用于对独立推车系统中的性能进行非接触式监测的系统和方法与流程

1.本文中所公开的主题涉及对独立推车系统中的性能进行实时监测的系统和方法。更具体地，设置有非接触式传感器以在推车沿着独立推车系统中的轨道行进时对推车进行监测。传感器可以跟踪每个移动器以确定操作特性，比如推车在特定位置处的或在推车沿着轨道移动时的速度、位置或振动。


背景技术：

2.利用了独立推车和线性马达的运动控制系统可以用于各种各样的过程(例如包装、制造和加工)中，并且可以提供优于常规传送带系统的具有增强的灵活性、极高的速度运动和机械简单性的优点。运动控制系统包括一组独立控制的“推车”、本文中也称为“移动器”，每个“移动器”支承在轨道上用于沿着轨道进行运动。轨道由多个轨道部段构成，并且线性驱动系统控制移动器的操作，使得移动器沿着轨道行进。传感器可以在固定位置处沿着轨道和/或在移动器上间隔开，以提供关于移动器的位置和速度的信息。
3.不同移动器之间的许多差异或者单个移动器随时间的差异可能影响移动器沿着轨道如何行进。移动器之间例如由于制造公差造成的差异可能导致如下位置的物理取向的差异：该位置意在为两个不同移动器上的相同位置。此外，轴承或滚轮随着时间的磨损可能会增加不同移动器之间的差异，或者使单个移动器的取向随着时间改变。轨道上的磨损比如轨道上的凹痕或者轨道部段之间变化的转变距离可能进一步影响移动器沿着轨道如何行进。作为又一潜在的差异，在沿着相同长度的轨道的不同运行期间，不同移动器上的负载变化或相同移动器上的负载变化可能导致单个移动器在不同运行中的取向变化，或者导致在沿着相同长度的轨道的单次通过期间不同移动器之间的取向变化。
4.了解这些性能变化可以有助于维护独立推车系统。可以存储移动器的性能的初始知识并且与后续性能进行比较，以检测移动器中的磨损。将一个移动器的操作与另一个移动器的操作进行比较可以检测出移动器中的一个移动器的潜在制造缺陷或损坏。在移动器沿着轨道行进时，对移动器的运行进行跟踪可以检测轨道表面的变化。在移动器沿着轨道行进时，可以将移动器的这种性能信息提供给技术人员，以确定何时需要对移动器或轨道部段进行维修。
5.然而，获取独立推车系统中的性能信息并非没有某些挑战。随着轨道系统的尺寸和复杂性的增加，轨道上的移动器的数目也在增加。行进的长度以及轨道几何形状的复杂性类似地增加，轨道包括例如开关或多个分支，移动器可以沿着这些分支行进。各个移动器通常在移动器上缺乏动力，因此将无源驱动部件比如永磁体安装至每个移动器。当行进长度增加或者当移动器必须能够在不同路径之间行进时，通过有线连接至各个移动器来获取性能信息是不实际的。安装在移动器上的电池可以提供有限的电力，但是必须构造成向传感器和无线发射器两者供电，以传输来自移动器的感测数据。支持无线通信的传感器和电路增加了系统中每个移动器的成本。电池必须进行维护并定期更换。此外，随着越来越多的
移动器沿着更长的轨道行进而收集的潜在数据量可能需要对无线通信基础设施进行大量投资。
6.因此，期望提供一种位于移动器之外的传感器，该传感器可以提供对移动器的运行性能的非接触式监测。


技术实现要素：

7.根据本发明的一个实施方式，一种用于对独立推车系统中的性能进行监测的设备包括感测装置、致动器和控制器。感测装置构造成在至少一个移动器沿着独立推车系统的轨道行进时向至少一个移动器发射信号、接收从至少一个移动器反射的信号、并且生成与接收到的信号相对应的反馈信号。致动器操作性地连接至感测装置，以使感测装置在至少一个运动轴线上移动，并且控制器操作性地对致动器在至少一个运动轴线上的运行进行控制，使得当至少一个移动器沿着轨道行进时，致动器使感测装置与所述至少一个移动器相协调地移动。
8.根据本发明的另一实施方式，一种用于对独立推车系统中的性能进行监测的方法包括在感测装置处接收信号并且在感测装置处生成与所接收的信号相对应的反馈信号。该信号在至少一个移动器沿着独立推车系统的轨道行进时与所述至少一个移动器相对应。操作性地连接至感测装置的致动器被控制成使感测装置在至少一个运动轴线上移动，并且当至少一个移动器沿着轨道行进时，致动器使感测装置与所述至少一个移动器相协调地移动。
9.根据详细描述和附图，本发明的这些和其他优点及特征对于本领域技术人员将变得明显。然而，应当理解的是，尽管详细描述和附图指示了本发明的优选实施方式，但是详细描述和附图通过说明的方式给出并且是非限制的。在不脱离本发明的精神的情况下，可以在本发明的范围内进行许多改变和修改，并且本发明包括所有这样的修改。
附图说明
10.在附图中图示了本文中所公开的主题的各种示例性实施方式，在整个附图中，相同的附图标记表示相同的部件，并且在附图中：
11.图1是根据本发明的一个实施方式的结合有沿着闭合曲线轨道行进的多个移动器的示例性独立推车系统的立体图；
12.图2是根据本发明的另一实施方式的结合有沿着闭合曲线轨道行进的多个移动器的示例性独立推车系统的立体图；
13.图3是图2的独立推车系统的局部侧视图；
14.图4是图1的运输系统的移动器的立体图；
15.图5是图1的运输系统的局部截面图；
16.图6是图2的运输系统的移动器的侧视图；
17.图7是图2的运输系统的局部截面图；
18.图8是图1的独立推车系统的一个实施方式的一个部段的局部侧视图，其图示了沿着轨道部段的一个表面分布的激活线圈；
19.图9是结合有本发明一个实施方式的独立推车系统的示例性控制系统；
20.图10是图9的控制系统的框图表示；
21.图11是结合到图2的独立推车系统中的非接触式传感器的一个实施方式的局部立体图；
22.图12是结合到图2的独立推车系统中的非接触式传感器的另一实施方式的局部立体图；
