MEMORIA DESCRIPTIVA

[0001] La invención se refiere a un sistema robótico autónomo para la recolección de productos. Además, la invención se refiere a un actuador especialmente diseñado para la recuperación de productos desde estanterías en una tienda y a la posibilidad de utilizar dicho sistema en forma remota mediante un método de operación de un sistema robótico autónomo para la recolección de productos en forma remota a partir de una tienda virtual.

[0002] El objetivo principal de la invención es proporcionar un robot móvil que sea capaz de navegar autónomamente por los pasillos de una tienda o locación real, con la capacidad de recolectar diferentes productos desde estanterías en dicha tienda. De acuerdo con una modalidad, la recolección de productos se realiza a partir de una selección de productos a recolectar, que puede ser emitida por un usuario en forma remota, en donde dicha selección de productos se ejecuta mediante una interface de usuario con una representación gráfica virtual de la tienda o locación real.

[0003] Específicamente, la solución propuesta soluciona problemas asociados a la compra de productos en tiendas, principalmente a la coordinación y planeamiento de trayectorias, a la navegación autónoma dentro de una tienda, al reconocimiento de productos en estanterías, y a la manipulación y recolección robótica de productos desde estanterías.

ANTECEDENTES

[0004] Actualmente existe un creciente interés en adoptar tecnologías asociadas a la automatización e implementación de sistemas robóticos autónomos que asistan en diferentes quehaceres de la vida cotidiana. La compra de productos en la industria de retail es uno de los quehaceres que demanda más tiempo por parte de los consumidores, tanto respecto al traslado hacia tiendas como respecto al mismo proceso de compra, que significa recorrer un gran número de pasillos de la tienda mientras se seleccionan los productos. Por lo tanto, surge la necesidad de facilitar el proceso de compra y, en lo posible, evitar traslados a tiendas para ejecutar dicho proceso de compra, necesidad que actualmente es abordada por las compras en línea y despachos a domicilio, principalmente. Además, este tipo de soluciones también resuelven problemas asociados a la imposibilidad de asistir a una tienda, ya sea por restricciones de tiempo y/o desplazamiento.

[0005] La gran mayoría de las soluciones existentes se encuentran diseñadas para recorrer espacios especialmente diseñados para el movimiento de robots o maquinaria, como bodegas o centros de distribución con guías o estructuras especiales para la operación de cada robot, así como también para recuperar o recolectar productos con empaques especiales que facilitan la manipulación. Estos escenarios y soluciones no contemplan las dificultades asociadas a recorrer espacios de tiendas reales, como tiendas de supermercado de atención directa al cliente, ni a manipular productos dispuestos en dichas tiendas reales, disposición que no solo involucra empaques y productos de distintos tamaños y formas, sino que se encuentra en constante evolución respecto a la disposición en las estanterías y stock de productos.

[0006] Entre las soluciones más destacables se encuentra la propuesta en W02016014917A1, donde se describe un robot autónomo que posee un brazo articulado para la recolección de productos o artículos desde estanterías. Si bien dicha solución plantea capacidades que serían similares a la invención, indicando que los efectores finales pueden ser de distinto tipo para recolectar productos diferentes, sus principales desventajas radican en que tiene un diseño no optimizado para la recolección de diferentes tipos de productos desde estanterías de una tienda real, además de proponer una configuración robótica compleja y poco escalable. En efecto, para ampliar la versatilidad del sistema propuesto en W02016014917A1 se deben realizar operaciones de reemplazo o adecuación de efectores finales en función del tipo de producto a recolectar, imposibilitando su implementación donde los productos a recolectar tienen una gran variación tanto en su configuración externa (formas y tipos de envases) como en sus propiedades (peso, volumen, centro de masa, etc.). Además, en términos de la configuración del brazo robótico utilizado para posicionar el efector final frente al producto objetivo, el sistema propuesto en W02016014917A1 consiste en un brazo robótico con al menos 5 articulaciones. Para el caso de recolección de productos desde estanterías de tiendas de retail, esta configuración introduce una complejidad innecesaria que puede ser resulta mediante el uso de una configuración más simple especialmente diseñada para el escenario descrito.

[0007] En consecuencia, existe la necesidad de una solución robótica capaz de adaptarse al ambiente de una tienda real, no solo en términos de la búsqueda e identificación de productos o artículos a recolectar, sino que también sea capaz de recolectar distintos tipos de productos sin la necesidad de intervención de operadores ni reemplazo de herramientas que involucren indisponibilidades del sistema.

[0008] Por otra parte, en la industria del retail, la gran tendencia actual es el explosivo crecimiento de la modalidad de venta por internet. Sin embargo, en la industria de los alimentos, la penetración de las ventas en línea ha sido más moderada. En este ámbito, el mercado continúa siendo ampliamente dominado por el formato de megatienda física: supermercados e hipermercados. La situación actual indica una urgente necesidad por desarrollar tecnologías que mejoren los aspectos logísticos detrás del manejo de las órdenes de compra generadas por la venta en línea, por ejemplo, reduciendo los tiempos y/o costos asociados a la recolección y empaque de productos, lo cual permite minimizar el costo de operación. Además, es deseable contar con alternativas para mejorar la experiencia de compra en línea, por ejemplo, acercando la experiencia de compra virtual a la experiencia de compra presencial en tienda.

[0009] Por lo tanto, es necesario contar con un sistema robótico autónomo que entregue una solución integral a los principales problemas que conlleva la recolección de productos diferentes en una tienda, de acuerdo con lo indicado anteriormente, comprendiendo un actuador especialmente diseñado para recolectar productos desde estanterías en tiendas. Además, es deseable que dicha solución pueda integrarse en una plataforma de experiencia de usuario asociada a compra virtual, que mejore la experiencia de usuario mediante una metodología de operación del sistema robótico autónomo.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

[0010] A diferencia de las soluciones existentes, la solución propuesta presenta un sistema robótico especialmente diseñado para la recolección de artículos en tiendas, con capacidad de manipular artículos o productos de diferentes formas y tamaños. Además, la solución puede incorporar una interface de usuario que no simula la tienda física ni genera una representación de realidad virtual 3D, sino que genera una representación virtual de la tienda que asemeja la tienda real, pero con una configuración adaptada a las necesidades o preferencias de cada usuario, especialmente diseñada para facilitar su uso en dispositivos portables. En este sentido, la interface propuesta no necesita equipamiento de realidad virtual, sino que está pensada para que el usuario la ejecute directamente en la pantalla de su dispositivo portable. Por ejemplo, la representación virtual puede incluir sólo un pasillo infinito, que puede ser recorrido en forma secuencial o saltando a distintas secciones según la selección de categorías o productos específicos.

