JP6664412B2 - 高信頼性ロボット・クロスコネクト・システム - Google Patents
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Description
[0026] 本願は、多数のポート対間において、低損失、ソフトウェア定義光ファイバ接続を設けるロボット・クロスコネクト・システム(robotic cross-connect system)を開示する。ポートの数は、通例、48×48から1008×1008以上の範囲にわたる。図1A〜図1Dは、本システムの多数の主要な態様を示す。このシステムは、伸縮ロボット・アーム・アセンブリ104、光ファイバ・コネクタ端面洗浄モジュール105、微小作動グリッパ103、コネクタ行102−1...102−Nの積層配列、およびファイバ巻取りリール・トレイ106−1...106−Nの積層配列を含む、ロボット・モジュール112を備えている。更に、コネクタ行102−1...102−8のグループは、ファイバ・モジュール113の前方作動パッチ・パネルを含む。グリッパ103は、コネクタ行102に沿って挿入されたファイバ・コネクタのアレイから任意のファイバ・コネクタ101−nを引き抜き、次いでロボット・アーム・アセンブリ104による操作時に、アレイの周辺ファイバ・コネクタ間で、決定論的最適織りパターンでそれを移送することができる。このように移送するプロセスは、先に引用した米国特許第8,463,091号に記載されているように、KBSアルゴリズムによる、ロボットの調整された順次多段階移動、および各コネクタ行102のプログラムによるシャフリング(programmatic shuffling)を含む。ファイバ・コネクタ101−nをその選択された最終ポート55に差し込む前に、ファイバ・コネクタ101−nの研磨されたファイバ端面を、図1および図9に概略的に示し図14〜図16Bに関して以下で詳細に説明するように、ファイバ端面洗浄モジュール105によって洗浄することができる。ファイバ・コネクタ101−nは、内部光ファイバ52を終端させ、この光ファイバは、多重巻取りリール・トレイ106内に位置する自動ばね荷重巻取りリールから来る。巻取りリールは、全ての内部光ファイバが、 ポート55内において可能なコネクタ101の全ての配列に対して実質的に直線経路を辿るように、これらがコネクタ101と巻取りリールとの間のファイバ相互接続空間域において軽い張力を受けて維持されることを確保する。直線経路は、効率的に、数学的に表され、先に引用した特許において記載されているように、KBSアルゴリズムによる引き回しを容易にする。
II.切り替え可能な、磁力掛止型マルチステージ光ファイバ・コネクタの二次元アレイ
[0032] 更に、本願は、図3および図4において最良に見られるように、全体的に水平方向に整列された列として配置された、徐々にシフト可能な垂直離間行102(図2〜図4)として配列されたコネクタ・デバイス101の多次元アレイも開示する。図2において最良に見られるように、水平行は、各々、異なるユニオン・アダプタ18に一端において固定された、複数の離間された平行ベース・エレメントを含む。ユニオン・アダプタ18は、異なる可変光ファイバ・ライン52の末端フェルール10を受容する。このように、アレイは、部分的に、図1A、図3、および図4の斜視図において見られるように、複数の水平に離間された固定エレメント39を含む。固定エレメント39は、選択された可撓性と、それらの幅および断面積と比較してかなりの長さとを有する。これらは、各々、受容端(receiver end)と呼ぶことができるものにおいて、横断コネクタ行アセンブリ本体102に固定的に取り付けられ、こうして個々の光ファイバ・コネクタ101を受容するための平行な相互作用エレメントを設ける。これらの固定エレメント39は、10:1よりも大きな長さ対幅の比を有し、選択された範囲では弾力性を有し、そして透磁性を有さないまたは低い透磁性を有するように、幅よりも遙かに小さい高さを有する。何故なら、以下で説明するように、磁力は特定の撓みのために使用されるからである。
