Domaine technique

La présente invention concerne un nouveau procédé de chargement automatisé d'une caisse avec des objets, au moyen d'un robot préhenseur. Elle trouve son application dans tout type d'industrie et/ou tout type d'application dans lesquels il existe un besoin de ranger automatiquement des objets dans une caisse, par exemple pour leur stockage et/ou leur transport. L'invention s'applique à tout type d'objets. De manière limitative et non exhaustive de l'invention, les objets peuvent par exemple être des pièces mécaniques, des paquets, boîtes, des emballages, etc ..

Art antérieur

On a déjà proposé, par exemple dans la demande de brevet américain US 2010/0222915 et dans les brevets américains US 6 055 462 et US 8 644 984, d'utiliser un robot préhenseur, piloté automatiquement pour prendre un à un sur un convoyeur de transport des objets empilables, et par exemple de boîtes empilables, et pour les empiler automatiquement les uns sur les autres sur une palette, c'est à-dire sur un support plan ne comportant pas de paroi latérale verticale.

Les solutions techniques décrites dans ces publications sont adaptées pour palettiser de manière automatisée des objets empilables, conformément à un plan de palettisation prédéfini, mais ne sont pas prévues pour charger de manière automatisée avec des objets une caisse comportant au moins une paroi latérale verticale.

On a par ailleurs déjà proposé, par exemple dans le brevet américain US 9 067 744, d'utiliser un robot préhenseur, piloté automatiquement pour empiler automatiquement des objets, et par exemple des colis, dans une caisse montée sur roulettes de manière à former un chariot. Dans cette publication, cette caisse comporte plus particulièrement une paroi de fond et trois parois latérales verticales. On a également déjà proposé dans le brevet américain US 7 644 558 d'utiliser un robot préhenseur pour empiler automatiquement et de manière itérative des objets dans une caisse.

Dans le cas d'un chargement automatisé d'une caisse avec des objets empilables ou non empilables, il arrive régulièrement qu'au moins une des parois latérales verticales de la caisse soit suffisamment endommagée ou déformée, de telle sorte qu'il n'est pas possible de remplir la caisse avec des objets en mettant en œuvre le plan de chargement de la caisse jusqu'à son terme.

Dans ce cas, la procédure de chargement automatisé de la caisse avec des objets doit être interrompue prématurément, avant que plan de chargement da la caisse ne soit terminé, et en pratique un opérateur est contraint d'intervenir pour décharger manuellement ladite caisse et pour la remplacer par une caisse en bon état, avant de relancer la procédure de chargement automatisé.

Dans le cas d'un chargement automatisé d'une caisse avec des objets empilables ou non empilables, il arrive également régulièrement qu'une pièce soit mal positionnée, et perturbe le chargement des pièces suivantes en empêchant de remplir la caisse et de mettre en œuvre le plan de chargement de la caisse jusqu'à son terme.

Dans ce cas, la procédure de chargement automatisé de la caisse avec des objets doit également être interrompue prématurément, avant que plan de chargement de la caisse ne soit terminé, et en pratique un opérateur est contraint d'intervenir manuellement, avant de relancer la procédure de chargement automatisé

Objectif de l'invention

Selon un premier aspect, un objectif de l'invention est de proposer nouveau procédé de chargement automatisé d'une caisse avec des objets, au moyen d'un robot préhenseur, qui pallie l'inconvénient susvisé lié à la mise en œuvre d'une caisse non adaptée à un chargement complet, et en particulier d'une caisse pouvant être endommagée ou déformée. Selon un deuxième aspect, un objectif de l'invention est de proposer un nouveau procédé de chargement automatisé d'une caisse avec des objets, au moyen d'un robot préhenseur, qui permet au moins de pallier l'inconvénient susvisé découlant d'un mauvais positionnement d'un objet dans la caisse.

