120 puede comprender un puerto que sea adecuado para contenedores de almacenamiento 106 tanto de recogida como de entrega.
La segunda ubicación, donde se puede acceder a un contenedor de almacenamiento 106 desde el exterior de la cuadrícula de almacenamiento 104, normalmente puede ser una estación de recolección o almacenamiento donde los artículos de producto se retiran o se colocan en los contenedores de almacenamiento 106. En una estación de recolección o almacenamiento, los contenedores de almacenamiento 106 normalmente nunca se retiran del sistema 10 automatizado de almacenamiento y recuperación sino que se devuelven a la cuadrícula de almacenamiento 104 una vez que se accede a ellos. Para la transferencia de contenedores de almacenamiento hacia o fuera de la cuadrícula de almacenamiento 104, también hay puertos inferiores previstos en una columna de entrega. Estos puertos inferiores se utilizan, por ejemplo, para transferir contenedores de almacenamiento 106 a otra instalación de almacenamiento (por ejemplo, a otra red de almacenamiento), directamente a un vehículo de transporte (por ejemplo, un tren o un camión), o a una instalación de producción.
Para monitorizar y controlar el sistema automatizado de almacenamiento y recuperación 10, el sistema comprende un sistema de control central (no mostrado) que normalmente está computarizado y comprende una base de datos para realizar un seguimiento de la ubicación de los contenedores de almacenamiento 106 así como de qué contenedor de almacenamiento 106 debe manipularse en cualquier momento, es decir, qué contenedor de almacenamiento 106 se va a recuperar o almacenar en la cuadrícula de almacenamiento 104. Además de esto, el sistema de control monitorea y controla las posiciones y movimientos de cada vehículo 150 de manipulación de contenedores que opera en la cuadrícula de almacenamiento 104. De esta manera, cada vehículo 150 de manipulación de contenedores recibe instrucciones de movimiento desde el sistema de control central para transportar un contenedor de almacenamiento específico 106 de un lugar a otro sin chocar entre sí.
Para controlar el flujo de tráfico de los vehículos 150 de manipulación de contenedores que operan en la red de almacenamiento 104, el sistema de control debe tener en todo momento una visión general actualizada de las posiciones y movimientos de todos los vehículos 150 de manipulación de contenedores.
Cuando se debe acceder a un contenedor de almacenamiento 106 almacenado en la cuadrícula de almacenamiento 104 divulgada en la Fig. 1, un sistema de control puede, por ejemplo, ordenar a uno de los vehículos 150 de manipulación de contenedores que recupere el contenedor de almacenamiento 106 de su ubicación actual en la cuadrícula de almacenamiento 104. y transportarlo hacia o a través de la primera columna de entrega 119. Esta operación implica mover el vehículo 150 de manipulación de contenedores a una ubicación de cuadrícula encima de la columna de almacenamiento 105 en la que se encuentra el contenedor de almacenamiento objetivo 106, recuperar el contenedor de almacenamiento 106 de la columna de almacenamiento 105 usando el dispositivo de elevación del vehículo de manipulación de contenedores (no mostrado), y transportar el contenedor de almacenamiento 106 a la primera columna de entrega 119. Si el contenedor de almacenamiento objetivo 106 está ubicado profundamente dentro de una pila 107, es decir, con uno o una pluralidad de otros contenedores de almacenamiento apilados sobre el contenedor de almacenamiento objetivo 106, la operación incluirá mover temporalmente los contenedores de almacenamiento 106 por encima del contenedor de almacenamiento objetivo 106 antes de levantar el contenedor de almacenamiento objetivo 106 desde la columna de almacenamiento 105. Esta etapa, que a veces se denomina “excavación” dentro de la técnica, se puede realizar con el mismo vehículo 150 de manipulación de contenedores que se usa posteriormente para transportar el contenedor de almacenamiento objetivo 106 a la columna de entrega, o con uno o una pluralidad de otros vehículos de manipulación de contenedores que cooperan 150. Alternativamente, o además, el sistema 10 automatizado de almacenamiento y recuperación puede tener vehículos 150 de manipulación de contenedores dedicados específicamente a la tarea de retirar temporalmente los contenedores de almacenamiento 106 de una columna de almacenamiento 105. Una vez que el contenedor de almacenamiento objetivo 106 se ha retirado de la columna de almacenamiento 105, los contenedores de almacenamiento 106 retirados temporalmente se pueden reposicionar en la columna de almacenamiento original 105 o, alternativamente, se pueden reubicar en otras columnas de almacenamiento 105.
