KR-102961566-B1 - 로봇식 로드 핸들링 디바이스의 모션 제어

Abstract

컨테이너들의 하나 이상의 스택 위에 격자 구조체를 형성하도록 격자 패턴으로 배치된 복수 개의 트랙을 지지하는 격자 프레임워크 구조체를 포함하는 보관 시스템 내에 적층된 하나 이상의 컨테이너를 상승 및 이동시키기 위한 로드 핸들링 디바이스로서, 상기 격자 패턴은 복수 개의 격자 셀을 포함하고, 상기 컨테이너들의 하나 이상의 스택 각각은 오직 하나의 격자 셀의 점유공간 내에 위치되며, 상기 로드 핸들링 디바이스는, i) 휠들의 제 1 및 제 2 쌍을 포함하는 휠 어셈블리 - 상기 휠 어셈블리는 구동 메커니즘에 의해 구동됨 -; ii) 보관 컨테이너를 컨테이너들의 스택들 중 하나로부터 상기 로드 핸들링 디바이스의 컨테이너 수용 공간 내로 상승시키기 위한 리프팅 디바이스; iii) 상기 격자 구조체에 상대적인 상기 로드 핸들링 디바이스의 위치를 측정하기 위한 위치 검출 수단; iv) 상기 위치 검출 수단 및 상기 구동 메커니즘과 통신하는 제어기 - 상기 제어기는, a) 주어진 시간에서의 상기 휠 어셈블리에 대한 피드포워드 토크 수요를 미리 결정된 모션 제어 프로파일로부터 결정하는 것; b) 상기 휠 어셈블리에 대한 토크 수요를 계산하도록, 주어진 시간에서의 상기 격자 구조체 상의 상기 로드 핸들링 디바이스의 측정된 위치로부터 상기 피드포워드 토크 수요를 보상하는 것에 의하여, 현재 위치로부터 상기 격자 구조체 상의 명령된 위치까지의 상기 로드 핸들링 디바이스의 이동을 제어하도록 구성됨 -을 포함하는, 로드 핸들링 디바이스.

Inventors

• 호르헤 티아고 미겐스 리호 브란코

Assignees

• 오카도 이노베이션 리미티드

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20211221

Priority Date

20201224

Claims (20)