Résumé de l'invention

L'invention a ainsi pour objet un premier procédé de chargement automatisé d'une caisse avec des objets au moyen d'un robot préhenseur. De manière caractéristique selon l'invention, on acquiert au moins une image numérique de la caisse vide, on vérifie automatiquement la conformité de la caisse en utilisant la ou les images numériques de la caisse et si la caisse est conforme, on poursuit le procédé de chargement de la caisse au moyen du robot préhenseur, et dans le cas contraire on remplace la caisse par une nouvelle caisse.

Grâce à l'invention, lorsque la caisse n'est pas conforme et ne convient pas, par exemple parce qu'elle est endommagée ou déformée, on évite toute perte de temps en évitant de commencer inutilement le chargement partiel de ladite caisse inadaptée.

L'invention a également pour objet un deuxième procédé de chargement automatisé d'une caisse avec des objets au moyen d'un robot préhenseur, caractérisé en ce qu'on réalise de manière automatique et itérative la succession d'étapes suivantes :

(a) on positionne, au moyen du robot préhenseur, un objet dans la caisse dans une position définie par un plan de chargement de caisse,

(b) on acquiert au moins une image numérique de la caisse contenant un ou plusieurs objets,

(c) on vérifie automatiquement dans la ou les images numériques obtenues à l'étape précédente si l'objet qui a été positionné à l'étape (a) est correctement positionné ; dans l'affirmative on passe à l'étape suivante et dans la négative on retire l'objet mal positionné au moyen du robot préhenseur (3) et on réitère le procédé à l'étape (a) avec ce même objet. Dans le cadre de l'invention, le terme « caisse » doit être pris dans son acceptation la plus large. En particulier, la caisse peut avoir une géométrie quelconque, l'invention n'étant pas limitée à des caisses parallélépipédiques et notamment cubiques. La caisse peut avoir des dimensions plus ou moins importantes en fonction des domaines d'application, et de manière non limitative et non exhaustive de l'invention peut être un bac, une benne, un conteneur,.... Le ou les matériaux constitutifs de la caisse sont sans importance pour l'invention.

Dans le cadre de l'invention, le terme « objet» doit être pris dans son acceptation la plus large. Dans le cadre de l'invention, et de manière non limitative et non exhaustive de l'invention, un objet peut être monobloc ou constitué par un assemblage de pièces ; un objet peut par exemple être une pièce mécanique, un colis, un paquet, une boîte vide ou remplie, un emballage, etc.

L'invention a également pour objet un système de chargement automatisé comportant un robot préhenseur, un capteur permettant l'acquisition d'au moins une image numérique d'une caisse vide ou contenant au moins un objet, et un dispositif électronique de commande qui est conçu pour piloter le robot préhenseur, de manière à mettre en œuvre le premier et/ou deuxième procédé de chargement susvisé(s).

L'invention a également pour objet un produit programme informatique comprenant des instructions de code de programme et conçu pour, lorsqu'il est exécuté par des moyens électroniques de commande d'un robot préhenseur, acquérir au moins une image numérique d'une caisse vide, vérifier automatiquement la conformité de la caisse en utilisant la ou les images numériques de la caisse, et si la caisse est conforme, poursuivre le chargement au moyen du robot préhenseur, et dans le cas contraire à arrêter le chargement de la caisse.

L'invention a également pour objet un produit programme informatique comprenant des instructions de code de programme et conçu pour, lorsqu'il est exécuté par des moyens électroniques de commande d'un robot préhenseur, commander automatiquement ledit robot préhenseur de manière à exécuter au moins les étapes du deuxième procédé de chargement susvisé.

