MX2012000050A - Aparato y metodos para el manejo, almacenamiento y recuperacion de materiales flexibles. - Google Patents

Abstract

Un aparato para el manejo de cajas recibe las cajas en un transportador, recoge las cajas del mismo y las almacena, por medio de un robot, en un sistema de almacenamiento de estantería; el robot recupera las cajas del almacenamiento y las libera sobre un transportador de descarga; alternativamente, el robot no recoge las cajas, las cuales son transferidas o pasan directamente a través de respectivas estaciones de punto de recolección y punto de liberación hacia la descarga; de preferencia las cajas son introducidas y descargadas del aparato en un solo transportador, ya sea que hayan sido recolectadas o dejadas pasar; se describe una variedad de sistemas de almacenamiento de estantería que están relacionados y otros métodos.

Description

APARATO Y MÉTODOS PARA EL MANEJO, ALMACENAMIENTO Y RECUPERACIÓN DE MATERIALES FLEXIBLES SOLICITUD RELACIONADA El solicitante reclama prioridad de la solicitud de patente provisional de los Estados Unidos con número de serie 61/459,959, presentada el 22 de diciembre de 2010 Esta solicitud se incorpora en la presente como referencia rápida.

CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere al manejo de un material o articulo, más particularmente a la transferencia de artículos en una corriente entrante través de un área de almacenamiento y dentro de una corriente de descarga.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En el almacenamiento y recuperación de artículos, se acostumbra recibir los artículos en una corriente entrante de artículos, para almacenarlos, para recuperarlos selectivamente y para descargarlos. Normalmente los artículos en un transportador entrante serán llevados a un sistema de almacenamiento en donde son almacenados. Después los artículos pueden ser recuperados selectivamente y descargados para la preparación de pedidos, agrupamiento de artículos, empacado corriente abajo, distribución, fabricación o similares. En este contexto, los artículos pueden comprender artículos individuales, cajas o pellas de artículos u otros artículos de una amplia variedad de configuraciones o agrupaciones.

Dichos sistemas normalmente son controlados por un controlador programable para desviar artículos entrantes hacia ubicaciones particulares de almacenamiento y después para la recuperación y descarga de artículos para el manejo corriente abajo.

Los mecanismos que típicamente se usan en dichos sistemas incluyen transportadores, desviadores mecánicos y mecanismos de transferencia, estructuras o transportadores de almacenamiento, y similares. Aunque se han utilizado robots en dichas transferencias, incluso los actuales sistemas con robots carecen de las funciones de desempeño deseadas y no proporcionan del todo la combinación deseada de las siguientes metas y objetivos.

Aunque dichos mecanismos o sistemas anteriores han proporcionado ciertas funciones, surge el deseo de mejorar dichos sistemas a partir de varias metas que no han sido logradas previamente en combinación. Dichos objetivos incluyen una clasificación simplificada y efectiva en costos, flexibilidad para proporcionar una variedad de producción sustancialmente diversa y requerimientos de configuración, adaptabilidad a parámetros espaciales limitados, acomodo a los actuales procedimientos de selección de artículos por parte de los consumidores y adaptabilidad a la separación automática de capas (para agrupaciones de artículos agrupados o combinados).

Por lo tanto, un objetivo de la invención es proporcionar un aparato y métodos para producir esta combinación de metas, o que se puedan controlar para producir combinaciones seleccionadas de estas metas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En resumen, una modalidad preferida de la invención incluye un sistema transportador que tiene funciones de entrada y descarga, que están separadas operacionalmente por estaciones de punto de recolección y punto de liberación de artículos, un robot que tiene herramienta del extremo del brazo ("EOAT" por sus siglas en inglés) para recoger, transferir, recuperar y liberar una gran variedad de configuraciones planeadas de artículos, y una instalación de almacenamiento configurada o de tipo "estantería" para recibir los artículos recogidos del sistema transportador por medio del robot, almacenar los artículos y sostenerlos para un acoplamiento adicional por parte del robot y su transportación hacia al estación de liberación. El sistema transportador incluye uno o más transportadores, sí hay más, de preferencia alineados extremo con extremo en las respectivas estaciones de recolección y de liberación. El sistema de almacenamiento de estantería puede estar en un plano vertical, arriba o abajo del sistema transportador, o lateralmente separado del mismo, y un robot se dispone operativamente de tal manera que tenga acceso a la estación de recolección, la estación de liberación y al sistema de almacenamiento de estantería que está entre las mismas.

