专利名称：数据库用的自动升降机及其定位方法
技术领域：
本发明涉及一种磁带数据库中所使用的照相机的定位装置及其定位方法，尤其涉及一种用于读取存放在磁带库巷道中的盒式磁带或其它载体上条形码的扫瞄器。
背景技术：
为了执行磁带库中的众多功能，使用了机器人系统。例如要在一台设备中对磁带进行运送，将它们输送到驱动器进行数据存储。磁带库的作用通常是对存放在硬盘系统或其它储存系统上的数据进行安全备份。这时通常会由一个行走在相应巷道中的机械臂负责拿取磁带或其它的储存载体，如硬盘或光盘等，将其输送到驱动器，并接着对相应的载体进行读写操作。由于上述过程均属于存取时间的组成部分，因而这些动作都是以很高的速度来完成的。为了能预先识别巷道中的载体类型，通常在它们的正面贴有条形码。在需要使用的情况下，通过一台在盒带正面驶过的行扫瞄照相机来读取条形码的内容。但使用照相机在经过盒带时进行扫瞄的方法并不是完美无缺的，因为经常会出现标签粘贴不正确的情况。
一些商用系统使用推动机械元件定位的方法来检查盒带是否放置在巷道中。并借助这种探测方法对照相机进行定位。由于这种机械方法耗资巨大，并且不准确，因而同样无法避免所读取的条形码内容不准确的现象出现。
基于这个原因，一些系统使用照相机来进行机器人系统的精确定位，让该照相机来充当机器人系统的眼睛。机器人系统中的控制器使用照相机对已知的目标对象进行搜索，然后借助该目标对象进行定位。该目标对象可以是一些被称为目标样本或识别样本的校准样本，它们通常很小。控制器从照相机接受报告机械臂与该目标对象相对位置的信号。控制器根据所获得的信息对机械臂进行定位，将光信息作为定位时的引导信号使用。
许多传统的定位装置都使用能提供两维像素图像的照相机。通过一台图像处理器对输出的像素信号进行处理，以便将相应的信息过滤出来。这类系统要对大量的信息进行处理。其结果必然是一方面需要大量的处理费用，另一方面还要承受这种两维照相机所产生的高额成本。
还有另外一种可能，即，使用行扫瞄照相机，该照相机仅记录一条线，因而属于单维照相机。但它需要和机械臂一起自行进行定位。由于机械臂的动作相对迟缓，一些小动作控制起来十分困难，因而整个定位过程将耗费大量的时间。此外，行扫瞄照相机还有一个缺点，即，它经常无法准确地分辨条形码的图像，因为如果条形码的粘贴位置不准确，则无法将信息完整地反映到一条线条上。在条形码的粘贴位置出现倾斜时，常会发生这种情况。这就充分证明了使用行扫瞄照相机的传统方法并不是最佳的解决方案，因为照相机的定位必须由机械臂自行完成，其控制过程需要耗费大量的时间，同时在扫瞄后照相机还要先回到它的起始位置，才能将盒带从巷道中取出。
为避免这些问题，专利US 5 403 140中提出了一种将行扫瞄照相机装在机械臂上的方法。为了能在机械臂上进行定位，该照相机使用一个伺服元件进行驱动，来读取载体上的单个或多个条形码，这样就避免了机械臂本身在定位时必须随着运动的问题。但它的缺点在于其需要使用一个附加的伺服元件，并且始终要进行全套的扫瞄，而不管所收集到的信息是否已经足够对条形码内容进行判断。
发明内容
因此，本发明的目的在于选择另一种途径来解决上述问题，在下列各项独立的申请专利范围中将对其进行具体地描述。
概括地说，用于读取条形码的照相机通过抓臂的传动装置来进行定位。在数据载体库里有一台自动升降机负责将数据载体从其各自的存放位置里取出，并将其输送到驱动器里或连接位置上，该自动升降机至少有一个抓臂，以便能抓住数据载体，并将其从存放位置或驱动器里取出来。这种抓取动作是通过钩住开槽或开孔来实现的。在某些实施例中也可以采用像钳子那样的夹紧方法来完成对数据载体的抓取动作。这至少需要两个抓臂，以便能像钳子那样来抓取数据载体。
装在自动升降机上的、可来回摆动的照相机负责读取标记。这里所说的标记既可以是数据载体上的条形码，也可以是用来对自动升降机进行定位用的标记。
