ГИБРИДНАЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКАЯ ПЛАТФОРМА ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ИНВЕНТАРИЗАЦИИ СКЛАДСКИХ ПОМЕЩЕНИЙ

Область техники.
Полезная модель относится к области индустриальной робототехники и может применяться для автоматизации складских помещений смешанного типа. Данное робототехническое решение может быть использовано для замены человека на операции инвентаризации, в частности в области определения и распознавания наличия палетт на паллетоместах с помощью набора камер и сенсоров. Решение будет использовано в комплексе с информационной системой управления складом и обеспечивать возможность проводить автоматическую выборочную или полную инвентаризацию.
Уровень техники.
В настоящее время инвентаризация осуществляется вручную. Сотрудник склада использует лазерный сканер штрихкодов и подъемник для перемещения на высоту до 12-15 метров. Это затратный и длительный процесс который требует частичного или полного закрытия склада, несет риски здоровью персонала, а также приводит к ошибкам инвентаризации связанными с человеческим фактором. В результате склады несут значительные издержки. Из уровня техники известны решения, используемые для быстрого и безопасного проведения инвентаризации складских помещений.
В заявке US 20160247116 A1 раскрываются методы для проведения инвентаризации с использованием дрона со сканером штрихкодов на борту, при этом требуется постоянное управление оператором. Человек перемещается с дроном и компьютером по складу и запускает его только когда сам подойдет к необходимому месту на складе. Дрон обменивается информацией с компьютером и с учетной системой (WMS) склада.
В патенте US 8989922 B2 раскрывается метод для навигации дрона внутри склада с использованием RFID меток. В данном патенте описывается только метод навигации внутри складов без определенного применения.
В заявке US 20140344118 A1 раскрывается метод применения дрона определенной конфигурации для проведения инвентаризации на складе при помощи сканирования RFID меток.
В заявке US 9373014 B1 раскрывается система мониторинга различных событий в помещениях, которая использует в качестве меток для локальной навигации - RFID.
Недостатками указанных выше решении является низкая эффективность проведения инвентаризации складских помещений и отсутствие возможности проводить инвентаризацию в автоматизированном режиме. Основным ограничением применения дронов на складе является короткое время полета, которое исчисляется минутами, в то время как для эффективной инвентаризации склада система должна работать порядка 10 часов.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является создание робототехнического устройства для автоматического определения и правильного распознавания товаров на палеттоместах в складских помещениях при помощи идентификации различных меток на товарах (штрих коды, QR коды, RFID).
Техническим результатом является повышение точности позиционирования устройства на территории склада, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях и как следствия повышение эффективности автоматизированного проведения инвентаризации складских помещений.
Указанный результат достигается за счет создания устройства для автоматизированного проведения инвентаризации складских помещений, содержащего:
- беспилотный летательный аппарат (БПЛА), оснащенный системой распознавания идентификаторов объектов, расположенных на паллетоместах;
- автономную мобильную платформу;
- модуль конструктивной связи, соединяющий БПЛА с упомянутой платформой, выполненный таким образом, чтобы обеспечить возможность перемещения БПЛА относительно платформы, и представляющий собой телескопическую штангу, одним своим концом закрепленную на автономной мобильной платформе, а другим на БПЛА,
при этом упомянутая платформа выполнена с возможностью подачи питания на БПЛА, локализации БПЛА в трёхмерном пространстве при помощи вышеупомянутого модуля, а также  автоматизированного проведения инвентаризации складских помещений.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания сущности полезной модели, и чтобы более ясно показать, каким образом она может быть осуществлена, далее будет сделана ссылка, лишь в качестве примера, на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 – структурная схема складских помещений.
