CN111169883A

CN111169883A - 一种模块化运输平台以及运输方法

Info

Publication number: CN111169883A
Application number: CN202010043901.4A
Authority: CN
Inventors: 梁利华; 汪志杰; 刘泽宇; 王海鹏; 李其雨; 金佳钰; 许杨剑
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2020-01-15
Filing date: 2020-01-15
Publication date: 2020-05-19
Anticipated expiration: 2040-01-15

Abstract

本发明公开了一种模块化运输平台以及运输方法，模块化运输平台包括多个可拆卸连接的运输单元，各运输单元包括一单元箱，单元箱中布置有两个滚轮机构，各滚轮机构包括一滚轮组，并且两个滚轮机构中的滚轮组相互垂直，所述单元箱的顶部设有避让口，各滚轮组通过避让口延伸出单元箱；各滚轮组包括两个并排布置的滚轮，两个并排布置的滚轮中，一者为长滚轮、另一者为短滚轮，并且所述长滚轮沿轴向的厚度大于所述短滚轮，所述长滚轮和短滚轮延伸出单元箱的高度相同。本发明可根据实际需求改变运输平台的形状和大小，并且各运输单元易于更换，与货物的接触面积大，运输效率高。

Description

一种模块化运输平台以及运输方法

技术领域

本申请属于物流运输技术领域，具体涉及一种模块化运输平台以及运输方法。

背景技术

现有的半自动化货物运输平台多为刚性化的自动化***，无法适应如今的柔性自动化的发展趋势和需求；并且现有的货物运输平台分拣货物时需要人力的参与，增加了人工成本且分拣效率低下，耗能高；现有的半自动化货物运输平台只能单向传输，货物自由度小且占用空间大，且一旦某个部位损坏，整条运输平台都将因为货物堆积无法工作。

在物流运输中，利用自动化小车运输的方式较多，但现有的自动化小车运输，通过自动导引装置引导小车沿规定的路径行驶，缺点是一个小车只能运送一件货物，效率低下，占用面积大，且只能沿着固定线路走，路径易损坏，一旦损坏整条线路停止运作。

故物流仓储逐渐向单元化物流方式发展，在单元化物流仓储和供应链过程中，采用一定的单元器具构成运输平台对货物进行存储和规范操作，以便实施物流作业，提升作业效率的一种物流过程。但是目前应用的单元器具与货物之间的接触面积小，对货物的导向效果不佳，并且各单元器具之间连接拆卸不便。

发明内容

本申请的目的在于提供一种模块化运输平台以及运输方法，可根据实际需求改变运输平台的形状和大小，并且各运输单元易于更换，与货物的接触面积大，运输效率高。

为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：

一种模块化运输平台，所述模块化运输平台包括多个可拆卸连接的运输单元，各运输单元包括一单元箱，所述单元箱中布置有两个滚轮机构，各滚轮机构包括一滚轮组，并且两个滚轮机构中的滚轮组相互垂直，所述单元箱的顶部设有避让口，各滚轮组通过避让口延伸出单元箱；

各所述滚轮组包括两个并排布置的滚轮，两个并排布置的滚轮中，一者为长滚轮、另一者为短滚轮，并且所述长滚轮沿轴向的厚度大于所述短滚轮，所述长滚轮和短滚轮延伸出单元箱的高度相同；

所述单元箱上设有连接孔，该连接孔包括设置在单元箱底部的第一部分、以及由第一部分的一端起沿单元箱的侧壁向上延伸的第二部分，所述连接孔中可拆卸安装有连接件。

作为优选，各所述滚轮组中的长滚轮和短滚轮固定在同一轴上，所述长滚轮和短滚轮的直径相同。

作为优选，各所述滚轮组由独立的驱动机构驱动，所述驱动机构设置在单元箱内，所述驱动机构包括蜗轮、蜗杆、固定片和电机，所述蜗轮安装在对应的轴上，所述电机通过固定片与单元箱固定，所述蜗杆与电机的输出轴连接，所述蜗杆与所述蜗轮齿轮啮合。