由于照相机的视野有限，因此必须对它进行机械引导。如果使用比多维照相机便宜的行扫瞄照相机，则更有必要进行这种引导。这种引导是通过一个控制斜面实现的，在具体的实施方法中该斜面的形状可以是一个斜面的平台。该控制斜面设置在抓臂上，它以一种因果关系和照相机连接在一起，当抓臂偏移时，控制斜面可以改变照相机的定位角度。此时，照相机安装在一个可以围绕一个旋转点转动的杠杆臂上。照相机安装在杠杆臂上远离旋转点的一侧，这样就可以通过杠杆臂的长度和控制斜面的高度来确定照相机的定位角度。使用一条弹簧将杠杆臂压到斜面上。
采用上述方法，就可以通过抓臂抓取数据载体时所使用的同一个传动机构来改变照相机的位置。照相机因此可以通过抓臂的开合动作来进行定位。
在一个优选的实施例中，抓臂和一条齿条连接在一起，抓臂马达可以直接与该齿条啮合，也可以通过一个变速器间接地与该齿条啮合。
在另一个优选的实施例中，抓臂设置有一个平行于数据载体的区域，在该区域里设置有斜面平台，在该实施例中抓臂的这个区域至少是通过一台变速器传动的。抓臂基本上为L形状，并在该区域里沿着数据载体的侧面延伸。在这种情况下，可以通过将斜面平台沿着平行于数据载体向前端推动的方法使设置在上面的照相机开始向上运动。
根据不同的使用范围，需要有一个相应的控制装置来控制照相机的偏移运动，直到其能完整地读取条形码的内容为止。例如，摆动斜面行走到一半的位置就已经可以识别出了条形码的内容，则照相机会停止继续运动，因为它已经获取了所有的信息。
为了保持本发明的完整性，需要指出本发明中所指的数据载体可以是以下任何一种形式的载体磁带、硬盘、光电数据载体，如CD、DVD、或存储卡。具体在本发明相关的专利权主张中所例举出来的数据载体形式，对本发明没有任何限制。同样可以考虑使用像全息图数据载体或混合数据载体作为本发明中的所指的数据载体。
本发明的另一个组成部分是对安装在数据库的自动升降机上的照相机进行定位的方法。先将自动升降机在条形码的前面进行定位。接着，抓臂会进行偏转运动，使控制斜面运动，从而使照相机进行摆动。在摆动的过程中，照相机对图像信息进行读取。对条形码信息进行确认的图像信息处理过程，可以同时进行(逐行)或在其后接着进行。在一个优选的实施例中，照相机的摆动运动会在识别出条形码的内容后停止。
综上，根据本发明的数据库用照相机的定位装置，读取的条形码内容准确，不需要大量的处理费用和高额成本，也不需要使用附加的伺服元件。
图1是一个盒式磁带，也被称为卡带，其正面部分贴有条形码。
图2是图1所示的盒式磁带的正视图，其中，粘贴在其正面的条形码位置偏向上方。
图3是图1所示的盒式磁带的正视图，其中，粘贴在其正面的条形码位于中间位置。
图4是图1所示的盒式磁带的正视图，其中，粘贴在其正面的条形码位置偏向下方。
图5是图1所示的盒式磁带的正视图，其中，粘贴在其正面的条形码是倾斜的。
图6是带条形码的盒式磁带的正面，其中，条形码尽管粘贴在中间位置，但已经部分损坏。
图7是磁带库的立体示意图，图的顶部为驱动器，自动升降机的左右两侧分别为存放柜，带条形码的磁带就存放在该柜中的各个开槽里，自动升降机负责在驱动器和巷道之间输送磁带。
图8是图7所示的磁带库的俯视图，其中示出了一个抓臂，通过该抓臂来控制照相机的偏移运动。
图9是图7所示的磁带库的侧视图，其中示出了在存放柜或巷道之间有一个抓臂。
图10是图8中所示的A部分的详细图，图中示出了抓臂及其传动装置的情况。
图11a-图11f分别示出了拿取盒式磁带的各个步骤，其中示出了从抓臂定位、条形码读取一直到抓取盒式磁带，然后将盒式磁带收到自动升降塔中间位置的整个过程。
图12是照相机的正视图，其中示出了在抓臂上的斜面控制平台的控制下它正好转到中间位置。
图12a是图12所示的照相机的定位装置的侧视图，图中示出了扫描光束位于条形码的中央部位。
