TW202239548A - 托盤處理自主機器人 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種自主托盤處理機器人系統。在各種實施例中，儲存指示待組裝之一組輸出堆疊之資料，各輸出堆疊包含一對應托盤類型之各者之一相關聯組托盤。控制一或多個機器人之操作，該一或多個機器人各經組態以根據一計劃一次抓取、移動及放置一或多個托盤以自托盤之源堆疊迭代揀取托盤且組裝該組輸出堆疊，包含藉由通過將自一或多個對應源堆疊揀取之托盤連續放置於該輸出堆疊托盤上來構建各輸出堆疊。該等機器人之各者包括經組態以在無來自另一機器人之協助的情況下抓取、移動及放置一或多個托盤之一機器人臂及一托盤處理末端效應器。

Description

托盤處理自主機器人
本發明係關於一種托盤處理自主機器人。
在某些倉庫及類似操作中，在本文中有時指稱「線配組」之一組任務可經執行以組裝物品之堆疊托盤用於進一步配送，諸如遞送至一零售銷售點。可接收含有相同類型物品之托盤堆疊，且托盤可自不同同質堆疊抽取，各堆疊具有一對應類型之物品托盤以組裝托盤之一混合堆疊，例如，以發送至一給定目的地。
例如，麵包店可烘烤不同類型之產品且可用一對應同質型產品(諸如一特定類型之麵包或其他烘焙食品)填充可堆疊托盤。托盤堆疊可由麵包店提供(例如)至一配送中心。一個堆疊可包含盛放數條切片白麵包之托盤，另一者可具有盛放數條全麥麵包之托盤、盛放數包藍莓紙杯蛋糕之又另一托盤等等。托盤可自各種堆疊抽取以組裝一(可能)混合之堆疊托盤。例如，可組裝一堆疊之六托盤白麵包、三托盤全麥及一托盤藍莓紙杯蛋糕(例如)用於遞送至一零售商店。
儘管以上實例涉及不同類型之烘焙食品之托盤，但在其他線配組操作中，可堆疊托盤可盛放其他產品。
在一典型方法中，托盤由工人操作。托盤可包含握柄以使一工人能夠抓取及移動托盤，例如，藉由將工人的手放在握柄上或握柄中。工人之此類工作可引起疲勞或受傷，可花費很長時間完成，且可能容易出錯。
根據本發明之一第一態樣，一種自主托盤處理機器人系統包括：一記憶體，其經組態以儲存指示待組裝之一組輸出堆疊之資料，各輸出堆疊包含一對應托盤類型之各者之一相關聯組托盤；及一處理器，其耦合至該記憶體且經組態以控制一或多個機器人之操作，該一或多個機器人各經組態以根據一計劃一次抓取、移動及放置一或多個托盤以自托盤之源堆疊迭代揀取托盤且組裝該組輸出堆疊，包含藉由通過將自一或多個對應源堆疊揀取之托盤連續放置於該輸出堆疊上來構建各輸出堆疊；其中該等機器人之各者包括經組態以在無來自另一機器人之協助的情況下抓取、移動及放置一或多個托盤之一機器人臂及一托盤處理末端效應器。
根據本發明之一第二態樣，一種用於抓取、移動及放置一或多個托盤之末端效應器裝置包括：一橫向構件，其經組態以附接至一機器人臂之一自由移動端；一被動側面構件，其在一第一遠端處耦合至該橫向構件且經組態以機械接合一托盤之一第一側上之一第一結構；一主動側面構件，其在與該第一遠端對置之一第二遠端處耦合至該橫向構件且經組態以機械接合與該托盤之該第一側對置之該托盤之一第二側上之一第二結構；及一主動側致動裝置，其包括耦合至該橫向構件之一固定元件及依一方式在該主動側面構件之一上端處或該上端附近耦合至該主動側面構件之一主動元件，該方式使得該主動側致動裝置之致動移動該主動元件以引起該主動側面構件圍繞一旋轉軸旋轉至其中該主動側面構件實質上平行於該橫向側面構件之一位置中。
根據本發明之一第三態樣，一種自主托盤處理之方法包括：儲存指示待組裝之一組輸出堆疊之資料，各輸出堆疊包含一對應托盤類型之各者之一相關聯組托盤；控制一或多個機器人之操作，該一或多個機器人各經組態以根據一計劃一次抓取、移動及放置一或多個托盤以自托盤之源堆疊迭代揀取托盤且組裝該組輸出堆疊，包含藉由通過將自一或多個對應源堆疊揀取之托盤連續放置於該輸出堆疊上來構建各輸出堆疊；其中該等機器人之各者包括經組態以在無來自另一機器人之協助的情況下抓取、移動及放置一或多個托盤之一機器人臂及一托盤處理末端效應器。
根據本發明之一第四態樣，一種體現於一非暫時性電腦可讀媒體中之電腦程式產品，其包括電腦指令用於：儲存指示待組裝之一組輸出堆疊之資料，各輸出堆疊包含一對應托盤類型之各者之一相關聯組托盤；控制一或多個機器人之操作，該一或多個機器人各經組態以根據一計劃一次抓取、移動及放置一或多個托盤以自托盤之源堆疊迭代揀取托盤且組裝該組輸出堆疊，包含藉由通過將自一或多個對應源堆疊揀取之托盤連續放置於該輸出堆疊上來構建各輸出堆疊；其中該等機器人之各者包括經組態以在無來自另一機器人之協助的情況下抓取、移動及放置一或多個托盤之一機器人臂及一托盤處理末端效應器。
本發明可依數個方式實施，包含作為一程序；一設備；一系統；一物質組合物；體現於一電腦可讀儲存媒體上之一電腦程式產品；及/或一處理器(諸如經組態以執行儲存於一記憶體上之指令及/或由該記憶體提供之指令之一處理器，該記憶體耦合至該處理器)。在本說明書中，此等實施方案或本發明可採用之任何其他形式可指稱技術。一般而言，所揭示程序之步驟順序在本發明之範疇內可改變。除非另有說明，否則一組件(諸如描述為經組態以執行一任務之一處理器或一記憶體)可作為經暫時組態以在一給定時間執行該任務之一般組件或經製造以執行該任務之一特定組件而實施。如本文中所使用，術語「處理器」係指經組態以處理資料之一或多個裝置、電路及/或處理核心(諸如電腦程式指令)。
下文連同繪示本發明原理之附圖提供本發明之一或多個實施例之一詳細描述。本發明係結合此等實施例描述但本發明並不限於任何實施例。本發明之範疇僅限於申請專利範圍且本發明涵蓋數個替代、修改及等效物。在以下描述中闡述數個具體細節以提供對本發明之一全面理解。為實例之目的提供此等細節且本發明可根據申請專利範圍實踐而無需部分或全部此等具體細節。為了清楚目的，未詳細描述與本發明相關之技術領域中之已知技術材料以不必要地使本發明不清楚。
揭示一種自主托盤處理線配組機器人。在各種實施例中，如本文中所揭示之一線配組機器人包含具有包括用於抓取物品之一托盤之結構之如本文中所揭示之一末端效應器之一機器人臂。在各種實施例中，一或多個此等機器人可在一單一工作空間中一起操作以抓取來自源堆疊之托盤且將其等單獨或成組地移動至根據發票、清單或指示需要組裝之輸出堆疊之其他輸入資料組裝之目的地堆疊。在一些實施例中，如本文中所揭示之兩個或更多個機器人可在相同軌道或其他運輸結構上操作。操作經協調以避免碰撞且有效利用所有機器人來完成一整套線配組任務，諸如根據諸如發票、清單等等之輸入資訊來組裝各具有一對應托盤混合之複數個輸出堆疊。
在各種實施例中，如本文中所揭示之一托盤處理機器人系統包含由協調含有包裝食品或任何其他商品或其他物品之托盤之履行之多個機器人佔據之一單一軌道系統。托盤可依各種高度之堆疊到達且在各種定向上堆疊。在一些實施例中，系統被分成兩側：其中同質堆疊進入之一輸入側及專用於各種客戶及/或其他目的地且藉由基於(例如)一訂單清單自輸入側配組各種產品形成之一輸出側。