[0011] Como se ha destacado, con objeto de realizar la recolección en tienda de productos, la solución incorpora uno o más robot móvil autónomos, cada uno dotado de un mecanismo especialmente diseñado para recoger y recolectar los productos desde estantería mientras se desplaza en forma autónoma por la tienda. Específicamente, dada una selección o lista de productos, y un mapa de la tienda con la planimetría (layout) de las estanterías, la solución propuesta incorpora un sistema de planeamiento que calcula una trayectoria óptima para que el robot realice la recolección de todos los productos requeridos en forma eficiente.

[0012] Además, la solución incluye un sistema de reconocimiento visual para identificar los productos reales directamente en las estanterías de la tienda, sin la necesidad de códigos especiales que faciliten la identificación de cada producto, así como también comprende componentes especialmente diseñados para recolectar y transportar productos desde estanterías de una tienda, como un supermercado o una bodega de acopio de productos.

[0013] Para ello, la invención se refiere a un sistema robótico autónomo para la recolección de productos en una tienda real, que comprende. al menos una tienda real, que comprende estanterías con productos reales; al menos un robot móvil, que está formado por un cuerpo que comprende: o al menos una unidad de procesamiento; o al menos una unidad de comunicaciones; o al menos un conjunto sensor de visión, configurado para obtener información de imagen e información de distancia, denominada información de visión; o una base móvil, que comprende al menos una unidad motriz configurada para impulsar y dirigir al robot móvil; o al menos un actuador dispuesto sobre la base móvil, configurado para manipular y mover productos reales desde las estanterías de la tienda real; y o al menos una región de almacenamiento temporal dispuesta sobre la base móvil, configurada para recibir productos reales desde el al menos un actuador; un sistema de navegación en comunicación con la al menos una unidad motriz, a través de la al menos una unidad de comunicaciones y de la al menos una unidad de procesamiento, en donde el sistema de navegación accede a información de planimetría de la tienda real; un sistema de reconocimiento de productos en comunicación con el al menos un conjunto sensor de visión, a través de la al menos una unidad de comunicaciones y de la al menos una unidad de procesamiento, en donde el sistema de reconocimiento de productos accede a la información de visión; y un sistema de planeamiento multiobjetivo en comunicación con el sistema de navegación; un sistema computacional en comunicación con el sistema de planeamiento multiobjetivo y con el sistema de reconocimiento de productos; y al menos un dispositivo de usuario en comunicación con el sistema computacional.

[0014] Además, el sistema de la invención puede comprender un sistema computacional en comunicación con el sistema de planeamiento multiobjetivo y con el sistema de reconocimiento de productos, y al menos un dispositivo de usuario en comunicación con el sistema computacional. El sistema computacional, que puede estar integrado en el robot móvil y que puede comprender al dispositivo de usuario, uno o más servidores en la red y/o cómputo en la nube, puede estar configurado para procesar una representación gráfica de la tienda real, que se denomina tienda virtual. La tienda virtual puede comprender estanterías con una representación gráfica de productos reales, denominada productos virtuales. Los productos virtuales se pueden disponer en las estanterías de la tienda virtual de una manera similar a la real, que puede recrearse en función de preferencias del usuario.

[0015] El al menos un dispositivo de usuario, que puede corresponder a un dispositivo portable, como un Smartphone, puede estar configurado para mostrar la tienda virtual a un usuario a través de una interface de usuario, por ejemplo, mediante una aplicación instalada en el dispositivo de usuario o mediante el acceso a una página web. Dicha interface de usuario puede estar configurada para recibir al menos una selección de productos virtuales por parte del usuario, por ejemplo, mediante la generación de una canasta de productos u orden de compra, y para comunicar dicha al menos una selección de productos virtuales al sistema computacional. De acuerdo con una alternativa, el sistema computacional recibe una selección de productos que corresponde a uno o una combinación de, una selección de productos en tiempo real, por parte de un usuario, o una selección de productos predeterminada, no necesariamente desde una fuente de tienda virtual. [0016] El sistema computacional puede estar configurado para recibir la al menos una selección de productos virtuales y para comunicarla al sistema de planeamiento multiobjetivo y al sistema de reconocimiento de productos que, independiente de lo anterior, pueden estar integrados en cada robot móvil o en comunicación con los mismos desde una unidad de control central. En base a la información de planimetría de la tienda real o layout de la tienda, que comprende no solo distribución de pasillos en la tienda, sino que también la ubicación de los productos, el sistema de planeamiento multiobjetivo está configurado para calcular una o más trayectorias óptimas para la recolección de productos reales coincidentes con los productos a recolectar, ya sea según una orden de compra preestablecida o mediante la al menos una selección de productos virtuales. Dichas una o más trayectorias óptimas se comunican al sistema de navegación.

[0017] El sistema de navegación, que puede estar integrado en cada robot móvil o en comunicación con los mismos desde una unidad de control central, está configurado para recibir dichas una o más trayectorias óptimas y para accionar la al menos una unidad motriz de al menos un robot móvil para recorrer la tienda real siguiendo al menos una trayectoria óptima recibida. Además, el sistema de navegación puede estar en comunicación con el conjunto sensor de visión, utilizando el mismo para recibir información de imagen y de distancia (información de visión), útil para la navegación del robot. Alternativamente, el sistema de navegación puede estar en comunicación con un conjunto sensor de navegación dispuesto en el robot móvil y similar al conjunto sensor de visión, pero especialmente diseñado para capturar información de navegación para la navegación del robot. Dicha información de navegación puede ser del mismo tipo que la información de visión, es decir, información de imagen y distancia.

