ES2989139T3 - Sistemas y métodos para controlar la descarga de objetos desde recipientes mediante movimiento vibratorio - Google Patents
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Abstract
Se describe un sistema para controlar el vaciado de objetos. El sistema de neumáticos incluye un sistema de contenedor que incluye un contenedor para contener objetos, medios de rotación para rotar el contenedor hasta un ángulo de vaciado y medios de movimiento para mover al menos una parte del sistema de contenedor de manera repetitiva con una distancia neta cero de recorrido de al menos la parte del sistema de contenedor de manera que los objetos se vacíen del contenedor a una velocidad de vaciado controlada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sistemas y métodos para controlar la descarga de objetos desde recipientes mediante movimiento vibratorio
PRIORIDAD
La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente provisional de EE.UU. con n.° de serie 62/811.306, presentada el 27 de febrero de 2019.
ANTECEDENTES
La invención se refiere en general a sistemas de control de movimiento programables cuya tarea es mover objetos de un lugar a otro, y se refiere en particular a sistemas de control de movimiento programables destinados a su uso en entornos que requieren, por ejemplo, que una variedad de objetos (por ejemplo, productos, artículos, paquetes, etc.) sean clasificados y/o distribuidos a cualquiera de varios destinos de salida.
La invención se refiere, en particular, a aplicaciones automatizadas de manipulación de materiales en las que recipientes de objetos de diferentes tamaños y formas deben ser vaciados de su contenido que luego será procesado de forma ordenada. Un recipiente de este tipo puede ser un recipiente a granel también conocido como recipiente Gaylord, por ejemplo, que podría contener cajas o paquetes de diferentes tamaños. Con frecuencia, trabajadores humanos vacían este tipo de recipientes a granel y simplemente los vuelcan para vaciar su contenido. Si el contenido del recipiente a granel es frágil, este enfoque suele ser inadecuado. Cuando el recipiente a granel se vuelca, se crea una avalancha de mercancías que pueden aplastar los artículos que se encuentran en el fondo de la avalancha.
El vaciado de dichos recipientes es una etapa importante en muchos sistemas de distribución de objetos, que reciben objetos de forma desorganizada pero que tienen que procesar luego los objetos de una manera más ordenada. Después de ser retirado de dicho recipiente, cada objeto debe procesarse y distribuirse a una ubicación de destino correcta, de acuerdo con lo determinado por la información de identificación asociada con el objeto, que comúnmente está determinada por una etiqueta impresa en el objeto o en una pegatina adherida al objeto. Las rutas hacia la ubicación de destino pueden implicar encaminar el objeto a una ubicación intermedia que puede adoptar muchas formas, como una bolsa o un contenedor.
El proceso de clasificación de estos objetos, por ejemplo, se ha realizado tradicionalmente a mano. Un clasificador humano coge un objeto de un contenedor entrante, busca un código de barras en el objeto, escanea el código de barras con un escáner de códigos de barras portátil, determina a partir del código de barras escaneado la ubicación adecuada del artículo en el contenedor o estantería y, a continuación, coloca el artículo en la ubicación de estantería o contenedor determinado de este modo a la que se ha definido que pertenecen todos los objetos para ese pedido. También se han propuesto sistemas automatizados para el cumplimiento de pedidos. Véase, por ejemplo, la publicación de solicitud de patente de EE.UU. n.° 2014/0244026, que divulga el uso de un brazo robótico junto con una estructura arqueada que se puede mover hasta alcanzar el brazo robótico.
Muchos sistemas de clasificación de centros de distribución actuales asumen por lo general una secuencia inflexible de operaciones mediante las que una corriente desorganizada de objetos de entrada es individualizada primero en una corriente de objetos únicos y aislados presentados uno a uno ante un escáner que identifica el objeto. Un elemento o elementos de inducción (por ejemplo, un transportador, una bandeja basculante o contenedores manualmente móviles) transportan los objetos al destino deseado o a una estación de procesamiento posterior, que puede ser un contenedor, una rampa, una bolsa o un transportador, etc.
En los sistemas de clasificación de paquetes convencionales, los trabajadores humanos o los sistemas automatizados normalmente recuperan objetos agrupados de forma desorganizada y clasifican cada objeto en un contenedor de recogida en función de un conjunto de heurísticas determinadas. Por ejemplo, todos los objetos del mismo tipo pueden ir a un contenedor de recogida, o todos los objetos en un solo pedido de cliente, o todos los objetos destinados al mismo destino de envío, etc. Se requieren trabajadores humanos o sistemas automatizados para recibir objetos y para mover cada uno a su contenedor de recogida asignado. Si el número de diferentes tipos de objetos de entrada (recibidos) es grande, se requiere un gran número de contenedores de recogida.
Desafortunadamente, estos sistemas no abordan las limitaciones de requerir que personal humano manipule (por ejemplo, procese por selección) los objetos y cree un flujo de objetos individualizados para que los objetos puedan ser procesados por sistemas manuales o automatizados. Sigue existiendo la necesidad de sistemas de procesamiento de objetos más eficientes y rentables que distribuyan objetos de una variedad de tamaños y pesos en flujos de objetos más individualizados, pero que sean eficientes en el manejo de una afluencia de objetos desorganizados de tamaños y pesos tan variables. El documento JP H01220642A divulga un sistema de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 y un método de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 11.
SUMARIO
De acuerdo con un aspecto, la invención proporciona un sistema para controlar la descarga de objetos como se define en la reivindicación 1. El sistema incluye un sistema de recipiente que incluye un recipiente para contener objetos, medios de rotación para girar el recipiente hasta un ángulo de descarga y medios de movimiento para mover al menos una porción del sistema de recipiente de manera repetitiva con una distancia neta de recorrido cero de al menos la porción de recipiente del sistema de manera que los objetos se descarguen del recipiente a una velocidad de descarga controlada.
