模块化无线输送器互连的系统及用于该系统的输送器模块的制作方法

专利名称：模块化无线输送器互连的系统及用于该系统的输送器模块的制作方法
技术领域：
本实用新型总体上涉及横跨一个输送器系统中多个部件的通信。更具体地说，该
实用新型涉及用于无线网状通信使一个模块化输送器系统的多个部件相互连接的一种技 术。
背景技术：
自动化在制造、航运、以及其他应用经常涉及将材料从一个专门的工作单元移动 到另一个单元或者到一个最终目的地。固定的材料操作系统，如输送器，可以在单元之间传 送材料。为了便于部署一个固定的输送器系统，一个系统设计师可以购买多个部分(称为 "模块")的一个输送器系统在现场进行组装。通过多个模块的适当应用，一个模块化输送 器系统可以分类，操作，测量，以及在位置之间移动材料。 —个模块化输送器系统的每个模块一般与周围的模块以及一个监控系统进行通 信。 一个模块可以与一个相邻的模块通信，以协调到达或者来自相邻模块的材料的运动。此 外，许多物料搬运的决定可以要求一个模块在执行该决定之前首先从一个监控系统收集其 他的信息。一个模块也可以与一个监控系统进行通信来报告一次输送器堵塞或者下载一个 重配置命令。 遗留的通信方案运行从每一个模块直接延伸到一个中央控制器以及监控系统的
分立电线或电缆。更加近期的通信方案通过采用模块到模块的有线通信来避免过度昂贵、
复杂的布线。然而，这种链接策略经常导致当缆线发生故障时延长的修理周期。 为了在输送器系统中避免缆线通信，已经以一种有限的方式采用无线通信。然而，
如在最近实施中，无线通信方案或者是依靠接入点的基础设施或是依靠简单的点对点连接
来用于某些通信。然而，这些解决方案不支持一个完整的并且真正模块化的无线输送器系
统的拓扑结构，而是支持有限的功能，包括监控系统连接，无线操作者控制以及诊断性感
测。此外，如果在一个模块化输送器系统中的通信是基于接入点的基础设施，成本将更高，
并且系统将不会是自主式的。如果通信是基于简单的点对点连接，该系统对抗通信干扰时
将不够牢固。

实用新型内容为了解决以上问题，本实用新型提出了一种基于无线网状通信的模块化的输送器 互联的系统和方法。 根据本实用新型的一个方面，一个模块化输送器系统可以包括多个输送器模块， 它们具有在一个网状网络上配置为进行无线通信的多个无线网状通信点。该多个无线网状 通信点可以自动地构成一个自组无线网状网络(an ad hoc wireless mesh network)从部 件到部件传送通信。此外，该模块化输送器系统可以包括一个监控系统，多个电池供电的按 钮站，多个指示灯，和/或一个手持输送器系统控制装置，它们各自可以被配置为在网状网 络上相互无线地通信。[0008] 根据本实用新型的另一个方面，用于模块化输送器系统的输送单元可以包括一个 输送器， 一个移动该输送器的电动机， 一个驱动该电动机的电动机控制器，以及被配置为使 电动机能够在一个无线网状网络上与另外一台装置进行通信的一个微元(mote)。该电动机 控制器可配置为与一个相邻的输送器模块的电动机控制器进行通信。此外，该微元可配置 为当到该相邻的输送器模块的电动机控制器的一个直接路径被阻塞时在该无线网状网络 上通过一个替代路径进行通信。如此处所使用，一个"微元"是要指一种低功率的无线网状 通信的装置，该通信装置可以与一个输送器系统或模块的一个无线可联网部件相分离或被 整合到其中。 此外，还包括用于使一个输送器模块与一个模块化输送器系统相关联的技术。根 据本实用新型的另一个方面，当设置在一个输送器模块或与之相关联的按钮站上的一个按
钮被按下时，一个输送器模块在该无线网状网络上收听来自一个上行线输送器模块的一个
信号。然后该输送器模块接受来自该上行线输送器模块的一个信号宣告该上行线输送器模
块的存在，并在该无线网状网络上对该上行线输送器模块发送一个信号来宣告该输送器模
块的存在。该输送器模块可以另外在无线网状网络上收听来自一个下行线输送器模块的信
号，接收来自该下行线输送器模块的一个信号宣告该下行线输送器模块存在，并随后在该
无线网状网络上对该下行线输送器模块发送一个信号来宣告该输送器模块的存在。 此外，还包括了用于使一个输送器模块与一个模块化输送器系统相关联的另一项