1. 컨테이너들의 하나 이상의 스택 위에 격자 구조체를 형성하도록 격자 패턴으로 배치된 복수 개의 트랙을 지지하는 격자 프레임워크 구조체를 포함하는 보관 시스템 내에 적층된 하나 이상의 컨테이너를 상승 및 이동시키기 위한 로드 핸들링 디바이스로서, 상기 격자 패턴은 복수 개의 격자 셀을 포함하고, 상기 컨테이너들의 하나 이상의 스택 각각은 오직 하나의 격자 셀의 점유공간 내에 위치되며, 상기 로드 핸들링 디바이스는, i) 휠들의 제 1 및 제 2 쌍을 포함하는 휠 어셈블리 - 상기 휠 어셈블리는 구동 메커니즘에 의해 구동됨 -; ii) 보관 컨테이너를 컨테이너들의 스택들 중 하나로부터 상기 로드 핸들링 디바이스의 컨테이너 수용 공간 내로 상승시키기 위한 리프팅 디바이스; iii) 상기 격자 구조체에 상대적인 상기 로드 핸들링 디바이스의 위치를 측정하기 위한 위치 검출 수단; 및 iv) 상기 위치 검출 수단 및 상기 구동 메커니즘과 통신하는 제어기 - 상기 제어기는, a) 주어진 시간에서의 상기 휠 어셈블리에 대한 피드포워드 토크 수요를 미리 결정된 모션 제어 프로파일로부터 결정하는 것; b) 상기 휠 어셈블리에 대한 토크 수요를 계산하도록, 상기 주어진 시간에서의 상기 격자 구조체 상의 상기 로드 핸들링 디바이스의 측정된 위치로부터 상기 피드포워드 토크 수요를 보상하는 것 에 의하여, 현재 위치로부터 상기 격자 구조체 상의 명령된 위치까지의 상기 로드 핸들링 디바이스의 이동을 제어하도록 구성됨 - 를 포함하고, 상기 휠들의 제 1 및 제 2 쌍의 각각의 휠은 상기 구동 메커니즘에 의하여 독립적으로 구동되도록 구성되고, 상기 제어기는 계산된 토크 수요를 상기 휠 어셈블리의 각각의 휠 사이에서 공유하도록 구성되고, 상기 제어기는 계산된 토크 수요를 상기 휠 어셈블리의 휠들의 제 1 및 제 2 쌍 사이에서 공유하도록 구성되고, 상기 제어기는 상기 휠들의 제 1 및 제 2 쌍에 의해서 제공되는 계산된 토크 수요의 비율을 변경하도록 구성되고, 상기 제어기는, 계산된 토크 수요를 상기 휠 어셈블리의 휠들의 제 1 및 제 2 쌍 사이에서, 미리 결정된 모션 제어 프로파일로부터 유도된 궤적 가속 레퍼런스의 크기에 기반한 비율로 공유하도록 구성된, 로드 핸들링 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는, i) 상기 휠 어셈블리에 대한 피드백 토크 수요를 상기 로드 핸들링 디바이스의 측정된 위치로부터 결정하는 것; 및 ii) 상기 휠 어셈블리에 대한 토크 수요를 계산하도록, 상기 피드포워드 토크 수요를 상기 피드백 토크 수요와 조합하는 것 에 의하여 상기 피드포워드 토크 수요를 보상하도록 구성된, 로드 핸들링 디바이스.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 미리 결정된 모션 제어 프로파일은 시퀀스 내의 하나 이상의 궤적 세그멘트를 포함하고, 상기 하나 이상의 궤적 세그멘트는 저크(jerk) 레퍼런스, 가속 레퍼런스, 속도 레퍼런스 및 위치 레퍼런스 중 적어도 하나를 시간의 함수로서 규정하는 모션 제어 프로파일의 각각의 부분인, 로드 핸들링 디바이스.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 피드포워드 토크 수요는 상기 가속 레퍼런스의 크기 및/또는 상기 속도 레퍼런스의 크기로부터 결정된, 로드 핸들링 디바이스.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 저크 레퍼런스, 및/또는 상기 가속 레퍼런스, 및/또는 상기 속도 레퍼런스 및/또는 상기 위치 레퍼런스 중 임의의 하나는 룩업 테이블에 저장된, 로드 핸들링 디바이스.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 피드백 토크 수요는, 상기 미리 결정된 모션 프로파일로부터 유도된 상기 위치 레퍼런스의 크기 및 상기 주어진 시간에서의 상기 격자 구조체 상의 상기 로드 핸들링 디바이스의 측정된 위치 사이의 비교로부터 결정된, 로드 핸들링 디바이스.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 제어기는 궤적 위치 레퍼런스의 크기 및 상기 측정된 위치 사이의 차이에 PI 또는 PID 계산을 수행하도록 구성된, 로드 핸들링 디바이스.
8. 삭제
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 휠 어셈블리의 각각의 휠은 허브 모터를 포함하는, 로드 핸들링 디바이스.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 구동 메커니즘은 계산된 토크 수요를 만족시키기 위하여 상기 휠 어셈블리의 휠들 중 적어도 하나를 적어도 부분적으로 구동하도록 구성된, 로드 핸들링 디바이스.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 구동 메커니즘은 계산된 토크 수요를 만족시키기 위하여 상기 휠 어셈블리의 휠들 중 적어도 하나를 적어도 부분적으로 제동하도록 구성된, 로드 핸들링 디바이스.
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 휠들의 제 1 쌍이 상기 격자 구조체 상에서의 상기 로드 핸들링 디바이스의 이동 방향으로 상기 휠들의 제 2 쌍의 뒤에 있는 경우, 계산된 토크 수요의 더 큰 비율을 상기 휠들의 제 1 쌍에 전달하도록 구성된, 로드 핸들링 디바이스.
16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 휠들의 제 2 쌍이 상기 격자 구조체 상에서의 상기 로드 핸들링 디바이스의 이동 방향으로 상기 휠들의 제 1 쌍의 앞에 있는 경우, 계산된 토크 수요의 더 큰 비율을 상기 휠들의 제 2 쌍에 전달하도록 구성된, 로드 핸들링 디바이스.
17. 삭제
18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 로드 핸들링 디바이스는, 상기 격자 구조체 상의 상기 로드 핸들링 디바이스의 운동학적 상태(kinematic state)를 측정하기 위한 수단을 더 포함하는, 로드 핸들링 디바이스.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 격자 구조체 상의 상기 로드 핸들링 디바이스의 운동학적 상태를 위치 측정 수단으로부터 결정하도록 구성된, 로드 핸들링 디바이스.
20. 제 18 항에 있어서, 상기 운동학적 상태는 속도인, 로드 핸들링 디바이스.