III.ソフトウェア制御の下で独立して横方向に並進する光ファイバ・コネクタの平行行
[0037] このように、本発明における自動化クロスコネクト構造200の一部は、ポートの二次元アレイを形成する、独立して並進可能なコネクタ行の積層配列を含む。8つの垂直に積層されたコネクタ行102を有し、垂直方向の間隔が約12.5mmである特定の例を図3および図4に示す。この特定の例では、各行102は、各々横断方向に約32mm離間された12個の平行なコネクタ・トラック(connector track)で構成されている。各コネクタ・トラックは、長く狭く、選択された曲げ特性を有する。各コネクタ・トラックの遠端における磁石14、15のN−S極性および配列は、各トラックおよび行で同一である。その結果、図4に示すように行が水平方向(x)に整列されると、各行における磁石14、15が、各コネクタ・トラック39の遠端を、xおよびy方向において互いに反発させる。これらの反発力は、細い半可撓性のコネクタ・トラック102を部分的に磁気的に浮揚させ、長い部材(extended member)39の隣接する行の干渉の潜在性を低下させるように、効果的に位置付けられる。
IV.高密度マトリクスにおいて光ファイバ・コネクタを選択的に移送し、設置し、再位置決めするための狭形面グリッパ(NARROW FORM FACE GRIPPER)
[0044] 図5、図6、および図7は、図1〜図4におけるコンテキストにおいて最良に一緒に見られる、出力ポート81の二次元アレイにおいてファイバ・コネクタ101の位置を変化させるためにコネクタ101において適当な局所作動力を生成するために、典型的なコネクタ行102と交換可能に連動(interlock)または結合(docking)する、電子的に作動可能なグリッパ・デバイス103を示す。このグリッパは、軸方向係合の3つの主要状態において示され、これらは、「割り当てられた」(図5)(または動作可能に係合された)、「割り当て解除された」(または部分的に挿入された)(図6)、またはコネクタから「引き抜かれた」または完全に解除され(図7)そして自由にどこにでも動かせる(または挿入される)ファイバ・コネクタ101にそれぞれ対応する。グリッパ103は、コネクタ行上を降下し、反射型光学フォトインタラプタ・センサ27−6を使用してコネクタ行102の特定の個々のトラック・エレメント18との係合を光学的に検出したときに停止する。センサからの光は、コネクタ・トラックの縁から、通例金である反射めっき17(図2)によって反射され、軌道制御システム117(図18)に、グリッパを適正にトラック・エレメント18上に結合することを命令する。連動は、グリッパ・ガイド20の、各トラック・エレメント18上にある幅が狭い結合セクション16(図2において最良に見られるように)との機械的係合によって行われる。グリッパ・サブシステムは、任意の選択された行まで延びる細い垂直面内にある2つの密接に隣接した印刷回路ボード60および29を含み、グリッパ・サブシステムは複数のセンサおよびアクチュエータも含む。上側の回路ボード60は伸縮ロボット・アクチュエータ(図5参照)の下端35に取り付けられている。隣接する下側の摺動回路ボード29は、それぞれ平行な水平上側および下側シャフト26−1および26−2を含むリニア・ベアリング・アセンブリ上に取り付けられているので、グリッパのこの部分は、密接に近接したグリッパ・ボード60に固定されておらず、ファイバ・コネクタ101と同じ細い列領域内の近接した限度間でいずれの方向にも水平に並進することができる。センサ27−1、27−2、および27−3は、距離dがそれぞれd1、d2からd3に減少するにつれて、それぞれ、割り当て、割り当て解除、および引き抜き位置における重複するが下側の回路ボード29の並進を検出する。