Cuando se va a almacenar un contenedor de almacenamiento 106 en la cuadrícula de almacenamiento 104, se ordena a uno de los vehículos 150 de manipulación de contenedores que recoja el contenedor de almacenamiento 106 de la segunda columna de entrega 120, mostrada en la Fig. 1, y transportarlo a una ubicación de cuadrícula encima de la columna de almacenamiento 105 donde se almacenará. Después de que se hayan retirado todos los contenedores de almacenamiento 106 colocados en o por encima de la posición objetivo dentro de la pila de columnas de almacenamiento 107, el vehículo 150 de manipulación de contenedores coloca el contenedor de almacenamiento 106 en la ubicación deseada. Los contenedores de almacenamiento retirados 106 pueden entonces bajarse nuevamente a la columna de almacenamiento 105 o reubicarse en otras columnas de almacenamiento 105.
Además del sistema de almacenamiento y recuperación 10 descrito anteriormente con referencia a la Fig. 1, el solicitante también ha desarrollado un sistema de almacenamiento y recuperación en el que los vehículos 150 de manipulación de contenedores operan tanto por encima como por debajo de la cuadrícula de almacenamiento 104. Los vehículos de manipulación de contenedores que operan debajo de la red de almacenamiento 104 se denominan drones. Una solución que incluye drones mejora la eficiencia al manipular contenedores de almacenamiento 150, pero requerirá más comunicación hacia y desde un sistema de control central y todos los vehículos 150 de manipulación de contenedores.
El sistema AutoStore actual está controlado por un controlador maestro que transmite instrucciones de operación y movimiento a todos los vehículos 150 de manipulación de contenedores para controlar todos los movimientos y operaciones en un sistema 10 de almacenamiento y recuperación. Para hacerlo, el controlador maestro tendrá en todo momento una visión general total de las ubicaciones de todos los vehículos 150 que operan el sistema de almacenamiento y recuperación 10, así como de las ubicaciones de todos los contenedores de almacenamiento 106. El controlador maestro ordena a cada vehículo 150 que almacene o recupere contenedores de almacenamiento 106. La posición actual de cada vehículo se comunica continuamente desde un vehículo 150 al controlador maestro, permitiéndole así controlar los movimientos de todos los vehículos 150 en el sistema 108 de rieles de una manera óptima sin que los vehículos 150 hagan cola o colisionen.
El documento US 2018/276608 A1 describe el control de robots que se desplazan sobre un sistema de rieles de un sistema de almacenamiento y recuperación. Un controlador centralizado 202 determina los movimientos y rutas para cada robot en función de las tareas asignadas, es decir, moverse desde la ubicación actual x, y a la nueva ubicación x1, y1 siguiendo una ruta específica determinada por el controlador 202. Se menciona que los robots pueden coordinar el movimiento entre ellos, sin más detalles sobre cómo se implementa. Esta solución se sugiere en los casos en que se pierde la comunicación desde un sistema central. La atención se centra en el controlador centralizado y cómo este controla las operaciones de cada robot.
Las soluciones actuales requieren comunicación por radio continua con cada vehículo 150 de manipulación de contenedores. En sistemas más grandes, que comprenden una pluralidad de vehículos 150, la cantidad de comunicación por radio puede ser enorme y vulnerable al ruido, etc. Otro problema es que la propia estructura estructural 100 puede oscurecer las señales de comunicación. Esto es particularmente un problema si hay vehículos 150 de manipulación de contenedores operando debajo de la cuadrícula 104, es decir, drones.
Melanie Schwab: “A Decentralized Control Strategy for High Density Material Flow Systems with Automated Guided Vehicles”, 1 de enero de 2015, XP055708619, describe otra solución que utiliza reglas de decisión para mover un AGV entre múltiples AGV en un sistema celular para evitar bloqueos y puntos muertos. Dado que todos los AGV toman sus decisiones individualmente, se utilizan reglas para evitar bloqueos obligando a los AGV con menor prioridad a esperar o retirarse. Sin embargo, esta solución no proporcionará una forma eficaz de controlar los movimientos de los a Gv .
La presente invención alivia dichos problemas mediante un método y un producto de programa informático que requiere un tráfico de radio reducido entre un controlador maestro y los vehículos 150 de manipulación de contenedores que operan y manipulan contenedores 106 de almacenamiento de un sistema 10 de almacenamiento y recuperación.
Al permitir que todos los vehículos 150 que operan un sistema 10 de almacenamiento y recuperación tomen decisiones de movimiento autónomas, un controlador maestro solo necesita asignar tareas a los vehículos y cada vehículo elegirá la mejor ruta a seguir a lo largo del sistema 108 de rieles desde su posición actual hasta un destino. Esto reducirá drásticamente la comunicación por radio entre cada vehículo de manipulación de contenedores 106 y un controlador maestro, así como la complejidad del procesamiento central.