Description

로봇식 로드 핸들링 디바이스의 모션 제어 본 발명은 빈 또는 컨테이너들의 스택이 격자 프레임워크 구조체 내에 배치된 보관 또는 불출 시스템의 분야에 관한 것이고, 특히 보관 또는 불출 시스템 내에 보관된 하나 이상의 컨테이너를 이동시키도록 동작하는 로드 핸들링 디바이스의 모션의 생성 및 제어에 관한 것이다. 그 안에 보관 컨테이너/빈들이 다층으로 적층된 3-차원 보관 격자 구조체를 포함하는 보관 시스템이 주지되어 있다. PCT 공개 번호 제 WO2015/185628A(Ocado)는 빈 또는 컨테이너의 격자 스택이 격자 프레임워크 구조체 내에 배치되는 공지된 보관 및 실현 시스템을 기술한다. 빈 또는 컨테이너는 격자 프레임워크 구조체의 상단에 위치된 트랙에서 동작하는 로드 핸들링 디바이스(또는 "봇(bot)"이라고도 알려져 있음)에 의해 액세스된다. 이러한 타입의 시스템은 개략적으로 첨부 도면 중 도 1 내지 도 3에 예시된다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 보관 컨테이너 또는 토트(tote) 또는 빈(10)이라고 알려져 있는 적층가능 컨테이너가 서로의 위에 적층되어 스택(12)을 형성한다. 스택(12)은 창고 또는 제조 환경에서 격자 프레임워크 구조체(14) 내에 배치된다. 격자 프레임워크 구조체는 복수 개의 보관 칼럼 또는 격자 칼럼으로 이루어진다. 격자 프레임워크 구조체 내의 각각의 격자는 컨테이너의 스택의 보관을 위한 적어도 하나의 격자 칼럼을 가진다. 도 1은 격자 프레임워크 구조체(14)의 개략적인 사시도이고, 도 2는 프레임워크 구조체(14) 내에 배치된 빈(10)의 스택(12)을 보여주는 평면도이다. 각각의 빈(10)은 통상적으로 복수 개의 제품 아이템(미도시)을 수용하고, 어떤 빈(10) 내의 제품 아이템은 애플리케이션에 따라서 동일할 수도 있고 또는 상이한 제품 타입일 수도 있다. 격자 프레임워크 구조체(14)는 수평 부재(18, 20)를 지지하는 복수 개의 직립 부재(16)를 포함한다. 평행 수평 격자 부재(18)의 제 1 세트는 평행 수평 부재(20)의 제 2 세트에 수직으로 격자 패턴으로 배치되어 직립 부재(16)에 의해 지지되는 복수 개의 수평 격자 구조체(15)를 형성한다. 부재(16, 18, 20)는 통상적으로 금속으로 제조된다. 빈(10)은 격자 프레임워크 구조체(14)의 부재(16, 18, 20) 사이에서 적층되어, 격자 프레임워크 구조체(14)가 빈(10)의 스택(12)의 수평 이동을 방지하고, 빈(10)의 수직 이동을 유도하게 한다. 격자 프레임워크 구조체(14)의 상단 레벨은 스택(12)의 상단에 걸쳐서 격자 패턴으로 배치된 레일(22)을 포함하는 격자 또는 격자 구조체(15)를 포함한다. 도 3을 더욱 참조하면, 레일 또는 트랙(22)은 복수 개의 로드 핸들링 디바이스(30)를 가이드한다. 평행 레일(22)의 제 1 세트(22a)는 격자 프레임워크 구조체(14)의 상단에 걸친 제 1 방향(예를 들어, X-방향)에서의 로드 핸들링 디바이스(30)의 이동을 유도하고, 제 1 세트(22a)에 수직으로 배열된 평행 레일(22)의 제 2 세트(22b)는 제 1 방향에 수직인 제 2 방향(예를 들어, Y-방향)에서의 로봇식 로드 핸들링 디바이스(30)의 이동을 유도한다. 