下側の摺動回路ボード29は、その長さに沿って離間された機械エレメント79、80を含み、機械エレメント79、80は、ファイバ・コネクタ101の長さ上で保持(79)およびロック(80)することができる。光センサは、通例、反射および/または透過型フォトインタラプタである。制御システム117に応答するソレノイド23は、固定エレメント・ハウジング(locking element housing)80内のばね荷重機械式ラッチ24をトリガし、ラッチの状態は、電子回路ボード29上に一体化された反射型フォトインタラプタ・センサ27−4および27−5によって検出される。特定の例では、グリッパ・デバイス103の並進はモータ32、ならびにタイミング・ベルト・プーリ28およびタイミング・ベルト25から成るタイミング・ベルト・ドライブ、または高効率ドラム/ワイヤ駆動システムを動力源とする。
V.伸縮ロボット垂直アクチュエータ
[0047] グリッパ・デバイス103は、図1A、図8A、図9、図10A、図10B、および図10Cに示すような二軸ロボット・メカニズム104の下端上に取り付けられ、二軸ロボット・メカニズム104によって移送される。ロボット・デバイス104は、グリッパ・デバイス103が、高さに制約がある設置の中で多数のクロスコネクトに達することを可能とするために、垂直方向に伸縮する。これは、矩形外側アームまたはステージ30と内側アームまたはステージ35とを含み、駆動ベルト25または固定終点間に延びるワイヤ/ストリングによって水平方向に移動可能である。垂直方向の伸縮および水平方向の移動が可能であるので、業界によって好まれる2.15メートルの高さ標準の上に過剰な高さをロボット・クロスコネクト・システム全体に追加することなく、アームはコネクタ・ポート55(図2)の行の二次元アレイ内にある全てのコネクタに確実に達することができる。
VI.弛みファイバ巻取りリールおよび回転検知
[0058] アセンブリ101におけるファイバ・コネクタは、図11Aから図13に示すように、平面の薄型トレイ47上に配列されている薄型ばね荷重リール41(図11B)から出力ファイバ52(図11A)として終了する。ファイバ・トレイ・アセンブリ106(図11Aおよび図11B)のこの例は、ファイバ52が線状に配列された可撓性ガイド40の中央バックボーンを通過した後に導かれるリール41によって、個別にそして独立して自己張力がかけられる12本のファイバを含む。可撓性ガイドは、通例、PTFE、FPA、FEP等のような、低摩擦配管材料である。ここで示す特定の例では、バックボーンから出る12本のファイバの各々の反対側の端部は、ユニオン・アダプタまたは嵌合スリーブ18の線状アレイの異なるものに個々に差し込まれるコネクタに源を発する。内部リール41と出力コネクタ・アレイ42との間のファイバ52の内部経路を図11Bに示す。
VII.プロセス制御のための検知を統合した自動ファイバ端面乾燥洗浄カートリッジ
[0063] これより図14、図15、図16A、および図16Bを参照する。これらは、有利なクリーナ・デバイス105の一部切り欠きおよび斜視図であり、どのようにして、洗浄布58の後ろにある追従パッド(compliant pad)57を含み、更に追従パッド57内部に、図14および図15において白抜き矢印(block arrow)によって方向が示される、既存のフェルール端圧縮力Fを検出する力センサ56を含む手段によって力検知が行われるのかについての詳細を示す。グリッパ103内にあるファイバ・コネクタ101は、このコネクタが洗浄カートリッジ105の高さになるように、ファイバ相互接続空間域および最上位にあるファイバ・モジュール113−10の上までy軸に沿って上昇させられる。洗浄カートリッジは、並進するx軸キャリッジ61の底面に堅く取り付けられ、キャリッジがx方向に並進するにつれて、カートリッジと共に移動する。