Brevet FR3007394A1 — publié le 20141226

Domaine technique La présente invention a pour objectif l'automatisation des manipulations d'objets dans des entrepôts, notamment en vue de la préparation de commandes. Etat de la technique antérieure A ce jour, il existe plusieurs méthodes de manipulations : - sans équipement spécifique : des employés parcourent les rayons pour 10 prélever les produits commandés et les apportent à un comptoir où ils sont emballés ou bien mis à la disposition du client dans des sacs ou des casiers. Généralement, les employés suivent un ordre bien précis qui leur est indiqué par un portable électronique. Parfois, ils sont aidés par un chariot téléguidé. Le coût main d'oeuvre est élevé. 15 - le carrousel : les produits sont stockés dans des armoires accrochées à un rail ou un autre système d'entraînement. Un système informatique commande l'avancée et l'arrêt de toutes les armoires afin de présenter la bonne armoire à l'employé chargé du prélèvement du produit. Ceci évite des déplacements importants pour les employés. L'investissement dans le 20 carrousel est élevé et ne réduit pas énormément le coût global. - les armoires déplacées individuellement : en lieu et place du carrousel, on utilise des robots qui transportent les armoires à portée de l'opérateur, comme le fait le carrousel, mais pour cela, il n'en déplace qu'une à la fois. 25 - d'autres systèmes prévoient le stockage des produits dans des casiers, et ce sont ces casiers qui sont approchés des opérateurs par des moyens automatiques et les les casiers sont ensuite reportés à leur point de départ. Plus souple mais plus onéreux en immobilisation, ces systèmes ne réduisent pas énormément les coûts des manipulations. 35 L'invention apporte des solutions à la manipulation des produits en sortie de stock et aussi en entrée. Dans le cas du carrousel, par exemple, il est nécessaire de disposer les produits dans les étagères afin de pouvoir ensuite exploiter le système pour la gestion des commandes client. 40 Et, dans certains entrepôts gérant des milliers de références, la manipulation des entrées en stock est aussi coûteuse que celle des sorties. Dans cette présentation, il sera utilisé le mot « entrepôt » pour signifier qu'on évoque, en fait, tout lieu où peuvent se trouver des objets à 5 manipuler : entrepôt, magasin ou autres lieux couverts ou non. De même, l'expression « objet à manipuler » évoque en premier lieu les produits à extraire d'un magasin, mais peut aussi désigner tous autres types de produits. 10 Un des points forts de l'invention décrite ici est de ne déplacer que les articles nécessaires d'où un bilan énergétique plus favorable. Un autre point fort est qu'elle ne nécessite pas d'installation plus sophistiquée que les étagères habituellement utilisées dans un entrepôt non automatisé, d'où un investissement plus léger. 15 Et surtout, elles automatisent totalement les processus évitant ainsi l'intervention d'opérateurs humains. 20 25 Description de l'invention 30 L'invention est un système de manipulation d'objets dans un entrepôt, magasin ou autres lieux, typiquement des objets définis sur une liste de commande client, système utilisant le service de drones, l'ensemble du système étant commandé par ordinateur ; 35 Les dictionnaires définissent le mot « drone » ainsi : « Petit avion télécommandé utilisé pour des tâches diverses (missions de reconnaissance tactique à haute altitude, surveillance du champ de bataille et guerre électronique » L'usage courant est moins restrictif. Ce mot est associé maintenant : 40 - à des véhicules autres que militaires, - à des véhicules de plusieurs tonnes, - à des véhicules terrestres ou aquatiques, D'une manière générale, il s'agit de mobiles équipés de capteurs radio-commandés par des opérateurs qui peuvent s'en trouver très éloignés. Ici, nous étendons la notion en considérant que le drone peut aussi être radio-commandé par un ordinateur. Le système présenté comprend, - un ordinateur central qui conserve en mémoire les indications précises 10 concernant les localisations des produits, leurs caractéristiques et notamment une image de leurs formes, ainsi que la liste des produits à manipuler, ; - des drones manipulateurs qui prélèvent les objets sur les palettes ou les rayons de stockage. Ces drones sont équipés de matériel et logiciel de 15 reconnaissance de formes et position ainsi que de mécanismes de préhension ; - des drones transporteurs sur lesquels les drones manipulateurs déposent les objets qu'ils ont prélevés. Lorsque tous les objets prévus dans la liste des prélèvements ont été chargés sur le drone transporteur, ce dernier 20 véhicule l'ensemble des objets au point de sortie de l'entrepôt. Les actions de ces drones transporteurs et manipulateurs sont entièrement télécommandés par ordinateur et excluent toute intervention humaine en fonctionnement courant. 