CN116783035A - 用于it硬件机架处的it硬件节点的自动位置交换设备和方法 - Google Patents

Abstract

用于IT硬件机架处的IT硬件节点的位置交换的设备和方法。本设备和方法特别适用于各种不同的IT硬件机架构造。本设备包括安装件、支撑在安装件处的主体、可移动地附接到主体的夹持器、以及设置在夹持器上的接合件，其中，夹持器构造成能够在IT硬件架处插置和/或撤出IT硬件节点。

Description

用于IT硬件机架处的IT硬件节点的自动位置交换设备和方法

技术领域

本公开涉及一种用于IT硬件机架处的IT硬件节点的自动位置交换的设备和方法。

背景技术

数据中心是用于容纳计算机系统和相关组件的建筑物或在建筑物内的专用空间。数据中心的运作和维护通常需要人工干预。特别是，储存于IT硬件机架中的IT硬件节点的运作和维护通常涉及了一般由人工干预执行的任务。

数据的大量增长以及业务运作速度的提高意味着在数据中心内对不同任务的人工监控和处理是不够敏捷及可重复有效的，这会使业务处于风险中。随着管理更大量服务器的需求增加，在数据中心产业中对于自动化和效率的改善的持续需求也在增加。

数据中心自动化是在不需要人工管理或需要最少化的人工管理的情况下管理和执行数据中心的常规工作流和程序(诸如，调度、监控、维护或应用递送)的过程。数据中心自动化提高了敏捷性和运行效率。已经进行了一些尝试来使数据中心行业自动化。示例包括了用以容纳浸没式冷却浴/槽的微型模块化数据中心。这类系统具有机器人操纵器，该机器人操纵器被定制为锁定至服务器上，将服务器从浸没槽中取出并将其放入第二外壳中。

然而，现有的系统缺乏用于集成到现有数据中心设施中的配置和兼容性。这种现有的系统被特别设计成独立(self-contained)的，并被实现为独立的模块单元。数据中心配置变化很大，从垂直机架配置到呈现水平配置的更复杂的存储方案(诸如，浸没冷却浴/槽)。因此，IT硬件节点在不同类型的硬件机架上的位置交换仍然是一个问题。

因此，需要一种系统，其提供用于在不同类型的IT硬件机架和数据中心设施处的IT硬件节点的位置交换的通用集成解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于IT硬件机架处的IT硬件节点的精确、有效且可靠的位置交换的设备和方法。本发明的另一具体目的是提供一种可适应的设备和方法，以通用地集成在一个或多个IT硬件机架处的IT硬件节点的位置交换。本发明的另一目的是提供一种可适应的设备和方法，用于IT硬件节点的位置交换，其集成和使用上可兼容于任何IT硬件节点和/或不同及多种配置的IT硬件机架。

根据本公开的第一方面，提供了一种用于IT硬件机架处的IT硬件节点的自动位置交换的设备，所述设备包括：安装件，所述安装件可附接到用于所述IT硬件节点的位置交换的主咬合器；主体，所述主体支撑在所述安装件处并能够相对于所述安装件在第一方向上移动；夹持器，所述夹持器可移动地附接到所述主体并能够相对于所述主体和所述第一方向至少在第二方向上横向移动；接合件，所述接合件分别设置在所述夹持器处，以经由所述夹持器的所述横向移动而可释放地接合所述IT硬件节点；其中，所述主体经由在所述第一方向上的所述移动构造成在所述IT硬件机架处插置和/或撤出所述IT硬件。这种构造提供了主体相对于支撑件在第一方向上的独立移动，以使对准和精度最大化。夹持器相对于主体(和第一方向)在第二方向上的独立控制的移动提供了在IT硬件机架处的节点的为了安全和可靠的输送的牢靠锁定、插置和/或撤出。此外，夹持器的独立控制的横向移动为具有不同组件部分和尺寸的不同IT硬件节点类型的接合提供了兼容性和构造。

可选地，所述设备还包括耦接所述主体和所述安装件的致动器，以使所述主体能够沿所述安装件在所述第一方向上移动。可选地，所述设备还包括耦接所述夹持器和所述主体的至少一个致动器，以使所述夹持器能够在所述主体上沿所述第二方向移动。可选地，所述第一方向和所述第二方向彼此倾斜或垂直。

可选地，所述设备包括通过相应的致动器耦接到所述主体的两个夹持器，以使两个夹持器能够沿所述主体在所述第二方向上彼此朝向和远离地移动。这种构造对夹持器相对于主体(和第一方向)在第二方向上横向移动提供了贡献，以提供用于在IT硬件机架处的IT硬件的插置和/或撤出的牢靠锁定。此外，夹持器的独立控制的横向移动为具有不同组件部分和尺寸的不同IT硬件节点类型的接合提供了兼容性和构造。

可选地，所述致动器构造成彼此独立地操作。可选地，每个致动器包括相应的马达，以驱动夹持器在所述第二方向上移动。

可选地，所述设备包括至少一个第一导轨，所述至少一个第一导轨沿所述安装件在所述第一方向上延伸，并定位在所述安装件和所述主体之间，以支撑所述主体在所述第一方向上的移动。这种构造为主体沿安装件在第一方向上的移动提供了支撑、引导和对准。

可选地，所述设备包括至少一个第二导轨，所述至少一个第二导轨跨过所述主体在所述第二方向上延伸，并定位在所述夹持器和所述主体之间，以支撑所述夹持器在所述第二方向上的移动。

可选地，所述接合件以距所述主体不同的相应间隔距离定位在相应的夹持器处。

可选地，所述接合件从相应的夹持器横向向内突出，使得横向相邻的夹持器的接合件大致彼此相对地定位，并能够在所述第二方向上横向移动，以闭合在一起并与IT硬件节点接合接触。

