CN112173520A - 一种四向行走功能的堆垛机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四向行走功能的堆垛机，包括堆垛机车体，所述堆垛机车体设有四向行走机构、升降机构、电控***、能源***以及通信***，所述四向行走机构包括沿堆垛机车体底盘对角线方向设置的主动变向驱动轮，所述堆垛机车体底盘还设有辅助变向行走轮，所述主动变向驱动轮连接有驱动其转动的第一伺服电机，以及改变其角度的第二伺服电机。本发明的四向行走功能的堆垛机，极大提升现有立体仓库的存储密度，全面提高立体仓库的自动化程度，在上位信息***调度下，多台四向堆垛机可到达立体仓库任意层、任意巷道、任意货位进行存货和取货操作，无需人工介入，真正实现高效率、高密度、全自动化的无人值守立体仓库。

Description

一种四向行走功能的堆垛机及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种堆垛机，具体涉及一种行走堆垛机及其控制方法。

背景技术

现代物流技术中，自动化立体仓库可大大提高仓储密度，由于立体仓库中货盘上的货物有时重达上千公斤，货物存取必须依靠自动化机械设备完成，仓库存取设备决定了仓库的存储密度、吞吐速度和自动化水平。目前使用的存取设备主要包括巷道有轨堆垛机和窄巷道叉车，巷道有轨堆垛机需要在存货货架旁边配置专门的带有轨道行驶巷道，窄巷道叉车需要的巷道也大于有轨堆垛机的尺寸，并且每个行驶巷道上的堆垛机或窄巷道叉车所需要的转弯地域很大，而无地轨四向堆垛机，可大幅度提高存储密度及减少转弯所占面积，逐渐成为了新一代立体仓库自动存取设备发展方向。

目前国内的堆垛机大部分只具备前进或后退或转弯三个方向行驶功能，如转弯堆垛机和窄巷道叉车，这一类设备只能在同一个存货巷道内前后行驶，必须通过转弯辅助才能到其他存货巷道工作。

国内具备四个方向行驶的无地轨车目前只有低速行驶且不能升高大距离的AGV和低速行驶可以升高但不能更窄一点巷道的窄巷道叉车，本发明传四向堆垛机则仅需要铺设和原有巷道垂直的行走巷道，依靠轮子转向实现换巷道，根据查新资料其转向机构和驱动方式与本发明完全不同，对巷道要求较低，因此，如何克服现有技术的是目前无地轨运输设备技术领域亟需解决的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种四向行走功能的堆垛机及其控制方法，提供一种四向行走功能的堆垛机，不仅可以前进和后退，还能通过四个轮子270°同步转向，可向左和向右行驶，从而实现了同一轨道平面内四个方向运动，在具备相互垂直的行走巷道和存货巷道的多层立体仓库中存取货物时，通过在行走巷道和存货巷道交叉位置换向行驶，可自主驶入不同列的存货巷道，通过载货台提升后则可控制立体仓库的任意货位，从而极大提升现有立体仓库的存储密度，全面提高立体仓库的自动化程度，真正实现仓库的无人值守。

技术方案：本发明所述的一种四向行走功能的堆垛机，包括堆垛机车体，所述堆垛机车体设有四向行走机构、升降机构、电控***、能源***以及通信***，所述四向行走机构包括沿堆垛机车体底盘对角线方向设置的主动变向驱动轮，所述堆垛机车体底盘还设有辅助变向行走轮，所述主动变向驱动轮连接有驱动其转动的第一伺服电机，以及改变其角度的第二伺服电机。

所述主动变向驱动轮包括第一连接板，所述第一连接板通过若干弹簧减震器连接于第二连接板，所述第一连接板中央处设有伸缩撑杆，所述伸缩撑杆穿过第二连接板并转动的连接有铰接架，所述铰接架转动的连接有主动轮，所述第一伺服电机设于铰接架外侧，所述第一伺服电机的输出轴通过减速器连接于主动轮的主轴，所述第二连接板设有凸缘板，所述第二伺服电机竖直方向设于凸缘板上，所述第二伺服电机的输出轴设有第一齿轮，所述铰接架顶部靠近第二连接板处设有第二齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮啮合传动。

所述堆垛机车体底盘设有用于定位第二齿轮的自锁装置，所述主动轮的角度调节范围为0°～270°。

所述堆垛机车体包括设于底盘上部的若干立柱，所述底盘位于立柱一侧设有电器柜平台，所述立柱顶部设有上横梁，所述底盘上方还设有载货台，所述载货台连接于升降机构，所述底盘由若干承重梁构成，所述各承重梁通过连接梁固定，所述承重梁与主动轮、辅助轮的支撑轴通过车轮座连接，所述上横梁端部设有巷道导向轮，其中部设有防跳导向轮，所述防跳导向轮通过滚轮支架连接于上横梁。