이러한 방식으로, 레일(22)은 로봇식 로드 핸들링 디바이스(30)가 수평 X-Y 평면에서 두 차원으로 측방향으로 이동하게 함으로써, 로드 핸들링 디바이스(30)가 스택(12)의 위의 임의의 위치로 이동될 수 있게 한다. 도 4 및 도 5에 도시되는 공지된 로드 핸들링 디바이스(30)는 본 명세서에서 원용에 의해 통합되는 PCT 특허 공개 번호 제 WO2015/019055(Ocado)에서 설명된 차량 보디(32)를 포함하는데, 각각의 로드 핸들링 디바이스(30)는 격자 프레임워크 구조체(14)의 하나의 격자 공간만을 커버한다. 여기에서, 로드 핸들링 디바이스(30)는 제 1 세트의 레일 또는 트랙과 결속되어 디바이스의 제 1 방향으로의 이동을 유도하기 위한, 차량 보디(32)의 전면에 있는 휠들의 쌍 및 차량 보디(32)의 후면에 있는 휠들의 쌍(34)으로 이루어진 제 1 세트의 휠들(34), 및 제 2 세트의 레일 또는 트랙과 결속되어 디바이스의 제 2 방향으로의 이동을 유도하기 위한, 차량(32)의 각 측면에 있는 휠들의 쌍(36)으로 이루어진 제 2 세트의 휠들(36)을 포함하는 휠 어셈블리를 포함한다. 휠들의 세트들 각각은 차량이 레일을 따라서 X 및 Y 방향 각각으로 이동할 수 있게 하도록 구동된다. 휠들의 하나 또는 양자 모두의 세트는 각각의 세트의 휠을 각각의 레일로부터 떨어지도록 들어올리도록 수직으로 이동될 수 있어서, 차량이 격자 상에서 소망되는 방향으로 이동할 수 있게 격자 한다. 로드 핸들링 디바이스(30)에는 보관 컨테이너를 위로부터 상승시키기 위한 리프팅 디바이스 또는 크레인 메커니즘이 장착된다. 크레인 메커니즘은 스풀 또는 릴(미도시) 주위에 감겨있는 윈치, 테더(tether) 또는 케이블(38), 및 그래버(grabber) 디바이스(39)를 포함한다. 리프팅 디바이스는, 수직 방향으로 연장되고, 보관 컨테이너(10)에 분리되도록 연결되기 위한 그래버 디바이스라고도 알려져 있는 리프팅 프레임(39)의 네 개의 코너 근처에 또는 네 개의 코너에 연결된 리프팅 테더들(38)의 세트를 포함한다(그래버 디바이스의 네 개의 코너 각각 근처에 하나의 테더가 있음). 그래버 디바이스(39)는 보관 컨테이너(10)의 상단을 분리가능하게 파지하고 이것을 도 1 및 도 2에 도시되는 타입의 보관 시스템 내의 컨테이너들의 스택으로부터 들어올리도록 구성된다. 리프팅 디바이스에 전력을 공급하기 위해서 하나 이상의 모터가 사용될 수 있다. 휠(34, 36)은 컨테이너-수용 리세스(40)라고 알려져 있는 캐비티 또는 리세스의 주변부 주위에 배치된다. 리세스는 컨테이너(10)가 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 크레인 메커니즘에 의해서 들어올려질 때에 컨테이너를 수용하도록 크기가 결정된다. 리세스 내에 있는 경우, 컨테이너는 그 아래의 레일로부터 떨어지게 들어올려져서, 차량이 측방향으로 상이한 위치까지 이동할 수 있게 된다. 목표 위치, 예를 들어 다른 스택, 보관 시스템 내의 접근 포인트 또는 콘베이어 벨트에 도달하면, 빈 또는 컨테이너는 컨테이너 수용부로부터 하강되고 그래버 디바이스로부터 분리될 수 있다. 통상적으로, 격자 구조체 상에서 원격으로 동작가능한 하나 이상의 로드 핸들링 디바이스는 마스터 제어기로부터 명령을 수신하고, 격자 프레임워크 구조체 내의 특정 보관 위치로부터 보관 컨테이너를 취출하도록 구성된다. 