专利名称：商品处理设备中的软管储藏方法及装置的制作方法
申请说明要求优先权-5/23/00发明背景1.发明领域本发明一般涉及商品处理设备的设计和操作中的改进，特别涉及在使用软管式商品夹钳机构的商品处理设备环境中有用的软管储藏和收回技术。
2.现有技术大部分现有的商品处理机构，尤其是本发明中所涉及到的在商品自动售货机的销售点终端系统(POS)环境中的商品处理机构，都依靠多个电机、开关和线圈来移动处理机构的各个部分并对商品自身(例如经过包装的产品)进行处理。大部分这种机器对于每一行、每一列或者每一类商品或包装都需要一个专用的电机、开关和/或线圈以进行处理和配送。如本领域技术人员所公知的那样，这类机器通常具有很多缺点，例如，其可靠性会因机械故障而变得较差。
美国专利5,240,139对商品处理设备做出了一个重大改进。该文中描述了一种负压升降机(即，商品拾取或处理机构)的用途，它从位于自动售货机制冷区之中的商品储藏柜的顶部开口进入，并且利用抽气机制(即，通过局部真空而产生的降低的或者被称为“负的”气压)以实现与要取出的商品之间的牢固接触。虽然自动操作的升降机尤其是抽气式升降机构在其中通常没有空间限制的工业装配中得到了普遍应用，但它们在诸如商品自动售货机之类的空间限制严格的装置中的应用却并未得到广泛认可。由于采用抽气技术来抓取和移动选定商品的自动售货机具有较大的可靠性和灵活性，因而人们期望开发出新的技术和方法来操作和控制这类机器以及其他更加普遍使用的商品处理机构。
在前述的美国专利5,240,139中利用一个具有3∶1的压缩比并且可纵向压缩的空气软管而实现了软管储藏。该软管的一端与一个负气压源连接，其另一端与一个商品拾取头相连。在美国专利5,240,139所述的环境中使用这种可压缩软管是令人满意的，因为冷冻室只占据了自动售货机内部的下半部分，所以给软管及其定位机构留出了足够的上半部分。但是，对运营自动售货机的行业来说，由于其开支的主要部分是用商品对自动售货机进行维护(补充)，因此，他们希望能够提供更高的带有或不带有冷冻室的商品储藏柜，以达到使自动售货机橱柜内部的商品储藏量最大的目的。现有技术中的自动售货机通常只使用其商品储藏有效高度的百分之五十至六十。
由于上述缺点，所以人们期望能够减小对软管定位机构高度的需求。一种解决办法就是使用不可压缩的软管。使用不可压缩软管的好处在于，可以通过与软管壁直接啮合而驱动和/或导引它，与前述的美国专利5,240,139中所述的间接软管定位技术相比，它是一个非常简单的技术。另外，使用不可压缩软管的好处还在于，无论经受何种真空度的变化，它都能够保持恒定的长度。而且，与可伸缩管的例子相比，不可压缩软管具有更好的结构整体性以及更少的泄漏。但是，使用不可压缩软管会带来两个严重的问题1)需要在何处保存足够长的软管以保证其自由端能够从软管定位机构的底部(一个与商品储藏柜顶部对齐的位置)移动至商品储藏柜的底部；2)如何简单且可靠地按照需要将其从储藏区提取和放回。
在名为“自动售货机”(“VENDING MACHINE”)的PCT专利申请公开WO99/12132中公开了一种自动售货机，它含有一个折叠的铰接臂，用于将一商品夹钳吸取软管放入冷冻室以收回待被出售的商品。该软管是不可压缩的，并且从位于铰接臂之下的一个底部区到其与一个商品拾取头相连接的自由端保持连续。在所述底部区中装有一个线性传动及臂状机构，用于驱使软管通过铰接臂进出底部区并且进入冷冻室。该PCT申请中所述的软管定位结构与前述的美国专利5,240,139具有一个相似的缺点，即，它们都需要自动售货机柜内有很大的容量，以便于所述机构能在一个包装发售周期(即，一个几乎与商品储藏柜自身高度相等的高度)内提起软管并使其进入储藏柜。另外，应该注意的是，由于软管的主要长度已被储存在折叠的铰接臂内，所以只需储存相对较小长度的软管就可以满足使商品拾取头沿Z方向移动(即，进出冷冻室)所需要的软管量。另外还应该注意，该专利公开给出了一个相对复杂的机构以用于软管定位、储存和驱动。
名为“真空吸尘器”(“VACUUM CLEANER”)的美国专利3,977,037和名为“柔性单元的收回和储存”(“RETRIEVAL AND STORAGE FORFLEXIBLE ELEMENTS”)的美国专利4,212,421以及名为“独立式的中央真空系统”(“FREESTANDING CENTRAL VACUUM SYSTEM”)的美国专利5,740,581都是这样一类专利的代表，即，它们都揭示出了用于收回和储存伸长的柔性/可压缩单元(如电线或软管)的装置。通常，当柔性单元被从储藏区收回之后，将有一个“压紧辊轮”结构被驱动以将柔性单元收回入软管储藏区。但不幸的是，由于柔性单元内在的柔性/可压缩性，所以其收回过程是以较随意的方式进行的，并且有可能在单元后来的收回过程中出现搅缠现象。
