專利名稱：用于控制產品遞送系統的控制系統和方法
用于控制產品遞送系統的控制系統和方法
相關申請的交叉引用
本申請要求于2009年11月25日提交的序列號為61/264，318的共同待審的美國臨時專利申請的優先權，其全部內容包含于此以資參考。技術領域
本發明一般地涉及一種產品遞送系統。更具體地講，本發明涉及諸如自動售賣機等的產品遞送系統以及控制其的控制系統和方法。
背景技術：
用于售賣的分配過程根據應用而不同。例如，用于瓶裝和罐裝飲料自動售賣機的常見分配過程具有用于使振蕩器旋轉的電機，振蕩器在啟動時根據旋轉的角度和位置將會分配容器(罐或瓶子)。在其它瓶子和罐自動售賣機中，支架水平地和垂直地移動以在將要售賣的瓶子或罐的前面定位該支架。瓶子或罐被釋放以落在支架中，并且支架移動至掉落口，在掉落口，瓶子或罐掉落在分配區域中。
冷凍食物售賣能夠對于分配提出一定的挑戰，因為啟動分配機構所需的一些部件經常布置在冷凍室內，從而產生這些部件必須在其中工作的嚴酷環境。另一方面，除了在售賣周期期間之外，分配機構的所有部件一直與冷凍室分開。真空系統(諸如，在美國專利N0.7，044，330 ;6，547，096 ;和 5，240，139 以及美國公開 N0.2008/0093371 中的任意一個公開的真空系統，其全部內容包含于此以資參考)已在冷凍和非冷凍食物分配環境中用于從擱架舉起產品并將產品移至掉落口以進行分配。結合冷凍環境，這種系統特別地有用，因為除了在售賣周期期間之外，分配機構可典型地一直與冷凍室分開。
美國公開N0.2008/0093371公開了一種真空系統，相對于現有技術的真空系統，該真空系統提供增加的效率，復雜性更低并且不笨重。美國公開N0.2008/0093371中公開的真空系統使用多關節型機器人臂定位獨立電機驅動機驅動旋轉真空產生組件以從存儲擱架拾取待售賣的產品，將該產品運送到分配區域，并分配該產品。相對于現有技術而言，美國公開N0.2008/0093371的真空系統包括各種有益的控制系統特征。例如，該控制系統監視真空產生組件的電流消耗以確定何時產品已被抓住以及何時產品被真空釋放。這幫助系統評估是否已實際從機器分配產品。另外，美國公開N0.2008/0093371的控制系統監視機器人臂的各部分的旋轉運動以在售賣周期期間精確地定位真空產生組件。盡管存在這些特征相對于現有技術而言提供的改進，但在其它缺點之中，美國公開N0.2008/0093371的控制系統未提供用于對控制系統進行校準、編程和/或重新編程的簡單的裝置，并且未提供用于減少和/或監視售賣故障的裝置。因此，將會希望提供一種克服這些缺點以及現有技術的其它缺點的控制系統。
在典型的自動售賣機中，產品由路線傳動器(該路線傳動器為售賣操作員工作)，裝填(再進貨)至標準水平(裝滿)，并且該路線傳動器基于自從上次路線傳動器為機器再進貨以來發生的購買取出機器中的任何現金。經常利用將關于再進貨過程的數據發送回至由機器所有者/管理者(“操作員”)訪問的中央服務器的手持式記錄器或遙測裝置來捕捉關于再進貨過程的數據。用于發送這種數據的觸發事件典型地是經機器內的打開和關閉開關啟動的門的打開和關閉。
這種過程具有固有誤差因素。當路線傳動器關門時，系統認為機器被裝填到標準值或者裝填到機器認為裝滿的水平。在由路線傳動器為機器再進貨之后機器中的實際產品水平或實際產品數量是未知的，并且能夠由路線傳動器在關門之前或之后修改。這允許路線傳動器通過使存貨控制系統認為機器已滿但不將產品補充到標準水平而“欺騙”系統并偷竊產品。因此，提供一種允許機器操作員在每次為機器再進貨時確認裝填到機器中的產品的實際數量的方法和系統將會是有益的。發明內容
本發明包括自動售賣機應用等中的改進的產品遞送系統、用于控制產品遞送系統的方法的控制系統。本發明的控制系統是產品遞送系統的一部分，該產品遞送系統包括定位系統、產品抓握裝置和用于控制產品遞送過程的控制器(控制系統)。可包括本發明的控制系統的產品遞送系統的優選實施例顯示并描述于美國公開N0.2008/0093371，其全部內容包含于此以資參考。盡管如此，將會理解，本發明的控制系統可以在不脫離本發明的精神和范圍的情況下被包括在現在已知或以后開發的各種產品遞送系統和/或自動售賣機中(包括但不限于具有多關節型臂的機器人定位系統、直角坐標型軌道組件或任何其它方式的定位以及真空或非真空抓握/夾取裝置)。
在一些優選實施例中，定位系統(在本文稱為機器人機械手)是機器人聯動裝置，該機器人聯動裝置包括由旋轉關節連接的臂部分。每個旋轉關節由驅動系統驅動，該驅動系統使相鄰臂部分相對于其它臂部分旋轉以便為機器人機械手提供幾個自由度。在一些優選實施例中，產品抓握裝置是真空拾取器頭并連接在機器人機械手的一個末端。機器人機械手的相反末端由合適的結構(諸如，旋轉關節)固定到自動售賣機設備等的櫥柜內的結構構件。
在一些優選實施例中，真空拾取器頭是獨立空氣真空泵組件，該組件包括殼體，殼體包含真空抽氣機構、真空泵驅動機構(諸如，電機)和吸盤。在一些這種實施例中，對真空拾取器頭確定尺寸和形狀以便能夠插入到自動售賣機內的一個或多個擱架以及從所述一個或多個擱架收回。