23.图13a是图11的非接触式传感器对沿着独立推车系统的轨道位于第一位置的单个移动器进行监测的框图表示；
24.图13b是图11的非接触式传感器对沿着独立推车系统的轨道位于第二位置的单个移动器进行监测的框图表示；
25.图13c是图11的非接触式传感器对沿着独立推车系统的轨道位于第三位置的单个移动器进行监测的框图表示；
26.图14a是图11的非接触式传感器对沿着独立推车系统的轨道行进的第一移动器进行监测的框图表示；
27.图14b是图11的非接触式传感器对沿着独立推车系统的轨道行进的第二移动器进行监测的框图表示；
28.图14c是图11的非接触式传感器对沿着独立推车系统的轨道行进的第三移动器进行监测的框图表示；
29.图15a是图12的非接触式传感器对沿着独立推车系统的轨道位于第一位置的单个移动器进行监测的框图表示；
30.图15b是图12的非接触式传感器对沿着独立推车系统的轨道位于第二位置的单个移动器进行监测的框图表示；
31.图15c是图12的非接触式传感器对沿着独立推车系统的轨道位于第三位置的单个移动器进行监测的框图表示；
32.图16a是图11的非接触式传感器对位于独立推车系统的第一轨道上的第一移动器进行监测的框图表示；以及
33.图16b是图11的非接触式传感器对位于独立推车系统的第二轨道上的第二移动器进行监测的框图表示。
34.在描述附图中示出的本发明的各种实施方式时，为了清楚起见，将采用特定的术语。然而，本发明不旨在被限制于如此选择的特定术语并且应当理解，每个特定术语包括以类似方式操作以实现类似目的的全部技术等同物。例如，经常使用词语“连接”、“附接”或与其类似的术语。其不限于直接连接而是包括通过其他元件的连接，其中这种连接被本领域技术人员认为是等同的。
具体实施方式
35.参照在以下描述中详细描述的非限制性实施方式来对本文中所公开的主题的各种特征和有利细节进行更充分的说明。
36.本文中所公开的主题描述了对独立推车系统中的移动器的操作性能进行非接触式监测的系统和方法。致动器上设置有非接触式传感器，以在移动器沿着轨道行进时自动跟踪移动器。非接触式传感器可以构造成对光、声音、图像、热、微波或者可能从移动器反射
的任何其他适合的波形进行检测。该传感器包括发射器和接收器，发射器构造成发射信号，接收器构造成在该信号被移动器反射后接收该信号。致动器可以构造成使传感器在单个运动轴线或多个运动轴线上移动。当移动器沿着轨道行进时，传感器向移动器发射信号、比如激光束或超声波束，并且在信号被移动器反射后检测该信号。控制器可以使致动器的运动与移动器的运动同步，使得传感器可以在移动器沿着轨道行进的至少一部分中远离移动器连续地发射信号。可以设想的是，致动器可以安装在固定位置并且在一个轴线或多个轴线上枢转或旋转以使传感器移动。可选地，致动器可以是构造成当传感器跟踪移动器的操作时使传感器移动的移动平台。
37.首先转到图1至图3，图示了用于使物品或产品移动的示例性运输系统的两个实施方式。运输系统包括由多个部段12、14构成的轨道10。根据所示出的实施方式，各部段限定了对能够沿着轨道10移动的一组移动器100进行支承的大致闭合环路。所示出的轨道10各自包括四个直部段12，其中，沿着轨道的每个侧部定位有两个直部段12并且所述两个直部段12与另一对直部段间隔开。轨道10还包括四个弯曲部段14，其中，在轨道10的每个端部处各定位有一对弯曲部段14以将成对的直部段12连接。四个直部段12和四个弯曲部段14形成大致椭圆形的轨道并且限定出闭合路径，移动器100中的每个移动器可以在该闭合路径上行进。应当理解的是，在不偏离本发明的范围的情况下，各种尺寸、长度和形状的轨道部段可以连接在一起以形成轨道10。
38.在图1中，轨道10定向在水平平面中并且由从轨道10竖向向下延伸的基部15支承在地面上。基部15包括位于轨道10的相反两侧的一对大致平面的支承板17，通过每个支承板17上的安装脚部19将轨道10固定至表面。在图2中，轨道10示出为没有基部。可以设想的是，轨道10可以以不同的取向安装比如倾斜安装或竖向安装，并且轨道10包括不同形状的部段，包括但不限于直部段、向内弯曲部、向外弯曲部、向上倾斜部、向下倾斜部及其各种组合。为了方便起见，本文中将对图1中示出的轨道10的水平取向进行论述。术语比如“上”、“下”、“内”和“外”是相对于所示出的轨道取向而使用的。这些术语与所示出的轨道有关并且并非意在是限制性的。移动器100将沿着轨道行进并且根据轨道10的构型采取各种取向，并且本文中所论述的关系可以相应地改变。
39.每个轨道部段12、14包括多个独立附接的导轨20，每个移动器100在导轨20上运行。根据所示出的实施方式，导轨20大致沿着轨道10的外周延伸。第一导轨20沿着每个部段的上表面11延伸，并且第二导轨20沿着每个部段的下表面13延伸。可以设想的是，每个导轨20可以是单个的、模制的或挤出的构件或者由多个构件形成。还可以设想的是，在不偏离本发明的范围的情况下，导轨20的横截面可以呈圆形、方形、矩形或任何其他期望的横截面形状。导轨20总体上与轨道10的曲率相一致，因此在直路径中沿着直轨道部段12延伸且在弯曲路径中沿着弯曲轨道部段14延伸。导轨20相对于轨道10的宽度可以是窄的，并且导轨20仅跨越轨道10的导轨20所附接的表面的部分宽度。
40.参照图5，导轨20的第一实施方式包括安装至轨道部段的基部部分22、和轨道部分24，移动器100沿着轨道部分24运行。每个移动器100包括互补的滚轮110，互补的滚轮110用以与导轨20的轨道部分24接合，从而沿着轨道10运动。轨道部分24的每个侧部都是楔形的，并且每个滚轮110包括构造成接纳轨道部分的楔形侧部的互补凹槽。
