使用一传输单元装载邮件的系统和方法

专利名称：使用一传输单元装载邮件的系统和方法
技术领域：
本发明在此所描述的各实施例涉及一种邮件处理系统和一种在运输系统上装载物品的方法。
背景技术：
美国邮政管理局(USPS)每天处理上百万个欲投递到不同的国内个人地址的物品。贯穿本申请所用到的“物品”一词是指邮件、杂志、书本或其它邮递物。在邮差开始以步行或者开车的方式踏上投递路线前，美国邮政管理局处理站的一邮件处理系统将分配给该邮差的所有物品进行分类，并且将分类后的物品按各个国内地址打包。一个邮差的责任包括将所有的物品按照一个恰当的顺序排放以便将其有效地投递到所述国内地址。
邮件处理系统被高度自动化以处理大量日常物品。它包括一传送端打包系统(DPP)，该系统例如将物品分开，读取物品的投递地址，并且根据它们各自的投递地址分组。一传送端打包系统例如包括大量的对应各物品的槽。一运输系统将物品沿一轨道系统运输到所述槽中，其中所述运输系统包括具有口袋的容器。进给器或装载器在装载点将物品插入到运输系统中。在该点，一物品的投递地址是已知的，运输系统沿一传送路径将该物品传送至一个预先分配给该投递地址的槽中。
通常邮件处理系统的问题是要尽可能有效和可靠地操作该系统，但同时不能对物品造成任何或过多的损伤。在邮件处理系统中，影响效率、可靠性和潜在的损伤的一个方面是装载点。例如，为了取得高吞吐量，装载器需要尽可能快地将一物品插入一口袋，并且要装载尽可能多的口袋。因此，运输系统中的口袋应该被紧密地安置，且具有仅稍大于一物品的厚度的开口，并且所述开口应当足够宽以便确保安全、可靠地装载。
装载物品的已知技术例如包括，1)停止运输系统，2)当运输系统移动并经过装载器时进给一物品，或3)使用具有一转动臂的装载器，该转动臂跟随运输系统的移动而运动。但是，这些技术要求运输系统在每次停止后产生高加速力，(1)装载器将高速地插入该物品，这增加了物品受损伤的风险，此时口袋开口需要相对较大，或(2)口袋开口需要大到足以补偿任何角度偏差。

发明内容
因此，需要提供一种在一邮件处理系统中装载物品的改进技术，使得该系统可以被尽可能有效和可靠地操作，并且不对物品造成任何或过多的损伤。
因此，本发明的一个方面涉及一种在一邮件处理系统中将物品传送至预定传送位置的方法。一第一物品从一进给线被传输至一装载设备，再从该装载设备被传输至一传输单元。该传输单元与一第一运输单元同步平行运动，所述第一运输单元在该传输单元附近沿一线性路径的一第一方向运动。该第一物品从该传输单元被传输到该第一运输器。
本发明的另一个方面涉及一邮件处理系统，所述邮件处理系统具有一进给线，所述进给线连接至一进给器来接收一第一物品。一装载设备连接至该进给线来接收该第一物品，一传输单元连接至该装载设备来接收该第一物品。一运输器设计为在该传输单元的附近沿一第一线性路径运动，其中所述传输单元设计为与该第一运输单元同步且平行地运动，且将该第一物品传输至该第一运输器。
本发明的进一步的方面涉及一邮件处理系统的装载器和分度器单元。该装载器和分度器单元包括一连接至一进给器来接收一第一物品的进给线。一装载设备连接至该进给线来接收该第一物品，一传输单元连接至该装载设备来接收该第一物品。该传输单元设计为与一第一运输单元同步且平行地运动，所述第一运输单元设计为在该传输单元附近沿一第一线性路径运动。该传输单元进一步设计为将该第一物品传输至该第一运输器。


本发明各实施例的上述以及其它性质、优点和新颖的特征可借助阅读下述详细描述和参考附图得以清楚了解。在附图中，相同的元件用相同的附图编号来表示。
图1为邮件处理系统一个实施例的概括示意图；图2为邮件处理系统的进给部分与路由区域之间的接口部分；图3为装载和分度过程的示意图；图4为使用一装载设备的装载过程的示意图；
图5为装载设备的第二实施例；图6为速度-时间函数的曲线图；图7为装载设备和传输单元的一实施例的更详细的图示；以及图8为运输器运动路径与时间的函数的曲线图。
