La présente invention concerne un procédé de palettisation et un dispositif de mise en œuvre du procédé.

Le procédé selon l'invention est en particulier destiné à être utilisé dans les centres de distribution dans le cadre de la messagerie dans le sens d'acheminement rapide de colis et de marchandises, ou autres.

Le procédé concerne en premier lieu la palettisation de colis présentant une forme parallélépipédique rectangulaire, alors que leurs dimensions sont aléatoires.

Dans les centres de distribution, les colis arrivent habituellement sur un convoyeur qui renvoie les colis dans des bacs d'accumulation, généralement en pente, chaque bac d'accumulation étant destiné à recevoir les colis avec une destination commune.

Les colis sont reçus en vrac, mais dans la même couche, dans le bac d'accumulation en reposant avec une de ses faces sur le fond de celui-ci et sont ensuite soulevés un à un manuellement par un opérateur pour être disposés sur une palette juxtaposée. L'opérateur décide lui-même quel colis doit être le prochain à soulever du bac, et il décide l'emplacement du colis sélectionné sur la palette. L'opérateur forme un niveau de palettisation et dès qu'un niveau de palettisation ne présente aucun emplacement suffisant pour recevoir un des colis actuellement dans le bac, il passe au niveau suivant. L'opérateur commence chaque niveau de palettisation suivant par aligner les bords des premiers colis d'un niveau de palettisation en les plaçant le long des bords de la palette. Il s'agit d'une sorte de puzzle qui peut être assez stressant pour l'opérateur qui doit en même temps prendre en compte les dimensions des colis en train d'arriver et se trouvant à sa portée.

Cette palettisation est aussi un travail physique astreignant qui souvent demande de la rapidité de l'opérateur dans la prise et le déplacement d'un colis en même temps qu'il doit réfléchir pour décider quel sera le prochain colis en fonction de la place disponible sur la palette.

En outre, la hauteur de palettisation est habituellement de 2,4 m, ce qui complique la mise en place des derniers colis du niveau de palettisation le plus élevé. On connaît de la publication US 7 266 422 un procédé de palettisation automatique de boîtes présentant des dimensions et des formes différentes. Selon ce document, les boîtes arrivent dans une zone d'accumulation ou de tampon, immédiatement en amont d'une station de palettisation, parfaitement alignés les unes après les autres en étant espacées les unes des autres. La zone de tampon est accessible à un robot de préhension qui assure la palettisation. L'alignement des boîtes dans la zone d'accumulation est parallèle à l'axe longitudinal d'une palette juxtaposée. Dans ce document, l'orientation angulaire des boîtes dans la zone de tampon est ainsi prédéterminée et égale à zéro par rapport à l'axe longitudinal de la palette. Par conséquent, ce procédé de prévoit aucune prise en compte de l'orientation angulaire des boîtes. Or, le procédé selon l'invention est conçu pour la palettisation de colis qui s'accumulent en vrac, dans une même couche, dans un bac d'accumulation et dont l'orientation angulaire est arbitraire et peut varier fortement d'un colis à un autre. Ce document ne donne aucune solution à ce problème.

Une autre difficulté réside dans le fait qu'une installation de palettisation automatique à l'aide d'un robot de colis arrivés en vrac dans un bac d'accumulation a des difficultés à discerner des colis d'à peu près la même dimension qui sont disposés de manière à être tassés les uns contre les autres, ainsi que les colis portant des marques très visibles telles que bandes adhésives de couleur ou même des colis composés de deux couleurs très différentes. Ces difficultés de discernement génèrent des erreurs d'interprétation qui compliquent la gestion.

Un but de l'invention est de proposer un procédé de palettisation automatique qui remédie à tous les inconvénients des procédés manuels ou automatisés actuellement utilisés, et qui en même temps permet de gérer les priorités entre les bacs d'accumulation différents pour éviter la saturation dans certains bacs d'accumulation et éventuellement, en conséquence, l'arrêt du convoyeur.

Un autre but du procédé de palettisation selon l'invention est de permettre l'accumulation d'un grand nombre de colis par unité de surface dans le bac d'accumulation de réception pour avoir un grand choix pour la sélection du prochain colis le mieux adapté pour déplacer sur la palette tout en évitant que deux colis voisins soient conçus comme un seul par un dispositif de vision, ce qui induirait des erreurs pour la préhension ou bien laisserait tout simplement les deux colis sans considération pour la prochaine sélection d'un colis convenable à saisir pour son déplacement à un emplacement prédéterminé sur la palette.