Sin embargo, existen desafíos cuando se utilizan vehículos que toman decisiones de movimiento autónomas para movimientos en un sistema 108 de rieles. Dado que una cuadrícula 104 es densa y otros vehículos 150 pueden bloquear la vista de un vehículo 150, es difícil predecir los movimientos de otros vehículos 150. Con sensores de distancia, es fácil seguir a otro vehículo, pero aún puede resultar difícil cruzar rieles cuando el tráfico es denso y la velocidad de otros vehículos 150 es potencialmente relativamente alta. Esto corre el riesgo de que algunos vehículos sean retenidos, es decir, que no se les permita ingresar a una “carretera principal” transitada desde posiciones portuarias debido a la alta carga de tráfico. Estos aspectos también son abordados y resueltos por la presente invención.
Breve descripción de la invención.
La presente invención es un método, producto de programa informático y sistema tal como se define en las reivindicaciones principales y con características adicionales definidas en las reivindicaciones dependientes.
Más específicamente, la invención se define por un método para controlar de forma autónoma los movimientos de vehículos de manipulación de contenedores que operan en un sistema de almacenamiento y recuperación que comprende una estructura de cuadrícula con columnas de almacenamiento y un sistema de rieles correspondiente encima de las columnas de almacenamiento para guiar los movimientos de los vehículos adaptados para transferir contenedores de almacenamiento hacia y desde las columnas de almacenamiento, donde cada vehículo comprende un controlador de vehículo conectado a medios de conducción y sensores para controlar los movimientos del vehículo a lo largo del sistema de rieles con respecto a los movimientos de otros vehículos. El método se caracteriza por realizar las siguientes etapas en el controlador vehicular de cada vehículo:
a) usar un mapa que defina el diseño de rieles y las reglas de tráfico sobre dónde y cuándo pueden moverse los vehículos en el sistema de rieles, y donde el mapa es el mismo para todos los vehículos que operan en el sistema de almacenamiento y recuperación;
b) sincronizar el controlador del vehículo con un reloj común para todos los vehículos;
c) recibir una instrucción de un controlador maestro que ordena al vehículo que se mueva a un destino específico en el sistema de rieles en relación con el mapa;
d) permitir que el controlador del vehículo determine una ruta a seguir en el sistema de rieles desde una posición actual del vehículo hasta el destino especificado basándose en el mapa, las reglas de tránsito, la distancia a otros vehículos y los movimientos de los otros vehículos;
e) controlar los movimientos del vehículo a lo largo del sistema de rieles desde su posición actual hasta el destino especificado de acuerdo con la ruta determinada, y
f) repetir las etapas d) y e) hasta que el vehículo haya llegado al destino especificado.
De acuerdo con una realización de la invención, el diseño de rieles en el mapa común se define de acuerdo con coordenadas bidimensionales correspondientes a las celdas de la cuadrícula definidas por la circunferencia de la extensión horizontal de las columnas de almacenamiento del sistema de almacenamiento y recuperación y las reglas de tráfico se definen para cada celda de la grilla y sus correspondientes rieles.
Esto significa que cada celda de la cuadrícula está definida de forma única. Dado que todos los vehículos que operan el sistema de almacenamiento y recuperación utilizan el mismo mapa que define reglas para los movimientos, un controlador de vehículo en cada vehículo puede controlar los vehículos a lo largo del sistema de rieles sin chocar con otros vehículos.
El mapa común comprende un conjunto de reglas de tráfico para cada celda de la cuadrícula y sus rieles correspondientes. Se pueden utilizar diferentes conjuntos de reglas de tráfico para diferentes celdas de la cuadrícula. Un mapa común puede, por ejemplo, definir una serie de celdas conectadas como una “carretera principal”, mientras que las celdas conectadas a la “carretera principal” se definen como “carreteras secundarias”. El mapa puede definir además algunas celdas de la cuadrícula como “tráfico en un solo sentido” en una dirección específica. Otra regla puede ser que no se utilicen una o más celdas de la cuadrícula especificadas, es decir, no se puede pasar ni detenerse en la celda de la cuadrícula. Otra regla más puede ser que una celda de la cuadrícula se defina como de velocidad restringida, es decir, que solo se pueda pasar a una velocidad máxima establecida.
Cuando se combinan diferentes normas de tráfico, cada vehículo de manipulación de contenedores que opere en el mismo sistema de rieles puede seguir un mapa común detallado. Cada vehículo seguirá las diferentes reglas de acuerdo con su ubicación actual.
Además del conjunto de normas de tráfico comunes, se podrán aplicar diferentes conjuntos de normas de tráfico para determinados intervalos de tiempo. De esta manera se puede cambiar un patrón de tráfico según, por ejemplo, las necesidades específicas y la hora del día.
La posición actual de cada vehículo se puede determinar de diferentes maneras. Una forma es determinar la posición detectando el número de cruces de vías por los que se pasa y en qué direcciones se pasan los cruces de vías desde una posición inicial. La posición inicial se puede adquirir mediante medios externos que detectan la posición actual de todos los vehículos, preferiblemente cuando todos los vehículos están detenidos, lo que normalmente ocurre al iniciar el sistema o restablecerlo.