在申请人为G.Lucas，出版日为1976年5月26日，名为“利用吸入头从冰柜中提取堆叠的冰激凌包装盒来实现的冰激凌自动售货机”(“VENDINGMACHINE FOR ICE CREAM-USING SUCTION HEAD TO PICKUPWRAPPED BLOCKS OF ICE CREAM FROM STACK IN REFRIGERATOR”)的德国专利中公开了一种冰激凌售货机，在这种售货机中，有一个可移动的运送装置被安装在冷冻室的内部，它被放置在商品储藏柜的侧上方。该运送装置含有一个驱动机构，用于将自由端含有一抽气电机的电线向下放入商品储藏柜以便收回冰激凌包装。通过将抽气电机实际降入冰柜，这类用于商品处理设备的定位机构就可以避免软管储存的问题。但是，它存在着一个严重的问题，即，由于电线的重复弯曲和伸缩，有可能造成出现可靠性/故障问题。另外，抽气电机的直径也受到了商品储藏柜尺寸的严重限制。
在名为“用于收回随机组织的商品的装置”(“APPARATUS FORRETRIEVING RANDOMLY ORGANIZED ARTICLES”) 的美国专利5,957,326中公开了一种售货装置，该装置包括一个被安装置于商品储藏柜侧上方的运送装置，它还包括一个驱动机构，用于将一个其上安装有多个吸盘的拾取头向下放入储藏柜。这类用于商品处理设备的定位机构的明显缺陷在于，在进行重新定位的过程中，由于与拾取头相连的多个吸入软管并未被放置在软管储藏区内，而是在运送装置下方被盘卷/拖拽，所以它们会大量突入本可用于储藏待出售/分发的商品的空间。
在名为“带有真空负载支承部件的升降式装卸车”(“LIFT TRUCK WITHA VACUUM LOAD-SUPPORTING ASSEMBLY”)的美国专利4,725,186中公开了一种叉车，在这种叉车中，叉臂被一个真空盘部件取代以用于附着和运输货物。在位于叉车后端的真空泵与位于叉车前端的真空盘部件之间配有一个连续充气的软管。为了在货物处理期间调节真空盘部件的移动，采用一个辊轮和拉紧部件以在位于真空泵和真空垫部件中间的软管中形成一个拉紧环。虽然该专利中所公开的结构提供了一种能够防止软管在运输货物期间发生搅缠的手段，但应该注意的是，该专利中既未示出或提出一个单独的软管储藏区，也未示出或提出一个用于储存要被处理商品的场地。
因此，需要为软管式商品处理机构提供一个能够只使用较少的商品储藏区内部容量来满足储存软管需求的储藏区。另外，还需要以相对简单和可靠的方式来提供这样一种软管储藏区。
发明目的本发明的一个目的是为商品处理机构的设计、操作和控制提供一种新的技术和方法。
本发明的另一个目的是为具有采用计算机控制机电技术的类型的商品处理机构的设计、操作和控制提供一种新的技术和方法，并且在图示的实施例中提供一种自动定位的吸入式夹钳，以用于夹起一个选定的商品并将其从一个地方移动到另一个地方，例如，从储藏区移动至配送区。
本发明还有一个目的是为这样一些机构提供一种新的技术和方法，这些机构能够提高商品处理的速度和精度，同时还能以谨慎的方式处理待被分配的商品，从而防止其出现任何损坏。
发明内容
上述目的是通过一种诸如自动售货机的商品处理装置的实施例而得以实现的，该装置包括一个可受控定位的软管式配送器，用于从商品储藏区取回商品。一个软管从位于软管储藏区内的第一端延续至用于从储藏区内固定并取出选定商品的第二端，软管从所述软管储藏区中接收固定商品的能量(例如，抽气)。一个与软管相连的软管定位机构对软管的第二端进行控制移动，从而使其与保存在储藏区之内的给定商品对准，并且从储藏区内可控制地接触和提取选定的商品，并可控制地移动软管的第二端以将商品运送至配送区。该软管定位机构通过可控制定位，既满足储存需求也满足收回软管的需求。根据本发明原理，在自动售货机中提供了一个软管储藏区以用于同时满足软管的储存和回收需求。
根据本发明的另一个特征，所述软管定位机构被用于将软管从软管储藏区收回，通过使用含有“重力感应”的回收机构，即，在软管储藏区内形成的被动环路张紧装置，就可以简单且可靠地满足软管的回收需求。
根据本发明的另一个特征，所述软管储藏区被形成为一个直角形容器，其纵轴不与商品储藏区的纵轴交叉，而且在一个优选实施例中，其纵轴与商品储藏区的纵轴相邻且平行。
在本发明的一个实施例中，所述软管含有一个持续抽气的空气软管，并且吸附商品的能量是靠抽气提供的。在本发明的另一个实施例中，软管可以是实心的或者多芯的，并且固定商品的能量也可以是电的或机电的，它们分别用于操作电磁或机械的夹爪。
附图的简要说明
图1是根据本发明原理来构成和操作的售货机的正视立体图；图2和图3是图1所示的售货机的正视立体图，其中前门是打开的，以便说明其中主要的机械和电气部件，以及根据本发明原理来构成的软管储藏区和回缩机构；图4是说明图1所示售货机的主要机械和电气部件相互配合工作的功能方框图；图5和图6分别显示了图2和图3所示的软管定位机构的右侧和左侧立体图。