Brève description des figures

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-après d'une variante particulière de réalisation de l'invention, laquelle variante particulière de réalisation est décrite à titre d'exemple non limitatif et non exhaustif de l'invention et en référence aux dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 est une vue schématique d'ensemble d'un système de chargement d'une caisse avec des pièces acheminées par un convoyeur,

- la figure 2 est une vue isométrique d'un exemple particulier de caisse vide,

- la figure 3 est une vue isométrique d'un empilement de pièces résultant de la mise en œuvre d'un plan de chargement de caisse prédéfini, la figure 4 est une vue isométrique de la caisse de la figure 2, une fois celle-ci remplie de pièces,

- la figure 5 est un organigramme représentant les principales étapes successives d'une routine de vérification automatique de conformité de d'une caisse vide,

- la figure 6 est un organigramme représentant les principales étapes successives d'une routine de chargement automatique d'une caisse au moyen du robot préhenseur du système de chargement de la figure 1 ,

la figure 7 est une vue de dessus d'un exemple de caisse non conforme, dont une paroi verticale est déformée.

Description détaillée

En référence à la variante particulière de réalisation du système de chargement de la figure 1 , des objets 1 empilables, en l'occurrence dans cet exemple particulier des pièces mécaniques, sont acheminés par un convoyeur 2 jusqu'à une station de chargement comprenant une caisse 4. Un robot préhenseur 3, comportant un bras articulé 30 qui est équipé à son extrémité d'un organe de préhension 31 , est utilisé pour prélever automatiquement un à un les objets 1 sur le convoyeur 2, et pour les déposer successivement dans la caisse 4 en suivant un plan de chargement.

Dans cet exemple de la figure 1 , les objets 1 sont tous identiques. Dans une autre variante, ils pourraient être différents.

En référence à la figure 3, dans cet exemple particulier et de manière non limitative de l'invention, le plan de chargement est défini de telle sorte que lorsqu'il est exécuté complètement, on constitue un empilement de cinq couches Li à Ls d'objets 1 , chaque couche Li à Ls comportant douze objets 1 juxtaposés sous la forme d'une rangée Ri de trois objets 1 et d'une colonne Cj de quatre objets 1 . Ce plan de chargement est constitué par exemple par une liste des couches Li à Ls associant à chaque couche Lk sa position en hauteur dans l'empilement, et la rangée Ri et la colonne Q de chaque objet 1 dans la couche Lk.

On a représenté sur la figure 4, une caisse 4 remplie d'objets 1 , qui ont été empilés dans cette caisse 4, en suivant ledit plan de chargement pour obtenir un empilement d'objets conforme à celui de la figure 3.

En référence à la figure 2, la caisse 4 est ouverte en partie supérieure pour permettre son chargement. Elle comporte une paroi de fond 40 et des parois verticales 41 qui délimitent un volume de chargement V.

Le robot préhenseur 3 est commandé automatiquement par un dispositif électronique de commande 5, qui permet de piloter automatiquement les déplacements du bras articlé 30 et de commander l'organe de préhension 31 , en exécutant un programme informatique de chargement, qui par exemple est stocké dans une mémoire électronique de ce dispositif 5.

Le système de chargement comporte en outre un capteur 6 sans contact, qui permet d'acquérir, en vue de dessus, au moins une image numérique 2D ou 3D de la caisse 4 (vide ou contenant des objets 1 ) positionnée dans la station de chargement. Cette image numérique 2D ou 3D de la caisse 4 (vide ou contenant des objets 1 ) est transmise au dispositif électronique de commande 5, par voie filaire ou par une voie de communication sans fil.

Dans une variante, le système peut comporter plusieurs capteurs 6, permettant par exemple d'acquérir des images 2D ou 3D de la caisse avec des angles de vue différents. Dans une variante, le système peut également comporter des moyens permettant de reconstituer, par stéréovision, une image en trois dimensions de la caisse 4, à partir de deux images 2D ou plus acquises par des capteurs 6.