Como se mencionó, una etapa del método es sincronizar el controlador de cada vehículo con el mismo reloj común.
Cada vehículo recibe instrucciones de moverse a un destino específico en relación con el mapa común. En el destino, el vehículo realizará tareas como, por ejemplo, recuperar o almacenar un contenedor de almacenamiento.
Cuando cada vehículo ha recibido instrucciones que comprenden una celda de cuadrícula de destino, el controlador del vehículo determina una ruta a seguir desde la posición actual del vehículo hasta el destino especificado basándose en el mapa común. El controlador del vehículo planificará y trazará la ruta de acuerdo con las normas de tráfico y la distancia con otros vehículos.
El controlador del vehículo puede ajustar y/o cambiar la velocidad y los movimientos del vehículo de acuerdo con las normas de tráfico, la distancia y los movimientos de otros vehículos.
El controlador del vehículo puede ajustar y/o cambiar además una ruta establecida de un vehículo de acuerdo con la posición actual del vehículo y la distancia y los movimientos de otros vehículos.
Cuando todos los vehículos están sincronizados con el mismo reloj común, se controlan según el mapa común y todos los movimientos se realizarán sin problemas sin tener que ser controlados continuamente por un controlador maestro. Esto reducirá drásticamente la comunicación entre los vehículos y un controlador maestro, así como la complejidad del procesamiento central.
El método de acuerdo con la invención se puede realizar en diferentes tipos de vehículos, como robots y drones, que funcionen en un sistema de almacenamiento y recuperación. Es especialmente adecuado en un sistema en el que tanto robots como drones cooperan al manipular contenedores de almacenamiento. Los robots son vehículos autónomos que operan encima del sistema de almacenamiento y recuperación, mientras que los drones son vehículos autónomos que operan a un nivel por debajo de los vehículos o por debajo de la estructura de cuadrícula del sistema de almacenamiento y recuperación.
Los vehículos que circulan por el mismo nivel deben seguir el mismo mapa común. Dado que los robots y los drones operan en diferentes niveles, pueden seguir mapas que definen diferentes reglas de tráfico.
La invención se define además por un producto de programa informático que comprende instrucciones que, cuando se ejecutan en un procesador de un controlador de vehículo comprendido en un vehículo autónomo de manipulación de contenedores, realiza el método descrito anteriormente para manipular contenedores de almacenamiento en un sistema de almacenamiento y recuperación.
La invención se define además por un sistema para controlar de forma autónoma los movimientos de vehículos de manipulación de contenedores que operan en un sistema de almacenamiento y recuperación que comprende una estructura de cuadrícula con columnas de almacenamiento y un sistema de rieles correspondiente sobre las columnas de almacenamiento para guiar los movimientos de los vehículos adaptados para transferir contenedores de almacenamiento hacia y desde las columnas de almacenamiento, donde cada vehículo comprende un controlador de vehículo conectado a medios de conducción y sensores para controlar los movimientos del vehículo a lo largo del sistema de rieles en relación con los movimientos de otros vehículos, donde el sistema comprende un controlador maestro adaptado para comunicarse con los controladores de vehículos en cada vehículo.
El controlador maestro está adaptado para:
- transmitir un mapa al controlador de vehículos de todos los vehículos que operan en el sistema de almacenamiento y recuperación, donde el mapa define el diseño de rieles y las reglas de tráfico sobre dónde y cuándo los vehículos pueden moverse en el sistema de rieles, y donde el mapa es el mismo para todos los vehículos;
- transmitir una señal de sincronización a todos los controladores del vehículo de manera que estén sincronizados con un reloj común para todos los vehículos;
Cada controlador de vehículo está adaptado para:
- recibir una instrucción de un controlador maestro que ordena al vehículo que se mueva a un destino específico en el sistema de rieles en relación con el mapa;
- determinar una ruta a seguir en el sistema de rieles desde una posición actual del vehículo hasta el destino especificado basándose en el mapa, las normas de tráfico, la distancia a otros vehículos y los movimientos de los otros vehículos;
- controlar los movimientos del vehículo a lo largo del sistema de rieles desde su posición actual hasta el destino especificado de acuerdo con la ruta determinada.
Descripción detallada de la invención
A continuación se describirán realizaciones de la invención con mayor detalle y a modo de ejemplo únicamente con referencia a las figuras en las que:
La Figura 1 muestra un sistema de automatizado de almacenamiento y recuperación típico de la técnica anterior en el que los vehículos de manipulación de contenedores manipulan contenedores de almacenamiento;
La Figura 2 es un diagrama de flujo que ilustra las diferentes etapas implicadas al realizar el método de acuerdo con la invención;
La Figura 3 muestra un ejemplo de movimientos de vehículos de acuerdo con un mapa, y
La Figura 4 ilustra controladores de vehículos, medios de conducción y sensores de cada vehículo que permiten el control autónomo de los movimientos de los vehículos de manipulación de contenedores.