Un objet de l'invention est un procédé de palettisation dans lequel des colis parallélépipédiques rectangulaires sont reçus dans un bac d'accumulation à partir d'un convoyeur d'amenée des colis, les colis étant soulevés un à un du bac d'accumulation et déplacés sur une palette juxtaposée, caractérisé en ce que

- on calcule les trois dimensions de chaque colis arrivant dans le bac d'accumulation ;

- on suit à chaque instant la position et l'orientation angulaire de chaque colis à partir du moment de son entrée dans le bac d'accumulation ;

- on sélectionne à chaque instant un prochain colis à déplacer parmi les colis actuellement dans le bac d'accumulation en fonction de ses dimensions et de l'espace restant disponible à un niveau actuel de palettisation ;

- on détermine l'emplacement exact à prévoir sur la palette pour le colis sélectionné ;

- on soulève et on dépose le colis sélectionné à l'emplacement prévu sur la palette à l'aide d'une tête de préhension rotative d'un robot de manutention, en le disposant parallèlement à l'axe longitudinal ou transversal de la palette et, dans la mesure du possible, en alignant sensiblement un des côtés du colis sur un des côtés de la palette.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention :

- immédiatement avant de soulever le colis sélectionné, on détermine l'angle formé par le colis par rapport à l'axe longitudinal ou transversal de la palette, et on calcule l'angle de rotation nécessaire à ladite tête de préhension pour lui permettre de placer le colis sélectionné sur la palette parallèlement à l'axe longitudinal ou transversal de celle-ci, et après avoir soulevé le colis sélectionné, on fait tourner ladite tête de préhension de l'angle de rotation calculé, immédiatement avant la pose du colis sélectionné sur la palette ;

- on passe à un niveau suivant de colis à chaque fois qu'au niveau actuel l'espace restant n'est pas suffisant pour recevoir un des colis actuellement dans le bac, et on ajoute des niveaux jusqu'à une hauteur prédéterminée ;

- on utilise pour commander le robot un dispositif de commande comportant un algorithme permettant de calculer à chaque instant quel colis sélectionner et son emplacement optimal sur la palette ; - le procédé comprend en outre une phase consistant à brasser les colis après chaque préhension d'un colis par le robot de manière à changer leurs positions.

- on prend à un premier instant une première image pour identifier un certain nombre de colis sélectionnâmes, et après la préhension d'un colis sélectionné, on effectue un brassage des colis en suivant leur déplacement durant le brassage pour sauvegarder l'identification et la localisation des colis, on arrête le brassage à un deuxième instant et on prend une nouvelle image qui est comparée à la première afin d'identifier de nouveau les colis sélectionnables.

- on utilise le robot pour la palettisation simultanée de deux palettes à partir du même bac d'accumulation ;

- on déplace le robot pour travailler alternativement sur plusieurs bacs d'accumulation ;

- on fait descendre la palette d'un pas correspondant sensiblement à la hauteur du niveau de palettisation actuel avant de passer à un niveau de palettisation suivant de manière à maintenir une hauteur de travail du robot sensiblement constante ; et

- on abaisse la palette en la faisant passer par une ouverture prévue dans le sol.

Un autre objet de l'invention est un dispositif de mise en œuvre du procédé présentant les caractéristiques mentionnées, caractérisé en ce qu'il comporte un robot de manutention à tête de préhension rotative, un dispositif de commande du robot, et au moins un dispositif de vision permettant de connaître les trois dimensions de chaque colis, ainsi que sa position et son orientation angulaire lorsqu'il se trouve dans le bac.

Selon d'autres caractéristiques du dispositif selon l'invention :

- dispositif de vision comprend une caméra et un scanner laser ;

- la tête de préhension du robot porte des ventouses et que le dispositif de commande permet de placer les ventouses de façon optimale sur chaque colis sélectionné en fonction de la forme et de la dimension de la face de celui-ci tournée vers le haut.

