一种用于在重建自动化存储和检索系统的物理设计期间控制该系统的方法、系统和计算机程序与流程

1.本发明涉及一种用于存储和检索由容器搬运车辆搬运的容器的自动化存储和检索系统，更具体地说，涉及一种用于在重建自动化存储和检索系统的物理设计期间控制该系统的操作的方法、系统和计算机程序。


背景技术：

2.图1公开了典型的现有技术自动化存储和检索系统1，该系统具有框架结构100，并且容器搬运车辆201在这样的系统1上操作。
3.框架结构100包括直立构件102、水平构件103和包括在直立构件102和水平构件103之间排列成行的存储列105的存储体积。在这些存储列105中，存储容器106，也称为箱，彼此堆叠以形成堆栈107。构件102、103通常可以由金属制成，例如，挤压铝型材。
4.自动存储和检索系统1的框架结构100包括跨框架结构100的顶部布置的轨道系统108，在轨道系统108上操作多个容器搬运车辆201，以将存储容器106从存储列105中提升，以及将存储容器106降至存储列105中，并且还将存储容器106运输到存储列105上方。
5.导轨系统108包括第一组平行导轨110和第二组并行轨道111，第一组平行导轨110被布置成引导容器搬运车辆201在第一方向x上穿过框架结构100的顶部的运动，以及第二组并行轨道111被布置成垂直于第一组轨道110，以引导容器搬运车辆201在垂直于第一方向x的第二方向y上的运动。图1中还示出了在第一方向x上的第一轨道110a，在第一方向x上的第二轨道110b，在第二方向y上的第一轨道111a和在第二方向y上的第二轨道111b。
6.存储容器106存储在列105中，其中列105限定与第一方向x和第二方向y正交的第三方向z。存储容器106由容器搬运车辆201通过轨道系统108中的存取开口112被存取(access，访问)，即，轨道系统108布置在框架结构100上，该框架结构100在每个存储列105的顶部限定每个存取开口112的四周。
7.容器搬运车辆201可以在存储列105上方横向移动，即在平行于水平x-y平面的平面内移动。存储容器存储在存储列105中。
8.框架结构100的直立构件102可用于在从列105中提升容器和将容器降低到列105中时引导存储容器。容器106的堆栈107通常是自支撑的。
9.z＝1标识存储容器的最上层，即，紧位于轨道系统108下方的层，z＝2标识位于轨道系统108下方的第二层，z＝3第三层等。在图1中公开的示例性现有技术中，z＝8标识存储容器的最下层。类似地，x＝1
…
n和y＝1
…
n标识每个存储列105在水平面中的位置。因此，作为示例，并且使用图1所示的笛卡尔坐标系x，y，z，在图1中标识为106'的存储容器可以说占据存储位置x＝10，y＝2，z＝3。可以说，容器搬运车辆201在层z＝0中行驶，并且每个存储列105可以通过其x和y坐标来标识。
10.框架结构100的存储体积通常被称为网格104，其中该网格中的存储列105内的可能存储位置被称为存储单元。每个存储列105可以通过x和y方向上的位置来标识，而每个存
储单元可以通过x、y和z方向上的容器号来标识。
11.轨道系统108通常包括带有凹槽的轨道(rail)，存储容器车辆201的车轮可以在凹槽中行驶。或者，轨道可以包括向上突出的元件，其中车辆的车轮包括法兰以防止脱轨。这些凹槽和向上突出的元件统称为轨(track)。每个轨道可以包括一个轨，或者每个轨道可以包括两个平行轨。
12.wo2018146304的内容通过引用结合于此，示出了轨道系统108的典型配置，该轨道系统108包括在x和y方向上的轨道和平行轨。
13.在框架结构100中，大多数列105是存储列105，即，存储容器106存储在堆栈107中的列105。然而，一些列105可以具有其他目的。在图1中，列119和列120是由容器搬运车辆201用于卸载和/或装载存储容器106的专用列，以便它们可以被运送到存取站(未示出)，在存取站存储容器106可以从框架结构100的外部被存取，或者被转运出或转运入框架结构100。在现有技术中，这样的位置通常被称为“端口”，而该端口所在的列可以被称为“端口列”119、120。到存取站的运输可以是在任何方向上，即水平的、倾斜的和/或竖直的。例如，存储容器106可以放置在框架结构100内的随机或专用列105中，然后由任何容器搬运车辆201装载并运输到端口列119、120，以进一步运输到存取站。注意，术语“倾斜”是指存储容器106的运输具有介于水平和竖直之间某处的通常运输方向。