可选地，所述接合件中的每个包括从相应的夹持指横向突出的相应的凸耳。可选地，所述接合件中的每个包括从相应的夹持指横向向内突出的相应的凸耳。可选地，所述接合件中的每个包括从相应的夹持指横向向外突出的相应的凸耳。

可选地，每个凸耳包括一对肩部、以及相对于所述肩部最远离相应的夹持器定位的头部。

可选地，所述设备还包括至少一个传感器，用于感测和/或确定所述接合件相对于所述IT硬件节点的至少一部分的位置。可选地，所述至少一个传感器包括接触或触觉传感器，以确定所述接合件相对于所述IT硬件节点的至少一部分的位置和/或确定所述接合件与所述IT硬件节点之间的接触压力。可选地，所述至少一个传感器包括感应传感器，以确定所述接合件相对于所述IT硬件节点的至少一部分的接近度。

根据本公开的另一方面，提供了一种IT硬件系统，包括至少一个IT硬件机架；支撑在所述IT硬件机架内的多个IT硬件节点；以及如本文所述的用于在IT硬件机架处的IT硬件节点的自动位置交换的设备或装置，所述设备构造成可释放地接合和位置交换所述IT硬件机架处的所述IT硬件节点。

可选地，每个IT硬件节点包括至少一个位于一个边缘、端部或侧部并且可通过所述接合件接合的突片。可选地，每个突片包括至少一个开口，所述至少一个开口的形状和尺寸大致等于每个接合件的形状和尺寸，以允许每个接合件插置到所述开口中。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于IT硬件机架处的IT硬件节点的自动位置交换的方法，包括：在第一方向上朝向支撑在IT硬件机架内的IT硬件节点移动主体；相对于所述主体和/或所述第一方向在第二方向上横向移动夹持器，以经由定位在所述夹持器处的相应的接合件接合和夹持所述IT硬件节点；通过所述主体在所述第一方向上的移动从所述IT硬件机架中撤出所述IT硬件节点。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于IT硬件机架处的IT硬件节点的自动位置交换的方法，包括：朝向IT硬件节点移动主体；相对于所述主体在第二方向上横向移动夹持器，以经由定位在所述夹持器处的相应的接合件接合和夹持所述IT硬件节点；通过所述主体在第一方向上的移动将所述IT硬件节点插置IT硬件机架中。

可选地，在所述第二方向上移动所述夹持器的步骤包括将一对相对的夹持器共同与设置在所述IT硬件节点的边缘、端部或侧部的一个或两个突片接合接触。可选地，在所述第二方向上移动所述夹持器的步骤包括将一对相对的夹持器分别与设置在所述IT硬件节点的边缘、端部或侧部的一个或两个突片接合接触。

可选地，所述主体和所述夹持器的移动包括相应的机械致动器的致动。可选地，所述主体和所述夹持器的移动由多个相应的机械致动器所致动，每个所述机械致动器由控制单元控制。

可选地，所述方法还包括使用至少一个传感器来感测和/或确定所述接合件、所述夹持器、所述主体和/或所述IT硬件节点的位置。

可选地，IT硬件机架处的IT硬件节点的自动位置交换的方法还包括经由控制单元控制所述致动器的致动，其中，所述控制单元电耦接到所述至少一个传感器并响应于从所述至少一个传感器接收的信号。

可选地，所述IT硬件机架包括用于容纳液体冷却剂的浸入式冷却浴部，所述IT硬件节点在所述第一方向上的移动通常是垂直移动。

在本说明书中，对“IT硬件节点”的引用应当被理解为可以存在和/或存储在IT硬件机架中并且可以被用于执行活动(诸如，但不限于计算任务或电力供应)的任何IT硬件组件。因此，术语“IT硬件节点”涵盖了替代术语，诸如：IT硬件组件、IT硬件服务器、计算机服务器、联网硬件、电子设备模块、机架可安装式设备、机架安装机箱、层架或被设计成放置在IT硬件机架中的任何其它设备。

本说明书中对“IT硬件机架”的引用应当理解为用于安装多个电子设备模块或IT硬件节点的任何框架或外壳。特别地，但不限于，对IT硬件机架的引用涵盖垂直配置(诸如公知的19英寸机架)和/或水平配置(诸如浸没冷却浴槽)。

本说明书中对“突片”的引用应被理解为从IT硬件节点的边缘、端部或侧面附接、可附接或突出的任何材料。IT硬件节点中提供的突片的数量，以及它们之间的距离(如果需要多于一个的话)可以根据用户而变化。例如，一个用户可以具有第一类型的IT硬件节点，诸如高密度滑板(sled)。由于其尺寸，可能只需要一个突片来执行夹持和接合。

另一用户可以具有第二类型的IT硬件节点，诸如全宽节点。由于这种节点的尺寸，两个突片可以设置为在彼此之间有特定的间隔距离，两个突片都与本设备接合。另一个用户可以具有第三类型的IT硬件节点，诸如呈现与替代全宽节点不同尺寸的全宽节点。因此，每个夹持器的横向运动使得能够接合具有不同组件部件和/或尺寸的不同IT硬件节点。