Осуществление полезной модели
В соответствии со структурной схемой, приведенной на фиг. 1, на складском помещении могут быть размещены информационная система 1 управления складом (WMS система) и устройство для автоматизированного проведения инвентаризации складских помещений, содержащее: автономную мобильную платформу 2 с БПЛА 5, а также модуль конструктивной связи 4, соединяющий БПЛА 5 с упомянутой платформой 2. Для обеспечения возможности перемещения БПЛА относительно платформы модуль конструктивной связи 4, может быть выполнен, например, в виде телескопического механизма, обеспечивающего возможность подачи питания от упомянутой платформой 2 к БПЛА 5. При этом вышеназванный модуль соединен с платформой при помощи общеизвестных сборочных операций, таких как сварка или клепка. Дополнительно платформа 2 может быть оснащена блоком 3, приводящим в движение телескопический механизм, выполненным в виде шарнирного узла с возможностью поворота по двум осям.
БПЛА 5 оснащен системой 6 распознавания идентификаторов объектов 7, в частности паллет, посредством считывания с них штрихкодов 7.1, QR-кодов 7.2 и RFID-меток 7.3. Система 6 может состоять из камеры, RFID сканера, сканера штрих, QR-кодов, которые могут быть включены в зависимости от конкретного типа склада и идентификаторов, которые используются на нем, и бортового компьютера для выполнения алгоритмов распознавания и стабилизации БПЛА 5 относительно мобильной платформы 2. БПЛА 5 может быть выполнен в виде мультироторного БПЛА, например, мультикоптера с 4-6 моторами, способного взлетать и садиться в узком пространстве.
Мобильная платформа 2 состоит из шасси, системы управления, несущей конструкции, набора сенсоров и ЛИДАРов для построения карты пространства, локализации робота, и определения и детектирования различных препятствий вокруг платформы. Система управления мобильной платформы 2 реализована на базе вычислительного модуля или компактного компьютера для выполнения заранее заложенных в установленное на них приложение алгоритмов навигации в складских помещениях и автономного перемещения робота внутри помещения. Дополнительно мобильную платформу оснащают средствами беспроводной связи для обмена информацией с WMS 1. На платформе 2 расположена конструкция, служащая опорой для остальных компонентов устройства и БПЛА 5. БПЛА 5 осуществляет взлет и посадку на мобильную платформу 2 в автономном режиме. Также мобильная платформа 2 содержит съемный аккумулятор для подачи питания на элементы упомянутой платформы и БПЛА. Зарядка аккумулятора может осуществляться посредством специализированной базовой станции с помощью проводов или посредством средств беспроводной зарядки, которыми оснащается мобильная платформа 2.
Вычислительный модуль платформы 2 решает задачи навигации устройства для автоматизированного проведения инвентаризации складских помещений, представляющих собой коридоры высотой до 15 метров, шириной до 2-4 метров, протяженностью от 30 до 120 метров, при этом в данных помещениях отсутствует сигнал GPS из-за наличия большого объема металлоконструкций, что значительно затрудняет использование инерциальных систем навигации БПЛА. Дополнительно мобильная платформа 2 может быть оснащена системой распознавания идентификаторов объектов, а с помощью системы распознавания 6 и приложения может выполняться трансляция видеосигнала, по меньшей мере, на одно рабочее место на складе.
На находящуюся в режиме ожидания платформу 2 с расположенным на ней БПЛА 5 от WMS 1 поступает сигнал, содержащий информацию о задаче. Задача может представлять собой сканирование конкретного объекта с идентификатором, расположенного на палеттоместе или коробке, инвентаризацию полки конкретного стеллажа, выбранного одного или нескольких стеллажей, полного склада. Получив сигнал, платформа 2 перемещается по указанным координатам, используя установленное на вычислительном модуле приложение, в частности, выполняя обработку данных, поступающих с системы сенсоров, встроенных в мобильную платформу, и алгоритмы навигации на основе обработанных данных. В дополнение к этому для навигации платформа 2 может использовать данные о складе (карта склада, информация о товарах, их расположении и др.), хранящиеся в памяти вычислительных модулей WMS склада 1 посредством направления соответствующего запроса данных. Данные о складе обновляются в средствах хранения информации мобильной платформы 2 за счет возможности обмена информацией между платформой 2 и WMS 1 посредством приложения.