图13是照相机的正视图，其中示出了在设置在抓臂上的斜面控制平台的控制下照相机正在向上运动。
图13a是图13所示的照相机的定位装置的侧视图，图中示出了扫瞄光束正位于条形码的上部。
图14照相机的正视图，图中示出的照相机正处于尚未被设置在抓臂上的斜面控制平台控制的状态。
图14a是图14所示的照相机的定位装置的侧视图，图中示出了扫瞄光束正处于条形码的下部。
具体实施例方式
图1所示为一个盒式磁带或一个卡带11，其上面带有条形码12。图2至图6分别示出了条形码的不同粘贴位置以及它们在盒式磁带正面的形态。通常的做法是通过一台光学仪器，如条形码阅读器，在最简单的实施例中可以使用行扫瞄照相机来充当该阅读器，对盒式磁带的正面的条形码进行阅读。由于条形码的形式是最终用户决定的，并且通常是用手工粘贴到盒带正面的，因此可能会出现条形码粘贴在盒带正面的不同位置的情况。例如，图2中的条形码即被粘贴到盒式磁带的正面偏上的部位。图3中的条形码被粘贴到了最好的位置，即中间的位置。而图4中的条形码却又被粘贴到了偏下的部位。图5所示的情况更特别，条形码被斜着粘贴到盒式磁带的正面。图6中的条形码则已经部分被一条沿着条形码纵向延伸的白色条纹所损坏。除了图3所示的条形码外，行扫瞄照相机无法顺利地读取其它所有的条形码内容。以没有被粘贴到中间位置的条形码为例，行扫瞄相机在对盒带进行定心阅读时可能无法确定该条形码的内容。斜着粘贴的或被损坏的条形码同样有这样的问题。
图7为一个磁带库的立体示意图，图中的标号30为驱动器31(或英文所说的Drivers)接受盒带(驱动器盒)的区域。在驱动器接受盒带的范围30中的接受区域里设置有两个驱动器31，负责接受通过塔式自动升降机20输送来的盒式磁带11。在驱动器30的接受区域里，上面安装了两个驱动器，下面还有两个空位，可以在今后需要扩展系统时安装其它的驱动器。驱动器可以对盒式磁带盒11里的磁带进行读写操作，在本发明的情况下这些盒带均贴有条形码12。在该磁带库外壳中的两侧分别设置有存放柜10，柜上有存放盒带的开槽13，盒式磁带存放在巷道中的开槽里。带升降机(或自动升降机)21的自动塔20行走在存放柜之间。自动升降机安装在一个可以旋转的底板22上，这样它既可以在驱动器的方向上运动，又可以在存放柜的开槽方向上运动。在磁带库的地面范围装有一条齿条23，通过它来驱动自动升降机的运动。在本实施例中，底板22上还装有另一台传动装置。此外，还可以通过一条导轨24来稳定自动升降机的运动，最好的方法是将这条导轨和齿条平行配置。自动塔25本身负责对设置在自动升降机21上的抓臂进行垂直定位，使其可以拿取开槽里的盒带。它基本上属于一个能从巷道里取出数据载体，然后将其送到目的地，如驱动器的升降机系统。如果该数据载体为硬盘，则将其输送到连接位置。此外，升降机还可以沿着齿条23进行水平定位。
图8为自动升降机21的俯视图，图中的抓臂在图10中有着详细的介绍。可以看出抓臂有两个传动装置，一个控制抓臂的打开和闭合，另一个控制抓臂向着盒带方向的运动。图9为图7所示内容的另一个正视图，在该图中用多道虚线表示自动升降机，以显示它和数据载体11的相对位置。
图10为图8中所示A部分的详细截面图，这个截面图中包括两个抓臂251和齿条253，与齿条啮合的是一个齿轮，该齿轮既可以由一台抓臂马达直接控制，也可以通过一台变速器对其进行间接控制。齿轮在转动时可以使其中一个抓臂沿着一个方向运动，同时使另一个抓臂向反方向运动。这里所使用的抓臂结构在部分位置上为非同步结构，以便能使其同时配置在齿轮的两个侧面上。抓臂基本上为L形状，通过齿轮来控制它的打开和闭合，使它能像钳子那样将数据载体或盒带11的侧面抓住并保持着夹紧状态。另一条齿条256通过传动装置255和变速器257来控制抓臂的水平驱动。抓臂安装在一个平台上，因此可以向盒带或数据载体11的方向运动。抓臂抓住数据载体11后，可以通过数据载体的水平传动装置返回到其在自动升降机21的原始位置上。
