视觉辅助机器人化卸垛机制造技术

一种卸垛机，其具有：货盘站，该货盘站用于接收放置在货盘负载层中的箱的货盘负载；机器人，该机器人具有末端执行器，该末端执行器具有夹持器，该夹持器用于夹持和拾取层中的至少一者并且具有夹持器接合接口，该夹持器接合接口限定（多个）层相对于卸垛末端执行器的预定层接合位置和取向；视觉系统，该视觉系统用于对箱的货盘负载进行成像，并与机器人运动无关地生成（多个）层的顶部的至少一个图像；以及控制器，该控制器接收图像并实现确定（多个）层相对于夹持器接合接口的预定层接合位置和取向的层位置和取向，并且该控制器可操作地联接到机器人，以便定位夹持器，并利用夹持器在夹持器接合接口处捕获和保持（多个）层。器接合接口处捕获和保持（多个）层。器接合接口处捕获和保持（多个）层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】视觉辅助机器人化卸垛机
[0001]相关申请的交叉引用本申请是2019年10月16日提交的美国临时专利申请第62/916,080号的非临时申请并且要求其权益，其全部公开内容通过引用的方式并入本文。

技术介绍

[0002]1.
本专利技术总体上涉及卸垛，且更具体地涉及视觉辅助机器人化的产品卸垛。
[0003]2. 相关发展的简要描述产品的零售配送（无论是传统的“实体”商店、在线商店还是混合零售渠道）都需要提高储存、分拣和运输效率，特别是对于所谓的混合箱或多样性箱（在给定的运输工具内）的配送（无论针对商店补货还是单个订单）而言。智能的/自适应的自动化应用越来越有助于提高包括储存、分类和运输在内的许多配送层级的效率。
[0004]配送中心和仓库通常在结构化货盘（pallet）上接收它们的货品，诸如箱、盒、无盖托盘（tray）、拉伸包装托盘等，它们例如是有序放置的，在他们之间不存在间隙。在本领域中已知卸垛系统用于从货盘上移除产品。已知具有电磁辐射和光学绘图传感器（例如，激光扫描仪、3
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D摄像机等）的传统货盘卸载机（例如，卸垛机），以便绘制出3
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D货盘负载的位置图，从而提高相对于货盘负载的自动化定位。例如，一种用于检测和重建环境以促进与这种环境的机器人交互的传统方法和系统包括确定三维（3
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D）虚拟环境，其中该3
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D虚拟环境表示机器人操纵器的物理环境，该物理环境包括对应于物理环境中相应物理对象的多个3
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D虚拟对象。然后，该方法涉及确定虚拟环境的二维（2
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D）图像，包括2
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D深度图。然后，该方法可包括确定对应于给定的一个或多个物理对象的2
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D图像的部分。然后，该方法可包括：基于该部分和2
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D深度图确定3
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D模型，该3
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D模型与2
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D图像的对应于给定的一个或多个物理对象的部分相对应。然后，该方法可包括：基于3
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D模型，从给定的一个或多个物理对象中选择物理对象。然后，该方法可包括向机器人操纵器提供指令以移动该对象。
附图说明
[0005]结合附图，在以下描述中解释了本公开的前述方面和其它特征，在附图中：图1是根据本公开的各方面的配送设施的示意图；图2是根据本公开的各方面的货盘负载的示意图；图3是根据本公开的各方面的图1的配送设施的码垛机/卸垛机单元的示意性透视图，该码垛机/卸垛机单元具有视觉系统和带有层卸垛工具的机器人；图4是图3的层卸垛工具的顶部透视图；图5是图3的层卸垛工具的俯视图；图6是图3的层卸垛工具的分解透视图，层卸垛工具显示为没有其大部分框架；图7是图3的层卸垛工具的框架和帘状物致动组件的一部分的顶部透视图；图8A和8B分别是图3的层卸垛工具的俯视和仰视透视图，示出为夹持满货盘层的
位置；图9A和9B分别是类似于图8A和8B的透视图，示出了图3的层卸垛工具的夹具在货盘层上施加压力，并且帘状物部分关闭；图10A和10B分别是类似于图8A和8B的透视图，示出了图3的层卸垛工具的夹具已经释放了作用在货盘层上的一些压力，并且帘状物完全关闭；图11A