具体实施例方式
图1概括图示了一邮件处理系统的一个示范性实施例，以提供邮件处理系统的概要信息。图中显示了系统中的基本流程和功能性关系。这些基本流程和功能性关系通过功能性模块表示在图1中，其中所述功能性模块分别为进给部分FS，路由区域RA，包装区域CA以及抽取区域EA。这些功能性模块表示了系统的一些主要功能特征。邮件处理系统领域中的普通技术人员可以得知该系统可能包括多个其它功能特征。进一步，可以设想功能性模块中的分离可以是任意的并且模块可以为不影响系统操作原则的不同的布置方式。接下来更详细地描述系统及其构件的一个实施例。
简要地说，进给部分FS将成批的物品分离为独立的物品以识别它们各自的投递地址。为了实现这一目的，进给部分FS在一个实施例中包括进给器3和5以及光符阅读器(OCR)或条形码阅读器，或一个这些阅读器的组合(参见图2)。在成功识别投递地址后，进给部分FS将物品送至路由区域RA。所述路由区域RA包括连接至进给器3和5的装载点4和6，以及一根据物品的投递地址将物品传送至包装区域CA的下部结构。包装区域CA嵌入路由区域RA，并包括一预定数量的包装塔1，所述包装塔具有对应物品的槽。每个槽代表一个独立的投递地址。一旦物品被传送至槽，抽取区域EA中的抽取和打包模块2从槽中抽取物品并根据每个投递地址打包物品。
所述的下部结构除了其它元件还包括，升降机和运输设备8，如运输器8，例如自动插件运输器，以下称作ANT 8，用来传输物品传送至口袋中。ANT 8的常规操作的概要如下所述。在一个实施例中，系统可以具有数百个ANT 8。本领域中的普通技术人员可以设想，这样的ANT 8只是运输器的一些示例，其它的运输器，例如传送带系统上的容器，也可以被使用。
下文中所描述的邮件处理系统的各个实施例主要是涉及进给器部分和路由区域。因此，图2显示了一在进给器部分FS和路由区域RA之间的接口部分的示例。进一步的说，一进给线14作为进给器3和一装载-分度单元10的接口，并且一进给线16作为进给器5和一装载-分度单元12的接口。进给线14和16两者除了其它的特征外，都包含有一平整器(leveler)，一条形码阅读器(BCR)，一身份标记阅读器(ID tag reader)，一光符阅读器(OCR)和一转向器(divert)。因此，当一物品离开进给线14和16时，就可以得知该物品的投递地址并且该物品已准备好可以移交至一运输系统的ANT 8。
装载-分度单元10和12的功能为将物品从进给线传送带传送至ANT 8。装载-分度10和12分别被放置在ANT 8的路径上。物品通过进给线14和16的传送带，从进给器3和5移动至装载-分度单元10和12，在图2中显示为从左向右运动，ANT 8沿基本垂直于物品运动方向的方向运动。装载-分度单元10和12的分度器控制ANT 8在分度器中的速度和位置。装载-分度单元10和12的装载器接收来自进给线14和16的物品，控制物品的速度并利用一装载设备向ANT 8中装载物品，所述装载设备例如为下文所详细描述的一转动臂和一与ANT 8平行运动的传输单元。在装载器中的速度控制可能包括在向ANT 8装载的过程末尾降低物品速度的要求。降低速度会减少需要在ANT8中被吸收的动能，所以会降低物品损伤的风险。
图3显示了一发生在图2所示的接口部分中的装载和分度过程。图示的与进给线14相连接的装载-分度单元10具有一单独的装载器10a和一单独的分度器10b。可以设想，与进给线16相连接的装载-分度单元12具有大致相同的结构和功能。此外，一缓冲器18与分度器10b相连接，并且多个ANT8在图3中自左向右移动，即先穿过缓冲器18再穿过分度器10b，其中每个ANT 8被装载一个物品。为了图示方便，将物品(例如信件)标记为L1，L2和L3，其中，物品L1为下一个将被装载到ANT 8上的物品。