41.参照图7，导轨20的第二实施方式包括两个轨道部分26、28，其中，第一轨道部分26
为大致u形，并且第二轨道部分28为大致矩形。上导轨20的第一轨道部分26以倒“u”形定位在轨道的顶部表面11上，并且第一滚轮110和第二滚轮110接合上导轨的第一轨道部分26的每个侧部。上导轨20的第二轨道部分28正交于第一轨道部分26的取向地从轨道部段的侧部伸出。第三滚轮110接合上导轨的第二轨道部分28的一个表面。下导轨20的第一轨道部分26在轨道的下表面13上被定向为非倒置的“u”形，并且第四滚轮110和第五滚轮110接合下导轨的第一轨道部分26的每个侧部。下导轨20的第二轨道部分28正交于第一轨道部分26的取向地从轨道部段的侧部伸出，并且第六滚轮110与下导轨的第二轨道部分28的一个表面接合。
42.一个或更多个移动器100安装至轨道10上的导轨20并且能够沿着导轨20移动。再次参照图5，图示了示例性移动器100的第一实施方式。每个移动器100包括侧部构件102、顶部构件104和底部构件106。侧部构件102延伸了下述高度：该高度至少跨越位于轨道10的顶部表面11上的导轨20与位于轨道10的底部表面13上的导轨20之间的距离，并且侧部构件102在安装至轨道10时大致平行于侧部表面21定向。顶部构件104在侧部构件102的顶部端部处与侧部构件102大致正交地延伸，并且顶部构件104延伸过位于轨道10的顶部表面11上的导轨20。顶部构件104包括第一部段103，第一部段103从侧部构件102正交地延伸导轨20的宽度，该宽度与侧部构件102的宽度大致相同。在第一部段103的下侧上安装有一组滚轮110，并且所述一组滚轮110构造成与安装至轨道部段的上表面11的导轨20的轨道部分24接合。根据所示出的实施方式，两对滚轮110安装至第一部段103的下侧部，其中，第一对滚轮沿着导轨的轨道部分24的第一边缘定位，并且第二对滚轮沿着导轨20的轨道部分24的第二边缘定位。第一边缘和第二边缘以及因此第一对滚轮110和第二对滚轮110位于导轨20的相反两侧上并且以形状配合的方式将移动器100保持至导轨20。底部构件106在侧部构件102的底部端部处大致正交于侧部构件102延伸，并且底部构件106延伸的距离足以沿着移动器100的底部接纳第三对滚轮110。第三对滚轮110与安装至轨道部段的下表面13的导轨20的轨道部分24的外边缘接合。因此，移动器100沿着导轨20跨置在安装至每个移动器100的顶部构件104和底部构件106两者的滚轮110上。顶部构件104还包括第二部段120，第二部段120从第一部段103突出了附加距离而超过导轨20并且构造成保持位置磁体130。根据所示出的实施方式，顶部构件104的第二部段120包括第一部分122，第一部分122大致平行于导轨20延伸并且渐缩至比顶部构件104的第一部段103小的宽度。第二部段120还包括第二部分124，第二部分124从第一部分122向下延伸并且与第一部分122大致正交地延伸。第二部分124向下延伸的距离小于至轨道部段的上表面11的距离，但该距离足以使位置磁体130安装至第二部分124。根据所示出的实施方式，位置磁体130安装在第二部分124上的凹部126内，并且位置磁体130构造成与安装在轨道部段的顶部表面11内的传感器150对准。
43.再次参照图7，图示了示例性移动器100的第二实施方式。每个移动器100包括侧部构件102、顶部构件104和底部构件106。侧部构件102延伸了下述高度：该高度至少跨越位于轨道10的顶部表面11上的导轨20与位于轨道10的底部表面13上的导轨20之间的距离，并且侧部构件102在安装至轨道10时大致平行于侧部表面21定向。顶部构件104在侧部构件102的顶部端部处与侧部构件102大致正交地延伸，并且顶部构件104延伸过位于轨道10的顶部表面11上的导轨20。在顶部构件104的下侧部上安装有一组滚轮110，并且所述一组滚轮110构造成与安装至轨道部段的上表面11的导轨20的第一轨道部分26的两侧接合。根据所示出
的实施方式，两对滚轮110安装至第一部段104的下侧部，其中，第一对滚轮沿着第一轨道部分26的第一侧定位，并且第二对滚轮沿着上轨道20的第一轨道部分26的第二侧定位。第三对滚轮110安装在侧部构件102上并且在上轨道的第二轨道部分28下方延伸。底部构件106在侧部构件102的底部端部处与侧部构件102大致正交地延伸，并且底部构件106延伸的距离足以沿着移动器100的底部接纳第四对滚轮110和第五对滚轮110。第四对滚轮110和第五对滚轮110各自接合下导轨20的第一轨道部分26的一个侧部。第六对滚轮110安装在侧部构件102上并且在下导轨的第二轨道部分28上方延伸。滚轮110一起作用以接合导轨20的各个表面，从而允许移动器100沿着导轨20行进并且保持移动器100相对于轨道10的取向。根据图示的实施方式，位置磁体130安装在顶部构件104内并且构造成与安装在轨道部段的顶部表面11内的传感器150对准。