按照本发明方法所配置的照相机254位于抓臂的上方。作为其它选择同样可以考虑将其安装在抓臂的下方或侧面。通过杠杆臂258对照相机254或条形码阅读器，最好的选择是用行扫瞄照相机进行定位。杠杆臂的一端是和转动点261连接在一起的，可以来回转动。它的另一端支撑在抓臂范围上，可以有多个支撑点，此外，在它的另一端上装有照相机254。
图11a至11f揭示了自动升降机21的定位过程，条形码的扫瞄过程以及随后装载卡带11的过程。从图11a可以看出，自动升降机21是通过自动塔25的运动定位在盒带的前面。随后照相机如图11b和11c所示对盒带的条形码进行扫瞄。在图11c里可以看到，抓臂为了能对贴标或条形码进行完整的扫瞄，正在运动。这种情况通常发生在使用图11b中所示的默认设置无法获得合理的扫瞄结果的时候。只有在这种情况下才需要通过抓臂的移动来进行大面积的扫瞄并对照相机进行定位。在成功扫瞄及系统确认正确的盒带后，上面设置有抓臂的平台会向盒带的方向运动，并且使抓臂夹住盒带的边缘部分(图11d)。图11e中显示了将盒带从开槽13拉向自动升降机21的情况。图11f所示的情况是盒带已经被拿取到自动升降机上，暂时还没有向另一个开槽或驱动器输送的情况。
图12和12a所示为通过一个斜面形状的斜面控制平台270使照相机进行偏移运动的情况。控制斜面270设置在抓臂251上，并沿着抓臂的上沿向上延伸。在本发明的这个实施例中，控制斜面向上伸展，在照相机和平台连接的区域里设置有滑靴269，用来避免照相机的磨损。通过一个压力弹簧259将照相机254压向斜面的斜坡方向。压力弹簧安装在照相机的上方，弹簧的上部由一个框架或外壳来限制其位置。齿条253和变速器267以及和抓臂马达266连接的齿轮(主动小齿轮)268驱动抓臂251进行运动，通过抓臂的这种运动，斜面平台会改变其水平位置，并将照相机向上挤压或者让其向下滑动。就像我们在图13和13a或者图14或图14a中所看到的情况一样。
照相机安装在杠杆臂258上，该杠杆臂支撑在一个作为转动点261的水平轴线上。此外，自动塔还设置有一个传感单元262，它的作用是使自动升降机21能在开槽前面的正确位置上定位。在开槽的侧壁110上设置有一个反射单元113，由它来通知传感器或发光二极管元件，自动升降机已经在开槽的前面到达了正确高度。通过抓臂马达的传动来改变照相机的偏转角度，使其能对数据载体或卡带11的整个正面进行全面的扫瞄。扫瞄光柱265显示了各附图中对条形码的遮盖情况。需要有一个相应的控制装置将反映局部的各张照片拼凑成一张完整的照片，这样就保证了照相机运动和各张局部拍摄的照片之间的同步状态。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。在上述实施例中，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
符号说明25 自动装置 251 抓臂252 抓臂马达 253 抓臂夹钳的齿条254 条形码阅读器 255 自动装置的水平马达256 操作抓臂的齿条 257 变速器，水平马达258 杠杆臂条形码阅读器 259 力弹簧条形码阅读器261 转动点条形码阅读器 262 发光二极管/传感器单元265 扫瞄光束 266 抓臂马达
267 抓臂马达变速器 268 抓臂的主动小齿轮269 斜面平台上的条形码阅读器滑靴270 斜面平台 20 带升降机的自动塔21 自动升降机 22 可旋转的底板23 自动装置的齿条 24 自动装置的导轨25 自动塔 10 存放柜11 卡带 12 卡带上的条形码13 存放柜上没有装卡带的空开槽
权利要求