技术。根据本实用新型的另一个方面，横跨一个模块化输送器系统的多个部件建立了一个
无线网状网络。 一旦一个输送器模块在无线网状网络上连接到一个计算机系统，该输送器
模块从计算机系统下载相关信息以使该输送器模块与该模块化输送器系统相关联。此外或
者替代地，该输送器模块可以向该计算机系统发送输送器模块的一个序列号，或者可以确
定其相对其他的无线网状部件的位置，并且在下载关联信息之前将该相对位置信息发送到
计算机系统。 本实用新型的系统和方法实现了一种完整的真正模块化的无线输送器系统的拓 扑结构。该模块化输送器系统是自包含的，抗干扰能力好，且成本较低。

本实用新型的这些及其他特征、方面以及优势，当参考附图读到以下详细 描述时将变得更好理解，在整个附图中相同的参考号表示相同的部分，其中 图1说明一种示范的模块化输送器系统根据本实用新型的一方面采用了一种无 线网状通信方案； 图2说明图1示范的输送器系统的无线网状通信点之间的通信； 图3表示采用了根据本实用新型的一个方面的一种无线网状通信方案的一种示
范的模块化输送器系统模块； 图4图解表示根据本实用新型的一个方面用于与一个电动机控制器进行无线通 信的一个模块化输送器系统的一个示范的按钮站； 图5图解表示根据本实用新型的一个方面用于与另一个电动机控制器进行无线 通信的一个模块化输送器系统模块的一个示范的电动机控制器； 图6图解表示根据本实用新型的一个方面用于与一个电动机控制器进行无线通信的的一个模块化输送器系统的一个示范性的监控系统； 图7图解表示根据本实用新型的一个方面， 一个信息发送通过使用一个监控网状路由的一个模块化输送器系统；以及 图8图解表示根据本实用新型的一个方面，当一个直接路径被阻塞时，替代网状路径用于发送一个信息。
具体实施方式参见图l，一个示范的模块化输送器系统10包括被配置为在一个无线网状网络上与各种部件进行通信的多个输送器模块。虽然四个代表性的输送器模块12， 14， 16以及18
出现在图i，模块化输送器系统io可以包括任何数量的互联的输送器模块。输送器模块
12及16将材料20及22向前移动至切换点24，在此点材料20将切换至输送器模块14或18 (酌情)，并将材料22切换至输送器模块18。材料20及22穿过每一个输送器模块上的一个输送器被驱动轮26移动，该驱动轮26响应设置在每一个输送器模块上的一个电动机控制器28的转矩信号而旋转。当材料20或22穿过一个切换点24到输送器模块14或18， 一个入口传感器30可以感测到该材料的存在，可以尔后发送材料20或22大致被切换的信号到该先前的输送器模块12或16，同样，当材料20或22从输送器模块12或16接近一个切换点24时，每一个可以通过一个出口传感器32。该出口传感器32可以发送材料20或22大致被切换的信号到邻近的输送器模块14或18。入口传感器30以及出口传感器32可以在一个无线网状网络上与不同的输送器模块的一个主要电动机控制器28直接进行通信。然而，入口传感器30以及出口传感器32可以代替在通信线中与在该同一输送器模块的一个主要电动机控制器28通信，可以尔后在一个无线网状网络上与一个不同的输送器模块的一个电动机控制器28进行通信。输送器模块12表示一个转向器模块，该模块可以转移材料到输送器模块14或18。当材料20移动穿过模块12时，转向传感器34从材料20感测信息，如一个条形码或RFID数据。在一个网状网络或在通信线中与模块12的该电动机控制器28无线地通信，转向传感器提供关于材料20的信息，以便作出是否转移材料20的决定。[0025]为了促进人工操作系统，模块化输送器系统10包括指示灯36以及按钮站38。指示灯36可以关联或附着在一个输送器模块，但是也可以位于该模块化输送器系统的其他地方。如果附在一个无线输送器模块，指示灯36可以直接通过一个无线网状网络或者经过与接入到该无线网状网络的一个电动机控制器28的有线通信而与其他装置通信。在接收到在该网络上关于一个特殊的输送器模块或者一般地该模块化输送器系统10的状态的一个信号后，指示灯36通电一个特殊颜色的灯泡，该灯泡发送操作状态的信号到一个操作员。