装载器10a为进给线14的传输接口，该装载器接收来自进给线传送带的物品。所述装载器传输一物品直至该物品的后缘(trailing edge)在ANT的接口处离开装载器。此功能也包括装载器传输速度与进给传输速度保持同步。在特定实施例中，可能并不希望物品在达到ANT 8中的最终物品位置时仍为全速。因此，必须要调节速度，例如在插入过程末尾，但在将物品传输至ANT 8之前降低速度，这样就可以如上所述减少物品的动能。并且，装载器10a负责控制一ANT 8以提供对一口袋的操作，也就是说打开一口袋。装载器10a进一步与移动的ANT 8同步且对齐。当物品的前沿离开装载器时，向ANT 8装载的装载过程开始，并且当物品的后沿离开装载器10a时，装载过程结束。
数个点可以被定义以表征或描述装载和分度过程。一进给点FP位于进给器3和进给线14之间的接口处，并且在此处物品的前沿以一预定且恒定的运输速度通过。一装载点LP位于装载器10a和分度器10b之间的接口处，因此在这一点上物品的后缘(trailing edge)已经通过装载器10a。一旦物品离开装载器10a，装载器10a或ANT 8就准备好进入下一个循环。一定位点DP位于缓冲器18的入口附近，并作为从进给点FP至装载点LP物品的运输时间在ANT 8轨道上的映射。理想状况，当一物品在进给点FP处准备好时，一ANT 8到达定位点DP，物品与此ANT 8将在装载点LP处相遇恰可及时地将物品装载到ANT 8上。当物品进给晚于ANT 8通过定位点DP时，ANT8需要在缓冲器18中等待。一分度点IP位于进给线14中并在向装载器10a传送的位置附近。当一物品到达分度点IP时，分度器10b开始接收一位于缓冲器18的接口处的一ANT 8。
当一ANT 8进入定位点DP和向分度器10b传送处之间的区域时，在进给点FP处进给一物品。若物品进给同时ANT 8刚好位于定位点DP处，整个装载循环中ANT 8就不需要额外的延迟。但是，如果一物品的进给晚于ANT 8经过定位点DP，ANT 8必须停止并等待。为了消除从定位点DP和向分度器10b传送处之间物品运输时间的偏差，在一实施例中每一ANT 8在缓冲器18末端处停止。
一物品在进给点FP处进入进给线14，其中所述物品的前沿的运输速度为V1。物品通过进给线14直至前缘(leading edge)到达装载点LP。此后在这一点上ANT 8应当准备好被装载。在一实施例中，物品的运输保持一恒定的速度(V1)直至该物品的后沿到达一传输单元(参见图4)中的减速点。此后，物品被减速至一个较低速度V2。物品以速度V2运动，直至通过装载器10a。一旦通过装载点LP，下一个ANT 8和装载器10a就开始进入装载状态准备接收下一个物品。当ANT 8的口袋开口和装载器10a输出口匹配上并且装载器以传送速度V1运转时，达到装载状态。
在分度器10b之前，进给部分的控制系统调节ANTs和进给过程达到同步。物品通过分度点IP会触发分度器10b接收一在缓冲器18末端等待的ANT8。ANT 8的速度为0(V＝0)。在从缓冲器18向分度器10b传送的过程中，ANT驱动先切断再开启。ANT 8通过它自己的驱动加速至一预定的速度(参见图6)，此后传输至分度器10b。在传送完成后，分度器10b使ANT 8进入一装载状态并且在装载过程中使ANT 8保持这一装载状态。当装载完成时，ANT 8加速至VAMAX并转变为自行运动。因此分度器10b将ANTs 8从自行运动传送为受限控制，补偿发生在定位点DP和ANT向受限控制传送之间的位置偏差，并且将ANTs 8从受限控制传送为自行运动。当一ANT 8到达传输区域时，分度过程开始。当一物品的前沿进入ANT 8时，装载过程开始。相应的，一旦后沿离开装载器，则认为装载过程立刻结束。
图4图示了利用一装载设备20的装载过程的实施例，所述装载设备例如为如上所述的一装载臂20，该装载臂为装载器10a的一部分。装载臂20通过一靠近进给线14和装载器10a之间接口的运动中心M1可转动地接到进给线14上。此外，装载器10a包括一传输单元22或一减速器22，传输单元或减速器在一运动中心M2处连接到装载臂20上。传输单元22，例如借助一基本平行于ANT 8路径延伸的引导系统，与一ANT 8平行且同步地线性运动。装载臂的转动运动通过一双箭头24表示，传输单元的往返运动通过一双箭头26表示。装载臂20与传输单元22相连。一驱动往返运动的驱动装置与传输单元22相连。