14.在图1中，第一端口列119例如可以是专用的卸载端口列，其中容器搬运车辆201可以卸载要运输到存取站或转运站的存储容器106，并且第二端口列120可以是专用的装载端口列，其中容器搬运车辆201可以装载已经从存取站或转运站运输的存储容器106。
15.存取站通常可以是从存储容器106中移除产品物品或将产品物品放置在存储容器106中的挑选站或储存站。在挑选站或储存站中，存储容器106通常不从自动存储和检索系统1中移出，而是一旦被存取就再次返回到框架结构100中。端口还可用于将存储容器转运到另一个存储设施(例如，转运到另一个框架结构或另一个自动存储和检索系统)、运输车辆(例如，火车或卡车)或生产设施。
16.当要对存储在图1中公开的列105中的一个列中的存储容器106存取时，指示容器搬运车辆201中的一个车辆从它的位置检索目标存储容器106并将目标存储容器运送到卸载端口列119。该操作包括将容器搬运车201移动到目标存储容器106所在的存储列105上方的位置，使用容器搬运车201的提升装置(未示出)从存储列105取回存储容器106，并将存储容器106运送到卸载端口列119。如果目标存储容器106位于堆栈107的深处，即，一个或多个其他存储容器106位于目标存储容器106的上方，则该操作还涉及在将目标存储容器106从存储列105提升之前暂时移动位于上方的存储容器。该步骤在本领域中有时被称为“挖掘”，可以使用随后用于将目标存储容器运送到卸载端口列119的同一容器搬运车辆201，或者使用一个或多个其他协作的容器搬运车辆201来执行。可选地，或者附加地，自动存储和检索系统1可以具有专门用于从存储列105临时移除存储容器的任务的容器搬运车辆201。一旦目标存储容器106已经从存储列105移除，临时移除的存储容器106可以被重新定位到原始存储列105中。然而，可选地，移除的存储容器106可重新定位到其他存储列105。
17.当将存储容器106存储在列105中的一个列中时，指示容器搬运车辆201中的一个从装载端口列120中装载存储容器106，并将其运送到其将要存储的存储列105上方的位置。在移除位于存储列堆栈107内的目标位置或目标位置之上的任何存储容器之后，容器搬运
车辆201将存储容器106定位在期望位置。移除的存储容器106然后可以放回到存储列105中或重新定位到其他存储列中。
18.用于监测和控制自动化存储和检索系统1，例如，监测和控制框架结构100内各个存储容器106的位置、每个存储容器106的内容以及容器搬运车辆201的移动，以便在所需时间将所需存储容器106传送到所需位置而不使容器搬运车辆201相互碰撞，自动存储和检索系统1包括控制系统500，该控制系统500通常是计算机化的，并且通常包括用于跟踪存储容器106的数据库。
19.如果通过重建来修改上述自动存储和检索系统1，则当增加和/或移除存储列105和/或端口列119、120时，轨道系统108通常会受到影响。例如，当添加具有轨道系统108的存储列105时，其要连接的相邻存储列上的现有轨道系统将受到影响，并且在重建期间不能使用。类似地，如果具有轨道系统108的存储列105被移除，它所连接的相邻存储列上的轨道系统将受到影响，不能使用。
20.这意味着，用于在轨道系统上运行的容器搬运车辆201的一些以前可用的路线将不可用，这样就需要通过临时关闭自动存储和检索系统1来进行停机直到系统1的重建完成。
21.然而，系统1停机是不希望的，因为它对操作者来说可能是昂贵的。本发明通过一种用于控制自动存储和检索系统1的方法和系统来处理和解决这个问题，使得在系统1的重建期间，它至少在系统的未受影响的区域内正常运行。


技术实现要素：