在一些實施例中，多個機器人在相同軌道或其他運輸系統上操作。例如，兩個或更多個機器人可在相同軌道系統上操作。各機器人安裝於可在機器人控制下沿軌道移動之一底盤上，機器人彼此獨立。機器人彼此感知且協調其等運動以最佳化訂單履行。各機器人利用經設計以抓取托盤之一單一托盤夾持器。在各種實施例中，夾持器係模組化的且可適應各種不同托盤。
圖1A係繪示一機器人線配組系統之一實施例的一方塊圖。在所展示之實例中，系統100包含在此實例中自一輸入端(暫存及裝載區域) 108饋入之沿一輸入堆疊運送工具106移動之源托盤堆疊102、104。在此實例中，源托盤堆疊102、104之各者經展示為堆疊於一滾輪車或底盤上。在各種實施例中，托盤堆疊102、104可經手動推動至運送工具106 (其可為一傳送帶或經組態以使源托盤堆疊102、104前進通過由運送工具106界定之工作空間之其他結構)上。在一些實施例中，其上堆疊源托盤之底盤或其他基底結構可為自推進的。在一些實施例中，源托盤堆疊102、104可在機器人控制下透過/藉由運送工具106前進。例如，源托盤堆疊102、104藉由/透過運送工具106前進所依之速度及時間可經控制以促進托盤自源托盤堆疊102、104之有效抓取。
在所展示之實例中，一單一軌道110沿運送工具106之一個長側安置。在此實例中，兩個機器人(一個包括機器人臂112且另一者包括機器人臂114)彼此獨立地可移動安裝於軌道110上。例如，各機器人臂112、114可安裝於沿軌道110騎乘之一自推進底盤上。在此實例中，各機器人臂112、114終止於一托盤處理末端效應器116、118。在各種實施例中，托盤處理末端效應器116、118在機器人控制下操作以自一源托盤堆疊102、104抓取一或多個托盤。如圖1A中所展示，各末端效應器116、118包含附接至機器人臂112、114之末端之一橫向構件。一側面構件安裝於橫向構件之各端上。如所展示，在各種實施例中，側面構件之至少一者在機器人控制下打開或關閉以使一托盤能夠被抓取(藉由關閉側面構件)或釋放(藉由打開側面構件)。
在各種實施例中，各末端效應器116、118包含一個非移動(「被動」)側面構件及一個可移動(「主動」)側面構件。在此實例中，可移動或「主動」側面構件擺動打開(其中展示末端效應器116之位置)(例如)以使末端效應器被放置於位置中以抓取一或多個托盤，且擺動關閉(其中展示末端效應器118之位置)(例如)以完成一或多個托盤之一抓取。
在各種實施例中，各末端效應器116、118在各側面構件上包含一或多個突出部或類似結構，其大小及形狀使得突出部等等裝配至(若干)托盤將抓取之側中之孔或其他開口中且在各種實施例中可在機器人控制下滑動至孔或其他開口中。例如，在一些實施例中，側面構件之內面上之突出部(本文中有時稱為「拇指」)可入槽一托盤之對置側上之握柄(例如，經設置大小以容納一人手)中，如下文更充分描述及繪示。
在各種實施例中，各自機器人112、114同時完全自主地操作以自源托盤堆疊102、104揀取托盤且將其等放置於來自運送工具106及源托盤堆疊102、104之軌道110之一對置側上之一目的地托盤堆疊組裝區域中之目的地托盤堆疊(諸如堆疊120、122)上。在各種實施例中，目的地托盤堆疊可根據發票、清單、訂單或其他資訊來組裝。例如，針對複數個實體目的地(例如零售商店)之各者，與此目的地相關聯之一目的地堆疊(例如，根據由目的地放置之一訂單)係藉由自各自源托盤堆疊102、104選擇托盤且將其等堆疊於一對應目的地托盤堆疊120、122上來構建。經完成目的地托盤堆疊120、122可自目的地托盤堆疊組裝區域移除(如由箭頭124指示)(例如)以放置於卡車、軌道車、貨櫃等等上以遞送至一較遠目的地，諸如一零售商店。
進一步參考圖1A，在所展示之實例中，系統100包含：一控制電腦128，其經組態以與包括系統100之機器人元件(在各種實施例中包含運送工具106之一或多者)無線通信；滾輪底盤，其上堆疊源托盤堆疊102、104 (若自推進)；機器人臂112、114及/或軌道110上之其上安裝機器人臂112、114之各自底盤；及機器人控制之托盤處理末端效應器116、118。在各種實施例中，機器人元件由控制電腦128基於輸入資料(諸如發票、訂單及/或清單資訊)以及輸入狀態資訊(諸如指示哪個源托盤堆疊包含哪些類型及/或數量之產品之庫存資料)來控制。
在各種實施例中，源托盤堆疊102、104可在運送工具106之輸入端108處插入至一閘門或其他入口/控制結構中。運送工具106可包括沿軌道110移動源托盤堆疊102、104以最佳化處理量且最小化機器人位移之一設備(堆疊移動器)，(例如)藉由最小化機器人臂112、114沿軌道必須移動多遠及/或多少次以抓取源托盤且將其等放置於各自目的地堆疊上。源托盤堆疊102、104可與不同方向/重量/及重量分佈之托盤一起進入。系統100使用力及力矩控制來操作機器人臂112、114以將一拇指或其他突出部輕柔且牢固插入至一托盤中且計劃其運動及托盤軌跡以不與本身或環境碰撞。在各種實施例中，各機器人臂112、114在大致2.5m寬之一非常緊密空間中操作且具有一非常小的佔據面積。機器人利用其整個工作空間且智能計劃其運動以最佳化其抓取。其認識到執行定向更改且在避免障礙物同時相應地處理之需要。機器人移動至對應於正確客戶之正確輸出(目的地堆疊120、122)同時與軌道110上之其他機器人協調。其接著使用先進力控制及與環境之互動來找出一適當放置策略。接著，循環重新開始。
在圖1A中所展示之實例中，系統100包含一3D攝影機126。在各種實施例中，系統100可包含複數個3D (或其他)攝影機(諸如攝影機126)，且可使用由此等攝影機產生之影像及深度資料來產生工作空間及場景(諸如圖1A中所展示之場景/狀態)之至少相關部分之一三維視圖。在一些實施例中，諸如攝影機126之攝影機可用於識別包括一托盤堆疊之源托盤中之托盤之內含物，例如藉由辨識此等物品之大小、形狀、包裝及/或標籤，及/或藉由辨識源堆疊托盤本身之形狀、色彩、尺寸或其他屬性及/或藉由讀取托盤上或由托盤發射之條碼、QR碼、射頻標籤或其他基於影像或非影像之資訊。
在各種實施例中，由諸如攝影機126之攝影機產生之影像資料用於將機器人臂及末端效應器移動至靠近一托盤或將自一源堆疊抓取及揀取之兩個或更多個托盤之堆疊之一位置中及/或將(若干)托盤定位成靠近其等將被放置之一目的地(例如，一對應目的地堆疊之頂部處)。在一些實施例中，如下文更全面描述，力控制用於完成一揀取/抓取事件及/或一放置事件之最後場景。