25 L'ensemble des opérations sont orchestrées par l'ordinateur qui dispose dans sa mémoire : - des programmes nécessaires à son fonctionnement - de la structure détaillée des espaces de stockage de l'entrepôt et de leur 30 utilisation, - des détails des objets à manipuler avec pour chacun d'eux les informations habituelles d'un catalogue produits, et de nombreuses autres informations telles que l'emplacement où ils sont stockés, leurs poids, leurs dimensions et formes, leurs consistances, l'outil de préhension avec 35 lequel ils doivent être manipulés et surtout l'image des produits et de leurs formes ; - la liste des produits à manipuler, typiquement les commandes clients à préparer avec notamment la date et l'heure pour lesquelles les commandes doivent être préparés ; 40 Cet ordinateur est connecté en permanence au système WMS (Warehouse Management System) de l'entreprise dont il reçoit les informations. Les drones sont des véhicules automobiles circulant au sol ou sur un rail ou autre support. Ils sont pilotés par l'ordinateur qui leur envoie par liaison informatique sans fil les informations nécessaires à leurs missions. Pour les drones manipulateurs : - déplacement à réaliser pour se rendre devant le produit à manipuler ; - la photo du produit à rechercher; - le code du produit voulu afin de vérifier la bonne fin de l'opération; - et autres informations à adapter selon les caractéristiques de l'installation. 15 Pour les drones transporteurs : - l'emplacement où ils doivent se rendre pour recevoir un nouveau produit, - l'identifiant et la position du drone manipulateur près duquel il doivent se positionner. 20 Les drones, qu'ils soient transporteurs ou manipulateurs, sont équipés d'un système mécatronique qui leur permet de mener à bien leurs missions et de rendre compte à l'ordinateur central. 25 L'ensemble fait appel à des techniques existantes dont l'utilisation a été agencée de manière innovante pour obtenir une synergie importante. Le fait de faire diriger l'ensemble du système par un ordinateur central et spécialement de commander les déplacements des drones ajouté au 30 système de reconnaissance de forme permet un résultat économique performant. Bien qu'utilisant des techniques relativement anciennes, ce système s'avère innovant par la combinaison qu'il en fait et qui permet de 35 résoudre avantageusement la question de la manipulation des objets dans les entrepôts. De nombreuses sociétés travaillent dans ce secteur économique depuis de nombreuses années et n'ont jamais proposé de telles solutions. Description informatique Description de la figure 1 Selon la figure 1, dans le cas d'une réalisation particulière, les drones manipulateurs ou transporteurs peuvent être des véhicules comprenant, entre autres éléments : - un bloc coffre (4) monté sur roues (1) destiné à recevoir les moteurs, les batteries et les cartes électroniques (3) ; - portant une plaque d'identification (2) en code barre ; - un mât (5) sur lequel le bras de manipulation (6) peut monter et descendre; - une antenne (9) fixée au sommet du mât qui permet au drone de dialoguer avec l'ordinateur central, - le bras de manipulation (6) pouvant s'allonger ou se rétracter grâce aux moteurs qu'il contient ; - ce bras coulisse sur le mât (5) afin de se positionner à hauteur du rayon 20 de stockage adéquat et donc à hauteur de l'objet qui devra être saisi ; - ce bras supporte une caméra (7) qui permet d'avoir une vision des objets sur les rayons de stockage ; - un outil de préhension (8) fixé à l'extrémité du bras destiné à saisir l'objet requis ; 25 - les cartes électroniques situées dans le logement prévu (3) sont complétées par les micro-controleurs, mémoires, antennes et autres, nécessaires au bon fonctionnement du système. 30 Le drone transporteur possède les mêmes éléments (1,2,3,4,9) que le drone manipulateur. Il n'utilise pas le bras et ses composants associés. Par contre il est prévu un système d'accrochage qui lui permet de saisir et déplacer un chariot destiné à recevoir l'ensemble des produits de la 35 commande en cours de traitement et les transporter à l'endroit prévu. Mode de réalisation Les drones manipulateurs sont spécialisés dans la manipulation de 40 produits du même genre. Leurs outils de manipulation diffèrent et ils ne traitent qu'une catégorie d'objets. Dans le cas particulier des drives de la grande distribution, le drone qui 5 traitera les boites de conserves n'aura pas le même outil préhenseur que celui qui traitera des cartons de boites de conserves, des sacs d'aliments pour chiens ou des boîtes à oeufs. Les outils de préhension sont donc adaptés en taille, puissance, 10 répétabilité , délicatesse ou autres caractéristiques de façon à convenir aux différents types d'objets à saisir en terme de poids, de rigidité, de fragilité, de volume ou tout autre caractéristique de façon à ne pas abîmer le produit ni son emballage. 