Durante la operación, los artículos entrantes son manejados en uno o más modos. En un modo, la EOAT del robot acopla un artículo entrante seleccionado en la estación de recolección, y es transportado hacia una posición dedicada en el sistema de almacenamiento de estantería. Después el robot es controlado para volver a acoplar el artículo almacenado en el sistema de almacenamiento de estantería y transportarlo a la estación de liberación, en donde es colocado para la transferencia de descarga en el sistema transportador. En otro modo de operación, el modo de "paso", se reconoce que el artículo entrante responde a una demanda de descarga inmediata. Es transportado directamente a través de la estación de recolección y la estación de liberación hacia la corriente de descarga, sin desviación hacia el sistema de almacenamiento de estantería. De este modo no es acoplado por el robot para su almacenamiento o de otra manera (a menos que se utilice el robot para transferir los artículos directamente desde la corriente entrante hasta la de descarga).

Se podrá apreciar que se puede usar una variedad de sistemas de almacenamiento con robot, transportador y de estantería, para lograr las metas y objetivos de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las figuras 1-3 son respectivamente vistas plana, en elevación y extrema de una modalidad de la invención: La figura 4 es una vista en elevación ilustrativa de la modalidad de la figura 1 , pero omitiendo la unidad de almacenamiento de estantería para mayor claridad; La figura 5 es una vista en elevación ilustrativa de una unidad de almacenamiento de estantería como se usa en las modalidades de las figuras 1-4; Las figuras 6-8 son respectivas vistas plana, en elevación y extrema de una primera modalidad alternativa de la invención (figura 7 omitiendo los robots para mayor claridad); La figura 9 es una vista plana de una segunda modalidad alternativa de la invención; La figura 10 es una vista plana de una tercera modalidad alternativa de la invención; La figura 1 1 es una vista extrema de una cuarta modalidad alternativa de la invención; y La figura 12 es una vista extrema de una quinta modalidad alternativa de la invención.

DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS DE LA INVENCIÓN En esta descripción se podrá apreciar que un "aparato de almacenamiento de estantería" incluye una o de preferencia más unidades de "estantes", cada una teniendo una pluralidad de ranuras de almacenamiento con un tamaño adecuado para recibir una variedad de artículos o cajas para ser manipulados. De preferencia los artículos o cajas son centrados en ranuras respectivas cuando son llevados ahí por el/los robot(s).

Una modalidad preferida de la invención se muestra en las figuras 1 -5. Esta modalidad de la invención comprende una celda clasificadora robótica 10 que es capaz de clasificar más de 200 casos por hora (CPH) asumiendo que cada caja entrante tiene que ser almacenada inicialmente y después recuperada en un momento posterior. Un sistema transportador 12 comprende una sección entrante 14 que permite el paso directo hacia la salida o sección de acumulación de descarga 16 si una cadena de cajas coincide con la salida del clasificador demandada por el sistema de control. En aplicaciones en las que la proliferación de SKU de las pellas o la configuración de artículos es lenta, la producción de CPH aumentará con este enfoque hacia los transportadores, ya que no todas las cajas entrantes tienen que ser almacenadas y recuperadas.

Las cajas o artículos de origen 18 (estos términos se usan en forma intercambiable en la presente, a menos que se establezca de otra manera) son presentados al robot/almacenamiento por el transportador 12 (si no pasan directamente a la descarga 16). De preferencia el sistema transportador proporciona las múltiples zonas 14, 16 que permiten la acumulación antes del punto de recolección 20a (figura 4), un punto de liberación 20b y la acumulación y/o descarga después del punto de liberación 20b.

En esta modalidad, la unidad de almacenamiento de estantería 22 se dispone arriba de las secciones del transportador entrante/saliente 14, 16, o en cualquier otra posición adecuada.