44.参照图5和图7两者，线性驱动系统部分地结合在每个移动器100上并且部分地接合在每个轨道部段12、14内，以对每个移动器100沿着部段的运动进行控制。沿着轨道10的长度安装的线圈50(也参见图8)用作第一驱动构件。每个移动器100包括第二驱动构件140，第二驱动构件140构造成与由线圈50产生的电磁场相互作用，以将移动器100沿着轨道10推进。可以设想的是，每个移动器100上的驱动构件140可以是驱动磁体、钢背铁和齿、导体或者将与由线圈50产生的电磁场相互作用的任何其他适合的构件。通常，每个移动器100上的驱动构件140包括发射磁场的永磁体。与不具有磁场的磁凸极结构相比，由每个移动器100上的驱动构件140产生的磁场改善了移动器与由线圈50产生的电磁场的相互作用。为了方便起见，本发明将针对用作每个移动器100内的驱动构件的驱动磁体140进行讨论。然而，应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以采用其他磁凸极结构。
45.参照图8，一系列线圈50沿着轨道10的长度定位。每个移动器100包括至少一个驱动磁体140，所述至少一个驱动磁体140构造成与线圈中产生的电磁场相互作用。线圈50的连续激活建立了移动电磁场，该移动电磁场与由安装在移动器100上的每个永磁体140产生的磁场相互作用并且使得移动器100沿着轨道10行进。受控电压被施加至每个线圈50，以实现移动器的期望操作。驱动磁体140安装在侧部构件102的内表面上，并且在安装至轨道10时驱动磁体140与沿着轨道10延伸的一系列线圈50间隔开。如图5和图7中示出的，在每组驱动磁体140与沿着轨道10的线圈50之间设置有空气间隙141。根据所示出的实施方式，每个线圈50安置在沿着轨道部段12的一个表面纵向延伸的通道23中。由每个线圈50产生的电磁场跨越空气间隙141并且与安装至移动器100的驱动磁体140相互作用，以对移动器100的操作进行控制。
46.接下来转到图9，图示了用于使物品或产品移动的另一示例性独立推车运输系统的一部分。所示系统包括由多个部段312构成的轨道310。所示移动器100不是如图1中示出的那样沿着轨道的侧部行进，而是沿着轨道310中的通道行进。该通道由底部表面316和一对相对的侧壁313限定。导轨314沿着每个侧壁313的上表面的长度安置，并且构造成在移动器100沿着轨道310行进时支承和接合移动器100。动力经由沿着轨道310延伸的dc总线320输送至部段312。dc总线320包括正导轨322和负导轨324，其中，在正导轨与负导轨之间设置有用以给线圈50通电的任何适合的电压电势。
47.系统的图9中示出的部分包括两个直部段312，并且还示出了连接至独立推车运输系统的示例性控制系统。每个轨道部段312内设置有用以调节流向线圈50的电流的部段控
制器51，部段控制器51形成每个轨道部段312中的线性驱动系统的一部分。可选地，当每个移动器100沿着相应的部段312行进时，每个部段控制器51还可以对每个移动器100的运动控制的全部或一部分负责。根据本发明的一个实施方式，部段控制器51可以一起安装在控制柜中。线缆、多根线缆、单独的导体或其组合从控制柜延伸至每个部段12、14，以向线圈50输送电流并接收例如来自定位传感器150的反馈信号。在较小的系统中，每个部段控制器51和工业控制器200可以包括在单个控制柜中。根据轨道10的尺寸和布局，额外的控制柜可以分布在轨道周围，并且部段控制器51的一部分位于靠近其控制的轨道部段12、14的控制柜中。单独的控制柜和柜内的控制器经由网络介质160通信地连接。尽管在图9中被图示为轨道部段312外部的框，但是该图示是为了便于图示控制器之间的互连。根据又一实施方式，可以设想的是，每个部段控制器51可以安装在轨道部段312的下部部分319中。每个部段控制器51与相邻的部段控制器51和中央控制器170通信，中央控制器170又与工业控制器200通信。根据又一实施方式，中央控制器170可以被移除，并且中央控制器170的功能被结合到部段控制器51、工业控制器200或其组合中，并且每个部段控制器51可以直接与工业控制器200通信。
48.工业控制器200、例如可编程逻辑控制器(plc)可以构造成对沿着轨道10安置的生产线的元件进行控制。生产线可以构造成例如在移动器100沿着线路行进时对装载到移动器100上或由移动器100保持的盒子、瓶子或其他容器进行填充和标记。在其他实施方式中，自动机械组装站可以在由移动器100承载的工件上执行各种组装和/或加工任务。示例性工业控制器200包括：电源202，其具有例如连接至公用电源的电力线缆204；通信模块206，其通过网络介质160连接至其他控制器51、170；处理器模块208；输入模块210，其接收来自传感器或沿着生产线的其他装置的输入信号211；以及输出模块212，其将控制信号213传输到沿着生产线的受控装置、致动器等。处理器模块208可以识别移动器100何时需要处于特定位置，并且可以对传感器比如接近传感器、位置开关等进行监测以验证移动器100处于期望的位置。处理器模块208将每个移动器100的期望位置发送到中央控制器170或相应的部段控制器51，其中，接收的控制器操作成产生用于相应部段控制器51的每个线圈50中所需的电流的命令，从而控制每个移动器100的运动。可选地，工业控制器200可以包括位于底座的槽中的一个槽中的模块或者嵌入为在处理器模块208内执行的例程的模块，以执行命令生成的一部分，并且处理器模块208可以将当前命令发送到部段控制器而不是将期望的位置发送到部段控制器。
49.还参照图10，工业控制器200中的每个模块可以包括其自身的存储器和处理器，并且构造成执行与相应模块的期望操作相对应的一个或更多个例程。工业控制器的在图10中示出的部分示出了位于处理器模块208中的第一处理器207和第一存储器装置209、以及位于通信模块206中的第二处理器203和第二存储器205。背板连接工业控制器200内的每个模块，并且背板连接器201a、201b被示出为连接两个模块。虽然图示为直接连接两个模块，但是背板为沿着工业控制器的底座延伸的通信总线，并且用于模块的每个背板连接器201与通信总线上的互补背板连接器接合，该通信总线与底座上供模块插入其中的槽对准。通信模块206内的通信接口199构造成连接至工业网络160。
