Brevet FR2512357A1 — publié le 19830311

La présente invention a pour objet un procédé et un appareil permettant de faire un choix de colis parmi un lot de colis, de les prendre et de les déposer en un point fixe ou variable Elle vise également des moyens d'utilisation de ce procédé et de cet appareil. L'appareil selon l'invention peut convenir plus particulièrement pour dépalettiser des colis et les dépo- ser sur un transporteur ou les repalettiser Il peut servir, en particulier, pour faire des préparations de commandes. Le procédé selon l'invention consiste à inspecter le lot de colis pour en faire une image fictive ou réelle,à analyser cette image, à utiliser le résultat de cette analyse pour obtenir des ordres de mouvement, et à communiquer ces ordres à un moyen de préhension du ou des colis choisis. L'inspection du lot de colis se fait par détection à distance de rayonnements, radiations, vibrations ou ondes émis ou réfléchis par la surface du lot de colis. L'analyse de l'image résultant de cette inspection constitue une analyse de couches de colis, le choix se faisant dans la couche la plus haute. L'analyse d'image peut être faite, les colis étant considérés dans leur état. L'analyse d'image peut être faite, les colis étant pourvus d'un repère appelé "cible" L'analyse se fait par détection de la position linéaire d'un ou plusieurs points, une série de points formant l'image d'un colis ou de sa cible, l'image de colis ou l'image de cible étant plus ou moins grande en fonction de la distance par rapport au foyer principal d'observation. Le procédé consiste de plus à conserver les images les plus grandes et à calculer leurs coordonnées dans le plan horizontal et à choisir parmi ces images. Un appareil selon l'invention peut comprendre une main de préhension permettant de prendre des colis et de les déposer; un moyen pour inspecter sur le dessus un lot de colis, qui peut être une caméra de télévision (canon à électrons), munie d'un objectif; un moyen pour analyser le signal vidéo repré- sentant l'image de ce lot de colis et de transformer ce signal vidéo d'image en signal digital; un moyen informatique pour gérer des mouvements à partir du signal digital; des moyens informatiques pour recevoir des ordres; des moyens mécaniques pour déplacer ladite main dans l'espace; des moyens pour son propre déplacement. Le moyen informatique de gestion (microprocesseur) reçoit trois programmes: un programme permettant de déter- miner la position des colis dans le plan horizontal; un programme indiquant les colis et le nombre de colis à prendre; et un programme permettant de gérer les différents mouvements mécaniques de l'appareil. Les moyens mécaniques pour déplacer la main de préhension dans l'espace peuvent être des moyens permettant des mouvements en coordonnées polaires. Les moyens mécaniques pour déplacer la main de préhension peuvent être des moyens permettant des mouvements en coordonnées cartésiennes. Les moyens informatiques pour gérer les mouvements peuvent comprendre des compteurs d'impulsions placés sur les arbres moteurs d'ensembles mécaniques et repérant la position de la main de préhension dans l'espace. L'invention vise également, à titre d'exemple, plusieurs formes d'utilisation du procédé et de l'appareil de mise en oeuvre parmi les nombreuses formes d'utilisation possibles, rentrant dans le cadre de la présente invention. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une vue schématique en élévation expliquant le principe de l'invention permettant une dis- crimination de colis parmi un lot de colis disposé sur un support telle une palette; la figure 2 est une vue de l'image obtenue con- formément à l'invention à l'aide d'une caméra vidéo et permettant la discrimination de colis en fonction de la distance par rapport au foyer principal d'observation; la figure 3 est une vue représentant un organi- gramme de fonctionnement des moyens mettant en oeuvre le procédé selon l'invention; la figure 4 est une vue en perspective d'une main de préhension équipée de ventouses; la figure 5 est une vue en perspective d'une main de préhension à ventouse unique; la figure 6 est une vue en élévation latérale d'une main de préhension constituée par un dispositif assu- rant uneq fonction