用于自动存储和取回系统的机会性充电系统

摘要

公开了一种机会性导轨充电系统，用于在自动订单履行系统内对运输货物的移动机器人上的电源再充电。可以将各个充电器合并到每个移动机器人中，以将来自充电导轨的设施线路电压转换为每个移动机器人上的可再充电电源额定的电压。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年2月8日提交的标题为“用于自动存储和取回系统的机会性充电系统”的美国临时专利申请号62/628159的优先权，该申请的全部内容通过引用合并于此。

背景技术

供应链中使用的自动订单履行系统可以履行单个产品的订单，在此也称为“每个”。传统的订单履行设施将每个存储在具有竖直和水平存储空间阵列的多层存储结构中的容器中。自动订单履行系统还包括在存储结构内水平和竖直移动以将容器移入和移出该结构内的存储空间的移动机器人。

用需要定期再充电的机载能量存储设备为这些移动机器人供电是众所周知的。最常见的解决方案是采用离散的充电站，它们通常位于整个结构的各个位置处。当机器人需要再充电时，材料控制系统(MCS)将机器人引导到充电站进行再充电。尽管可能有多个充电站，但这种再充电方法会使机器人从其订单履行任务中转移。

另一种方法比如在转让给Opex公司的美国专利号9815625中公开的方法将电压提供给充电导轨，机器人在其订单履行操作中沿着该充电导轨移动。因此，机器人可以在其执行任务时通过连接到充电导轨进行再充电。这样的系统已配置成使得DC电源或电池充电器位于电源(比如壁装电源插座)和充电导轨之间。这些传统的充电导轨系统提供足够的功率对单个移动机器人快速充电或者以较低的充电速率对多个移动机器人充电。此外，每个充电导轨都需要自己的充电器/DC电源，这增加了成本，增加了系统复杂度并降低了可靠性。

发明内容

本技术涉及一种用于订单履行系统内的移动机器人的机会性电池充电系统。电池充电系统包括一个或多个充电导轨，机器人在执行其订单履行任务时接合充电导轨，以便在正常的库存取回和交付操作期间进行机会性充电。一个或多个充电导轨可以设置在移动机器人用来在整个库存存储结构中行进的轨道系统的垂直塔架和/或水平导轨上。一个或多个充电导轨可以从设施电源接收相对较高的未经调节的电压，例如在120至240VAC之间。每个移动机器人可以包括可再充电能量存储设备，例如超级电容器组，其具有高充电容量并且能够快速充电。每个移动机器人还可以包括用于为能量存储设备再充电的机载充电器。固定安装成本降至最低，因为只需要过电流保护(保险丝或断路器)即可为导轨供电。

当移动机器人沿充电导轨移动时，每个移动机器人中的充电器将来自导轨的电压转换为可再充电能量存储设备额定的电压。由于导轨上的电压与每个移动机器人能量存储设备中使用的电压相比相对较高，因此可以同时从同一充电导轨上快速地对多个机器人再充电。此外，充电器控制流向连接到同一导轨的每个移动机器人上的每个能量存储设备的电流。因此，多个机器人可以以受控的方式从单个充电轨道快速地再充电。

在一实施例中，本技术涉及一种用于设施中的多个移动机器人的电源系统，包括：安装在轨道系统中的充电导轨，多个移动机器人沿着该轨道系统行进，充电导轨配置为提供第一电压；多个充电器，其包括多个移动机器人中的每个移动机器人上的充电器，多个移动机器人中的每个移动机器人上的充电器将来自充电导轨的第一电压转换为小于该第一电压的第二电压；多个可再充电能量存储设备，其包括在多个移动机器人中的每个移动机器人上的可再充电能量存储设备，通过第二电压对多个移动机器人中的每个移动机器人上的可再充电能量存储设备充电。

提供本发明内容以简化形式介绍一系列概念，这些概念将在下面的详细描述中进一步描述。本发明内容既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题不限于解决背景技术中指出的任何或所有缺点的实施方式。