50.中央控制器170包括处理器174和存储器装置172。可以设想的是，处理器174和存储器装置172可以各自为单个电子装置或者由多个装置形成。处理器可以是微处理器。可选
地，处理器174和/或存储器装置172可以集成在现场可编程门阵列(fpga)或专用集成电路(asic)上。存储器装置172可以包括易失性存储器、非易失性存储器或其组合。可以为操作者提供可选的用户界面176以对中央控制器170进行配置并且以在中央控制器170上加载或配置移动器100的期望运动轨迹。可选地，该配置可以通过经由网络和通信接口178连接至中央控制器170的远程装置来执行。可以设想的是，中央控制器170和用户接口176可以是单个装置，比如膝上型电脑、笔记本电脑、平板电脑或其他移动计算装置。可选地，用户接口176可以包括一个或更多个单独的装置，比如键盘、鼠标、显示器、触摸屏、接口端口、可移动存储介质或介质读取器等，以用于从用户接收信息并向用户显示信息。可选地，中央控制器170和用户界面可以是安装在控制柜内的工业计算机并且构造成承受恶劣的操作环境。可以设想的是，如本领域中将理解的，在不偏离本发明的范围的情况下，可以利用计算装置和外围设备的其他组合并且这些组合可以结合到中央控制器170和用户界面176中。
51.中央控制器170包括存储在存储器装置172中供处理器174执行的一个或更多个程序。中央控制器170可以接收用于与工业过程或机器协调的指令。在称为“集中式”控制的一个方面，中央控制器170可以确定用于移动器100沿着轨道10遵循的一个或更多个运动轨迹。在处理器174上执行的程序经由网络介质160与每个轨道部段上的每个部段控制器51通信。中央控制器170可以向每个轨道部段中的部段控制器51传送命令信号，以控制线圈50的通电。中央控制器170可以接收与移动器100沿着每个轨道部段的标识和/或位置相对应的反馈信号，并且直接通过中央控制器170控制移动器100的运动。在本发明的一个实施方式中，可以设想的是，中央控制器170可以在工业控制器200中实现为在处理器模块208中执行的控制程序的一部分，或者实现为插入工业控制器200的槽中一个槽内的专用运动控制模块。
52.在称为“分布式”控制的另一方面，中央控制器170可以配置为将期望的运动命令或其一部分从中央控制器170传输至部段控制器51中的每个部段控制器。运动命令对待被定位在每个轨道部段312处或沿着每个轨道部段312移动的一个或更多个期望的移动器100进行识别。中央控制器170可以根据位于轨道部段312处或邻近轨道部段312的移动器100向每个部段控制器51分配运动命令。用于每个轨道部段312的相应的部段控制器51又可以为每个移动器100确定适合的命令信号，并将该命令信号传输至每个轨道部段中的一个或更多个动力部段，以控制线圈50的通电。分布式控制可以通过允许部段控制器51而不是中央控制器170进行控制从而将移动器100沿着轨道310驱动来使系统中的通信量最小化。在本发明的一个实施发生中，可以设想的是，中央控制器170可以在工业控制器200内实现为在处理器模块208中执行的控制程序的一部分，或者实现为插入工业控制器200的槽中的一个槽内的专用运动控制模块。
53.位置反馈系统向部段控制器51提供每个移动器100沿着轨道部段12、14的长度的位置信息。在一个实施方式中，位置反馈系统可以包括安装至移动器100的一个或更多个位置磁体130和沿着轨道部段12、14间隔开的传感器阵列150。再次参照图1，为了方便起见，仅图示了沿着一个轨道部段12的数个位置传感器150。可以设想的是，位置传感器150将沿着每个轨道部段12、14以及轨道10的整个长度连续。传感器150定位成使得位置磁体130中的每个位置磁体在移动器100经过每个传感器150时都靠近传感器。传感器150是适合的磁场检测器，其包括例如霍尔效应传感器、磁二极管、各向异性磁阻(amr)装置、大磁阻(gmr)装
置、隧道磁阻(tmr)装置、磁通门传感器或者配置成产生对应于磁场存在的电信号的其他微机电(mems)装置。磁场传感器150将提供给用于其上安装有传感器150的对应的轨道部段12的部段控制器51的反馈信号输出。反馈信号可以是提供给反馈电路58的模拟信号，反馈电路58又向处理器52提供对应于磁体130经过传感器150的信号。
54.部段控制器51还包括通信接口56，通信接口56接收来自中央控制器170、来自路径中的相邻的部段控制器51、和工业控制器200的通信。通信接口56从通信网络上的消息分组中提取数据并将该数据传递至处理器52，从而在部段控制器51中进行执行。处理器可以是微处理器。可选地，部段控制器51内的处理器52和/或存储器装置54可以集成在现场可编程门阵列(fpga)或专用集成电路(asic)上。可以设想的是，处理器52和存储器装置54可以各自为单个电子装置或者由多个装置形成。存储器装置54可以包括易失性存储器、非易失性存储器或其组合。部段控制器51接收移动器100的运动轨迹或期望运动，并且利用运动命令控制沿着由该部段控制器51控制的轨道部段312的移动器100。