儘管圖1A中展示安裝至系統100之工作空間中之一壁之一單一攝影機126，但在各種實施例中，多個攝影機可靜態安裝於一工作空間中。另外或相反，一或多個攝影機可安裝於各機器人臂112、114上或各機器人臂112、114附近(諸如臂本身上及/或末端效應器116、118上)，及/或在沿軌道110上移動時與機器人臂112、114一起行進之一結構上。
圖1B係繪示一機器人線配組系統之一實施例的一方塊圖。在圖1B中，展示其中圖1A之系統100可操作之一工作空間之一俯視圖之一實例。在所展示之實例中，機器人臂112、114沿一共同軌道110移動(如圖1A中)以自沿傳送器106移動之源堆疊140接取及揀取托盤且將托盤放置於來自源堆疊140及運送工具106之軌道110之對置側上之目的地堆疊組裝區域中之對應目的地堆疊142上。在此實例中，一工人將源堆疊手動饋入運送工具106上，但在一些實施例中，一機器人工人(例如)根據程式化產生之計劃執行此任務之全部或部分以履行一組訂單，各訂單與一對應目的地相關聯。當目的地堆疊142完成時，其等自目的地堆疊組裝區域移出，如圖1B之頂部之箭頭所指示，其對應於圖1A之箭頭124。
儘管在圖1A及圖1B中所展示之實例中，托盤各僅含有一種類型之時間，但在其他實施例及應用中，具有物品混合之源托盤及目的地托盤可經處理以組裝如本文中所揭示之目的地托盤堆疊。類似地，儘管在圖1A及圖1B中所展示之實例中，源托盤堆疊各僅含有相同類型及內含物之托盤，但在其他實施例及應用中，源托盤堆疊可包含托盤及/或物品類型之一混合。例如，控制電腦128可提供有指示哪種類型之托盤位於各源托盤堆疊中之哪個位置中之資訊，且可使用此資訊連同指示各目的地托盤堆疊之所需內含物之清單或其他資訊以藉由揀取各來自一源托盤堆疊上之一對應位置之所需托盤且將托盤添加至一對應目的地堆疊來構建所需目的地托盤堆疊。
圖2A係繪示用於組裝托盤堆疊之一自主程序之一實施例的一狀態圖。在各種實施例中，根據狀態圖200之處理係由一控制電腦(諸如圖1A之電腦128)執行。在所展示之實例中，一計劃狀態、程序及/或模組202產生且動態更新一計劃以藉由使用如本文中所揭示之機器人工具自同質或非同質源托盤堆疊揀取托盤且(例如)根據一組訂單、發票、清單等等構建各具有一或多個類型之托盤之目的地堆疊來組裝輸出托盤堆疊。計劃狀態、程序及/或模組202接收指示已完成哪個目的地托盤堆疊、哪個源托盤堆疊已移動至工作空間中之回饋及/或可用於連續更新計劃以揀取及放置(堆疊)托盤以組裝目的地堆疊之其他狀態及背景資訊。在狀態204中，控制一給定機器人工具(例如機器人臂112及/或114及相關聯末端效應器116及118，在圖1A中所展示之實例中)之一程序根據如自計劃狀態、程序及/或模組202接收之一當前整體計劃判定將自一源堆疊移動至一目的地堆疊之下一組一或多個托盤。例如，機器人可判定自一源堆疊抓取一個、兩個或更多個托盤以將其添加至(或開始一新的)目的地堆疊。機器人進入狀態206 (其中形成一策略及計劃，其可經判定以進行以下之一或多者：移動至位置中以抓取(若干)托盤，抓取托盤及/或開始將其等朝向目的地堆疊位置)；且機器人移動至位置中且抓取托盤。一旦(若干)托盤已經抓取，機器人即進入狀態208，其中托盤沿一計劃(且視需要動態調適)軌跡移動至目的地堆疊附近，例如懸停於目的地堆疊上方之一位置及/或其上將構建目的地堆疊之一位置或結構。在狀態210中，機器人將(若干)托盤放置於目的地堆疊上。在一些實施例中，狀態210包含在力控制下之操縱以驗證(若干)托盤是否牢固放置於目的地堆疊上，(例如)藉由向前及向後(或左右，在適當情況下)移動(或嘗試移動)(若干)托盤以確保任何互連結構對準且良好入槽，諸如托盤之底部上之突片經放置成裝配至其上放置(若干)托盤之托盤之側壁中之對應凹槽中。一旦托盤經判定為已經牢固放置，機器人即釋放(若干)托盤且重新進入狀態204，其中下一組一或多個托盤經判定為自一對應源堆疊揀取且移動至一對應目的地堆疊，例如根據自計劃狀態、程序及/或模組202接收之整體計劃資訊。在各種實施例中，如本文中所揭示之一機器人系統繼續循環通過圖2A之狀態204、206、208及210直至所有目的地堆疊已經組裝。
圖2B係繪示用於組裝托盤堆疊之一自主程序之一實施例的一流程圖。在各種實施例中，控制一或多個托盤處理機器人之一程序或模組實施圖2B之程序220。在各種實施例中，圖2B之程序220由在一控制電腦(諸如圖1A之控制電腦128)上運行之程序或模組執行。在所展示之實例中，在222中，一特定組一或多個托盤經判定為自一源堆疊移動至一目的地堆疊。在一些實施例中，一機器人臂具有適應一次僅揀取及放置一個托盤之一末端效應器。在其他實施例中，一機器人具有可(例如)藉由抓取待抓取之堆疊中之托盤之一最底部托盤來抓取兩個或更多個托盤之一堆疊之一末端效應器。在224中，判定移動至(若干)托盤且抓取(若干)托盤之一策略。例如，機器人可計劃及實施一組操縱以將其末端效應器移動至待抓取之(若干)托盤上方或以其他方式靠近(若干)托盤之一位置。判定及實施抓取(若干)托盤之一策略。在226中，判定及執行將(若干)托盤移動至一目的地堆疊之一計劃(例如軌跡)。軌跡/計劃考量工作空間中之障礙物(諸如其他堆疊)及與其他機器人工具之潛在衝突，諸如在相同工作空間中操作之另一揀取/放置機器人(例如圖1A之機器人112、114)。在228中，判定及執行將(若干)托盤放置於對應目的地堆疊頂部上之一策略。在230中，(例如)向一計劃程序或模組報告揀取/放置操作之結果。重複步驟222、224、226、228及230之後續迭代直至在232中判定處理完成，例如所有目的地堆疊已經完成。
圖3A係繪示一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。在所展示之實例中，末端效應器300包含一被動側面構件304固定至其且一主動側面構件306鉸接或依其他方式使得主動側面構件306能夠移動至促進末端效應器300移動至一位置中以抓取一托盤之一打開位置之一方式可移動安裝至其之一橫向構件302。一主動側拇指308定位於側面構件306之一內面上(或包括側面構件306之內面之一整體部分或特徵)。
主動側拇指308及被動側面構件304之內面上之一對應結構(圖3A中不可見)具有適合於插入至將由末端效應器300抓取之一托盤之對置側上之一握柄或其他凹槽或孔中之一大小及形狀。在各種實施例中，拇指308係可移除且可替換的，例如在其等因使用磨損而替換或與具有適合於抓取(例如)一不同類型之托盤之一不同形狀、尺寸、材料等等之一拇指更換。如圖3A之右邊之三視圖中所展示，在所展示之實例中，拇指308之四側之各者上具有凸形表面308a至308d。在各種實施例中，凸形表面308a至308d促進使用力及力矩控制以將拇指308插入至待抓取之一托盤之側中之一手柄或其他孔或凹槽中。在一些實施例中，凸形表面與主動力控制及定向阻抗控制結合使用以確保一輕柔且牢固最終抓取，其中主動側完全進入托盤中。例如，即使未完美對準，接合於一孔之一側或邊緣中之一凸形表面308a至308d可使拇指308之剩餘部分更容易更完全地滑入孔中。在各種實施例中，位於拇指底部處之平坦表面308e (最靠近其上安裝拇指308之側面構件304、306之內側壁)使得末端效應器300及被抓取之(若干)托盤之間的失準能夠被校正及/或對準被改良。例如，在一揀取場景，被動側304之一拇指可移動至靠近待抓取之托盤之一個側上之一手柄或其他孔之位置中。可在力控制下使用凸形面308a至308d來將拇指部分滑入孔中。靠近拇指之底部之平坦表面308e可用於在關閉主動側面構件306之前較佳對準被動側與托盤。