[0018] El sistema de reconocimiento de productos comprende algoritmos de identificación configurados para identificar cada producto real en las estanterías de la tienda real. El al menos un conjunto sensor de visión en comunicación con dicho sistema de reconocimiento de productos está dispuesto para obtener información de visión de las estanterías de la tienda real, dicha información de visión puede comprender información sobre el planograma de al menos una sección de la tienda, incluyendo información de ubicación de los productos en el planograma, por ejemplo, mediante ejes cartesianos X e Y, e información de distancia entre los productos y el robot móvil, por ejemplo, mediante información de distancia desde un sensor adecuado. Los algoritmos de identificación están configurados para reconocer formas de objetos correspondientes a una forma exterior de los productos reales en dicha información de visión, y para leer logos o textos de los productos reales en dicha información de visión, particularmente en la información de imagen, identificando los productos reales y obteniendo información de ubicación y distancia de los productos reales identificados.

[0019] Cuando un robot móvil que recorre la tienda real, siguiendo al menos una de las trayectorias óptimas, identifica un producto real coincidente con uno de los productos de la selección de productos a recolectar, por ejemplo, con uno de los productos virtuales de la al menos una selección de productos virtuales recibida, el sistema de reconocimiento de productos está configurado para accionar la al menos una unidad motriz del al menos un robot móvil para posicionarse en la cercanía de la estantería donde se encuentra dicho producto real coincidente y para accionar el al menos un actuador del al menos un robot móvil en base a la información de ubicación y distancia del producto real coincidente, para recolectar el producto real coincidente desde la estantería y situarlo en la al menos una región de almacenamiento temporal. Una vez que el producto real coincidente se encuentra en la región de almacenamiento temporal, el robot móvil puede continuar con la al menos una trayectoria óptima para recolectar el siguiente producto o para finalizar dicha trayectoria.

[0020] En este contexto, el método de operación del sistema robótico autónomo definido anteriormente, para la recolección de productos en forma remota a partir de una tienda virtual, comprende las etapas de: a) mostrar, mediante el al menos un dispositivo de usuario, una tienda virtual a un usuario a través de una interface de usuario, en donde dicha tienda virtual es una representación gráfica de la tienda real y comprende estanterías con una representación gráfica de los productos reales, denominada productos virtuales; b) recibir, mediante dicha interface de usuario, al menos una selección de productos virtuales por parte del usuario, comunicando dicha al menos una selección de productos virtuales al sistema computacional, en donde el sistema computational comunica dicha al menos una selección de productos virtuales al sistema de planeamiento multiobjetivo y al sistema de reconocimiento de productos; c) calcular, mediante el sistema de planeamiento multiobjetivo y en base a la información de planimetría de la tienda real, una o más trayectorias óptimas para la recolección de productos reales coincidentes con la al menos una selección de productos virtuales, comunicando dichas una o más trayectorias óptimas al sistema de navegación; d) accionar, mediante el sistema de navegación, la al menos una unidad motriz de al menos un robot móvil para recorrer la tienda real siguiendo al menos una trayectoria óptima recibida; e) identificar, mediante el sistema de reconocimiento que comprende algoritmos de identificación, productos reales coincidentes con los productos virtuales de la al menos una selección de productos virtuales recibida, comprendiendo: e.l) obtener, mediante el al menos un conjunto sensor de visión, información de visión de las estanterías de la tienda real, e.2) reconocer formas de objetos correspondientes a una forma exterior basada en la apariencia visual de los productos reales en dicha información de visión, y e.3) leer logos o textos de los productos reales en dicha información de visión, identificando los productos reales coincidentes y obteniendo información de ubicación y distancia de los productos reales coincidentes identificados; f) recolectar los productos reales coincidentes identificados, en donde el sistema de reconocimiento de productos acciona la al menos una unidad motriz del al menos un robot móvil para posicionarse en la cercanía de la estantería donde se encuentra un producto real coincidente identificado y acciona el al menos un actuador del al menos un robot móvil en base a información de ubicación y distancia del producto real coincidente identificado con objeto de realizar su recolección desde la estantería de la tienda real; g) situar los productos reales recolectados en la al menos una región de almacenamiento temporal ubicada en el cuerpo del al menos un robot móvil; y h) continuar con la al menos una trayectoria óptima.

[0021] De acuerdo con una modalidad de la invención, antes de mostrar la tienda virtual y los productos virtuales, la solución comprende generar, mediante el sistema computacional, la tienda virtual con los productos virtuales en base a un conjunto de tiendas virtuales y/o productos virtuales predeterminados. Además, de acuerdo con una alternativa la solución comprende determinar una disposición de la tienda virtual y de los productos virtuales en la interface de usuario de acuerdo con preferencias de usuario previamente comunicadas, inferidas según sus patrones históricos de compra, o ingresadas al sistema computacional, desde el al menos un dispositivo de usuario o por algún otro medio.

[0022] De acuerdo con una modalidad de la invención, la solución comprende recorrer, por el usuario y mediante la interface de usuario, al menos un pasillo virtual de la tienda virtual por el cual el usuario puede recorrer la tienda virtual al mismo tiempo que visualiza los productos virtuales dispuestos en las estanterías de la tienda virtual. A modo de ejemplo, la tienda virtual puede ser una representación bidimensional de la tienda real, formada por un único pasillo con estanterías de productos virtuales en uno o ambos de los costados, en donde la interface de usuario comprende al menos dos visualizaciones de la tienda virtual, una donde se visualiza parte del pasillo y los productos virtuales dispuestos en las estanterías y otra donde se visualiza con mayor detalle el entorno de un subconjunto de productos virtuales. Dichas opciones, u otras alternativas de visualization de interface de usuario, pueden ser seleccionadas por cada usuario según sus preferencias. En este contexto, de acuerdo con una alternativa especial para equipos de usuario de bajo rendimiento, el recorrido del usuario en la tienda virtual puede comprender mostrar secuencias de navegación pre-generadas que reflejan en forma cercana el recorrido del usuario en la tienda virtual, en donde dichas secuencias pueden corresponder a un conjunto de imágenes de navegación enviadas por el sistema computacional al dispositivo de usuario mediante redes de distribución. La navegación o recorrido del usuario en la tienda virtual puede controlarse utilizando elementos de entrada del dispositivo de usuario, como teclado y/o mouse, mediante gestos en una pantalla táctil o mediante instrucciones de voz.