55.每个部段控制器51产生开关信号，以在轨道部段312中的每个线圈50处产生期望的电流和/或电压，以实现移动器100的期望运动。开关信号72对用于部段控制器51的开关装置74的操作进行控制。根据所示实施方式，部段控制器51包括专用栅极驱动器模块70，专用栅极驱动器模块70从处理器52接收命令信号、比如待在每个线圈50中产生的期望电压和/或电流并且产生开关信号72。可选地，处理器52可以结合栅极驱动器模块70的功能并直接产生开关信号72。开关信号72被提供给每个轨道部段312中的功率转换部段，其中，每个功率转换部段包括多个功率开关装置74。开关装置74可以是由开关信号激活的固态装置，其包括但不限于晶体管、晶闸管或可控硅整流器。
56.在一个实施方式中，处理器52还可以接收来自传感器的反馈信号，从而提供电源部段内的当前操作状态或连接至电源部段的线圈50的当前操作状态的指示。根据所示的实施方式，电源部段在电源部段的输入部处包括电压传感器62和电流传感器60。电压传感器62产生电压反馈信号，并且电流传感器60产生电流反馈信号，其中，每个反馈信号对应于正导轨322上的操作状态。部段控制器51还接收与连接至电源部段的线圈50的操作相对应的反馈信号。电压传感器153和电流传感器151在电源部段的每个输出部处与线圈50串联连接。电压传感器153产生电压反馈信号，并且电流传感器151产生电流反馈信号，其中，每个反馈信号对应于相应线圈50的操作状态。处理器52执行存储在存储器装置54上的程序，以调节供应给每个线圈的电流和/或电压，并且处理器52和/或栅极驱动器70产生开关信号72，该开关信号72选择性地启用/禁用开关装置74中的每个开关装置，以在每个线圈50中实现期望的电流和/或电压。经通电的线圈50产生电磁场，该电磁场与每个移动器100上的驱动磁体140相互作用，以对移动器100沿着轨道部段12的运动进行控制。
57.接下来转到图11，图示了配置为对独立推车系统的性能进行监测的感测装置400的第一实施方式。根据本发明的一个实施方式，感测装置400包括发射器，该发射器构造成向轨道10上的移动器100发射信号401。信号401从100移动器反射离开。可以设想的是，信号401可以在多个方向上反射，但是信号的至少一部分朝向感测装置400反射回。信号401可以是提供移动器100的非接触式感测的任何适合的信号，包括但不限于激光束、超声波束、红外束、射频(rf)束或微波束。根据本发明的另一实施方式，感测装置400可以是高速相机并且在移动器100沿着轨道10行进时获取移动器100的图像。高速相机可以不发射任何信号，
或者可选地，可以发射光来照射移动器100。感测装置400包括接收器，该接收器构造成对从移动器100反射离开的信号401或信号401的一部分进行检测。感测装置400内的换能器将在接收器处检测到的信号401的一部分转换成反馈信号。反馈信号又可以被提供给工业控制器200以用于进一步处理。
58.感测装置400安装在致动器402上，致动器402构造成对感测装置400的取向进行调节。致动器402构造成使感测装置400移动或者使感测装置枢转，使得发射器和接收器沿着至少一个运动轴线改变取向。根据所示的实施方式，致动器402可以围绕轴线以弧形404旋转，从而使得感测装置400的面沿着移动器100的行进方向枢转。可选地，致动器402也可以构造成使感测装置沿着水平轴线406升高或降低，使得从感测装置400发射的信号401可以被调节成在不同高度处接合移动器100和/或调节成接合或检测安装在移动器100上的负载。致动器406接收来自工业控制器200的命令信号，并且响应于接收到的命令信号对感测装置400进行定向。致动器406还可以包括例如位置传感器，该位置传感器针对工业控制器200生成与致动器的当前取向以及进而感测装置400的当前取向对应的反馈信号。致动器406还可以构造成在多个轴线上枢转、例如上下旋转或横向旋转，使得感测装置400可以在三个维度中被定向成面向移动器中的一个移动器。
59.根据图11所示的实施方式，感测装置400安装在位于固定位置处的三脚架410上。感测装置400可以最初被定向在期望的位置并且然后监测移动器100的操作。可选地，感测装置400可以附连至根据应用要求的另一刚性安装件，比如嵌入到地板或者建筑物的结构钢或者独立推车系统的框架中的柱。将感测装置400安装在固定位置提供了已知的参考系，如由xf轴、yf轴和zf轴所图示的，感测装置400位于该参考系处。还可以为感测装置400限定与接收器的位置对应的第二参考系，如由xs轴、ys轴和zs轴所图示的。固定参考系的原点可以从感测参考系的原点偏移已知的量。替代性地，固定参考系的原点和感测参考系的原点可以随着致动器402调节感测装置的位置而变化。工业控制器200可以包括限定了不同参考系之间的关系的表格，使得在一个参考系中进行的、如根据来自致动器的反馈信号确定的测量可以根据需要转换成另一参考系。接下来转到图12，可以设想的是，感测装置400可以安装至移动平台420。移动平台可以限定致动器参考系，如由xa轴、ya轴和za轴所图示的，并且移动平台可以由工业控制器200控制。移动平台420可以构造成沿着与移动器100沿着轨道的运动平行的方向422移动，并且移动平台420可以构造成与移动器100中的一个移动器的运动相协同地移动，使得感测装置400类似地与移动器相协同地移动。尽管图示为在单个方向422上行进的带轮平台，但是可以设想到的是，移动平台420可以构造成在多个方向上移动。移动平台420可以例如行进至所示轨道的任一部，或者跟随沿着曲线行进的移动器100。还可以设想的是，移动平台420可以构造成以悬置的方式移动，而不是沿着地面行进。移动平台420可以例如悬置于线缆或沿着平行轨道悬置。还可以设想的是，移动平台可以是无人机，其构造成将感测装置400定位在被观察的移动器100和轨道10周围的任何期望位置。