進一步參考圖3A，在所展示之實例中，末端效應器300包含安裝於橫向構件302上之一力感測器310及用於將末端效應器300附接至一機器人臂之一支架312。在一些實施例中，末端效應器300可經由透過支架312中之一孔插入之一銷附接至一機器人臂，以使末端效應器300能夠自由擺動及/或在機器人控制下圍繞銷之一縱軸旋轉(例如，使用一或多個馬達)。
圖3B係繪示一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。在圖3B中所展示之狀態中，主動側面構件306已經打開至打開位置，例如藉由一氣動或液壓活塞、馬達或容置於圖3B中之橫向構件302 (圖中未展示)中之其他動力及結構。
在各種實施例中，如本文中所揭示之托盤揀取操作係平穩的、輕柔的且精確的且容忍不確定性及干擾。在各種實施例中，一揀取場景包含以下之一或多者： •自懸停姿勢(堆疊上方)降低至一目標姿勢(相鄰托盤)，加上高度檢查以改良對托盤手柄位置之估計及一動態目標調整。 •使用末端效應器之主動側表面來控制軌道方向上之任何不確定性，不論是放錯托盤或一人為錯誤。在各種實施例中，在移動至懸停姿勢之後，機器人降低至與手柄對準之位置，且在其進行此降低運動同時，使用力控制來確保在軌道方向上之對準係完美的。此很可能係因為夾持器幾乎完全適合托盤之長度，且任何不對準可導致接觸。此接觸經確保在主動側面板上，其具有一對角平面，即意謂吾人可有效利用其與[未對準]托盤之間的接觸來使用力控制調整吾人位置。 •繼續使用三個自由度(3 DOF)力控制器(例如，基於來自力感測器310之感測器讀數)以找到被動側上之(托盤手柄)狹槽之位置且使用拇指之凸度(例如，表面308a至308d之一或多者，取決於哪個與托盤接合)將被動側拇指插入狹槽中。在一些實施例中，一6DOF控制器用於執行XYZ力控制以確保拇指插入且執行XYZ軸力矩以確保被動側面板之平面抵靠托盤外表面之平面齊平。 •使用拇指之平坦末端(例如308e)來調整任何定向失配。 •當一切正常時，用力/力矩控制關閉主動側(例如，306)以解決托盤姿勢中之任何剩餘定向或位置不確定性，且抬升托盤以針對抓取品質進行全面檢查(例如，預期重量、經平衡且依其他方式與良好抓取一致之力及力矩)。在一些實施例中，當夾持器之狀態被視為良好時，主動側在啟用力/力矩控制情況下關閉以改良及校正任何剩餘定向/位置錯誤，其確保托盤之輕柔處理。 •若機器人偵測與堆疊中之托盤之重量或品質或堆疊本身之品質相關之任何異常，則機器人安全地中止揀取。
圖4係繪示使用一機器人控制之托盤處理末端效應器抓取一或多個托盤之一程序之一實施例的一流程圖。在各種實施例中，圖4之程序400由一控制電腦(諸如圖1A之控制電腦128)執行(例如)以控制一單一機器人托盤處理機器人(諸如圖1A及圖1B之機器人112、114及/或配備有諸如圖3A及圖3B之末端效應器300之一托盤處理末端效應器之一機器人)。在所展示之實例中，在402中，一被動側面構件(「臂」)移動至靠近待抓取之托盤之一側中之一握柄或其他孔或凹槽之一位置。主動側面構件可放置於一打開位置中以促進將托盤處理末端效應器移動至位置中而不必將末端效應器升高至足以(例如)清除源堆疊之頂部之一高度。在404中，力控制用於將被動側拇指(或類似突出部或結構)入槽托盤孔(或凹槽)中。插入可包含階段，包含最初使用拇指之凸形表面來將拇指滑入至孔或凹槽中且接著使用力控制來將拇指進一步及/或更完全插入孔或凹槽中，包含藉由將拇指之平坦表面滑入孔或凹槽中以確保末端效應器與托盤完全對準。在406中，主動側面構件經關閉且力控制用於將主動側面構件之拇指(或類似結構)入槽與被動側面構件對置之側上之托盤上之孔或凹槽中。在408中，機器人測試其對托盤之抓取，且若在410中判定抓取係牢固的，則機器人在412中將托盤移動至其目的地。若在410中判定抓取係不牢固的，則在414中調整抓取且在408中再次測試。例如，機器人可將托盤放回於源堆疊上，釋放托盤且嘗試一新的抓取。或機器人可將托盤至少部分安置於源堆疊上且嘗試調整其夾持而不完全釋放托盤，例如藉由使用力控制來分別嘗試將被動及/或主動側拇指更完全入槽托盤中。
在各種實施例中，如本文中所揭示之一單一機器人托盤夾持機器人使用0m至2.7m之一垂直工作空間，其允許機器人揀取非常高的堆疊及非常低的堆疊，同時避免障礙物及奇異點。機器人可使用一組工具安全且無碰撞地自任何給定位置及定向重設自身以計算其最佳重設策略。在一給定揀取場景中，若機器人實體上能夠清除托盤且移動至托盤上方之一懸停位置，則使用利用避免碰撞及與一位置軌跡耦合之定向插值之一組合之一直接範例，機器人將首先分析其目標之姿勢，確認目標及姿勢，且接著計劃安全到達目標之最佳方式。若機器人認識到歸因於機器人工作空間限制而無法清除高大堆疊，則其將計劃一系列關節運動以將自身直接定位至插入位置，而無需首先懸停於其上方。
在各種實施例中，在執行檢查以確保以成功且牢固抓取之後，機器人移動以使用一組軌道運動定向插值及避免碰撞來清除源堆疊上剩餘之頂部托盤且沿一計劃軌跡行進至目的地堆疊附近，例如目的地堆疊之頂部上方之一「懸停」位置。
圖5A係繪示一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。在所展示之實例中，圖3A及圖3B之末端效應器300經展示為處於其中主動側面構件306處於一打開位置之一狀態。在各種實施例中，主動面板(例如側面構件306)之啟動由一經緩衝雙向氣缸執行。在如圖5A中所展示之位置中，末端效應器300靠近但尚未緊鄰於托盤502，在此實例中其在托盤502之對置側上具有手柄或孔504及506。
圖5B係繪示一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。在所展示之狀態中，被動側面構件304已接合托盤502，例如藉由將被動側面構件304之一拇指(圖中未展示)入槽至托盤502之近側壁上之手柄或另一孔506。例如，在各種實施例中，可使用用於將末端效應器300之被動側面構件304移動至靠近托盤502之孔506之一位置之位置控制及用於將被動側面構件304之一拇指或其他突出部或結構入槽孔506中之力控制之一組合。