洗浄布を布の綺麗な未使用部分に進める洗浄カートリッジ前進レバー75を押し下げるために、ロボットを右端まで移動させることによって、洗浄布を進める。特定の例では、力センサ56は、2つのワイヤ端末59を含む内部電極構造(feature)を有する可撓性基板上の実質的に平坦なエレメントであり、検知領域内部の平均局所力に比例する抵抗変化を生成する。検知領域は、通例、t直径が5から10mmであり、センサの厚さは、通例、0.25から0.5mmである。センサ・ワイヤ59は、分圧器を含む外部電子回路107に接続され(interfaced)、目標力検知閾値は100gm−Fであり、分圧器の基準抵抗器値は、5Vの供給電圧に対して約2.5Vの電圧を生成するように選択される。力センサに対する典型的な抵抗交差値(resistance crossing value)は、100KΩであり、基準抵抗器は、通例、1MΩとなるように選択される。回路107における比較器が、分圧器上のアナログ電圧をディジタル信号に変換する。このディジタル信号はコントローラ108に入力され、グリッパ103およびファイバ101の前進を、既定の洗浄布圧縮力で正確に終了させるために、埋め込み制御ソフトウェアによって監視される。ロボット・グリッパ103(図14)は、ファイバ端面が布に接触し、追従パッド57を布の後ろで圧縮するまで、コネクタ101のファイバ端面10を移動させる。力センサは追従パッド57と一体であり、内部の圧縮を検知する。自動化洗浄に望まれる力は、25gm−Fから250gm−Fの範囲である。過剰な力が布内に剪断力を発生しファイバを汚染する可能性があるので、ある範囲内に力を制御することは重要である。不適当な力は、不完全な洗浄となる可能性がある。
VIII.補足資料−図面の凡例
10 研磨されたファイバ・フェルール
11 プラスチック・コネクタ・ハウジング
12 機械式グリッパ固定機構
13 コネクタ磁石
14 コネクタ行割り当て解除磁石
15 コネクタ行割り当て磁石
16 幅が狭い結合用機械式機構
17 エッジめっきリフレクタ
18 光ファイバ・ユニオン・アダプタ
19 コネクタ行アクチュエータ
20 グリッパ・ガイド
21 カメラ
22 LED照明具
23 ソレノイド
24 ソレノイドのラッチ
25 ケーブルまたはタイミング・ベルト
25’ 緩いケーブル・ドライブ
25” ピンと張ったケーブル・ドライブ
26 グリッパ並進軸
27 反射型フォトインタラプタ
28 タイミング・ベルト・プーリ
29 グリッパ摺動印刷回路ボード
30 ロボット・アーム外側ステージ
31 伸縮アーム・ケーブル・プーリ
32 グリッパ・アクチュエータ
33 ミラー
35 ロボット・アーム内側ステージ
36 固定ケーブル取付点
37 電気ケーブル
38 行用中央支持ローラ
39 コネクタ・トラック
40 可撓性ガイドを有するバックボーン
41 ファイバ巻取りリール
42 後方光ファイバ・ユニオン・アダプタ
43 左側ベアリング・ブロック
44 右側ベアリング・ブロック
45 反射型光センサ
46 反射型リール・セグメント
47 リール用トレイ
48 ファイバ・ローラ
49 リング・アイレット
50 リール・ファイバ出口位置
51 リール・エンコーダPCB
52 内部、再構成可能、自動引っ張りファイバ
53 リール回転軸
54 後方固定ファイバ
55 再構成可能な光ファイバ・コネクタ・ポート
56 洗浄カセット・センサ
57 洗浄カセット・パッド
58 洗浄カセット・ファブリック
59 力センサからの電気ワイヤの対
60 グリッパ中央印刷回路ボード
61 ロボットxキャリッジ
62 外部ファイバ
63 出力ファイバ・コネクタ・マウント
64 磁気鋼インサート
70 センサ用列電子マルチプレクサ
71 センサ用行電子マルチプレクサ
72 リール・エンコーダ・センサ信号
73 洗浄布供給スプール
74 洗浄布分配スプール
75 クリーナ前進レバー
76 ばね荷重ローラ
77 洗浄布使用センサ