Dans le cadre de l'invention, différents types de capteurs 6 peuvent être mis en œuvre. De manière non limitative et non exhaustive de l'invention, le capteur 6 peut par exemple être :

- une caméra, par exemple de type CCD ou autre ;

- un capteur de numérisation permettant d'acquérir une image de la caisse 4 (vide ou contenant des objets 1 ) sous la forme d'un nuage de points 3D ; par exemple le capteur 6 comporte une caméra, par exemple de type CCD ou autre, combinée à une source lumineuse de type laser balayant la surface de la caisse 4 (vide ou contenant des objets 1 ), la caméra permettant de capter le faisceau lumineux réfléchi par la surface de la caisse et le cas échéant des objets placés dans le champ de la caméra .

- un capteur ou ensemble de capteurs fonctionnant par télémétrie et utilisant une source laser, ultrasons, microondes,...

Un exemple particulier de programme de chargement et de sa mise en œuvre pour le chargement d'une caisse 4 avec des objets 1 vont à présent être détaillé en référence aux organigrammes des figures 5 et 6.

Un opérateur positionne une caisse 4 vide au-dessous du capteur 6 et lance la procédure de chargement automatisée.

Lorsque procédure de chargement automatisée est lancée, le dispositif électronique de commande 5 commence par exécuter la routine initiale de vérification de la figure 5.

En référence à cette figure 5, lorsque la routine initiale de vérification est démarrée, le dispositif électronique de commande 5 déclenche une acquisition par le capteur 6 d'une image numérique de la caisse vide 4 (étape 50), laquelle image est transmise au dispositif électronique de commande 5.

Ensuite, le dispositif de commande 5 vérifie automatiquement (étape 51 ) si la caisse 4 est conforme en utilisant ladite image numérique de la caisse.

Plus particulièrement, cette vérification est de préférence réalisée en simulant automatiquement un plan de changement prédéfini, au moyen de ladite image numérique de la caisse 4 vide et d'un modèle CAO de la pièce 1 , de manière à s'assurer que la totalité des pièces 1 du plan de chargement (soit 60 pièces dans l'exemple des figures 3 et 4) peut être chargée dans la caisse 4. A cet effet, le plan de changement a par exemple été stocké dans une mémoire du dispositif de commande 5.

Dans une autre variante, le dispositif de commande 5 peut être programmé pour calculer automatiquement ce plan de chargement à partir d'un modèle CAO de la pièce 1 et d'un modèle CAO de la caisse 4 vide.

Dans une autre variante, le dispositif de commande 5 peut être programmé pour exécuter un plan de changement prédéfini stocké dans une mémoire du dispositif de commande 5, et pour le cas échéant modifier de manière dynamique ce plan de de chargement au cours du procédé de chargement de la caisse, de manière par exemple à optimiser automatiquement le chargement de la caisse.

Dans une autre variante, la conformité de la caisse 4, peut également être vérifiée automatiquement en comparant l'image numérique de la caisse 4 vide, acquise à l'étape 50, avec un modèle numérique CAO de la caisse vide, stocké en mémoire du dispositif électronique de commande 5.

Si la caisse 4 est détectée comme n'étant pas conforme (test 52), le dispositif électronique de commande 5 arrête la procédure, et avertit l'opérateur que la caisse 4 vide qui a été positionnée n'est pas conforme, par exemple en déclenchant une alarme visuelle/ou sonore et/ou en affichant un message sur un écran.

On a représenté sur la figure 7, un exemple de caisse 4 non conforme, dont l'une des parois verticales 41 est suffisamment déformée pour que la caisse ne puisse pas être chargée avec le nombre voulu de pièces 1 , le plan de chargement ne pouvant pas être mis en oeuvre jusqu'au bout.

L'opérateur averti retire la caisse vide 4, qui a été détectée comme non conforme, en vue par exemple de la recycler (étape 53) et la remplace par une nouvelle caisse 4 vide (étape 54).

Une fois la nouvelle caisse 4 vide positionnée, l'opérateur relance la procédure de vérification de la figure 5.

On évite ainsi toute perte de temps en évitant de démarrer inutilement la procédure de chargement avec une caisse défectueuse.