装载臂20可以设计为一如图4中所示的同步的布置。装载臂20在一第一界限与一第二界限之间往返运动。在一实施例中，装载臂20包括一相对于运动中心M1运动时第一和第二界限之间的约6°的角度。相对于进给线14，装载臂20围绕运动中心M1转动，例如在约+/-3°的范围内，进给线14大致垂直于ANT 8的路径。当物品通过运动中心M1和M2时，依据接收一物品时的实际角度，物品需要向左转或向右转(从物品运动方向的角度看)。由于传输单元22平行于一ANT 8运动，所以物品直接装载入ANT。
为了避免物品要在运动中心M1处向左转或向右转，进给线14可能布置为与装载臂20的通常位置成一角度。例如，在一与图4中实施例相似的实施例中，进给线14可能偏转一角度以与装载臂20的“最高”位置连接。在这种情况下，当一物品通过运动中心M1时，会笔直运动或仅向右运动。在运动中心M2处，依据进给线14围绕ANT 8路径的角度，物品笔直运动或向左或向右转。但是，物品通过传输单元22，仍被直接装载入ANT 8，所述传输单元的运动与ANT 8平行且同步。
图5图示了另一装载过程实施例，该实施例借助一可转动连接的装载臂20实现。与图4中不同，进给线14与ANT 8的路径成一角度，也就是进给线14和ANT的路径成一锐角。一通过运动中心M1或运动中心M2的物品笔直运动或总是向右运动。因为物品无论笔直运动或是只转向一个方向，在运动通过装载器时，物品的损坏或滑动的风险会减小。在这一实施例中，物品也是利用传输单元22直接装载入ANT 8，所述传输单元22在一平行于ANT 8直线导向上运动，且连接在装载臂20上。在一实施例中，传输单元22向其方向拉动装载臂20。传输单元22可以设计为，一在物品插入ANT的口袋前减缓一物品的减速单元，减缓物品的目的是减少物品损伤的可能性，如图7中所描述的一样。
图6显示了传输单元22的速度-时间的函数的曲线图。一驱动在一第一阶段中加速传输单元22，直至传输单元22的速度VAS在T1时刻与ANT 8的速度相同。在同一时刻，驱动将传输单元22与运动的ANT 8连接起来，使得传输单元22紧跟着ANT 8运动。在接下来的T1与T2之间的第二阶段中，驱动使传输单元22以一恒定速度VAS运动。在这一第二阶段中，传输单元22平行于ANT 8运动，并将物品传输至ANT 8。在传输后，在一T2与T3之间的第三阶段中，驱动减缓传输单元22直至传输单元在T3时刻停止(V＝0)。此后驱动在相反方向上加速传输单元22直至T4时刻，之后减缓传输单元22，使得传输单元22回到它的初始位置并于T5时刻为下一装载循环做好准备。
图7详细图示了装载设备20和传输单元22的一个实施例。在图7中，物品从左侧向右侧运动。装载设备20包括一具有一对传送带28和30的传送带系统，所述传送带在物品运动通过装载设备20的期间固定住物品。滚轮32被柔性地安装(flexibly mounted)以传送带28和30彼此偏离，同时可以容纳不同厚度的物品。在图示的实施例中，滚轮32引导传送带28形成一封闭环。传送带30也设计为一封闭环。一连接器34将装载设备20连接到传输单元22上。连接器34设计为可移动地连接两构件(20，22)并且可以允许传输单元22利用它拉动装载设备20。
在一个实施例中，具有一传送带系统40的传输单元22安装在装置36上，所述装置被可移动地安装在一对平行导轨38上。每一导轨38的末端限制一个方向上装置36的运动。所述装置包括一第一运输单元36a(主滑板)和一第二传输单元36b(从滑板)，所述运输单元都安装在导轨38上。每一传输单元36a、36b都连接到一伺服系统驱动上，该伺服系统驱动控制每一传输单元36a、36b的操作(如运动)。