按钮站38可以包括一个或多个按钮40。当一个按钮40被按下，一个按钮站38可以通过一个无线网状网络发出一个信号，包括例如，停止或恢复操作的一个命令或者指令。一个给定的按钮站38也可以关联或附在一个特殊的输送器模块，并且可以被配置去启动一个自配置操作，用于与上行线或下行线输送器模块相关联的输送器模块。[0026]再次回顾输送器模块12，在转向器34从材料20获取信息并且传输数据到另一个装置以决定是否转向之后，一个决定信号从其它装置被发送到转向器42。通常，决定是否转向需要外部传送到该输送器模块的信息，并且因此一个监控系统经常决定，在咨询一个数据库后发送一个决定信号。然而，一个本地装置，如输送器模块12的电动机控制器28或该转向传感器34本身可以包含足够的信息以及电路，作出转向的决定。当转向器42接收决定信号，一个驱动器44可以由位置传感器46观察的转向器臂的位置决定移动该转向器臂。人工操作者可以通过监测站48跟踪运行状态。在一个无线网状网络上从模块化输送器系统10的各种部件接收数据，监控站48报警人工操作者到输送器系统状态，并且在网络50中传送该数据到更多的监控系统。网络50可以表示一个局域网或广域网，或者一个通过互联网的虚拟专用网络，并且可以是有线的或无线的。网络50用一个远端控制监控系统52与监控站48互联。 一个操作员接口 54连接到远端控制监控系统52，并且给操作者提供远端操作性能，可以在远离该输送器系统面的位置。远端控制监控系统52连接到广域网56，其中可以包括，例如，全公司网络或者该互联网。为了与监控站48相互通信，模块化输送器系统10的部件可以包括网状通信电路58。该网状通信电路58设置在模块化输送器系统10的部件上，允许点对点通信以及形成一个自组无线网状网络的主干网。虽然通信网电路58可以实施一项802. llx协议，而实施一项802. 15.4协议可以提供优良的电源管理，尽管较低的数据传输速率。然而，应当认识到无线网在目前情况下是独立于任何特定的标准。图2说明由无线网状电路58的自组无线互联构成的一个示范的无线网状网络。第一输送器通信区域60表示一个示范性的无限网状网络，该网络可以在输送器12(如图1描述)设置的部件中构成。同样，第二输送器通信区域62，第三输送器通信区域64，以及第四输送器通信区域66表示示范的无线网状网络，该网络可以设置在输送器14，16及18上的部件中构成。每一个部件的该无线网状电路58形成到相邻部件的该无线网状电路58的通信链路68，这构成总的输送器系统网70。 一个部件可以直接在一个即时相邻的通信链路中与一个相邻的部件通信。此外，然而，一个部件可以通过在一个相邻的通信链路68中发送信号与该输送器系统10的任何其他部件进行点对点通信，用于通过一个相邻部件的该无线网状电路58的路由选择。该相邻部件的该无线网状电路58然后在一个相邻的通信链路68中路由该通信信号到另一个相邻的部件，随后以同样的方式路由该通信信号，直到该目的部件接收该信号。因此，任何部件可以与该模块化输送器系统10的其他任何部件进行通信。此外，某些部件也可以只执行路由的功能，如用于网状连接或冗余。[0031]现在参考图3，一个示范的输送器模块与无线网状通信性能包括一个电动机控制器28与无线网状电路58(如图3中一个天线信号所示)。 一个输送带移动穿过辊74，被支护结构76支持在位置。电动机控制器28驱动一个电动机78，该电动机拉动驱动链80，引起驱动辊26旋转并且移动输送带72。无线开始按钮82和停止按钮84可以位于一个按钮站38。由于开始按钮82以及停止按钮84每次从电池86抽取电力，该按钮站38可以远离该输送器模块或者在该输送器模块，(例如，依附在支护结构76)上。应该指出的是，作为替代图3所示的安排，某些传送器可以将辊，电动机，驱动器等等整合成一个单个的单元，并且可以在某些输送器模块中提供多种综合的单元，每一个附有一个无线接口 。[0032]出口传感器32与电动机78两者都被永久性地附着在传送器模块，可以通过一个有线通信链路88与该电动机控制器28进行通信。