本发明优选实施例的详细说明图1以诸如销售点(POS)自动售货机之类的商品出售机的形式显示了此处所描述的本发明的环境。尽管在后面说明全文当中参考了本发明在自动售货机环境中的实施，术语“自动售货机”和事实上本发明的环境应包括更为通用的商品处理、取回和/或分配设备，以及POS设备。这种设备如果实现为便携式装置，可以包括并且大约是传统的售货机或大至由牵引机拖动的拖车，而如果实现为非便携式装置，则可以包括并实现为自动售货间或位于永久性结构如在建筑物中的一块区域(地上或地下，具有内部墙或封闭的橱柜)。另外，术语“商品”或“产品”至少包括在这里所说明的发明的一些实施例，不仅指货物，而且还包括永久或临时形式的服务和/或信息。
图1显示了售货机10的立体图，包括根据本发明构成和操作的设备的一个实施例。售货机10包括主橱柜12和安装在枢轴16上用于进入售货机内部进行服务(用商品装满售货机、进行维护，等等)的前门14。注意，在另一售货机的实施例中，服务门或端口可以设置在橱柜12上或者作为橱柜12的一部分。在图1中显示前门14处于关闭位置，与主橱柜12形成了封闭体，其中容纳了售货机10的各种部分，下面将更详细地说明。
前门14包括与平坦部分20相邻的锥形部分18，；但是，这些特定的形状对于本发明并不是必需的。锥形部分18包括透明或半透明的塑料显示面板18，一般具有品牌和/或在其上显示有标识图形，并且还可以包括描绘可以通过售货10销售的个别商品的图形，以及商品的价格和/或选择信息。面板18一般采用荧光灯作为背照光，图中未示出。
客户取回区22形成在门14的面板18中，以便其中储藏的商品可以发放给售货机10的用户。
在门14的平坦部分20上安装各种用户接口特征。客户显示器24可以常规的荧光或LED显示屏，以对机器10的用户显示各种信息项，诸如对用户选择的反馈，所要的数量，以及产品是否已被售出或正在被销售。为了接受付款，收款机入口26将纸币收进常规的收款机构(安装在机器10内以便使其用户接口部分通过平坦部分20中对齐的开口伸出)，以购买商品或找零。硬币入口28将硬币收入常规的硬币兑换器中(也安装在机器10内以使其用户接口部分通过平坦部分20中对齐的开口伸出)，以购买商品或找零。硬币返回执行器30包括常规的推出硬币的机构，用于驱动硬币兑换机构的硬币返回部分，硬币返回部分在该驱动下将当前用户塞入的硬币返回给硬币返回坑32内。硬币兑换机构的硬币返回部分还在响应于商品的购买、或是为纸币或大面额的硬币找零时将找回的零钱提供给硬币返回坑32。信用卡/借记卡槽34接受插入到常规读卡器机构(也安装在机器10内以便使其用户接口部分通过平坦部分20中对齐的开口伸出)中的塑料信用卡/借记卡，以允许用户通过信用卡/借记卡购物。门锁机构36使前门14被锁紧，从而没有钥匙就无法将其开启。为了使用户能够选择，显示屏面18可以包括如上所述的图形，它指示该机器可以出售的各种商品，以及它们相关的价格和唯一的选择号。另外，平坦部分20可以包括一组图形化的商品显示和它们的相应价格。常规的键盘按钮机构38被提供以使用户从售货机中选择想要的商品。另外，按钮机构40可以包括用于每个商品选择的独立的按钮，以及相关的价格显示；另外，甚至可以用用户操作的触摸屏来代替按钮机构40和显示器24。尽管图1中未示出，机器10还包括常规的电信部件，可以用于对信用卡购物进行鉴权，以及其它与机器控制有关的用途和向远方的位置报告机器10的存货和操作状态，后面将对此更充分地说明。尽管售货机10显示为包括上述的用户接口部件，在本发明较小的实施例中，可以省略这些用户接口部件中的绝大多数部件，即使不是全部，并且自动售货机实际上可以通过远程来控制，不管是否带有本地的支付系统。
图2是图1的售货机的正面立体图，其前门是打开的，以便说明其中的主要机械和电气部件。图3是售货机10的商品处理机构部分的主要部件在一定程度上理想化了的版本，用于理解其一般性的操作。注意，在这些附图中售货机10的某些部分被去掉了，以便于更好地说明内部的部件。
先参考图2，橱柜部分12的前面的右边部分包括垂直安装的支撑面板202，它用于安装大多数的用户接口部件。更具体地说，在面板202上安装有铰接安装的支架204，并与门14上的开口对齐，以便用户接口部件如选择按钮键盘40、硬币入口30、收款机入口28、硬币返回器32以及客户显示器24都能够由用户从门14的前端来接触。安装在前门14内部的是两个荧光灯源(它们在保护罩206后面。可以使用其它数量的光源)，它们发光以后面照亮面板18。一个用于荧光灯的压舱物(ballast)和一个产品输送斜道210。注意，产品输送斜道210不同于常规技术之处在于它是特别的高，并且因此用作锁紧措施，以防止通过从机器外将臂状物或其它的抓取机构插入到客户取回区22中而未经授权地进入机器中。在典型的现有技术的售货机中，在斜道210的顶部通常会看到摆动式安全门，它在客户推动入口处的摆动门到产品取回区8时摆至vandal阻挡位置。在售货机10的又一个实施例中，这种安全门可与产品输送斜道210结合使用，特别是如果斜道210不如图2所示的那样高时并且如果产品取回区8更高地位于机器10上时。在铰接安装支架204后面安装有常规的收款机构，以使插入收款机入口28的纸币被拖入售货机10中，常规的硬币找零机向硬币返回口34提供硬币，并且位于面板后面，硬币引导器将塞入的硬币引导入硬币找零机，常规的验钞机确认纸币正确地塞入收款机入口28。