De acuerdo con un aspecto adicional, la invención proporciona un método para controlar la descarga de objetos como se define en la reivindicación 11. El método incluye proporcionar un sistema de recipiente que incluye un recipiente para contener objetos, girar el recipiente hasta un ángulo de descarga y mover al menos una porción del sistema de recipiente de manera repetitiva con una distancia neta de recorrido cero de al menos la porción de recipiente de tal manera que dichos objetos se descarguen del recipiente a una velocidad de descarga controlada.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La siguiente descripción puede entenderse mejor con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la Figura 1 muestra una vista esquemática ilustrativa de un sistema de descarga de acuerdo con una realización de la presente invención;
la Figura 2 muestra una vista esquemática ilustrativa del sistema de la Figura 1 con el recipiente acoplado con el sistema de manipulación de recipientes;
la Figura 3 muestra una vista esquemática ilustrativa del sistema de la Figura 1 con el sistema de manipulación de recipientes elevando el recipiente;
la Figura 4 muestra una vista esquemática ilustrativa del sistema de la Figura 1 con el sistema de manipulación de recipientes basculando el recipiente sobre un sistema transportador;
las Figuras 5A y 5B muestran vistas laterales esquemáticas ilustrativas de un accionador de vibración para uso en un sistema de acuerdo con un aspecto de la invención que incluye un accionador lineal;
las Figuras 6A y 6B muestran vistas isométricas esquemáticas ilustrativas del accionador de vibración de las Figuras 5A y 5B que muestran el accionador central;
las Figuras 7A - 7C muestran representaciones gráficas ilustrativas de patrones de movimiento vibratorio en un sistema de acuerdo con diversos aspectos de la invención;
la Figura 8 muestra una representación gráfica ilustrativa de vibración frente a frecuencia de un recipiente de acuerdo con un aspecto de la invención;
la Figura 9 muestra una vista esquemática ilustrativa del sistema de la Figura 1 con el sistema de manipulación de recipientes controlando la descarga de objetos desde el recipiente al sistema transportador;
las Figuras 10A - 10D muestran vistas laterales esquemáticas ilustrativas de un accionador de vibración para uso en un sistema de acuerdo con un aspecto de la invención que incluye un accionador rotativo;
las Figuras 11A - 11D muestran vistas isométricas esquemáticas ilustrativas del accionador de vibración de las Figuras 10A - 10D que muestran el accionador central;
las Figuras 12A - 12D muestran vistas laterales esquemáticas ilustrativas de un accionador de vibración para uso en un sistema de acuerdo con un aspecto de la invención que incluye un accionador de leva;
las Figuras 13A - 13D muestran vistas isométricas esquemáticas ilustrativas del accionador de vibración de las Figuras 12A - 12D que muestran el accionador central;
las Figuras 14A y 14B muestran vistas laterales esquemáticas ilustrativas de un accionador de vibración para uso en un sistema de acuerdo con un aspecto de la invención que incluye un accionador vertical;
las Figuras 15A y 15B muestran vistas isométricas esquemáticas ilustrativas del accionador de vibración de las Figuras 14A y 14B que muestran el accionador central;
la Figura 16 muestra una vista esquemática ilustrativa de un sistema de manipulación de recipientes, que no forma parte de la presente invención, que incluye un sensor de par de fuerzas y un sistema de percepción;
la Figura 17 muestra una vista esquemática ilustrativa del sistema de percepción de la Figura 16; la Figura 18 muestra una vista esquemática ilustrativa del sistema de manipulación de recipientes de la Figura 16 descargando objetos sobre un sistema transportador;
las Figuras 19A - 19C muestran vistas esquemáticas ilustrativas de un proceso de descarga de acuerdo con un aspecto de la invención;
la Figura 20 muestra una vista esquemática ilustrativa de un sistema de manipulación de recipientes de acuerdo con la invención que incluye una parte superior abisagrada con secciones separadas y abisagradas;
la Figura 21 muestra una vista esquemática ilustrativa de un sistema de manipulación de recipientes, que no forma parte de la presente invención, que incluye una rampa de movimiento controlado;
la Figura 22 muestra una vista lateral esquemática ilustrativa del sistema de la Figura 21 descargando objetos sobre un sistema transportador; y
la Figura 23 muestra una vista esquemática ilustrativa de un sistema de manipulación de recipientes, que no forma parte de la presente invención, que incluye capacidad para un recipiente de doble ancho.
Los dibujos se muestran únicamente con fines ilustrativos.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
De acuerdo con una realización, la invención proporciona un enfoque para descargar de forma segura, y como una corriente de objetos, el contenido de objetos de recipientes con menos daño que un enfoque de simple volcado. Para entregar paquetes sin daños al volcar un recipiente, es importante que los paquetes y cajas no caigan incontrolablemente fuera del recipiente. De acuerdo con ciertas aplicaciones, la invención proporciona un sistema que vacía un recipiente a granel lleno de paquetes volcando el recipiente, pero luego haciendo vibrar hacia adelante y hacia atrás el recipiente restringido. El recipiente se vuelca hasta una pendiente anterior a la cual los paquetes se deslizan hacia fuera de forma incontrolada; como se usa en el presente documento, la pendiente a la que comienza el deslizamiento es la pendiente de deslizamiento incipiente, y el ángulo se denomina ángulo incipiente. En lugar de volcar el recipiente hasta más allá de la pendiente de deslizamiento incipiente, el volquete vibra con un movimiento oscilatorio cuyo efecto neto en la dirección lateral es un vaivén en la dirección del deslizamiento. La acción de vibrar induce un deslizamiento controlable. Cuando el volquete deja de vibrar, el movimiento deslizante se detiene porque la fricción cinética rápidamente amortigua el movimiento hasta el reposo. Cuando el volquete vibra, imparte una velocidad y un impulso a los paquetes que los hace superar momentáneamente las fuerzas de fricción estática que evitan que los paquetes se deslicen.