作为优选，所述蜗轮、长滚轮和短滚轮三者并排布置，且所述蜗轮位于长滚轮和短滚轮之间。

作为优选，所述单元箱为长方体，所述单元箱的四个侧壁上分别设有一个连接孔，四个连接孔中有两个为第一连接孔、另外两个为第二连接孔，所述第一连接孔中安装有连接件，所述第二连接孔用于与相邻运输单元中的连接件配合。

作为优选，所述单元箱的一个端角处由隔板隔离形成操作空间，所述第一连接孔位于操作空间所在范围。

作为优选，所述连接件包括两个并排布置且位置错开的夹边，两个夹边的底部之间连接有过渡边，两个夹边的顶部延伸至高于过渡边的顶部，并且所述夹边上设有第二螺纹孔。

作为优选，所述连接孔的第二部分的长度大于等于所述过渡边的高度。

作为优选，所述长滚轮具有周向均布的若干个轮齿，各轮齿沿长滚轮的轴向延伸，并且各轮齿上通过辊轴嵌装有辊轮，所述辊轴的延伸方向与所述长滚轮的轴向垂直。

本申请还提供一种运输方法，该运输方法基于上述任一技术方案的模块化运输平台，其特征在于，所述运输方法包括：

步骤S1、根据所述模块化运输平台生成对应的栅格地图，栅格地图中的每一栅格对应各运输单元；

步骤S2、获取待运输货物的起始点、终止点、运送速度、转动角速度；

步骤S3、根据获取的起始点和终止点，采用A*算法在栅格地图上规划货物的最佳运动路径；

步骤S4、根据待运输货物的体积确定待运输货物沿最佳运动路径依次接触的栅格，并判断最佳运动路径以及所接触的栅格的可行性，若最佳运动路径以及所有栅格均为可行，则确定为最终的最佳运动路径；否则在标记当前最佳运动路径为不可行的基础上重新执行步骤S3寻找新的最佳运动路径；

步骤S5、根据获取的运送速度和转动角速度确定最终的最佳运动路径上各运输单元中各所述滚轮组的线速度，依次控制对应的运输单元工作，完成货物运输。

本申请提供的模块化运输平台以及运输方法，采用模块化设计，根据实际需求增减运输单元以改变输送平台的大小与形状，且便于更换，使得此运输平台更加柔性化；并且通过标记故障运输单元，实现重新规划路线，不影响运输平台工作，可随时更换故障的运输单元，使得运输平台更加高效且易于维护。根据货物的运输情况，合理控制各个运输单元的运动与休眠，大大减少运输平台的能耗。长、短滚轮的设计，使得货物与运输单元的接触面积更大，滚轮与货物的摩檫力增大，而且货物在平台上更加平稳。任意相邻四个运输单元组成2×2的旋转组的设计，使得货物在运输平台可以实现全方向运输。

附图说明

图1为本申请的模块化运输平台的结构示意图；

图2为本申请的运输单元的结构示意图；

图3为本申请的运输单元的***图；

图4为本申请的滚轮机构的结构示意图；

图5为本申请的固定片的结构示意图；

图6为本申请的箱体的结构示意图；

图7为本申请的连接件的一种结构示意图；

图8为本申请的四个运输单元相连的示意图；

图9为本申请的长滚轮的另一实施例结构示意图；

图10为图9中a部位的局部放大图；

图11为本申请的一个滚轮机构中的两组滚轮所需的线速度示意图；

图12为本申请的四个滚轮机构中的四组滚轮所需的线速度示意图。

图示中：1、模块化运输平台；2、运输单元；21、单元箱；211、操作空间；212、箱盖；213、箱体；214、连接孔；215、第一螺纹孔；216、定位孔；22、滚轮组；221、短滚轮；222、长滚轮；2221、轮齿；2222、辊轮；223、轴；23、连接件；231、夹边；232、过渡边；233、第二螺纹孔；24、蜗轮；25、蜗杆；26、固定片；261、螺栓孔；262、避让孔；27、电机；28、螺丝。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件；当组件被称为与另一个组件“固定”时，它可以直接与另一个组件固定或者也可以存在居中的组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。