控制板212包括印刷电路板，其上形成有电路，并且装有集成电路芯片。控制板212包括微处理器，它与各种传感器、电机、上述用户接口以及其它在售货机10内的装置电连接。尽管在本说明中是参考控制板212的规定功能的操作来进行的，应当理解这些功能是由微处理器和形成在控制板212上的相关电路来控制的。电源214安装在面板202上并向售货机10的电气部件供电。
现在参考图3，显然橱柜12的内部的容积可用作商品储藏区215。在所示的实施例中，在橱柜12的内部底面217上排列了多个垂直对齐的商品储藏柜216，用于储存由机器10出售的商品223。在本发明的制冷环境中储藏柜能够被排列在制冷系统上方放置的架子上。顶端开放的容器219的尺寸可以设为在其中贮存多个商品储藏柜216，并用于使得从商品储存区215易于同时处理(即取出和安放)多个储藏柜216。
顶端开放的容器219的尺寸可以设计为在其中贮存多个商品储藏柜216，并用于例如使得易于同时将多个储藏柜216处理(即取出、安放和运送)入/出商品储藏区域215。容器219还便于快速和精确地将多个商品储藏柜放入商品处理设备的储藏区域中。一运送器218(可以更一般地称之为X-Y或平面定位机构)与橱柜12的内部顶侧连接，并适合于能由机器10的控制板部分212可控制地放置到多个商品储藏柜216中选择的一个的开放顶端上的中心位置(以便与该开放顶端对齐)。
尽管显示了商品储藏柜216的垂直(Z轴)对齐，不垂直的即倾斜的或甚至是水平的(X或Y轴的)对齐也是可以的(诸如在众所周知的使用“螺旋线”型自动售货机的玻璃前端售货机中可看到的那样)。在储藏柜基本水平地对齐的情况下，平面定位机构将被适当地改变以便将运送器218放置成在X/Z或Y/Z平面上移动。实际上，曲线斜面如圆柱体也可以考虑在本发明的范围内。将基本上水平对齐的产品货堆与可自动机械控制的在与产品堆的销售端相邻的垂直平面上运动的商品运送机构相结合是已知的，例如在2001年5月15日授权的题为METHOD AND APPARATUS FOR VENDINGPRODUCTS(用于销售产品的方法和设备)的美国专利6,230,930中，以及2001年5月3日公开的美国专利公报US2001/0000609中都可见到。用曲线斜面传送商品是已知的，例如在录像带销售技术中就可以见到，在这种技术中，录像带以面向外的方式排放在中央存储转盘上，一个机器夹子围绕着转盘。此外，尽管商品储藏柜216显示为在大气环境下，储藏柜216实际上可以放置在制冷的环境中，诸如位于储藏区217底部的冷藏装置中，商品传送机构将储藏柜放入顶部开放的冷藏装置中，如在前面提及的美国专利5,240,139所示和描述的那样。另外，在制冷环境是包括基本上水平对齐的储存柜的情况下，可以使用垂直朝向的开口来提供进入商品储藏柜的发放端的途径。
在本发明的环境中，空气软管220被用于提供“商品固定力”，它使得商品拴取头224能够固定、抓取和释放(即处理)储藏在储藏柜216中的商品223。根据本发明的一个方面，空气软管220从它由软管储藏区222退出之前的点起通过正交放置的辊轮213一直延续到其自由端221。自由端221包括与膜盒膨胀端部分227组合的加重部分225。根据被发售的商品的物理特性，商品拾取头224可只包括加重部分225，或者是该部分与专门适合于被发售商品类型的接头的组合体，例如膜盒头227或没有重量的柔性头。软管220的一端与负压即吸气源连接，吸气源在优选实施例中包括一吹风机马达226，一与商品拾取头224连接的自由端。在本发明中，“连续”的意思是指在两端点之间连接软管，该软管进行动作从而完成作为整体或单一的软管所要求功能。空气软管部分235从吹风机马达226向空气连接盒229的一个端口提供抽吸，而连续的软管220与空气连接盒229的另一端口连接。在软管储藏区222的顶部包含的空气连接盒229包括气流传感器和真空破坏器(breaker)组件。气流传感器用于形成加载在售货机控制器上的表示通过气流软管220的气流信号。真空破坏器组件用于将软管220中的气压快速地变为大气压，从而能够将由商品拾取头所运送的商品“快速释放”至发货斜道210。要注意产品的快速释放不一定在发货斜道210的顶部进行，在希望避免商品受到由于堵塞或跌落而导致的外力时，商品拾取头可以一直行进到发货斜道210的底部再快速释放商品。在一个实施例中，气流传感器的布局结构可以包括两部分开关，第一部分包括簧片开关，第二部分包括安装在内部装有摆动臂的盒229的自由端的磁铁。因为摆动臂由于气流的变化在盒229内摆动，该开关被“拴牢”，从而指示气流的变化。该气流信号的使用将在下面更详细地说明。
