JP2021531224A - マルチモードセンサ動作に基づく在庫中の自動製品識別 - Google Patents

マルチモードセンサ動作に基づく在庫中の自動製品識別 Download PDF

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Abstract

本発明は、マルチモードセンサ動作に基づく自動化製品在庫管理システム、特に、製品アイテムのインベントリを取り扱うための自動化管理システム及び方法に関し、これらにおいては、製品がインベントリに入った瞬間から個別に追跡される。自動化識別プロセスによって、製品がインベントリに入った時点から、及び製品がその中に在留している間に、分類が実行される。インベントリ中の製品アイテムの位置が自動的に検出され、上記製品アイテムを識別するために使用される。製品アイテムがインベントリから取り出されるとき、その前の静止位置がその個々の記録及び製品カテゴリ情報の探索の基礎となる。

Description

本発明は、自動在庫管理と、本質的に無人の小売システム及びプロセスと連携して使用される自動化管理システムと、に関する。
一般に、必須の詳細を小売プロセスの量的及び金銭的な情報に付与することは、顧客がインベントリから個々の製品を取り出すときに、上記製品に直近の適正な製品カテゴリを割り当てることである。
以下の説明では、いくつかの用語をある特定の意味で使用する。明確な検討を行うために、導入として、以下のように定義する。
製品アイテム：ストックされている、すなわち小売システムのインベントリ中の、利用可能な個々の製品又は１点の物品。
製品アイデンティティ：インベントリ中の１つ１つの製品アイテムに割り当てられた、個々の製品識別番号（ｉｄ番号）又はキー。
購入者：売買の文脈における、製品アイテムを消費し引き換えに支払いを提供する人。
クライアント：総称的な文脈（売買の文脈を含むがこれに限定されない）における、製品アイテムを消費又は使用する人（例えば、購入者又は従業員）。
補充者（Ｒｅｓｔｏｃｋｅｒ）：製品インベントリに製品アイテムを再充填することに主として注力する、販売時の運用者のエージェント（ａｇｅｎｔ）。
使用者：在庫システムが使用されているビジネスモデルによらない、当該システムとやりとりしている任意の人。
製品識別：個々の製品ｉｄ番号を特定の製品アイテムに割り当てるプロセス。
製品タイプ：実際の適用分野に応じた、在庫管理に使用される詳細の集合であり、商品名、製品アイテムを明確に識別する豊富な（ｇｅｎｅｒｏｕｓ）バーコード、製品アイテムの価格、製品アイテムの重量、製品アイテムの物理的寸法、製品アイテムの写真、及び製品アイテムの任意の他の特徴を含むがこれらに限定されず、これらに基づいて、製品アイテムと関連付け可能な、特定の製品アイテムを明確に識別するための一意の製品ｉｄ番号を定義できる。この場合、製品タイプは、製品データベース中の詳細の集合のテーブルを指す、製品タイプ識別子又はキーによって表される。
欠品：製品取り出し処理のうち在庫管理によって追跡されない部分。この製品の動きは通常、実際の処理が行われてから長い時間が経って初めて検出され、例えば盗難又は動作不良に起因して生じ得る。
分類：製品タイプ識別子を割り当てるプロセス、例えば、各製品アイテムの製品タイプに基づく、その特定の製品に対する数字又はキー。
ここで、物品を分配するプロセスを幾らかより理論的な観点から見ると、分配プロセスにおけるタスクは以下の通りである：（ｉ）クライアントに物品を送達すること、並びに（ｉｉ）量的な及びそれ以外の（例えば金銭的な）データによってストックの在庫を更新すること。
小型の食料雑貨店の小売機能性は近年多くの場合、自動化販売の様々な方法で置き換えられている。おそらく、この機能性を提供するこれらの解決法のうちで最もよく知られているものは、自動抽出機機構を有するキャビネットである。そのような機器は自動販売機として知られている。
自動販売機は様々な抽出機機構を有することができ、例えば剛直なワイヤのらせん体がそうである。このらせん体は位置制御モータによって駆動される。製品はらせん体の中に置かれる。らせん体に特定の角度の回転を加えることによって、物品は前方に移動し、らせん体の最後の場所にある物品がトレイの縁部を越えて落下する。
別の可能な抽出機は、積み上げた製品の底にある製品を脇へ押しのけるためのペグを有する、屈曲型の直動コンベヤである。その後積み上げた製品は、抽出された製品の場所に元通りに落下する。
キャビネット規模の環境では、送達はプロセスの本質的な部分ではない。実際には、従来の製品抽出機を利用する自動販売機では、抽出機機構は、クライアントに物品を物理的に送達することよりもむしろ、在庫を管理することだけに主眼がある。すなわち、抽出機構の最も重要な機能は、クライアント、製品、製品アイテムのストック、及び必要であれば支払いを、統制下に置くことである。共通の製品タイプに属する製品アイテムの列又は積層ごとに、少なくとも１つの抽出機が必要である。しかしながら、これらの抽出機は貴重なキャビネットの空間容積を使用してキャビネットの内部空間内に設置されており、そうでなければこの空間には製品を保管することができる。抽出機構が占める空間に起因して、自動化自動販売機において保管空間は効率的に利用されていない。抽出機機構によって、コスト、電力消費、及び不具合の可能性が大きくなる。また、抽出の速さには限界があり、処理はある意味人手を要さない。
より新しい世代の無人小売システムは、クライアントへの製品アイテムの送達は行わず、ストックの在庫チェックのみを提供し、これにより製造責任が保証される。
そのような解決法は、例えば米国特許出願公開第２０１４／０２２２６０３（Ａ１）号又は米国特許第９，５３６，２３６（Ｂ２）号で検討されており、そこでは少なくとも１つの隔室（ｂａｙ）を有する、コンピュータ制御で精算する店舗が開示されている。この場合、少なくとも１つの隔室には、小売店アウトレット（ｓｔｏｒｅ ｏｕｔｌｅｔ）のコンピュータによって事前に承認された顧客が少なくともその隔室内のアイテムにアクセスできるようにする、通常はロックされているドアが関連付けられている。少なくとも１つの隔室内には、隔室によってストックされるべきアイテムを保持する、少なくとも１つのトレイが配設されている。少なくとも１つのトレイ内に配置されている少なくとも１つのセンサに基づくセンサシステムが、トレイ及び隔室からのアイテムの取り出しを検出し、購入者が購入するために上記アイテムを取り出しているときに取り出されたアイテムを識別するように、構成されている。上記少なくとも１つのセンサは、少なくとも１つのトレイ上に配設されている、アイテムが上記トレイから取り出されるときに光に曝される光センサを含む。