De acuerdo con ciertos aspectos, la invención proporciona una estrategia y un mecanismo para vaciar recipientes, y combina el vuelco y la agitación para vaciar el contenido del recipiente. En ciertos aspectos, el sistema retiene firmemente un recipiente de modo que se pueda volcar y agitar a la vez. La firmeza garantiza que se transmita un movimiento vibratorio al propio recipiente y que, en particular, la superficie del interior del recipiente vibre bajo los objetos contenidos. El sistema también puede ajustarse automáticamente al tamaño del recipiente y/o de los objetos dentro del recipiente, como se discute a continuación.
La Figura 1, por ejemplo, muestra un sistema de procesamiento 10 que incluye un sistema de recipiente 12 que puede recibir un recipiente 14 que contiene objetos 16, y elevarlo y verter los objetos en un sistema transportador 18 bajo el control de uno o más sistemas de procesamiento 20. En particular, el recipiente 14 puede incluir una base de palé 22 que puede recibir las pinzas de horquilla elevadora 24 de un sistema de manipulación de recipientes 26 de un aspecto de la presente invención. Las pinzas de horquilla elevadora 24 se mantienen ligeramente separadas del suelo (piso) para que la base de palé 22 pueda deslizarse sobre las pinzas 24. Alternativamente, las pinzas 24 pueden estar en ángulo por la parte inferior de manera que los extremos libres de las pinzas descansen por encima del suelo. Además, la parte más gruesa de las pinzas de horquilla elevadora 24 puede tener el mismo grosor (o ligeramente mayor) que la abertura dentro de la base de palé 22 en la que se insertan las pinzas 24. El sistema de manipulación de recipientes 26 incluye unos lados guía 28 así como una parte superior abisagrada 30. La Figura 2 muestra el recipiente 14 acoplado a las pinzas 24, y la Figura 3 muestra el recipiente siendo elevado por el sistema de manipulación de recipientes 26.
Como se muestra en la Figura 4, el sistema de manipulación de recipientes 26 incluye una base 32 y un brazo elevador 34. El brazo elevador 34 no sólo eleva el recipiente hacia arriba (como se muestra en la Figura 3), sino que el brazo elevador 34 también puede girar mediante el motor 36 para volcar el recipiente de modo que un lado quede horizontal. La parte superior abisagrada 30 puede colgar directamente hacia abajo o, en ciertos aspectos, puede ser cerrada activamente para garantizar que los objetos permanezcan contenidos dentro del recipiente en ese momento. El motor 36 puede incluir además un sensor de par de fuerzas, mediante el cual se puede determinar el peso del contenido del recipiente. En particular, las pinzas 24 están montadas en un accionador central 38 que las mueve hacia arriba y hacia abajo y que incluye unas secciones de elevación 25, que elevan las pinzas 24, así como un accionador de vibración 40 que hace que selectivamente el accionador central 38 vibre con respecto a las porciones restantes del sistema de manipulación de recipientes 26. Las secciones de elevación 25 incluyen además unas células de carga o sensores de par de fuerzas 23 (mostrados en la Figura 1), que, cuando el recipiente se eleva para quedar horizontal como se muestra en la Figura 4, también se pueden usar para determinar el peso total de los objetos 16, así como del recipiente 14 y de la base de palé 22. Conocer el peso del recipiente 14 y la base de palé 22, permite al sistema determinar el peso del conjunto total de los objetos 16 dentro del recipiente 14.
Las Figuras 5A y 5B muestran vistas laterales de un accionador de vibración 40 de acuerdo con un aspecto de la presente invención, y las Figuras 6A y 6B muestran vistas isométricas del accionador de vibración 40 y el brazo elevador 34. El accionador de vibración 40 incluye un soporte 44 que está unido al accionador central 38, así como un pistón o solenoide 42 que actúa sobre el soporte 44, y un resorte de retorno 46 opcional que impulsa el pistón o solenoide 42 a una posición de retorno. En ciertos aspectos, el pistón o solenoide 42 puede activarse de forma reversible.
Los accionadores de vibración (por ejemplo, cuando se usan dos o cuatro) pueden emplearse al unísono para proporcionar un patrón de vibración específico como se analiza a continuación. Además, el patrón (o dos o más patrones) puede ser barrido a través de un intervalo de frecuencias, mientras el sistema monitorea (por ejemplo, a través de un sistema de detección 19 tal como una cámara, o a través de las células de carga o sensores de par de fuerzas 23) el movimiento vibratorio del recipiente. De esta manera, se puede determinar la frecuencia a la que el recipiente parece tener mayor resonancia. Esta información puede proporcionar información significativa sobre el contenido del recipiente, incluyendo, por ejemplo, el peso total y/o el número de objetos dentro del recipiente.
Las Figuras 7A - 7C muestran diferentes representaciones de patrones de movimiento de vibración del soporte 44 (y por lo tanto del accionador central 38) a lo largo del tiempo. En la vibración del sistema que se muestra en la Figura 7A, el pistón o solenoide 42 actúa contra el soporte 44 como se muestra en 50, y el resorte de retorno 46 actúa contra el soporte 44 como se muestra en 52. La distancia neta de movimiento del soporte es cero, pero el soporte vibra efectivamente, lo que hace que el accionador central 38 y el recipiente vibren, lo que a su vez hace que los objetos 16 dentro del recipiente se deslicen. El movimiento vibratorio puede tener un ciclo de trabajo de aproximadamente el 50 % como se muestra en la Figura 7A.