- le dispositif comporte en outre un dispositif de brassage des colis dans le bac d'accumulation ;

- le dispositif de brassage comporte des moyens entraîneurs intégrés dans le fond du bac d'accumulation ; - lesdits moyens entraîneurs comportent des rouleaux dont au moins certains peuvent être entraînés en rotation ; et

- lesdits moyens entraîneurs sont répartis dans plusieurs sections du bac et forment un angle d'environ 90° d'une section à une section voisine.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre en référence aux figures annexées dans lesquelles :

- la figure 1 est une vue partielle en perspective illustrant un robot en train de placer sa tête de préhension sur un colis sélectionné disposé en biais sur un bac d 'accumulation d 'accumulation,

- la figure 2 est une vue partielle en perspective illustrant le robot en train de disposer le colis sélectionné dans la figure 1 sur une palette ;

- figure 3 est une vue en perspective d 'un dispositif de palettisation comprenant un bac d 'accumulation pourvu de moyens de brassage des colis, et

- la figure 4 est une vue de dessus du dispositif de palettisation de la figure 3.

Dans les figures, les éléments identiques ou équivalents portent les mêmes signes de référence.

Les figures 1 et 2 sont des vues partielles d'un centre de distribution de colis 1 qui doivent être palettisés. Les figures montrent la partie inférieure de deux bacs d 'accumulation en pente 2 recevant en vrac, mais dans la même couche, les colis d 'un convoyeur (non représenté) disposé à l'extrémité opposée des bacs d 'accumulation. Par conséquent, les colis 1 accumulés à un certain instant dans le bac présentent fréquemment une orientation différente d 'un colis à un colis voisin par rapport à un axe longitudinal X-X d'une palette 3 destinée à recevoir les colis.

Selon l'invention, on suit à chaque instant la position et l'orientation angulaire de chaque colis 1 à partir du moment de son entrée dans le bac d 'accumulation 2. Dans ce but, on utilise un dispositif de vision 1 1 (voir figures 3 et 4) permettant de visualiser chaque colis 1 pour par la suite calculer les trois dimensions de chaque colis 1 se trouvant dans le bac d 'accumulation 2. Ce dispositif de vision comporte avantageusement au moins une caméra et au moins un scanner laser (non représenté).

En variante, un autre dispositif de visualisation permettant de calculer les trois dimensions séparément est disposé en amont du bac d 'accumulation 2 de sorte que les dimensions de chaque colis soient connues avant son entrée dans le bac. A partir des données obtenues et du calcul des dimensions de chaque colis 1 , on sélectionne à chaque instant un prochain colis 1 à déplacer parmi les colis actuellement dans le bac d'accumulation 2 en fonction de ses dimensions et de l'espace restant disponible à un niveau actuel de palettisation sur la palette 3.

Simultanément, on détermine l'emplacement exact à prévoir sur la palette

3 pour le colis sélectionné 1.

Immédiatement après, on soulève et on dépose le colis 1 sélectionné à l'emplacement prévu sur la palette 3 à l'aide d'une tête de préhension 4 rotative d'un robot de manutention 5, en disposant le colis 1 parallèlement à l'axe longitudinal ou transversal de la palette 3 et, dans la mesure du possible, en alignant sensiblement un des côtés du colis 1 sur un des côtés de la palette 3.

La tête de préhension 4 du robot 5 porte des ventouses 6 pouvant être actionnées pour soulever le colis 1.

Afin d'améliorer la précision de la palettisation, on détermine, avant de soulever le colis sélectionné 1 , l'angle formé par le colis par rapport à l'axe longitudinal ou transversal de la palette 3, et on calcule l'angle de rotation nécessaire à ladite tête de préhension 4 suite à la préhension du colis sélectionné 1 pour lui permettre de placer celui-ci sur la palette 3 parallèlement à l'axe longitudinal ou transversal de celle-ci. Ainsi, après avoir soulevé le colis sélectionné 1 , on fait tourner la tête de préhension 4 de l'angle de rotation nécessaire calculé, immédiatement avant la pose du colis sélectionné 1 sur la palette 3. Grâce à cet agencement, l'orientation angulaire du colis 1 par la tête de préhension 4 est effectuée indépendamment de sa position de préhension dans le bac d'accumulation 2.

Les calculs sont de préférence effectués en temps masqué, c'est-à-dire lorsque le robot est en mouvement, afin de maximiser la cadence intrinsèque du robot.

Comme le dispositif de vision reste opérationnel pendant toute la palettisation et donc aussi à l'instant auquel la tête de préhension 4 entre en contact avec un colis sélectionné 1 , la connaissance de la position et de l'orientation angulaire de ce colis est toujours précise.