[0023] De acuerdo con una modalidad de la invención, la información de planimetría de la tienda real comprende la ubicación de cada producto real en la tienda real. En esta modalidad, la etapa de calcular la una o más trayectorias óptimas se ejecuta en base a la ubicación de los productos reales coincidentes de acuerdo con dicha información de planimetría, de modo que al menos un robot móvil se dirige directamente hacia dicha ubicación de los productos reales de acuerdo con la una o más trayectorias óptimas. Alternativamente, la solución comprende generar y/o actualizar la información de planimetría de la tienda real, en base a la información de visión obtenida por al menos un robot móvil que recorre la tienda virtual, tanto en una etapa inicial como durante cualquier proceso de recolección de productos. A modo de ejemplo, la información de planimetría de la tienda real puede actualizarse en tiempo real, con información de ubicación y stock de productos, ya sea mediante la información de visión capturada por un robot móvil durante su operación de recolección de productos, o mediante robot móviles especialmente diseñados para dichos efectos, capturando información asociada al recorrer la tienda real.

[0024] De acuerdo con una modalidad de la invención, la etapa de calcular la una o más trayectorias óptimas para al menos un robot móvil se ejecuta en base a uno o más de: número de selecciones de productos virtuales comunicadas al sistema computacional; tipo de productos reales coincidentes; y ubicación de productos reales coincidentes.

[0025] Alternativamente, la solución propuesta comprende coordinar, mediante el sistema de planeamiento multiobjetivo, dos o más robots móviles para la recolección de productos reales coincidentes asociados a una o más selecciones de productos virtuales. En este caso, el sistema de planeamiento multiobjetivo asigna cada producto real coincidente a alguno de los robots móvil, por ejemplo, en base a su ubicación en la tienda o tipo de producto real a recolectar, y el sistema de planeamiento multiobjetivo adecúa la trayectoria de cada robot móvil y el orden de recolección de los productos reales coincidentes, calculando al menos una trayectoria óptima para cada robot móvil. A mayor abundamiento, el sistema de planeamiento multiobjetivo es capaz de generar trayectorias óptimas para uno o más robots, atendiendo una o más órdenes de compra, donde el cálculo de trayectoria óptima puede ser configurado de acuerdo con múltiples objetivos de operación, tales como mínimo uso de robots, mínima distancia recorrida o menos tiempo de demora, por ejemplo.

[0026] De acuerdo con una modalidad de la invención, la etapa de recolectar los productos reales coincidentes identificados, mediante el accionamiento del al menos un actuador para recolectar un producto real coincidente, en base a la información de ubicación y distancia de dicho producto real coincidente, comprende ejecutar un conjunto de movimientos del al menos un actuador de acuerdo con una posición del producto real coincidente y una distancia entre el al menos un actuador y el producto real coincidente.

[0027] En este contexto, el al menos un actuador que propone la invención comprende grados de libertad especialmente adaptados para recolectar productos reales desde estanterías y moverlos hacia la al menos una región de almacenamiento temporal. En este sentido, el actuador posee al menos dos grados de libertad, comprendiendo los siguientes movimientos: en altura, a lo largo de un primer eje vertical, abarcando una altura de las estanterías en la tienda real; y en profundidad, a lo largo de un primer eje horizontal, abarcando la distancia entre el robot móvil y los productos a recolectar.

[0028] Además, el al menos un actuador del robot móvil comprende un tercer grado de libertad, comprendiendo movimiento en rotación, alrededor de un segundo eje vertical, que puede coincidir con el primer eje vertical, abarcando al menos dos posiciones, una posición de recolección de productos desde estanterías de la tienda real y una posición de almacenamiento temporal de productos en la al menos una región de almacenamiento temporal.

[0029] Por otra parte, el al menos un actuador comprende un efector final que comprende al menos dos copas de succión, en donde una copa de succión es de menor tamaño que la otra. Preferentemente, el efector final comprende dos copas de succión de igual tamaño y una tercera copa de succión de menor tamaño. Dicho efector final, a su vez, posee al menos dos grados de libertad, comprendiendo los siguientes movimientos: rotación alrededor de un segundo eje horizontal, que puede coincidir con el primer eje horizontal, rotando el efector final para posicionarlo correctamente en relación con el artículo o producto coincidente a recolectar; e inclinación, inclinando el efector final una vez que se ha recolectado el producto coincidente, compensando la fuerza peso de dicho producto.

[0030] Los movimientos del al menos un actuador y de su efector final son accionados por al menos una unidad de impulsión. Preferentemente, cada movimiento comprende su propia unidad de impulsión que puede estar formada de dos o más subunidades de impulsión, disponiéndose: una primera unidad de impulsión para mover el actuador en altura, a lo largo del eje vertical, en donde el actuador se configura mediante un cuerpo principal que se extiende verticalmente, un cuerpo secundario unido de manera deslizante al cuerpo principal y un mecanismo de movimiento como una cadena o correa, configurado para mover verticalmente dicho soporte horizontal, deslizándolo hacia arriba y hacia abajo respecto del cuerpo principal, abarcando la altura de las estanterías en la tienda real; una segunda unidad de impulsión para mover el actuador en profundidad, a lo largo del primer eje horizontal, en donde el cuerpo secundario es extensible en dirección horizontal, comprendiendo una primera sección que se desliza horizontalmente respecto de una segunda sección sobre el primer eje horizontal, y en donde dicha extensión en dirección horizontal es activada por un mecanismos de movimiento como una cadena o correa, configurado para mover horizontalmente la primera sección respecto de la segunda sección; una tercera unidad de impulsión para mover el actuador en rotación, alrededor del segundo eje vertical, en donde el cuerpo principal del actuador está articulado para rotar entre al menos dos posiciones, una posición de recolección de productos desde estanterías de la tienda real y una posición de almacenamiento temporal de productos en la al menos una región de almacenamiento temporal, y en donde dicha articulación es activada por un mecanismo de movimiento como una cadena o correa o engranaje, configurado para rotar el cuerpo principal alrededor del segundo eje vertical; una cuarta unidad de impulsión para rotar el efector final, alrededor del segundo eje horizontal, en donde dicha el efector final o unidad de manipulación, que se dispone en un extremo de la primera sección del cuerpo secundario del actuador, está articulado para rotar sobre el segundo eje horizontal; y en donde dicha articulación es activada por un mecanismo de movimiento como una correa, cadena o engranaje, configurado para rotar el efector final alrededor del segundo eje horizontal; y una quinta unidad de impulsión para inclinar el efector final hacia arriba, compensando la fuerza peso del producto recolectado, en donde el efector final o unidad de manipulación está articulado para inclinarse, introduciendo un ángulo de inclinación entre un eje de accionamiento del efector y un plano horizontal, y en donde dicha articulación es activada por un mecanismo de movimiento como una cadena, correa o engranaje, configurado para inclinar el efector final. El movimiento de inclinación del efector final no solo se utiliza para compensar la fuerza peso del producto recolectado mediante una inclinación hacia arriba, sino que también puede usarse para inclinar el efector final hacia abajo, por ejemplo, cuando el producto recolectado es depositado en al menos una región de almacenamiento temporal del robot móvil.