相比之下，开始按钮82及停止按钮84通过无线网状电路58无线地发送控制通信90到电动机控制器28。然而，其他实施方案，或许包括一种替代的有线通信链路，该链路在开始按钮82与停止按钮84，以及该电动机控制器28之间。每一个部件得微元可以具有按钮或者其他类似的输入方式用于发送信号配置该网络，或者该装置可以上电启动这种信号以与其他装置关联。可以执行这种启动序列以使在该期望的输送器应用配置中的装置能够连接，以及为它们之间的优化无线网状通信配置网络。继续参考图3，电动机控制器28可以通过使用无线网状电路58实施一个输送器模块关联序列来监听来自一个相邻的上行线输送器模块的一个上行线通信信号92，该上行线输送器模块通报该上行线模块的存在。电动机控制器28可以随后发送一个无线上行线通信信号92回到该上行线输送器模块，对该上行线输送器模块通报的该输送器模块的存在。因此，该输送器模块以及该上行线输送器模块可以交换相关信息而变得互相关联。同样，通过进一步与一个下行线输送器模块相关联，电动机控制器28可以继续该输送器模块关联序列。使用无线网状电路58，电动机控制器28从通报该下行线模块存在的一个相邻的下行线输出器模块，侦听一个下行线通信信号94。电动机控制器28可以随后发送一个无线下行线通信信号94回到该下行线输送器模块，对该下行线输送器模块通报该输送器模块的存在。交换关联信息后，该输送器模块以及该下行线输送器模块也可以因此相互关联。此外，整个系统的相邻的段，上行线以及下行线可以在点对点的基础上通信(而不是"多跳")，以最大限度地减少通信当中的时间延迟。此外地或者可替代地，该输送器模块可以通过与一个监控系统进行通信而同该更广泛的模块化输送器系统10相关联。如遥控与操作系统52通过在一个无线网状网络上的监控通信96。该监控系统可以随后以各种方式的配置数据提供该输送器模块。[0037]根据一个实施方案，一旦该无线网状网络已经通过该模块化输送器系统10部件的该无线网状电路58被建立，该输送器模块的电动机控制器28可以通过监控通信链路96与一个监控系统进行通信。该电动机控制器28可以发送识别信息，如该输送器模块的一个序列号，到该监控系统。该监控系统可以与该模块化输送器系统的每个部件的一个位置进行预编码，并且然后，基于该输送器模块其他部件的相对位置，可以发送合适的关联信息到电动机控制器28。预编码部件位置可以被储存在，例如一个模块化输送器系统的计算机辅助设计(CAD)图中。根据另一个实施方案，然而，该模块化输送器系统10部件的无线网状电路58可以首先确定由每个部件形成的每个无线点的相对位置。确定其相对位置后，每个组件可以通过监控通信链路96传输该位置数据到该监控系统，从而连接到该监控系统。当该监控系统已经获得该模块化输送器系统的每个部件的相对位置，该监控系统可以确定每个部件的合适的关联信息。电动机控制器28可以随后从该监控系统下载该合适的关联信息。因此，该关联序列可以相比于其他常见的技术可以被大大简化。转到图4，示范的输送器模块操作控制配置98说明从一个按钮站40到一个用于控制一个输送器模块的电动机控制器28之间的通信。当按钮站40被一个操作
8员按下，输送器模块控制开始，该输送器模块控制可以上电使链路100关闭适配板上的电路。适配板102因此产生以及发送一个基于推进按钮输入状态的切换比特数据包到一个微元104，该微元包括无线网状电路58以及由一个电池86供电。该微元104包装使用该802. 15. 4无线协议的切换比特数据包，并且无线地传输该包装的数据包106到另一个具有类似无线网状电路58的微元108。通过在该802. 15. 4无线协议下的通信，功率消耗大幅减小。因此，微元104与适配板102可以有一个几个月或者甚至几年的延长期专有地从电池86供电。应该指出的是，单独的适配板及微元在目前情况下可以作为独立的部件被淘汰，尤其是当微元融入输送器应用部件，如推进按钮组件、电动机控制器等等。[0040]当微元108从微元104接收到该包装的数据包106，微元108解包装并且通过传送该切换比特包到适配板110。为了可理解的呈递按钮站切换比特包到该电动机控制器28，适配板110在传送该包装的数据包112到电动机控制器28之前，以一个模块化输送器系统通信协议包装该交换比特包。