El ciclo de trabajo del movimiento vibratorio puede variarse, en ciertos aspectos. La Figura 7B muestra en 54 el movimiento del soporte sobre el que actúa el pistón o solenoide 42, y muestra en 56 el movimiento del soporte sobre el que actúa el resorte de retorno 46. El ciclo de trabajo del movimiento del pistón o solenoide es mucho menor que el 50 % (aproximadamente el 16,5 %). La Figura 7C muestra en 58 el movimiento del soporte sobre el que actúa el pistón o solenoide 42, y muestra en 59 el movimiento del soporte sobre el que actúa el resorte de retorno 46. El ciclo de trabajo del movimiento del pistón o solenoide es en este caso de aproximadamente el 7,5 %. Un efecto potencial de variar el ciclo de trabajo de tal manera es que el movimiento rápido, cuando se combina con un movimiento de retorno mucho más lento, puede servir para hacer que los objetos dentro del recipiente se muevan dentro del recipiente en cualquier dirección. En otras palabras, los objetos pueden moverse con el recipiente cuando se mueve lentamente, pero pueden deslizarse con respecto al recipiente cuando el recipiente se mueve rápidamente. Este principio se puede utilizar para sacar objetos del recipiente o para retenerlos dentro del recipiente para retardar su descarga.
La Figura 8 muestra una ilustración gráfica de vibración frente a frecuencia de un recipiente de objetos en un sistema de acuerdo con aspectos de la presente invención. La relación se muestra en 53 y, como se muestra en 55, puede existir una vibración máxima del recipiente a una frecuencia F(c) a la que el recipiente de objetos parece vibrar más significativamente (V<máx>). Nuevamente, esta información puede usarse para determinar las características de los objetos dentro del recipiente, por ejemplo, el peso total y/o el número total de objetos.
Como se muestra en la Figura 9, el sistema de manipulación de recipientes 26, que incluye la base 32 y el brazo elevador 34, puede usarse entonces para elevar el recipiente más allá de la horizontal. Nuevamente, el brazo elevador 34 no sólo eleva el recipiente hacia arriba (como se muestra en la Figura 3), sino que el brazo elevador 34 también puede girar mediante el motor 36 para volcar el recipiente. Cuando esto sucede, la parte superior abisagrada se abre (o se acciona para abrirla) y la base de palé 22 se acopla a los lados inferiores de las pinzas 24 y, por lo tanto, es sujetada por las pinzas 24. El recipiente 14 está asegurado a la base de palé 22. De acuerdo con aspectos adicionales, la superficie interior de los lados de guía 28 puede incluir unos topes 15 (por ejemplo, en el interior de los lados de guía como se muestra en la Figura 3) contra los cuales el recipiente puede descansar cuando se voltea. Nuevamente, el movimiento de elevación y el movimiento de rotación pueden ser accionados por accionadores hidráulicos o motores eléctricos.
Las Figuras 10A - 10D muestran vistas laterales de un accionador de vibración 60 de acuerdo con otro aspecto de la presente invención, y las Figuras 11A - 11D muestran vistas isométricas del accionador de vibración 60 y del brazo elevador 34. El accionador de vibración 60 puede usarse en lugar del accionador de vibración 40 del aspecto anterior de la invención. El accionador de vibración 60 incluye un soporte 64 que está unido al accionador central 38, así como un accionamiento rotativo 62 que está unido a una articulación 66 que actúa sobre el soporte 64. A medida que el accionamiento 62 gira, la articulación 66 hace que el soporte 54 (y por lo tanto el accionador central 38) se mueva en un movimiento vibratorio como se discutió anteriormente, aunque el desplazamiento a lo largo del tiempo sería más sinusoidal.
Las Figuras 12A - 12D muestran vistas laterales de un accionador de vibración 70 de acuerdo con otro aspecto de la presente invención, y las Figuras 13A - 13D muestran vistas isométricas del accionador de vibración 70 y del brazo elevador 34. El accionador de vibración 70 puede usarse en lugar del accionador de vibración 40 del aspecto de las Figuras 1 a 6B. El accionador de vibración 70 incluye un mecanismo de leva rotativa 72 que está unido con unos soportes 74, 76 al accionador central 38. El accionador de vibración 70 puede incluir además unos resortes 78, 79 que impulsan los soportes hacia una posición central contra la acción de la leva. A medida que la leva 72 gira, los soportes 74, 76 (y por lo tanto el accionador central 38) son empujados hacia la izquierda (Figura 12B), luego hacia la derecha (Figura 12D), lo que hace que el accionador central 38 se mueva con un movimiento vibratorio, como se discutió anteriormente, con un desplazamiento sinusoidal a lo largo del tiempo.
De acuerdo con diversos aspectos, el sistema de manipulación de recipientes puede incluir uno o más (por ejemplo, dos o cuatro) accionadores de vibración 40, 60, 70. Por ejemplo, el sistema mostrado en la Figura 4 puede incluir un accionador de vibración a cada lado del brazo elevador 34, y los dos o más accionadores de vibración pueden operar al unísono bajo el control de uno o más sistemas de procesamiento 20.