On passe à un niveau suivant de colis 1 à chaque fois qu'au niveau actuel l'espace restant n'est pas suffisant pour recevoir un des colis 1 actuellement dans le bac d'accumulation 2, et on ajoute des niveaux jusqu'à une hauteur prédéterminée qui de préférence correspond à environ 2,4 m, ce qui est la hauteur généralement appliquée pour une disposition optimale sur un camion de transport des palettes.

Pour commander le robot 5, on utilise un dispositif de commande (non représenté) comportant un algorithme permettant de calculer à chaque instant quel colis 1 sélectionner et son emplacement optimal sur la palette 3. Cet algorithme intègre aussi les contraintes d 'imbrication des colis 1 et de leur stabilité sur la palette 3, en tenant compte des colis 1 déjà placés sur la palette.

Ainsi, pour chaque nouveau colis 1 à sélectionner, le dispositif de visualisation en combinaison avec cet algorithme donne la possibilité de choisir parmi un nombre significatif de colis 1 actuellement dans le bac d 'accumulation 2, ce qui améliore sensiblement la qualité de la palettisation et diminue drastiquement les situations d'impossibilité de placement d 'un colis.

On peut éventuellement utiliser le robot 5 pour la palettisation simultanée de deux palettes 3, voire plus, à partir du même bac d 'accumulation 2.

Le robot de manutention 5 est avantageusement monté déplaçable sur des rails afin de permettre de le déplacer pour travailler alternativement sur plusieurs bacs d'accumulation 2.

Afin de maintenir la hauteur de travail du robot 5 sensiblement constante on fait selon une caractéristique de l'invention descendre la palette 3 d 'un pas correspondant sensiblement à la hauteur du niveau de palettisation actuel avant de passer à un niveau de palettisation suivant. Les figures montrent que les palettes 3 sont disposées sur un support 8 monté déplaçable en hauteur, par exemple à l'aide d'un dispositif de levage en croisillon, en descendant par une ouverture 9 effectuée dans le sol 10.

Selon une variante non illustrée sans ouverture dans le sol, le bac d 'accumulation 2 se trouve placé décalé vers le haut et la palette 3 est disposée sur un support déplaçable en hauteur actionné par un dispositif de levage disposé sur le sol 10. Selon cette variante, on commence avec le support 9 dans sa position haute et on l'abaisse d'un pas pour chaque nouveau niveau de palettisation.

Cela a également pour avantage qu'un opérateur peut facilement intervenir à n'importe quel moment et à une hauteur convenable si un problème quelconque surgit.

Afin de rendre le procédé selon l'invention aussi efficace que possible, il est important de prévoir une zone de préhension du robot contenant le maximum de colis qui sont atteignables par le robot et qui se trouvent dans le champ de vision du dispositif de vision 1 1 . Plus les possibilités de choix sont élevées, meilleures seront les résultats de la palettisation.

La forme optimale de cette zone de préhension du robot 5 est proche d'un rectangle qui peut par exemple présenter un rapport longueur / largeur entre environ 1 et 1 ,3.

Typiquement, vingt colis sur le bac d 'accumulation est un minimum et l'efficacité de palettisation augmente de manière significative quand le nombre de colis augmente. Des simulations ont montré que cinquante colis disponibles sur le bac d 'accumulation pour la palettisation permettent d 'atteindre un très bon niveau de performance. Ce critère nécessite donc un dispositif de vision ayant un champ suffisamment grand et qui soit compatible avec l'envergure du robot.

Cependant, les dispositifs de vision 1 1 montrent leurs limites assez rapidement lorsque la densité de colis par unité de surface augmente, bien que cette augmentation de densité surfacique soit recherchée pour atteindre l'efficacité optimale de palettisation. Pour résoudre cette contradiction, le procédé selon l'invention comporte en outre une phase consistant à brasser les colis 1 qui se trouvent dans le bac d'accumulation 2 après chaque préhension d'un colis par le robot. De cette manière, on obtient un changement des positions des colis et la nouvelle configuration vue par le dispositif de vision 1 1 est communiquée au dispositif de commande du robot 5 pour lui permettre de discriminer ainsi des colis qui ne l'étaient pas avant le brassage.

Selon l'invention, on prend d 'abord une image pour identifier un certain nombre de colis sélectionnables 1 , et après chaque préhension d 'un colis sélectionné, on effectue un brassage des colis pendant quelques secondes, ensuite on arrête le brassage et on prend une nouvelle image afin d 'identifier de nouveau les colis sélectionnables.