在本发明的环境中，如图3所一般性表示并且更详细地在图5和图6中所显示的那样，设置了一个新颖的软管定位结构(arrangement)以将运送装置218与所选择的储藏柜216之一对齐。该对齐是用安装在“L”形的前/后梁230上的前/后线性滑动器228(在剖视图中显示)在前/后(Y)方向上完成的，从而运送装置218可以被可控制地沿着前/后梁利用滑动器228定位。梁230的底边部分包括一架子部分232，运送装置218包括一电机233，它驱动与架子部分232啮合的齿轮(图6中的633)。从控制板212向电机233施加的向前和向后的电机控制信号使运送装置218在前/后方向上驱动。运送装置218的左/右(X)方向的对齐是以类似的方式进行的，采用了左/右线性滑动器234，它将前/后梁230的上侧与间隔开的左/右梁236a和236b的下侧可滑动地接合在一起。梁236a和236b刚性地接到橱柜12的顶部。同样与橱柜12的顶部内侧部分刚性连接并与梁236平行的架子238与一由安装在梁230内角附近的可反转电机243所驱动的齿轮240啮合。从控制板212向电机243施加的向前和向后的电机控制信号使齿轮240转动并且梁230有相应的移动，从而运送装置218在左/右(X)方向上移动。
如图2和3所示，当一件商品223被拾取头224沿着其路径从储藏柜216移动至斜道210时，它被放置成经过安装在橱柜12内的商品识别(ID)装置254。对于本发明并不需要特定类型的商品ID装置，并且根据系统的制约，这种装置可包括，例如条形码扫描仪或其它光图像/图形识别系统，或者甚至可以是非光学系统，诸如射频标识(RFID)，或安装在橱柜12内的基于磁的系统，以唯一地识别和确认被发售的商品就是所选择的商品。这种商品识别装置的构成对于本领域的技术人员是公知的技术，因此不需要关于这一方面的进一步说明。
商品ID装置254安装在橱柜12内相对固定的位置处，这种安装使得可以在商品ID装置254的方向上进行一些受控制的移动，以便帮助确保被运送的商品受到良好的“观察”，以及被识别的所运送商品的高置信度。提供这种使ID装置254受控制地移动的一种方式是将其安装在压电衬底上，控制板212可以向衬底提供电压以移动ID装置254的“观察”。要说明的是通过使用适当定位的商品ID装置254，就只需要单个的商品ID装置254。这对于机器人型售货机特别有用，因为机器人设备能够将商品可控制地放置、并在需要时重新放置在商品ID装置254的附近，从而帮助确保商品有可靠的ID。
注意尽管运送装置组件218只在单个平面上移动，它要负责精确地将拾取头224在X、Y和Z方向上精确地放置。更具体地说，如图5和图6所示，运送装置218包括辊轮结构502，它包括在软管220进入运送装置218之处的三个正交放置的辊轮504，用于重新引导软管220沿机器10的顶部靠内部分从基本水平的方向(即X、Y方向)移动到与其垂直的方向(即Z方向)。运送装置218的移动将不仅移动软管220的自由端221以便它可以与所选择的储藏柜216轴向对齐，而且它还将自动地使软管220从软管储藏区222撤出。然后，软管驱动机构(可包括一组常规操作的“压紧辊轮”506)由可反向电机508通过齿轮组510驱动，齿轮组510用于驱动拾取头224进/出所选择的储藏柜216以便取回储藏在其中商品。。在所说明的实施例中，软管驱动机构被安装在运送装置218中，但在另一实施例中，可以安装电机508/辊轮506或一些其它的驱动机构如有关节连接的臂(在PCT公开WO99/12132中可以见到)，从而可以在沿着软管220长度的其它位置处动作。
该结构中软管220与运送装置218在相同的X，Y平面中移动，使得本发明能够具有紧凑的软管定位和驱动机构的实施方案。此外，因为运送装置的移动负责提供用于从储藏区222抽出软管220所需的主要的力，Z驱动电机只需要驱动软管以使其自由端移入/移出储藏柜216进行商品的取回。应当注意压紧辊轮506应当包括软橡胶材料以便与软管220有良好的摩擦接触，并且如果软管220起波纹，辊轮506可具有相应/配合的波纹。在所示的实施例中，已经确定两个驱动辊轮是不需要的，并因此只有压紧辊轮中的一个被电机508驱动，而弹簧(514)被用于迫使其它辊轮压向驱动辊轮，从而压紧并驱动它们之间的软管220。此外，当使用波纹软管时，在一些应用场合下可以用靠近软管220的线性螺纹机构代替压紧辊轮506来驱动软管。
在售货机环境中，紧凑的软管定位和驱动机构是重要的。考虑一个高度为72英寸的橱柜如前述美国专利5,240,139或PCT专利申请公开WO99/12132中所介绍的现有技术的软管定位机构一般要占用大约橱柜内高度的大约40％，从而只留下60％或更少的空间储藏要销售的商品。利用本发明的结构，软管定位和驱动机构占用了容器体积内小于25％的高度，这是非常理想的结果。另外，要注意本发明的紧凑软管定位和驱动机构的显著优点在于在所示的实施例中它只占据了容器体积内小于15％的高度。更为显著的是这个非常紧凑的软管定位和驱动机构可以将软管的自由端放置成与商品橱柜对齐。在本发明中，软管能够被驱动比软管定位机构高度大三倍的距离，并且实际上在所示的实施例中驱动软管达到五倍于软管定位机构高度的距离。