De acuerdo con un aspecto adicional, el sistema puede incluir adicionalmente un accionador de vibración vertical 80 como se muestra en las Figuras 14A - 15B. Las Figuras 14A y 14B muestran vistas laterales de un accionador de vibración vertical 80 de acuerdo con un aspecto de la presente invención, y las Figuras 15A y 15B muestran vistas isométricas del accionador de vibración vertical 80 y del brazo elevador 34. El accionador de vibración vertical 80 incluye un soporte 84 que está unido al accionador central 38 (que tiene un fondo 39), así como un pistón o solenoide 82 que actúa sobre el soporte 84, y un resorte de retorno opcional 86 que impulsa el pistón o solenoide 82 a una posición de retorno similar al accionador de vibración 40 de las Figuras 5A - 6B. El accionador central 38 se muestra elevado en las Figuras 14B y 15B (que muestran el fondo 39 del accionador central 38). En ciertos aspectos, el pistón o solenoide 82 puede activarse de forma reversible. El sistema mostrado en las Figuras 14A -15B puede incluir un accionador de vibración vertical a cada lado del brazo elevador 34; los dos (o más) accionadores de vibración vertical pueden operar al unísono bajo el control de uno o más sistemas de procesamiento 20. Los sistemas de la invención pueden proporcionar movimiento horizontal y vertical o ambos, y cuando se combinan pueden ajustarse para hacer que los objetos salten fuera del recipiente.
De acuerdo con ciertos aspectos el sistema puede volcarse hasta un ángulo que puede ser: 1) detectado al cambiar la carga dentro del recipiente con sensores de fuerza, sensores visuales o sensores 3D, o 2) aprendido automáticamente, para una aplicación determinada, registrando los ángulos que son demasiado grandes cuando salen demasiados objetos del recipiente, o demasiado pequeños cuando no sale nada del recipiente incluso cuando se agita, y luego ejecutando una búsqueda binaria u otra optimización para encontrar el mejor ángulo, o 3) establecido mediante el uso de una pendiente predeterminada de deslizamiento incipiente ajustada a mano para una aplicación determinada.
La Figura 16 muestra un sistema de manipulación de recipientes 90 para uso en un sistema de procesamiento 10 de las Figuras 1 - 4 que incluye pinzas de horquilla elevadora 94 y una base 96. De manera similar al sistema de las Figuras 1 - 4, el sistema 96 incluye un brazo elevador 98 que incluye un accionador central 100 así como un motor de control 102 que incluye un sensor de par de fuerzas para determinar el peso del recipiente. Las pinzas de horquilla elevadora 94 están unidas a unas secciones de elevación 95 que incluyen además células de carga o sensores de par de fuerzas 93, que, cuando el recipiente se eleva para quedar horizontal (por ejemplo, como se muestra en la Figura 4), se pueden usar para determinar el peso total de los objetos así como de la base del recipiente y del palé. Conocer el peso del recipiente y de la base de palé permite al sistema determinar el peso del conjunto total de objetos dentro del recipiente. El sistema 96 incluye además unos lados guía 104 y una parte superior abisagrada 106, así como una matriz 108 de sensores, cámaras y/o detectores. Como se muestra en la Figura 17, por ejemplo, la matriz 108 puede incluir luces 110, cámaras 112 y/u otros sensores de movimiento 114 (por ejemplo, detectores de movimiento), y estos sistemas pueden usarse junto con uno o más procesadores 130 para detectar cualquier movimiento dentro del recipiente.
Usando dicha matriz 108, el sistema puede girar el recipiente desde la posición que se muestra en la Figura 4. El peso de los objetos dentro del recipiente puede ser determinado por el sensor de par de fuerzas (menos el peso del recipiente en sí y del brazo elevador) cuando el brazo elevador aún no está girado hasta un ángulo en el que se mueve cualquier objeto dentro del recipiente. Luego, el brazo elevador se gira más hasta que se mueva cualquier objeto dentro del recipiente, y este ángulo se identifica para el recipiente como el ángulo incipiente para ese recipiente de objetos. En ciertos aspectos, el brazo elevador se puede entonces bajar ligeramente y entonces se puede determinar el peso.
Con referencia a la Figura 18, el brazo elevador 98 puede incluir de manera similar uno, o dos, o más accionadores de vibración horizontal y/o vertical 40 para provocar que el accionador central se mueva (vibre) con respecto al brazo elevador, provocando de este modo que los objetos 16 dentro del recipiente se descarguen a una velocidad controlada sobre el sistema transportador 18. La parte superior abisagrada 106 puede incluir además un accionador a motor 120 que puede acoplarse para ajustar el ángulo de apertura de la parte superior con respecto al recipiente, para controlar o limitar de ese modo la descarga de objetos grandes o de objetos situados muy por encima de la pared lateral inferior del recipiente, como se muestra por líneas discontinuas en la Figura 18.
Las Figuras 19A - 19C muestran un método de procesamiento de acuerdo con un aspecto de la presente invención usando los aspectos y sistemas discutidos en el presente documento. En particular, el sistema se inicia (etapa 200) y confirma que las pinzas de la horquilla elevadora se acoplan a un recipiente (etapa 202). El recipiente puede ser deslizado sobre las pinzas (por ejemplo, por personal humano o por una carretilla elevadora). Luego, el sistema eleva el recipiente a la posición horizontal y puede asegurar que la parte superior abisagrada no se abra, como se analiza en el presente documento. El recipiente también se puede asegurar mediante una variedad de medios, como se analiza en el presente documento, que incluyen proporcionar topes dentro de los lados de guía y/o proporcionar pinzas de horquilla elevadora que se acoplan a la base de palé, como se analiza en el presente documento. El peso P(o) del recipiente (y de los objetos y de la base de palé) se determina luego mediante las células de carga o sensores de par de fuerzas en las secciones de elevación o mediante el sensor de par de fuerzas en el motor de rotación que proporciona la elevación, como también se analiza en el presente documento (etapa 206).