22.本发明由一种用于在重建自动存储和检索系统的物理设计期间控制该自动存储和检索系统的方法限定。该存储和检索系统包括框架结构，该框架结构形成用于对存储容器进行存储的三维存储网格结构，其中，网格结构形成竖直存储列，每个竖直存储列具有由竖直存储列的存取开口的尺寸限定的相同水平区域，且轨道系统布置在框架结构上，该框架结构在每个存储列顶部限定每个存取开口的四周，轨道系统为容器搬运车辆搬运和转运到存储列和离开该存储列提供可用路线，每个车辆包括与主控制器通信的车辆控制器。主控制器向每个车辆分配用于搬运和转运存储容器的任务，并根据路由规划器控制车辆的交通流。主控制器和/或路由规划器连接到数据库，该数据库包括轨道系统的布局信息以及车辆和存储容器的位置信息。路由规划器根据轨道系统的布局信息和每个车辆和存储容器的位置信息，基于可用路线为每个车辆确定轨道系统上的最佳路线。该方法包括以下步骤：
[0023]-在设计了该框架和相应轨道系统的新的物理设计的设计步骤之后，指定将为缓冲区的轨道系统的一部分和将从所述自动存储和检索系统中移除的轨道系统的一部分的步骤，在缓冲区中轨道系统将受到重建的影响，该步骤包括利用具有新的物理设计和由受重建影响的轨道系统的布局信息对数据库进行更新；
[0024]-重定位步骤，其中，重新定位在缓冲区中的轨道系统的部分和将要被移除的轨道系统的部分下方的列中的存储位置的存储容器(106)；
[0025]-临时路由步骤，其中数据库更新轨道系统的布局信息，以从可用路线中排除位于缓冲区中的轨道系统的部分和将要被移除的轨道系统的部分，路由规划器根据不受重建影响的可用路线对容器搬运车辆的交通流进行重新路由，并且路由规划器指示主控制器根据
可用路线来控制车辆；
[0026]-在根据新的物理设计通过添加和/或移除框架和轨道系统的部分来重建自动存储和检索系统的重建步骤之后的最终路由步骤，其中，数据库中的轨道系统的布局信息被更新，以在可用路线内包括缓冲区中的轨道系统的部分和已构建的轨道系统的新部分，在重建自动存储和检索系统的物理设计之后，路由规划器使用更新的布局信息来路由轨道系统上的车辆的交通流。
[0027]
根据一个实施例，缓冲区被限定为与在重建期间将被移除或添加的存储列相邻的存储列和相应的轨道系统。缓冲区起到在重建过程中可以使用的轨道系统的一部分和不能使用的轨道系统的一部分之间的边界的作用。
[0028]
根据一个实施例，通过将存储容器移动到不受重建影响的存储列和/或移动到存储和检索系统外部的位置来重新定位存储容器。这样，在缓冲区建立后，受重建影响的存储列中的存储容器将可以进行存取。
[0029]
根据一个实施例，利用重新定位的存储容器的新的存储位置来更新数据库中的位置信息。
[0030]
根据一个实施例，在重路由交通流之后，通过在缓冲区中的轨道系统的一部分上放置障碍物，物理地阻止对缓冲区的存取。在最终的路由步骤之前移除障碍物。通过在缓冲区内放置障碍物，错误容器搬运车辆将无法通过缓冲区。
[0031]
根据一个实施例，利用根据新的物理设计的存储列的地址来更新数据库。每个存储列通常在笛卡尔坐标系中都有唯一的地址。当存储和检索系统在x和/或y方向上扩展时，新的存储列可以用具有从现有相邻存储列的坐标连续的递增坐标值的坐标来寻址。如果存储和检索系统例如相对于寻址为(1，1)的现有存储列在负x方向上扩展，则寻址所有存储列的坐标可以在x方向上移动。当删除存储列105时，可以对每个存储列的地址进行类似的重新编号。
[0032]
根据一个实施例，重建的存储和检索系统的新的存储列充满存储容器，通常增加存储和检索系统的存储容量。存储容器已经存储在存储和检索系统未受影响区域的现有列中，一旦输入到存储和检索系统，就可以重新定位和/或将新的存储容器存储在新的存储列中。
[0033]
本发明还由一种自动存储和检索系统限定，该系统具有控制系统，用于根据上述方法在重建自动存储和检索系统的物理设计期间控制系统的操作。该存储和检索系统包括框架结构，该框架结构形成用于存储存储容器的三维存储网格结构，其中，网格结构形成竖直存储列，每个竖直存储列具有由竖直存储列的存取开口的尺寸限定的相同水平区域，且轨道系统布置在框架结构上，该框架结构在每个存储列顶部限定每个存取开口的四周，轨道系统为容器搬运车辆提供搬运和转运容器的可用路线。该控制系统包括主控制器，该主控制器连接到路由规划器和容器搬运车辆的车辆控制器，以便根据路由规划器控制车辆的交通流。数据库连接到主控制器和/或路由规划器。该数据库包括轨道系统的布局信息以及车辆和存储容器的位置信息，在上述方法中的设计步骤、临时路由步骤和最终路由步骤期间，不时地在数据库中更新轨道系统的布局信息。路由规划器被配置成根据轨道系统的布局信息以及每个车辆与当时存储在数据库上的存储容器的位置信息，基于可用路线来确定每个车辆在轨道系统上的最佳路线，在设计步骤、临时路由步骤和最终路由步骤期间供所