마스터 제어기로부터 하나 이상의 기지국을 통해 격자 구조체 상에서 동작하는 하나 이상의 로드 핸들링 디바이스로의 통신 기반구조를 제공하기 위해서 무선 통신 및 네트워크가 사용될 수 있다. 로드 핸들링 디바이스 내의 제어기는 명령을 수신하는 것에 응답하여, 로드 핸들링 디바이스의 이동을 제어하기 위해서 다양한 구동 메커니즘을 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 로드 핸들링 디바이스는 격자 구조체 상의 특정 위치에 있는 보관 칼럼으로부터 컨테이너를 취출하도록 명령될 수 있다. 이러한 명령은 격자 구조체 상에서의 X-Y 방향으로의 다양한 이동을 포함할 수 있다. 보관 칼럼에 있게 되면, 리프팅 메커니즘은 이제 보관 컨테이너를 잡고 이것을 로드 핸들링 디바이스의 보디 내의 컨테이너 수용 공간 안으로 상승시키도록 동작되고, 거기에서 이것은 일반적으로 드롭 오프 포트(drop off port)라고 알려져 있는 격자 구조체 상의 다른 위치로 후속하여 수송된다. 보관 컨테이너는 보관 컨테이너로부터의 아이템의 취출을 허용하기 위해서 적절한 픽 스테이션까지 하강된다. 격자 구조체 상에서의 로드 핸들링 디바이스의 이동은, 로드 핸들링 디바이스가 보통 격자 구조체의 주변에 위치되는 충전 스테이션까지 이동하도록 명령되는 것을 더 수반한다. 제어기가 격자 구조체에 상대적인 로드 핸들링 디바이스의 위치를 결정할 수 있게 하기 위해서, 각각의 로드 핸들링 디바이스에는 하나 이상의 RFID 태그 리더기 또는 스캐너가 제공될 수 있고, 복수 개의 RFID 태그가 격자 구조체의 상단에 걸쳐서 제공될 수 있다. 격자 구조체 상의 일련의 레퍼런스 포인트를 제공하기 위해서, RFID 태그는 격자 구조체에 상대적으로 고정될 수 있다. 로드 핸들링 디바이스가 격자 구조체에 걸쳐서 이동할 때, 로드 핸들링 디바이스의 각각의 RFID 태그 리더기는 격자 구조체 상의 다양한 위치에 고정된 RFID 태그 중 하나 이상으로부터의 신호를 판독한다. 통상적으로, RFID 태그는 각각의 격자 셀에서의 트랙들의 정션 또는 교차로에 고정된다. 로드 핸들링 디바이스를 격자 구조체 상의 하나의 목적지로부터 다른 목적지로 이동시키기 위해서, 로드 핸들링 디바이스들 각각에는 로드 핸들링 디바이스의 휠을 구동하기 위한 모터가 장착된다. 휠의 회전은 휠에 연결된 하나 이상의 벨트를 통해서 구동되거나, 휠 내에 통합된 모터에 의해서 개별적으로 구동될 수 있다. 통상적으로, 로드 핸들링 디바이스의 점유공간이 단일 격자 셀을 점유하는 단일 셀 로드 핸들링 디바이스의 경우에, 그리고 차량 내의 공간의 이용가능성이 제한되기 때문에, 휠을 구동하기 위한 모터는 휠 내에 통합된다. 단일 셀 로드 핸들링 디바이스의 휠들은 허브 모터에 의해서 구동된다. 각각의 허브 모터는 내부 고정자를 형성하는 코일을 포함하는 휠 허브 주위에서 회전하도록 배치되는 복수 개의 영구 자석을 포함하는 외부 회전자를 포함한다. 단일 셀 로드 핸들링 디바이스의 주된 단점들 중 하나는 트랙 상에서 이동할 때의 로드 핸들링 디바이스의 안정성인데, 안정성은 로드 핸들링 디바이스를 트랙 상에서 가속/감속하는 도중에 특히 문제가 된다. 트랙 상에서의 높은 가속 또는 감속은 로드 핸들링 디바이스가 진동하거나 심지어는 넘어지게 할 수도 있다. 통상적으로, 로드 핸들링 디바이스의 휠들의 회전은, 로드 핸들링 디바이스가 요현상(yawing) 또는 그 의도된 코스로부터 벗어나지 않고서 트랙 상에서 직선으