de pincement sur les colis; la figure 7 est une vue en perspective d'un ensemble de moyens mécaniques permettant de déplacer la main de préhension dans l'espace; la figure 8 est une vue schématique, en perspec- tive, donnant un premier exemple d'utilisation d'un ensemble, appareil ou robot, selon l'invention; la figure 9 est une vue en perspective d'un autre exemple d'utilisation; la figure 10 est une vue en perspective schéma- tique d'encore un autre exemple d'utilisation; la figure 11 est une vue en perspective d'encore un autre exemple d'utilisation. Le moyen pour inspecter les colis (P) par le dessus peut être un laser, un scanner, une caméra vidéo ou un autre moyen capteur ou sensible à un rayonnement, radiation, vibration ou onde émis ou réfléchi par la sur- face ou une partie de la surface du lot de colis. Suivant une installation pourvue d'une caméra vidéo 1, la caméra vidéo est placée assez loin des colis pour lui permettre de voir l'ensemble des colis et possède ou non un filtre pour filtrer les rayons formant l'image, par exemple un filtre lumière noire (Fig 1). Le signal vidéo Si ainsi obtenu, qui constitue une image, est analysé. L'analyse d'image peut être faite, les colis étant considérés dans leur état Elle peut également être faite, les colis étant pourvus-d'un repère 2 appelé com- modément "cible", placé de préférence au centre des colis. Cette cible peut être mise en évidence par une source lumineuse 3, soit une lumière classique, soit une lumière noire ou tout autre système. La cible peut constituer un dispositif réfléchis- sant Elle peut soit être collée sur le colis, soit faire partie de l'emballage du colis Elle peut être ronde ou dissymétrique pour permettre de donner au colis une orien- tation préférentielle. En principe, le signal vidéo Si est composé uni- quement de cibles blanches sur fond noir Lorsque la source lumineuse est en lumière noire, la cible renvoie alors cette lumière et le filtre placé devant l'objectif ne laisse passer que les cibles (Fig 3) Un dispositif comparateur tout ou rien 4 analyse le signal vidéo Si pour lui substituer un signal 52 clair et linéaire à deux niveaux. Chaque "ligne" du signal vidéo est analysée pour détecter la position d'un ou plusieurs points de cible en déclenchant, à un top "ligne", une horloge 5 qui permet ainsi de déterminer l'abscisse des points des cibles. Ces points sont introduits dans un système mémoire 6. On obtient, ainsi, dans la mémoire du système, une série de points dont l'ensemble forme des cibles. Celles-ci sont plus ou moins grandes, 2 A couche I de colis; 2 B couche II-de colis, selon que les colis sont à des hauteurs plus ou moins grandes, Hi couche I de colis; H 2 couche Il de colis, en fonction de la focale de l'objectif de la caméra (figures 1 et 2) C'est ainsi que l'angle d'observation 02 fait entre le centre optique ou foyer principal " O " et la cible 2 d'un colis de la couche II est plus petit que l'angle d'observation 01 fait entre le centre optique " O " et la cible 2 d'un colis de la couche I (figure 1). L'algorithme auquel on a recours est prévu pour éliminer les cibles les plus petites et ne conserver que les plus grandes et permettre le calcul des coordonnées de ces cibles Cet algorithme permet donc de déterminer la position des colis dans un plan horizontal et le calcul se fait grâce à un programme A, introduit dans un système informatique pouvant être un microprocesseur 7 (figure 3). Lorsque le microprocesseur de l'appareil sait o se trouvent les colis, un autre programme B lui indique quels sont les colis que l'appareil doit prendre et combien il doit en prendre. Le programme B est variable et est introduit, pour chaque opération, de préférence par le responsable qui commande les mouvements de l'appareil Ce système peut être informatisé par câble direct ou, éventuellement, par ondes radio. Le microprocesseur de l'appareil possède ces deux programmes A et B ainsi qu'un autre programme C qui lui permet de gérer les différents mouvements mécaniques d'un ensemble, appareil ou robot 8 à main de préhension 9 pour aller chercher le colis ou les colis dans l'espace réel. Il est bien entendu que l'ensemble de moyens décrits ci-dessus pour transformer l'image du colis avec ou sans cible