述路由规划器选择的可用路线在每种情况下都是不同的。
[0034]
本发明还限定了，一种计算机程序，当由在自动存储和检索系统的控制系统中的处理器执行时，执行用于在重建自动存储和检索系统的物理设计期间控制自动存储和检索系统的方法。控制系统可以包括连接到数据库的路由规划器，该数据库包括轨道系统的布局信息以及车辆和存储容器的位置信息，路由规划器根据每个车辆和存储容器的位置信息和该布局信息，基于可用路线确定自动化存储和检索系统的每个车辆在轨道系统上的最佳路线，如上所述。
附图说明
[0035]
为了便于理解本发明，附加了以下附图。附图示出了本发明的实施例，现在仅以示例的方式对其进行描述，其中：
[0036]
图1是现有技术自动化存储和检索系统的框架结构的立体图；
[0037]
图2示出了控制系统中用于控制自动化存储和检索系统的组件；
[0038]
图3是存储和检索系统的示例性现有设计的顶视图；
[0039]
图4是存储和检索系统的示例性重建设计的顶视图；
[0040]
图5是存储和检索系统的顶视图，其中标记了缓冲区中被排除的轨道系统；
[0041]
图6是重建期间存储和检索系统以及可用轨道系统的顶视图，并且
[0042]
图7是示出了根据新设计在重建期间控制存储和检索系统的方法的不同步骤的流程图。
[0043]
参考标号
[0044]
100-框架结构
[0045]
102-框架结构的直立构件
[0046]
103-框架结构的水平构件
[0047]
104-存储网格结构
[0048]
105-存储列
[0049]
106-存储容器
[0050]
106'-存储容器的特殊位置
[0051]
107-堆栈
[0052]
108-轨道系统
[0053]
110-在第一方向(x)上的平行轨道
[0054]
110a-在第一方向(x)上的第一导轨
[0055]
110b-在第一方向(x)上的第二导轨
[0056]
111-在第二方向(y)上的平行轨道
[0057]
111a-在第二方向(y)上的第一导轨
[0058]
111b-在第二方向(y)上的第二导轨
[0059]
112-存取开口
[0060]
119-第一端口列
[0061]
120-第二端口列
[0062]
200-路由规划器
[0063]
201-容器搬运车辆
[0064]
210-数据库(db)
[0065]
220-主控制器
[0066]
230-车辆控制器
[0067]
x-第一方向
[0068]
y-第二方向
[0069]
z-第三方向
[0070]
500-控制系统
具体实施方式
[0071]
在下面的描述中，将参考附图更详细地解释本发明。然而，应当理解，附图并不打算将本发明限制于附图中所描述的主题。
[0072]
自动存储和检索系统1的框架结构100根据上面结合图1描述的现有技术框架结构100构造，即，多个直立构件102和由直立构件102支撑的多个水平构件103，并且框架结构100还包括在x方向和y方向上的第一顶部轨道系统108。框架结构100以存储列105的形式提供存储隔间，存储列105设置在构件102、103之间，其中存储容器106可堆叠在存储列105内的堆栈107中。
[0073]
框架结构100可以是任何尺寸的，并且可以理解，它可以比图1中公开的框架结构更宽和/或更长和/或更深。例如，框架结构100可以具有超过700x700列的水平范围和超过12个容器的存储深度。
[0074]
如从描述中理解的，重建存储系统1的设计将影响轨道系统108，使得在重建过程中容器搬运车辆201当前使用的一些路线将无法到达。以前，在重建期间，存储和检索系统必须关闭。
[0075]