本说明书中对“开口”的引用涵盖了替代的术语，诸如插槽、狭缝、凹槽、空腔或凹进。

本说明书中对“凸耳”的引用涵盖了能够容纳在相应的开口、插槽或凹槽内的突起、键、肋、突出或邻接部。

本设备和方法被配置用于与所有类型的IT硬件冷却系统进行操作和集成，IT硬件冷却系统具体地包括传统的垂直机架柜以及水平机架柜，在传统的垂直机架柜中，节点被水平地安装和定向并且被布置为垂直堆叠，在水平机架柜中，节点被垂直地安装和定向并且被布置为水平堆叠。这种系统通常是空气/风扇冷却的、水冷却的和/或冷却剂冷却的。合适的应用可以包括利用传统计算机机房空调(CRAC)系统的基于空气的冷却、利用传统计算机机房空气处理器(CRAH)系统的基于空气的冷却、自由空气冷却、机架内排热系统、水冷机架和服务器、直接浸没冷却系统、密封液体冷却或“液体到芯片(Liquid to the Chip)”冷却系统等。

附图说明

现在将仅通过示例并参考附图来描述本发明的具体实施例，在附图中：

图1示意性地示出了根据具体实施例的用于在一个或多个IT硬件机架处的IT硬件节点的自动位置交换的系统内的组件和单元；

图2是被配置为用于在图1的系统内的IT硬件机架处插置和撤出IT硬件节点的主咬合器和辅助咬合器的透视图；

图3是图2的辅助咬合器的透视图；

图4是图3的辅助咬合器的另一个透视图；

图5是图4的辅助咬合器的平面图，其中为了说明的目的去除了选定的部件；

图6是图5的辅助咬合器的前部的平面透视图，其中为了说明的目的去除了选定的部件；

图7是夹持器的放大透视图，夹持器具有用于可卸除地(或可释放地)接合IT硬件节点并形成图3至图6的辅助咬合器的一部分的接合件；

图8是相对的夹持器的侧面透视图，夹持器设置在图3至图6的辅助咬合器的前部区域处，用于可卸除地接合IT硬件节点；

图9是具有一对可接合的突片的第一类型IT硬件节点的透视图；

图10是具有单个可接合的突片的第二类型IT硬件节点的透视图；

图11是图9的IT硬件节点的右突片的放大透视图；

图12是图10的IT硬件节点的突片的放大视图；

图13是图3至图6的辅助咬合器的平面图，该辅助咬合器位于图9的IT硬件节点附近，用于通过图8的夹持器可拆除地接合；

图14是根据具体实施例在图1的IT硬件机架中的一者处插置IT硬件节点的次序的初始阶段的示意性流程图；

图15是根据具体实施例在图1的IT硬件机架中的一者处插置IT硬件节点的次序的最后阶段的示意性流程图；

图16是根据具体实施例在图1的IT硬件机架中的一者处撤出IT硬件节点的次序的初始阶段的示意性流程图；

图17是根据具体实施例在图1的IT硬件机架中的一者处撤出IT硬件节点的次序的最后阶段的示意性流程图；

图18是图3至图16的辅助咬合器的透视图，该辅助咬合器出于说明目的而安装在静态支撑件上并定位成用于在图1的IT硬件机架中的一者处插置和撤出IT硬件节点；并且

图19是图3至图6的辅助咬合器的透视图，该辅助咬合器被定位成用于在图1的IT硬件机架中的一者处插置和撤出IT硬件节点。

具体实施方式

参照图1，本设备和方法提供了用于在一个或多个IT硬件机架处自动位置交换IT硬件节点的系统。在本说明书中，对IT硬件机架的引用除了液体浸没冷却的IT硬件机架(也称为浸没冷却浴(包含电介质冷却剂液体))之外，还包括风扇或空气冷却的IT硬件储存机柜。本系统可以被配置以利用在一个或更多个计算机单元/服务器上运行/实施的软件所提供的操作控制进行全自动化，该一个或更多个计算机单元/服务器系远离或接近本设备。用于机械致动器(包括机电式、电动液压式、电动气动式及/或电磁式)的计算机化及电子控制的这类软件将为本领域技术人士所熟悉。本设备、方法和系统系可配置为与各种不同类型的软件一起使用，以用于自动控制这类电子可控机械组件和致动器。

本装置包括总体上由附图标记10表示的主咬合器(articulator)，该主咬合器10依次安装总体上由附图标记11表示的辅助咬合器。主咬合器10和辅助咬合器11为总体上由附图标记12表示的IT硬件节点的位置交换提供了统一的机械咬合器。在本说明书中，对IT硬件节点的引用包括IT硬件服务器或计算机(以提供计算任务)、电力单元或节点(诸如向其他IT硬件节点提供电力的电力架单元(power shelf unit))、以及向一个或更多个节点、服务器单元或IT硬件机架提供辅助或预设电力以避免故障的电池单元和节点。如将要描述的，本设备和方法可兼容用于多种不同类型、尺寸和形状的IT硬件节点，包括通常被称为“全宽节点”的节点(其占据IT硬件机架、容器或浴部的全宽)、以及“高密度节点”(其比全宽节点窄，并且可选地可安装和/或设有底盘和/或滑板(可插置在底盘内))。

本系统、设备和方法通过其组成部件、顺序以及步骤与多种不同类型的IT硬件节点和IT硬件机架集成和/或操作是有利的，以便提供现有IT硬件服务器系统的节点的自动位置交换，该现有IT硬件服务器系统可以是风扇/空气冷却的(机架13)和/或液体浸没冷却的(机架14)。