peut être modifié sans sortir du cadre de l'invention. La main de préhension peut être à ventouse ou à système d'aspiration. Suivant une forme de réalisation, la main 9 comprend une série de ventouses 10 avec circuit d'aspi- ration à vide ou par dépression 11 Il peut y avoir plusieurs circuits séparés de vide, alimentant les dif- férentes ventouses pour prendre plusieurs colis ensemble ou séparément (figure 4) Des moyens 12 de régulation en tout-ou rien d'une partie des ventouses sont prévus sur le circuit d'aspiration. Suivant une autre forme de réalisation représentée à la figure 5 la main 9 est constituée par une grande ventouse comprenant une chambre à dépression 13 reliée à l'aspiration d'un système à dépression 14 du genre ventilateur (dans ce cas également il peut y avoir plu- sieurs systèmes àdépression séparés pour prendre plusieurs colis ensemble ou séparément), une grille 15 permettant au flux d'air de passer, mais aux colis d'être arrêtés; et un grand joint 16 sur le pourtour avec une lèvre ou une double lèvre pour faire étanchéité Cette forme de réalisation de main de préhension est également équipée de moyens de régulation 12 A permettant d'aspirer en tout ou rien une partie de la surface de préhension. La main de préhension peut également être constituée par un dispositif assurant une fonction de pincement sur les colis. Un tel dispositif représenté à la figure 6 comprend un bâti 17, un flanc de serrage fixe 18 et un flanc de serrage mobile 19 Un moyen mécanique, hydrau- lique ou pneumatique 20 permet de déplacer le flanc de serrage mobile 19 Une particularité de cette main de préhension, assurant une fonction de pincement, réside dans le fait que le flanc de serrage fixe 18 et le flanc de serrage mobile 19 sont chacun équipés d'un bourrelet 21 permettant l'inclinaison du colis sur lui-même (dans la mesure o celui- ci peut se déformer légèrement) pendant sa prise et le déplacement, ce qui permet donc de pouvoir déposer les colis les uns à côté des autres. Bien entendu, d'autres dispositifs peuvent être 12357 envisagés pour réaliser la main de préhension ( 9) comme, par exemple, une fourche à caractère universel (non représentée) permettant de prendre des colis de toutes formes pour les palettiser. Les moyens mécaniques pour déplacer la main dans l'espace peuvent être: soit des moyens permettant des mouvements en coordonnées polaires; soit des moyens permettant des mouvements en coordonnées cartésiennes. A titre d'exemple, la figure 7 représente un dispositif dont la main 9 est fixée sur un bras coulissant 22, commandé par un ensemble 23 à moteur réducteur 24, pignon 25 et crémaillère 26 Ce bras se déplace vertica- lement sur un mât 27 et le mouvement se fait par un ensemble moteur et chaîne 28 Le mât 27 se déplace horizontalement sur la poutre 29 d'un bâti 30 à l'aide d'un ensemble moteur-crémaillère 31. La position de la main dans l'espace est repérée par des compteurs d'impulsions placés sur l'arbre de chaque moteur des ensembles 23, 28, 31 et en liaison avec le système informatique Ils sont gérés par' le programme C. Le bâti 30 de l'appareil peut lui-même se déplacer par un moteur 32 commandant des galets 33 se déplaçant par exemple sur des rails 34. Les utilisations de cet appareil sont nombreuses et variées. Selon un premier exemple d'utilisation repré- senté sur le schéma de la figure 8, l'appareil ou robot de dépalettisation 8 passe devant des palettes de qualités de produits différents et prend les colis selon le pro- gramme B sur chaque palette, pour les déposer sur un transporteur fixe 35 longeant les palettes Bien entendu, les mouvements de transbordement peuvent être inversés. Selon un deuxième exemple d'utilisation lisible sur la figure 7, le robot de dépalettisation 8 a embarqué une palette chargée sur le lit de rouleaux parallèles 36 qu'il comporte et passe devant une série d'emplacements possédant, eux aussi, des palettes Le robot peut dépalettiser la palette embarquée et repalet- tiser les palettes sur emplacements fixes en en déposant une petitequantité à chaque fois Le contraire peut se faire, c'est-à-dire en prenant les colis sur les emplacements des palettes fixes et les repalettisant sur la palette embarquée. Selon un troisième exemple d'utilisation