[0031] Finalmente, el efector final o unidad de manipulación, formado por al menos dos copas de succión diferentes, una de menor tamaño que la otra o, preferentemente, por dos copas de succión de igual tamaño y una tercera copa de succión de menor tamaño, es accionado mediante la generación de vacío mediante una bomba de vacío. Dicha bomba de vacío, junto con sus componentes operativos como conductos y válvulas, se monta, preferentemente, de manera solidaria al cuerpo secundario del actuador, principalmente a su segunda sección.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

[0032] Como parte de la presente invención se presentan las siguientes figuras representativas de la misma, las que enseñan modalidades preferentes de la invención y, por lo tanto, no deben considerarse como limitantes a la definición de la materia reivindicada.

La Fig. la muestra una vista en perspectiva de un robot móvil de acuerdo con una primera modalidad de la invención.

La Fig. Ib muestra una vista frontal del robot móvil de acuerdo con la Fig. la.

La Fig. 1c muestra una vista lateral del robot móvil de acuerdo con la Fig. la.

La Fig. Id muestra una vista frontal de un robot móvil de acuerdo con una segunda modalidad de la invención.

La Fig. le muestra una vista lateral del robot móvil de acuerdo con la Fig. Id. La Fig. If muestra una vista lateral de un robot móvil de acuerdo con una tercera modalidad de la invención.

La Fig. lg muestra una vista en perspectiva del robot móvil de acuerdo con la Fig. If.

La Fig. Ih muestra una vista frontal del robot móvil de acuerdo con la Fig. If.

La Fig. li muestra una vista en perspectiva de parte del efector final del robot móvil de acuerdo con la Fig. If.

La Fig. Ij muestra una vista superior de parte del efector final del robot móvil de acuerdo con la Fig. If.

La Fig. 2a muestra una primera visualization de la tienda virtual, de acuerdo con una modalidad de la invención.

La Fig. 2b muestra una segunda visualization de la tienda virtual, de acuerdo con una modalidad de la invención.

La Fig. 2c muestra una tercera visualization de la tienda virtual, de acuerdo con una modalidad de la invención.

La Fig. 3a muestra una vista en planta de una tienda real, donde se superpone una trayectoria óptima para recolectar una selección de productos mediante un robot móvil.

La Fig. 3b muestra una vista en planta de una tienda real, donde se superponen trayectorias óptimas para recolectar una selección de productos mediante tres robots móvil.

La Fig. 4a muestra un primer ejemplo de la información de visión capturada por el conjunto señor de visión, una vez procesada por los algoritmos de identificación.

La Fig. 4a muestra un segundo ejemplo de la información de visión capturada por el conjunto señor de visión, una vez procesada por los algoritmos de identificación.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE MODALIDADES DE LA INVENCIÓN

[0033] En relación con lo descrito previamente en la sección DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN, en la presente sección se describen aspectos más específicos de algunas modalidades de la invención. Para ello, se hace referencia a los aspectos principales de la solución planteada.

Robot móvil

[0034] La presente invención comprende robots móviles especialmente diseñados para recolectar o recuperar productos desde estanterías en tiendas, por ejemplo, en supermercados. Dado que los productos en dichas tiendas tienen formas y tamaños diferentes, una modalidad de la invención comprende un conjunto de robots móviles con diseños específicos para recuperar distintos tipos de productos. Por ejemplo, un primer robot móvil para recuperar productos de menor tamaño y peso, de hasta 3 kg, un segundo robot móvil para recuperar productos de tamaño medio y mayor peso. Y un tercer robot móvil para recuperar productos de gran tamaño. De manera similar, pueden existir robots móviles especialmente diseñados para recuperar productos de geometrías especiales, como sábanas o sacos de dormir, que usualmente se presentan sin envases, así como robots móviles diseñados para una amplia gama de productos, con dos o más copas de succión de capacidades diferentes como parte de un efector final.

[0035] El robot móvil (1), de acuerdo con las modalidades representadsa en las Figs, la, Id y If, está formado por un cuerpo que comprende tres componentes principales: una base móvil (2), que comprende al menos una unidad motriz configurada para impulsar y dirigir al robot móvil; al menos un actuador (3) o brazo robótico dispuesto sobre la base móvil (2), configurado para manipular y mover productos reales desde las estanterías de la tienda real; y al menos una región de almacenamiento temporal (4) dispuesta sobre la base móvil (2), configurada para recibir productos reales desde el al menos un actuador (3).

[0036] Finalmente, de acuerdo con una modalidad alternativa de la invención, el robot móvil de la invención es capaz de operar recibiendo y procesando órdenes de compra o selecciones de productos recibidas por cualquier otro medio, es decir, no necesariamente a partir de una selección de productos virtuales desde una tienda virtual por parte de un usuario. A modo de ejemplo, la selección de productos virtuales que recibe el sistema computacional puede reemplazarse por un listado de productos recibidos mediante un llamado telefónico o predeterminados en una cuenta de usuario.

Base móvil

[0037] Ea base móvil (2), de acuerdo con la modalidad de la Fig. la, está formada por una estructura de baja altura, que en su interior aloja a la unidad motriz del robot móvil. La altura de la base móvil (2) es baja para permitir que el al menos un actuador (3) sobre dicha base móvil (2) abarque prácticamente toda la altura de las estanterías en tiendas, que usualmente se despliegan próximas al nivel del suelo.

[0038] Como se puede apreciar en las Fig.la-e, la unidad motriz comprende todos los componentes requeridos para impulsar al robot móvil (1), es decir, al menos una unidad de energía y carga (21) conectada a al menos una batería (22), uno o más motores (23), preferentemente uno por cada elemento de impulsión o rueda (24), unidades de control y procesamiento asociadas a la impulsión del robot (no mostradas).