60.在操作中，感测装置400可以由工业控制器200控制，以对独立推车系统的多种不同操作状态进行检测。接下来参照图13a至图13c，感测装置400可以构造成在单个移动器100沿着轨道10行进时对单个移动器100的操作进行监测。在图13a中，移动器100位于感测装置400的左前方的位置处。在图13b中，移动器100位于感测装置400的前方的中央位置处。
在图13c中，移动器100位于感测装置400的右前方的位置处。致动器406构造成在移动器100沿着轨道从图13a中的第一位置行进到图13b中的第二位置并行进到图13c中的第三位置时使感测装置旋转。在感测装置400跟踪移动器100的整个时间内，感测装置400从其发射器发射信号401并且对从移动器100反射离开的、入射到感测装置400的接收器上的信号401的部分进行检测。
61.根据本发明的一个实施方式，可以设想的是，从感测装置400发射的信号401为激光。感测装置400可以包括具有一对相对的镜的腔室，激光束在所述一对相对的镜之间以已知的波长反射。激光束的一部分从腔室经由发射器朝向移动器100发射。当激光束击中移动器100时，光在所有方向上反射。击中移动器100的激光束的一部分被反射回感测装置400的接收器并进入腔室，激光束在腔室中在相对的镜之间来回反射。入射到接收器上的反射光引起腔室内激光束的波长的偏移。波长的这种偏移可以用于确定感测装置400与移动器100之间的距离。当移动器100沿着轨道10行进时，测量的距离中的较小的变化可以指示移动器100的振动。可以设想的是，感测装置400可以构造成对由入射到接收器上的反射光产生的反馈信号进行一些初始处理。感测装置400可以输出与波长变化相对应或者与在移动器100上检测到的振动相对应的反馈信号。可选地，反馈信号可以直接对应于所测量的波长，并且接收反馈信号的工业控制器200可以确定移动器100上的振动。可以向移动器100发射其他这样的信号，比如超声波、红外线、微波、rf等，并且对经反射的部分进行检测以确定移动器的振动。在一些应用中，可能期望在移动器100上安装有目标物，其中，目标物被配置成将信号401分散在多个方向上，使得从感测装置400传输的信号的至少一部分被朝向感测装置反射回。
62.在其他应用中，可能期望保持感测装置400与移动器100之间的垂直关系，以使从移动器100朝向感测装置反射的信号401的量最大化。在这样的应用中，感测装置400可以安装至移动平台，如图12中所示出的。还参照图15a至图15c，移动平台可以与移动器100相协同地从左向右移动，并且感测装置400在移动器100沿着轨道10行进时可以保持在其中移动器100位于感测装置400前方中央位置的取向。图15a至图15c图示了沿着轨道10行进的两个移动器100a、100b，并且感测装置400跟踪第一移动器100a。在图15a中，第一移动器100a位于最靠左位置处(就这三个附图而言)，并且平台420定位成使得感测装置400在移动器100a处正交地发射信号401。在图15b中，第一移动器100a位于中心位置处(就这三个附图而言)，并且平台420再次定位成使得感测装置400在移动器100a处正交地发射信号401。在图15c中，第一移动器100a现在位于最靠右位置处(就这三个附图而言)，并且平台420仍然定位成使得感测装置400在移动器100a处正交地发射信号401。
63.工业控制器200构造成对致动器402和/或移动平台420进行控制，以保持感测装置400与移动器100之间的期望关系。工业控制器200还可以构造成生成移动器100的运动轨迹，并且因此已经具有运动轨迹的知识。可选地，工业控制器200可以经由工业网络160从生成轨迹的另一控制器接收运动轨迹。根据本发明的又一方面，工业控制器200经由工业网络160与部段控制器51和/或中央控制器170通信。分布式控制配置中的部段控制器51或集中式配置中的中央控制器170为移动器100生成运动轨迹。工业控制器200可以构造成直接利用这些运动轨迹来控制致动器402的运动。部段控制器51和/或中央控制器200可以将为移动器100生成的运动轨迹发射到构造成对致动器进行控制的工业控制器200，以用于控制致
动器的运动。因此，移动器100和致动器402可以共享单个运动轨迹，以便于使移动器与致动器之间的运动同步。图11中的工业控制器200将致动器402控制成使感测装置400枢转，以如图13a至图13c中所示的那样在移动器100沿着轨道10行进时跟踪移动器100。类似地，图12中的工业控制器200将移动平台420控制成使感测装置400平行于移动器100平移，以如图15a至图15c中所示的那样在移动器100沿着轨道10行进时跟踪移动器100。
64.接下来参照图14a至图14c，感测装置400可以构造成对多个移动器100在其沿着轨道10行进时的运行进行监测。在图14a中，第一移动器100a位于感测装置400的前方中央位置处。在图14b中，第二移动器100b位于感测装置400的前方中央位置处。在图14c中，第三移动器100c位于感测装置400的前方中央位置。在每种情况下，感测装置400可以构造成对每个移动器100的前边缘和后边缘进行检测。在已经存储了移动器100的宽度值的情况下，感测装置可以确定移动器100行进经过感测装置400所需的时间量。时间量和移动器的宽度可以用于产生与移动器100的行进速度相对应的反馈信号。可选地，反馈信号可以直接对应于入射在感测装置400的接收器上的反射光，并且工业控制器200可以确定移动器100的行进速度。该行进速度可以用于验证沿着轨道10间隔开的位置传感器150的正确操作。