Las cajas 18 serán ubicadas en la posición del punto de recolección, en la dirección del flujo por medio de un tope de liberación 24. Este tope de liberación 24 puede ser energizado por, pero no limitado a, neumáticos, cilindro eléctrico o un dispositivo solenoide. La caja 18 será justificada a un lado del transportador 14 para su recolección.

En el caso de la recuperación desde la unidad de almacenamiento de estantería 22, el robot colocará las cajas 18 en la estación de punto de liberación 20b en el centro del transportador 16. No se requieren de topes de liberación ni de apiladores para esta ubicación, pero se puede proporcionar un tope de liberación 26 opcional.

Las secciones 14, 16 de cualquier tipo de transportador adecuado, pueden estar provistas con tope de liberación, tracción de espacio y presión inversa, o en un transportador segmentado. Esto lo determinarán las especificaciones de caja de los sistemas.

Las secciones del transportador 14, 16 (que pueden comprender un solo transportador) de esta modalidad, proporcionan una relación de caja de 600 CPH mínima. Esto podría ser necesario para ciertas aplicaciones comerciales, aunque una sola celda robótica 10 es capaz de una producción más lenta como se describió antes.

La secuencia de cajas en los transportadores 14, 16 será seguida y monitoreada con un programa de conteo. Se hace para identificar la caja 18 que está llegando al punto de recolección 20a. Si esta caja 18 ya coincide con el siguiente requerimiento de caja, esta caja pasará directamente. La coincidencia se puede basar en un identificador de cajas único (ej., un código de barras específico de la caja o una etiqueta RFID) o se puede basar en una clasificación común (ej., el mismo tipo de empaque pero un sabor diferente). Esta opción puede ser deshabilitada en circunstancias en las que requiera de una secuencia exacta de cajas, incluso con la población de SKU. En estas circunstancias la corriente de cajas será clasificada al 100%.

Cuando la caja 18 llega al punto de recolección 20a el robot 28 recogerá, en un modo, y clasificará la caja en el almacenamiento de "estante de cajas" 22. Cualquier sistema de administración de bodegas (WMS por sus siglas en inglés) adecuado le proporcionará a la celda robótica 10 información de SKU que incluye, pero no está limitada a: identificación de SKU, dimensiones de caja y peso de caja. Basándose en la identificación de SKU, el robot 28 escaneará una base de datos para los parámetros de agarre requeridos y recuperará la caja 18 de la estación de punto de recolección 20a.

El agarrador del robot o la herramienta del extremo del brazo (EOAT) 30 (figura 3) puede ser un extremo servoaccionado de la herramienta del brazo (EOAT) con capacidades de centrado. Esto garantizará que la caja esté en donde tiene que estar incluso con las variables en la ubicación de recolección y el tamaño. También ayudará en la colocación de cajas de múltiples tamaños en las ranuras de almacenamiento de estante de libros. De preferencia las cajas siempre serán centradas, sin importar el tamaño del aparato de estante de libros.

Una vez que el robot 28 ha recogido la caja, un controlador adecuado decidirá en cuál ranura almacenar la caja en la unidad de almacenamiento de estantería 22. Esto será calculado por un programa de clasificación en el sistema de control para la celda robótica 10. El programa mantendrá una base de datos FIFO (siglas en inglés de primero en entrar primero en salir) de las cajas 18 y sus ubicaciones. En aplicaciones en las que está presente un volumen bajo de SKU con un alto flujo de cajas, el programa también puede garantizar los requerimientos de FIFO en una población SKU, si es necesario.

El aparato de estantería 22 tendrá un tamaño adecuado para cumplir con los requerimientos dictados por el tamaño de la caja y el peso de la aplicación. Esta celda 10 puede tener un tamaño adecuado para manipular artículos, por ejemplo, tan pequeños como un paquete de chicles o tan grandes como un refrigerador. El tamaño excesivo puede reducir la producción de CPH, pero también los tamaños reducidos de caja 18 pueden incrementar la producción. El aparato de almacenamiento de estantería 22 tendrá múltiples ranuras de almacenamiento (ilustradas como 32 en la figura 5 y también indicadas por las cajas 18 en la presente) y todos los tamaños de caja serán almacenados en la ubicación central de estas ranuras, sin importar las dimensiones de la caja.

