包裹分拣传送模块和系统及其方法与流程

本公开总体涉及物料处理系统，并且具体地涉及具有旋转元件的塑料输送器带和简单驱动部件，其被用来构造可以用于转移和分拣信件、捆扎物、包裹、邮包等的各个传送模块。

背景技术：

在美国和发展中国家，通过物料处理系统运输和分拣的产品的量急剧增加。这种量的增加很大程度上可以归因于“订单履行中心”的兴起，其中货物被分拣以便通过各种分配渠道分配给企业和客户。

自动分拣机系统是使这些组织能够处理大量的包裹并在包裹从发送者移动到接收者时按目的地收集它们的关键技术之一。高速、低成本和自动运行是该业务中效率与竞争力的关键技术。两种最常见的分拣机类型是“环路(loop)”分拣机和“线性(linear)”分拣机。

环路分拣机通常安置在大型建筑物中，并且它类似于以一定速度绕闭合环路移动的具有多个包裹保持分段(下文中称为“车厢”或“分拣机托盘”)的小型列车。在环路的一个部分处，包裹在所谓的“导入平台”处移动到分拣机的各个车厢上。当分拣机车厢绕环路移动时，存在多个被称为“分拣点”的位置，在这些位置，列车的内容物可以移出或分拣到等待容器或随后的输送器中。使用各种技术将产品从分拣机车厢中“移出”，并且这些技术包括：使车厢向侧部倾斜、驱动在车厢顶部的横向输送器带、或者将产品通过具有炸弹舱式门推出车厢。

线性分拣机执行与环路分拣机相同的运输和分拣功能。这种类型的分拣机将产品导入到单个直线输送器上，其中包裹可以被排出到定位在分拣机脊部的右侧或左侧的容器中。输送器自身具有使包裹在精确的时间移动到右侧或左侧以卸放到由分拣机系统指定的等待容器中的特征。典型的卸放方法包括“鞋式分拣机”，其中输送器上的特征向右或向左移动以移动包裹，以及“推动器”，其中一些外部致动器与包裹交接并将包裹从分拣机上向右或向左推开。

最近，有这样一个系列的分拣机，其使用链接的塑料输送器带，该塑料输送器带具有嵌入在输送器带结构中的旋转元件，比如公布的专利申请us2011/0022221中所公开的。旋转元件的顶部接触正在运输的产品，并且旋转元件的底部接触输送器带自身下方的固定或移动特征。当这些旋转元件触碰输送器带下方的特征时，它们的旋转行为可以改变，并且这将改变由此导致的顶部表面上的产品的移动。这些分拣机通常由具有多个区域的单一长度的塑料输送器带构成，其中输送器下方的特征可以激活产品并将产品从主流动中转移出去。这些分拣机的长度需要更大功率的驱动系统，并且整个输送器带必须保持运动，以便在分拣机的长度上移动产品。

存在对改进的分拣系统和方法的需要。

技术实现要素：

应理解的是，以下概述和详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在提供对要求保护的本发明的进一步说明。以下概述或描述都不旨在将本发明的范围限定或限制为概述或说明书中提到的特定特征。

在某些实施例中，所公开的实施例可以包括本文描述的特征中的一个或多个。

一种新型低成本方法，其允许构造可以单独用于传送包裹的各个传送模块。这些相同的传送模块可以与其它模块组合，以创建几乎任何长度或尺寸的分拣机。每个传送模块具有自己的简单驱动系统，其可以为每个单独的模块使用更小且更低功率的部件，而不是在大型线性或环路分拣机中所使用的大型集中式高功率驱动系统。每个传送模块可以独立地运行，以便在存在产品时只为该模块提供动力就能够移动产品。传送模块的设计和运行提供了许多好处，包括更低的成本、更低的噪音、更低的磨损以及更少的队列问题。用这些单独的传送模块构造分拣机具有安装灵活、更低的功率消耗以及未来改变尺寸和构造的能力等额外的好处。

传送模块可以由一定长度的塑料输送器带构成，其中输送表面包括多个自由旋转的球，球的表面略微在带的上方和下方延伸。这些旋转元件可以是自由旋转的球体或辊，具有安装在旋转组件中的轮轴，所述旋转组件具有导致组件连同所述辊响应于骑跨在下方的次级移动带上的输送器带的复合运动而转动的几何形状。塑料输送器带在支撑表面上以连续环路运转，这导致所述球因它们与下方的表面接触而旋转。顶部表面上的包裹通过触碰多个球而被推动，并且其速度也由于与输送器带本身的平移速度组合的旋转元件的切向速度而增加。