在優選實施例中，定位系統包括線纜和卷軸裝置，該線纜和卷軸裝置用于相對于機器人機械手的位置降低和升高真空拾取器頭。線纜纏繞在卷軸上以升高真空拾取器頭，并且線纜可松開以降低真空拾取器頭。在一個實施例中，線纜包括將電力傳輸給真空拾取器頭以及在真空拾取器頭和控制器之間傳輸控制信號的一個或多個導線。在另一實施例中，線纜包括沿著其軸向長度大體上無彈性的材料。無彈性材料的使用增加了拾取器頭的定位的準確性，因為當在卷軸上纏繞或松開線纜時，線纜的總長度大體上保持不變。
在優選實施例中，本發明的控制器控制機器人機械手臂部分的旋轉、真空拾取器頭的下降和上升以及真空拾取器頭內包含的真空泵的工作和不工作。控制器在真空泵運行的同時監視真空泵的電流消耗以確定產品是否被真空泵抓住。檢測到的真空泵的電流消耗的增加由控制系統用來確定正在產生真空，因此，確定產品被真空拾取器抓住。控制器能夠結合每個臂部分的旋轉運動監視真空泵的電流消耗以確定當產品掉落(或發生售賣故障)時的真空泵的精確位置和定向。這使控制器能夠嘗試調整、校正或以其它方式克服售賣故障的原因。在優選實施例中，控制器還以協調的方式并且結合每個臂部分的旋轉運動的監視來增加或減小傳送給每個臂部分的驅動系統的功率，以減少售賣周期時間并使售賣成功最大化。在優選實施例中，控制器使用真空泵的電流消耗的監視和/或機器人機械手的每個臂部分的旋轉運動的監視來幫助對控制系統進行校準、編程和/或重新編程。
在一些優選實施例中，用于逆反射能量的傳感器安裝在產品抓握/夾取裝置上并有效地連接到控制器。在一些實施例中，傳感器包括超聲波傳感器。本發明的用于逆反射能量的傳感器安裝到抓握/夾取裝置以使傳感器能夠感測位于產品擱架內的產品相對于位于產品擱架正上方的抓握/夾取裝置的“原始”位置的深度。當門關閉時，本發明的控制器經有效連接到控制器的打開/關閉開關感測到這種關閉，并且控制器通過下面的控制算法運行:
.當感測到門關閉時，控制器以增量方式對已被預編程到可由控制器訪問的數據庫中的每個產品擱架位置編索引(即，擱架位置A1、A2、A3、B1、B2、B3等)。控制器可以在每個預編程的擱架位置上方的預定高度(每個擱架位置上方的“原始”位置)將抓握/夾取裝置移動到這種位置的正上方。當抓握/夾取裝置在擱架位置上方到達它的位置時，本發明的逆反射傳感器由控制器使用以讀取該特定產品擱架中的產品的高度(或者傳感器/原始位置和位于擱架內的產品的頂表面之間的距離)。該值由控制器針對該特定擱架保存在表(數據庫)中。
.當第一擱架產品讀取完成時，控制器前進至下一預編程的位置，重復上述過程，然后繼續前進至每個擱架位置，直至所有擱架的產品的高度被讀取并記錄在合適的表中。
.當分配產品時，控制器準確地知道(即，記錄在數據庫中和/或報告/發送給操作員)在一定時間段期間多少個產品已被分配，并且在遞送產品時更新每個表(即，每個擱架的產品的實際數量存儲在數據庫中，并且每次從特定擱架售賣產品時，控制器將該擱架中的數量減小1，或者另一方面，控制器保持對在機器維護之間從每個擱架售賣的產品的數量計數的用于每個擱架的計數器)。
.當路線傳動器到達下一次機器維護時，控制器準確地知道(S卩，已存儲在數據庫中和/或報告/發送給操作員)多少個產品已被賣出(從每個擱架以及從作為整體的機器)，并且準確地知道自從上次維護以來已由機器收取多少現金；這由門開關觸發。
在優選實施例的控制器中，存在菜單驅動的編程/設置功能。這種編程功能要求:在安裝或設置機器時，技術員(諸如，操作員或操作員的機器安裝人員)在其它參數中定義例如擱架位置、產品的價格、選擇數量和擱架高度。編程功能還要求:技術員定義當擱架變滿(不管它是高的擱架還是矮的擱架)時擱架里面包含、將會包含/可包含的“產品的數量”或“產品深度”。通過定義產品“深度”或者通過定義裝在滿的擱架中的產品的數量，當門關閉時，控制器使用產品傳感器讀取從機器中的原始位置到該擱架中的產品的深度(頂表面)的高度的差異，并隨后(使用擱架高度)計算在每個擱架中總共有多少個產品。傳感器和控制算法的這種組合使操作員在每次裝填時確保產品數量。這通過在每次門關閉時的訪問提供準確的產品計數提供了閉環系統，并且未留出“欺騙”存貨系統的機會。
前述和其它目的旨在說明本發明而非是限制性的。在研究包括其一部分的下面的說明書和附圖時，可做出本發明的許多可能的實施例并且這些實施例將會容易地變得明顯。可采用本發明的各種特征和子組合而不參照其它特征和子組合。通過下面結合附圖進行的描述，本發明的其它目的和優點將會變得清楚，其中作為說明和示例闡述本發明的實施例及其各種特征。


說明申請人設想應用這些原理的最佳實施方式的本發明的優選實施例闡述于下面的描述中，顯示在附圖中，并且具體地并清楚地指出和闡述于所附權利要求中。
圖1是結合真空拾取器機器人機械手(robotic manipulator)使用本發明的控制系統和控制方法的自動售賣機的局部透視圖。