Si la caisse est conforme (test 52), le dispositif électronique de commande 5 exécute la routine de chargement automatisée de la figure 6, détaillée ci-après.

Lorsque la routine de chargement automatisé de la figure 6 est lancée, le dispositif électronique de commande 5 localise automatiquement la position de la caisse vide (étape 550), par exemple à partir de la ou des images numériques acquises au moyen du capteur 6. En variante, cette étape 550 pourrait être supprimée, sous réserve que la caisse vide soit toujours postionnée de manière précise systématiquement dans une position de chargement prédéfinie et connue du dispositif électronique de commande 5.

Ensuite, le dispositif électronique de commande 5 commande (étape 551 ), de manière connue en soit, le robot 3 de manière à ce qu'il saisisse une pièce 1 sur le convoyeur 2 et la positionne dans la caisse 4, en appliquant le plan de chargement prédéfini stocké en mémoire ou calculé automatiquement par le dispositif électronique de commande 5 .

Ensuite, (étape 552) le dispositif électronique de commande 5 acquiert, au moyen du capteur 6, une image numérique de la caisse 4 contenant une ou plusieurs pièces 1 , et vérifie automatiquement dans cette image numérique, en utilisant le modèle CAO de la pièce 1 , que la dernière pièce 1 qui été positionnée est correctement positionnée.

Dans la négative (test 553), le dispositif électronique de commande 5 commande le robot 3, de manière à ce qu'il saisisse cette dernière pièce mal positionnée (étape 554), et on réitère les opérations jusqu'à ce que cette pièce soit correctement positionnée.

Dans l'affirmative (test 553), la dernière pièce 1 chargée étant correctement positionnée dans la caisse 4, on simule numériquement (étape 555) le positionnement de la pièce 1 suivante en utilisant dans l'image de la caisse 4 précédemment acquise, un modèle numérique CAO de la pièce 1 , et le plan de chargement stocké en mémoire ou calculé automatiquement par le dispositif électronique de commande 5 .

Si le résultat de cette simulation est négatif (test 556), la pièce 1 suivante ne peut être chargée correctement à la bonne position dans la caisse 4, dans ce cas le dispositif électronique de commande 5 déclenche une alarme (étape 557) pour l'opérateur, et met fin prématurément à la procédure de chargement automatisée.

Si au contraire le résultat de cette simulation est positif (test 556), le dispositif électronique de commande 5 vérifie (test 558) si la caisse 4 est pleine (par exemple en ayant compté le nombre de pièces chargées et en le comparant au nombre total de pièces voulus dans la caisse 4).

Si la caisse 4 est pleine, il arrête la procédure de chargement, afin de permettre à l'opérateur de retirer la caisse pleine et de mettre en place une nouvelle caisse 4 vide.

Si la caisse 4 n'est pas pleine, la procédure est reprise automatiquement à l'étape 551 .

L'invention trouve préférentiel lement son application à un chargement automatisé d'une caisse 4 avec des objets empilés, mais peut également être mise en oeuvre pour réaliser un chargement automatisé d'une caisse 4 avec des objets qui ne sont pas empilés dans la caisse, mais sont par exemple positionnés dans des cases intérieures de la caisse à raison par exemple d'un objet par case.

Dans l'exemple qui a été décrit, la caisse 4 comporte des parois verticales qui entourent l'ensemble des objets 1 chargés dans la caisse sur toute la périphérie de cet ensemble d'objets. Dans une autre variante, la ou les parois verticales de la caisse pourraient entourer l'ensemble des objets 1 chargés dans la caisse sur une partie de la périphérie de cet ensemble d'objets.

Dans une autre variante, les objets ne sont pas nécessairement amenés par un convoyeur 2, mais peuvent être stockés de manière statique (par exemple en en vrac ou en étant empilés) sur une aire de stockage accessible au robot préhenseur 3.