圖5C係繪示一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。在所展示之實例及狀態中，末端效應器300之主動側面構件306已經關閉且入槽至托盤502之孔504中，例如藉由將主動側面構件306之拇指308插入至孔504中，如圖中所展示。
儘管一單一托盤在圖5A至圖5C中展示為被抓取，但在各種實施例中，如本文中所揭示之一單一機器人托盤處理機器人可抓取兩個或更多個堆疊托盤，例如藉由依圖5A至圖5C中所繪示之方式抓取其等之一最底部者。機器人可接著抬升及移動包括其抓取之托盤之堆疊，及其抓取之托盤之頂部上堆疊之任何托盤。在各種實施例中，至少部分藉由接合已經抓取之堆疊中之托盤之外面之側面構件(例如304、306)之內面來維持穩定性。
圖6A係繪示一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。在各種實施例中，諸如圖3A及圖3B之末端效應器300之一末端效應器可包含如圖6A中所展示之結構。在所展示之實例中，末端效應器600包含一橫向構件602及具有經組態以插入至一托盤之一第一側上之一手柄或其他孔或凹槽中之一被動側拇指605之一被動側面構件604。末端效應器進一步包含具有一主動側拇指608之一主動側面構件606。主動側面構件606包含安裝於主動側面構件606之內側面之上部上之一突片或支架610，其在此實例中經定位以與穿過橫向構件602之一孔(或一組孔) 612對準。
圖6B係繪示一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。在各種實施例中，諸如圖3A及圖3B之末端效應器300之一末端效應器可包含如圖6B中所展示之結構。在所展示之實例及狀態中，圖6A之末端效應器600經展示為處於一組裝完成狀態(且處於主動側面構件606之一關閉位置)。一凸肩螺栓(或鉸鏈銷，或類似結構) 614經展示為插入穿過(若干)孔612及突片/支架610。一氣缸或液壓缸616安裝(例如，藉由一樞軸支架或其他支架)至橫向構件602內之一內表面。
在各種實施例中，缸體616及端桿618包括一經緩衝雙向氣缸。主動面板(例如側面構件606)之啟動藉由啟動缸體616來執行。氣缸616之端桿618連接至主動面板606。主動面板(其經由藉由將凸肩螺栓614插入穿過(若干)孔612及突片或支架610來形成之一樞軸接頭可旋轉連接至橫向構件)由氣缸推動/拉動以分別關閉/打開主動面板606。在各種實施例中，氣缸616之啟動由一四通兩位單螺線管控制。
在一些實施例中，諸如末端效應器600之一末端效應器包含靠近主動側面構件606安裝之一限位開關，其經定位以在主動側面構件(完全)處於關閉位置時被觸發，如圖6B中所展示。
圖6C係繪示一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。在所展示之實例及狀態中，缸體616已經啟動以拉入端桿618，導致主動側面構件606被拉入打開位置，如圖中所展示。
在各種實施例中，末端效應器600包含一或多個紅外(IR)感測器，其等各包括安裝於被動側面構件604上之一主動IR發射器及主動側面構件606上之一對應反射器。在一些實施例中，在機器人嘗試揀取一托盤時，當一托盤進入感測器之反射場時，(若干) IR感測器被觸發。在一些實施例中，兩個感測器存在於被動鰭片604中：一個感測器位於鰭片之末端處，而另一感測器放置於其中一托盤在一托盤由一夾持器接合時所處之區域中。主動構件606之拇指中之一第三感測器經引導使得在主動構件606靠近托盤上時，托盤之內手柄區域進入感測器之視野中，因此觸發主動構件606已成功接合於托盤中。
在一些實施例中，橫向構件602及側面構件604、606由碳纖維構成。橫向構件602包括由允許扭轉剛度之一編織碳纖維桿構成之一中空方形樑。側板604、606由3/8英寸碳纖維板構成，按規格加工。
圖7A係繪示一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。在所展示之實例中，托盤處理末端效應器700分別包含一橫向構件702及可拆離及/或模組化被動側面構件704及主動側面構件706。如圖中所展示，末端效應器700容納且能夠用於僅抓取一單一托盤708。
圖7B係繪示一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。在所展示之實例中，末端效應器700藉由自末端效應器700之橫向構件702拆離且移除側面構件704、706且安裝細長側面構件724及726來提供。在圖7B中所展示之組態中，末端效應器720可用於揀取兩個托盤高之托盤堆疊，即例如，圖7B中所展示之實例中之托盤728及730，例如，藉由將側面構件724、726之各自拇指插入最底部托盤(即所展示之實例中之托盤730)之對置側上之孔中。
圖8A係繪示配備有一導引鰭片之一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。在所展示之實例中，托盤處理末端效應器800包含一橫向構件802、被動側面構件804及主動側面構件806。末端效應器800經由一力感測器810及樞轉支架812附接至一機器人臂(圖中未展示)。在所展示之狀態中，末端效應器抓取一托盤814。例如，被動側804及主動側806之被動側拇指及主動側拇指(圖中未展示)可分別插入至托盤814任一側上之對應孔(圖中未展示)中。
在所展示之實例中，末端效應器800進一步包含分別沿被動側面構件804及主動側面構件806之底部邊緣安裝之導引鰭片818及820。在各種實施例中，導引鰭片818、820沿側面構件804、806之底部邊緣之全部或大部分延伸。如圖中所展示，各導引鰭片818、820具有在底部向外張開之一形狀，使得導引鰭片818、820之各自底部邊緣之間的距離大於托盤814之寬度及在處於關閉位置時被動側面構件及主動側面構件804、806之內面之間的距離，如圖中所展示。
如圖8A中所展示，末端效應器802用於將托盤814定位於托盤816上方(例如)以將托盤814放置至托盤816上。例如，托盤816可為托盤814將添加至其之一目的地堆疊上之最頂部托盤。
圖8B係繪示配備有一導引鰭片之一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。在圖8B中所展示之實例及狀態中，導引鰭片818、820促進使用力控制來將托盤814對準且將托盤814放置至托盤816上，如圖中所展示。在各種實施例中，鰭片818、820具有促進托盤放置之一定程度之順應性。在各種實施例中，鰭片經設計以具有撓曲性質以增加操作速度及公差以及準確度。