78 出力コネクタ・アレイ支持構造
79 グリッパ・コネクタ保持機構
80 グリッパ・コネクタ固定機構
81 出力ポートの動的二次元アレイ
82 入力ポートの静止二次元アレイ
101 ファイバ・コネクタ・アセンブリ
102 コネクタ行アセンブリ
103 作動グリッパ・アセンブリ
104 二軸ロボット
105 洗浄カートリッジ
106 ファイバ・トレイ・アセンブリ
107 分圧器、マルチプレクサ、および比較回路
108 コントローラおよびロジック
109 サーバ・モジュール
110 イーサネット・スイッチ・モジュール
111 電力管理モジュール
112 ロボット・モジュール
113 ファイバ・モジュール
114 ドッキング・モジュール
115 光パワー・モニタ・モジュール
116 グリッパ・センサ回路
117 軌道制御システム
118 列間隙内のグリッパ移動位置
119 xz平面上へのファイバ軌道の投射
120 x軸ドライブ
121 y軸ドライブ
122 グリッパ・ドラム
200 自動化パッチ・パネル・システム
Claims (9)
- 複数の光ファイバから選択した任意の1本の位置を切り替えるシステムであって、
結合平面において互いに平行な複数の行の形に並んで配置され、前記行において第1方向に所定の間隙だけ離間された複数の光カプラであって、前記行が、前記第1方向に対して直交方向に積み重なって列方向間隙を形成し、前記光カプラの第1側が、各々、異なる光ファイバ線に個々に結合される、光カプラと、
複数の狭く長いコネクタ・トラック・エレメントであって、各々が、異なる光カプラに隣接して且つその下に取り付けられ、前記異なる光ファイバ線とは反対側においてある選択された距離だけ前記結合平面から垂直方向に延びる、狭く長いコネクタ・トラック・エレメントと、
複数のコネクタ・アセンブリであって、各々が、一方の遠端において別の出力回路に結合され、任意の選択された光カプラの第2側に係合するように構成された細い端部を含み、更に、設置されたとき、そこに固定された前記コネクタ・トラック・エレメントの端子長と実質的に同じだけ延びる延長部を含む、コネクタ・アセンブリと、
前記所定の間隙内に収まり、コマンド信号に応答して、ファイバの係合、ならびに係合されたファイバの選択されたカプラへのおよび選択されたカプラからの横方向往復シフトを制御する、信号制御式のファイバ係合デバイスと、
方向コマンド信号に応答し、前記列方向間隙の内部および外側の双方で移動可能であり、前記複数のコネクタ・アセンブリの既存の位置パターンに対して前記ファイバ係合デバイスの位置を制御するように結合された位置決めシステムであって、前記位置決めシステムが、前記第1方向に沿って前記ファイバ係合デバイスを移動させるように結合されたモータ駆動型ベルト・ドライブと、前記列方向間隙に平行に移動可能な別のモータ駆動型伸縮ドライブとを含み、前記伸縮ドライブが、中空の上側ステージとその中を摺動可能な下側セクションとを備える少なくとも2つのステージを含み、前記ファイバ係合デバイスに結合された下側端部を有し、前記伸縮ドライブが、選択された比率で双方のステージを前記駆動モータから移動させる、位置決めシステムと、
前記ファイバ係合デバイスおよび前記位置決めシステムを制御するコマンド信号を供給する位置決め制御システムと、
を含む、システム。 - 請求項1記載のシステムにおいて、前記狭く長いコネクタ・トラック・エレメントが、10対1よりも大きい長さ対幅の比を有し、前記光カプラ間の前記所定の間隙が、前記狭く長いコネクタ・トラック・エレメントの幅の少なくとも2倍大きく、前記コネクタ・アセンブリから延びる前記延長部が、前記狭く長いコネクタ・トラック・エレメントに相応する総長さ寸法を有する、システム。