Después de que el robot 28 ha colocado la caja entrante 18 dentro de la unidad de almacenamiento de estantería 22, le dirá al programa de control que ha terminado su tarea. Si la unidad de almacenamiento de estantería 22 contiene una caja 18 para satisfacer la secuencia de cajas salientes, el programa de control le dirá al robot 28 de cuál ranura de almacenamiento recuperar la siguiente caja 18, según lo requiera la secuencia de cajas salientes. Con este comando el robot 28 recibirá la información de SKU de la misma manera que la caja entrante. El robot 28 recuperará los parámetros de EOAT 30 de la base de datos, recuperará la caja de la ranura de almacenamiento de estantería y la colocará en el punto de liberación 20b del sistema transportador 12.

Cuando las cajas 18 son colocadas en el punto de liberación 20b, éstas avanzarán hacia el área saliente o de acumulación de descarga 16 en la secuencia requerida. Si se permite que una caja o unas cajas 18 avancen hacia el área de acumulación saliente 16 en un modo de pasar, el robot 28 esperará una señal clara antes de avanzar al punto de liberación.

En un segundo modo de operación de esta modalidad, las cajas entrantes 18 simplemente pasan a través del punto de recolección 20a y el punto de liberación 20b directamente hacia la descarga 16, sin intervenir el almacenamiento. De esta manera mejora la producción general.

Para ilustrar mejor, se muestra un aparato de estantería 22 en la figura 5 con una pluralidad de espacios de almacenamiento de cajas y niveles de almacenamiento de cajas como se muestra.

Modalidad alternativa La modalidad alternativa de la invención que se muestra en las figuras 6-8 comprende una celda robótica de almacenamiento 40 que es capaz de producir más de 400 CPH asumiendo el 100% de clasificación de cajas. El sistema transportador 42 define secciones de entrada y descarga similares a las del sistema 12 de a primera modalidad, y proporciona una relación de cajas mínima de 600 CPH. Esto es necesario para ciertas aplicaciones comerciales, aunque una celda robótica doble es capaz de menos CPH como se afirmó antes.

En esta modalidad, dos robots 44, 46 funcionan de la misma manera que el robot único 28 en la reivindicación anterior. La diferencia será que a los robots se les pueden asignar deberes respectivos basados en uno de dos métodos: Robots dedicados de Fuente a almacenamiento o robots de Almacenamiento a objetivo.

De preferencia cada robot es capaz de trabajar de Fuente a almacenamiento y de Fuente a objetivo, con deberes asignados en una primera base disponible.

Aquí, de nuevo una unidad de almacenamiento de estantería 22 está orientada arriba del sistema transportador entrante/saliente 42. Los dos robots 44, 46 se disponen, uno a cada lado del transportador 42 y la unidad de almacenamiento de estantería 22. Un solo sistema transportador o más (no se muestra) se podría localizar arriba de la unidad de almacenamiento de estantería.

Segunda modalidad alternativa Esta modalidad de la invención se muestra en la figura 9 y comprende una versión de celda clasificadora robótica 50 que produce más de 200 CPH asumiendo el 100% de clasificación de cajas. Excepto como se indicará a continuación, esta operación es similar a la de la modalidad anterior.

El sistema transportador proporciona una relación de cajas de 600 CPH mínimo. Esto es lo requerido para ciertas aplicaciones comerciales, aunque una celda robótica doble es capaz de menos CPH como se afirmó antes.

Una unidad de almacenamiento de estantería 52 tiene forma de U o forma rectangular, como se muestra, y rodea al robot 54 en secciones lineales 56, 57, 58, 59 permitiendo una mayor capacidad de almacenamiento. Esto crea un amortiguamiento más grande entre el proceso corriente arriba y la corriente de cajas salientes. Esta funcionalidad es especialmente efectiva en ubicaciones en las que se prefiere un sistema de recolección en "fases". En esta modalidad, se proporciona un sistema transportador 12 con secciones de corriente entrante y de descarga 14, 16 para cajas 18, y se podrá apreciar que el robot 54 se puede mover 360° para servir a cada sección 56-59 de la unidad de almacenamiento de estantería.