在各種實施例中，如本文中所揭示之一單一機器人托盤夾持機器人進行之托盤放置情景係平穩的、輕柔的且精確的，且能夠容忍不確定性及擺動。在各種實施例中，一放置情景包含以下之一或多者： •使用力控制以自目的地堆疊上方之一懸停位置下降(例如，如圖8A中所展示)且首先接觸導引鰭片(例如，導引鰭片818、820之一或兩者)。 •導引鰭片818、820幫助將放置中托盤引導至與放置中托盤將被放置其上之托盤更對準之一位置中，且導引鰭片818、820亦經由測力計810提供回饋信號以調整傳入托盤在堆疊之頂部上之位置。 •使用力控制，機器人與目的地堆疊穩定接觸且將托盤(例如814)輕柔插入其上。
圖9係繪示用於將一或多個托盤放置於一堆疊上之一自主程序之一實施例的一流程圖。在各種實施例中，圖9之程序900由經組態以控制一或多個單一機器人托盤處理機器人之一控制電腦(諸如圖1A之控制電腦128)執行，如本文中所揭示。在所展示之實例中，在902中，位置控制用於將待放置之一或多個托盤定位於(例如)一目的地堆疊之頂部上。例如，3D攝影機及/或其他影像資料可用於判定目的地堆疊之一位置及定向，且機器人可(例如，沿一軌道)移動至靠近目的地堆疊之一位置中且接著經機器人臂操縱以將托盤定位於目的地堆疊上方。在904中，力控制用於接合目的地堆疊之頂部。例如，參考圖8A及8B中所展示之實例，托盤814可被降低直至導引鰭片818、820之一或兩者之底部邊緣剛好觸碰目的地堆疊之頂部處之托盤816。在906中，力控制用於將托盤(例如托盤814)引導及安置至目的地堆疊之頂部(例如，托盤816之頂部)上。在908中，機器人測試以判定放置中托盤是否與目的地堆疊之最頂部托盤之頂部完全且適當對準且牢固地入槽其中。
在各種實施例中，入槽情景(例如，908)用於確保托盤在堆疊頂部上之穩定性及其適當插入。在z軸(上/下)及y軸(沿軌道之軸以及托盤槽，例如，如圖8A及圖8B中所展示之進出頁面之軸)調整之後，機器人執行一選路以確保第三方向(x軸，如圖8A及圖8B所展示之左右)亦為穩定的。在各種實施例中，一入槽場景包含： •將托盤輕輕拉回狹槽頂部上，因為其被放置於相對於堆疊向前偏移之一位置中。 •一系列力運動使托盤脫開且平穩移動；若力回饋指示托盤過度入槽，則執行矯正動作以反轉狹槽。例如，若系統未能在托盤後部找到一凹口，且在托盤前部存在一等效凹口，則系統嘗試藉由反轉入槽運動之方向來「入槽」。 •藉由前後移動托盤且分析所得力信號來驗證狹槽之品質。在各種實施例中，機器人學習及/或經手動訓練以辨識指示安全(或不安全)入槽之力信號。
若判定托盤已經牢固入槽(910)，則機器人釋放托盤(例如，打開主動側且將被動側拇指自其插入之孔中撤回)且程序結束。若非如此(910)，則在912中調整放置且在908中再次測試。若在一經組態嘗試次數之後無法驗證托盤已經牢固放置，則在各種實施例中，系統提示人工協助其，例如藉由一遠端操作或手動作業。
圖10係繪示經組態以在一特定托盤定向上堆疊之一托盤堆疊之一實例的一圖式。在所展示之實例中，目的地堆疊1000包含堆疊於一托盤1004之頂部上之一托盤1002。一托盤1006將被添加至堆疊1000之頂部。托盤1002、1004、1006各包含位於托盤之頂部處之一對形狀不同之凹槽(例如托盤1002之頂部上之凹槽1010及1014，一個在第一側上且另一者在對置側上)及位於托盤之底部處之對應突出部(例如托盤1006之底部處之突出部1008及1012)。如圖10所展示，突出部1008具有用於配合至凹槽1014中之一大小及形狀，而突出部1012具有用於配合至凹槽1010中之一大小及形狀。然而，如圖中所展示，托盤1006被翻轉，使得突出部1008位於其不匹配之凹槽1010上方，而突出部1012定位於其亦不匹配之凹槽1014上方。
在各種實施例中，如本文中所揭示之一托盤處理機器人系統學習及/或經訓練以辨識與如圖10中所展示之一失準相關聯之一力感測器讀數及/或輪廓。例如，在嘗試將托盤1006放置至托盤1002上時，系統即可偵測托盤1006未依與托盤1006被翻轉至一相反位置相關聯之一方式牢固地入槽托盤1002上，如圖10中所展示。在各種實施例中，回應於偵測如圖10中所展示之一不正確定向，系統抬升托盤(例如1006)，將托盤圍繞z (上/下)軸旋轉180度，且重新嘗試將托盤放置於目的地堆疊之頂部上。
圖11係繪示一托盤處理機器人之一實施例的一圖式。在各種實施例中，諸如圖11之機器人1100之一或多個機器人可包含於如本文中所揭示之一機器人托盤處理系統中，如圖1A及圖1B中之機器人112、114。在所展示之實例中，機器人1100包含安裝於經組態以在機器人控制下沿軌道1108及1110移動之一底盤1106上之一機器人臂1102及托盤處理末端效應器1104。包括垂直支撐件1112及1114及上框架1116之一上部結構針對3D攝影機1118、1120、1122及1124提供安裝位置。在各種實施例中，一或多個3D攝影機可靠近機器人之底部放置。
在各種實施例中，機器人1100部署於如圖1A及圖1B中所展示之一托盤處理系統中。源托盤堆疊可提供於軌道1108及1110之一個側上(例如，超出軌道1108，如圖中所展示)且目的地托盤堆疊可構建於軌道1108及1110之對置側上(例如，更靠近檢視器之軌道1110之側上，如圖中所展示)。源托盤堆疊側上之攝影機對(例如1118、1120)及目的地托盤堆疊側上之攝影機對(例如1122、1124)用於提供機器人1100定位及作業附近之工作空間之相關部分之一視圖。
在各種實施例中，影像資料可用於進行以下之一或多者：避免與工作空間中存在之其他機器人、托盤堆疊及其他物品碰撞；計劃軌跡；及在位置控制下將末端效應器1104及/或一托盤定位於末端效應器1104之抓取中在至少一初始位置。
在一些實施例中，攝影機1118、1120、1122及1124包含於用於控制如本文中所揭示之一機器人托盤處理系統之一視覺系統中。在一些實施例中，視覺系統經設計為自校準。機器人使用安裝於其關節之一者上之一標記且將標記暴露給系統中之攝影機，例如攝影機1118、1120、1122及1124，其等辨識標記且執行一姿勢估計以理解其自身在世界座標中之姿勢。機器人使用避免碰撞來計劃其運動以將標記置於接近於攝影機之一位置以獲得以高品質校準。
在一些實施例中，一次性手動程序跟隨自動校準以進一步確保程序之品質。一點雲上覆於系統之模擬圖形之頂部上且一人類操作者執行一模擬器中之機器人及環境與安裝於機器人上之攝影機所見之點雲之匹配或渲染圖形。進一步驗證程序亦用於驗證世界框架(座標)中之已知高度之物體之感知深度。
在一些實施例中，如本文中所揭示之一系統自校準其自身尺寸。機器人在軌道上上下移動以找到揀取及放置位置且使用力控制來找到輸入輸出狹槽之座標。其動態執行一更新。例如，在一些實施例中，系統使用專門設計之校準運動(包含力控制)來找到稱為「佈局」之輸入及輸出面(存在托盤堆疊之處)之各者之確切位置，且更新多次顯示變動(諸如不平整地面、周邊安裝失準)之內部佈局值。在各種實施例中，機器人在其生命週期內動態執行此等更新。