65.接下来参照图16a和图16b，感测装置400可以构造成对移动器100在多个轨道10上的操作进行监测。根据所示的实施方式，第一轨道10a包括沿着该轨道行进的第一移动器100a。第二轨道10b包括沿着该轨道行进的第二移动器100b。可以设想的是，另外附加的轨道10可以定位在感测装置400周围，或者多个移动器100可以沿着轨道10中的任一轨道行进。工业控制器200生成用于致动器402的命令信号，以选择性地将感测装置朝向第一轨道10a或第二轨道10b定向。在图16a中，感测装置400朝向第一轨道10a上的第一移动器100a发射信号401，并且在图16b中，感测装置400朝向第二轨道10b上的第二移动器100b发射信号401。
66.再次参照图13、图15和图16，每个附图图示了跟踪单个移动器100的感测装置400。感测装置400可以被重置到初始位置，如每个附图的第一幅图像中所示出的，并且感测装置400可以在附加的移动器行进通过检测区域时跟踪附加的移动器。在某些实施方式中，附加的移动器100可以紧跟在第一移动器后面行进。例如，图15c图示了以一定间距跟随被跟踪的第一移动器100a的第二移动器100b，该间距对于感测装置400来说太近而不能在整个检测区域进行跟踪。在这样的应用中，感测装置400可以在一次通过时跟踪第一移动器100a，并且在第二次通过时跟踪第二移动器100b，此后在移动器之间交替进行跟踪。在另外的其他实施方式中，感测装置400可以例如每隔两个移动器进行跟踪，其中，轨道10包括总共十个移动器。于是，每个移动器100围绕轨道10每隔两次被跟踪到。可以采用调度单个感测装置400来跟踪移动器100的另外的其他方法，使得一个感测装置400可以提供与独立推车系统中的一个移动器、一部分移动器或者移动器中的每个移动器有关的反馈。
67.在已经从感测装置400接收到反馈信号的情况下，工业控制器200可以配置成对独立推车系统的操作状况进行检测。如前所述，感测装置400可以提供如下反馈信号：该反馈信号直接对应于所测量的值、比如从移动器100的表面反射的激光束的波长差或者直接对应于经处理的值、比如移动器100上存在的振动的幅度，如由从移动器的表面反射的激光束的波长变化所指示的。在直接提供反馈信号的情况下，工业控制器200可以执行控制程序中的指令，以将经测量的信号转换成诸如振动之类的处理变量。经测量的信号和/或经处理的
信号可以存储在工业控制器的存储器209中。在设定期间或在随后的学习运行期间，可以命令移动器100沿着轨道行进，并且可以存储经测量的信号的一个或更多个样本。在随后的运行期间，可以将经测量的信号和/或经处理的信号与所存储的值进行比较。如果新测量的值与初始存储的值之间的差超过预定的阈值，则工业控制器200可以生成指示移动器上的磨损或轨道上的磨损需要维护的消息。
68.工业控制器200还可以配置成将不同的移动器100的测量信号和/或处理信号相对于彼此进行比较。该比较可以确定例如移动器或轨道部段是否需要维护。可以在单个轨道部段12上跟踪多个移动器100。如果一个移动器100生成与其他移动器的相应反馈信号或处理信号不同的反馈信号或处理信号，则出现不同的移动器可能需要维护。相反，如果在多个轨道部段12上跟踪移动器100中的每个移动器，并且每个移动器100生成与其他移动器100的反馈信号或处理信号近似相等的反馈信号或处理信号，则不存在移动器100有问题的指示。然而，如果来自所有移动器的测量信号或处理信号沿着一个轨道部段与沿着其他轨道部段接收的测量信号或处理信号不同，则工业控制器200可以生成指示出现不同的轨道部段12需要维护的信息。
69.工业控制器200还可以配置成将不同的移动器100的测量信号和/或处理信号与预定的阈值进行比较。不是将信号与其他所存储的信号进行比较，而是移动器100的动态和/或沿着轨道部段12的期望性能可能是足够公知的，使得工业控制器200已经存储了待接收的测量信号和/或处理信号的期望值。阈值或与期望值的最大偏差可以存储在工业控制器200中。当工业控制器200检测到测量信号或处理信号超过最大值时，可以生成消息以提醒技术人员需要维护。
70.所提出的感测装置400提供了单个非接触式传感器，该非接触式传感器能够对沿着独立推车系统的多个移动器100的性能进行检测。即使能够向移动器100供电，每个移动器100仍需要安装至移动器的单独感测装置和单独通信电子器件，以提供用于每个移动器的单独感测。随着系统中存在的移动器100的数量增加，用于感测硬件和通信的费用类似地增加。相反，本系统允许单个感测装置400在每个移动器100行进经过感测装置的检测区域时对每个移动器100的性能进行监测。
71.应当理解的是，本发明不限于本文阐述的部件的构造细节和布置细节。本发明能够具有其他实施方式并且能够以各种方式实践或实施。前述方面的变化和修改都在本发明的范围内。还应理解，本文公开和限定的发明扩展到所提及的或根据文字和/或附图明显的各个特征中的两个或更多个特征的所有替代组合。所有这些不同的组合构成了本发明的各种替代方面。本文描述的实施方式解释了已知用于实施本发明的最佳模式，并且将使本领域其他技术人员能够利用本发明。
72.在前面的说明书中，已经参照附图描述了各种实施方式。然而，将明显的是，可以在不脱离如所附权利要求中阐述的本发明的更宽范围的情况下对其进行各种修改和改变，并且可以实现另外的实施方式。因此，说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的。