附图说明

图1是根据本技术的实施例的订单履行设施的透视图。

图2是根据本技术的实施例的订单履行设施的包括充电导轨的轨道系统的一部分的前透视图。

图3和4是根据本技术的实施例的包括可再充电能量存储设备和充电器的移动机器人的顶部和底部透视图。

图5和6示出了用于将能量存储设备和充电器连接至轨道系统的充电导轨的联接机构的细节。

图7是根据本技术的实施例的在竖直塔架中包括充电导轨的存储隔间的前视图。

具体实施方式

粗略描述的本技术涉及一种用于对在自动订单履行系统内运输货物的移动机器人上的电源再充电的机会性导轨充电系统。根据本技术的各方面，可以将用于对移动机器人充电的一个或多个充电导轨结合到轨道系统中，机器人在正常的库存取回和交付操作期间沿着该轨道系统行进。在本技术的另一方面，将各个充电器合并到每个移动机器人中，以将来自充电导轨的电压转换为每个移动机器人上的可再充电电源额定的电压。各个充电器允许充电导轨在充电导轨上以低电流利用高电压。低电流使得能够使用横截面积小的充电导轨。此外，各个充电器和充电导轨上的高电压允许多个移动机器人同时从同一充电导轨快速有效地再充电。

应该理解的是，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于这里阐述的实施例。而是，提供这些实施例以使得本公开将是彻底和完整的，并且将本发明充分地传达给本领域技术人员。实际上，本发明旨在覆盖这些实施例的替代、修改和等同物，其包括在如所附权利要求限定的本发明的范围和精神内。此外，在本发明的以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员将清楚的是，可以在没有这种具体细节的情况下实践本发明。

如本文中可能使用的术语“顶部”和“底部”、“上部”和“下部”以及“竖直”和“水平”仅作为示例且用于说明性目的，并不意味着限制本发明的描述，因为引用的项可以在位置和定向上互换。同样，如本文所用，术语“基本”和/或“约”是指可以在给定应用的可接受的制造公差内改变指定的尺寸或参数。在一实施例中，可接受的制造公差为给定尺寸的±0.25％。

图1示出了订单履行设施100的实施例的局部视图，示出了包括多个存储位置106的隔间104的存储结构102。特别地，每个隔间104包括水平排的存储位置106的yz阵列和沿着水平排的高度变化塔架，其在实施例中可以是竖直塔架。如下所述，移动机器人150可以在高度变化塔架内的z方向上的存储高度之间行进。成对的隔间104可以布置成彼此面对，由过道108隔开。过道108可以具有一定的宽度，使得在过道108内行进的移动机器人150可以将搬运箱转移到过道108的任一侧上的隔间104。订单履行设施100还可以包括在存储结构102的不同水平高度处间隔开的平台112。平台112可以在过道之间延伸，使得机器人可以在每个平台的xy平面内操纵以在不同的过道之间行进。

图2示出了过道108内的轨道系统116的一部分的透视图。轨道系统116包括水平导轨118和高度变化塔架120(用虚线包围)。图2中所示的水平导轨118和高度变化塔架120的数量仅是示例性的，在进一步的实施例中，可以有更多或更少的水平导轨118和/或高度变化塔架120。然而，在一实施例中，针对隔间104内的存储位置106的每个水平高度存在一组水平导轨118。存储位置106(图2中未示出)将在过道108的相对侧上邻近轨道系统116定位。

订单履行设施100可以进一步包括多个移动机器人150，用于将搬运箱或其他产品容器移入和移出工作站(未示出)和隔间104中的存储位置106。在下文中将更详细地说明移动机器人150，而且其大体上可以是自我引导的，以便在过道108内沿着轨道系统116水平和竖直地移动，以在移动机器人150和存储位置106之间转移搬运箱或其他产品容器。移动机器人150可以在存储位置106的高度之间的高度变化塔架120内沿z方向竖直行进。一旦处于目标水平高度，移动机器人就可以沿着导轨118水平移动到选定的存储位置106，以从该存储位置取回库存或将库存交付到该存储位置。

平台112允许移动机器人150在存储结构102的不同高度处的过道108之间行进并进入过道108。平台112可以高度变化塔架处的平台地板中设置有开口112a。开口112a允许在高度变化塔架120中的高度之间竖直移动的移动机器人穿过过道内的一个或多个平台112。