本系统包括控制单元15，该控制单元15与主咬合器10和辅助咬合器11有线通信或无线通信。控制单元15可以被实现为PC或包括机器控制单元(MCU)、PCB、处理器、数据存储器、存储器和通信组件和协议的其它计算机装置。控制单元15被提供或配置用于与用户接口17集成，以允许经由本地或远程访问来进行本系统的用户控制、调整和询问。用户接口17可以包括一个或更多个显示屏和输入外围设备，诸如键盘、触摸屏，这将被理解。控制单元15经由其通信组件和协议被配置用于与云网络(总体上由附图标记16表示)进行双向数据通信。如将要描述的，本系统包括各种机电部件和操作传感器，使得能够对各种系统部件进行自动、半自动和/或手动的位置和接合监控，具体包括经由主咬合器10和辅助咬合器11接合和分离IT硬件节点12和/或在相应的IT硬件机架13、14处插置和撤出IT硬件节点。

参照图2，主咬合器10包括主支撑件18。支撑件18被实施为具有安装到底盘93上的地面接合轮92的自动引导车辆(Automated Guided Vehicle，AGV)。支撑件18包括通常与AGV相关联的部件和配置，AGV包括一个或更多个电动机、电子控制单元、电池和有线或无线通信(comms)，用于通过控制单元15，可选地通过附加的子控制单元(未示出)进行远程控制。底部导轨20安装在支撑件18的面向上的一侧，并且与被支撑于水平地面上的主咬合器10大致呈水平延伸。柱件23从支撑件18向上且大致垂直地延伸，并且经由第一枢转接头21可滑动地安装在导轨20处。因此，柱件23构造成在沿导轨20的任何位置处绕其纵向轴线22旋转。主咬合器还包括梁件25，该梁件25安装到柱件23上并通过第二枢转接头26从柱件23横向突出。因此，梁件25能够绕其纵向轴线24旋转。枢转接头26通过类似于导轨20的线性轨道和/或导轨安装在柱件23上，以便使梁件25能够沿着柱件23的长度在升高或提高位置(在柱件23的上端)和接近支撑件18的降低位置(在柱件23的下端)之间线性移动。

主咬合器10还包括第一线性致动器(未示出)和第二线性致动器(未示出)，该第一线性致动器将第一枢转接头21连接到导轨20，以便提供柱件23沿着导轨20的线性平移，该第二线性致动器将第二枢转接头26和柱件23连接，以便提供梁件25沿着柱件23的长度的线性输送。主咬合器10还包括将辅助咬合器11连接到梁件25的第三枢转接头90。第三枢转接头90构造成绕大致垂直于梁件25的轴线27旋转。主咬合器10还包括相应的第一旋转致动器、第二旋转致动器和第三旋转致动器(未示出)，第一旋转致动器、第二旋转致动器和第三旋转致动器分别设置在各第一枢转接头21、第二枢转接头26和第三枢转接头90处，以便提供各组成部件相对于彼此的机械旋转。枢转接头21、枢转接头26、枢转接头90中的每个以及相应的线性(未示出)和旋转致动器(未示出)可以包括一个或更多个传感器，以在IT硬件节点12在机架13、机架14处的位置交换期间提供关于主咬合器10和辅助咬合器11的各部件的相对位置的监控和响应反馈。导轨20、柱件23和/或梁件25提供了整体由附图标记19表示的一体式操纵臂，该操纵臂适于IT硬件节点12的位置交换。

辅助咬合器11包括通常小于主咬合器10的尺寸和构造，以便可通过梁件25、柱件23和导轨20安装在主咬合器10处。辅助咬合器11包括总体由附图标记30表示的咬合器主体，该咬合器主体支撑总体由附图标记29表示的一对相对的夹持器。或者，每个夹持器可被称为夹持器指状部，并且适于彼此相向和远离地横向移动，以便可释放地接合和定位地支撑IT硬件节点12，用于插置和撤出IT硬件机架13和IT硬件机架14中的至少一个。辅助咬合器11适于悬挂并可安装在咬合器臂19的端部，并配置成独立于主咬合器10进行定位运动。根据本系统，主咬合器10主要适于大的或“粗略的”运输/平移运动，而辅助咬合器11特别适于夹持器29并且相应地适于节点12的“精细的”或“有限的”位置调节。此外，主咬合器10还通过其各种线性致动器和旋转致动器(如所述)被配置为提供夹持器29的“精细的”或“有限的”位置调节，从而在必要时最小化辅助咬合器11的利用。

如将理解的是，用于在机架13、机架14处的一个或多个对接区域或槽(未示出)处自动插置和撤出IT硬件节点的任何操纵器系统都必须与具有大约或小于1mm的位置公差的操作相兼容，以便避免在撤出期间系统的错位、损坏或故障，特别是在机架13、机架14处插置节点12期间。本系统，特别是辅助咬合器11特别适于在IT硬件节点的交换期间的精确性和可重复性。另外，本设备和系统适于在机架13、机架14处的插置和撤出过程中安全地抓取节点12，以避免在运输过程中节点的自动化故障和/或损坏。

通过支撑件18和操纵臂19，辅助咬合器11被配置成朝向和远离地板上方的各机架13、机架14(在水平平面内)移动，并且被定向和悬挂在水平和垂直之间的任何位置，且相对于垂直或水平成任何倾斜角度。这样，水平地安装在机架13内的节点12可以被夹持器29接合，从机架13中撤出(通过辅助咬合器11的致动，然后通过主咬合器10输送到机架14以用于随后插置到机架14中)作为最后的阶段/顺序。作为AGV实施的主支撑件18为节点12在具有例如是水平存储方向(机架13)或垂直存储方向(机架14)的多个不同机架(机架13、机架14)(或其它存储位置、机柜或工作站)处的不同存储位置之间的自动定位运输提供了方便的载具。即，主咬合器10适于在相应机架13、机架14处的插置和撤出操作之间节点12的平移(例如，基本上线性)和旋转操纵。因此，本系统可配置成与各种不同类型的节点存储单元一起操作，并可配置成用于在同一机架13或机架14内的不同插槽处的节点12的位置交换和/或节点12到不同或分开的机架13和机架14的插槽中的位置交换。