Tercera modalidad alternativa Esta modalidad de la invención se muestra en la figura 10 y comprende una celda clasificadora robótica que produce más de 400 CPH, asumiendo el 100% de clasificación de cajas. Este concepto trabaja de la misma manera que la segunda modalidad anterior, excepto por lo siguiente.

Aquí hay dos celdas clasificadoras 60, 62 y dos robots receptores 64, 66 que trabajan fuera del sistema transportador 12.

Los transportadores proporcionan una relación de cajas de 600 CPH mínimo. Esto es lo requerido para ciertas aplicaciones comerciales, aunque una celda robótica doble es capaz de menos CPH como se afirmó antes.

Los dos robots 64, 66 en este sistema 60, 62 funcionan de la misma manera que la celda robótica única 50 de la modalidad anterior, pero están yuxtapuestos uno adyacente al otro, el lados opuestos del sistema transportador 12. El uso del segundo robot o celda aumenta la producción del sistema. El programa de control estará equipado adicionalmente con un mecanismo de balance de carga, para asegurar que los dos robots 64, 66 y los múltiples sistemas de almacenamiento de estantería 68, 69 con forma de U y seccionados, sean utilizados igualmente para asegurar un alto desempeño.

Cuarta modalidad alternativa Esta modalidad de la invención que se muestra en la figura 1 1 , ilustra la opción de carga manual de cajas (desde el lado derecho o lado de suministro de cajas) a diferentes sistemas transporadores de fuente 70, 72 en una disposición central del sistema, y los clasificadores robóticos 74, 76 recogen las cajas 18 de los transportadores de fuente y las colocan en los respectivos transportadores de descarga 78, 79 en la secuencia requerida. El alcance de los robots 74, 76 se puede extender monitoreando los robots 74, 76 sobre lados lineales extendidos en una dirección de la máquina.

En este caso, los robots 74, 76 no "recolectan" artículos o cajas entrantes 18. Éstas son cargadas manualmente (o por otros medios) en un transportador doble (o sencillo) de fuente de alimentación de artículos 70, 72 como se ilustra. De preferencia, dos robots 74, 76 recogen cajas seleccionadas de este almacenamiento, y las transfieren a transportadores de descarga o de salida.

Esta modalidad no incluye la característica operativa de "paso" de las modalidades anteriores.

Quinta modalidad alternativa Esta modalidad, que se muestra en la figura 12, ilustra una celda clasificadora 80 que proporciona la opción de cargar robóticamente SKU en un transportador de fuente.

Aquí el robot 82 en un lado carga los espacios de almacenamiento 86 desde un transportador entrante 88, mientras que el robot 84 en el otro lado, recoge las cajas 18 de un espacio 86 y las deja caer sobre un transportador de descarga 90, por ejemplo. De nuevo, la configuración de esta modalidad no proporciona una operación de "paso" directa, como se describió en las modalidades anteriores. Esta alimentación al robot 82 desde el transportador 88 puede venir desde un separador de capas automático.

Como se puede apreciar, esta modalidad puede ser modificada permitiendo el paso de las cajas en el transportador 88 directamente hacia la descarga, incorporando asi una función doble a través de la estación de entrada representada por el transportador 88 y el robot 82, y una función adicional usando el robot 82 para recoger y almacenar cajas del transportador 88 en el almacén 86, para la selección y descarga por parte del robot 84 y el transportador de descarga 90.

Como se mencionó antes, se puede usar una variedad de transportadores, sistemas de almacenamiento de estantería y robots para lograr las metas y objetivos de la invención. Éstos incluyen, pero no están limitados a las modalidades anteriores y también incluyen transportadores en disposiciones de una y/o múltiples unidades, cada una con uno o más puntos de recolección y colocación, unidades de almacenamiento de estantería que pueden ser de naturaleza estática o móvil, a las que se puede acceder por un solo lado o por múltiples lados, y robots en configuraciones que pueden necesitar de uno solo o múltiples robots que interactúan con una variedad de configuraciones de transportadores y sistemas de almacenamiento de estantería.