Selon une variante de ce procédé, le dispositif de commande du robot peut à un premier instant T0 identifier un certain nombre de colis sélectionnables dans le bac, la sélection étant effectuée par l'algorithme de placement du dispositif de commande. Après la préhension d 'un colis ainsi sélectionné, on effectue un brassage des colis qui modifie la position de l'ensemble des colis et à un deuxième instant T1 , une nouvelle image des colis dans le bac sera prise pour être comparée à la position des colis dans le bac à l'instant T0. Ainsi seront identifiés et localisés les colis avant le premier brassage à l'instant T0 par un suivi de leur déplacement durant le brassage plus par la nouvelle image de la situation qui aura permit d 'identifier comme « sélectionnables » des colis qui ne l'étaient pas auparavant. Ainsi séquence après séquence il y a amélioration de la discrimination d'un certain nombre de colis, ce qui apporte une optimisation des choix possibles, avec la même densité surfacique.

Par exemple, sans brassage, deux colis de taille identique qui sont côte à côte ne sont pas facilement discernables par les dispositifs de vision et de commande et sont donc exclus des choix de préhension. Cependant, grâce au brassage des colis de la manière indiquée, statistiquement, ces deux colis ne seront plus collés l'un à l'autre et deviennent donc des colis identifiables comme « sélectionnâmes ».

De même dans le cas d 'un colis à deux couleurs très différentes, le dispositif de commande peut avoir des difficultés à ne pas interpréter l'image fournie par le dispositif de vision comme étant deux colis. Cependant, après brassage, le dispositif de commande qui va comparer les images fournies par le dispositif de vision pourra déterminer qu'il s'agit d 'un colis unique et donc potentiellement « sélectionnable ».

Les figures 3 et 4 montrent un dispositif de palettisation comportant un robot de manutention 5' qui est monté sur un socle 12, contrairement au robot 5 montré sur les figures 1 et 2 qui est suspendu à un rail 7. Le dispositif de vision 1 1 est suspendu au-dessus du bac d'accumulation 2' à l'aide d 'une traverse 1 3 reliant l'un à l'autre deux longerons 14 disposés de part et d'autre du bac d'accumulation 2'.

Les colis 1 sont transportés vers le bac d 'accumulation 2' par un convoyeur 1 5. Le bac d 'accumulation 2' est globalement rectangulaire et pourvu d 'un dispositif de brassage 16. Ce dispositif de brassage comporte des moyens entraîneurs 17 intégrés dans le fond du bac d'accumulation 2.

Selon une variante, les moyens entraîneurs comportent des rouleaux 17 dont au moins certains peuvent être entraînés en rotation. Les rouleaux sont disposés dans quatre sections différentes A, B, C, D du bac d 'accumulation 2'. Les sections A, B, C, D sont globalement rectangulaire et de même dimension. La disposition des rouleaux 17 est décalée de 90° d'une section à la suivante.

Selon d 'autres variantes non illustrées sur les figures, les moyens entraîneurs comprennent soit des courroies, soit des tapis roulants.

Pour effectuer le brassage recherché des colis 1 après la préhension d'un entre eux, le dispositif de commande actionne le dispositif de brassage pendant quelques secondes. Ensuite, le dispositif de brassage est arrêté et une nouvelle image est prise, comme cela est expliqué plus haut. Dans un mode de réalisation non illustré sur les figures, le bac d'accumulation est circulaire et est également associé à un dispositif de brassage qui comporte des moyens de brassage sous forme de rouleaux disposés dans des sections différentes comme cela vient d'être décrit.

En outre, un dispositif de gestion (non représenté) des priorités entre plusieurs bacs d'accumulation juxtaposés assure avantageusement une optimisation de l'usage du ou des robots 5.

L'utilisation du robot de manutention 5 est ainsi très flexible et dès que le dispositif de gestion aura déterminé qu'il va y avoir un flux important dans un bac d'accumulation donné 2, le robot 5 sera déjà positionné pour le déchargement de ce bac.

Est ainsi obtenu un procédé de palettisation entièrement automatisé qui permet une palettisation rapide, précise et sécurisée.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple illustré et décrit, et l'homme du métier sera en mesure de trouver des variantes sans pour autant sortir du cadre de l'invention.