sché- matisé à la figure 9, lorsqu'un seul robot 8 n'est pas suffisant pour assurer un débit convenable il est possible de disposer de plusieurs robots 8 en laissant, entre chaque travée de robots différents, une longueur 37 pour le stockage de palettes entre les deux travées permettant, ainsi, de régulariser le travail de chaque robot. Selon un quatrième exemple d'utilisation sché- matisé à la figure 10, le robot 8 est installé devant un magasin de stockage 38 étagé en hauteur. Selon un cinquième exemple d'utilisation sché- matisé à la figure 11, plusieurs robots sont installés sur un circuit fermé 39 de forme quelconque. Bien entendu l'invention ne se borne pas à ces modes d'utilisation et s'étend à beaucoup d'autres suivant les modalités d'application posées ou imposées. REVENDICATIONS 1 Procédé permettant de faire un choix de colis parmi un lot de colis et de les manutentionner, caractérisé en ce qu'il consiste: à inspecter le lot de colis pour en faire une image fictive ou réelle; à analyser cette image à utiliser le résultat de cette analyse pour obtenir des ordres de mouvement et, à communiquer ces ordres à un moyen' de pré- hension du ou des colis choisis. 2 Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'inspection du lot de colis se fait par détection à distance de rayonnements, radiations, vibrations ou ondes émis ou réfléchis par la surface du lot de colis. 3 Procédé selon la revendication 2, carac- térisé en ce que la détection à distance est obtenue par une technique vidéo. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que l'analyse de l'image constitue une analyse de couches de colis, le choix se faisant dans la couche la plus haute. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce que l'analyse d'image est faite, les colis étant considérés dans leur état. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce que l'analyse d'image est faite, les colis étant pourvus d'un repère appelé "cible". 7 Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisé en ce que l'analyse se fait par détection de la position linéaire d'un ou plusieurs points, une série de points formant l'image d'un colis ou de sa cible, l'image de colis ou l'image de cible étant plus ou moins grande en fonction de la distance par rapport au foyer principal d'observation. 12357 8 Procédé selon la revendication 7, caracté- risé en ce qu'il consiste à conserver les images les plus grandes et à calculer leurs coordonnées dans le plan horizontal et à choisir parmi ces images. 9 Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend: une main de préhension ( 9) permettant de prendre des colis et de les déposer un moyen ( 1) pour inspecter un lot de colis; un moyen ( 4) pour analyser le signal vidéo (Si) fourni par ce moyen d'inspection ( 1) et représentant l'image du lot de colis et pour transformer ce signal vidéo d'image en un signal digital ( 52); un moyen informatique ( 7) pour gérer des mouvements à partir du signal digital ( 52); des moyens informatiques pour recevoir des ordres; des moyens mécaniques ( 23, 28, 31) pour déplacer ladite main de préhension ( 9) dans l'espace; et des moyens ( 32, 33, 34) pour son propre déplacement. Appareil selon la revendication 9, caracté- risé en ce que le moyen ( 1) pour inspecter un lot de colis est un moyen d'observation de rayonnements, radia- tions, vibrations ou ondes émis ou réfléchis par la surface du lot de colis (laser, scanner, caméra vidéo). 11 Appareil selon les revendications 9 et 10, caractérisé en ce que le moyen d'analyse ( 4) est un dis- positif comparateur tout ou rien analysant le signal vidéo (Si) pour lui substituer un signal ( 52) clair et linéaire à deux niveaux. 12 Appareil selon la revendication 11, carac- térisé en ce que chaque ligne du signal vidéo est analysée pour détecter la position d'un ou plusieurs points d'images de colis ou de cibleen déclenchant à un top "ligne" une horloge ( 5) qui permet de déterminer l'abscisse des points. 13 Appareil selon l'une quelconque des reven- dications 9 à 12, caractérisé en ce que le moyen infor- matique de gestion ( 7) (microprocesseur) reçoit trois programmes: un programme (A) permettant de déterminer la position des colis dans un plan horizontal; un programme (B) indiquant les colis et le nombre de colis à prendre et, un programme (C) permettant de gérer les dif- férents mouvements mécaniques de l'appareil ( 8). 