Luego, el sistema puede comenzar a hacer vibrar el recipiente (como se discute en el presente documento) a través de un intervalo de frecuencias, por ejemplo, 0,05 Hz a 200 Hz (etapa 208). Luego, el sistema puede usar, por ejemplo, cualquiera de una cámara estacionaria, celdas de carga o sensores de par de fuerzas (como se analiza en el presente documento) para registrar cualquier movimiento del recipiente (etapa 210) asociado con la frecuencia de vibración actual. El sistema también puede registrar cualquier movimiento de objetos dentro del recipiente (etapa 212), por ejemplo, usando una matriz de detección 108 (etapa 212) también asociada con la frecuencia actual de vibración. Si la frecuencia actual no está al final del intervalo de frecuencias (etapa 214), entonces el sistema avanza la frecuencia a una siguiente frecuencia en el intervalo de frecuencias (etapa 216), y el sistema regresa a la etapa 208 de vibrar a la frecuencia cambiada. Las etapas 210, 212 y 214 se repiten hasta que el sistema alcanza el final del intervalo de frecuencias (etapa 214) y el sistema avanza a un modo de análisis.
En el modo de análisis y con referencia adicional a la Figura 19B, el sistema identifica como F(c) una frecuencia asociada con el movimiento máximo del recipiente (etapa 218) e identifica como F(o) una frecuencia del movimiento máximo de objetos dentro del recipiente (etapa 220). Luego, el sistema seguirá basculando el recipiente una cantidad adicional (más allá de la horizontal) (etapa 222), y luego determinará si algún objeto dentro del recipiente se ha movido (etapa 224). Si aún no se ha movido ningún objeto, el proceso vuelve a las etapas 222 y 224, aumentando cada vez ligeramente el ángulo del recipiente hasta que se mueva un objeto. Cuando se mueva un objeto dentro del recipiente, el sistema registrará el ángulo actual del recipiente como el ángulo incipiente A(i) para ese recipiente de objetos (etapa 226). El sistema determinará entonces un ángulo de vibración A(v) (etapa 228), que se utilizará para hacer vibrar el recipiente, que también se denomina en el presente documento ángulo de descarga. El ángulo de vibración A(v) se puede proporcionar en un aspecto restando una pequeña cantidad (por ejemplo, 1 - 5 grados) del ángulo incipiente A(i) (moviéndose hacia la horizontal). Esto puede proporcionarse como A(v) = A(i) - n grados (y n puede ser cero). De acuerdo con aspectos adicionales, el ángulo de vibración A(v) puede tener en cuenta además el peso determinado de objetos P(o) en el recipiente. Por ejemplo, para cargas más pesadas dentro de un recipiente, se puede aumentar el ángulo de vibración A(v). Esto puede proporcionarse, por ejemplo, como A(v) = A(i) - n grados (m grados x un factor de peso). De acuerdo con aspectos adicionales, se pueden tener en cuenta además una o ambas frecuencias de movimiento máximo de recipiente F(c) y de movimiento máximo de objetos F(o). En cualquier caso, el sistema hace entonces girar el recipiente hasta el ángulo de vibración A(v) (etapa 230).
Con referencia adicional a la Figura 19C, el sistema puede entonces determinar una frecuencia de control F(control) a la cual vibrará el accionador central (etapa 232). En ciertos aspectos, esta puede ser la frecuencia F(c) a la que el recipiente mostró el movimiento máximo. Por lo tanto, en tales aspectos, F(control) = F(c). En otros aspectos, la frecuencia de control puede ser la frecuencia F(o) a la que los objetos dentro del recipiente mostraron un movimiento máximo. Por lo tanto, en tales aspectos, F(control) = F(o). Sin embargo, debido a que los objetos serán descargados continuamente del recipiente, F(c) cambiará con el tiempo. En aspectos adicionales, particularmente cuando F(c) es significativamente diferente de F(o), la frecuencia de control puede ser una función tanto de F(c) como de F(o). En tales aspectos, por ejemplo, F(control) = |F(c) - F(o)|. Un sistema de este tipo tendría en cuenta la frecuencia de vibración máxima del recipiente, así como la de los objetos (cuando llenen el recipiente).
El sistema puede entonces hacer vibrar el recipiente a la frecuencia de control F(control) (etapa 234). El sistema puede continuar hasta que el recipiente esté vacío. En particular, el sistema determinará entonces si el recipiente está vacío (por ejemplo, usando el sistema de detección 108) (etapa 236). Si es así, el proceso finaliza (etapa 242). En caso contrario, el sistema determina entonces si el movimiento de los objetos saliendo del recipiente se ha ralentizado más allá de un umbral (etapa 238), de, por ejemplo, un objeto cada 10 segundos. En caso contrario, el sistema vuelve a la etapa 234 y el proceso continúa hasta que el recipiente esté vacío. Si el movimiento de los objetos saliendo del recipiente se ha ralentizado más allá del umbral (etapa 238), entonces el sistema determinará (a través de las células de carga o los sensores de par de fuerzas) si el peso total del recipiente es significativamente menor (por ejemplo, por debajo de un factor) que el peso inicial P(o) de los objetos en el recipiente, procedente de la etapa 206. Por ejemplo, el factor puede ser 1/4. En tal sistema, si el peso actual del recipiente es menor que 1/4 del peso cuando comenzó el proceso, entonces el sistema volverá a la etapa 222 y seguirá basculando ligeramente el recipiente hasta que se determine un nuevo ángulo incipiente (como se discutió anteriormente). Sin embargo, si el peso actual del recipiente no es inferior a 1/4 del peso cuando comenzó el proceso, entonces el sistema retornará a la etapa 208 y volverá a analizar las características del sistema (como se discutió anteriormente). De esta manera, si el movimiento se ralentiza, el sistema puede simplemente aumentar el ángulo si no quedan demasiados objetos en el recipiente, o el sistema puede volver a evaluar los parámetros del sistema si quedan muchos objetos en el recipiente.