第二扁平带作为用于塑料输送器带的旋转元件的支撑结构而定位在下方。使用带是一种用于接触旋转元件的大面积的具有成本效益的方式。当第二扁平带移动时，它将向塑料输送器带的旋转元件施加复合运动，这将导致骑跨在旋转元件的顶部上的包裹改变方向。

一种具体构造是将第二扁平带定向成与具有旋转元件的塑料输送器带的运动方向成90度。当第二扁平带向右或向左移动时，它将向塑料输送器带的旋转元件施加运动，以使输送表面上的包裹向右或向左方向移动。计算机控制系统在正确的时间激活次级带。当带被控制系统控制时，这种方向上的改变可以用于使包裹移出并移动到不同的输送器部段上，并且从而将包裹分拣到不同路径。

如果许多传送模块串联设置，则控制系统可以追踪各个包裹并控制各个传送模块以创建分拣机系统。分拣机系统的这种模块化方式不同于传统的环路分拣机或线性分拣机，并且允许高度的定制化以满足可以安装它们的位置的操作约束。当将来分拣需求改变时，可以添加或减除模块。可以在沿着输送器路线的特定区域中对模块进行分组，并且其它特征(比如弯曲、斜面和升降机)可以结合到整个分拣机设备中。

模块化概念的特征包括在模块之间传送产品的物理能力和用于多个单独的传送模块的低成本驱动系统。用于驱动塑料输送器带的传统方法是利用在输送器部段的两个端部处安装在公共轴上的多个链轮型元件。链轮元件与塑料输送器带中的特征接合。链轮轴可以由带驱动器、齿轮驱动器、内部电机或其它装置供以动力，从而提供动力以使链轮旋转并移动塑料输送器带。

本发明的一些实施例利用由带驱动器、齿轮驱动器、内部电机或其它装置驱动的特殊轮廓的辊以基于摩擦的方式代替链轮驱动系统。该轮廓的辊具有容纳塑料输送器带的特定特征，从而既提供了推动塑料带的摩擦表面又提供了用于辊元件的间隙。

该轮廓的辊被设计成与塑料辊带的几何形状交接。一种简单的设计可以是高摩擦材料的柱形辊，其形状设计为包括沿着其长度的柱形凹槽，以允许用于塑料带的成行的旋转元件的间隙。这些凹槽的深度可以根据应用而选择。对于非常小的包裹，凹槽的深度可以设计成使得旋转元件接触凹槽内的辊，以防止它们在所述辊的其余表面接触塑料带本身的同时旋转。以这种方式，非常小的包裹也可以通过旋转元件移动，并且将在旋转元件因与辊凹槽接触而“锁定”时通过绕驱动辊单独平移而继续移动。使用这种方式，可以避免旋转元件自由转动并且不向包裹提供移动动力的“死区”。

在具有旋转元件的塑料输送器系统的构造和设计上，所述轮廓的摩擦驱动辊具有很多其它益处。通过在现有的驱动辊上添加覆盖物，可以廉价地制造摩擦驱动辊。该特征可以容易地添加到机动驱动辊(mdr)，所述机动驱动辊是许多现代输送器系统中使用的常见驱动元件。

由于不需要链轮齿，因此添加覆盖物的摩擦驱动器的直径可以保持最小。直径最小化允许多个输送器部段首尾相连地设置，同时使输送表面之间的过渡中的不连续最小化，从而容纳较小的包裹。

由于摩擦驱动辊可以利用由悬挂在所述辊下方和之间的返回输送器的小悬链力维持的摩擦来推动塑料输送器，所以简化了传送模块的设计。不需要张紧机构或进行频繁的调节。

链轮型驱动系统由于机械接口而易于磨损，并且它们需要小心的张紧。链轮齿以及塑料输送器本身的节距长度可能磨损。任一种情况都可能需要替换链条和链轮。

在本发明的一些实施例中提出的摩擦驱动器不具有该限制。接触位置是任意的，并且因此对磨损或节距长度不敏感。

由于链轮齿与塑料输送器之间存在机械接口，所以链轮驱动器也会产生更多噪音。对于必须与共享同一工作空间的工人一起连续运转的大型链轮驱动系统的商业使用而言，这是一个明显的缺点。摩擦驱动系统提供了安静且不会随磨损而改变的更平稳的动力传输。