可以与本技术结合使用的存储结构、轨道系统和移动机器人的更多细节例如在以下美国专利和专利申请中进行了描述：2015年9月22日发布的John Leri的题为“AutomatedSystem For Transporting Payloads”的美国专利号9139363；2016年6月2日提交的JohnLeri和William Fosnight的题为“Storage and Retrieval System”的美国专利申请公开号2016/0355337；以及先前提到的2017年5月10日提交的John Leri和William Fosnight的题为“Order Fulfillment System”的美国专利申请公布号2017/0313514。这些专利和申请中的每个均通过引用全部合并于此。

根据本技术的各方面，可将充电导轨130结合到一个或多个高度变化塔架120的一侧上的竖直轨道中。充电导轨130可电联接至设施电源132，以便接收来自设施电源132的电压。在实施例中，在一个或多个充电导轨130的每个中接收的电压可以是例如120V、220V或240V的AC电压。应理解，在进一步的实施例中，设施电源可以提供其他AC电压。另外，可以在设施电源132和充电导轨130之间设置电压转换器，以将电压转换为DC电压或不同于设施电源132的电压。

通常，一个或多个充电导轨130以相对较高的电压从设施电源汲取低电流。本技术的一个特征是，可以直接从设施电源为充电导轨供应电压，而不必在充电导轨的每个部分都提供充电器或其他设备以将电压转换为移动机器人能量存储设备可用的电平。低电流允许充电导轨130的相对较小的横截面积和低功率传输损耗。在一示例中，充电导轨130可以在50A时承载220V，以通过充电导轨130输送11000W的功率。这些数字仅作为示例，并且在其他实施例中可以变化。充电导轨130可以是由良好的电导体形成的板、电线或电缆，例如铜、不锈钢、其合金或其他材料。在充电导轨130是板的情况下，其可以是横截面积为10mm

如下所述，充电导轨130可以与高度变化塔架120的竖直导轨电隔离。可以采取安全预防措施以避免人与充电导轨130接触。在一示例中，充电导轨130可以嵌入保护性绝缘防护罩224中(图5和图6)，在禁止人类接触的同时仍允许移动机器人150的联接机构接触充电导轨130同时沿着高度变化塔架120移动。在实施例中，充电导轨130可以设置在订单履行设施中的单个高度变化塔架120、一些高度变化塔架120或所有高度变化塔架120的一侧。在其他实施例中，充电导轨130可以设置在给定的高度变化塔架120中的两个相对的轨道中。在更进一步的实施例中，代替或除了设置有一个或多个高度变化塔架120之外，还可以将充电导轨130结合在一个或多个水平轨道118中。

现在将参照图3-5说明移动机器人150的更多细节。移动机器人150可以具有机载可再充电能量存储设备160，在本文中也称为能量存储设备160，其在实施例中可以是或包括超级电容器组。超级电容器作为能量存储设备具有的优势在于，它们每单位体积可存储的能量比普通电容器多出10至100倍。另外，超级电容器可以接受非常大的电流，从而使超级电容器能够在非常短的时间段内比如几秒钟或更短的时间内进行再充电。各种超级电容器中的任何一种都可以用于或用作能量存储设备160，例如包括常规双电层电容器、锂超级电容器和超低阻抗电容器。还应理解，在进一步的实施例中，机载能量存储设备160可以是或包括除超级电容器以外的各种可再充电电源，例如包括普通电容器、电化学电池和其他类型的可再充电电源。可再充电能量存储设备160可以具有用于控制能量存储设备的操作的相关微控制器，例如实施下面解释的休眠模式，其中来自移动机器人驱动器的负载与能量存储设备160断开。

移动机器人150还包括充电器162，该充电器162从充电导轨130接收电压并将其转换为能量存储设备160可以使用的较小电压。在实施例中，能量存储设备160可以使用的电压通常可以通过商业因素的组合来确定，例如该电压可以允许最高的充电存储容量并且该电压可以提供每美元最多的能量存储。在一示例中，能量存储设备160可以使用20至70V之间的电压，但在进一步的实施例中还可以使用该范围之外的电压。下面描述充电器162的更多细节，以实现独立的充电管理和对移动机器人150的有效充电。尽管能量存储设备160和充电器162示出为单独的部件，但在进一步的实施例中，能量存储设备160和充电器162可以集成在一起。