Como se describió anteriormente con referencia a la Fig. 1, los vehículos que operan en el sistema de almacenamiento y recuperación de la técnica anterior están controlados por un controlador maestro que tiene una visión general total de los movimientos de todos los vehículos en cualquier momento. En sistemas más grandes con una pluralidad de vehículos, tener esta visión general total requiere una comunicación continua masiva entre el controlador maestro y los vehículos, lo que hace que las señales sean propensas a perturbaciones y posibles pérdidas de señales.
La presente invención aborda y resuelve este problema mediante un método, sistema y producto de programa informático que permite a cada vehículo controlar sus propios movimientos en relación con los movimientos de otros vehículos.
La Figura 2 ilustra las diferentes etapas realizadas en el método para controlar de forma autónoma los movimientos de vehículos que circulan sobre rieles en un sistema de cuadrícula 200.
Como se describió anteriormente, los vehículos 150 de manipulación de contenedores operan en un sistema de almacenamiento y recuperación 10 que comprende una estructura de cuadrícula con celdas 122 de cuadrícula y el correspondiente sistema 108 de rieles para guiar los movimientos de los vehículos para transferir contenedores de almacenamiento hacia y desde las celdas 122 de cuadrícula. Cada vehículo 150 comprende un controlador 410 de vehículo (consulte la figura 4) conectado a medios de conducción 420 y sensores 430 para controlar los movimientos del vehículo 150 a lo largo del sistema 108 de rieles con respecto a los movimientos de otros vehículos 150. El controlador del vehículo 410 está conectado por señal a un controlador maestro 400 para intercambiar información. De acuerdo con la invención, el método para controlar de forma autónoma los movimientos 200 de los vehículos 150 comprende diferentes pasos realizados en el controlador 410 de vehículo de cada vehículo 150.
La primera etapa 210 es utilizar un mapa que define el diseño de rieles y las reglas de tráfico para el sistema 108 de rieles. Cada vehículo dispondrá del mismo mapa con información sobre la disposición ferroviaria del sistema de almacenamiento y recuperación y las mismas normas de tráfico que definen dónde y cuándo los vehículos pueden circular sobre los rieles. A continuación se describirán ejemplos de normas de tráfico con referencia a la Fig. 3.
El mapa se puede proporcionar a cada vehículo 150 de diferentes maneras. Al configurar un nuevo sistema de almacenamiento y recuperación, cada vehículo que opere en el sistema puede tener el mapa preinstalado en una memoria no volátil conectada a su controlador. Se pueden transmitir versiones actualizadas del mapa e instalarlas en cada vehículo 150 después de que estén operativas.
Además del diseño de vías del sistema 108 de rieles y las reglas de tráfico para cada celda 122 de la cuadrícula, el mapa común también define intervalos de tiempo para cada celda 122 de la cuadrícula que definen intervalos de tiempo en los que son válidas diferentes reglas de tráfico para cada celda 122 de la cuadrícula. Cada intervalo de tiempo puede definir “semáforos virtuales” para movimientos en cada celda 122 de la cuadrícula, por ejemplo un “semáforo verde” significa que un vehículo 150 puede moverse, mientras que un “semáforo rojo” significa que un vehículo 150 debe esperar. Para que esto funcione, todos los vehículos deben funcionar de acuerdo con la misma referencia horaria, es decir, un reloj común.
La segunda etapa 220 del método es sincronizar los relojes en los controladores de vehículo 410 de cada vehículo de acuerdo con un reloj común. Cuando se ejecutan dichos pasos primero 210 y segundo 220, todos los vehículos 150 están preparados para el funcionamiento normal y para recibir instrucciones que comprenden información adaptada para cada vehículo, por ejemplo, a qué celda de la cuadrícula 122 moverse y qué tarea realizar. La tarea puede ser, por ejemplo, recoger un contenedor de almacenamiento específico 150 almacenado en una columna de almacenamiento 105 correspondiente a la celda de la cuadrícula 122 a la que se le indica que se mueva.
las siguientes etapas se repiten y se realizan durante el funcionamiento normal, es decir, cuando todos los controladores 410 del vehículo han recibido el mapa común y sus relojes están sincronizados.
Durante el funcionamiento normal, cada controlador 410 de vehículo recibirá instrucciones del controlador maestro 400 que comprenden a qué celda 122 de cuadrícula de destino se moverá y qué operación realizará. Esto se ilustra mediante la etapa 230 en la figura 2. Cuando un controlador 410 de vehículo ha recibido esta información, la siguiente etapa 240 es permitir que el controlador 410 de vehículo en el vehículo 150 determine la ruta que el vehículo 150 tomará en el sistema 108 de rieles desde su ubicación actual hasta la celda 122 de cuadrícula de destino. Todos los movimientos por las vías se realizan según el mapa común.