被激活以改变正在运输的包裹方向的次级扁平带具有特定的特征以能够实现这种包裹传送方法。当具有旋转特征的塑料输送器带运动时，将频繁地激活次级扁平带。同时移动两个带将以最大速度频繁地进行传送运动。这在分拣速度对整体运行很关键的分拣机应用中很重要。同时移动两个带向两个带施加显著的侧部载荷。模块的顶部表面上的特征和沿着塑料带的侧部的特征可以约束其侧向偏转并沿边缘提供支承表面。下方的次级扁平带可以是薄得多的型材，并且在塑料带下方提供支承表面以约束下方的扁平带的侧向偏转的空间较小。在传送模块设计中可以使用替代方法来固定次级扁平带并控制其偏转。该带的背侧上的型材可以用来与驱动辊上的以及输送器床(所述带骑跨在其上)上的配合型材交接。该型材抵抗带的侧向偏转，而不是沿侧部约束所述带。可以以任何组合使用多种型材和配合凹槽以及甚至冠状辊来抵抗最强烈的侧部载荷。

一种新型传送模块组件，具有：框架；输送器带，其具有内部旋转元件，其中输送器带由框架支撑；输送器驱动辊，其由框架支撑并且被构造成驱动输送器带；扁平传送带，其安装在输送器带下方并且被构造成在运行时接触输送器带的内部旋转元件的下侧；以及扁平传送带驱动辊，其由框架支撑并且被构造成驱动扁平传送带。输送器驱动辊是基于摩擦的并且在不使用链轮的情况下运行，并且具有用于接收输送器带的内部旋转元件的凹部。

在一些实施例中，凹部是间隔开以匹配输送器带的内部旋转元件的间隔的凹槽，所述凹槽的深度和几何形状被构造成在输送器带的表面与输送器驱动辊之间提供多个接触点。

在一些实施例中，输送器驱动辊具有摩擦涂层，该摩擦涂层包括橡胶处理的套筒或护套。

在一些实施例中，输送器带和扁平传送带构造成在不同方向上被驱动。扁平传送带构造成被驱动的方向可以垂直于输送器带构造成被驱动的方向。扁平传送带上的追踪特征可以被构造成抵抗扁平传送带的偏转。在一些实施例中，追踪特征包括扁平传送带驱动辊上的追踪凹槽以及扁平传送带上的与追踪凹槽接合的特征。在一些实施例中，该组件包括在扁平传送带下方的低摩擦滑块床的支撑表面，并且追踪特征包括结合在滑块床中的追踪凹槽，所述追踪凹槽与扁平传送带驱动辊中的追踪凹槽对齐。

在一些实施例中，输送器驱动辊利用由输送器带的悬挂在输送器驱动辊下方和之间的返回部分的悬链力维持的摩擦来推动输送器带，并且输送器驱动辊不具有张紧机构。

在一些实施例中，该组件包括控制单元，其被构造成控制输送器带和扁平传送带的移动速度和方向，并且该控制单元被构造成控制输送器带和扁平传送带的相对速度和方向，以实现输送器带上的物体在预定方向上的移动，其中预定方向可以是沿着输送器带的表面的任何方向。

一种新型分拣机，包括：串联布置的多个如上所述的传送模块组件；导入平台，其被构造成收集关于待输送物体的信息并将物体导入到多个传送模块组件上；区域传感器，其被构造成确定物体在多个传送模块组件上的进度；卸放箱，其被构造成从多个传送模块组件上接收物体；以及控制系统，其被构造成从区域传感器接收关于物体在多个传送模块组件上的进度的数据，并且基于所接收的数据激活传送模块以将物体卸放到适当的卸放箱中。

在一些实施例中，多个传送模块组件中的每一个都被构造成由控制系统独立地控制。

一种新型分拣方法，包括：将第一物体放置到如上所述的分拣机上；追踪第一物体的位置；确定第一物体的期望移动方向；以及控制其上定位有第一物体的模块的输送器带和扁平传送带的运动速度和方向，以便使第一物体在期望方向上移动。

一种新型传送模块组装方法，包括：提供框架；将具有内部旋转元件的输送器带支撑在框架上；将输送器驱动辊支撑在框架上并构造所述输送器驱动辊以驱动输送器带；在输送器带下方安装扁平传送带并构造所述扁平传送带以在运行中接触输送器带的内部旋转元件的下侧；以及将扁平传送带驱动辊支撑在框架上并构造所述扁平传送带驱动辊以驱动所述扁平传送带。输送器驱动辊是基于摩擦的并且在不使用链轮的情况下运行，并且具有用于接收输送器带的内部旋转元件的凹部。