位于物品运输方向的右侧的第一运输单元36a设计为跟随ANT 8。这使得装载过程的进行不会被打断。第一运输单元36a包括一用于运输物品的传送带系统40的第一传送带40a(右传送带)。第二传输单元36b在导轨38上相对于第一运输单元36a独立地运动。此外，第二运输单元36b包括一第二传送带40b(左传送带)。这些传送带40a、40b接收它们中间的物品并将物品运送至ANT 8。因此，传送带40a、40b的速度决定了物品进入ANT 8的速度。所述速度可以调节，例如减速即减缓物品，由此减少ANT 8需要吸收的动能。接收物品的口袋可具有衰减装置以吸收剩余的动能。这可以进一步减少物品损伤的风险，并且也有利的减少噪音水平。
在一物品进入传输单元22之前，调整第一和第二传输单元36a、36b之间的距离为物品的厚度。这使得在传送带40a、40b之间运输物品时施加必要的力。例如，在加速物品之前，减少距离以产生一增大的力。可以通过在第二运输单元36b处直接测量力来控制这一过程，或通过控制转矩或伺服系统驱动来间接控制这一过程。
图8图示了传输单元36a、36b运动的距离S36a(t)、S36b(t)与时间的曲线图。在这个图示中，可以设想首先一具有最小厚度的物品被接收并被减速，此后跟随的为一较厚的物品。最初，传输单元36a、36b同步运动直至在传送带40a、40b之间的物品在约TS时刻被减速。此后，在第一运输单元36a降低速度之前，第二传输单元36b开始降低它的速度。这导致运输器36a、36b之间的空隙开大至较厚的物品可以进入空隙。图8还图示了空隙宽度与时间的函数G(t)。如图所示，空隙在约TS和TG之间打开。可以预期一旦接受较厚的物品产生所需的力使得空隙的宽度减小。
如上所述，在一个实施例中ANT 8为一自动设备，并设计为从两个装载点中的一个处携带一物品，运送该物品至多个传送端槽中的一个。为了完成这一任务，ANT 8包括提供ANT 8与作为主机的系统之间通讯的通讯设备。运输系统使ANT 8在邮件处理系统中运动。在运输系统中，ANTs 8在一轨道系统上运动。在一实施例中，轨道系统基于一作为ANTs 8轨道的单轨轨道。轨道系统包括转换开关，所述转换开关将ANTs 8从一个轨道转换至另一轨道。例如，当ANT 8接近一转换开关时，ANT 8向转换开关发出一指示方向的信号。转换开关知道他自己的转换位置，处理指示的方向，如果需要就改变它的转换位置以将ANT 8转换至合适的轨道。
很显然，这里披露了一邮件处理系统和一种运输物品至邮件处理系统中预定运输地点的方法，该邮件处理系统完全符合前文所述的目的、手段和优点。例如，物品可以沿一大致笔直的路径被进给入ANTs 8。进一步，在从传输单元22向ANT 8传送一物品的过程中，接口特征例如空隙或角度在这两个装置(8、22)之间保持不变。这使得传送过程更加可靠。此外，装载设备20的构件例如导向或驱动很容易实施，例如因为装载设备20仅在一相对小的角度范围内转动。虽然在此描述了系统和方法的特定实施例，显而易见的是对于本领域中的技术人员可根据前文的描述推知得到数个代替、修改和变化。
权利要求
1.一种在邮件处理系统中将物品传送至预定传送地点的方法，其特征在于包括将一第一物品从一进给线传输至一装载设备；将第一物品从装载设备传输至一传输单元；使传输单元与一第一运输器同步且平行地运动，其中运输器在传输单元附近以一沿一线性路径的第一方向运动；以及将第一物品从传输单元传输至第一运输器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括，在一第一界限处停止装载设备和传输单元，并使装载设备和传输单元沿第一方向的反方向运动至一第二界限，以便开始一第二物品向一第二运输器的传输。