Durante sus desplazamientos por las vías es controlado constantemente, ref. etapa 250, si otros vehículos están demasiado cerca o se acercarán demasiado y si debe detenerse. La proximidad de un vehículo a otro se puede determinar mediante sensores de distancia instalados en el vehículo. Detectando y actualizando constantemente la distancia actual a otros vehículos 150, se pueden determinar sus movimientos, por ejemplo, a qué velocidad están corriendo, si se están alejando o acercándose a la ruta determinada del vehículo 150.
Si se decide que debe detenerse, se vuelve a entrar en la etapa 240 y se determina una vez más una ruta. Esta puede ser una ruta nueva o la misma ruta que el vehículo 150 siguió anteriormente y donde la misma ruta ha sido despejada después de la parada.
Si se decide que el vehículo 150 puede seguir una ruta determinada hasta la celda 122 de la cuadrícula de destino sin detenerse, ref. etapa 260, el controlador 410 del vehículo controlará el vehículo 150 para conducir hasta la celda 122 de la cuadrícula de destino y realizar la operación instruida. Entonces está listo para recibir nuevas instrucciones o planificar una nueva ruta a otra celda de la cuadrícula de destino 122 de acuerdo con las instrucciones recibidas previamente.
Cuando cada vehículo 150 de manipulación de contenedores comprende un controlador sincronizado (con relojes sincronizados con el mismo reloj común) y medios sensores para determinar su posición y distancia a otros vehículos 150 de manipulación de contenedores y se controla de acuerdo con el mismo mapa común que define las reglas de tráfico, los vehículos se moverán con seguridad sin tener que ser controlados por un controlador maestro externo.
Los drones que operan debajo del sistema de almacenamiento y recuperación 10 no realizan actividades de excavación y normalmente tienen una red menos densa. Por lo tanto, un conjunto de normas de tráfico para drones puede ser más sencillo que las normas de tráfico definidas para los vehículos 150 que operan encima del sistema de almacenamiento y recuperación. Cuando se utilizan tanto vehículos 150 como drones para operar un sistema de almacenamiento y recuperación, se proporcionan puntos de acceso por radio tanto por encima como por debajo de la estructura de cuadrícula. Al utilizar vehículos controlados de acuerdo con el método descrito anteriormente, se requieren menos puntos de acceso de radio debido a la menor necesidad de comunicación entre un controlador maestro y los vehículos.
Los “semáforos” virtuales basados en intervalos de tiempo y las reglas de tráfico en el mapa común permitirán decisiones de tráfico autónomas de cada vehículo 150 cuando se mueva desde su ubicación actual a una celda 122 de cuadrícula de destino. Esto no requiere comunicación con un controlador central u otros vehículos. La ruta que cada vehículo tomará hasta un punto de destino la determina el controlador 410 de vehículo en cada vehículo 150. Por lo tanto, guiar los vehículos a lo largo de las vías no requiere comunicación continua con el controlador maestro 400 ni con otros vehículos.
Cuando un vehículo 150 haya llegado a su destino, informará al controlador maestro 400 y luego estará listo para recibir nuevas instrucciones, por ejemplo, el siguiente destino y tarea a realizar.
La invención se define además por un producto de programa informático que comprende instrucciones que, cuando se ejecutan en un procesador de un controlador 410 de vehículo comprendido en un vehículo autónomo 150, realiza el método descrito anteriormente para controlar los movimientos de los vehículos 150 de manipulación de contenedores en un sistema de almacenamiento y recuperación 10.
La figura 3 ilustra un ejemplo de movimientos de vehículos 150 de acuerdo con un mapa central que define las normas de tráfico. Se pueden aplicar diferentes reglas de tráfico a cada celda 122 de la cuadrícula, por ejemplo, límites de velocidad; que un vehículo 150 puede pasar la celda 122 de la cuadrícula pero no detenerse en ella; que un vehículo sólo puede pasar en una dirección definida, etc.
El mapa solo muestra una parte del sistema 108 de rieles encima de cada celda 122 de cuadrícula encima de la cuadrícula 104 del sistema de recuperación y almacenamiento 10. Cada vehículo 150 en la figura es un vehículo 150 de manipulación de contenedores identificado por un número, es decir, del 01 al 08. El mapa muestra una serie de celdas 122 de cuadrícula definidas como una “Carretera principal” en cada dirección x. Esto significa que estas celdas 122 de cuadrícula se utilizan como ruta de transporte principal para los vehículos 150 de manipulación de contenedores.
Los vehículos 150 marcados como 01, 02, 05 y 08 circulan por la ruta de transporte principal, es decir, la “Carretera principal”. Dado que las reglas de tráfico se aplican a cada celda 122 de la cuadrícula en intervalos de tiempo específicos, un intervalo de tiempo específico definirá “semáforos” para las celdas 122 de la cuadrícula y, por lo tanto, la situación del tráfico para los vehículos 150.