1.一种数据库用的自动升降机(21)，其适合管理存放在开槽(13)中的数据载体(11)，所述数据载体上设置有条形码(12)，所述自动升降机(21)的作用是输送所述数据载体(11)，包括至少一个用于抓取所述数据载体的抓臂(251)；至少一台安装在所述自动升降机上的、可以来回摆动的照相机(254)；以及至少一个和所述抓臂(251)连接的控制斜面(270)，所述控制斜面和所述照相机(254)相接，使得所述抓臂(251)在进行偏移运动时，所述控制斜面可以改变所述照相机(254)的定位角度。
2.根据权利要求1所述的自动升降机(21)，其中，改变所述照相机位置所使用的传动装置(266，267，368，253)，和通过所述抓臂(251)抓取所述数据载体时所使用的传动机构为同一机构。
3.根据上述任意一项权利要求所述的自动升降机(21)，其中，所述照相机可以通过所述抓臂(251)的打开和关闭动作来进行定位。
4.根据上述任意一项权利要求所述的自动升降机(21)，其中，所述控制斜面为一个斜面平台(270)，通过它可以对所述照相机(254)的高度进行定位，这时所述照相机应该能围绕着一个转动点(261)来回摆动，所述转动点最好设置在和所述斜面平台(270)有一定间隔的位置上。
5.根据上述任意一项权利要求所述的自动升降机(21)，其中，所述抓臂有一个平行于所述数据载体的区域，所述斜面平台(270)即设置在所述区域里，至少所述抓臂的这个区域通过变速器(267，268，256)传动。
6.根据上述任意一项权利要求所述的自动升降机(21)，其中，将所述斜面平台(270)平行地沿着所述数据载体的前端推动，推动时所述平台倾斜地向上伸展，通过所述平台的运动使装在上面的所述照相机向上运动。
7.根据上述任意一项权利要求所述的自动升降机(21)，其中，至少要使用两个所述抓臂(251)来抓取所述数据载体，至少要在其中一个所述抓臂上设置一个能在所述抓臂的抓取过程中随动的所述斜面平台(270)。
8.根据上述任意一项权利要求所述的自动升降机(21)，其中，所述照相机放置在一个杠杆臂(258)上，所述杠杆臂的一端在所述转动点(261)上枢转，而其另一端则支撑在所述斜面平台(270)上。
9.根据上述任意一项权利要求所述的自动升降机(21)，其中，一个压力弹簧(259)将所述杠杆臂(258)向所述斜面平台(270)方向挤压。
10.根据上述任意一项权利要求所述的自动升降机(21)，其中，所述照相机为一台条形码阅读器(254)。
11.根据上述任意一项权利要求所述的自动升降机(21)，其中，所述抓臂上设置有齿条(253)，所述齿条可以直接与抓臂马达(266)相啮合，也可以间接地通过所述变速器(268，267)和马达啮合。
12.根据上述任意一项权利要求所述的自动升降机(21)，其中，由一控制装置来控制所述照相机的偏移运动，直到能完整地读取条形码的内容为止。
13.根据上述任意一项权利要求所述的自动升降机(21)，其中，所述数据载体可以是下列任意一种载体磁带、硬盘、光数据载体、闪存、全息图像数据载体、混合数据载体。
14.对一台安装在自动升降机(21)上的照相机进行定位的方法，所述升降机适用于管理存放在开槽(13)中的数据载体(11)的磁带库，所述数据载体上带有条形码(12)，所述自动升降机(21)的任务是运送所述数据载体(11)，它至少由一个用于抓取所述数据载体的抓臂(251)，一台安装在所述自动升降机(21)上可以来回摆动的照相机(254)，一个和所述抓臂(251)连接在一起的控制斜面(270)组成，而所述控制斜面和所述照相机(254)相接，使得所述抓臂(251)在进行偏移运动时，所述控制斜面会改变所述照相机(254)的定位角度，整个过程由以下步骤组成在所述条形码的前面对所述自动升降机进行定位；所述抓臂进行偏移运动，使所述控制斜面运动，从而使所述照相机来回摆动；在来回摆动的过程中，所述照相机对图像信息进行读取；以及对所述图像信息进行处理以确定所述条形码的信息内容。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，改变所述照相机位置所使用的传动装置(266，267，368，253)，和通过所述抓臂(251)抓取所述数据载体时所使用的传动机构为同一机构。