本发明提供了一种方法、系统和计算机程序，使得存储和检索系统在运行时能够进行重建。这意味着在重建系统时不需要关闭系统。
[0076]
图2示出包括在控制系统500中的用于控制自动化存储和检索系统的组件。主控制器220连接到路由规划器200和每个容器搬运车辆201中的车辆控制器230。数据库连接到路由规划器200和/或主控制器220。数据库210包括网格结构104的布局信息以及车辆201和存储容器106的位置信息。
[0077]
存储系统1的布局通常根据限定每个存储列105的笛卡尔x、y坐标来描述，如图3所示。每个存储列105的坐标也将反映轨道系统108的布局，因为每个存储列105在其顶部包括轨道系统108的一部分。
[0078]
路由规划器200包括运行计算机程序的处理器，用于为分配给车辆201的每个任务确定轨道系统108上的最佳路线。例如，任务可以是从特定存储列201检索特定存储容器并将其传递到特定端口列以进行进一步搬运。最佳路线将基于轨道系统108的布局信息和当前可用路线。路由规划器200将指示主控制器220根据所分配任务的可用和最佳路线来控制每个车辆201。最佳路线通常是用于任务的最短和/或最快路线，不会与其他车辆的路线发生冲突。然后，主控制器将向每个容器搬运车辆201发送控制指令，该控制指令包括要执行的任务和为该任务要采取的路线的信息。
[0079]
现在将参考图3至图7来说明在重新配置自动存储和检索系统1的物理设计期间用于控制该系统而执行的方法。
[0080]
图3示出存储和检索系统1的示例性现有设计的顶视图。为了简单起见，该图展示了包含总共60个存储列的较小存储系统的示例。每个存储列由其地址/坐标唯一标识，例如，图中左上角存储列由其x，y坐标(1，1)标识，和右下角存储列由(10，7)标识。
[0081]
轨道系统108布置在框架结构100的顶部，在每个存储列105的顶部限定每个存取开口112的四周。所得到的轨道系统108的网格图案为每个容器搬运车辆201提供不同的路线。
[0082]
当根据新的设计重建存储和检索系统1时，该方法的第一步是设计新的框架和相应的轨道系统108。
[0083]
图4示出了图3所示的存储系统1的修改和示例性重建设计的示例。在这种新设计中，移除寻址为(6，7)至(10，7)的存储列105，并添加寻址为(11，1)至(11，6)的新存储列105。当具有相应轨道系统108的存储列105被添加到现有存储和检索系统1中或从现有存储和检索系统1中移除时，在现有相邻存储列108上的轨道系统108的一部分将受到重建的影响，并且不能用于容器搬运车辆201。
[0084]
当存储和检索系统1在x和/或y方向上扩展时，新的存储列可以用具有从现有相邻存储列105的坐标连续的递增坐标值的坐标寻址，例如，当扩展在图3中由东(e)和南(s)方向表示的正x和/或y方向上时，增加整数值。图4中标记的新列反映了这一点。
[0085]
另一方面，如果存储和检索系统1在由图3中的西(w)和北(n)表示的负x和/或y方向上展开，则寻址所有存储列的坐标可以被移位，使得位于图3中左上角(n/w)的存储列105以(1，1)作为其坐标开始。当删除存储列105时，可以对每个存储列的地址进行类似的重新编号。
[0086]
图5示出了除了正在被移除或重建的存储列之外，当根据图4所示的新设计重建存储系统时将受到影响的存储列105。该“缓冲区”在图5中用阴影表示，包括在存储列105顶部的轨道系统108的一部分，该部分将受到移除或增加相邻存储列105的影响。在重建期间不能使用缓冲区中的轨道系统108的部分以及要被移除的存储列上的轨道系统108的部分。
[0087]
在存储系统1的重建期间，为了确保容器搬运车辆201避免使用缓冲区和被移除区域内轨道系统108的受影响部分，轨道系统108的受影响部分中的存储列105被临时排除在可用路线之外。在所示的示例中，缓冲区的排除存储列105是(10，1)至(10，6)和(6，6)至(6，9)。这些是除了正在被移除或重建的存储列即在所示示例中的(6，7)至(10，7)和(11，1)至(11，6)之外的。
[0088]