Para acceder a la “Carretera principal”, los vehículos 150 marcados como 03, 04, 06 y 07 ubicados sobre las posiciones portuarias necesitarán un intervalo de tiempo que tenga un “semáforo verde” para ingresar a una celda 122 de la cuadrícula en la carretera principal moviéndose en la dirección y la dirección y la celda de la cuadrícula 122 a la que se están moviendo no deben estar ocupadas por otro vehículo 150.
La figura ilustra un intervalo de tiempo específico donde el vehículo 04 tiene un “semáforo verde” para moverse en la dirección y hacia la celda de la cuadrícula 122 en la “Carretera principal”, mientras que los vehículos 01 y 02 que ya se mueven por la “Carretera principal” tienen un “semáforo en rojo” y deben detenerse en su celda 122 de la cuadrícula actual. El vehículo 04 podrá entonces pasar a la “Carretera principal”.
Los vehículos 06 y 07 están actualmente ocupados con operaciones en sus posiciones portuarias y, por lo tanto, no se mueven sobre los rieles incluso si tienen “semáforo en verde”. Cuando los vehículos 06 y 07 están listos para pasar a otra celda 122 de la cuadrícula, primero deben esperar un intervalo de tiempo que tenga un “semáforo verde” en la dirección en la que deben conducir.
La Figura 4 ilustra que cada vehículo 150 comprende un controlador 410 de vehículo conectado a medios de conducción 420 y sensores 430 para el control autónomo de los movimientos de los vehículos de manipulación de contenedores. Cada controlador 410 de vehículo está en comunicación con un controlador maestro 400 para recibir instrucciones de operación y para responder a las instrucciones de operación.
De acuerdo con la presente invención, los vehículos 150 que operan en un sistema 10 de almacenamiento y recuperación reciben cada uno una orden de un controlador maestro 400 que comprende una celda 122 de cuadrícula a la que se moverá el vehículo 150 sin ninguna información adicional sobre qué ruta o velocidad seguir. Basándose en el mapa común que define las normas de tráfico y sus sensores de distancia, cada vehículo 150 toma sus propias decisiones sobre qué ruta seguir y a qué velocidad. Un vehículo puede cambiar u optimizar su ruta actual en su camino hacia la posición de destino, por ejemplo, celda 122 de cuadrícula. Se puede planificar una nueva ruta si una ruta actual está bloqueada. Todos los vehículos se moverán de forma segura cuando sus controladores de vehículo estén sincronizados en tiempo, sigan el mismo mapa común que define las reglas de tráfico para cada celda de la cuadrícula 122 y cuando estén usando los sensores de distancia para actualizar continuamente la distancia actual a otros vehículos 150.
El contexto utilizado al describir la invención anterior es el sistema de almacenamiento y recuperación AutoStore, que puede consistir en cuadrículas AutoStore tradicionales donde los vehículos de manipulación de contenedores operan encima de una cuadrícula de recuperación y almacenamiento, así como cuadrículas para el tráfico de drones que operan a un nivel inferior o debajo de la cuadrícula de recuperación y almacenamiento. Las cuadrículas para el tráfico de drones normalmente conectan varias redes de AutoStore, pero también pueden usarse para el transporte a las estaciones de recolección o para el manejo externo.
Claims (7)
1. Un método para controlar de forma autónoma los movimientos de vehículos (150) de manipulación de contenedores que operan en un sistema (10) de almacenamiento y recuperación que comprende una estructura de cuadrícula con columnas (105) de almacenamiento y un sistema (108) de rieles correspondiente encima de las columnas (105) de almacenamiento para guiar movimientos de los vehículos (150) adaptados para transferir contenedores (106) de almacenamiento hacia y desde las columnas (105) de almacenamiento, donde cada vehículo (150) comprende un controlador (410) de vehículo conectado a medios (420) de conducción y sensores (430) para controlar los movimientos del vehículo (150) a lo largo del sistema (108) de rieles con respecto a los movimientos de otros vehículos (150), donde el método se caracteriza porque realiza las siguientes etapas en el controlador (410) de vehículo de cada vehículo (150):
a) usar un mapa que define el diseño de rieles de acuerdo con coordenadas bidimensionales correspondientes a celdas (122) de cuadrícula definidas por la circunferencia de la extensión horizontal de las columnas (105) de almacenamiento del sistema (10) de almacenamiento y recuperación y definir reglas de tráfico para cada celda (122) de cuadrícula y sus rieles correspondientes, y definir intervalos de tiempo para cada celda (122) de cuadrícula para cuando las reglas de tráfico sean aplicables, las reglas de tráfico definen dónde y cuándo los vehículos (150) pueden moverse en el sistema (108) de rieles, y donde el mapa es el mismo para todos los vehículos (150) que operan en el sistema (10) de almacenamiento y recuperación;
b) sincronizar el controlador (410) del vehículo con un reloj común para todos los vehículos (150);
c) recibir una instrucción de un controlador (400) maestro que ordena al vehículo (150) que se mueva a un destino específico en el sistema (108) de rieles en relación con el mapa;
d) dejar que el controlador (410) del vehículo determine una ruta a seguir en el sistema (108) de rieles desde una posición actual del vehículo (150) hasta el destino especificado basándose en el mapa, las reglas de tráfico, la distancia a otros vehículos (150) y movimientos de los otros vehículos (150);
e) controlar los movimientos del vehículo (150) a lo largo del sistema (108) de rieles desde su posición actual hasta el destino especificado de acuerdo con la ruta determinada, y
f) repetir las etapas d) y e) hasta que el vehículo (150) haya llegado al destino especificado.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las reglas de tráfico comprenden uno o más de los siguientes: la celda (122) de cuadrícula solo se debe usar para conducir en un sentido en una dirección específica; no se debe utilizar la celda (122) de cuadrícula; la celda (122) de cuadrícula sólo se puede pasar; la celda (122) de cuadrícula sólo se puede utilizar en un intervalo de tiempo establecido en una dirección especificada; La celda (122) de cuadrícula solo se puede pasar a una velocidad específica.