Если задача предусматривает процесс инвентаризации минимум двух стеллажей, выполняется расчёт маршрута мобильной платформы 2 с целью наиболее быстрого выполнения задачи (например, начало выполнения инвентаризации непосредственно с точки, расположенной наиболее близко к платформе 2 в момент подачи сигнала). Достигнув точки старта инвентаризации, платформа 2 останавливается и подает сигнал на взлет БПЛА 5. Платформа 2 выполняет роль базовой станции для БПЛА с целью обеспечения длительного бесперебойного питания летательного посредством соединения через модуль конструктивной связи 4. БПЛА 5 соединен с платформой 2 телескопической штангой, которая крепится к платформе 2 с помощью механизма, позволяющего обеспечить минимальную длину и наличие питания на разных высотах полета БПЛА (до 15 м). Телескопическая штанга крепится к БПЛА 5 с помощью скользящего контакта с целью обеспечения большей мобильности БПЛА в горизонтальной плоскости. Локализация БПЛА 5 в трёхмерном пространстве осуществляется вычислительным модулем, обрабатывающим информацию с сенсоров установленных на мобильной платформе 2.
Получив сигнал о взлёте, БПЛА 5 включает систему распознавания идентификаторов объектов 6 и выполняет полет к указанной позиции. Достигнув заданной начальной позиции, БПЛА 5 начинает процесс сканирования идентификаторов 7, начиная с идентификаторов паллетомест, сверяет информацию, полученную от идентификатора паллетоместа, с информацией из WMS 1, затем сканирует информацию с идентификатора самой паллеты и согласовывает ее с упомянутой информацией от WMS 1. После этого БПЛА 5 переходит к поэтапному сканированию товаров в соответствии с поставленной задачей.
Дополнительно платформа 2 также может быть оснащена системой распознавания идентификаторов объектов 6 для проведения инвентаризации первого уровня склада и средствами регистрации видеосигнала. Полученный видеосигнал может быть передан посредством проводной или беспроводной связи, по меньшей мере, на одно рабочее место на складе для контроля процесса инвентаризации. Инвентаризацию с помощью системы распознавания идентификаторов 6 платформа может осуществлять методом, описанным ранее.
Система компьютерного зрения БПЛА 5 предусматривает выполнение следующих задач:
1. Идентификация паллеты посредством считывания штрихкода, QR кода, или RFID метки.
2. Сравнение статуса паллетоместа в WMS и непосредственно паллетоместа (с помощью определения местоположения идентификатора, распознавания идентификатора и синхронизацией с WMS системой).
3. Распознавание пустого паллетоместа.
4. Получение изображения всего паллетоместа.
5. Определение заполненности паллетоместа.
6. Инспекция внешнего состояния на предмет помятостей и ударов (внешний брак).
Таким образом, за счет того, что в заявленном устройстве для автоматизированного проведения инвентаризации складских помещений БПЛА 5 соединен с автономной мобильной платформой 2 посредством модуля конструктивной связи, через который обеспечивается подача питания от платформы 2 на БПЛА 5 и локализация БПЛА 5 в трёхмерном пространстве, увеличивается время работы БПЛА 5 и снижается вычислительная нагрузка на бортовой компьютер, в следствие чего распознавание идентификаторов объектов осуществляется быстрее и значительно увеличивается время полета БПЛА 5, т.е. повышается эффективность автоматизированного проведения инвентаризации складских помещений.
Заявленное устройство в целом также обладает упрощенной конструкцией и дает возможность проводить инвентаризацию склада в полностью автоматическом режиме без вмешательства человека, что исключает ошибки, связанные с человеческим фактором. Посредством предлагаемой гибридного робототехнического устройства появляется возможность производить инвентаризацию быстро, точно, в любое время суток, без простоев в работе, и безопасно для сотрудников склада.