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，传输单元的运动导致装载设备在一第一运动中心处相对于进给线转动，并且在一第二运动中心处相对于传输单元转动，其中第一运动中心位于从进给线到装载设备的传送处，第二运动中心位于从装载设备到传输单元的传送处。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进给线在一大致垂直于运输器运动所在的线性路径的方向上延伸。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括引导第一物品在第一运动中心处朝向左侧且在第二运动中心处朝向右侧。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括引导第一物品在第一运动中心处朝向右侧且在第二运动中心处朝向左侧。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括引导第一物品在第一运动中心处和第二运动中心处沿一大致的直线。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进给线和运输器运动所在的线性路径成一锐角。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括引导第一物品至少在第一运动中心处朝向右侧。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括引导第一物品在第二运动中心处朝向右侧。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在第一物品传输至运输器前使第一物品减速。
12.一邮件处理系统，其特征在于包括一进给线，所述进给线连接至一进给器以接收一第一物品；一装载设备，所述装载设备连接至进给线以接收所述第一物品；一传输单元，所述传输单元连接至装载设备以接收来所述第一物品；以及一运输器，该运输器设计为在传输单元的附近沿一第一线性路径运动，其中所述传输单元设计为与第一运输单元同步且平行地运动，且将第一物品传输至第一运输器。
13.根据权利要求12所述的邮件处理系统，其特征在于，装载设备设计为在一第一运动中心处相对于进给线转动，并且在一第二运动中心处相对于传输单元转动，其中，第一运动中心位于从进给线到装载设备的传送处，第二运动中心位于从装载设备到传输单元的传送处。
14.根据权利要求13所述的邮件处理系统，其特征在于，传输单元设计为沿一线性路径往返运动，其中所述线性路径平行于第一线性路径。
15.根据权利要求12所述的邮件处理系统，其特征在于，进给线在一大致垂直于运输器运动所在的第一线性路径的方向上延伸。
16.根据权利要求13所述的邮件处理系统，其特征在于，进给线和运输器运动所在的第一线性路径成一锐角。
17.一邮件处理系统的装载器和分度器单元，其特征在于包括一进给线，所述进给线连接至一进给器以接收一第一物品；一装载设备，所述装载设备连接至进给线以接收所述第一物品；以及一传输单元，所述传输单元连接至装载设备以接收来自于装载设备的第一物品，其中传输单元设计为与一第一运输单元同步且平行地运动，且将第一物品传送至第一运输器，其中所述第一运输单元设计为在传输单元附近沿一第一线性路径运动。
全文摘要
本发明涉及一种邮件处理系统，包括一进给线，所述进给线连接至一进给器以接收一第一物品；一装载设备，所述装载设备连接至进给线以接收所述第一物品；一传输单元，所述传输单元连接至装载设备以接收来所述第一物品；以及一运输器，该运输器设计为在传输单元的附近沿一第一线性路径运动，其中所述传输单元设计为与第一运输单元同步且平行地运动，且将第一物品传输至第一运输器。
文档编号B07C3/06GK101065195SQ200580037485
公开日2007年10月31日 申请日期2005年10月31日 优先权日2004年11月2日
发明者伯特伦·万纳, 罗尔夫－彼得·斯柯德兰特 申请人:西门子公司