具體實施方式
根據要求，在本文公開本發明的詳細實施例；然而，應該理解，公開的實施例僅是舉例說明本發明的原理，本發明的原理可以以各種形式實現。因此，本文公開的特定結構和功能細節不應解釋為是限制性的，而是僅作為權利要求的基礎以及作為用于教導本領域技術人員按照幾乎任何合適地詳細的結構不同地應用本發明的代表性基礎。
參照圖1，顯示了自動售賣機的局部透視圖。自動售賣機包括大體上矩形的殼體(或櫥柜)，所述殼體具有定義敞開的內部腔的頂壁、底壁、側壁和后壁。門用作自動售賣機的內部腔的可移動(或部分地可移動)的前壁。遞送系統200包括結合到機器人機械手的真空拾取器頭組件210，并在內部腔內經座架211連接到自動售賣機的后壁。遞送系統200的機器人機械手包括主臂部分212，主臂部分212鏈接到座架211并圍繞旋轉關節219樞轉以提供一定范圍的偏轉旋轉。第二臂部分213鏈接到主臂部分并圍繞另外的旋轉關節220樞轉以提供獨立于主臂部分212的一定范圍的偏轉旋轉。以這種方式，機器人機械手能夠延伸到長距離或者自身折疊以將真空拾取器頭210定位在自動售賣機的內部腔的整個水平橫截面上的任何合適的位置。機器人機械手還包括皮帶輪216、傳動帶215和電機217、218以產生臂部分212和213的旋轉。機器人機械手還包括電機驅動卷軸214，線纜207纏繞在電機驅動卷軸214上。線纜207延伸穿過引導件222并在它的與卷軸214相反的末端連接到拾取器210。線纜207被從卷軸214松開以將真空拾取器頭210下降到位于自動售賣機的內部腔內的擱架或其它接觸點中。對拾取器頭210確定尺寸和形狀以使它能夠下降到每個擱架的底部從而拾取位于擱架內的產品。
本文將結合圖1中顯示的自動售賣機描述本發明的控制系統和控制方法，該自動售賣機包括在自動售賣機的內部腔內位于遞送系統200下方的多個各種尺寸的擱架。盡管如此，將會理解，本發明的系統和方法可結合用于任何合適的自動售賣機的遞送系統使用，并且可包括許多自動售賣機封閉尺寸、風格和結構中的任何一種。另外，將會理解，可使用替代的遞送系統(包括但不限于真空或非真空拾取器頭和多關節型臂或直角坐標型機器人)，并且遞送系統可用于移動任何合適的產品，包括但不限于冷藏食品、冷凍食品、非冷藏食品和沒有包裝或具有任何合適的包裝(諸如但不限于，袋子、盒子等)的產品。還將會理解，本發明的系統和方法還可以具有在自動售賣機應用之外的更廣闊的應用。例如，遞送系統可在諸如但不限于裝配操作的應用中具有更廣闊的工業用途。還將會理解，遞送系統可用在任何合適的應用中。另外，遞送系統可使用任何合適數量的機器人機械手、操縱器臂部分和/或任何合適數量的拾取器頭或者它們的任何組合。另外，將會理解，本發明的控制系統可構造為提供全自動的售賣從而拾取器頭和機器人機械手完成售賣周期而不需要任何顧客反饋，或者遞送系統可構造為完全或部分地由顧客或用戶手動地操作(即，為了編程、修理或娛樂目的)。
在優選實施例中，控制系統包括用于執行如控制系統的邏輯的固件/軟件編程中所定義的各種操作的微處理器或其它合適的計算機處理器。微處理器包括或者另外連接到一個或多個存儲介質，存儲介質包括但不限于R0M、RAM、磁盤驅動器等，在存儲介質中，使用、訪問和/或存儲用于控制系統的固件、軟件和/或由控制系統收集或產生的數據。微處理器連接到和/或控制自動售賣機的所有操作功能/部件，所述操作功能/部件包括但不限于:遞送系統的移動/制動/校準/控制；產品存儲區域(諸如，冷凍自動售賣機中的冷凍器蓋子)的自動打開/關閉；經用戶接口(鍵盤等)由用戶/購買者做出的輸入/產品選擇決定；經用戶接口(鍵盤等)的來自機器操作員(即，補充產品并維護機器的人)的輸入；經付費機構(即，硬幣/代用幣機構、鈔票/優惠券接受器、信用卡讀取器等)的付費的核查/收集/退款；關于機器存貨、使用、故障等的數據的收集、存儲和報告(諸如，經機器上的用戶接口，或者另一方面經通過遙測(諸如，WiF1、電話線、線纜、WAN、LAN等)的與單獨的計算機或訪問裝置的數據的通信)；以及用戶編程的擱架布置和產品信息。
用于圖1中顯示的自動售賣機的控制系統控制在售賣周期、編程、測試、演示、診斷、設置/配置和將要操縱機器人機械手的任何其它時間期間傳送給電機217、218以及電機驅動卷軸214的功率。在售賣周期期間，控制系統為電機217、218和214提供功率以定位拾取器頭，從而從擱架內拾取產品，從擱架取出產品，將產品運送到位于自動售賣機的門中的分配口，并釋放產品以通過分配口分配產品。控制系統還控制傳送給拾取器頭210內的真空電機的功率，并在優選實施例中包括用于增加和減小提供給真空拾取器的真空泵的功率(即，在真空泵的啟動期間增加功率以及在真空泵不工作期間減小功率)的特征，以幫助使所不希望的真空拾取器的旋轉運動最小化。控制系統獲得并使用機器人機械手臂部分和拾取器頭的旋轉運動的位置反饋(即，通過與臂部分和拾取器頭關聯并連接到微處理器控制器的磁旋轉編碼器或其它合適的傳感器)，以按照需要或希望精確地定位臂部分和/或拾取器頭。控制系統還監視由真空泵電機消耗的電流(即，通過與電機關聯并連接到微處理器控制器的電流表或其它合適的傳感器)，當通過由真空拾取器頭抓住產品產生吸力時，該電流將會增加。在檢測到消耗的電流增加時，在控制器的邏輯序列中滿足產品正被真空拾取器抓住的條件。