移动机器人150还可以包括各种驱动系统，其用于沿平台112水平地推动移动机器人150，并且沿轨道系统116水平和竖直地推动移动机器人150。在一示例中，移动机器人150可包括水平驱动系统，其包括一对位置控制马达166(其中一个在图4中可见)，用于控制驱动轮168的旋转。位置控制马达166可以串联操作，以使移动机器人沿着轨道系统116的导轨118前进。位置控制马达166可以独立地操作以在移动机器人在平坦表面比如平台112上行进时可控制地使其向左或向右转动。

移动机器人150还可包括各种驱动系统，其用于在高度变化塔架120内竖直地推动移动机器人。在一示例中，移动机器人150可包括安装至驱动轴172的竖直驱动器170。驱动轴172还可在其相对端部处包括一对导向轴承174，每个配置成与高度变化塔架的相对侧中的竖直通道173(图5和6)内的齿轮齿条171接合。竖直驱动器170使导向轴承174沿着齿轮齿条的旋转可控制地使移动机器人在高度变化塔架内向上或向下移动。

移动机器人150还可包括安装在轴承轴177的相对端部处的反向轴承175。反向轴承抵靠在高度变化塔架中接收导向轴承174的竖直通道后面的表面上，以将移动机器人在竖直行进期间保持在大致水平位置。

移动机器人150还可包括驱动系统，其用于在过道108的任一侧上的存储位置106处取回和/或交付库存容器。在一实施例中，移动机器人150可以包括固定至驱动轴182的容器转移驱动器180。驱动链轮184可以固定至驱动轴182的相对端部。驱动链轮184进而可以通过第一链条188联接到从动链轮186。第二链条190可以缠绕在从动链轮186上。一对脚蹼192、194固定至第二链条190。第二链条190和脚蹼192、194可以安装在有效载荷床198的侧壁196上，用于承载搬运箱或其他容器。驱动器180的旋转使第二链条190和脚蹼192、194旋转。相对的侧壁200包括第二链条和脚蹼的类似组件，其也由驱动器180旋转。两个侧壁上的脚蹼192、194配置成接合位于有效载荷床198上的容器的特征以将容器转移到存储位置106。这些特征也可以由两个侧壁上的脚蹼192、194接合，以将容器从存储位置106转移到有效载荷床198上。

提供以上内容是为了对可以包括在移动机器人150内并由能量存储设备160提供动力的一些驱动马达的一般性描述。可以由能量存储设备160包括并提供动力的附加或替代驱动马达的细节被提供在以上结合的专利和专利申请中，例如2017年5月10日提交的John Lert和William Fosnight的题为“Order Fulfillment System”的美国专利申请公开号2017/0313514。然而，应当理解，以上描述的或以其他方式在移动机器人150中使用的特定驱动系统对于本技术的充电系统不是关键的，并且本技术的充电系统可以用于具有多种其他或替代驱动系统、动力部件和/或替代配置的移动机器人。

每个移动机器人150还可包括天线(未示出)，从而使移动机器人能够向材料控制系统(MCS)210发送信号/从其接收信号。通常，MCS210在移动机器人在整个订单履行设施中行进时控制其整体操作。MCS210为机器人分配拾取和交付库存容器任务，并控制整个设施中移动机器人的交通流量。通常，移动机器人150在执行其MCS指定任务时将在某个点处沿着高度变化塔架120行进，并且此时移动机器人150可以在不需要来自MCS210的单独充电命令的情况下再充电。然而，可能发生的是：MCS210要求机器人行进长距离而未在包括充电导轨130的高度变化塔架120中行进。在这种情况下，MCS210可以引导移动机器人在开始其任务之前沿高度变化塔架充电。

另外，在实施例中，MCS210可以监测每个移动机器人150的功率水平。在移动机器人的功率严重不足的情况下，MCS210可以将移动机器人重新引导到高度变化塔架120内的充电导轨130。而且，如下所述，当机器人被迫等待远离充电导轨130的延长时间段时，MCS210可以为移动机器人150实施休眠功能。

在操作中，本技术提供了机会性充电系统，即每当移动机器人150有机会沿着包括充电导轨130的高度变化塔架120行进时，它们就会充电。图3和4示出了用于将充电导轨130电联接至充电器162的联接机构216。图5和6示出了联接机构216的更多细节。联接机构216包括一对弹簧加载的充电脚趾218，其偏压在充电导轨130的轨道上。充电导轨130本身可以定位在通道173的基部内。如上所述，通道173在通道的侧壁上还包括齿条齿轮171，该齿条齿轮由导向轴承174接合，以使移动机器人150能够竖直行进。