16.根据权利要求14-15中任意一项所述的方法，其中，所述照相机读取图像信息的过程和所述照相机的来回摆动过程是同步进行的。
17.根据权利要求14-16中任意一项所述的方法，其中，所述控制斜面为一个斜面平台(270)，通过它可以对所述照相机(254)的高度进行定位，这时所述照相机应该能围绕着一个转动点(261)来回摆动，所述转动点最好设置在和所述斜面平台(270)有一定间隔的位置上。
18.根据权利要求14-17中任意一项所述的方法，其中，所述抓臂有一个平行于所述数据载体的区域，斜面平台(270)即设置在所述区域里，至少所述抓臂的这个区域通过变速器(267，268，256)传动，以使所述照相机的高度得以定位。
19.根据权利要求14-18中任意一项所述的方法，其中，将斜面平台(270)平行地沿着所述数据载体的前端推动，推动时所述平台倾斜地向上伸展，通过所述平台的运动使装在上面的所述照相机向上运动，在所述平台返回时使所述照相机向下运动。
20.根据权利要求14-19中任意一项所述的方法，其中，至少要使用两个所述抓臂(251)来抓取所述数据载体，至少要在其中一个所述抓臂上设置一个能在所述抓臂的抓取过程中随动的斜面平台(270)。
21.根据权利要求14-19中任意一项所述的方法，其中，所述照相机放置在一个杠杆臂(258)上，所述杠杆臂的一端在转动点(261)上枢转，而其另一端则支撑在斜面平台(270)上，以此通过杠杆臂的倾斜来引导所述照相机的偏移运动。
22.根据权利要求14-21中任意一项所述的方法，其中，一个压力弹簧(259)将杠杆臂(258)向斜面平台(270)方向挤压，使所述杠杆臂能在斜面平台运动时始终支撑在平台上。
23.根据权利要求14-22中任意一项所述的方法，其中，所述照相机可以读取一列列的条形码。
24.根据权利要求14-23中任意一项所述的方法，其中，所述抓臂上设置有齿条(253)，所述齿条可以直接与抓臂马达(266)相啮合，也可以间接地通过变速器(268，267)和马达啮合。
25.根据权利要求14-24中任意一项所述的方法，其中，由一控制装置来控制所述照相机的偏移运动，直到能完整地读取所述条形码的内容为止。
26.根据权利要求14-25中任意一项所述的方法，其中，所述数据载体可以是下列任意一种载体磁带、硬盘、光数据载体、闪存、全息图像数据载体、混合数据载体。
27.根据权利要求14-26中任意一项所述的方法，其中，为了能读取所述条形码，所述自动升降机在水平方向上并没有完全向数据载体靠拢，而是停在一定的距离之外，使所述抓臂在引导所述照相机的过程中可以空载地进行开合动作。
全文摘要
本发明公开了一种自动升降机，该自动升降机在数据载体库里负责将数据载体从其各自的存放位置里取出，并将其输送到驱动器里或连接位置上。该自动升降机至少有一个抓臂，以便能抓住数据载体，并将其从存放位置或驱动器里取出来。这种抓取动作是通过钩住开槽或开孔来实现的。在某些实施例中也可以采用像钳子那样的夹紧方法来完成对数据载体的抓取动作。这至少需要两个抓臂，以便能像钳子那样来抓取数据载体。装在自动升降机上的、可来回摆动的照相机负责读取标记。这里所说的标记既可以是数据载体上的条形码，也可以是用来对自动升降机进行定位用的标记。来回摆动的动作是通过一设置在抓臂上的斜坡平台来完成，而该抓臂是使用一驱动器。
文档编号B65G1/04GK1967689SQ200610066780
公开日2007年5月23日 申请日期2006年4月13日 优先权日2005年11月14日
发明者沃夫根·汉 申请人:Bdt公司