本發明的控制系統同時監視真空泵的電流消耗以及機器人機械手的每個臂部分和卷軸的旋轉運動。控制系統的控制邏輯確定是否發生產品掉落并同時確定在發生掉落的時刻的遞送系統的部件的位置和/或定向，將關于在產品掉落時的部件的位置和定向的數據存儲在可由控制器訪問的存儲介質中，并使用所述數據嘗試調整、校正或以其它方式克服售賣故障的原因。
在優選實施例中，本發明的控制器連接到旋轉編碼器，諸如由Austria MicroSystems在www.autriamicrosystems, com提供的AS504010位可編程磁旋轉編碼器。第一旋轉編碼器與旋轉關節219關聯以將代表臂部分212相對于座架211的角定向的數值提供給控制器的處理器。第二旋轉編碼器與旋轉關節220關聯以將代表臂部分213相對于臂部分212的角定向的數值提供給控制器的處理器。在優選實施例中，第三編碼器(旋轉編碼器，或另一方面，線性脈沖編碼器)與電機驅動卷軸214 (或線纜207或拾取器頭210)關聯以將代表拾取器頭相對于臂部分213的高度的數據提供給控制器處理器。
為了使控制器確定針對獲得編碼器數據的每個部件在自動售賣機的腔或櫥柜內的實際位置，系統必須首先被校準。通過將機器人機械手定位在櫥柜內的校準點并記錄在該位置的每個編碼器的數值數據并分配這些數值作為“零值”(位于可由控制系統訪問的數據庫或其它存儲位置)以便以后在控制序列中使用，校準本發明的優選實施例的系統。這允許在初始建造新機器期間、在替換已有機器中的機器人機械手期間或者為了已有機器中的重新校準而相對于機器的櫥柜快速并且容易地校準機器人機械手。
安裝在機器人機械手的移動部分上的各種位置或者安裝在與機器人機械手的移動部分關聯的各種位置(如以上所討論)的每個編碼器被分配獨一無二的電子編碼器序列號。每個編碼器的這種序列號存儲在由控制系統訪問的數據庫(或其它存儲位置)中。控制系統基于編碼器所連接到的控制系統的特定輸入位置為每個編碼器指定特定存儲位置(例如，特定數據庫基元)。每當自動售賣機的控制系統啟動時，控制系統從連接到控制系統的每個編碼器獲得獨一無二的序列號并核實該序列號已被存儲并且在合適的存儲位置也存儲了該編碼器的“零值”。如果機器人機械手正被安裝在新機器中或者是已有機器的替換品從而在啟動期間未識別編碼器序列號或者識別了不同的序列號，則控制系統進入校準模式。在校準模式下，連接到控制系統的顯示屏幕(諸如，作為購買者選擇/輸入裝置的一部分的位于機器的前部的LCD屏幕，或者另一方面，作為位于機器櫥柜內或者另一方面可由機器操作員/技術員經有線或無線連接而連接到機器櫥柜的單獨輸入和/或輸出裝置的一部分的屏幕)顯示指示機器操作員/技術員校準機器的消息或代碼。操作員/技術員將機器人機械手移動(通過以物理方式推動臂手動地移動，或者通過使用輸入裝置諸如操縱桿或鍵區控制臂的移動來遠程地移動)至位于自動售賣機的櫥柜中的校準點。校準點是機器中的固定的、恒定的并且已知的位置。例如，在圖1中顯示的機器中，用于臂旋轉關節219和220的校準點在兩個臂部分212和213都處于它們在櫥柜內的物理行進的極限點的情況下位于機器的后部。當機器人機械手位于機器中的校準點時，操作員/技術員通過輸入裝置向控制系統核實:機器人機械手準備好進行校準。控制系統隨后從每個編碼器獲得數值位置值并將這些值記錄為零值以便以后在機器人機械手的工作期間使用。控制系統還記錄每個編碼器的序列號以用于隨后的校準核實。
在校準(或者重新校準)期間，本發明的控制系統檢查可存儲用于一個或多個產品拾取或產品掉落位置的編碼器數值的一個或多個數據庫(或其它存儲位置)。產品拾取(或掉落)位置可以是在機器的制造期間編程到控制系統固件或軟件中的預先配置的貨架圖，或者可以是由機器操作員/技術員在制造之后編程的自定義拾取(或掉落)位置。在圖1中顯示的機器中，拾取(或掉落)位置可以是包括沿著自動售賣機的X軸(自動售賣機中的左右方向)和y軸(自動售賣機中的前后方向)的位置的擱架位置，或者可以是不使用任何擱架的任意位置。在圖1中顯示的機器的優選實施例中，拾取位置數據還包括關于在特定X和y位置的機器櫥柜的最大深度以及產品所在的預期深度(即，如果擱架已滿，則產品的預期深度將會是在擱架的頂部的z位置)的數據。如果產品拾取(或掉落)位置值已被存儲，則控制系統計算偏移因數以更新產品拾取(或掉落)位置值。通過對于每個編碼器獲得先前存儲的數值編碼器零值和新的數值編碼器零值之間的差異，計算偏移因子。這種差異(偏移因子)隨后應用于產品拾取(或掉落)位置值，并且新的產品拾取(或掉落)位置值被存儲以便在機器的售賣和其它相關操作期間使用。