[0039] Adicionalmente, alojados en su interior, la base móvil (2) también puede comprender una o más unidades de procesamiento y comunicaciones, así como también sensores asociados al sistema de navegación del robot móvil, por ejemplo, sensores del tipo infrarrojo (25) y/o del tipo LIDAR (Laser/Light Detection and Ranging) (26), para detectar obstáculos. En la Fig. Ib y la Fig. 1c pueden apreciarse más detalles de la base móvil (2), que se muestra sin cubiertas laterales para visualizar el interior de ésta, p. ej. unas ruedas libres (27) dispuestas hacia cada esquina de la base móvil, para el facilitar la estabilidad del robot móvil, una cubierta frontal (28) con sensores de contacto, puerto de carga (29) y otras representaciones mediante cajas que representan algunas de las unidades del robot. [0040] Finalmente, la base móvil (2) se conecta a un soporte (31) que sostiene a al menos un actuador (3) dispuesto sobre dicha base móvil (2), donde dicho soporte (31) puede comprender un eje de rotación para la rotación del actuador (3) alrededor de un segundo eje vertical (V2), como se muestra en la Fig. le.

Actuador o brazo robótico

[0041] El actuador (3) o brazo robótico, de acuerdo con la modalidad de las Figs, la, Id y If, está formado por una base o soporte (31), un cuerpo principal (32) que se extiende verticalmente, comprendiendo componente de guía (321) presentado en la forma de un riel, por la cual desliza verticalmente un cuerpo secundario (33) unido de manera deslizante al cuerpo principal (32), a lo largo de un primer eje vertical (VI), como se muestra en la Fig. Id. Dicho cuerpo secundario (33), que se extiende horizontalmente, es extensible en dirección horizontal, comprendiendo una primera sección (331) que se desliza horizontalmente respecto de una segunda sección (332), a lo largo de un primer eje horizontal (Hl), como se muestra en la Fig. Id. En un extremo de dicha primera sección (331) se dispone un efector final (34) o unidad de manipulación de artículos o productos, por ejemplo, formada mediante un mecanismo efector en la forma de copas de succión, que aplican succión para recuperar los artículos desde estanterías y posicionarlos en la región de almacenamiento temporal (4).

[0042] En este contexto, el actuador (3) es capaz de ejecutar un conjunto de movimientos para recolectar productos de estanterías y posicionarlos en la región de almacenamiento temporal (4), dichos movimientos controlados por el sistema de reconocimiento que posee el sistema robótico de la invención. A modo de ejemplo, luego de identificar el producto a retirar y obtener información de ubicación y distancia del éste, el sistema de reconocimiento de productos acciona el actuador (3) moviendo el cuerpo secundario (33) sobre el primer eje vertical (VI), posicionando dicho cuerpo secundario (33) a una altura adecuada, de acuerdo con la información de ubicación del producto en la estantería. Luego, el sistema de reconocimiento acciona el actuador (3) moviendo el cuerpo secundario (33), extendiendo la primera sección (331) de éste hacia el producto a recuperar, a lo largo del primer eje horizontal (Hl), de acuerdo con la información de distancia. Luego, el sistema de reconocimiento acciona el actuador (3), activando el efector para recuperar el producto desde la estantería. Y finalmente, el sistema de reconocimiento inicia un conjunto de movimientos destinados a colocar dicho producto recuperado en la región de almacenamiento temporal (4) del robot (1).

[0043] De acuerdo con una modalidad, el sistema de reconocimiento de productos comprende rutinas para la recuperación o recolección de productos desde estanterías situadas en la cercanía de un robot móvil. Dichas rutinas operan en base a la información de visión capturada por el conjunto sensor de visión del robot móvil, utilizando un sensor de imagen, como un sensor del tipo RGB-D (Red Green Blue - Depth), e identificando cuál es el producto que se encuentra frente al robot. Con ello las rutinas comprenden posicionar el efector final del actuador de manera que quede en contacto con el producto, luego ejecutando diferentes acciones dependiendo de cuál fue el objeto identificado. En particular, una vez identificado el producto buscado y detectada su posición, en base a información desde el conjunto sensor de visión ubicado en el efector, que adquiere información de imagen y de distancia, denominada información de visión, se calcula la curvatura y centro de la superficie visible del producto requerido. Con esta información se determina el punto de aplicación de la succión, de manera de ubicar el efector en un punto estable que maximice la normal al punto de succión y con ello la adherencia del producto al efector. En la modalidad de invención con múltiples copas de succión, el sistema determina el posicionamiento del efector final y copas de succión, seleccionando además cual copas activar para optimizar la adherencia del producto al efector. Adicionalmente, el sensor de imagen, que puede estar formado por una primera cámara destinada a proporcionar información de distancia (Depth) y una segunda cámara destinada a proporcionar información de formas (RGB), se encuentra dispuesto en el efector final, permitiendo que la recolección de productos sea automática, sin supervisión humana. Dicha configuración de sensor de imagen y efector final permite: detección del producto, reconocimiento, detección de su superficie y detección de puntos adecuados para ubicar las copas de succión al tomar el producto, entre otros.

[0044] Específicamente, las rutinas comprenden diferentes conjuntos de movimientos y actuaciones del efector, p. ej. nivel de presión de succión, en función del tipo de producto a recuperar. En este contexto, para lograr recolectar productos desde estanterías se implementa un sistema de control para actuador o brazo robótico. Dicho sistema de control está configurado para el control y seguimiento de puntos en el espacio de acuerdo con la posición desde donde se recupera un producto y de acuerdo con la posición donde se desea dejar cada producto tomado por el robot. Así, el brazo robótico o actuador es capaz de moverse autónomamente de tal forma que su efector final acceda a las posiciones deseadas.