これらの及び類似の解決法の本質的な部分は、製品タイプが共通の製品アイテムの各セットに対する、少なくとも１つのセンサである。あるトレイが２つ以上の製品タイプを保持する場合、最新の在庫記録を提供するためには、製品タイプの各セットに対して１つのセンサが必要となる。センサは中央処理ユニットに接続される必要があるが、このことは、全ての棚に必要な数のセンサ、及び必要なケーブルを装着しなければならないことを意味する。ほとんどの場合センサは製品移動の経路内に置かれ、このことによりシステムは通常、複雑で再構成困難なものになる。
大型店舗の精算ポイントにある無人の精算機（ｔｏｌｌ）では、異なる構成での販売プロセスの自動化も試みられている。クライアントは、製品アイテムを自身のバスケットに入れると、精算ポイントまで歩いていく。ここでそのクライアントは、自身のバスケット内の１つ１つの製品アイテムのバーコードをスキャンし、その後各製品アイテムをその重量のチェックのためにカウンタ上に置かなければならない。ただし、このプロセスは、購入する製品アイテムを集め、次いでバスケットから製品アイテムを１つずつ取り出し、それらのバーコードをスキャンし、それらを重量センサが装着されているトレイに載せるための、バスケット又は台車を含む。ここでの重量センサの機能は単に、購入者が関連する製品アイテムを実際にスキャンしたかをチェックすることであることを、強調しておきたい。最後のステップは、クライアントの袋への製品アイテムの詰め込みである。このプロセスは時間がかかり、またクライアントは、自身が任意の製品のバーコードのスキャン及び重量チェックを行わない可能性のある状況に置かれる。システムは、自身が製品をスキャンするか否かのクライアントの決定のみに依存して、製品を自主的なベースで識別する。重量チェックの唯一の目的はこの場合、製品アイテムの物理的質量を測定することである。これは協力的なクライアントに何らかの自己テストを課すものであり、欠品をもたらす盗難行為を検出するには十分ではない。
最近では、一部の売買の文脈の用途では、この重量チェックは全く行われていない。マイクロマーケットでは、精算機にはバーコードスキャナだけが備えられている。クライアントは、消費プロセスを完了した後で、バスケット内の全ての製品アイテムをバーコードスキャナでスキャンする必要がある。これはやはり自主的なベースで機能し、欠品は通常、監視カメラ及びビデオレコーダによって検出される。しかしながらカメラシステムは室内に設置され、したがって設置にそれほど融通が利かない。更なる問題は、ビデオ録画の内容を調べるのが非常に時間のかかるプロセスであること、それが貴重なマンパワーによってしか実現できないこと、及び、人の識別可能な特徴を隠すのがそれほど困難ではないことである。更に、最近の規制を考慮すると、個人データの取り扱いに関連して更なる問題が生じる可能性がある。
別の解決法では、製品アイテムを分類するために視覚プロセスが使用される。部屋にはカメラが備えられており、各製品アイテムはトレイ上に、製品タイプごとに場所を非常に厳密に指定して置かれる。ある製品タイプの製品アイテムが特定の棚から出たかどうかをチェックするために、多くの場合、トレイ上に重量センサが設置される。制御システムはクライアントの手を追跡して、クライアントが手に取った製品アイテムに製品タイプを割り当てる。この解決法の欠点は、その部屋が可視性について特定の要件を満たさなければならず、カメラシステムを設置しなければならならず、このシステムには高度な演算処理能力が必要となることである。また、欠品は可視性によってのみ判定されることになる。同じ製品タイプの製品アイテムは確定した（ｄｅｆｉｎｉｔｅ）トレイ上に配置しなければならず、このことが設置を更に複雑にする。
上述した無人製品分配の応用は基本的に、何らかの売買プロセスが関与する小売システムに関する。このプロセスには支払いが組み込まれている、すなわち、このプロセスを自動化するためには、無人支払い機能性も含まれねばならない。これは認証済みのバンクカードであってもよく、コミュニティ規模の用途であればメンバーシップカードであってもよい。オンライン会計も適用可能であるが、その場合、クライアントは（例えばＰＩＮ、ＱＲ、等といった）個人コードで識別され、この識別に基づき、ほとんどの場合は（例えばインターネット等といった）適当なデータ通信接続を介して、サーバによって自身の口座がチェックされ更新される。
自動化された製品分配の応用は、売買以外の文脈でも行われる。産業プラントでは多くの場合、従業員に備品を迅速にしかし十分な統制下で供給することが、重要な問題となる。しかしながら、貴重なマンパワーをこのタスクに縛り付けることは回避するのが好ましい。（上述した機構は良好な妥協であり、したがってこれらは産業環境で支持を得ている）。これらの用途では支払い設備は必要ないが、これらはまた、ストックされている様々な備品についての厳密な在庫情報を得るために、管理側に対して会計処理を提供せねばならない。厳密な言葉の意味での支払いは関与していないが、クライアントの識別は依然として必要である。
現在のところ、従来の食料雑貨商では製品アイテムの分類はプロセスの終わりに行われ、このときクライアントは精算機まで歩いていき、バスケットの中身が１つずつスキャンされる。同様に、自動精算機の場合、クライアントは精算時に製品ごとにバーコードをスキャンし、このことによって量的及び金銭的な情報が収集される。自動販売機では、製品アイテムの同じ分類が、製品を送達すべき適切な抽出機をクライアントがボタンを押して選択するときに行われる。