在優選實施例中，在離開校準模式之前，控制系統向操作員/技術員顯示消息以允許操作員/技術員核實所有的產品拾取(或掉落)位置。操作員/技術員輸入要求/請求的輸入以開始核實并且機器人機械手是核實過程。控制系統為合適的電機提供功率以將機器人機械手移動到每個編程的產品拾取(或掉落)位置。在圖1中顯示的機器的優選實施例中，控制系統將機器人機械手移動到X和I位置，然后對操作員/技術員給予通過啟動控制系統的特定輸入(諸如，按壓指定按鈕)向下移動拾取器頭(即，移動到最大深度或某一其它所希望的深度)的能力。控制系統隨后顯示請求操作員/技術員輸入確認拾取(或掉落)位置是正確的核實的消息，或者另外將機器人機械手移動(通過使用輸入裝置或手動地)到正確位置并隨后確認該位置。如果操作員/技術員在確認之前將機器人機械手移動到不同的位置，則控制系統從編碼器獲得該新位置的數值位置值，并記錄這些值以替代先前存儲的位置值。控制系統繼續對于每個產品拾取(或掉落)位置進行核實過程，直至已確認所有位置，或者直至操作員/技術員輸入停止確認協議的代碼。
在本發明的幾個實施例中，控制系統包括產品拾取(或掉落)位置編程模式，該模式允許操作員/技術員在圖1中顯示的機器的售賣周期期間結合指定用戶/購買者輸入(或其它所希望的/編程的指示器-即，某一掉落位置與指定拾取位置關聯)對任意擱架或其它產品拾取或掉落位置編程。在一個這種實施例中，操作員/技術員能夠選擇以允許機器人機械手“自由轉動”。在這個實施例中，如果操作員/技術員選擇自由轉動，則控制系統松開任何制動器或電機制動器，或者另外啟動允許臂部分212和213由操作員/技術員在極小摩擦或其它阻力的情況下手動地定位的合適的離合器或其它釋放機構。在這種模式下，一旦操作員/技術員已將機器人機械手定位在所希望的位置，操作員/技術員就將合適的輸入命令輸入到控制系統以設置該位置。控制系統記錄適用的編碼器的數值位置值，并向操作員/技術員顯示消息或代碼以輸入所希望的與該位置的關聯。如果該位置是產品拾取位置，則示例性關聯是操作員/技術員輸入啟動存儲在自動售賣機中的該位置的產品的售賣周期所需的用戶/購買者輸入(諸如，由用戶經位于機器的前部的用戶輸入裝置按壓的特定按鈕或字母和/或數字鍵的組合)。一旦操作員/技術員輸入所希望的關聯，控制系統存儲該關聯連同(或者以及)指定位置值以便以后在操作期間由控制系統使用。在另一實施例中，或者在操作員/技術員不希望使用自由轉動特征的上述實施例中，操作員/技術員使用輸入裝置(諸如，通過按壓鍵盤上的箭頭按鈕，其中每次按壓代表沿某一方向的增量移動)操縱機器人機械手的移動，從而控制系統為合適的一個或多個電機提供功率。
在優選實施例中，本發明的控制系統在從一個位置到另一位置的移動期間使用閉合反饋回路連續地獲得并更新來自編碼器的數值位置值，計算機器人機械手的各種部件(或者其各部分)的行進的旋轉和/或線速度，并相應地調整對每個電機的功率。在另一優選實施例中，控制系統同時監視產品是否正被抓住或夾住和/或掉落，并記錄關于在哪里首次抓住產品和在哪里產品掉落的數值位置數據。
在操作中，當購買者經位于圖1的機器的前部的輸入按鈕輸入產品選擇時，在核實已付費(或者不同地不是必要的，諸如在免費售賣、附送或促銷模式下)之后，控制系統從編碼器獲得數值以確定機器人機械手的當前位置，并訪問存儲的關于與購買者的選擇輸入關聯的拾取位置的位置的數值。控制系統隨后確定從當前位置到拾取位置的大體行進路徑，將機器人機械手移動到該拾取位置，拾取產品，確定從拾取位置到產品遞送位置(即，自動售賣機的門中的遞送/掉落口或滑槽)的大體行進路徑，將機器人機械手移動到遞送位置，并在遞送位置釋放產品以完成售賣周期。在優選實施例中，大體行進路徑包括機器人機械手在到達它的預期目的地之前首先行進至的當前位置和拾取位置(或掉落位置)之間的一個或多個中間點。在優選實施例中，中間位置是預先編程的，或者另外由控制系統基于自動售賣機櫥柜內的已知障礙物位置(諸如，櫥柜內的角板或燈泡)計算。
典型地，在售賣操作期間圖1中的機器人機械手的行進的點是:1)從遞送位置到中間點；2)從中間點到產品拾取位置；3)從產品拾取位置(抓住產品)到中間點(該中間點可以與以上步驟2的中間點相同或者可以不同于以上步驟2的中間點)；4)從步驟3中的中間點到產品遞送位置。然而，將會理解，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，可以使用替代的或另外的行進的點。例如，在自動售賣機不工作的時間段期間，控制系統可將機器人機械手移動到存儲位置(例如，移動到櫥柜中的校準點)。在圖1中顯示的機器人機械手的一個實施例中，由控制系統對于每個行進的點執行下面的邏輯步驟:
1.計算每個“關節”(肩部或肘部)需要行進的距離(按照旋轉編碼器標記)。
2.計算每個關節的最大速度。需要行進得更遠的關節被分配更高的最大速度以試圖使兩個關節在時間上彼此接近地都到達它們的目的地。
3.以低功率設置同時啟動與兩個關節關聯的電機。
對于每個關節并行:
4.在關節相對于它的目標超過45度的同時:
如果速度小于最大值-稍微增加關節的功率
如果速度大于最大值-稍微減小關節的功率
5.當關節相對于目標小于45度時:
最大速度固定為大約每秒30度。優選地，沒有產品的目標速度稍微高于有產品的目標速度，以減少產品掉落(售賣故障)。
6.如以上(4)和(5)中所述繼續進行速度控制，直至關節位于該關節的目標目的地的I度內。
7.將該關節的電機設置為滑行。
8.如果控制系統在大約1/10秒的時間段上獲得多個讀數表示關節位于目標的I度內-則應用制動器。
9.如果在使用制動器的情況下由控制系統獲得的讀數在1/10秒期間保持在目標的I度內-則這個關節已到達。
10.如果關節離開目標-則嘗試預定次數移回至正確的位置。在一些實施例中，控制系統使用降低的速度(即，顯著低于為關節計算的最大值的速度)以嘗試將關節移回至正確的位置。
11.當兩個關節都同時在正確的時間量期間處于制動模式時，移動完成。
在優選實施例中，在上述邏輯順序中，位置傳感器(即，編碼器)由控制系統40每秒讀取40次，并且速度/功率被每秒調整10次。在另一優選實施例中，與當未抓住產品時(即，當機器人機械手正在移向拾取位置以拾取產品時)相比，當抓住產品時，由控制系統將移動的速度和功率調整的速率設置得更低。在另一優選實施例中，控制器以協調的方式并且結合每個臂部分的旋轉運動的監視來增加或減小傳送給每個臂部分的驅動系統和/或電機驅動卷軸的功率，以減少售賣周期時間并使售賣成功最大化。
如以上所討論，在操作中，控制系統使用來自角度傳感器(即，編碼器)的讀數將臂定位在所希望的產品上方，然后控制系統開始為真空系統提供功率。優選地，當真空夾具頭組件朝著待拾取的產品下降時，控制系統將功率逐漸增加至接近真空電機的全功率。如以上所討論，控制系統監視電流以確定產品是否被夾具拾取。通過下面的方式實現這一點:首先在真空具有全功率但處于控制系統知道沒有產品被抓住或與拾取器頭的尖端接觸的位置時測量真空的電流(諸如，由位于任何擱架的頂部上方一定高度的控制系統訪問的存儲的深度值)，并使用該值計算控制系統在物體被真空抓住時將會預期測量的電流的增加。控制系統隨后控制卷軸電機以使真空朝著產品移動并監視電流，直至測量到與計算的電流的變化相似的電流的變化。
在優選實施例中，關于位于特定產品拾取位置的產品的高度的信息存儲在可由控制系統訪問的數據庫(或其它合適的存儲位置)中。在一個這種實施例中，最大堆積高度被預先編程到控制系統中，并且當操作員/技術員打開機器并將再進貨代碼輸入到機器中時，控制系統默認或假設產品被裝填到最大高度。在另一實施例中，使用逆反射能量傳感器確定每個擱架的實際產品高度(產品深度)信息，并將該信息記錄在可由控制系統訪問的數據庫中。在一些實施例中，輸入并存儲關于產品的類型的高度信息和/或數量信息以便由控制系統訪問，從而控制系統能夠計算在從拾取位置的頂部取出產品之后的下一產品的預期高度。計算的預期高度存儲在由在售賣周期期間控制系統訪問的數據庫(或其它合適的位置)中。在另一優選實施例中，控制系統記錄并存儲當如以上所討論測量到真空的電流的增加時拾取器頭所在的高度，并使用這個值作為在隨后的售賣期間的該拾取位置的產品的近似預期高度。
在控制系統訪問預期產品高度的數據庫的以上討論的實施例中，控制系統使拾取器頭以相對較快的速率向下行進，直至它接近產品預期的高度，此時，下降的速率減小。在未存儲預期產品高度的情況下，控制系統以較慢的下降速率降低拾取器頭以避免任何故障。
控制系統繼續向下移動拾取器頭，直至測量到真空的電流消耗的預期變化。此時，控制系統停止拾取器頭的下降，在該高度保持I秒(或者某一其它合適的時間段以允許真空夾具完全咬合)，然后使卷軸電機反向運轉以使夾具上升并離開擱架。當控制系統向上移動夾具時，控制系統繼續監視/測量電流消耗。如果電流消耗突然減小(諸如，減小預定或計算的預期百分比或量)，則控制系統將此識別為掉落并將發生掉落的位置(高度z以及X和y坐標或者其角度等同物)記錄在可由控制系統訪問的數據庫中。在一個實施例中，控制系統還在數據庫中記錄關于行進的路徑的信息(包括但不必限于發生掉落的拾取和掉落位置)。
通過知道發生產品掉落的位置，控制系統使用該位置信息調整臂行進的路徑以嘗試再次售賣該產品并避免另一故障。例如，如果在真空拾取器頭仍然位于擱架內的同時產品掉落，則稍微調整拾取器頭的X和y位置以嘗試更好地使拾取器頭在擱架內定位中心。本發明的控制系統每次使用相同的參數或測量值(即，位置和電機電流消耗)，并進行預定次數的嘗試以售賣選擇的產品，在每次嘗試時改變它的行進的路徑或某一其它參數。作為參數改變的另一例子，如果控制系統測量到未能抓住產品(即，電流在真空下降到產品時增力口，但隨后在真空開始上升時立即減小)，則控制系統將會使拾取器頭上升離開擱架，關閉真空，然后重新啟動真空，并隨后下降以再次嘗試抓住產品。作為另一例子，如果在產品掉落時產品已上升離開擱架，則控制系統拾取另一產品并使用不同的行進的路徑以將該產品傳送到遞送口。作為另一例子，多個擱架可“連接”在一起，從而由控制系統訪問的數據指示單個購買者輸入與超過一個產品拾取位置關聯。如此，如果在一個擱架發生售賣故障，則控制系統將會嘗試從另一擱架售賣產品。