在一些实施例中，所述凹部包括间隔开以匹配输送器带的内部旋转元件的间隔的凹槽，所述凹槽的深度和几何形状被构造成在输送器带的表面与输送器驱动辊之间提供多个接触点。

在一些实施例中，输送器驱动辊具有摩擦涂层，该摩擦涂层包括橡胶处理的套筒或护套。

在一些实施例中，输送器带和扁平传送带构造成在垂直方向上被驱动。该方法还可以包括提供追踪特征以及构造所述追踪特征以抵抗扁平传送带的偏转，并且追踪特征可以包括在扁平传送带驱动辊上的追踪凹槽以及在扁平传送带上的与所述追踪凹槽接合的特征。该方法还包括在扁平传送带下方提供低摩擦滑块床的支撑表面，追踪特征包括结合在滑块床中的追踪凹槽，所述追踪凹槽与扁平传送带驱动辊中的追踪凹槽对齐。

在一些实施例中，输送器驱动辊利用由输送器带的悬挂在输送器驱动辊下方和之间的返回部分的悬链力维持的摩擦来推动输送器带，并且输送器驱动辊不具有张紧机构。

在一些实施例中，该方法还包括：提供控制单元，其被构造成控制输送器带和扁平传送带的移动速度和方向；以及构造所述控制单元以控制输送器带和扁平传送带的相对速度和方向，从而实现输送器带上的物体在预定方向上的移动，其中预定方向可以是沿着输送器带的表面的任何方向。

本发明的这些和进一步的以及其它的目的与特征在本公开中是显而易见的，所述公开包括上述和正在进行的书面说明以及附图。

附图说明

结合在本说明书中并形成本说明书的一部分的附图示出了示例性实施例，并且与描述一起进一步用于使相关领域的技术人员能够制作和使用这些实施例以及对本领域技术人员显而易见的其它实施例。

图1示出了根据本发明实施例的传送模块。

图2示出了根据本发明实施例的链轮驱动器。

图3示出了根据本发明实施例的链轮驱动器轴。

图4示出了根据本发明实施例的辊驱动器。

图5示出了根据本发明实施例的驱动辊。

图6示出了根据本发明实施例的追踪特征。

图7示出了根据本发明实施例的传送带与滑块床接口。

图8示出了根据本发明实施例的分拣机构造。

具体实施方式

本公开详述了包裹分拣传送模块和系统及其方法。本说明书公开了结合本发明的特征的一个或多个实施例。所描述的实施例以及说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等的引用表示所描述的实施例可以包括具体的特征、结构或特性。这些表述并不一定是指同一实施例。当结合实施例描述具体的特征、结构或特性时，本领域技术人员可以结合其它实施例(无论是否明确描述)实现这种特征、结构或特性。

在若干附图中，相同的附图标记即使在不同的附图中也可以用于具有相同功能的相同元件。所描述的实施例以及其详细构造和元件仅仅被提供用于帮助对本发明的全面理解。因此，显而易见的是，本发明可以以各种方式执行，而不需要本文所述的任何特定特征。而且，众所周知的功能或构造不再详细描述，因为它们会以不必要的细节模糊本发明。除非另有特定说明，否则示图/附图中的任何信号箭头应仅被认为是示例性的，而非限制性的。

本说明书不应认为具有限定意义，而仅用于说明本发明的一般原理的目的，因为本发明的范围由所附权利要求最佳限定。

应当理解，尽管本文可以使用术语第一、第二等来描述各个元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于一个元件与另一个元件区分开。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件，而不脱离示例性实施例的范围。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目中的任何一个及所有组合。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。

还应注意，在一些替代实施方式中，所记载的功能/动作可以不按图中记载的顺序发生。例如，根据所涉及的功能/动作，连续示出的两幅图实际上可以基本上同时执行或者有时可以以相反的顺序执行。

图1示出了传送模块组件的整体描绘，其中顶部输送器带被部分地切除以暴露下方的组件。框架100提供了结构部件以支撑安装在扁平传送带400上方的具有内部旋转元件300的塑料输送器带200。该框架支撑塑料输送器驱动辊500以及在下方并以90度安装的扁平传送带驱动辊600。通过这种构造，塑料输送器带的旋转元件在扁平传送带上移动，所述扁平传送带可以被激活并向右或向左且与塑料输送器带的运动方向成90度地移动。