当移动机器人进入包括充电导轨130的高度变化塔架120时，充电脚趾218偏压在充电导轨130上，使得来自充电导轨的电流通过充电脚趾流向充电器162以对能量存储设备160再充电。只要移动机器人150在高度变化塔架120中，充电脚趾218就保持与充电导轨接触。无论移动机器人150在高度变化塔架120内是向上还是向下移动，能量存储设备160都以相同的方式充电。然而，当势能的变化可能导致电流从一个或多个驱动器行进到能量存储设备160时，在移动机器人向下移动的情况下，能量存储设备160可以更快地充电。

如上所述，每个移动机器人150可以包括充电器162，用于将来自充电导轨130的电压转换为用于对能量存储设备160充电的较小电压。本技术的特征是，充电器162设置在每个移动机器人150上，而不是像常规系统那样设置在设施电源和充电导轨之间。在常规系统中，当充电器发生故障时，由该充电器提供服务的导轨部分不再接收电力，从而可能影响可能需要重新布线的一些或全部移动机器人。如果本技术的充电器发生故障，则它将仅影响其所在的移动机器人。因此，本技术提供了没有单点故障的高度可靠的系统。如果一个机器人发生故障，则可能会将其从流通中取出并轻松更换。

本技术还提供了一种成本有效的系统，因为充电器162被集成到机器人中。此外，在机器人上提供充电器可以使导轨直接由AC线路电源供电。除了向充电导轨提供高功率能力之外，这种类型的电源使用还需要最少的充电基础设施，例如充电点数量少并且每个充电点的成本低(过流保护)。此外，该系统可以通过添加更多机器人来轻松扩展，而无需更改存储结构。

本技术还提供了机器人寿命的好处。如上所述，将充电器162移动到移动机器人意味着当充电器发生故障时，无需关闭系统的任何部分进行维护。这些好处可以与机会性的基于超级电容器的系统结合使用，这意味着能量存储设备可确保机器人的使用寿命(>10年)，并且在操作时，机器人无需暂停来进行再充电。

此外，在每个移动机器人150上提供充电器162允许在每个移动机器人150处本地应用的独立充电管理。因此，每个移动机器人的充电速率受到高度控制。因此，例如，可以将大量机器人同时添加到充电轨道，因为机载充电器162调节所有机器人的充电速率。充电速率调节具有多种好处，包括确保功率负载不超过AC断路器额定值。此外，当能量存储设备充满电时，充电器162可以切断到能量存储设备160的电源。另外，充电器162防止连接到充电导轨130的两个或更多个移动机器人之间的电短路。

充电器162还将充电速率控制为能量存储设备160和充电器162的函数。具体地，能量存储设备在接收更多电力时将通常更快地充电。特别是，传递到能量存储设备的能量是功率和时间的乘积(E＝Pt)。由于移动机器人150连接到充电导轨的时间量受移动机器人的目的地限制和设置，因此，通过最大化在该时间段内传递给该机器人的功率来最大化转移到移动机器人的能量。

然而，能量存储设备160和充电器162的参数一起将限定给能量存储设备160的最大功率P

与常规系统相比，本技术的特征是，可以以高充电速率从单个充电导轨130对多个移动机器人充电。在多个机器人n同时从充电导轨130充电的情况下，移动机器人n汲取的功率之和将是充电导轨提供的功率：

P

如上所述，P

P

在订单履行系统的正常操作期间，可能有多达m个机器人同时在给定的高度变化塔架中改变高度。本技术的一个有利特征是，可以在P

例如，图7示出了存储结构102的隔间104。隔间104包括高度变化塔架120，其包括如上所述的充电导轨130。所示的示例包括在高度变化塔架120中的五个移动机器人150，每个在其竖直移动时从充电导轨130充电。在该实施例中，五个移动机器人是在正常操作下在任何给定时间将在塔架120中移动最多的机器人。