抽出機機構及び店舗補助員のいずれも利用しない場合、無人応用は非常に自主的なベースで機能する。従来から、製品の識別は、それが在庫から出た瞬間に行われている。しかしながら、無人システムでは製品取り出しの時間窓が極めて短い。これに対する１つの可能な解決法はクライアントの力を借りることであり、クライアントに製品をスキャンするよう求める−これはほとんどの自動化マイクロマーケットで行われていることである。バーコードスキャナは処理が速く使用が容易であるが、店舗補助員の管理がなければクライアントはスキャンに失敗する可能性があり、このため正確な製品識別及び適正な在庫更新を保証するのは困難である。製品識別のために視覚認識を使用することもできるが、素早い製品取り出しの画像を捕捉し処理しなければならない。この場合には高速カメラが必要となり、要求される演算処理能力が利用可能なレベルよりも遥かに高くなる可能性が非常に高い。更に、照度又は可視性によって、視覚認識及び撮影される画像の品質が大きく損なわれることになる。
結論として、自動化管理システム及びプロセスによって、空間を消費する複雑な抽出機機構の排除を、及びしたがって利用可能な保管空間の又は高価なマンパワーのより効率的な使用を、支援できる可能性がある。
更に、現在適用されている無人小売システムの上述した欠点は、自動化管理システム及びプロセスによって排除又は少なくとも大きく緩和されるはずである。
本発明の別の更なる目的は、フェールセーフな製品識別及び在庫更新という特性を備えた、自動化管理システム及びプロセスを提供することである。
本発明に係る自動化管理システム及びプロセスは、（従来の在庫の累積量とは対称的に）各製品アイテムの個々の記録を処理する。したがって、本発明は個々の製品識別と製品分類とを区別しており、この場合、個々の製品識別とは在庫中の１つ１つのアイテムの区別を意味し、対照的に製品分類とは、在庫のアイテムを製品カテゴリへとグループ化することを意味する。ほとんどの用途においては分類で十分であるが、ここでは個々の製品識別が認識プロセスにおいて本質的な役割を果たす。１つ１つの製品アイテムに使用期限などの情報を割り当て可能であることにも、利益がある。
本明細書で提示する自動化管理システムには、エージェント（特に補充者）−ストックの充填、管理、及びそれ以外の統制のための全タスクの実行許可を有する人−によって、製品アイテムが充填される。インベントリに製品アイテムが充填されると、上記製品アイテムは人間によるそれ以上の支援を要さずにクライアントによって取り出され、その時点で、その製品アイテムのタイプ、量、及び他のパラメータ、例えばその価格が、当該システムによって自動的に維持される。
本発明に係る自動化管理システム及びプロセスでは、特定の製品アイテムがインベントリに入った時点で製品識別が行われる。この場合製品分類のための時間窓は顕著に長くなるが、その理由は、製品が搬入の時点のみでなくキャビネットインベントリ（ｃａｂｉｎｅｔ ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ）内にある時間期間の全体にわたって、上記分類が行われ得るからである。製品の動きが個別に追跡されるので、それがキャビネットインベントリ内に存在する間はいつでも、関連する製品タイプ情報を製品アイテムに割り当てることができる。これにより幅広い認識技術又は自動分類技術が開かれる。
本発明に係る自動化管理システム及びプロセスの別の利点は、製品アイテムの収容／装填の瞬間に製品識別が行われる場合、それがエージェントによって支援されることになり、状況の予測可能性が大きく高まることである。明らかなことであるが、スタッフ構成員の行動はクライアントの行動よりも制御できる範囲が大きく、構成員の動機付けとなるのは識別プロセスの適正な実行である。
本願の自動化管理システム及びプロセスでは、管理システムの一体の部分を形成しているコードリーダデバイス、特に、分類すべき製品アイテム上で使用されているコードのタイプに応じて、バーコードスキャナ、点状コード（ｐｏｉｎｔ ｃｏｄｅ）（すなわち２Ｄバーコード）スキャナ、又はＱＲコード（登録商標）リーダによって、搬入時の製品分類が行われる。ただし、分類は非常に多数の認識技術によって、例えば画像認識又は手持ち式／モバイルデバイスによって、行うことができる。
本願の自動化管理システム及びプロセスにおける製品追跡プロセスは電子スケールを利用しているが、これは、重量に加えて、基本的な物理概念に基づいて、すなわち全ての製品アイテムの各々が棚の表面上で静止状態にあることを活用して、管理システムで使用される個々の各棚と関連付けられた位置基準系（すなわちデカルト座標系）における製品アイテムの位置も、測定できるものである。製品アイテムの位置は、上記位置基準系において、棚のエリアの上方の空間区画内に維持される。垂直位置は、後から説明するような製品アイテムの到着のシークエンスから計算される。好ましくは、位置決めは個々の棚と関連付けられた画像センサによっても確認可能であり、このことにより正確度が改善されるが、これは必須ではない。
本発明に係る自動化管理システムは、棚の上の保管空間内に入って来る全ての製品アイテムの各々に、識別キーを割り当てる。製品識別番号と一緒に、いくつかの追加の詳細、例えば使用期限又は実際の測定された重量を格納することもできる。製品アイテムのこれら説明的な情報の収集は、搬入時に、及び更に、特定の製品アイテムが棚の上の空間のうちのモニタされる区画内に位置している時間期間中に、行われる。このプロセスの目的は、与えられた製品アイテムを分類することである。すなわち、それがどの製品タイプに属するか、つまりどの製品タイプキーをそれに割り当てるべきかを決定することである。この製品タイプキーは次いで、製品タイプのエントリを指し示し、こうして、例えば更なる会計プロセスのための、例えば金融情報を割り当てる。
特に、上記の目的は、請求項１に記載の製品アイテムのインベントリの自動化された取り扱いを行うための、自動化管理システムを提供することによって達成される。請求項２から７には、管理システムの可能な好ましい実施形態が明記されている。上記の目的はまた、請求項８に記載の制御及びデータ処理ユニット、並びに請求項９に規定されている管理方法を提供することによっても、達成される。
以下では、本発明及びその基本概念について添付の図面を参照して詳細に検討する。