3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2,
caracterizado en determinar la posición del vehículo (150) detectando el número de cruces de rieles pasados y en qué direcciones se pasan los cruces de rieles.
4. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado en dejar que el controlador (410) del vehículo ajuste y/o cambie la velocidad y los movimientos del vehículo (150) de acuerdo con las reglas de tráfico, la distancia a otros vehículos (150) y los movimientos de los otros vehículos (150).
5. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado en permitir que el controlador (410) del vehículo ajuste y/o cambie la ruta de un vehículo (150) de acuerdo con la posición actual del vehículo (150) y la distancia a otros vehículos (150) y los movimientos de los otros vehículos (150).
6. Un producto de programa informático que comprende instrucciones que, cuando se ejecutan en un procesador de controlador (410) de vehículo comprendido en un vehículo (150) autónomo de manipulación de contenedores, realiza el método de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 5 para controlar los movimientos del vehículo (150) de manipulación de contenedores en un sistema (10) de almacenamiento y recuperación.
7. Un sistema para controlar de forma autónoma los movimientos de vehículos (150) de manipulación de contenedores que funcionan en un sistema (10) de almacenamiento y recuperación que comprende una estructura de cuadrícula con columnas (105) de almacenamiento y un sistema (108) de rieles correspondiente encima de las columnas (105) de almacenamiento para guiar movimientos de los vehículos (150) adaptados para transferir contenedores (106) de almacenamiento hacia y desde las columnas (105) de almacenamiento, donde cada vehículo (150) comprende un controlador (410) de vehículo conectado a medios (420) de conducción y sensores (430) para controlar los movimientos del vehículo (150) a lo largo del sistema (108) de rieles con respecto a los movimientos de otros vehículos (150), donde el sistema comprende un controlador (400) maestro adaptado para comunicarse con los controladores (410) de vehículos en cada vehículo (150) caracterizado porque:
el controlador (400) maestro está adaptado para:
- transmitir un mapa al controlador (410) de vehículo de todos los vehículos (150) que operan en el sistema (10) de almacenamiento y recuperación, donde el mapa define el diseño de rieles de acuerdo con coordenadas bidimensionales correspondientes a celdas (122) de cuadrícula definidas por la circunferencia de la extensión horizontal de las columnas (105) de almacenamiento del sistema (10) de almacenamiento y recuperación y definir reglas de tráfico para cada celda (122) de cuadrícula y sus rieles correspondientes, e intervalos de tiempo para cada celda (122) de cuadrícula para cuando las reglas de tráfico son aplicables, las reglas de tráfico definen dónde y cuándo los vehículos (150) pueden moverse en el sistema (108) de rieles, y dónde el mapa es el mismo para todos los vehículos (150);
- transmitir una señal de sincronización a todos los controladores (410) del vehículo de manera que estén sincronizados con un reloj común para todos los vehículos (150);
cada controlador (410) de vehículo está adaptado para:
- recibir una instrucción del controlador (400) maestro que ordena al vehículo (150) que se mueva a un destino específico en el sistema (108) de rieles en relación con el mapa;
- determinar una ruta a seguir en el sistema (108) de rieles desde una posición actual del vehículo (150) hasta el destino especificado basándose en el mapa, las reglas de tráfico, la distancia a otros vehículos (150)y los movimientos de los otros vehículos (150);
- controlar los movimientos del vehículo (150) a lo largo del sistema (108) de rieles desde su posición actual hasta el destino especificado de acuerdo con la ruta determinada.
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