15 Les outils de préhension sont conduits à proximité du produit à saisir par l'utilisation de la camera, du logiciel de reconnaissance de formes et du logiciel qui permet d'identifier la première forme à saisir. Afin de limiter les déplacements des drones manipulateurs, les produits 20 sont regroupés dans des zones de l'entrepôt selon l'outil qui sera utilisé pour les manipuler. Le drone transporteur se déplace alors avec son chariot d'une zone à une autre et les drones manipulateurs lui fournissent les produits à tour de rôle suivant l'ordre défini par l'ordinateur central. Le système décrit ci-dessus permet de préparer des commandes. Les instructions données par l'ordinateur central sont adaptées pour assurer le dépôt des objets entrant dans l'entrepôt. 30 Dans ce cas, un réceptionnaire dépose les objets à entrer sur des chariots. Sur ordre de l'ordinateur central, les drones transporteurs véhiculent ces chariots à proximité de l'endroit où les produits doivent être rangés sur palette ou rayon de stockage. Les drones manipulateurs se saisissent de ces objets apportés par le drone 35 transporteur et les déposent sur la palette ou le rayon de stockage défini par l'ordinateur. Dans certaines applications, il sera préférable de remplacer le 40 positionnement à l'aide de la caméra et son logiciel par un système différent. On pourra utiliser des capteurs à ultrasons et des senseurs de contact, ceux-ci déclenchant la préhension, ceci dans la mesure où les objets à manipuler le permettront. L'utilisation décrite ci-dessus, en sortie comme en entrée de produits dans le stock prévoit un déplacement des drones à l'aide de roues. Dans certaines applications, on aura intérêt à faire circuler les drones au sol avec d'autres mécanismes de déplacement, par exemple, des rails au sol. Dans d'autres, on pourra les faire circuler sur des rails auxquels il seront suspendus. Dans tous les cas, il pourra s'agir de techniques existant déjà dans les entrepôts ou dans d'autres activités. Les techniques de guidage sont déjà connues que ce soit le filoguidage, les méthodes AGV ou autres. D'éventuelles techniques nouvelles pourront être adaptées sans remettre en cause l'essentiel de l'invention. Mais la nouveauté de cette invention est que dans tous les cas, les déplacements et la préhension des objets sont commandés et contrôlés par l'ordinateur central. Pour améliorer les performances ou simplifier la mise en oeuvre des drones, on pourra être amené à équiper chacun d'eux d'un ordinateur ou microcontroleur qui assurera lui-même une partie des tâches de commande et de contrôle du drone, mais toujours sous la supervision de l'ordinateur central. Dans certaines applications, afin d'éviter toute erreur le drone transporteur sera équipés d'un lecteur de codes barres qui permet de valider chacun des dépôts effectués sur le drone transporteur et valide l'opération auprès de l'ordinateur de commande. 35 Dans d'autres, il sera plus avantageux d'équiper les outils de préhension de ce lecteur de code barre afin de vérifier dès avant la sortie de l'étagère que c'est le bon produit qui est saisi. 40 Dans certains cas, le drone transporteur pourra être remplacé par des tapis roulants ou tout autre système de transport depuis l'emplacement de prélèvement jusqu'au lieu de sortie d'entrepôt ou d'utilisation des objets prélevés. Dans cette hypothèse et si nécessaire, la lecture des codes barres sur les produits arrivant en bout de tapis permettra de les trier et les réattribuer à leur commande client. En tout état de cause, le système pourra être mis en repos afin de permettre une intervention humaine dans les opérations, que ce soit au 10 niveau du prélèvement ou au niveau du transport. Cette précaution est nécessaire pour ne pas bloquer l'ensemble dans le cas d'un désordre survenu localement et indépendamment du système. Par ailleurs, les drones sont équipés d'éléments de sécurité, capteurs 15 ultrasons, infrarouges ou autres, qui permettent de bloquer leurs mouvements lorsqu'une personne ou un objet non prévu se trouve à proximité. Applications industrielles 20 Les applications de ce système peuvent se développer dans la gestion de tout entrepôt. Les 'drive', les entrepôts rattachés au e-commerce, mais aussi les entrepôts stockant les produits utilisés dans le cadre d'une chaîne de montage auront un moindre coût de fonctionnement en utilisant 25 l'invention. REVENDICATIONS1) Système pour manipuler des objets dans un entrepôt, magasin ou