在一些實施例中，視覺系統近似目標托盤或目標目的地堆疊之姿勢以檢查機器人目標運動。一視覺系統調度程序保證在可能情況下同時檢查且輸入及輸出目標兩者在視場內。
在各種實施例中，如本文中所揭示之一單一機器人托盤處理機器人系統能夠藉由根據一計劃(例如，基於訂單、發票、清單或類似資訊)自源堆疊揀取托盤且構建目的地(輸出)堆疊來可靠、快速且有效地組裝目的地(輸出)堆疊。
儘管為使理解清楚之目的已描述前述實施例之一些細節，本發明並不限於提供之細節。存在實施本發明之諸多替代方式。所揭示實施例係繪示性而非限制性的。
100:系統 102:源托盤堆疊 104:源托盤堆疊 106:輸入堆疊運送工具 108:輸入端 110:軌道 112:機器人臂 114:機器人臂 116:托盤處理末端效應器 118:托盤處理末端效應器 120:目的地托盤堆疊 122:目的地托盤堆疊 124:箭頭 126:攝影機 128:控制電腦 140:源堆疊 142:目的地堆疊 200:狀態圖 202:計劃狀態 204:狀態 206:狀態 208:狀態 210:狀態 220:程序 222:步驟 224:步驟 226:步驟 228:步驟 230:步驟 232:步驟 300:末端效應器 302:橫向構件 304:被動側構件 306:主動側構件 308:主動側拇指 308a:凸形表面 308b:凸形表面 308c:凸形表面 308d:凸形表面 308e:平坦表面 310:力感測器 312:支架 400:程序 402:被動側面構件移動至位置 404:將被動側拇指入槽托盤孔中 406:主動側面構件經關閉且力控制用於將主動側面構件之拇指入槽孔或凹槽中 408:機器人測試其對托盤之抓取 410:判定抓取是否係牢固的 412:將托盤移動至其目的地 414:調整抓取 502:托盤 504:孔 506:孔 600:末端效應器 602:橫向構件 604:被動側面構件 605:被動側拇指 606:主動側面構件 608:主動側拇指 610:突片/支架 612:孔 614:凸肩螺栓 616:缸體 618:端桿 700:托盤處理末端效應器 702:橫向構件 704:被動側面構件 706:主動側面構件 724:側面構件 726:側面構件 728:托盤 730:托盤 800:托盤處理末端效應器 802:橫向構件 804:被動側面構件 806:主動側面構件 810:力感測器 812:樞轉支架 814:托盤 816:托盤 818:導引鰭片 820:導引鰭片 900:程序 902:將一或多個托盤定位於目的地堆疊之頂部上 904:接合目的地堆疊之頂部 906:將托盤引導及安置至目的地堆疊之頂部上 908:判定放置中托盤是否與目的地堆疊之最頂部托盤之頂部完全且適當對準且牢固地入槽其中 910:判定托盤是否牢固入槽 912:調整放置 1000:目的地堆疊 1002:托盤 1004:托盤 1006:托盤 1008:突出部 1010:凹槽 1012:突出部 1014:凹槽 1100:機器人 1102:機器人臂 1104:托盤處理末端效應器 1106:底盤 1108:軌道 1110:軌道 1112:垂直支撐件 1114:垂直支撐件 1116:上框架 1118:3D攝影機 1120:3D攝影機 1122:3D攝影機 1124:3D攝影機
在以下[實施方式]及附圖中揭示本發明之各種實施例。
圖1A係繪示一機器人線配組系統之一實施例的一方塊圖。
圖1B係繪示一機器人線配組系統之一實施例的一方塊圖。
圖2A係繪示用於組裝托盤堆疊之一自主程序之一實施例的一狀態圖。
圖2B係繪示用於組裝托盤堆疊之一自主程序之一實施例的一流程圖。
圖3A係繪示一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。
圖3B係繪示一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。
圖4係繪示使用一機器人控制之托盤處理末端效應器抓取一或多個托盤之一程序之一實施例的一流程圖。
圖5A係繪示一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。
圖5B係繪示一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。
圖5C係繪示一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。
圖6A係繪示一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。
圖6B係繪示一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。
圖6C係繪示一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。
圖7A係繪示一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。
圖7B係繪示一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。
圖8A係繪示配備有一導引鰭片之一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。
圖8B係繪示配備有一導引鰭片之一機器人控制之托盤處理末端效應器之一實施例的一圖式。
圖9係繪示用於將一或多個托盤放置於一堆疊上之一自主程序之一實施例的一流程圖。
圖10係繪示經組態以在一特定托盤定向上堆疊之一托盤堆疊之一實例的一圖式。
圖11係繪示一托盤處理機器人之一實施例的一圖式。
100:系統
102:源托盤堆疊
104:源托盤堆疊
106:輸入堆疊運送工具
108:輸入端
110:軌道
112:機器人臂
114:機器人臂
116:托盤處理末端效應器
118:托盤處理末端效應器
120:目的地托盤堆疊
122:目的地托盤堆疊
124:箭頭
126:攝影機
128:控制電腦

Claims (24)

  1. 一種自主托盤處理機器人系統，其包括： 一記憶體，其經組態以儲存指示待組裝之一組輸出堆疊之資料，各輸出堆疊包含一對應托盤類型之各者之一相關聯組托盤；及 一處理器，其耦合至該記憶體且經組態以控制一或多個機器人之操作，該一或多個機器人各經組態以根據一計劃一次抓取、移動及放置一或多個托盤以自托盤之源堆疊迭代揀取托盤且組裝該組輸出堆疊，包含藉由通過將自一或多個對應源堆疊揀取之托盤連續放置於該輸出堆疊上來構建各輸出堆疊； 其中該等機器人之各者包括經組態以在無來自另一機器人之協助的情況下抓取、移動及放置一或多個托盤之一機器人臂及一托盤處理末端效應器。