参照图3、图4和图5，辅助咬合器11包括实现为板或“托盘”的辅助支撑件28。支撑件28是细长的，具有沿Z轴延伸的主长度。支撑通道35凹入支撑件28，且沿支撑件28的在Z轴上的长度延伸。主体30通过轨道37(也沿Z轴延伸并在通道35内)和致动器39(实现为电动机)可移动地安装在支撑件28处，以在支撑件28的向前位置/端部和向后位置/端部之间沿轨道37在Z轴上可驱动地输送主体30。支撑件28还包括位于支撑件28的各横向侧的一对导轨32。导轨32适于在被夹持器29、29b接合时并且在其经由主体30相对于支撑件28的移动而沿着Z轴输送时接触节点12并为节点12提供物理支撑。因此，导轨32提供了节点12的稳定和可靠的移动，确保了它们不会在Z轴上的线性输送中滑动、移位或偏转。

辅助咬合器11包括一对夹持器29，该夹持器29包括左夹持器29a和右夹持器29b，左夹持器29a和右夹持器29b间隔开并且沿X轴相对于彼此可移动。夹持器29a、29b中的各夹持器经由横跨主体30延伸的相应的左前支撑导轨33a和右前支撑导轨33b被支撑以用于在X轴上线性横向移动。各夹持器29a、29b包括总体由附图标记31a、31b表示的相应的接合件。根据具体的实施方式，接合件31a、31b被实施为进一步参照图7描述的相应的凸耳。各接合件31a、31b提供机械锁的第一半部，锁的第二半部设置在每个节点12处，特别是在一个或更多个节点突片54a、54b处(图9至图13)。各夹持器29a、29b还包括凹槽或开口36a、36b，其形成为具有与各接合件31a、31b的形状和尺寸相对应的形状和尺寸的相应的插槽。因此，各开口36a、36b适于在夹持器29a、29b被朝向彼此致动以与节点12c的单个突片54c接合接触时接收交替的接合件31b、31a(参见图10)。即，各开口36a、36b允许夹持器29a、29b与突片54c的侧面95接触并避免彼此妨碍(fouling)。

参照图5和图6，各夹持器29a、29b通过沿着各支撑导轨34a、34b(在各支撑导轨内部或附近)延伸的链驱动器(未示出)耦接到相应的致动器，该致动器被实施为电动马达38(仅示出了一个电动马达)。每个马达38被独立地控制和操作，以便提供夹持器29a、29b相对于主体30和支撑件28在X轴线上的独立横向运动。夹持器29a和夹持器29b中的每个的横向输送还由相应的左后支撑导轨34a和右后支撑导轨34b支撑，该左后支撑导轨34a和右后支撑导轨34b从前支撑导轨33a、33b沿Z轴向后定位。前支撑导轨33a、33b通过相应的左侧端框架40a和右侧端框架40b机械地连接到后支撑导轨34a、34b，以便提供坚固和刚性的框架，该框架支撑夹持器29a、29b沿X轴的可滑动安装。

各夹持器29a、29b通过相应的左后滑板(sled)41a和右后滑套41b沿着各相应的导轨33a、33b、34a、34b耦接并可滑动地安装。另外，各夹持器29a、29b还通过相应的前安装件94(仅示出右安装件94)耦接到前导轨33a、33b中的相应前导轨。因此，夹持器29a、29b在由每个马达38独立地致动时沿每个相应的导轨可滑动地安装。夹持器29a、29b的横向位移的驱动通过耦接到马达38以及各夹持器29a、29b的相应链条驱动器(未示出)来实施。辅助咬合器11还包括柔性缆线索环(flexible cable grommet)42、柔性缆线索环43，以容纳适当的电缆，用于对与夹持器29a、29b的横向驱动相关联的本文所述的可滑动机械部件进行电子控制。根据进一步的具体实施方式，辅助咬合器11可以包括一对或单对导轨(33a、33b、34a、34b)。

因此，在使用中，主体30适于在机架13、14处的节点12的插置和撤出期间在Z轴上线性地输送夹持器29a、29b。节点12可以通过夹持器29a、29b沿X轴(横跨主体30)的横向运动而由本自动设备接合和脱离。如将理解的是，节点12的接合是通过各夹持器29a、29b在朝向彼此的方向上的移动来提供的，而脱离是通过在相反方向上的移动来提供的。经由致动马达38，夹持器29a、29b也被配置成在相同方向上用于协调横向位移，以便提供节点12的相应横向调节。这种配置有利于节点12在撤出期间，特别是在插置和与设置在各相应机架13、14处的电子对接部/插槽(未示出)匹配期间进行“精细”位置调整，以便将节点12电子耦接到各相应机架13、14处的电子母板或其它电子部件(未示出)。

现在将参考右接合件31b描述各接合件。根据本设备的接合件31a、31b被配置成接合节点的同一突片或不同的突片。根据进一步的实施方式，各接合件31a、31b可以包括不同的形状和/或尺寸，以便提供进一步的锁和键构造，使得左接合件31a适于专门地接合对应的左突片或突片的左侧面，且在右接合件31b处设置不同的相应构造。根据本实施例，接合件31b形成为从夹持器29b的侧面95沿X轴突出的凸耳。接合件31b包括大致菱形的凸耳47，该凸耳47具有沿Z轴延伸的长度，该凸耳47设置有前肩部48a(定位成最靠近夹持器29b的最前端/前端或边缘53)和后肩部48b，该后肩部48b定位成最远离前边缘53。因此，凸耳47包括前端49a和后端49b。头部46从凸耳47横向突出，并包括大致圆顶形或圆锥形轮廓。头部46终止于位于横向离凸耳47最远的尖端50处，该凸耳47表示每个相应的夹持器29的横向最内侧部分。头部46在Y轴上相对于凸耳47扩大，以便悬垂在凸耳47上。