Claims (13)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un aparato para el manejo de cajas, que comprende: por lo menos un sistema transportador de cajas que tiene un punto de recolección de cajas y un punto de liberación de cajas; por lo menos un robot; una unidad de almacenamiento de estantería; dicho robot puede ser controlado en un modo para recoger cajas de dicho punto de recolección, para colocar las cajas en dicha unidad de almacenamiento de estantería para su almacenamiento, para recuperar las cajas en dicha unidad de almacenamiento y para liberar las cajas recuperadas en dicho punto de liberación, y en otro modo para permitir el paso de cajas en dicho sistema transportador directamente a través de dicho punto de recolección y dicho punto de liberación sin ser transferidas por dicho robot hacia dicha unidad de almacenamiento de estantería.

2 - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha unidad de almacenamiento de estantería se dispone en un plano sobre dicho sistema transportador de cajas.

3. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho punto de recolección y dicho punto de liberación están definidos en un solo transportador.

4. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque también incluye por lo menos dos robots, uno dispuesto a cada lado de dicha unidad de almacenamiento de estantería.

5. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha unidad de almacenamiento de estantería es una primera unidad de almacenamiento que comprende por lo menos cuatro lados de almacenamiento, dicho robot está dispuesto entre lados respectivos de dichos lados.

6. - El aparato de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque uno de dichos lados de dichas unidades de almacenamiento de estantería está dispuesto arriba de dicho sistema transportador de cajas.

7. - El aparato de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque también incluye una segunda unidad de almacenamiento de estantería que comprende por lo menos cuatro lados y un segundo robot que está asociado operativamente con la misma, dicha segunda unidad de almacenamiento de estantería está orientada en un lado opuesto de dicho sistema transportador de cajas desde dicha primera unidad de almacenamiento.

8. - Un aparato para el manejo de cajas, que comprende: una fuente de suministro de cajas; una pluralidad de espacios de almacenamiento de cajas en un primer conjunto de espacios de almacenamiento; por lo menos un robot; un transportador de descarga; dicho robot funciona para transferir cajas desde dichos espacios hasta dicho transportador; y en donde las cajas son ubicadas manualmente en dichos espacios.

9. - El aparato de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque incluye dos conjuntos de espacios de almacenamiento; un segundo robot; un segundo transportador de descarga; cada robot está dispuesto operativamente para transferir una caja desde un respectivo conjunto de espacios de almacenamiento hasta un transportador de descarga respectivo.

10. - Un aparato para manejar cajas, que comprende: un primer robot; un primer transportador para alimentar cajas a una posición próxima a dicho primer robot; una pluralidad de espacios de almacenamiento; un segundo robot; un segundo transportador para descargar cajas de dicho aparato; dicho primer robot funciona para recoger cajas de dicho primer transportador y transferir las cajas recogidas hacia un espacio de almacenamiento de cajas; dicho segundo robot funciona para recuperar cajas de dichos espacios de almacenamiento y liberar las cajas recuperadas sobre dicho segundo transportador. 1 1- El aparato de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque dicho primer robot también funciona para hacer pasar las cajas en dicho primer transportador para la descarga directa de las mismas de dicho aparato. 12.- Un método para manejar cajas respectivas en los modos de almacenamiento y de paso, y que comprende los pasos de: introducir cajas en un transportador de alimentación hacia un punto de recolección; recoger las cajas seleccionadas de dicho transportador en dicho punto de recolección con un robot, y suministrar las cajas desde dicho robot a una unidad de almacenamiento de estantería; recuperar las cajas recogidas desde dicha unidad de almacenamiento de estantería con dicho robot y colocar las cajas en un transportador de descarga en un punto de liberación; y hacer pasar las cajas selectivamente a través de dicho punto de recolección y dicho punto de liberación sin recolectar las cajas ni liberarlas de dicha unidad de almacenamiento de estantería. 13.- El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque incluye alimentar y descargar cajas en un solo transportador.