图2所示的储藏柜支承装置260包括一对以间隔一定距离的方式固定的矩形托架，该矩形托架向着橱柜12的内侧壁，储藏柜支承装置260用于保持放置在它们之间的橱柜处于相对于售货机橱柜内部的预定位置。在考虑到控制板212的预编程时要求这一点。控制板212控制机器人结构从所选择的一个储藏柜中取回所选择的商品。
如前所述，因为软管220从其与吸气源连接的一端起一直到其另一端的拾取头224为止用连续材料形成的，所以需要在拾取头224在商品发售操作时在X、Y和Z方向适当移动期间提供软管储藏和/或回收的装置。
如图3所示，将一个内壁246平行地放置在橱柜12的外壁248的旁边，并在外壁和内壁之间形成一个软管储藏区222。软管储藏区222的截面面积稍大于其中形成的软管环的截面面积。壁246和壁248在图中被部分切开，用以显示一个在软管220中形成的重力馈送自回缩回路拉紧装置/回收机构250。回路拉紧装置250在软管储藏区222内的移动受到限制，它被自身具有的一个滚动配重252拉动，沿滚动配重的外周具有一个凹槽253，用于使滚动配重在软管储藏区222内保持恒定的重心居中，并且用于在软管220上提供一个恒定、被动的“形成回路”的张力。另外，使软管储藏区222内带有凹槽的滚动配重252置于中心可使软管220置于中心处，从而防止软管220在拾取头224在X、Y和Z方向重新定位过程期间与软管储藏区222的侧壁发生摩擦。为了防止软管220打卷，滚动配重252的尺寸被设计成稍微大于软管220的直径，并且软管储藏区222的尺寸略微大于滚动配重252的宽度尺寸。滚动配重252的具体重量是设计选择的问题，它是根据各种因素而定的，如待被移动的商品的重量、用于在Z方向驱动软管的电机的力量，等等。在另一个实施例中，也可以利用一个弹簧将滚动配重252与橱柜12的底部连接起来，从而给环路拉紧装置250增加另一个张力。
还应该注意，这种基于重力的回收/软管储藏技术既可以满足运送装置218在X和Y方向上(左/右和前/后)移动的储藏要求，也可以满足拾取头224在Z方向上移动的要求。当然，这种基于重力的回收/软管储藏技术也可在这样一个实施例中工作得很好，在该实施例中，自动软管定位机构采用了一个转动型设备(R，□)、铰接臂、伸缩或夹剪系统或者其他技术。另外，对本发明的一些实施例来说，图示的基于重力的回收/软管储藏技术不再是必需的，并且可以用一个完全或部分机动化的回收技术来代替上述技术。另外，在其他一些实施例中，有可能需要将软管储藏区放置于其他位置，例如，平行于橱柜12的顶部或背部。在处于橱柜12顶部的情况下，上述被动的基于重力的回收技术将不再适用，此时可以用一个主动系统来代替它，例如，一个带有电机牵引回收器的系统。
另外，虽然在图示的实施例中只示出了一个储藏区215、软管220和运送装置218，但本发明也可被应用到具有多个储藏区和/或自动商品处理机构的类型的配送装置/商品处理机当中，例如，两个自动处理机构(竖直或水平放置)，各装置分别为不同的储藏区(例如一个是冷藏区，另一个不是冷藏区，或者一个用于竖直储藏产品，另一个用于水平放置产品)提供服务。在这种情况下，需要有单独的软管、软管定位机构以及软管储藏区，虽然它们可能共享一个抽气源(例如，吹风机电机226)、气流感应器以及真空破坏器。另外，在另一个实施例中也可只使用单个软管、软管定位机构以及软管储藏区，其中单个软管可以为多个商品储藏区提供服务。各个自动化商品处理机构可以拥有自己的商品ID设备，或者也可共享一个商品ID设备。
在图示的实施例中，吹风机电机226提供了一个相对较高的气流量并且相对适度的负气压。作为设计的选择，吹风机电机226可以包括一个真空泵，用于提供足够程度的负气压，但是，由于尺寸及成本的限制，相应地也减少了气流量。在后一种情况下，空气软管220的直径将比图2和图3中所示的直径小，本发明的一些应用中，这一点尤为重要。在拾取软包装时，图示的实施例特别有用，其原因是，在拾取软包装的过程中，瞬间或甚至是持续的漏气通常也不会导致包装掉落，与此同时，由于具有能够拾取不同重量和尺寸的多种形状的物体的能力，所以它还可提供极大的灵活性。在吹风机电机226含有一个真空泵的情况下，它既可以单独使用，也可以与一个通过阀门或空气软管与抽气软管相连的储藏箱一起使用，用以提供较大的气流量。另外，也可以联合使用一个压缩机和文氏管设备用以产生真空。