各夹持器29还包括相应的开口36a、36b。各开口36a、36b包括具有与头部46的形状轮廓相对应的形状轮廓的槽部中央区域51、具有与前肩部48a的形状轮廓相对应的形状轮廓的槽部前区域52a、以及具有与后肩部48b相对应的形状轮廓的槽部后区域52b。因此，当左夹持器29a和右夹持器29b两者在X轴上被带到一起碰触或接近碰触接触时，各相应的接合件31a、31b被容纳在交替的开口36b、36a内。

参照图8，左接合件31a和右接合件31b偏心地安装在各相应的夹持器29a、29b处。即，将左接合件31a平分的轴线44(沿X轴方向延伸)在Z轴和Y轴上自平分右接合器31b的对应轴线45(在X轴方向中延伸)偏移。各个接合轴44、45的横向位移对应于各个夹持器开口36a、36b的横向位移。即，开口36b在左接合件31a的相同轴线44上对准并居中，而开口36a在右接合件31b的轴线45上对准并居中。

参照图9，全宽节点12包括一对横向间隔开的突片，突片具体地包括右侧突片54a和左侧突片54b。节点12包括大致呈板状的形状轮廓，与用于在机架13、14处可拆卸安装和交换的典型IT服务器单元相对应。突片54a、54b设置在节点12的前纵向端部处，并且一个或多个电子端口97设置在相对的纵向端部处并构造成与IT硬件机架13、14的每个单独的插槽中的对应的电子接收端口对接。参照图10，高密度节点12c包括相对于全宽节点12具有减小许多的尺寸的主体。因此，在相对于后电子端口97的相对的前导纵向端部处设置单个突片54c。

参照图11和图12，各突片54a、54b、54c包括一对开口55、56，其代表接合锁的第二半部，该接合锁通过夹持器29a、29b提供节点12的可释放(或拆除)锁定。具体地，各开口55、56形成为具有大致菱形轮廓的细长插槽。具体地，各开口55、56的尺寸和形状对应于设置在各相应的夹持器29a、29b处的开口56a、56b的尺寸和形状，夹持器29a、29b被构造成接收接合件31a、31b。具体地，各开口55、56(指各突片54a、54c的最前或前导边缘96)包括前部区域58(在Z轴上最靠近最前边缘96定位)、后部区域57和中央区域59。在相应的前部区域58和后部区域57处的各开口55、56(沿Z轴方向)是锥形60、63(在Y轴上的宽度减小)，其随着从中央区域59向相应的前端62和后端64减小。各开口55、56在中央区域59处扩大，以包括弧形(部分圆形)开口61，开口61的曲率对应于各接合件31a、31b的圆顶头部46的外周。

各接合件凸耳47的厚度大致等于各突片54a、54b、54c的厚度(沿X轴的厚度)，使得各接合件31a、31b的凸耳47可以基本上容纳和容置在各开口55、56内。由于接合件头部46从凸耳47突出，头部46从各开口55、56横向向内突出。随着各接合件31a、31b插置到相应的突片开口55、56内，各头部46的下侧表面被配置成用于定位成与突片54a、54b、54c的侧面98相对并对置。具体地，各接合件31a、31b的Z(和Y)轴方向上的长度略小于各开口55、56的Z(和Y)轴方向上的相应长度，以便允许各接合件31a、31b在各相应的插槽/开口55、56内的小的有限纵向位移。由于主体30通过沿Z轴的线性输送相对于辅助支撑件28移动，各接合件31a、31b经历小的位置移动(当在插置和撤出期间推动或拉动节点12、12c时)，使得头部46稍微与相应的前部区域58和后部区域57重叠。在这样的位置，各头部46的下侧表面邻近面98定位，各接合件31a、31b可以不从各开口55、56横向(在X轴上)撤出。因此，节点12、12c通过夹持器29a、29b被辅助咬合器11可释放地锁定和夹持。节点12、12c的通过夹持器29a、29b的可释放锁定也通过夹持器29a、29b的横向接合和位置锁定/横向夹紧而提供，夹持器29a、29b通过横向位移马达38的作用而移动成紧密碰触抵靠(close touching contact)相应的突片54a、54c的面98。

根据进一步的实施方式，各接合件31a、31b可以不包括圆顶形头部46，使得锁定动作专门由夹持器29a、29b通过参照图6所述的马达38的动作锁定定位在相应突片54a、54b、54c上的夹持/夹紧位置而提供。在这种进一步的实施例中，接合件31a、31b的尺寸和形状可以与开口55、56相同，以便允许将凸耳47紧密地插置和容纳到开口55、56中。

参照图7和图13，各夹持器29a、29b包括接触/触觉传感器99，以提供对接合件31a、31b和相应的突片54a、54b、54c之间的碰触接触的监视和反馈。夹持器29a、29b中的每个还包括感应传感器100，该感应传感器100被构造成监测各接合件31a、31b相对于各开口55、56的邻近并提供反馈。这种电子传感器99、100还适于提供各夹持器29a、29b相对于彼此以及形成本系统的一部分的任何其它机械或电子部件的位置运动感测。如所示，本设备可以包括另外的电子传感器，以监视与主咬合器10和/或辅助咬合器11相关联的本系统的各种机械部件和电子部件的相应运动(包括线性平移和旋转)。