autre lieu de stockage caractérisé en ce qu'il permet la sortie de ces objets à partir d'une liste de commande, l'entrée des objets et leur mise en place dans l'entrepôt et aussi le déplacement de ces objets d'une place à une autre à l'intérieur de l'entrepôt au moyen de drones commandés par ordinateur, ce système utilisant la reconnaissance de formes pour le repérage des objets à manipuler. Le système comprend : a - un ordinateur central qui possède en mémoire les indications précises concernant les localisations des produits ainsi que leurs caractéristiques, et aussi la liste des produits à manipuler, b - des drones manipulateurs équipés de matériel et logiciel de reconnaissance de formes et position ainsi que de mécanisme de préhension. Ces drones permettent de prélever des objets sur leur point de stockage et les déposer sur un véhicule à proximité ou permettent l'opération inverse, c'est à dire le prélèvement des objets sur un véhicule à proximité et le dépôt à leur point de stockage. Ces drones sont équipés de bras manipulateurs supportant une camera dont les images sont analysées par l'ordinateur central qui commande le positionnement de l'outil de préhension à proximité immédiate de l'objet à saisir, puis ensuite la préhension du dit objet ; c - des drones transporteurs chargés de remorquer des chariots d'un point à un autre : - pour les déplacer depuis l'entrée de l'entrepôt, - pour permettre aux drones manipulateurs d'y déposer les objets qu'ils ont prélevés à leur point de stockage, - pour permettre aux drones manipulateurs d'y prélever des objets et les déposer à leur point de stockage, 35 - pour les déplacer à la sortie de l'entrepôt. Les actions de ces drones transporteurs et manipulateurs sont entièrement télécommandés par l'ordinateur central et excluent toute intervention humaine en fonctionnement courant. 40 2) Système selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les drones manipulateurs sont équipés des outils de repérage, de positionnement et de préhension d'objets à base de cameras photo ou vidéo, de capteurs à ultrasons ou autres senseurs de contact, des logiciels adaptés capables de commander l'approche de l'outil de préhension et de commander la dite préhension. L'outil de préhension est adapté en taille, puissance, répétabilité, délicatesse ou autres caractéristiques de façon à convenir aux différents types d'objets à saisir en terme de poids, de rigidité, de fragilité, de volume ou tout autre caractéristique de façon à ne pas abîmer le produit ni son emballage. 3) Système selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que les drones peuvent aussi bien se déplacer sur le sol selon les techniques de guidage telles que le filoguidage, les méthodes AGV par exemple, ou bien être fixés sur des rails terrestres ou aériens ou autres techniques telles que leurs déplacements peuvent être commandés et contrôlés par l'ordinateur. 4) Système selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que les drones peuvent être entièrement commandés par l'ordinateur central, mais ils peuvent aussi être équipés d'un ordinateur ou microcontroleur qui assure lui-même tout ou partie des tâches de commande et de contrôle du drone tout en restant sous la supervision de l'ordinateur central. 5) Système selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que les drones transporteurs peuvent être remplacés par des tapis roulants ou tout autre système de transport entre l'emplacement 35 de manipulation et l'entrée ou la sortie de l'entrepôt. 6) Système selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que le drone manipulateur pourra déposer lui-même les 40 objets saisis à la sortie de l'entrepôt ou à l'endroit qui lui sera indiqué parl'ordinateur central. 7) Système selon les revendications précédentes, Le mécanisme de manipulation des objets pourra être remplacé par un bras robotisé à plusieurs degrés de liberté. 8) Système selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que les outils de préhension des drones manipulateurs ou le drone transporteur sont équipés d'un lecteur de codes barres qui contrôle chacun des dépôts effectués sur le drone transporteur et valide l'opération auprès de l'ordinateur de commande. 9) Système selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que le système permet une intervention humaine dans les opérations, que ce soit au niveau du prélèvement ou au niveau du transport si un de ses drones venait à être bloqué ou perturbé dans son 20 fonctionnement. 10) Système selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que les drones sont équipés de capteurs ultrasons, 25 infrarouges ou autres qui permettent de bloquer les mouvements lorsqu'une personne ou un objet non prévu se trouve à proximité.