動作時における、自動化管理システムの可能な実施形態、その機能構成要素、及び上記システム、特にその可能な構成で適用されるそのセンサにおける、情報の流れの、ブロック図である。 図１の自動化管理システムにおいて使用されるデータベース構造を示す図である。 様々な製品タイプの製品アイテムを保管する役割を果たす製品トレイに関連して使用される、画像センサ、重量センサ、及びバーコードスキャナの配置を、概略的に提示する図である。 収容プロセス、特に最初の製品が棚空間区画内に入る各段階を、概略的に示す図である。 消費プロセスを概略的に示す図であり、すなわちこれは、製品が棚から取り出される様子を示している。この場合、製品の分類は、上記製品アイテムの取り出し前の製品アイテム位置に基づいて行われる。 一次元の場合の［プロット（ａ）］では２つの重量センサを及び二次元の場合の［プロット（ｂ）］では４つの重量センサを有するトレイ上に置かれた製品アイテムの、重量位置の計算について説明する図である。 本発明に係る自動化管理システム、特にキャビネットインベントリの使用を表すフローチャートであり、このフローチャートは、プロット（ａ）に示す「主ループ」、並びに使用者識別の結果に応じて、［プロット（ｂ）］の「補充者モード」の」分岐、及び［プロット（ｃ）］の「購入者モード」の分岐に分けられている。 本発明に係る自動化管理システム、特にキャビネットインベントリの使用を表すフローチャートであり、このフローチャートは、プロット（ａ）に示す「主ループ」、並びに使用者識別の結果に応じて、［プロット（ｂ）］の「補充者モード」の」分岐、及び［プロット（ｃ）］の「購入者モード」の分岐に分けられている。 本発明に係る自動化管理システム、特にキャビネットインベントリの使用を表すフローチャートであり、このフローチャートは、プロット（ａ）に示す「主ループ」、並びに使用者識別の結果に応じて、［プロット（ｂ）］の「補充者モード」の」分岐、及び［プロット（ｃ）］の「購入者モード」の分岐に分けられている。 自動化管理システムにおいて使用されることになる、キャビネットインベントリの形態をとる棚を概略的に表す図であり、プロット（ａ）は製品トレイすなわち棚そのものを有するセンサブラケット組立体を斜視で示しており、プロット（ｂ）はキャビネットインベントリ内のその位置に設置された棚を示しており、プロット（ｃ）はセンサブラケット組立体の上面図であり、プロット（ｄ）はＡ−Ａ線に沿ったセンサブラケット組立体の断面図である。
図１は、自動化管理システム、その構成要素及び接続、並びに上記システムにおける情報の流れのブロック図を、概略的に示す。システムは以下を備える。
− システムの中央データ処理装置及び制御ユニットとして機能する、制御及びデータ処理ユニット（Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）（ＣＤＵ）。これは追加のユニットから様々な情報を収集し、支払いプロトコル、使用者認証プロトコル、等を含むがこれらに限定されない、全てのプロトコルを管理する。
− 自動化管理システムの全ての保管設備の各々、特に棚用の重量棚ユニット（Ｗｅｉｇｈｔ Ｓｈｅｌｆ Ｕｎｉｔ）（ＷＳＵ）、上記ＷＳＵは、それぞれの保管設備の４つの隅角の下に装着されている４つの重量測定センサと接続されており、上記重量測定センサのデータを処理するように構成されている。保管設備内への製品アイテムの搬入時に、ＷＳＵは重量変化情報及び総重量を読み取り、次いでこれらのデータをＣＤＵに送信する。引き換えに、ＷＳＵはＣＤＵから構成情報を受信する。ＷＳＵは、ＲＳ２３２、Ｉ２Ｃ、ＬｏＲａＷａｎ、又はＷｉＦｉのインターフェースを介して、すなわち有線又はワイヤレスで、ＣＤＵに接続され得る。
− 任意選択的に、自動化管理システムの全ての保管設備の各々、特に棚用の画像センサユニット（Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ Ｕｎｉｔ）（ＩＳＵ）、この場合、上記保管設備にはこれらのユニットをいくつか装着することができ、好ましくは各棚は、基本的には互いに対面している、２つのＩＳＵを備えている。各ＩＳＵにはカメラが組み込まれているが、更にデータ処理ユニットを含むこともでき、これによりＣＤＵ情報の事前処理が支援される。ＩＳＵの主要な機能は、棚空間を内向きに移動している、棚空間を外向きに移動している、又は棚の上に留まっている間に、対象物についての視覚情報を撮影することである。したがって、ＩＳＵの主要なタスクは、保管設備についてのビデオストリームを撮影し、次いでそれをＣＤＵに伝送することである。引き換えに、ＩＳＵはＣＤＵから制御及び構成情報を受信する。ＩＳＵは好ましくはＷｉＦｉインターフェースによってＣＤＵに接続されるが、他のタイプの接続、例えば有線接続も可能である。一般に、ＩＳＵは、（ｉ）棚の場所で起こる任意の事象に関する（ビデオ）データ（対象物を内向きに移動させること、又は対象物を外向きに移動させること）、（ｉｉ）製品タイプの推定を行うための対象物の視覚画像、（ｉｉｉ）棚の内部の静止の視覚画像、を提供することになる。これらの画像を連続的に処理して、物体位置情報を得ることができる。更にこれらの画像を、人間がモニタできるように伝送することもできる。
− 任意選択的に、コードリーダデバイス、特に、国際的なバーコード、点状コード、ＱＲコード（登録商標）、又は分類されるべき製品アイテムが担持可能な任意の他の類似のグラフィックコードを使用することで、製品アイテムの分類を支援するように構成されている、バーコードスキャナ。上記コードリーダデバイスは好ましくは、ＵＳＢインターフェースを介してＣＤＵに接続される。ここで、本発明に係る自動化管理システムには、ＣＤＵに識別目的で視覚情報を提供するための、ＩＳＵ又はコードリーダデバイスのいずれかが存在することに留意すべきである。
− 任意選択的に、様々な技術の識別カードを読み取り、次いで取得した識別データ（ＩＤ）をＣＤＵに送信するように構成されている、カードリーダ。上記カードリーダは好ましくは、ＲＳ２３２Ｃ又はＵＳＢインターフェースを介してＣＤＵに接続される。
− 使用者とやりとりするためのユーザインターフェースを提供するように構成されている、表示及び識別ユニット（Ｄｉｓｐｌａｙ ａｎｄ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）（ＤＩＵ）。ＤＩＵはまた、使用者が自身を識別するための追加の認証コード又はＰＩＮコードを入力できるインターフェースとしての役割も果たす。上記ＤＩＵは好ましくは、ＵＴＰイーサネットケーブル又はＷｉＦｉインターフェースを介して、ＣＤＵに接続される。