  2. 如請求項1之系統，其中該末端效應器包括：一橫向構件，其耦合至該機器人臂；一被動側面構件，其在一第一遠端處耦合至該橫向構件且經組態以機械接合一托盤之一第一側上之一第一結構；及一主動側面構件，其在與該第一遠端對置之一第二遠端處耦合至該橫向構件且經組態以機械接合與該托盤之該第一側對置之該托盤之一第二側上之一第二結構。
  3. 如請求項2之系統，其中該第一結構及該等第二結構各包括一孔、一凹槽及一手柄之一或多者。
  4. 如請求項3之系統，其中該被動側面構件及該主動側面構件各包含經組態以分別插入至該第一結構及該第二結構中之一結構。
  5. 如請求項2之系統，其中該主動側面構件經組態以經由機器人控制放置於一打開位置中且處理器經組態以結合自一源堆疊揀取一或多個托盤之一操作操作該末端效應器，包含藉由向該末端效應器發送一信號以將該主動側面構件放置於該打開位置中。
  6. 如請求項5之系統，其中該主動側面構件經由一鉸鏈、螺栓、銷或類似結構連接至該橫向構件且經組態以藉由圍繞該鉸鏈、螺栓、銷或類似結構之一縱軸旋轉至其中該主動側面構件實質上平行於該橫向構件之一位置中來打開。
  7. 如請求項2之系統，其中該托盤包括將移動至一目的地輸出堆疊之一組兩個或更多個托盤之一最底部托盤。
  8. 如請求項2之系統，其中該處理器經組態以基於影像資料至少部分藉由使用位置控制來揀取一托盤以將該末端效應器之至少該被動側面構件移動至相鄰於該第一結構之一位置中且使用力控制來將包括該被動側面構件或附接至該被動側面構件之一突出部插入至該第一結構中。
  9. 如請求項8之系統，其中該突出部包括經組態以插入至該第一結構中之一拇指結構。
  10. 如請求項9之系統，其中該拇指結構具有用於在力控制下促進插入至該第一結構中之複數個凸面。
  11. 如請求項10之系統，其中該拇指結構包含最靠近該被動側面構件之一端處之一或多個平坦表面，該一或多個平坦表面在完成在力控制下將該拇指結構插入至該第一結構中之後即促進該末端效應器與該托盤之間的對準。
  12. 如請求項8之系統，其中該處理器經進一步組態以在該被動側面構件之該突出部插入至該第一結構中時將該末端效應器之該主動側面構件維持於實質上平行於該橫向構件之一打開位置中，且一旦該被動側面構件之該突出部已經判定為已成功插入至該第一結構中，即將該主動側面構件過渡至一關閉位置。
  13. 如請求項12之系統，其中該處理器經進一步組態以至少部分藉由使用力控制來將包括該主動側面構件之一主動側突出部插入至該托盤之該第二結構中來關閉該主動側面構件。
  14. 如請求項13之系統，其中該處理器經進一步組態以至少部分藉由抬升該托盤且使用附接至該末端效應器之一力感測器判定由該力感測器量測之力及力矩與一成功抓取一致來確認其對該托盤之抓取。
  15. 如請求項14之系統，其中該處理器經組態以基於該抓取不成功之一判定來採取矯正動作。
  16. 如請求項1之系統，其中該處理器經進一步組態以至少部分藉由將一或多個托盤移動至一輸出堆疊上方之一懸停位置且將該一或多個托盤降低至該輸出堆疊上來將該一或多個托盤放置於該輸出堆疊上。
  17. 如請求項16之系統，其中該托盤處理末端效應器包含導引鰭片，該等導引鰭片之各者在該末端效應器之一對應側面構件下方延伸至一距離使得導件之一底部邊緣在該末端效應器之該抓取中之一最底部托盤之一底部下方延伸，該等導引鰭片具有自該末端效應器及托盤之一中心軸向外張開之一橫截面輪廓，使得該等導引鰭片之各自底部邊緣之間的距離大於該托盤之一寬度；且其中該處理器經進一步組態以至少部分藉由降低該一或多個托盤直至該等導引鰭片之一或兩者機械接合該輸出堆疊之一最頂部托盤且使用力控制來使該一或多個托盤在該輸出堆疊上方居中且將該一或多個托盤降低至該輸出堆疊之該最頂部托盤之頂部上來將該一或多個托盤放置於該輸出堆疊上。
  18. 如請求項17之系統，其中該處理器經進一步組態以執行一例程以判定該一或多個托盤已經牢固放置於該輸出堆疊上。
  19. 如請求項18之系統，其中該處理器經進一步組態以基於來自耦合至該末端效應器之一力感測器之讀數來偵測該一或多個托盤已放置於相對於該輸出堆疊之垂直軸異相180度之一位置中，且藉由將該一或多個托盤抬離該堆疊，使該一或多個托盤圍繞該一或多個托盤之一z軸旋轉且將該一或多個托盤放置於該輸出堆疊上來採取矯正動作。
  20. 如請求項1之系統，其中該處理器經組態以同時操作經組態以沿一共用組之一或多個軌道騎乘之兩個或更多個托盤處理機器人。
  21. 如請求項20之系統，其中該等源堆疊經饋送至該組一或多個軌道之一第一側上之一暫存區或結構中且該等輸出堆疊經組裝於與該第一側對置之該組一或多個軌道之一第二側上。
  22. 一種用於抓取、移動及放置一或多個托盤之末端效應器裝置，其包括： 一橫向構件，其經組態以附接至一機器人臂之一自由移動端； 一被動側面構件，其在一第一遠端處耦合至該橫向構件且經組態以機械接合一托盤之一第一側上之一第一結構； 一主動側面構件，其在與該第一遠端對置之一第二遠端處耦合至該橫向構件且經組態以機械接合與該托盤之該第一側對置之該托盤之一第二側上之一第二結構；及 一主動側致動裝置，其包括耦合至該橫向構件之一固定元件及依一方式在該主動側面構件之一上端處或該上端附近耦合至該主動側面構件之一主動元件，該方式使得該主動側致動裝置之致動移動該主動元件以引起該主動側面構件圍繞一旋轉軸旋轉至其中該主動側面構件實質上平行於該橫向側面構件之一位置中。
  23. 一種自主托盤處理之方法，其包括： 儲存指示待組裝之一組輸出堆疊之資料，各輸出堆疊包含一對應托盤類型之各者之一相關聯組托盤； 控制一或多個機器人之操作，該一或多個機器人各經組態以根據一計劃一次抓取、移動及放置一或多個托盤以自托盤之源堆疊迭代揀取托盤且組裝該組輸出堆疊，包含藉由通過將自一或多個對應源堆疊揀取之托盤連續放置於該輸出堆疊托盤上來構建各輸出堆疊； 其中該等機器人之各者包括經組態以在無來自另一機器人之協助的情況下抓取、移動及放置一或多個托盤之一機器人臂及一托盤處理末端效應器。
  24. 一種體現於一非暫時性電腦可讀媒體中之電腦程式產品，其包括電腦指令用於： 儲存指示待組裝之一組輸出堆疊之資料，各輸出堆疊包含一對應托盤類型之各者之一相關聯組托盤； 控制一或多個機器人之操作，該一或多個機器人各經組態以根據一計劃一次抓取、移動及放置一或多個托盤以自托盤之源堆疊迭代揀取托盤且組裝該組輸出堆疊，包含藉由通過將自一或多個對應源堆疊揀取之托盤連續放置於該輸出堆疊托盤上來構建各輸出堆疊； 其中該等機器人之各者包括經組態以在無來自另一機器人之協助的情況下抓取、移動及放置一或多個托盤之一機器人臂及一托盤處理末端效應器。
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