- 請求項2記載のシステムにおいて、前記狭く長いコネクタ・トラック・エレメントが、その自由端に隣接してその内部に少なくとも2つの小型永久磁石の配置を含み、前記コネクタ・アセンブリの前記延長部が、当該コネクタ・アセンブリがそこに設置されたときに隣接する狭く長いコネクタ・トラック・エレメント上の前記磁石と相互作用するように内部に位置付けられた1つの小型永久磁石を含み、前記磁石の極性が、各々隣接するコネクタ・トラック・エレメントとコネクタ・アセンブリの先端間に磁気吸引力を供給し、狭く長いコネクタ・トラック・エレメントの隣接対に関して磁気反発力を供給するように選択される、システム。
- 請求項3記載のシステムにおいて、前記狭く長いコネクタ・トラック・エレメント上に少なくとも3つの前記磁石があり、前記磁石のうち2つが前記狭く長いコネクタ・トラック・エレメントの端子セグメント上に横方向に離間され、前記磁石のうち第3の磁石が、長手方向係合限度を定めるために前記狭く長いコネクタ・トラック・エレメントの逆側の端部に長手方向において近い、システム。
- 請求項1記載のシステムにおいて、前記伸縮ドライブが、前記カプラの行に垂直な第1軸に沿って、前記カプラの行に隣接する、上位線状エレメント、即ち、矩形中空ハウジングを含み、前記ハウジングが、行間の空間内に細い寸法の取付具を有し、前記伸縮ドライブが、更に、前記上位ハウジング内において前記第1軸に沿って移動可能な下位線状エレメントも含み、前記伸縮ドライブが、更に、前記ハウジングに達しこれに結合され、前記ハウジングをそれに関して垂直に移動させるベルト・ドライブ延長部(belt drive extension)と、前記伸縮ドライブの上端にプーリと、前記位置決めシステムと共に移動可能な外部点に固定された外端および前記伸縮アームの前記下位線状エレメントに取り付けられた(affixed)ケーブル内端を有するケーブルとを含むケーブル・ドライブとを備える、システム。
- 請求項5記載のシステムにおいて、前記伸縮ドライブが、更に、前記下位線状エレメントの上端に結合され、更に上端において前記ケーブル・ドライブの下端に結合された前記中空ハウジング内において内部側壁に摺動可能に係合する内部弾性整列ガイドを含む、システム。
- 請求項6記載のシステムであって、更に、前記伸縮ドライブの中空ハウジングの外部の固定点から、前記伸縮ドライブの内部を通って前記ファイバ係合デバイスまで延びる折り曲げ可能な帯内に配列された複数の平行ラインを含む信号通信手段を含み、前記下位エレメントが、重力のみによって前記中空ハウジング内を降下する、システム。
- 請求項1記載のシステムにおいて、前記ファイバ係合デバイスが、垂直平面内に1対の平行で隣接した平面デバイスを含み、第1の平面デバイスが第2の平面デバイスと同じ平面内にあり、前記位置決めシステムから隣接する狭く長いコネクタ・トラック・エレメント間の空間内に、更に前記結合平面内の前記カプラに隣接して下降するように結合および方位付けされ、前記第1平面デバイスが、垂直駆動軸を有し制御信号に応答する信号制御型駆動モータも含み、前記第1平面デバイスと同一平面内にあり隣接する前記第2平面デバイスが、当該第2平面デバイスにある光カプラに関して、光ファイバを選択的に係合し挿入するまたは除去するために、当該第2平面デバイスから垂下するグリッパ手段を含み、前記第2平面デバイスが、回転し前記第1固定平面デバイスを貫通し最終的に前記第2平面デバイス内に着座する水平軸手段と、前記第2平面デバイスにおいて各側で結合するように前記モータ駆動軸から水平に前記駆動軸から延びる駆動カップリングとを含む、システム。
- 請求項8記載のシステムにおいて、前記駆動モータがステッパ・モータであり、
前記駆動カップリングが、その長さの中間領域において前記モータ駆動軸の回りに巻回され、各側の点に締結する駆動フィラメントであり、
前記中間巻回部分を含む前記フィラメントの長さが、回転運動の初期アークがモータの過負荷を避けるのを可能にするために、緊密に巻回されたフィラメントよりも十分に長い、システム。
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