在優選實施例中，如果預定次數的售賣嘗試全都導致售賣故障，則為購買者提供退款或者另外請求購買者做出替代的選擇。
在優選實施例中，控制系統在數據庫(或其它合適的位置)中記錄并存儲關于所有售賣故障的數據。在擱架連接在一起的情況下，當在特定擱架中發生一次或多次(不管編程了幾次)售賣故障時，控制系統記錄結合該擱架的問題代碼。此外，當控制系統確定(即，基于從擱架售賣的產品的數量，或者基于最后的售賣高度等)擱架變空時，記錄空擱架代碼。關于售賣故障的所有數據或問題代碼能夠隨后由系統操作員通過顯示裝置檢查。在優選實施例中，當操作員進入控制系統的維護或加載模式時，控制系統顯示問題代碼。在優選實施例中，當操作員離開維護或加載模式時，自動從存儲器清除所有問題代碼，因為控制系統認為已解決所有問題。
在優選實施例中，控制系統記錄在控制系統知道或認為沒有產品被抓住時(即，在真空下降至與產品接觸之前)關于真空電機獲得的關于所有電流消耗測量的數據。控制系統評估這種數據并且定期地和動態地進行調整以適應某些預料到的問題。例如，當真空電機變得更熱時，它變得更加高效并且還消耗更大的電流。如果電流上升至高于指定的絕對值，則控制系統將會關閉真空電機，因為認為電機正在變得太熱。在優選實施例中，所述關閉是用戶友好的并持續一定時間段以允許電機冷卻并包括向購買者顯示
“請等待”、“校準”等的消息。在一些實施例中，控制系統還監視正被監視的電機外面的溫度(即，自動售賣機櫥柜內的溫度)，并使用這種信息計算允許電機冷卻的時間段。在其它實施例中，控制系統可啟動風扇或其它冷卻裝置以幫助冷卻電機。
圖1中表示的自動售賣機的操作的一個例子特別地適用于冷凍產品分配，其中產品通常存儲在包括蓋子的柜子(諸如，冷凍器)內，并且其中不同的產品擱架在冷柜內按照橫向和前后布局排列，并且在每個擱架內，產品類型按照垂直定向方式存儲。在這個例子中，遞送系統位于產品擱架上方。該系統如下操作:從開始位置，通過控制器，機器人機械手臂部分圍繞旋轉關節旋轉以將真空拾取器頭定位在所希望的產品存儲擱架上方。控制器確定冷凍器蓋子是打開的還是關閉的。如果蓋子是關閉的，則控制器啟動與蓋子打開/關閉裝置關聯的電機。控制器啟動真空泵并松開卷軸以由此延長線纜并使真空拾取器頭下降到冷凍器內的擱架中。真空拾取器頭的吸盤接觸產品并且產生吸力以抓住產品。控制器檢測到真空泵的電流消耗的變化，因此滿足產品被抓住的條件。控制器隨后纏繞卷軸以由此收回線纜并使真空拾取器頭從擱架上升。控制器重新定位機器人機械手臂部分，從而真空拾取器頭定位在分配口或定位在分配口上方。控制器隨后松開卷軸以延長線纜并使真空拾取器頭下降到分配口中。控制器切斷真空泵的功率以釋放產品，從而產品掉落到分配口中。控制器隨后纏繞卷軸以收回線纜并使真空拾取器頭上升。機器人機械手可隨后重新定位到它的開始位置或某一其它合適的位置并啟動電機以關閉冷凍器的蓋子。在多個售賣周期將要同時或幾乎同時發生的情況下，控制系統可以被編程為使冷凍器的蓋子保持打開并直接從遞送口前進至下一擱架位置以進行下一產品售賣周期。
在描述本發明的上下文中(尤其是在下面的權利要求的上下文中)的術語“一個或者該”以及類似所指對象的使用應該解釋為既包括單數形式又包括復數形式，除非本文另外指出或者被上下文清楚地否認。術語“包括”、
“具有”和“包含”應該解釋為開放式術語(即，表示“包括但不限于”)，除非另外說明。本文的值的范圍的列舉僅意圖用作分別提及落在該范圍內的每個分立值的簡略表達方法，除非本文另外指出，并且每個分立值被包括在說明書中就好像它在本文中被單獨引用。本文描述的所有方法能夠按照任何合適的次序執行，除非本文另外指出或者另外被上下文清楚地否認。本文提供的任何和所有例子或示例性語言(例如，“諸如”)的使用僅意圖更好地說明本發明并且不對本發明的范圍施加限制，除非另外申明。說明書中的語言不應解釋為將任何未要求保護的元件指示為對于本發明的實施而言是必不可少的。
在下面的描述中，為了簡潔、清楚和理解而使用某些術語；但不應在現有技術的需要之外從其暗示任何不必要的限制，因為這種術語用于描述性目的并且應該廣泛地解釋。此外，本發明的描述和說明僅作為示例，并且本發明的范圍不限于顯示或描述的精確的細節。
雖然已參照示例性實施例描述了本發明的前述詳細描述并且已顯示并描述了為了執行本發明而設想的最佳實施方式，但將會理解，在實現以上發明時可做出某些變化、修改或改變，并且在構造本發明時，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，除本文具體地闡述的這些變化、修改或改變之外的變化、修改或改變可由本領域技術人員實現，并且這種變化、修改或改變應該被視為落在本發明的總體范圍內。因此，應該包括本發明以及落在本文公開并要求保護的基礎原理的真實精神和范圍內的任何和所有變化、修改、改變或等同物。因此，本發明的范圍應該僅由所附權利要求限制，以上描述中包含的以及附圖中顯示的所有內容應該解釋為是說明性的而非限制性的。