在该示例中，假定塔架120中的充电导轨如上所述能够输送高达11kW。在此示例中，进一步假定五个移动机器人中的每个上的能量存储设备160的P

P

11,000W≥∑(2000W+2000W+2000W+2000W+2000W)＝10,000W

由于由充电导轨130提供的功率大于五个移动机器人150的P

可能发生的是，移动机器人充电的速率不是关键因素。例如，在订单履行设施的空闲(非操作)时段期间，大量移动机器人(例如100或更多)可以存储在图7的塔架120内，每个从充电导轨130充电。在实施例中，每个移动机器人的能量存储设备将接收远远低于P

在其他实施例中，本技术还实现了包括集成到能量存储设备控制器中的休眠功能的能量存储解决方案。当机器人被迫等待远离充电导轨130的延长时间段时，能量存储设备控制器的休眠功能会将所有功率负载从机器人驱动器断开，并将其他部件从能量存储设备160断开。这可能因多个原因而发生，例如包括交通、服务和/或停工。MCS210的监控软件算法可以监测这些或其他条件，并确定需要将移动机器人150置于休眠状态以节省其动力。在这种情况下，MCS210将无线信号发送到移动机器人，从而导致能量存储设备控制器将所有功率负载从能量存储设备160断开。

MCS210还可以传达能量存储设备控制器使用的持续时间，以周期性地为无线通信所需的最低限度硬件加电，以查看操作是否准备好恢复或已经恢复。预期服务的时间越长，唤醒之间的持续时间就越长，从而确保能量将可用于在需要时的诊断和机动运动。然后，能量存储设备控制器在超低功率状态下独立操作，计算分钟数，直到使用MCS210“检入”为止，然后为无线通信子系统供电并连接到MCS210。如果准备好了，则为机器人供电，如果没有，则MCS210有机会定义新的切断时间，然后机器人返回休眠状态。

将休眠功能集成到移动机器人中确保了当机器人被困在充电位置之外时，机器人可以长时间保持能量，这通常避免了手动恢复机器人的需要。

总之，本技术涉及一种用于设施中的多个移动机器人的电源系统，包括：安装在轨道系统中的充电导轨，多个移动机器人沿着该轨道系统行进，充电导轨配置为提供第一电压；多个充电器，其包括多个移动机器人中的每个移动机器人上的充电器，多个移动机器人中的每个移动机器人上的充电器将来自充电导轨的第一电压转换为小于该第一电压的第二电压；多个可再充电能量存储设备，其包括在多个移动机器人中的每个移动机器人上的可再充电能量存储设备，使用第二电压对多个移动机器人中的每个移动机器人上的可再充电能量存储设备充电。

在另一示例中，本技术涉及一种用于设施中的多个移动机器人的电源系统，移动机器人配置为在轨道系统上行进以将容器往返于设施内的存储位置运输，所述电源系统包括：安装在轨道系统中的充电导轨，充电导轨配置为提供第一电压；多个充电器，其包括多个移动机器人中的每个移动机器人上的充电器，多个移动机器人中的每个移动机器人上的充电器将来自充电导轨的第一电压转换为小于该第一电压的第二电压；多个可再充电能量存储设备，其包括在多个移动机器人中的每个移动机器人上的可再充电能量存储设备，当多个移动机器人中的每个移动机器人在轨道系统上行进以将容器往返于设施内的存储位置运输时，使用第二电压对多个移动机器人中的每个移动机器人上的可再充电能量存储设备进行机会性地充电。

在另一示例中，本技术涉及一种对自动存储和取回系统设施中的多个移动机器人的可再充电能量存储设备充电的方法，包括：(a)将设施的线路电压传送到充电导轨；(b)引导多个移动机器人中的移动机器人与包括充电导轨的轨道连接；(c)在将移动机器人与充电导轨连接时，将来自设施的线路电压转换为可用于通过移动机器人上的充电器对移动机器人的可再充电能量存储设备充电的较低电压；以及(d)用在所述步骤(c)中转换的电压对移动机器人的可再充电能量存储设备充电。

为了说明和描述的目的，已经给出了本发明的前述详细描述。其并非旨在穷举或将本发明限制为所公开的精确形式。根据以上教导，许多修改和变型是可能的。选择所描述的实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够在各种实施例中以适合于预期的特定用途的各种修改来最好地利用本发明。本发明的范围旨在由所附的权利要求书限定。