如图1所示，其中一个实施例中，提供一种模块化运输平台，模块化运输平台1包括多个可拆卸连接的运输单元2。本实施例采用模块化设计，根据实际需求增减运输单元以改变输送平台的大小与形状，且便于更换，使得此运输平台更加柔性化。

如图2所示，本实施例的各运输单元2包括一单元箱21，单元箱21中布置有两个滚轮机构，各滚轮机构包括一滚轮组22，并且两个滚轮机构中的滚轮组22相互垂直，单元箱21的顶部设有避让口，各滚轮组22通过避让口延伸出单元箱21。

如图3所示，各滚轮组22包括两个并排布置的滚轮，两个并排布置的滚轮中，一者为长滚轮222、另一者为短滚轮221，并且长滚轮222沿轴向的厚度大于短滚轮221，长滚轮222和短滚轮221延伸出单元箱21的高度相同。

如图4所示，在一个实施例中，各滚轮组22中的长滚轮222和短滚轮221固定在同一轴223上，长滚轮222和短滚轮221的直径相同。

固定在同一轴223上，便于控制长滚轮222和短滚轮221的同步运动，并且长滚轮222和短滚轮221的直径相同，便于合理布置单元箱21内的空间，以较小的空间占用实现较大的运输效率。

为了便于部件的安装，单元箱21包括可拆卸的箱盖212和箱体213，如图4所示，单元箱21的箱体213上设有连接孔214，该连接孔214包括设置在单元箱21底部的第一部分、以及由第一部分的一端起沿单元箱21的侧壁向上延伸的第二部分，连接孔214中可拆卸安装有连接件23。

可拆卸安装的连接件23便于运输单元的更换，通过标记故障运输单元，实现重新规划路线，不影响运输平台工作，可随时更换故障的运输单元，使得运输平台更加高效且易于维护。

在一实施例中，各滚轮组22由独立的驱动机构驱动，驱动机构设置在单元箱21内，驱动机构包括蜗轮24、蜗杆25、固定片26和电机27，电机27通过固定片26与单元箱21固定。

如图5所示，固定片26为倒L形结构，固定片26顶部的水平边设有螺栓孔261，并通过该螺栓孔261与箱盖212固定。固定片26的竖直边上设有避让孔262，蜗杆25与电机27的输出轴通过避让孔262后采用联轴器联动。并且固定片26上还设有用于安装电机27的固定孔(图中未示出)，以保证电机27与箱盖212的稳定连接。

蜗杆25与蜗轮24齿轮啮合，蜗轮24安装在对应的轴223上。当电机27转动时，采用蜗杆25转动，蜗杆25驱动与其啮合的蜗轮24转动，从而带动滚轮组22转动，实现对货物的驱动。

为了便于带动长滚轮222和短滚轮221运动，减短扭矩，在一实施例中，设置蜗轮24、长滚轮222和短滚轮221三者并排布置，且蜗轮24位于长滚轮222和短滚轮221之间。

固定片26包括一竖直延伸的第一固定板、以及由第一固定板弯折的第二固定板。其中，第二固定板与所述箱盖212连接，第一固定板一端与第二固定板连接，另一端延伸至箱体213的底部，并在底部开设有圆孔。

如图6所示，单元箱21为长方体，单元箱21的四个侧壁上分别设有一个连接孔214，四个连接孔214中有两个为第一连接孔、另外两个为第二连接孔，第一连接孔中安装有连接件23，第二连接孔用于与相邻运输单元2中的连接件23配合，并且两个第一连接孔相邻，两个第二连接孔相邻。

应该理解的是，单元箱21的箱体213上设置一个连接孔214为最基本的结构，在此基础上可以对应增加箱体213上的连接孔214个数。

并且为了便于连接件23的安装，在一个实施例中，单元箱21的一个端角处由隔板隔离形成操作空间211，第一连接孔位于操作空间211所在范围，因此连接件23安装后，至少一部分位于操作空间211内。