[0045] Además, de acuerdo con la modalidad preferente, se realiza la integración de copas de succión en el efector final (34) del brazo robótico, como se muestra con mayor detalle en la Fig. li. Para ello, se integra una bomba de vacío (35) con copas de succión en el efector final (34) del actuador (3), como se muestra en la Fig. If, comprendiendo instrucciones de succión y soplado desde un controlador. De esta manera se puede enviar una instrucción de succión cuando se desee tomar un objeto, y luego una instrucción de soplado cuando se desee soltar el objeto. Cabe también mencionar que el uso de copas de succión en lugar de una tenaza (gripper) permite tomar productos con alta variedad de formas, ya que la forma de las copas de succión se adapta a la superficie del objeto en cuestión. De acuerdo con una modalidad, la bomba de vacío (35) se encuentra montada en el cuerpo secundario (33) del actuador (3), ya sea en la primera sección (331) de dicho cuerpo secundario (33), solidaria a dicha primera sección (331), o en la segunda sección (332). Además, dicha bomba de vacío (35) es capaz de tomar objetos de hasta 3 kg de peso, pero dependiendo del tipo de productos a recuperar es posible gestionar la operación de robots móvil especialmente diseñados para productos de mayor peso, integrando bombas de succión de mayor potencia u otro tipo de actuadores especialmente diseñados para dicho propósito.

[0046] En la Fig. li se muestra un esquema detallado del efector final de acuerdo con la modalidad preferente de la invención, comprendiendo primera y segunda copas de succión (341, 342) de tamaño y capacidad equivalentes y una tercera copa de succión (343) de menor tamaño y capacidad. Mediante dicha configuración de al menos dos copas de succión de tamaño y capacidad diferentes, el robot móvil tiene la capacidad de recolectar diferentes tipos de productos, otorgando mayor versatilidad a su operación. Además, en la Fig. li puede apreciarse parte de los mecanismos de movimiento del efector final respecto a la rotación sobre el segundo eje horizontal y movimiento de inclinación. Dichos mecanismos se muestran con mayor detalle en la Fig. Ij, donde se representan el segundo eje horizontal (H2) y al eje alrededor del cual se ejecuta el movimiento de inclinación (H3).

[0047] En este contexto, es importante destacar que la disposición del sensor de imagen en relación con el efecto final, con copas de succión de distinto tamaño, permite tomar distintos productos mediante una evaluación y reconfiguración automática de las copas usadas. Esta reconfiguración tiene 2 fuentes: i) seleccionar solo algunas de las copas ubicadas en el efector, ii) Rotar las copas sobre su eje vertical de manera de tomar el objeto en forma horizontal, vertical, o en alguna otra dirección intermedia. Esto dependerá de la orientación del producto, como también de sus mejores puntos para su recolección, de acuerdo con su curvatura. Esto último es relevante, pues el sistema integra la evaluación de los puntos de agarre con la decisión de cómo ubicar las copas y la decisión de cuáles de dichas copas se deberán utilizar para la recolección.

Región de almacenamiento temporal

[0048] La región de almacenamiento temporal (4) es una porción del robot móvil especialmente destinada al acopio y transporte temporal de los productos recogidos desde estanterías, mientras el robot móvil (1) completa una trayectoria de recolección de productos. De acuerdo con una modalidad, corresponde a una estructura de repisas (41) montada sobre la base (2) del robot móvil. Esta estructura de almacenamiento de productos está especialmente diseñada para que el brazo robótico o actuador (3) pueda rotar sobre su segundo eje vertical (V2) y luego depositar los productos en repisas (41) ubicadas a distintas alturas en el cuerpo del robot (1). Estas repisas (41), de acuerdo con una modalidad, contienen canastas independientes (42) que permiten al robot acopiar productos de distinto tipo o recolectar en forma separada productos correspondientes a distintas órdenes de compra.

[0049] De acuerdo con la modalidad mostrada en la Fig. 1 a, dicha región de almacenamiento temporal (4) se configura por un conjunto de repisas tipo canasta (42), integradas al cuerpo del robot móvil, dispuestas en la proximidad del actuador (3) para recibir los productos recuperados y transportarlos durante el recorrido del robot (1). En este contexto, el sistema de planeamiento multiobjetivo comprende información del tipo de región de almacenamiento temporal (4) y de su capacidad, para asignar adecuadamente la trayectoria de recuperación de productos en función de la capacidad de transporte de cada robot móvil.

[0050] Alternativamente, dependiendo del tipo de robot móvil, otras configuraciones de región de almacenamiento temporal (4) son posibles, por ejemplo, repisas simples (41) como las mostradas en la Fig. Id y en la Fig. le, repisas tipo cestas (42) como en la Fig la-c y en la Fig. If-h o espacios especialmente diseñados para retener productos de distintos tipos durante el desplazamiento del robot móvil.

Interface de usuario [0051] De acuerdo con la invención, la interface de usuario comprende una representación gráfica virtual de una tienda real, incluyendo una representación virtual de los productos en la misma. Dicha interface de usuario puede preconfigurarse de acuerdo con las necesidades y preferencias del usuario, mostrando distintos tipos de productos virtuales disponibles y disponiendo los mismos en un único pasillo o en múltiples pasillos, por ejemplo. Tal como en una tienda real, los pasillos del supermercado virtual están organizados de acuerdo con categorías de productos, por ejemplo, lácteos, bebidas, cereales, etc. El usuario puede recorrer cada pasillo en forma secuencial de acuerdo con una configuración predeterminada en la secuencia de categorías de productos, p.ej. mediante una selección preestablecida por el usuario, preferencias del usuario o su historial de compras. Alternativamente, a través de un menú de selección, el usuario puede saltar directamente y de forma dinámica al área o sección correspondiente a una categoría particular de productos.

[0052] En la Fig. 2a se muestra una representación gráfica de una tienda virtual que posee un único pasillo con una única estantería, simplificando la disposición real de la tienda. En efecto, la representación gráfica virtual no busca asemejarse a la disposición de una tienda, sino que busca mostrar los productos virtuales de una manera familiar, amigable y simplificada, reduciendo la exigencia computational del dispositivo de usuario. Otro ejemplo de representación gráfica se muestra en la Fig. 2b, que permite un mayor detalle de los productos virtuales en la estantería cercana a la posición de un usuario virtual. En la Fig. 2c se muestra una tercera representación gráfica, mostrando múltiples estanterías y pasillos, de manera más similar a una tienda real. Dicha disipación requiere mayor capacidad de procesamiento gráfico por parte del dispositivo de usuario.

[0053] Dependiendo de la preferencia del usuario, es posible presentar las tres representaciones gráficas de manera simultánea o secuencial, por ejemplo, una navegación más general mediante la representación de la Fig. 2c, para pasar a una representación más específica como en la Fig. 2b y en la Fig. 2a. Como es posible desprender de las figuras, la representación gráfica de la tienda real no necesariamente es una simulación exacta de una tienda real, sino que puede ser cualquier representación que despliegue los productos virtuales para favorecer la experiencia de usuario, lo que usualmente corresponde a una representación de una tienda.