参照图13、图14和图15，描述了用于将节点12、12c放置或插置到IT机架13、14中的任何一个内的插槽(未示出)中的本设备和系统的实施方式。在节点12已经通过夹持器29a、29b和节点突片54a、54b被辅助咬合器11接合和夹持的情况下，在阶段65，该设备适于将节点插置到机架13、14中。通过利用传感器99、100，可部分地促进节点12与夹持器29a、29b的精确和有效的匹配。节点12可能已经由主咬合器10(特别是AGV/支撑件18(通过控制单元15远程控制))输送。在阶段66，节点12与机架13、14处的插槽(未示出)对准。这可以包括夹持器29a、29b沿X轴的横向位移，以对端口97的对接进行有限的位置调整。然后，在阶段67，主体30沿着支撑件28沿Z轴线性移动，以便将节点12插置到插槽中。在阶段68，经由合适的电子传感器，控制单元15被配置为确定节点12和特别是端口97是否与IT机架13、14的基部/侧面适当对准，以确保与机架13、14a内的期望电子对接部/插槽(未示出)的准确和有效的匹配。在阶段69，如果经由传感器确定节点12不适当或未对准，则控制单元15被配置为发出进一步的位置平移调整或错误消息。这种调节可以包括对设置在如参照图2至图6所述的主咬合器10和/或辅助咬合器11处的各种致动器的特定且独立的控制。参照图15，在阶段72，通过夹持器29a、29b沿主体30在X轴上横向向外运动远离彼此，夹持器29a、29b使突片54a、54b脱离接合。可释放锁定相应地解除。在阶段73，控制单元15通过适当的传感器识别节点12的释放。如果通过传感器检测没有发生释放，则与主咬合器10和辅助咬合器11相关联的致动器中的任何一个被致动。另外，在阶段74，可以经由用户接口17和云网络16向用户报告错误。可能需要人工干预。如果在阶段73由电子传感器识别出脱离耦接，则主体30在阶段75沿支撑件28在Z轴上移动，以从节点12定位地缩回辅助咬合器11。在阶段76，相应地确认和完成插置过程。

参照图16和图17描述相反的撤出顺序。如将理解的，在阶段77，如通过控制单元15控制，通过由主咬合器10的移动(通过AGV支撑件18的移动)将辅助咬合器11带到邻近节点12的位置。在阶段78，夹持器29a和夹持器29b沿横向X轴彼此相向地输送。在阶段79，咬合器主体30沿着支撑件28在Z轴上朝向节点12(安装在IT机架13、14内)前进。在阶段80，夹持器29a、29b通过朝向彼此移动而在X轴上致动，以便适当地将接合件31a、31b接合到相应的开口55、56中。在阶段81，经由电子传感器，控制单元15被配置为识别各接合件凸耳47到开口55、56中的期望的物理接合和锁定。然后，在阶段81，控制单元15可以操作以对夹持器29a、29b进行进一步的位置调节，从而提供接合。或者，在阶段82，可以经由用户接口17和云网络16向用户报告错误。在阶段83，夹持器29a和夹持器29b沿横向X轴调节，以尝试并实现与突片54a、54b的锁定接合。在阶段84，经由电子传感器，控制单元15被配置为再次检查/识别各接合件凸耳47到开口55、56中的期望的物理接合和锁定。在阶段85，如果识别出不正确的接合，则可以经由用户接口17和云网络16向用户报告进一步的错误消息，和/或经由电子控制的致动器中的任一个来控制主咬合器10和辅助咬合器11，以进行进一步的位置调整。在阶段86，如果确定了辅助咬合器11和节点12的两个连接锁定部的所期望的匹配，则控制单元15进行撤出动作，在该动作中，主体30沿支撑件28在Z轴上撤出，以便通过沿Z轴的线性位移从机架13、14中取出节点12。撤出序列在结束阶段87终止。然后，所提取的节点12可以从机架13、14经由AGV支撑件18输送。

图18和图19示出了辅助咬合器11与机架13、14的局部连接。特别地，可以在将节点12保持在大致水平的方向上的同时插置和撤出在机架13处的节点12。IT机架13可以是具有风扇/空气冷却系统的传统IT硬件机架。参照图19，本设备和方法同样适用于浸入式冷却IT硬件浴部，其中冷却剂液体容纳在形成浸入式冷却浴部的一部分的浸入式冷却浴腔室88内。在这种实施方式中，节点12通常在腔室88内悬挂和被垂直支撑，使得辅助咬合器11以大致垂直对齐的Z轴操作。因此，节点12的撤出是抵抗重力而发生，而插置是在重力的作用下进行。该可释放的锁定机构(包括接合件31a、31b和开口55、56)可适于节点12在风扇或空气冷却IT硬件机架13和浸没液体冷却机架/槽14的两个安装位置之间的可释放接合和定向调节。如所示，操纵臂19和各种枢转接头21、26、90；线性致动器和旋转致动器(未示出)通过控制单元15而配置成在不同类型的机架13、14处的水平安装和垂直安装之间重新定向节点12。

本系统特别包括可横向接合的夹持器29a、29b，本系统适于与所有类型的IT硬件节点和机架设施兼容。特别地，本系统可以针对可利用不同类型、大小和形状的IT硬件机架13、14和硬件节点12、12c的现有IT硬件设施的所有形式而改装。特别地，夹持器29a、29b通过其独立的横向致动而被配置成在节点12在不同的位置之间且以不同定向进行旋转和/或输送的同时提供牢固的保持。本系统经由按多个不同旋转轴和线性轴操作的各种线性和旋转致动器而适用于节点12、12c的有限的和精确的位置调整，以容许大约1mm及小于1mm的对接公差。另外，本系统通过接合件31a、31b与突片54a、54b、54c的可释放锁定动作而在节点操作序列的所有部分/步骤期间提供了节点12、12c的安全和可靠的保持。