并且在箱盖212对应操作空间211的位置开设操作孔，该操作孔用于安装螺丝并且方便运输单元2的拆卸。

在箱体213上还设有用于连接轴223的定位孔216，定位孔216设有两组，分别与相应的轴223对应，并且定位孔216中设有轴承，以满足连接轴223的同时保证轴的可转动性。同理，箱体213上还设有两个用于连接蜗杆25远离电机27一端的第二定位孔，第二定位孔中同样设有轴承。

如图7所示，在一个实施例中，所提供的连接件23包括两个并排布置且位置错开的夹边231，两个夹边231的底部之间连接有过渡边232，两个夹边231的顶部延伸至高于过渡边232的顶部，并且夹边231上设有第二螺纹孔233。

连接件23大致为U形，U形的一个夹边231通过连接孔214的第一部分伸入操作空间211中，U形的过渡边232与连接孔214的第二部分配合，U形的另一个夹边231位于单元箱21外部，用于通过相邻运输单元2的连接孔214的第一部分伸入相邻运输单元2的操作空间211中，实现连接相邻运输单元2。

由于两个第一连接孔为相邻设置，故为了便于连接，设置连接件23有两种结构，两种结构为镜像对称。

由于货物在运输过程中可能会影响各运输单元的位置，故为了提高模块化运输平台1的稳定性，在一实施例中，设置连接件23的两夹边231上设有第二螺纹孔233，并且设置箱体213邻近连接孔214处设有第一螺纹孔215。当相邻的两个运输单元2通过一个连接件23连接后，连接件23中一夹边231的第二螺纹孔233与一个运输单元2上的第一螺纹孔215通过螺丝28连接，连接件23中另一夹边231的第二螺纹孔233与另一运输单元2上的第一螺纹孔215通过螺丝28连接，使得两相邻运输单元2的连接更为牢固。

为了避免连接件23安装后影响运输单元2的正常放置，设置连接孔214的第二部分的长度大于等于过渡边232的高度。优选设置连接孔214的第二部分的长度等于过渡边232的高度，使得连接件23和单元箱21的底部平齐，提高货物运输的稳定性，相邻运输单元连接后的结构如图8所示。

为了独立控制运输单元2的同时又能协调整个模块化运输平台1，在一个实施例中，每一运输单元2连接有一个独立的控制器，并且所有控制器连接至一个总控制器，由总控制器控制每一控制器独立工作，再由控制器控制每一运输单元2中的电机27工作。

当运输平台中任何一个运输单元2发现故障时，只需要标记故障的运输单元2，绕开故障运输单元2，可随时更换故障的运输单元2，不会影响整个平台的运作。具体更换原理为：拆出故障运输单元2上的连接件与箱盖连接的四个螺钉，抓住箱盖的操作孔竖直上拔即可取出运输单元2，再将好的运输单元2对准连接件竖直下放，再打上螺钉即可完成故障运输单元2的更换。

如图9和图10所示，在另一实施例中，为了提高货物运输效率，在每个运输单元2的长滚轮222中嵌入辊轮，具体如下：长滚轮222具有周向均布的若干个轮齿2221，各轮齿2221沿长滚轮222的轴向延伸，并且各轮齿2221上通过辊轴嵌装有辊轮2222，辊轴的延伸方向与长滚轮222的轴向垂直。

辊轴的延伸方向与长滚轮222的轴向垂直，即辊轮的传动方向与长滚轮的传动方向垂直，并且设置辊轮2222的最高点高于轮齿2221的齿顶，优选设置略高于即可。

为了便于描述，定义两个相互垂直的方向为x方向和y方向，并且一个运输单元中设有相互垂直的两个滚轮组，令一个为沿x方向布置的滚轮组，另一个为沿y方向布置的滚轮组。

当运输单元沿x方向传动时，y方向传动的辊轮起到导向作用，x方向传动的辊轮起到摩擦驱动的作用；当运输单元沿着y方向传动时，x方向传动的辊轮起到导向的作用，y方向传动的辊轮起到摩擦驱动的作用。辊轮的设置使得货物在运输单元上传输时所受到的运输单元的摩擦阻力变小，且有辊轮进行导向运输的作用，增加了传输的效率，降低了传输过程中的能耗。