− 管理システムへの製品アイテムの収容又はそこからの製品アイテムの取り出しのための、棚の上の保管空間への使用者のアクセスを可能にする、ドアの開閉のための、及び、ドア又はロックの状態を読み取るための、同じく装着されている、本発明に係る自動化管理システムのロック機構（図示せず）を制御するように構成されている、安全ユニット（Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｕｎｉｔ）（ＳＵ）。上記ＳＵは好ましくは、ＲＳ４８５インターフェースを介してＣＤＵに接続される。
− 本発明に係る自動化管理システムによって使用される、製品及び製品タイプ識別のための様々なデータベースを格納するように構成されている記憶媒体。上記記憶媒体は、ＣＤＵとのデータ通信において個別のユニットとして提供されてもよく、又はＣＤＵ自体に組み込まれてもよい。
図２は、本発明に係る自動化管理システムにおいて使用されるデータベース構造を示す。この図は、データベーステーブルのタイプ及びそれらをリンクする関係を説明している。使用されるデータベースの２つの主要なテーブル又はファイルは、製品ストレージ（Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｓｔｏｒａｇｅ）（ＰＳ）及び製品タイプストレージ（Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｔｙｐｅ Ｓｔｏｒａｇｅ）（ＰＴＳ）である。
製品ストレージは、個々の各製品アイテムについての情報を格納するためのデータベースである。これには、識別番号と、上記識別番号を有する製品アイテムが収容されている特定の棚空間区画の位置基準系（下を参照）において取られた、１つの（ｘ，ｙ，ｚ）位置情報が含まれている。ＣＤＵと接続されている記憶媒体中のファイルによって実際に表される、このデータベースの保守は、ＣＤＵのタスクである。
ＰＴＳは、製品タイプ（Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｔｙｐｅ）と呼ばれる各製品カテゴリに関する情報を格納するためのデータベースである。これには、製品アイテム認識プロセスに必要な情報が組み込まれている。ＣＤＵと接続されている上記記憶媒体中のファイルによって実際に表される、このデータベースの保守は、ＣＤＵを介した、自動化管理システム自体のタスクであり、好ましくはオンラインアクセス及び定期的な自動更新による。ＰＳの各エントリには、ＰＴＳ中の対応するエントリへの参照として、製品タイプキー（Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｔｙｐｅ Ｋｅｙ）が含まれている。
特定の製品アイテムにそれがインベントリから出るときまでに金融情報を割り当て可能とするためには、その製品タイプキーを決定しなければならない。
情報を取引特性又は業務特性で分けることが論理的であるが、その理由は、全ての用途が同じ売買の文脈にある訳ではないからである。用途に特有の機能は認識機能とは分けられるべきであり、したがって、用途に特有のデータも同じく分けられるべきである。用途に関わらず、認識のためには、測定された重量及びバーコードを有することが必須である。しかしながら、従業員が工具にアクセスする工場在庫システム用途は、マイクロマーケット用途とは異なるであろう。１番目の場合は価格が存在しないが、２番目の用途の場合には必要である。したがって、そのような情報は更なるストック在庫（Ｓｔｏｃｋ Ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ）（ＳＩ）として収集され、このデータベースのエントリはＰＴＳによってストックアイテムキー（Ｓｔｏｃｋ Ｉｔｅｍ Ｋｅｙ）と呼ばれる。
図３は、様々な製品タイプの製品アイテムを保管するための少なくとも１つの棚５を備える、キャビネットインベントリの形態の本発明に係る自動化管理システムの、可能な実際の実施形態を概略的に示す。キャビネットインベントリには、非常に多数の棚が収容されるのが有利であるが、ここでは簡潔にするため、基本的に同一である３つの棚５を示している。各棚５は、マルチモードセンサを装着された、それ自体の空間区画及び位置基準系（好ましくはデカルト座標系）を有する個別の保管ユニットである。最小限の構成では、各棚５は、キャビネットインベントリ内に保管すべき製品アイテム用の空間区画を提供する製品トレイ１を備えており、重量測定センサ２と画像センサ３とが装備されている。任意選択的に、各棚５には、コードリーダデバイス４、特に、バーコード、点状コード、又はＱＲコード（登録商標）のスキャナが装着されている。可能な更なる実施形態では、キャビネットインベントリ１つ当たりにただ１つのコードリーダデバイス４が適用される、すなわち、棚５のうちの１つだけにコードリーダデバイス４が装備される。上記重量測定センサ２は全ての棚５の各隅角の下に配置され、矩形形状の棚５を考えた場合、１つの棚５当たりに使用する４つの重量測定センサ２が存在する。上記画像センサ（又はＩＳＵ）は、好ましくは以下の様式で配置される：２つの画像センサ２が全ての棚５の各々の正面又は背面に固定される。画像センサ２のカメラの場所がそのようであるため、これらのカメラは製品アイテムを棚空間区画に入った瞬間から見ることができる。
製品トレイ１及び重量測定センサ２は、各棚５に装着されている。画像センサ３及びコードリーダデバイス４は、一緒に使用しても二者択一で使用してもよい。これらの目的は、搬入時から消費時までの製品分類を実現することである。コードリーダデバイス４はまた、二次的な機能も有し得る、すなわちこれは、個々の製品識別に非常に高いエラーがある場合に、消費者モードにおいて安全支援機器ともなり得る。そのような残念なケースでは、管理システムはクライアントに、クライアントが調査中の製品アイテムが備えるコードをスキャンして、製品識別を確認するよう求めるメッセージを表示することになる。画像センサ３は他の機能性を伴って使用することもできる、すなわち、それらは位置決めプロセスを支援することもできる。したがって、本発明に係る自動化管理システムはマルチモードセンサを用いて機能する。