电动机控制器28可以随后启动一个控制序列。另外，电动机控制器28可以替代进入或退出一个活动的运作状态。图5说明两个邻近的电动机控制器28以及116之间的点对点通信114。电动机控制器28可以启动通信，发送一个信号到电动机控制器116以表明，例如，材料正接近该切换点到电动机控制器116所属于的输送器模块。不是通过一个中心网关来回通信，而是用一个无线网状电动机控制器28可以直接联络电动机控制器116。电动机控制器28通过发送一个模块化输送器系统通信协议数据包到一个适配板110开始点对点通信。该适配板110通过一个RS-232或者类似的串行联接传输该数据包到具有无线网状电路58的一个微元108。从适配板110接收到串行数据包后，微元108使用该802. 15. 4无线协议包装该数据包以及在点对点通信链路120上无线地传输该包装的数据包118到具有类似的无线网状电路58的另一个微元118。该其他的微元108接收包装的数据包118，解包装以及通过一个RS-232或者类似的串行连接传输该数据包到另一个适配板110。该其他适配板110收到该数据包，并且传送该数据到电动机控制器116。[0043]从电动机控制器28收到一个信息，电动机控制器116可以通过采取一些预定义行为对信息作出反应，如驱动一个电动机激活一条传送带，准备材料切换。电动机控制器116也可以以基本上与原始信息相同的传输方式传输一个返回信息到电动机控制器28。[0044]参考图6，网关通信配置122说明一个输送器模块的一个电动机控制器28与一个主要的监控系统之间的通信可以发生的一种方式。为了启动通信，在一个远端控制监控系统52上运行可的一个监控系统124以使用一个模块化输送器系统通信协议产生一个数据包126，往往是来自通过操作接口 54(如图1描述)的一个操作员或者来自网络56的一个自动命令回应方向。该远端控制监控系统52通过一个RS-232或者类似的串行连接传送该数据包126到一个网关128与无线网状电路58。网关128使用该802. 15. 4无线协议包装该数据包，在监控通信链路96无线地传输该包装的数据包130到一个具有类似的无线网状电路58的一个微元108。微元108在解包装之前接收该包装的数据包130，以及通过一个RE-232或者类似的串行连接传输该数据包到一个适配板110。适配板110接收该数据包以及传送该数据到电动机控制器28。接收来自监控系统124的信息后，电动机控制器28可以采取合适的行为回应该信息。电动机控制器28也可以以与该原始信息的传输基本相同的方式传输一个返回信息到监控系统124。出现在图7，监控网状路由配置132说明监控信息路由134穿过模块化输送器系统10。当位于直接通信的网关128太大距离时，一个输送器模块必需通过一个自组无线网状网络穿过模块化输送器系统10发送信息到网关128。每一个输送器模块的该无线网状电路58可以为了一个信息传播建立一个有效的路径，如图7所示的监控信息路由134。[0048] 从一个第一输送器模块发送的一个信息，例如，从该第一输送器模块的该无线网状电路58到一个邻近的模块的该无线网状电路，如输送器模块18。从输送器模块18的该无线网状电路58，传送到另一个邻近的输送器模块的无线网状电路58的信息更近的位于网关128。因此，一个信息可以通过一个无线网状网络传播可以比可能单独通过一个直接通信链路传播更远的距离。此外，无线网状电路58的电力需求可以仍然相对所需的直接通信链路所需的功率保持较小。 如图8所示，当从一个部件到另一个部件的直接链路阻塞时，用于无线网状通信的一个模块化输送器系统配置可以提供额外的优势。 一个输送器模块以及无线网状电路136的操作可以需要发送一个信息到具有无线网状电路138的输送器模块16，但是一个阻塞140可以排除一个直接通信链路。 一个自组无线网状网络由无线网状电路58、136以及138之间的通信链路构成，但是，可以提供一个用于穿越障碍的方式。因此，尽管阻塞140，一个信息可以从无线网状电路136到无线网状电路138采用替代路径142。[0050] 虽然在此只说明和描述了本实用新型的某些功能，而本领域的普通技术人员将想到许多修改和改变。因此，应理解所附权利要求的目的是涵盖落入本实用新型的真正精神的所有这些修改和改变。