在另一实施例中，还提供一种运输方法，该运输方法基于前述任一实施例中的模块化运输平台实现。具体的，运输方法包括：

步骤S1、根据模块化运输平台1生成对应的栅格地图，栅格地图中的每一栅格对应各运输单元2。

步骤S2、获取待运输货物的起始点、终止点、运送速度、转动角速度。

步骤S3、根据获取的起始点和终止点，采用A*算法在栅格地图上规划货物的最佳运动路径。

步骤S4、根据待运输货物的体积确定待运输货物沿最佳运动路径依次接触的栅格，并判断最佳运动路径以及所接触的栅格的可行性，若最佳运动路径以及所有栅格均为可行，则确定为最终的最佳运动路径；否则在标记当前最佳运动路径为不可行的基础上重新执行步骤S3寻找新的最佳运动路径。

步骤S5、根据获取的运送速度和转动角速度确定最终的最佳运动路径上各运输单元2中各滚轮组22的线速度，依次控制对应的运输单元2工作，完成货物运输。

如图11所示，两组相互垂直的滚轮组设为滚轮组a和滚轮组b，滚轮组a和滚轮组b端面垂直于纸面，一组滚轮控制货物的前后运动趋势，另一组滚轮控制万向球的左右运动趋势。

当货物不进行旋转时，每个滚轮模块的滚轮转动线速度的获得方法具体为：以一个滚轮机构中的两组滚轮所需的线速度为例进行说明，在单个运输单元的中心建立XY轴坐标系，其中XY轴坐标系的X轴与其中一组滚轮的端面平行，Y轴与另一组滚轮的端面平行，X轴和Y轴垂直。

货物所需要达到的速度V及在路径上各点的转动角速度w在总控制器中进行设定，即可得到货物通过单个滚轮机构时的行进方向与X轴的夹角α。如图11所示，v₁，v₂分别为滚轮组a和b的线速度。V_X是货物在X轴方向上的运行速度，V_Y是货物在Y方向上的运行速度，V即为货物设定的运动速度，w为货物转动的角速度，α为货物行进方向与X轴的夹角。

根据单个运输单元运动建立速度平衡方程式：

其中，

由此得到，

***总控制器按照设定的路径，将计算好的路径上的每个运输单元中滚轮组的线速度传输给对应运输单元的控制器，控制器控制相应的电机驱动滚轮转动，将货物按指定的路径运输至指定地点。

如图12所示，当路径需要货物旋转时，每个模块的滚轮转动线速度的获得方法具体为：

在一个输送平台中，任意四个相邻的运输单元组成2×2的模块组相互配合，即可以实现货物360度旋转。以四个滚轮机构中的四个滚轮组所需的线速度为例进行说明，在四个滚轮机构的四个滚轮组中心建立XY坐标系，其中XY坐标系的X轴与一个运输单元中的竖直放置的滚轮的轴线平行，Y轴与另一个横向放置的滚轮的轴线平行，X轴和Y轴垂直。

货物的运输速度V及转动角速度w在***总控制器中进行设定，即可得到货物通过四个模块中心时的行进方向与X轴的夹角α。如图12所示，v₁，v₂，v₃，v₄分别为滚轮组c，d，e，f的线速度，V_X是货物在X轴方向上的运行速度，V_Y是货物在Y方向上的运行速度，V即为货物设定的运动速度，w为货物转动的角速度，r为货物的旋转半径。