14 Appareil selon l'une quelconque des reven- dications 9 à 13, caractérisé en ce que la main de pré- hension ( 9) comprend une série de ventouses ( 10) avec circuit d'aspiration ( 11) et des moyens de régulation ( 12) en tout ou rien d'une partie des ventouses. Appareil selon l'une quelconque des reven- dications 9 à 13, caractérisé en ce que la main de pré- hension ( 9) est constituée par une grande ventouse, une chambre à dépression ( 13) reliée à un circuit d'aspira- tion ( 14) et des moyens de régulation ( 12 A) permettant d'aspirer en tout ou rien une partie de la surface de préhension. 16 Appareil selon la revendication 15, carac- térisé en ce que la chambre à dépression ( 13) est équipée d'une grille ( 15) permettant au flux d'air de passer mais aux colis d'être arrêtés, un grand joint ( 16) sur le pourtour assurant l'étanchéité. 17 Appareil selon l'une quelconque des reven- dications 9 à 13, caractérisé en ce que la main de pré- hension est constituée par un dispositif assurant une fonction de pincement sur les colis. 18 Appareil selon la revendication 17, carac- térisé en ce que le dispositif de pincement des colis comprend un flanc de serrage fixe ( 18) et un flanc de serrage mobile ( 19) lesdits flancs étant chacun équipés d'un bourrelet ( 21) permettant l'inclinaison du colis sur lui-même pendant sa prise et le déplacement, cette par- ticularité permettant de déposer les colis les uns à côté des autres. 19 Appareil selon l'une quelconque des reven- dications 9 à 13, caractérisé en ce que la main de pré- hension ( 9) est constituée par une fourche à caractère universel permettant de prendre des colis de toutes formes. Appareil selon l'une quelconque des reven- dications 9 à 19, caractérisé en ce que les moyens méca- niques ( 23, 28, 31) pour déplacer la main de préhension ( 9) dans l'espace sont des moyens permettant des mouve- ments en coordonnées polaires. 21 Appareil selon l'une quelconque des reven- dications 9 à 19, caractérisé en ce que les moyens méca- niques ( 23, 28, 31) pour déplacer la main de préhension ( 9) dans l'espace sont des moyens permettant des mouve- ments en coordonnées cartésiennes. -22 Appareil selon l'une quelconque des reven- dications 9 à 21, caractérisé en ce que les moyens in- formatiques pour gérer les mouvements peuvent comprendre compteurs d'impulsions placés sur les arbres moteurs des ensembles -( 23, 28, 31) et repérant la position de la main de préhension dans l'espace. 23 Utilisation de l'appareil selon les reven- dications 9 à 22 mettant en oeuvre le procédé selon les revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'appareil ou robot de dépalettisation ( 8) passe devant des palettes de qualités de produits différents et prend les colis selon le programme (B) sur chaque palette pour les déposer sur un transporteur fixe ( 35) longeant les palettes, les mouvements de transbordement pouvant être, bien entendu, inversés. 24 Utilisation de l'appareil selon les reven- dications 9 à 22 mettant en oeuvre le procédé selon les revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le robot de dépalettisation ( 8) se saisit d'une palette chargée sur un lit de rouleaux parallèles ( 36) qu'il comporte et passe devant une série d'emplacements possédant au moins des palettes. 25 Utilisation de l'appareil selon les reven- dications 9 à 22 mettant en oeuvre le procédé selon les revendications 1 à 8, caractérisée en ce que plusieurs robots ( 8) sont utilisés en laissant entre chaque travée de robots différents une longueur ( 37) pour le stockage de palettes entre deux travées et permettre, ainsi, de régulariser le travail de chaque robot. 26 Utilisation de l'appareil selon les reven- dications 9 à 22 mettant en oeuvre le procédé selon les revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le robot ( 8) est installé devant un magasin de stockage étagé en hauteur ( 38) 27 Utilisation de l'appareil selon les reven- dications 9 à 22 mettant en oeuvre le procédé selon les revendications 1 à 8, caractérisée en ce que plusieurs robots ( 8) sont installés sur un circuit fermé ( 39) de forme quelconque.