权利要求一种模块化输送器系统，其特征在于，包括多个的输送器模块；以及多个无线网状通信点，这些通信点设置在这些输送器模块上，并且被配置为在一个网状网络上进行无线通信。
2. 如权利要求1所述的模块化输送器系统，其特征在于，该多个无线网状通信点被配 置为自动形成一个自组无线网状网络。
3. 如权利要求1所述的模块化输送器系统，其特征在于，进一步包括一个监督系统，该 监督系统被配置为在一个网状网络上与该多个输送器模块进行无线通信。
4. 如权利要求1所述的模块化输送器系统，其特征在于，进一步包括一个按钮站，该按 钮站包括该多个无线网状通信点中的一个。
5. 如权利要求4所述的模块化输送器系统，其特征在于，该按钮站进一步包括一个电 池并且被配置为完全从该电池取得电能。
6. 如权利要求1所述的模块化输送器系统，其特征在于，进一步包括一个进程指示灯， 该进程指示灯包括该多个无线网状通信点中的一个。
7. 如权利要求6所述的模块化输送器系统，其特征在于，该指示灯进一步包括一个电 池并且被配置为完全从该电池取得电能。
8. 用于一个模块化输送器系统的一个输送器模块，其特征在于，包括 一个输送器；至少一个电动机，该电动机与该输送器偶联的并且被配置为移动该输送器； 至少一个电动机控制器，该电动机控制器被配置为驱动该至少一个电动机；以及一个微元，该微元被配置为使至少一个电动机控制器在一个无线网状网络上能够与另 外一个装置进行通信。
9. 如权利要求8所述的输送器模块，其特征在于，进一步包括一个无线传感器，该无线 传感器被配置为在该无线网状网络上与另一个装置进行通信。
10. 如权利要求8所述的输送器模块，其特征在于，该微元被配置为使该至少一个电动 机控制器能够在该无线网状网络上与一个手持控制装置进行通信。
11. 如权利要求8所述的输送器模块，其特征在于，进一步包括一个按钮站，该按钮站 被配置为在该无线网状网络上与另一个装置进行通信。
12. 如权利要求11所述的输送器模块，其特征在于，该按钮站包括一个电池并且被配 置为依靠该电池供电。
13. 如权利要求8所述的输送器模块，其特征在于，该微元被配置为使该至少一个电动 机控制器能够在该无线网状网络上与一个相邻的输送器模块的电动机控制器进行通信。
14. 如权利要求13所述的输送器模块，其特征在于，该微元被配置为当到该相邻的输 送器模块的电动机控制器的一个直接路径被阻塞时，在该无线网状网络上通过一个替代路 径与该相邻的输送器模块的电动机控制器进行通信。
15. —个模块化输送器系统，其特征在于，包括 多个输送器模块以及多个无线网状节点，这些节点被设置在该多个输送器模块上并且被配置为使该多个输 送器模块能够在一个网状网络上进行无线通信。
16. 如权利要求15所述的模块化输送器系统，其特征在于，该多个输送器模块的每一 个均被配置为通过在该无线网状网络上与一个上行线输送器模块相关联并且在该无线网 状网络上与一个下行线输送器模块相关联而与该模块化输送器系统自关联。
17. 如权利要求15所述的模块化输送器系统，其特征在于，该多个输送器模块的每一 个均被配置为通过在该网状网络上与一个计算机系统进行通信，并且通过基于该多个输送 器模块中的每一个在该模块化输送器系统中的一个位置从该计算机系统下载相关数据而 与该模块化输送器系统相关联。
专利摘要在此披露了一种模块化输送器系统，其中每一个输送器模块的多个部件被设计用于无线网状网络。这些通信可以是在一个模块之内或者是在多个模块之间。某些部件可以由电池供电，使这些部件可以完全无线的。该网络可以完全自行配置使这些模块可以组装并且以一种直接的方式建立该网络。
文档编号G05B19/418GK201440216SQ200820138489
公开日2010年4月21日 申请日期2008年9月27日 优先权日2007年9月27日
发明者D·D·勃兰特, W·H·维勒伯斯奇 申请人:洛克威尔自动控制技术股份有限公司