根据四个模块组合旋转运动建立速度平衡方程式：

由平衡方程(4)可知，货物在转向模块组中，已有的速度大小不变，四个转向滚轮组的线速度完全转化为货物的转动角速度。因此实现四个滚轮组等线速度转动即可带动货物360度旋转，而物体已有的速度大小不变，由控制***控制转动角速度与ω与转动时间t即可实现货物按路径规划的转动角度旋转。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种模块化运输平台，其特征在于，所述模块化运输平台包括多个可拆卸连接的运输单元(2)，各运输单元(2)包括一单元箱(21)，所述单元箱(21)中布置有两个滚轮机构，各滚轮机构包括一滚轮组(22)，并且两个滚轮机构中的滚轮组(22)相互垂直，所述单元箱(21)的顶部设有避让口，各滚轮组(22)通过避让口延伸出单元箱(21)；

各所述滚轮组(22)包括两个并排布置的滚轮，两个并排布置的滚轮中，一者为长滚轮(222)、另一者为短滚轮(221)，并且所述长滚轮(222)沿轴向的厚度大于所述短滚轮(221)，所述长滚轮(222)和短滚轮(221)延伸出单元箱(21)的高度相同；

所述单元箱(21)上设有连接孔(214)，该连接孔(214)包括设置在单元箱(21)底部的第一部分、以及由第一部分的一端起沿单元箱(21)的侧壁向上延伸的第二部分，所述连接孔(214)中可拆卸安装有连接件(23)。

2.如权利要求1所述的模块化运输平台，其特征在于，各所述滚轮组(22)中的长滚轮(222)和短滚轮(221)固定在同一轴(223)上，所述长滚轮(222)和短滚轮(221)的直径相同。

3.如权利要求2所述的模块化运输平台，其特征在于，各所述滚轮组(22)由独立的驱动机构驱动，所述驱动机构设置在单元箱(21)内，所述驱动机构包括蜗轮(24)、蜗杆(25)、固定片(26)和电机(27)，所述蜗轮(24)安装在对应的轴(223)上，所述电机(27)通过固定片(26)与单元箱(21)固定，所述蜗杆(25)与电机(27)的输出轴连接，所述蜗杆(25)与所述蜗轮(24)齿轮啮合。

4.如权利要求3所述的模块化运输平台，其特征在于，所述蜗轮(24)、长滚轮(222)和短滚轮(221)三者并排布置，且所述蜗轮(24)位于长滚轮(222)和短滚轮(221)之间。

5.如权利要求1所述的模块化运输平台，其特征在于，所述单元箱(21)为长方体，所述单元箱(21)的四个侧壁上分别设有一个连接孔(214)，四个连接孔(214)中有两个为第一连接孔、另外两个为第二连接孔，所述第一连接孔中安装有连接件(23)，所述第二连接孔用于与相邻运输单元(2)中的连接件(23)配合。

6.如权利要求5所述的模块化运输平台，其特征在于，所述单元箱(21)的一个端角处由隔板隔离形成操作空间(211)，所述第一连接孔位于操作空间(211)所在范围。

7.如权利要求1所述的模块化运输平台，其特征在于，所述连接件(23)包括两个并排布置且位置错开的夹边(231)，两个夹边(231)的底部之间连接有过渡边(232)，两个夹边(231)的顶部延伸至高于过渡边(232)的顶部，并且所述夹边(231)上设有第二螺纹孔(233)。

8.如权利要求7所述的模块化运输平台，其特征在于，所述连接孔(214)的第二部分的长度大于等于所述过渡边(232)的高度。

9.如权利要求1～8中任一项所述的模块化运输平台，其特征在于，所述长滚轮(222)具有周向均布的若干个轮齿(2221)，各轮齿(2221)沿长滚轮(222)的轴向延伸，并且各轮齿(2221)上通过辊轴嵌装有辊轮(2222)，所述辊轴的延伸方向与所述长滚轮(222)的轴向垂直。

10.一种基于权利要求1所述的模块化运输平台的运输方法，其特征在于，所述运输方法包括：

步骤S1、根据所述模块化运输平台生成对应的栅格地图，栅格地图中的每一栅格对应各运输单元(2)；

步骤S5、根据获取的运送速度和转动角速度确定最终的最佳运动路径上各运输单元(2)中各所述滚轮组(22)的线速度，依次控制对应的运输单元(2)工作，完成货物运输。