以下では、本発明に係る自動化管理システムの分類プロセスを、図４及び図５を参照して詳細に説明する。
ここに記載する自動化管理システムでは、製品アイテムＰ１の分類は、上記製品アイテムＰ１が自動化管理システム、すなわちそのキャビネットインベントリ内に収容されるときに開始する（図４ａ）。製品アイテムＰ１が製品トレイ１上に置かれると、その位置が、トレイの隅角の下に配置された重量測定センサ２が提供する情報から判定される（図４ｂ）。上記位置判定の詳細は、後から図６を参照して検討する。
キャビネットインベントリに製品が装填されている間（図５ａ）、１つ１つの製品アイテム位置が、それぞれの棚と関連付けられたデカルト座標系において判定され、ＰＳデータベースに記録される。図５ａに示すように、キャビネットインベントリへの装填は、特定のレベルで行われる。
購入者は、キャビネットインベントリ内部へのアクセスが認められると、例えば製品アイテムＰｎを取り出す。製品アイテムＰｎが棚空間区画から出ると（図５ｂ）、ＣＤＵは格納されているその従前位置情報に基づいて、個々の製品アイテムＰｎを識別することになる。この時点で製品の分類は既に済んでいる、すなわち、そのＰＳへのエントリには、ＰＴＳデータベースからの製品タイプが既に割り当てられている。この時点で、更なる処理（バスケット、クレジット回収、会計処理）のために、製品タイプが送信される。
この時点で、使用者が管理システムの棚から製品アイテムＰｎを取り出すと（図５ｂ）、その特定の製品アイテムの位置によってその個々の識別キーが判定されることになり、次いでこのキーが、割り当てられる製品タイプを、データベース中でそれに割り当てられていた関連する金銭的な及び他の詳細と共に提供することになる。
図６には、本発明に係る管理システム内の棚の製品トレイ上に置かれた製品アイテムの位置を、上記棚の隅角の下に装着された４個の重量センサに基づいて計算する方法が説明されている。この目的のために、製品アイテムの平衡という概念を活用する。
二次元位置は、垂直方向に計算した距離及び水平方向に計算した距離から導出される。
図６（ａ）に示す一次元の場合では、棚と関連付けられたデカルト座標系（すなわち位置基準系）の中心から測定された距離「ｄ」を、以下のように計算できる：均衡は、製品Ｐが及ぼす力のベクトル和がゼロであり（下の式（１）を参照）、上記製品Ｐに起因して生じるトルクの和もまたゼロである（下の式（２）を参照）場合にのみ成立する−言い換えれば、システムは動かないか又は静止している。
このことは以下を意味する。
（１）Ｆ＝Ｆａ＋Ｆｂ、ただしＦ＝ｍｇ、トレイ上の物体の質量による
及び
（２）（ｗ＋ｄ）Ｆａ＋（−１）（ｗ−ｄ）Ｆｂ＝０
（２）を使用してｄ位置を求めることができる：
Figure 2021531224
図６（ｂ）に示す二次元の場合には、上記の計算を両側部にあるロードセル対Ｆａ及びＦｂの和を用いて実施できる。特に、
水平（ｘ）位置：
Ｆａ＝Ｆ０＋Ｆ１
Ｆｂ＝Ｆ２＋Ｆ３
垂直（ｙ）位置：
Ｆａ＝Ｆ０＋Ｆ３
Ｆｂ＝Ｆ１＋Ｆ２
個々の製品Ｐを検出するために、重ね合わせの原理が使用される。すなわち、当該システムは線形である。したがって、各トレイの二次元の座標系の点に加わる任意の力は、他の力が更にトレイに作用するか否かに関わらず、その効果を独立的に及ぼすことになる。
図７は、本発明に係る自動化管理システム、特にキャビネットインベントリを使用する方法を提示するフローチャートである。
図７には、売買の文脈の用途での分類プロセスが提示されている。プロセスはＣＤＵのプログラムによって制御される。
「主ループ」は図７ａに示されており、これによれば、キャビネットインベントリはまず使用者を認証する。この認証は外部サーバによって行われねばならないが、これは本文献には含まれていない。この認証には、許可と使用者の役割（購入者又は補充者）とが含まれている。使用者に許可が与えられると、ＣＤＵはＳＵに「キャビネットをロック解除」命令を送信する。ＣＤＵは次いで、ＳＵからのキャビネット自体の制御機構の情報を待機する。使用者がタイムアウト期間以内にドアを開けた場合、システムは、許可が与えられたのは購入者かそれとも補充者かを判定し、それに応じて「補充者モード」（図７ｂ）又は「購入者モード」（図７ｃ）へと進む。
本発明に係る管理システムの「補充者モード」が図７ｂに示されており、これによれば「補充者モード」では、補充者の役割を有するエージェントが、製品アイテムをインベントリ内に収容する（図４ａ及び図４ｂも参照）。エージェントが新しい製品をインベントリ内に収容すると、そのエージェントはバーコードスキャナで製品をスキャンする。バーコードは後から使用するためにバッファに格納される。システムは次いで重量変化事象を待機する。この事象は、ＷＳＵによって重量センサを用いて検出されることになる。（任意選択的な画像センサが設置される場合、製品はその結果画像センサ同士の間の線を横切ることになる。この画像センサはＣＤＵにビデオストリームを送信し、ＣＤＵ上で実行されるプログラムは対象物の視覚的追跡を開始することになる）。
ＷＳＵによって重量測定センサのデータから重量変化が検出されると、ＷＳＵは、ＣＤＵに測定値及び位置情報を送信することになる。（ｘ，ｙ）デカルト座標は、棚の総重量の変化及び重心の移動から計算される。（後でアルゴリズムを参照されたい）。
製品がインベントリ内に到着した順序に基づいて、ＣＤＵによって任意選択的な（ｚ）座標を計算することができる。これはタイムスタンプによって表すことができるか、又はより単純な実装として、インクリメントされる製品キーを使用することもできる。このフローチャートによって提示されるプログラムでは、この機能性は実現されない。
重量変化の事象が生じた後、プロセスはそれがプラス（すなわち増加）であるかそれともマイナス（すなわち減少）であるかを判定する。