图6示出了存储列105的未受影响区域。这些存储列105在重建阶段期间向路由规划器提供可用的路线。在重建阶段，存储和检索系统将在这个未受影响的区正常运作。在这里使用的示例中，可用的路线将在轨道系统108上位于寻址为(1，1)到(9，5)的45个存储列105的顶部。
[0089]
图7是示出在重建自动存储和检索系统1的物理设计期间根据用于控制该系统的方法400执行的不同步骤的流程图。
[0090]
该方法的步骤说明了不同的阶段，即规划和设计阶段、重新定位阶段、重新路由阶段、重建阶段和最终路由阶段。
[0091]
在规划和设计阶段，通过设计410存储系统1的新的或修改的网格布局和轨道系统108来建立新的设计。这通常将在运行cad程序的计算机上执行，在cad程序中新的设计可以在实施之前被可视化和验证。计算机程序可以由设计新布局的人操作，或者程序可以基于安装存储系统1的设施的修改的平面图的信息自动建议新的网格设计。然后，建议的网格设计可以被操作员接受或拒绝。
[0092]
如上所述，存储系统1的中心部分是数据库210，该数据库210包括具有存储网格结构104和轨道系统108的框架的布局信息以及容器搬运车辆201和存储容器/箱106的位置信息的更新数据。
[0093]
当已经确定新的网格设计和相应的轨道系统108时，利用该信息更新420数据库210。然后，将通过将现有设计与新的重建设计进行比较来限定430受重建影响的轨道系统108，即与添加或移除的存储列上的轨道系统108的一部分相邻的缓冲区中的存储列上的轨道系统108的一部分。
[0094]
数据库210跟踪不同的存储容器106以及它们当前存储在哪个存储列105中。下一步骤是标识和重新定位440存储容器106，这些存储容器106存储在要从可用路线中排除的轨道系统108下面的存储列105中，例如，在缓冲区中以及被移除的轨道系统的一部分下面。然后将所标识的存储容器106重新定位到例如不会受到重建影响的轨道系统108下面的存储列105。在新的设计中将被移除的存储列105中存储的存储容器106也将在重建过程之前被重新定位。
[0095]
当相关的存储容器106已经被重新定位时，轨道系统中受重建影响的部分(例如，缓冲区中的部分以及存储列上被拿走的部分)将从可用路线的选择中排除，利用该信息更新420数据库210，并且在重建过程460期间，根据所标识的可用路线临时重新路由450容器搬运车辆201的交通流。
[0096]
在重建过程期间，由路由规划器200根据可用路线的更新信息执行重新路由，并且路由规划器200指示分配了转运存储容器106任务的每个车辆201中的主控制器230根据临时可用路先来控制和路由车辆201。
[0097]
当临时重新路由步骤已经实施时，可以根据新的物理设计通过添加和/或移除框架和轨道系统108的部分来重建自动存储和检索系统1。
[0098]
当重建完成时，缓冲区中先前从可用路线的选择中排除的轨道系统108的部分以及已经建成的轨道系统108的新部分现在被包括为可用路线，并且路由规划器200实施最终路由步骤470，其中在重建自动存储和检索系统1的物理设计之后，根据轨道系统108上的可用路线来控制车辆201的交通流。
[0099]
根据一个实施方式，重建的存储和检索系统1的新存储列105被新存储容器106填充。当存储和检索系统1用附加存储列105扩展时，通常会出现这种情况。
[0100]
在一个实施方式中，在重新路由交通流的步骤450之后，执行轨道系统108的排除部分的物理阻塞。物理阻塞物可以例如包括物体，例如障碍物，其适于安装在轨道系统108中或轨道系统108上，并且当放置在轨道系统108的要被排除的部分上时是静止的。在重建过程中，物理障碍物将提高安全性。在最终路由步骤470之前移除物理障碍物。
[0101]
由连接到数据库210和车辆230的控制器220的路由规划器200中的处理器执行的计算机程序执行上述方法的路由步骤。以上参照图2描述了这些设备，并且它们包括在自动
存储和检索系统1的控制系统500中。
[0102]
前面的描述并非旨在以限制性的意义来解释。对于所公开的主题所属本领域技术人员来说显而易见的说明性实施例以及系统的其他实施例的各种修改和变化被视为落入本发明的范围内。