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11F是用于根据本公开各方面的图3的码垛机单元的视觉系统的摄像机视场的示意性透视图；图12是根据本公开的各方面的由图3的码垛机单元的视觉系统所捕获的示例性图像；图13A是根据本公开的各方面的用于图3的视觉系统的示例性校准夹持器/固定装置；图13B是根据本公开的各方面由视觉系统捕获的图13A的校准夹持器/固定装置的示例性图像；图14是根据本公开的各方面的方法的示例性流程图；图15A
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15D示出了根据本公开的各方面的图3的层卸垛工具相对于待拾取的货盘层的示例性位置；图16A
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16C是根据本公开的各方面的可由图3的层卸垛工具拾取的示例性货盘层构造；图17是根据本公开的各方面的方法的示例性流程图；图18是根据本公开的各方面的方法的示例性流程图；和图19A、19B和19C是根据本公开的各方面的薄衬纸移除的示意图。
具体实施方式
[0006]图1是根据本公开的各方面的仓库系统或配送设施100WS（这里称为仓库系统100WS）的示意图。虽然将参照附图描述本公开的各方面，但是应该理解，本公开的各方面可以以多种形式来体现。此外，可以使用任意合适尺寸、形状或类型的元件或材料。应当理解，尽管配送设施100WS在本文中被描述为自动配送设施，但是本公开的各方面也适用于具有任意合适的运输系统的配送设施，例如自动和手动运输系统或者完全手动运输系统。
[0007]参考图1和图2，根据本公开的各方面，仓库系统100WS包括至少一个码垛机/卸垛机单元10A、10B（这里通常称为码垛机单元10）。码垛机单元10具有一个或多个机器人箱操纵器14（在此也称为关节式机器人、自适应实时机器人、机器人或产品拾取设备），其在视觉系统辅助下将混合货盘负载物品单元CU（在此也称为箱单元或箱或产品18）放置（单独地或制造拾取面）在堆体SL1
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Sn和/或层PL1
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PL4中，从而构建混合箱货盘负载PAL。在2019年7月9日授权的名称为“Vision
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Assisted Robotized Depalletizer”的美国专利第10,343,857号中描述了一种合适的码垛机/卸垛机的示例，其全部公开内容通过引用的方式并入本文。
[0008]码垛机单元10设置有三维（3D）飞行时间（TOF）（多个）摄像机视觉系统310（在此称为视觉系统310），该视觉系统310生成每个货盘层（在此也称为货盘负载层）及其待由机器人14移除的箱单元CU的三维（3D）图像。视觉系统310设置在码垛机单元10处，以便对货盘卸载/装载站301处的箱CU的货盘负载PAL进行成像，并且被构造成独立于机器人14的运动而
生成至少一个货盘负载层816（图8B
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其表示货盘层PL1、PL2、PL3、PL4、PL5）的至少一个顶部/表面148（图2、8A和11A
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11F）的至少一个图像（见图12）。与机器人14循环运动以拾取货盘层相一致地，由视觉系统310实时地生成和提供三维图像信息，以便从货盘负载PAL卸下货物，并且实时地（在机器人14拾取/放置运动循环框架内）通知货盘构造中从位于货盘支架SPAL上的第一箱层PL1到最后箱层PL5的每个货盘层的至少一个层姿态。
[0009]每一层的层姿态三维图像信息识别与计划的差异（例如，该层相对于货盘支架SPAL和/或其它层的偏斜、无盖箱单元CU等），其例如向机器人14通知对差异的补偿，使得机器人14利用机器人14相对于待拾取层的实时定位进行补偿，从而有助于基本上连续的自适应实时机器人14放置和自适应卸垛（以完全自动化的方式或以具有用户辅助的协作/合作方式），并同时解决货盘质量/控制和机器人1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种卸垛机，其包括：货盘卸载站，其被构造用于接收设置在货盘负载层中的箱的货盘负载，所述货盘负载层中的每一者由在所述货盘负载的区域上的公共层级处并置的多于一个的箱形成；机器人，其配备有卸垛末端执行器，所述卸垛末端执行器具有夹持器，所述夹持器被构造成用其夹持和拾取所述货盘负载层中的至少一者，以便将至少一个货盘负载层从所述货盘卸载站处的所述货盘负载运送到输出站，所述夹持器具有夹持器接合接口，所述夹持器接合接口限定所述货盘负载层中的至少一者相对于所述卸垛末端执行器的预定层接合位置和取向，以便利用所述夹持器可重复地实现所述货盘负载层中的至少一者的捕获和稳定保持；视觉系统，其被设置成对所述货盘卸载站处的箱的所述货盘负载进行成像，并且被构造成与机器人运动无关地生成所述货盘负载层中的至少一者的顶部的至少一个图像；和控制器，其可操作地联接到所述视觉系统，以便从所述视觉系统接收至少一个图像，并且被构造成基于所述至少一个图像来实现确定所述货盘负载层中的至少一者相对于所述夹持器接合接口的所述预定层接合位置和取向的层位置和取向，其中所述控制器可操作地联接到所述机器人，以便定位所述夹持器，并且利用所述夹持器在所述夹持器接合接口处捕获和保持所述货盘负载层中的至少一者。