Claims (27)

1.一种用于IT硬件机架处的IT硬件节点的自动位置交换的设备，包括：

安装件，所述安装件可附接到用于所述IT硬件节点的位置交换的主咬合器；

主体，所述主体支撑在所述安装件处并能够相对于所述安装件在第一方向上移动；

多个夹持器，所述多个夹持器可移动地附接到所述主体并能够相对于所述主体和所述第一方向至少在第二方向上横向移动；

接合件，所述接合件分别设置在所述夹持器处，以经由所述夹持器的所述横向移动而可释放地接合所述IT硬件节点；

其中，所述主体经由在所述第一方向上的所述移动构造成在所述IT硬件机架处插置和/或撤出所述IT硬件。

2.根据权利要求1所述的设备，包括耦接所述主体和所述安装件的致动器，以使所述主体能够沿所述安装件在所述第一方向上移动。

3.根据权利要求1或2所述的设备，包括耦接所述夹持器和所述主体的至少一个致动器，以使所述夹持器能够在所述主体上沿所述第二方向移动。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述第一方向和所述第二方向彼此倾斜或垂直。

5.根据权利要求3或4所述的设备，其中，所述设备包括通过相应的致动器耦接到所述主体的两个夹持器，以使两个夹持器能够沿所述主体在所述第二方向上彼此朝向和远离地移动。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述致动器构造成彼此独立地操作。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，每个致动器包括相应的马达，以驱动夹持器在所述第二方向上移动。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备包括至少一个第一导轨，所述至少一个第一导轨沿所述安装件在所述第一方向上延伸，并定位在所述安装件和所述主体之间，以支撑所述主体在所述第一方向上的移动。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备包括至少一个第二导轨，所述至少一个第二导轨跨过所述主体在所述第二方向上延伸，并定位在所述夹持器和所述主体之间，以支撑所述夹持器在所述第二方向上的移动。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述接合件以距所述主体不同的相应间隔距离定位在相应的夹持器处。

11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述接合件从相应的夹持器横向向内突出，使得横向相邻的夹持器的接合件大致彼此相对地定位，并能够在所述第二方向上横向移动，以闭合在一起并与IT硬件节点接合接触。

12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述接合件中的每个包括从相应的夹持器横向突出的相应的凸耳。

13.根据权利要求12所述的设备，其中，每个凸耳包括一对肩部、以及相对于所述肩部最远离相应的夹持器定位的头部。

14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括至少一个传感器，用于感测和/或确定所述接合件相对于所述IT硬件节点的至少一部分的位置。

15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述至少一个传感器包括接触或触觉传感器，以确定所述接合件相对于所述IT硬件节点的至少一部分的位置和/或确定所述接合件与所述IT硬件节点之间的接触压力。

16.根据权利要求14或15所述的设备，其中，所述至少一个传感器包括感应传感器，以确定所述接合件相对于所述IT硬件节点的至少一部分的接近度。

17.一种IT硬件系统，包括：

至少一个IT硬件机架；

支撑在所述IT硬件机架内的多个IT硬件节点；

根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述设备构造成可释放地接合和位置交换所述IT硬件机架处的所述IT硬件节点。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，每个IT硬件节点包括至少一个位于一个边缘、端部或侧部并且可通过所述接合件接合的突片。

19.根据权利要求18所述的系统，其中，每个突片包括至少一个开口，所述至少一个开口的形状和尺寸大致等于每个接合件的形状和尺寸，以允许每个接合件插置到所述开口中。

20.一种用于IT硬件机架处的IT硬件节点的自动位置交换的方法，包括：

在第一方向上朝向支撑在IT硬件机架内的IT硬件节点移动主体；

相对于所述主体和/或所述第一方向在第二方向上横向移动夹持器，以经由定位在所述夹持器处的相应的接合件接合和夹持所述IT硬件节点；

通过所述主体在所述第一方向上的移动从所述IT硬件机架中撤出所述IT硬件节点。

21.一种用于IT硬件机架处的IT硬件节点的自动位置交换的方法，包括：

朝向IT硬件节点移动主体；

相对于所述主体在第二方向上横向移动夹持器，以经由定位在所述夹持器处的相应的接合件接合和夹持所述IT硬件节点；

通过所述主体在第一方向上的移动将所述IT硬件节点插置IT硬件机架中。

22.根据权利要求20或21所述的方法，其中，在所述第二方向上移动所述夹持器的步骤包括将一对相对的夹持器共同与设置在所述IT硬件节点的边缘、端部或侧部的一个或两个突片接合接触。

23.根据权利要求20至22中任一项所述的方法，其中，所述主体和所述夹持器的移动包括相应的机械致动器的致动。

24.根据权利要求20至23中任一项所述的方法，其中，所述主体和所述夹持器的移动由多个相应的机械致动器所致动，每个所述机械致动器由控制单元控制。

25.根据权利要求20至24中任一项所述的方法，还包括使用至少一个传感器来感测和/或确定所述接合件、所述夹持器、所述主体和/或所述IT硬件节点的位置。

26.根据权利要求25所述的方法，当从属于权利要求23或24时，所述方法包括经由控制单元控制所述致动器的致动，其中，所述控制单元电耦接到所述至少一个传感器并响应于从所述至少一个传感器接收的信号。

27.根据权利要求20至26中任一项所述的方法，其中，所述IT硬件机架包括用于容纳液体冷却剂的浸入式冷却浴部，所述IT硬件节点在所述第一方向上的移动通常是垂直移动。