上述自动软管定位机构的各种备选实施例都被认为是在本发明的范围之内。例如，除了使用上述左/右滑动装置234和支承梁236a、236b的组合以外，还可以使用辊轮与导轨的组合。支承梁236a和236b可以含有一个支承板，在其两个边缘具有两个面向外(即，背对的)的L形导轨。滑动装置234的功能可通过在梁230的相对的两端固定一对支架来实现，各个支架都包括一对分开且朝向内的辊轮，它们与支承板上相对的导轨啮合并跟随着导轨。另外，分开且朝向内的一对辊轮中的每一个都可包括一套相互呈90度角放置的辊轮，从而咬合或跟随着L形导轨的相正交的表面。这种结构可以使运送装置218与梁230耦合连接，并且正确操作只需较少的调节。另外，如前所述，在储藏柜基本水平对齐的情况下，自动软管定位机构可以将运送装置放置成能够在一个基本平坦的竖直面内(即，在X/Z或Y/Z平面内)或者实际上垂直的曲线斜面内移动。另外，如前所述，在本发明的一些方面中，可能需要使自动软管定位机构包含一个属于包括具有固定长度的“工”形梁(或伸缩段)在内的类型的转动设备(R，□)，以使绕轴旋转形成“□”运动的夹钳/拾取头做“R”运动。另外，在本发明的其他环境中，自动软管定位机构可以包括一个铰接臂、夹剪系统，或者其他技术。
图4的功能方框图示出了根据本发明多个方面的并在包括如自动售货机10这种类型的商品售货机中得到实施的技术的一般操作。如图4所示，控制系统400包括一个微处理器402及相关的存储电路404，该系统被安装在控制板212上。控制系统400还可适当包括自动售货机10的其他部分中的电子部分。存储电路404中包括ROM和RAM缓存，前者用于保存操作程序(公知的嵌入软件，用于实现自动售货机10的控制)，后者则用于在系统操作期间临时保存操作数据和其他所需的数据。控制系统400响应用户对付款和选择系统406(包括图1中所示的硬币及纸币机构28和30以及选择按钮40)的操作，以对自动售货机10的用户接口和商品处理装置进行处理，进而配送用户所需的商品。更具体地说，当用户利用付款和选择系统406对其选择的商品进行正确支付之后，控制系统400将操作X/Y(左/右和前/后)驱动电机233和243以使拾取头224与其中保存有用户选择的商品的储藏柜216对准。然后，控制系统400与一个安装在运送装置之内并随其运动的软管驱动电机508(Z向电机)连接，以将软管220驱动至所对准的储藏柜之中的商品的顶部。在拾取头224与待移走的商品接触之前的适当时间(在本发明的一个实施例中，橱柜12中没有冷气，则这个适当的时间可以是紧接在拾取头224进入橱柜216之前，但如果有冷气，则希望该时间只在与所需商品接触之前，其目的是为了最大限度地减少冷气的散失)，控制系统400激活吹风机电机226，从而为拾取头224提供上升吸力。当位置传感器412确定出拾取头224已经与所需商品牢固接触时，控制系统400将促使软管驱动电机410反转其方向，以从对准的储藏柜216中收回软管，进而将选定商品从储藏柜216中提取出来。然后，运送装置218被驱动至一个与商品输送斜道210相对准的位置。
当传感器412感知到运送装置218已与输送斜道210对准之后(在这种情况下，传感器412可含有一个安装在橱柜前壁上的簧片开关，以及一个安装在运送装置218的前沿的磁铁)，控制系统400将关闭吹风机电机226，真空的丧失将导致选定的商品掉入客户取回区22。象先前所述的那样，在商品易碎并且不能掉入取回区或受到这种冲击力的情况下，可将软管220驱动至输送斜道210的底部再松脱商品。
应该注意，位置传感器512可以包括接线盒的气流传感器229，或者在另一个实施例中，它也可包括一个机械操作的与拾取头224有关的柱塞型位置传感器。另外，位置传感器412也可包括一个安装在橱柜前壁上的簧片开关，以及一个安装在运送装置218的前沿的磁铁。
根据本发明的另一个方面，由于控制系统保持跟踪软管220和运送装置218的移动(例如，通过检测来自位于各个驱动电机之上的轴编码器或其他距离测量设备的脉冲)，当运送装置218到达虚拟位置(virtual home)时由气流传感器所产生的信号可被用作一个检查信号，以保证使控制系统400能够精确地数出电机驱动脉冲，并且在需要的情况下，也可以根据该虚拟位置而对该定位系统进行重新校准。
控制系统400上连接有一个通信系统414，它用于为远程设备提供商品的库存情况以及自动售货机的操作信息，并且允许远程设备对自动售货机的操作进行控制。在这一点上，通信系统414可以包括一个连接装置，用于通过有线和/或无线收发机接口与远程计算机建立通信链路。另外，通信系统414可以与处于同一地区的多个其它具有类似连接装置的自动售货机进行通信，并且利用有线接口或无线通信在它们之间进行通信。还有，通信系统414可以通过LAN(局域网)、LAWN(无线局域网)或WAN(广域网)来提供与多个位于本地区的自动售货机和/或本地服务器/控制器的通信连接。远程计算机可以包括一个数据库，它能够接收和/或积累来自一个或多个自动售货机的操作数据，然后，其他人，如送货司机、机器操作员、机主、产品供应商等，就可以利用适当的编码来访问这些数据(例如，通过互联网，或者通过有线或无线连接)。另外，远端站点也可以向自动售货机给出用于控制其操作的反馈信息(如，授权信息)以允许其进行连续操作。