プラスの重量変化の（補充者が製品アイテムをトレイに載せた）場合、製品アイテムが製品ストレージテーブル（Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｓｔｏｒａｇｅ ｔａｂｌｅ）に追加される。次のステップは分類であり、これはバーコードバッファに格納されているバーコードに基づいて行われることになる。この時点で、補充者は同じ製品タイプの更なる製品のトレイへの載置を進めることができるが、その理由は、バーコードバッファの中身を次の製品アイテムを分類するために再利用できるからである。
マイナス値の場合（補充者がトレイから製品を取り出した）、その製品は、先立つ充填段階に起因してその位置にずっとあったものである。したがって製品テーブル中のそのエントリは分類済みであり、製品タイプキーを含んでいる。この製品が今度はその位置に基づいて製品ストレージから削除される。
ここでは、エージェントは、それが前の製品アイテムと同じ製品タイプの次の製品であると仮定して、ＣＤＵによって製品をスキャンしないでトレイ上に置くことが許可されている。
この構成では、ＣＤＵはバーコードを用いた製品の分類を試みる。任意選択的な画像センサが設置される場合、管理システムは、視覚認識を介した製品の分類を試みてもよい。この試みがうまくいかない場合、エージェントに信号が出されることになり、認識をバーコードスキャナによって遡及的に改善できる。
同じ動作が、インベントリに装填される結果的な製品ごとに行われることになる。プロセスの終了は補充者がドアを閉めることによって示される。アプリケーションはドアをロックし、主ループへと戻り、この結果、インベントリへのいかなる更なるアクセスも、新しい使用者の識別後にしか行えなくなる。
本発明に係る管理システムの「購入者モード」が図７ｃに示されており、これによれば、使用者の識別が「購入者」として終了すると、消費者プロセスは以下のようになる。
売買の文脈では、購入者への許可は、サーバが購入者が十分な資金を有すると断定してから与えられる。
購入者がトレイから製品アイテムを取り出すと、このことによって重量変化事象が生じることになる。使用者が製品を持ち上げた瞬間に、重量センサはＷＳＵに測定情報を送信し、ＷＳＵは次いで、総重量の変化及び棚空間区画の重心の移動を計算する−アルゴリズムは後述を参照されたい。（位置情報を任意選択的な画像センサによって修正することもできる）。
重量変化事象が発生した後に、プロセスはそれがプラスかそれともマイナスかを判定する。
マイナスの重量変化の（購入者が製品を消費した）場合、製品ストレージテーブルにおけるその製品の位置を探索する。このことにより、関連する割り当てられた製品タイプ及び在庫情報（Ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）が決定される。
製品は製品ストレージテーブルから削除されることになり、その価格が購入者の支払総額に加算される。
重量変化がマイナスである（購入者が製品をトレイ上に戻す）場合、購入者はバーコードをスキャンするよう求められ、この結果製品が分類されることになる。製品が要求される重量を有している場合、追加の重量チェックが行われる。そうでない場合、購入者にエラーメッセージが表示される。このテストに合格した場合、その製品は製品ストレージテーブルにその新しい位置で戻されることになり、その価格が使用者の支払総額から減算される。
（ｘ，ｙ）情報及び搬入のシークエンスから、任意選択のｚ位置を計算できる。このアプリケーションにはこの可能性は含まれていない。
購入者がストックのドアを閉めると、又はそれ以外で処理の終了を合図すると、購入者の借方から支払総額が差し引かれ、プロセスは主ループへと戻る。
図８は、保管設備の好ましい実施形態の機械的構造を概略的に表す、すなわち、自動化管理システムにおいて使用される棚２０は、キャビネットインベントリ２５の形態をとる。図８において、プロット（ａ）は、製品トレイ２１、すなわち棚２０自体を有するセンサブラケット組立体２４を、斜視で示す。プロット（ｂ）はキャビネットインベントリ２５内のその位置に設置された棚２０を示しており、センサブラケット組立体２４はキャビネットインベントリ２５のフック２６と製品トレイ２１の間に位置付けられている。フック２６は、製品トレイ２１を従来のキャビネット内に保持するために使用される、キャビネットインベントリ２５の部品である。上記フック２６の各々は通常、構成変更可能な位置に配置される。プロット（ｃ）はセンサブラケット組立体２４の上面図であり、一方、プロット（ｄ）は、Ａ−Ａ線に沿ったセンサブラケット組立体２４の断面図であり、それぞれの重量測定センサ２２内に取り付けられているトレイホルダ２７が、上記センサブラケット組立体２４上に装着されている。センサブラケット組立体２４は、重量測定センサ２２を保持するための剛直な構造を提供する。
特に、棚２０は、（図８ａの上から下へ）製品トレイ２１と、重量測定センサ２２と、１対のセンサブラケット組立体２４と、を備える。上記重量測定センサ２２は、センサブラケット組立体２４の両端部で、棚２０の組立済み状態において重量測定センサ２４が製品トレイ２１の隅角部（その縁部の近く）の直下に位置するように装着される。特に、製品トレイ２１の各隅角は、キャビネットインベントリ２５内で製品アイテムを保持する役割を果たす上記製品トレイ２１の表面上に新しい製品アイテムが置かれたときに、重量測定センサ２２が重量測定を行えるように、それぞれの重量測定センサ２２の上に置かれる。
センサブラケット組立体２４は棚２０の本質的な構成要素である。他のシステムは現在のところ、棚の上に置かれた製品の重量を判定するためだけに重量測定センサを使用しているが、このことは、本発明に係る自動化管理システムが、上記製品の位置及び重量の両方を判定するために重量センサを使用することとは対照的である。

Claims (9)

  1. 製品アイテムのインベントリの自動化された取り扱いを行うための管理システムであって、
    製品アイテムの識別及びシステム構成要素の制御のための中央データ処理を行うように構成されている、制御及びデータ処理ユニット、ＣＤＵと、
    上面及び下面を有する製品トレイの形態の少なくとも１つの保管設備であって、前記上面は保管空間を形成しており、前記保管設備は前記保管空間内に製品アイテムを受け入れ保持するように構成されており、前記製品トレイには前記下面と接触するように配置されている重量測定センサが少なくとも４つ装着されており、前記センサは前記保管空間に前記製品アイテムがある状態の前記トレイの重量測定データを収集するように適合されている、少なくとも１つの保管設備と、