图2示出了一种传统方式，其中塑料输送器带利用链轮式驱动辊700与驱动辊交接，以接合具有旋转元件900的塑料输送器带800并且提供移动动力。由于在柱形辊上形成齿所需的间隙，链轮驱动器设计导致较大直径的鼻部滚子1000。在驱动辊的长度上使用一个或多个链轮。图3示出了代表性的链轮驱动系统，其中公共轴1500配备有多个链轮1200。这些链轮接合塑料输送器链条1900中的特征以提供移动力。旋转元件1800没有链轮接合区域并且可以旋转。

图4示出了辊式驱动辊1500的方式，其中具有旋转元件1700的塑料输送器带1600利用驱动辊1500的摩擦以连续环路运转以传递驱动力。辊方式导致较小直径的鼻部辊1800，因为不需要与塑料输送器带交接的凸出齿。所述辊可以具有最小直径并且可以是平稳的。一种非常有成本效益的方式是用橡胶处理的涂层简单地覆盖市售的驱动辊，并且然后在其中切割浅凹槽以容纳在输送器带下方延伸的旋转元件。当将多个传送模块连接在一起时，较小直径的鼻部辊是非常重要的特征。较小直径的辊使邻近传送单元之间的“谷”最小化，并且允许运输比用链轮驱动输送器可以处理的包裹更小的包裹。

图5提供了带凹槽的摩擦驱动辊1900的详细视图。该驱动辊包括摩擦涂层2000，所述摩擦涂层可以是附接到辊外部的橡胶处理的套筒或护套。这种橡胶处理的套筒包括凹槽2100，所述凹槽均匀间隔开并且与结合在塑料输送器带2300中的旋转元件2200的间隔相匹配。凹槽的深度和几何形状被选择为使得在塑料输送器带的表面与驱动辊1900之间存在多个接触点2400。在该实施例中，所述辊中的凹槽的几何形状设计成与输送器的旋转元件以及输送器本身接触，以确保非常小的包裹不会停止在旋转元件自由滑动和转动而不提供移动动力的死区中。

追踪特征被用来抵抗扁平传送带的偏转，如图6所示。扁平传送带驱动辊2500可以配备有一个或多个追踪凹槽2600，所述追踪凹槽接合扁平传送带本身上的特征(如图7所示)。滑块床2700是扁平传送带下方的低摩擦支撑表面。追踪凹槽2800也结合在滑块床中，并且这些追踪凹槽与传送带驱动辊中的追踪凹槽对齐。对在塑料输送器带下方运转的扁平传送带提供这些追踪特征，所述塑料输送器带与传送带成90度地运转并且被塑料驱动带辊2900驱动。

图7示出了根据本发明实施例的传送带与滑块床接口。扁平传送带3000可以包括附接到背侧的一个或多个带状追踪型材3100。扁平传送带由低摩擦滑块床3200支撑，并且该表面包括追踪凹槽3300，所述追踪凹槽与扁平传送带的追踪特征(即3100)对齐。对于凹槽的形状和扁平传送带的追踪型材有许多可能的构造，包括如图所示的被动设计，或者甚至有其中存在抵抗传送带的偏转的辊或其它特征的主动设计。这些特征防止顶部输送器带(例如2300)在顶部输送器带的运动方向上偏转扁平传送带3000。

图8示出了组合以形成根据本发明实施例的模块化分拣机系统的传送模块。对于该应用，导入平台3400用于将包裹输入到分拣机中。从扫描仪或其它装置收集数据，并且包裹被导入到一连串的一个或多个传送模块3500上。包裹被从一个模块传送到另一个模块，并且它们的进度由区域传感器3600或其它装置(比如由控制系统计算包裹位置)确定。区域传感器3600可以例如是光电传感器，也称为“摄像眼”，和/或在一些实施例中是超声运动传感器、相机、雷达、激光扫描仪等。当包裹到达服务于适当的卸放箱3700的传送模块时，该传送模块激活包裹并将包裹卸放到正确的卸放箱中。这种模块化分拣机解决方案可以通过简单地添加或减除传送模块而扩展或减小。该方式提供了可扩展的解决方案，其可以容易地改变以满足变化的处理需求。

本发明不限于附图中示出的以及在上文详细描述的特定实施例。本领域技术人员将认识到可以设想其它布置。本发明包括所公开的每个实施例的各种特征的每种可能组合。本文关于各个实施例所描述的一个或多个元件可以以比明确描述的更加分离或集成的方式实现，或者在某些情况下甚至被移除或呈现为不可操作，如根据特定应用所使用的那样。虽然已经参考具体的说明性实施例描述了本发明，但是可以在不脱离所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下构造本发明的修改和变型。