Como se analizó anteriormente, de acuerdo con aspectos adicionales, el sistema incluye una parte superior (o tapa) abisagrada para evitar la caída brusca y además limitar el flujo. Una tapa de retención accionada por resorte, que está montada en un marco abierto unido al mástil de elevación, limita el flujo de paquetes y evita que los paquetes superiores caigan bruscamente sobre la cinta transportadora, y la tapa puede tener más de un segmento unidos por juntas o bisagras para que los paquetes más ligeros puedan pasar y no queden atrapados detrás de la tapa. De acuerdo con la invención y como se muestra en la Figura 20 (en la que elementos similares llevan números de referencia similares a los del sistema de la Figura 18), la parte superior abisagrada se proporciona con unas secciones 126, 128, donde las secciones inferiores (por ejemplo, 128) están además abisagradas para permitir el movimiento hacia fuera del recipiente, opcionalmente venciendo una fuerza de retención que impulsa a las secciones 126, 128 a alinearse.
De acuerdo con determinados aspectos, el sistema podrá alternar vibración activa con ausencia de vibración. En otras palabras, el sistema puede aplicar la vibración al recipiente durante un tiempo limitado, por ejemplo, de uno a cinco segundos, y luego hacer una pausa durante un breve periodo de tiempo, por ejemplo, de uno a cinco o diez segundos, antes de volver a aplicar la vibración activa. Esto puede permitir además que los objetos queden individualizados sobre un transportador. La velocidad de movimiento del transportador también puede controlarse en respuesta a la detección de movimiento de objetos en el transportador (por ejemplo, basándose en el cambio de peso del transportador determinado por las células de carga de los sensores de par de fuerzas 23, 36, 97 y/o de los sistemas de detección 19, 108).
Por lo tanto, de acuerdo con varios aspectos, los sistemas de la invención hacen vibrar el recipiente firmemente sostenido en la pendiente de deslizamiento incipiente, o cerca de la misma, mediante cualquiera de los siguientes medios: 1) un motor convierte el movimiento rotativo en un movimiento lineal oscilante con unas barras de articulación hasta un mecanismo rígido de retención del recipiente, dando como resultado una transmisión mecánica directa; o 2) un motor acciona un resorte en serie con el mecanismo de retención del recipiente; o 3) un motor acciona un resorte con un amortiguador en paralelo al resorte; o 4) un motor acciona un resorte de rigidez variable, donde la rigidez se ajusta a la carga; o 5) se ajusta tanto la frecuencia del forzado como la rigidez del sistema resorte-amortiguador para lograr una vibración cercana a la frecuencia de resonancia del sistema mecánico, con el fin de reducir el trabajo del motor; o 6) el perfil de movimiento lateral efectuado es un diente de sierra aproximado, de modo que la pared del recipiente pasa la mayor parte del tiempo en descenso y es estacionaria con respecto al contenido y, por lo tanto, está sujeta a fricción estática, mientras que durante la inclinación la pared se mueve rápidamente hacia arriba, superando temporalmente la fricción estática y, por tanto, los artículos se deslizan sobre la pared del recipiente. Alternativamente, en lugar o además de hacer vibrar el propio recipiente, el sistema puede hacer vibrar una rampa de restricción de flujo que retiene el contenido, pero que a su vez vibra de manera oscilatoria para extraer gradualmente el contenido del recipiente.
Las Figuras 21 y 22 muestran un sistema de procesamiento 140 que incluye además una rampa 142 que está conectada al accionador central 138 de manera similar al accionador central 38 de las Figuras 1 - 4. La rampa 142 se puede usar para separar adicionalmente los objetos antes de dejarlos caer (como se muestra en la Figura 19) sobre un transportador 144, y el transportador 144 puede ser plano o en ángulo hacia arriba o hacia abajo.
Además, para recipientes a granel, el sistema incluye una horquilla elevadora que levanta recipientes a granel de varios tamaños hasta el área de vaciado de artículos, o puede incluir una horquilla elevadora de doble ancho para acomodar palés de doble ancho. La Figura 23, por ejemplo, muestra un sistema de procesamiento 160 que incluye un sistema de recipiente de doble ancho 162 que puede recibir un recipiente de doble ancho 164 que contiene objetos 166, y elevar y verter los objetos sobre un sistema transportador 168, así como una cámara u otro sistema de detección de movimiento 169 bajo el control de uno o más sistemas de procesamiento, como se analizó anteriormente. En particular, el recipiente de doble ancho 164 puede incluir una base de palé de doble ancho 172 que puede recibir las pinzas de horquilla elevadora 174 de un sistema de manipulación de recipientes 166 de un aspecto de la presente invención. Nuevamente, las pinzas de horquilla elevadora 174 se mantienen ligeramente separadas del suelo (piso) de modo que la base de palé 172 pueda deslizarse sobre las pinzas 174. Alternativamente, las pinzas 174 pueden estar en ángulo por la parte inferior de manera que los extremos libres de las pinzas descansen por encima del suelo. El sistema de manipulación de recipientes 166 incluye unos lados guía 178 así como una parte superior abisagrada 180.
De acuerdo con aspectos adicionales, el transportador 18, 144, 168 puede ser un transportador de cinta o con listones, y puede controlarse activamente para apartar el contenido a medida que se descargan más artículos desde el recipiente. Además, se controla la tensión en el transportador para no forzar demasiado los artículos que estén atascados.