    特定の製品アイテムが前記インベントリに入ったときに、重量測定データを処理し、このことにより前記重量測定データから各製品アイテムの位置情報を計算するように構成されており、前記重量測定データは前記重量測定センサによって提供される、重量棚ユニット、ＷＳＵと、
    前記ＣＤＵによって行われる製品識別のために、前記製品アイテムのうちの少なくとも１つについての視覚情報を撮影し、前記ＣＤＵに伝送するように構成されている、少なくとも１つの撮像ユニットと、
    前記ＣＤＵと関連付けられている記憶媒体に格納されているデータベースであって、各製品アイテムの識別のための個々の製品キー、前記ＷＳＵによって提供される各製品アイテムの前記位置情報、及び各製品アイテムの自動化された分類のための個々の製品タイプキーによる、前記インベントリ中の個々のあらゆる製品アイテムの表現を含む、データベースと、
    を備えることを特徴とする、管理システム。
  2. 請求項１に記載の管理システムであって、
    前記位置情報は前記製品トレイの前記上面に沿った直交する方向における基準点からの距離の対によって表され、前記距離は前記製品トレイの前記上面上の前記製品アイテムが前記保管空間に入るときに前記上面と接触する場所に前記製品アイテムが及ぼす力及びトルクの均衡の概念を活用して判定される、
    ことを特徴とする管理システム。
  3. 請求項１又は２に記載の管理システムであって、
    前記少なくとも１つの撮像ユニットは、それぞれの保管設備の互いに反対側にある空間位置において前記少なくとも１つの保管設備の各々と対として関連付けられており、前記それぞれの保管設備の前記保管空間を連続的にモニタして前記視覚情報を取得するように構成されている、画像センサユニット、ＩＳＵの形態であり、前記視覚情報は、ビデオストリーム及び静止視覚画像からなる群から選択される、
    ことを特徴とする管理システム。
  4. 請求項１又は２に記載の管理システムであって、
    前記少なくとも１つの撮像ユニットは、前記製品アイテム上に設けられたコードを読み取って前記視覚情報を前記コードの画像として取得するように構成されている、少なくとも１つのコードリーダデバイスの形態である、
    ことを特徴とする管理システム。
  5. 請求項４に記載の管理システムであって、
    前記コードリーダデバイスは、バーコードリーダ、点状コードリーダ、及びＱＲコードリーダからなる群から選択される、
    ことを特徴とする管理システム。
  6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の管理システムであって、
    使用者識別カードを読み取ることによって使用者識別データを取得し、識別された使用者の前記製品アイテムのインベントリへのアクセスを可能にするために前記ＣＤＵが行う使用者識別のために、前記識別データを前記ＣＤＵに伝送するように構成されている、カードリーダを更に備える、
    ことを特徴とする管理システム。
  7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の管理システムであって、
    安全ユニット、ＳＵ、及びロック機構を更に備え、前記ＳＵは前記ロック機構を制御するように構成されており、前記ロック機構は、前記ＳＵのそれぞれのコマンドに応答して前記少なくとも１つの保管設備の前記保管空間の開／閉を行って、前記製品アイテムのインベントリへのアクセスを可能／不可能にするように構成されている、
    ことを特徴とする管理システム。
  8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の管理システムにおいて使用される、制御及びデータ処理ユニット、ＣＤＵであって、前記ＣＤＵは、
    インベントリの内部にある保管空間に入るあらゆる製品アイテムを自動識別及び視覚製品認識を介して分類し、
    棚の形態で提供されている少なくとも１つの保管設備の前記保管空間内での各製品アイテムの静止位置を：
    重量測定センサが前記製品が前記棚の上に置かれていることを検出すると、前記ＣＤＵは前記製品の前記静止位置を前記データベースに特定の製品アイテムの記録として：
    ＷＳＵが前記棚の総重量の変化及び重心の移動から（ｘ，ｙ）座標を計算する、
    ＣＤＵが、タイムスタンプによって表される、前記製品が前記インベントリ内に到着する順序に基づいて、（ｚ）座標を計算する、という手法で記録する、という手法でモニタし、
    前記データベース内でちょうどモニタされている前記製品アイテムを表す記録にキーを追加することによって、前記個々の製品の製品タイプカテゴリを維持し、
    ある製品アイテムが前記棚から持ち上げられたときに前記製品タイプキーを：
    前記重量測定センサがある製品が前記棚から持ち上げられたことを検出すると、前記ＣＤＵは前記製品が取り出された位置を：
    ＷＳＵが前記棚の総重量の変化及び重心の移動から（ｘ，ｙ）座標を計算する、
    ＣＤＵが、タイムスタンプによって表される、前記製品アイテムが前記インベントリ内に到着した順序に基づいて、（ｚ）座標を計算する、という手法で検出する、
    前記ＣＤＵが前記データベース中の前記取り出された製品アイテムの前記検出された（ｘ，ｙ，ｚ）位置を探索し、どの製品アイテムにそれが属するかを識別する、並びに
    前記個々の製品記録から、前記ＣＤＵが前記製品タイプカテゴリを識別する、という手法で探索する、
    ように構成されていることを特徴とする制御及びデータ処理ユニット、ＣＤＵ。
  9. 製品アイテムのインベントリの自動化された取り扱いを行うための管理方法であって、
    前記製品アイテムのインベントリを取り扱うための請求項１から７に記載の管理システムを、請求項８に記載のＣＤＵと組み合わせて使用することを含む、
    ことを特徴とする管理方法。
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