虽然对本发明的图示和说明是参考其优选实施例进行的，但本领域的技术人员应该明白，在由附带的权利要求所定义的本发明的精神和范围之内，可对本发明进行各种形式上或具体细节的修改。事实上，在本文中已经提及了许多这样的修改。本领域的技术人员将会认识到或者利用常规实验就能够掌握多个本发明特定实施例的等同物。
例如，虽然在本发明的实施例中只公开了一种提供抽气的空气软管220，但在实际情况中，也可使用其自由端上具有夹钳的固体部件，例如机械操作的夹爪(或电磁设备或自身含有的抽气发生器)，这些等同物也同样包含在权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种自动售货机，包括·橱柜；·位于橱柜内部体积当中的产品储藏区；·由基本连续的材料形成的抽气软管，它的一端用于从所述储藏区提取产品，另一端与抽气源相连；·软管定位机构，它与所述一端和另一端之间的所述抽气软管相连，用于可控制地定位所述的一端[以平面的方式？]，以使其与一个纵轴对准，沿着该纵轴在所述储藏区内储存有给定的产品，以及·软管驱动装置，它与所述软管定位机构协同处于一处，用于在与所述纵轴对准的方向上可控制地驱动所述软管，以使所述一端能够从所述储藏区内提出产品，·其中作为所述软管的所述可控制定位和可控制驱动的结果，所述软管定位机构和所述软管驱动装置都有储藏所述抽气软管的要求，和·其中在所述自动售货机内设置有单个的软管储藏区，以满足所述软管的储藏要求。
2.根据权利要求1所述的自动售货机，其特征在于所述的单个软管储藏区位于所述橱柜的内部并且与所述产品储藏区相邻。
3.根据权利要求1所述的自动售货机，其特征在于所述的单个软管储藏区与所述橱柜的一个内壁平行放置。
4.根据权利要求1所述的自动售货机，其特征在于所述的单个软管储藏区包括一个与所述橱柜的内壁平行的竖向空间。
5.根据权利要求1所述的自动售货机，其特征在于所述软管储藏区包括一个重力馈送回路，它连接于抽气源与一个点之间，所述软管通过该点从所述储藏区退向所述软管定位装置。
6.一种自动售货机，包括·橱柜；·位于橱柜内部体积当中的商品储藏区；·由基本连续的材料形成的真空软管，它的一端用于从所述储藏区提取商品，另一端与一个真空源相连；·软管定位机构，它与所述一端和另一端之间的所述真空软管相连，用于可控制地移动所述用于提取商品的一端，以使其与一个纵轴对准，沿着该纵轴在所述储藏区内储存有给定的产品，以及·软管驱动装置，它与所述软管定位机构协同处于一处，用于在与所述纵轴对准的方向上可控制地驱动所述软管，以使所述用于提取商品的一端能够从所述储藏区内提出商品，·其中作为所述软管的所述可控制定位和可控制驱动的结果，所述软管定位机构和所述软管驱动装置都有储藏所述抽气软管的要求，·其中在所述自动售货机内设置有单个的软管回收机构和储藏区，用于满足所述软管回收及储藏的所有要求。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述单个软管储藏区位于所述橱柜的内部并且与所述产品储藏区相邻。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述单个软管储藏区与所述橱柜的一个内壁平行放置。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述单个软管储藏区包括一个与所述橱柜的内壁平行的竖向空间。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述软管储藏区包括一个重力感应回路回收机构，它连接于抽气源与一个点之间，所述软管通过该点从所述储藏区退向所述软管定位机构。
11.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述重力馈送回路包括一个自重辊，它在软管储藏区中的回路上滚动，由此提供较为恒定数量的软管回收力。
全文摘要
一种在例如自动售货机上实现的商品处理设备，包括一个可控制定位的软管配送装置，用于从商品储藏区中取出商品。软管从位于软管储藏区内的第一端延续至能够固定住并提取出储藏区内的所选择商品的第二端。其中软管在第一端接收用于固定商品的能量。一与软管连接的软管定位机构可控制地将软管的第二端定位，从而与储藏区内的给定商品对准，以便可控制地接触和提取储藏区内的所选择的商品。并可控制地定位软管的第二端以便将商品运送至配送区。作为可控制定位的结果，软管定位机构对于软管有储藏要求和回收要求。根据本发明的原理，在自动售货机内设置有单个的软管储藏区，以满足软管回收及储藏的所有要求。
文档编号G07F5/18GK1430771SQ01810088
公开日2003年7月16日 申请日期2001年5月23日 优先权日2000年5月23日
发明者芒罗·切尔诺马斯 申请人:芒罗·切尔诺马斯