2. 根据权利要求1所述的卸垛机，其特征在于，所述预定层接合位置和取向提供了所述夹持器接合接口的接合平面取向，并且所述层位置和取向描绘了所述货盘负载层中的至少一者的接合表面的平面度，所述接合表面被设置成与基本上横跨所述货盘负载层中的至少一者的所述夹持器接合接口对接， 并且所述层位置和取向描绘了在至少两个正交方向上，所述货盘负载层中的至少一者的所述接合表面和所述夹持器接合接口的平面取向之间的的平面错位。3.根据权利要求1所述的卸垛机，其特征在于，所述视觉系统包括与所述机器人无关地安装的至少一个摄像机。4.根据权利要求3所述的卸垛机，其特征在于，所述至少一个摄像机中的每一者被校准到公共摄像机校准参考结构，并且其中对所述公共摄像机校准参考结构的校准描绘了每个相应摄像机的相应摄像机参考系与所述至少一个摄像机中的每个其它摄像机以及与所述机器人的预定参考系的位置关系。5.根据权利要求3所述的卸垛机，其特征在于，所述至少一个摄像机被设置成使得所述至少一个摄像机的视场从所述货盘负载的最上面的面朝上的表面到所述货盘负载的底部覆盖所述货盘负载。6.根据权利要求3所述的卸垛机，其特征在于，所述至少一个摄像机被设置成使得所述货盘负载层中的每一者的最上面的面朝上的表面位于所述至少一个摄像机的所述视场内。7.一种卸垛机，其包括：货盘卸载站，其被构造用于接收设置在货盘负载层中的箱的货盘负载，所述货盘负载层中的每一者由在所述货盘负载的区域上的公共层级处并置的多于一个的箱形成；机器人，其配备有卸垛末端执行器，所述卸垛末端执行器具有夹持器，所述夹持器被构造成用其夹持和拾取所述货盘负载层中的至少一者，以便将至少一个货盘负载层从卸载站处的所述货盘负载运送到输出站，所述夹持器具有夹持器接合接口，所述夹持器接合接口
限定所述货盘负载层中的至少一者相对于末端执行器的预定层接合位置和取向，以便利用所述夹持器可重复地实现所述货盘负载层中的至少一者的捕获和稳定保持；视觉系统，其与所述机器人分开设置，以便对所述货盘卸载站处的所述货盘负载进行成像，并且被构造成与机器人运动无关地生成所述货盘负载层中的至少一者的顶部的至少一个图像；和控制器，其被构造成基于所述至少一个图像来实现确定夹持器接口和所述货盘负载层中的至少一者中的每个最顶货盘层之间的位置和取向关系。8.根据权利要求7所述的卸垛机，其特征在于，所述控制器可操作地联接到所述视觉系统，以便从所述视觉系统接收所述至少一个图像。9.根据权利要求7所述的卸垛机，其特征在于，所述控制器可操作地联接到所述机器人，以便基于所确定的关系相对于每个最顶货盘层定位所述夹持器，并且利用所述夹持器在接合接口处捕获和保持至少一个层。10.根据权利要求7所述的卸垛机，其特征在于，所确定的关系描绘了每个最顶层相对于所述预定层接合位置的层位置和取向以及所述夹持器接口相对于所述机器人的预定参考系的取向。11.根据权利要求7所述的卸垛机，其特征在于，所述控制器基于所述至少一个图像确定每个最顶层的相应层位置和取向，并且通过将所述相应层位置和取向与所述机器人的预定参考系进行比较来实现所确定的关系的确定。12.根据权利要求11所述的卸垛机，其特征在于，所述相应层位置和取向描绘了每个最顶层的接合表面的平面度，所述接合表面被设置成与基本上相应地横跨每个最顶层的所述夹持器接合接口对接，并且所述相应层位置和取向描绘了在至少两个正交方向上，最顶层的所述接合表面和夹持接合之间的平面错位和中心点错位中的至少一者。13.根据权利要求12所述的卸垛机，其特征在于，所述控制器被构造成基于机器人运动边界条件来解析平面错位和中心点错位中的至少一者，以用于分别与每个最顶层的最佳夹持接合，所述机器人运动边界条件由在所述机器人的所述预定参考系中所描绘的界定所述卸垛机的机器人架构和结构中的至少一者来限定。14.根据权利要求7所述的卸垛机，其特征在于，所述视觉系统包括与所述机器人无关地安装的至少一个摄像机。15.根据权利要求14所述的卸垛机，其特征在于，所述至少一个摄像机中的每一者被校准到公共摄像机校准参考结构，并且其中对所述公共摄像机校准参考结构的校准描绘了每个相应摄像机的相应摄像机参考系与所述至少一个摄像机中的每个其它摄像机以及与所述机器人的所述预定参考系的位置关系。16.根据权利要求14所述的卸垛机，其特征在于，所述至少一个摄像机被设置成使得所述至少一个摄像机的视场从所述货盘负载的最上面的面朝上的表面到所述货盘负载的底部覆盖所述货盘负载。17.根据权利要求14所述的卸垛机，其特征在于，所述至少一个摄像机被设置成使得所述货盘负载层中的每一者的最上面的面朝上的表面位于所述至少一个摄像机的所述视场内。18.一种在卸垛机中对箱进行卸垛的方法，所述方法包括：
在所述卸垛机的货盘卸载站处，接收设置在货盘负载层中的箱的货盘负载，所述货盘负载层中的每一者由在所述货盘负载的区域上的公共层级处并置的多于一个的箱形成；提供机器人，其配备有卸...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：西姆伯蒂克加拿大有限公司，
类型：发明
国别省市：