現在已描述了本發明的特征、發現和原理、構造并使用本發明的方式、構造的特性和優點、獲得的新的有用的結果；新的有用的結構、裝置、元件、布置、零件和組合闡述于所附權利要求中。
還應該理解，下面的權利要求旨在包括本文描述的本發明的所有的一般的和具體的特征以及本發明的范圍的所有陳述，就語言而論，這可稱為落在其間。
權利要求
1.一種用于將產品從存儲區域遞送到分配區域的產品遞送系統，該產品遞送系統包括: 產品抓握裝置，用于選擇性地與產品結合； 機器人臂定位結構，結合到產品抓握裝置以移動產品抓握裝置；和 控制系統，用于控制產品抓握裝置和定位結構； 其中，控制系統監視產品抓握裝置是否已結合到產品以及何時產品已被釋放； 其中，控制系統包括用于定位結構的旋轉定向的閉環反饋監視特征，以提供定位結構的精確旋轉定向定位；以及 其中，控制系統包括用于在意外地釋放產品時記錄定位結構的精確旋轉定向定位的數據日志。
2.如權利要求1所述的產品遞送系統，其特征在于，所述產品抓握裝置包括獨立電機驅動旋轉真空產生組件，并且其中，所述產品抓握裝置細長且緊湊以用于精確地選擇性地從廣品所在的摘架內拾取廣品。
3.如權利要求2所述的產品遞送系統，其特征在于，所述控制系統監視真空產生組件的電流消耗以確定何時產品抓握裝置已結合到產品以及何時產品已被釋放。
4.如權利要求1所述的產品遞送系統，其特征在于，所述控制系統以協調的方式并且結合每個臂部分的旋轉運動的監視來增加或減小傳送給多個臂部分中的每個臂部分的驅動系統和/或所述機器人臂定位結構的電機驅動卷軸的功率，以減少售賣周期時間并使售賣成功最大化。
5.如權利要求1所述的產品遞送系統，其特征在于，所述控制系統使用產品抓握裝置的電流消耗的監視和/或所述機器人臂定位結構的多個臂部分中的每個臂部分的旋轉運動的監視來幫助對控制系統進行校準、編程和/或重新編程。
6.如權利要求5所述的產品遞送系統，其特征在于，所述編程包括自定義產品拾取位置的編程。
7.一種將產品從存儲區域遞送到分配區域的方法，包括: 提供產品抓握裝置，該產品抓握裝置細長且緊湊以用于精確地選擇性地拾取產品； 提供由產品抓握裝置攜帶的獨立電機驅動旋轉真空發生器； 使用機器人臂定位系統上的產品抓握裝置傳送產品；以及 當意外地釋放產品時在數據日志中 記錄定位結構的精確旋轉定向定位。
8.一種用于將產品分配給消費者的自動售賣機，該自動售賣機具有存儲區域和分配區域，該自動售賣機包括: 產品抓握裝置，用于與產品結合以將產品從存儲區域移動到分配區域，產品抓握裝置具有連接到產品抓握裝置的獨立電機驅動旋轉真空產生組件，并且產品抓握裝置細長且緊湊以用于精確地選擇性地拾取產品； 機器人臂定位結構，結合到產品抓握裝置以移動產品抓握裝置；和 控制系統，包括用于在意外地釋放產品時記錄定位結構的精確旋轉定向定位的數據日O
9.一種用于將產品從存儲區域遞送到分配區域的產品遞送系統，該產品遞送系統包括:產品抓握裝置，用于選擇性地與產品結合； 機器人臂定位結構，結合到產品抓握裝置以移動產品抓握裝置；和 控制系統，用于控制產品抓握裝置和定位結構； 其中，控制系統使用產品抓握裝置的電流消耗的監視和/或所述機器人臂定位結構的多個臂部分中的每個臂部分的旋轉運動的監視來幫助對控制系統進行校準、編程和/或重新編程。
10.如權利要求9所述的產品遞送系統，其特征在于，所述編程包括自定義產品拾取位置的編程。
11.如權利要求9所述的產品遞送系統，其特征在于，通過將機器人臂定位結構定位在校準點并記錄與在該位置的所述機器人臂定位結構的部件關聯的每個編碼器的數值數據并在可由控制系統訪問的存儲位置分配這些數值作為零值以便以后由控制系統使用，校準所述控制系統。
12.一種用于將產品從存儲區域遞送到分配區域的產品遞送系統，該產品遞送系統包括: 產品抓握裝置，用于選擇性地與產品結合； 機器人臂定位結構，結合到產品抓握裝置以移動產品抓握裝置；和 控制系統，用于控制產品抓握裝置和定位結構；和 用于逆反射能量的傳感器，連接到所述產品抓握裝置。
13.如權利要求12所述的產品遞送系統，其特征在于，所述控制系統在多個預編程擱架位置上方的預定高度在所述多個預編程擱架位置中的每個預編程擱架位置正上方移動產品抓握裝置，并啟動所述 逆反射傳感器以測量每個擱架中的產品的高度。
全文摘要
提供了一種用于控制產品遞送系統的控制系統和方法。
文檔編號B25J9/00GK103153551SQ201080062214
公開日2013年6月12日 申請日期2010年11月26日 優先權日2009年11月25日
發明者J·T·皮亞特尼克, F·A·烏維達, A·M·斯坦因, J·F·劉易斯, J·博伊 申請人:J·T·皮亞特尼克, F·A·烏維達, A·M·斯坦因, J·F·劉易斯, J·博伊