Los expertos en la materia apreciarán que pueden hacerse numerosas modificaciones y variaciones en las realizaciones divulgadas anteriormente sin desviarse del alcance de la presente invención según se define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (15)
1. Un sistema para controlar la descarga de objetos, comprendiendo dicho sistema:
un sistema de recipiente (12) que incluye un recipiente (14) para contener objetos (16);
medios de rotación (26) para girar el recipiente hasta un ángulo de descarga; y
medios de movimiento (40) para mover al menos una porción del sistema de recipiente (38) de manera repetitiva con una distancia neta de recorrido cero de al menos la porción del sistema de recipiente de tal manera que dichos objetos se descarguen del recipiente a una velocidad de descarga controlada,
en donde el sistema de recipiente incluye una tapa (126, 128) que se extiende hacia abajo desde una porción superior del recipiente cuando el recipiente está en el ángulo de descarga,
caracterizado por que
la tapa es una tapa de varias partes de modo que una porción inferior de la tapa (128) restringe menos los objetos que empujan a través de la tapa que una porción superior de la tapa (126).
2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el recipiente del sistema de recipiente se mueve de manera repetitiva mediante los medios de movimiento (40).
3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sistema de recipiente incluye una rampa (142) que se mueve de manera repetitiva mediante los medios de movimiento (40).
4. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la tapa (126, 128) está solicitada por un resorte para estar en una posición cerrada, actuando para restringir algunos objetos dentro del recipiente hasta que los objetos estén más cerca del suelo del recipiente (14).
5. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el ángulo de descarga no es mayor que un ángulo incipiente en el que al menos un objeto en el recipiente (14) supera una fuerza de fricción entre el objeto y el recipiente (14) y comienza a moverse,
opcionalmente, en donde el ángulo de descarga es igual al ángulo incipiente,
opcionalmente, en donde el ángulo de descarga difiere del ángulo incipiente en menos de 20 grados, opcionalmente, en donde el ángulo de descarga difiere del ángulo incipiente en menos de 10 grados, y opcionalmente, en donde el ángulo de descarga difiere del ángulo incipiente en menos de 5 grados.
6. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sistema incluye además medios de determinación para determinar el ángulo de descarga, en donde los medios de determinación incluyen un sistema de procesamiento (130) en combinación con unos sensores (110, 112, 114) que determinan cuándo al menos un objeto en el recipiente comienza a deslizarse debido a la gravedad.
7. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sistema incluye además medios de determinación para determinar el ángulo de descarga, en donde los medios de determinación incluyen un sistema de procesamiento (130) en combinación con un sistema de aprendizaje automático que almacena información sobre diferentes ángulos de descarga y diferentes características de recipientes de objetos, opcionalmente en donde las diferentes características incluyen cualquiera de peso de la pluralidad de objetos en el recipiente y tamaños, volúmenes y formas estimados de los objetos dentro de la pluralidad de objetos en el recipiente.
8. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los medios de movimiento incluyen unas barras de articulación (66) y un motor rotativo (62) que provocan el movimiento de manera repetitiva.
9. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los medios de movimiento incluyen un accionador lineal (42, 82) y un resorte (46, 86) que provoca el movimiento de manera repetitiva, en donde el resorte (46, 86) se puede ajustar para proporcionar rigidez variable.
10. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los medios de movimiento incluyen un sistema mecánico (40, 60, 70, 80) en donde el movimiento de manera repetitiva está en una frecuencia resonante del sistema mecánico o cerca de la misma.
11. Un método para controlar la descarga de objetos, comprendiendo dicho método las etapas de:
proporcionar un sistema de recipiente (12) que incluye un recipiente (14) para contener objetos (16);
girar el recipiente hasta formar un ángulo de descarga; y
mover al menos una porción del sistema de recipiente (12) de manera repetitiva, con una distancia neta de recorrido cero de al menos la porción del recipiente (14), de tal manera que dichos objetos sean descargados del recipiente (14) a una velocidad de descarga controlada,
en donde el sistema de recipiente incluye una tapa (126, 128) que se extiende hacia abajo desde una porción superior del recipiente cuando el recipiente (14) está en el ángulo de descarga,
caracterizado por quela tapa (126, 128) es una tapa de varias partes de modo que una porción inferior de la tapa (128) restringe menos los objetos que empujan a través de la tapa que una porción superior de la tapa (126).
12. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en donde el método comprende además la etapa de determinar el ángulo de descarga usando unos sensores (110, 112, 114) que determinan cuándo al menos un objeto en el recipiente comienza a deslizarse debido a la gravedad.
13. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en donde el método comprende además que la etapa de determinar el ángulo de descarga incluye el uso de un sistema de procesamiento (130) en combinación con un sistema de aprendizaje automático que almacena información con respecto a diferentes ángulos de descarga y diferentes características de los recipientes de objetos, opcionalmente en donde las diferentes características incluyen cualquiera de peso de la pluralidad de objetos en el recipiente, y tamaños, volúmenes y formas estimados de los objetos dentro de la pluralidad de objetos en el recipiente.
14. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en donde la etapa de mover al menos una parte del sistema de recipiente (12) de manera repetitiva incluye el uso de unas barras de articulación (66) y un motor rotativo (62) que provocan el movimiento de manera repetitiva.
15. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en donde la etapa de mover al menos una porción del sistema de recipiente (12) de manera repetitiva incluye el uso de un accionador lineal (42, 82) y un resorte (46, 86) que provocan el movimiento de manera repetitiva, en donde el resorte es ajustable para proporcionar rigidez variable.
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