[0054] Finalmente, entre las particularidades de la interface de usuario, destaca que la misma busca acercar al usuario a una experiencia de compra presencial en tiendas, mejora sustancialmente la exploración de productos en comparación con plataformas de compra en línea, facilita conocer preferencias del usuario y manejar promociones en función de éstas, y permite adaptar la disposición de la tienda de acuerdo con las preferencias del usuario, entre otras.

Sistema de planeamiento multiobjetivo

[0055] El sistema de planeamiento multiobjetivo de la invención está configurado para, de acuerdo con la información de planimetría de la tienda real (layout de una tienda), calcular trayectorias óptimas para la recolección de los productos incluidos en una selección de productos u orden de compra. El sistema de planeamiento multiobjetivo permite planear una trayectoria global que permita completar autónomamente una orden de compra. Dicha trayectoria global, dado el layout de la tienda, comprende una serie de puntos que un robot móvil debe seguir para completar la orden de compra recibida, por ejemplo, generada en la interfaz del supermercado virtual. A modo de ejemplo, la Fig. 3a muestra una vista en planta de una tienda sobre la cual se superpone la trayectoria óptima generada por el sistema de planeamiento multiobjetivo, para recoger 30 productos seleccionados en una orden de compra. Para facilitar la visualization, la trayectoria se indica con rectas que unen los productos. Representados por cuadros, sin embargo, se aclara que el planeador o sistema de planeamiento entrega trayectorias válidas sin cruzar sobre estanterías, es decir, considerando que el robot circula por los pasillos de la tienda.

[0056] Adicionalmente, el sistema de planeamiento multiobjetivo tiene la capacidad de coordinar dos o más robots móviles, con el objetivo de recuperar productos desde una o más selecciones de productos u órdenes de compra a la vez. La Fig. 3b muestra una representación similar a la Fig. 3a, pero considerando tres robots móviles para recuperar productos de una misma selección de 30 productos. Asimismo, el sistema de planeamiento considera que los robots disponibles en la tienda pueden tener distintas capacidades en su efector final para recoger productos desde estantería, información que es usada al momento de asignar los productos a cada robot.

Sistema de reconocimiento de productos

[0057] El sistema de reconocimiento de productos comprende algoritmos de identificación para identificar los productos en la tienda real, es decir, para detectar y reconocer los productos en estanterías de un supermercado, por ejemplo. Para ello, los algoritmos de identificación tienen la capacidad de identificar directamente cada producto mediante un sistema de reconocimiento visual en tiempo real.

[0058] Para ello, los algoritmos de identificación del sistema de reconocimiento de productos están entrenados para detectar productos de distintos tipos, de formas y tamaños diferentes, e identificarlos en base a la lectura de la información dispuesta en los envases, envolturas o superficie exterior de los productos. Lo anterior no es trivial, ya que los productos dispuestos en tiendas tienen formas y tamaños diversos, tanto respecto a los envoltorios como respecto a productos que se presentan sin envolver, situación que no ocurre en bodegas o centros de distribución. Por ejemplo, existen productos que se presentan en formatos del tipo blister, bolsa, botella, caja, empaques o packs, frascos, potes, tarros, etc. Además, un mismo producto puede presentarse en distintos formatos, por ejemplo, en un formato individual o en un empaque.

[0059] En este sentido, la invención comprende una etapa de entrenamiento que requiere la identificación de diversas categorías de productos en función de su apariencia externa, utilizando algoritmos de aprendizaje profundo para la detección de dichas categorías a partir de la identificación de las formas desde la información de visión. En particular, la etapa de entrenamiento permite obtener un modelo capaz de detectar instancias de estas categorías de productos desde imágenes capturadas por el conjunto sensor de visión dispuesto en frente de la estantería. A modo de ejemplo, la Fig. 4a muestra información de visión con la identificación de una “Caja” como categoría de producto mientras que la Fig. 4b muestra información de visión donde se identifica n las categorías “Bolsa” y “Frasco” en la misma imagen. Entonces, a diferencia de un detector genérico de productos, para la aplicación objetivo, el robot posee información del producto buscado, por ejemplo, una caja de cereal. Esta información es utilizada por el robot, que luego de posicionarse en el área de estantería donde potencialmente se ubica el producto requerido, realiza la detección sólo de instancias correspondientes a la categoría de producto buscado. Esto permite aumentar no sólo la efectividad del detector, sino que también reduce la carga de procesamiento de información del robot.

[0060] Por último, una vez ubicadas posibles instancias del producto requerido, el robot ejecuta algoritmos de detección de textos y rótulos en las áreas correspondientes a estas detecciones. Estos algoritmos han sido previamente entrenados con ejemplos de textos y rótulos de productos, en base a técnicas de aprendizaje profundo, alcanzando altos niveles de efectividad. Los textos y rótulos leídos son luego comparados con un base de datos con datos de los textos presentes en el producto buscado, realizándose el reconocimiento en caso de existir un match significativo. Cabe notar que, para aumentar la efectividad y eficiencia del algoritmo de lectura de textos y rótulos, su aplicación hace uso del conocimiento que el robot tiene del producto buscado, específicamente, el algoritmo no está diseñado para leer textos en forma genérica, sino para encontrar un match entre los textos principales del producto buscado y los textos candidatos detectados en los productos ubicados en la estantería. Una vez reconocido el producto, el algoritmo utiliza la información de imagen y de distancia para determinar la ubicación y distancia precisa del producto respecto al robot, información que es luego utilizada por el mecanismo para recoger el producto desde estantería. En la Fig. 4a y en la Fig. 4b también se muestran ejemplos de la detección de textos respecto a la información de visión presentada.

Implementaton de la Invención

[0061] Finalmente, es relevante destacar que la presente invención posee un gran potencial de presentar distintas implementaciones, no solo en tiendas de productos como supermercados, sino que en cualquier locación donde se requiera retirar objetos desde estanterías o cualquier estructura que contiene dichos objetos.

[0062] Por lo tanto, la descripción de las modalidades presentadas anteriormente no debe considerarse una restricción al alcance de la presente invención, comprendiendo cualquier variación aplicable por una persona normalmente versada en el área técnica.