所述升降机构为钢丝绳或滚子链动力提升装置，并通过驱动电机提供动力，所述驱动电机可为卷扬机，所述的升降机构包括载货台以及升降执行机构，载货台包括载货台框架、货叉、导向轮、防坠器、第一传感器、第二传感器，所述货叉连接于载货台框架外侧，位于货叉左右两侧及中间均设有铝合金盖板，导向轮以及防坠器均固定在载货台四片翅膀上，其中一侧防坠器通过铰链与立柱上的轨道调整咬合距离，所述第一传感器设于载货台的其中一侧翅膀上，所述第二传感器设于载货台的框架外口。

所述承重梁外侧设有矩形蒙板，所述矩形蒙框包括两组互相平行、且首尾连接的蒙板，所述底盘底部外侧设有用于寻找行走路径的寻磁仪，所述底盘底部中央处设有用于读取二维码定位点的定位仪，所述主动轮为耐磨包胶轮。

所述能源***包括依次连接的锂离子动力电池、充电电缆、充电插头，所述锂离子动力电池还连接有充电管理***。

所述电控***包括控制计算机，所述的控制计算机包括基于ARM内核的微处理器的核心模块、接口板模块和电源模块，控制计算机ARM微处理器内嵌入有控制软件，所述控制软件操控堆垛机车体的四向行走机构、升降机构工作以及智能防撞报警工作。

所述通信***为无线数传模块，采用时分多址方法组建无线通信网络，实现多台四向堆垛机和上位机的协调控制调度。

一种四向行走功能的堆垛机的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：堆垛机上电后，首先与上位机建立无线通信连接，进入上位机组建的无线网络，同时获取自身初始位置信息，然后等待上位机的出库或入库指令；

步骤2：若收到入库指令，堆垛机自动从当前位置沿着上位机规划的路径分别通过横向或纵向轨道行驶到立体仓库指定的入口货位捡取货物，如果需要换层，则自动行驶到提升机位置，在上位机调度下进入提升机，到达指定层后，离开提升机，行驶到入口货位捡取货物，获取货物后继续根据上位机规划的路径分别通过横向或纵向轨道、提升机达到指定的存货位置放置货物；

步骤3：若收到出库指令，四向堆垛机自动从当前位置沿着上位机规划的路径分别通过横向或纵向轨道行驶到立体仓库指定的存货位置处捡取货物，如果需要换层，则自动行驶到提升机位置，在上位机调度下进入提升机，到达指定层后，离开提升机，行驶到存货位置捡取货物，获取货物后继续根据上位机规划的路径分别通过横向或纵向轨道、提升机达到立体仓库指定的出口货位放置货物；

步骤4：若需要在立体仓库内移动货物，则根据上位机指令，沿着规划路径行走，第二伺服电机驱动减速器，减速器驱动主动轮行驶，角度调节机构调节主动轮的角度，堆垛机由沿对角线方向布置的两主动轮驱动，从动轮随动，堆垛机移动至货位捡取货物后分别通过横向或纵向轨道，提升机行驶到指定位置放置货物；

步骤5：以上步骤中，堆垛机对行驶过程中自身位置、电压、电流实时上报，若电池电量低于规定值，则自动进入指定充电位置进行充电，充电完成后继续投入运行；

步骤6：堆垛机行驶过程中，发现自身机构发生故障，会立即发出灯光报警，并向上位机报告故障信息，当堆垛机在巷道内进行货物存取作业过程中，托盘上的货物发生坍塌使巷道堵塞等影响安全的事件，而导致非正常停车时，堆垛机也会发出灯光报警，并向上位机报告报警信息，堆垛机行驶过程中前方出现障碍物进行自动紧急停车，同时上报报警信息，等待处理；

步骤7：步骤6中的报警功能的触发基于规定的报警条件，传感器将产生报警信号送到控制计算机进行综合判断，如果需要紧急停车，控制计算机发送刹车命令给伺服电机实现紧急制动，如果需要上报，控制计算机发送报警数据给通信***，经过无线方式上报上位机，同时点亮车上相关报警指示灯；

步骤8：能源***包括一组48V锂离子动力电池，锂离子动力电池通过充电电缆与充电插头相连，堆垛机在接收到充电命令后驶入充电货位，充电插头与充电货位上安装的充电插座自动接驳，充电机自动上电开始充电，充电过程充电机监控充电电流电压，达到充满状态后自动断电，堆垛机驶离充电位投入运行。

有益效果：本发明的一种四向行走功能的堆垛机及其控制方法，传统的堆垛机只具备前进和后退个两个方向行驶功能，必须与叉车或输送线配合才能实现立体仓库所有存货巷道的存货和取货，本发明的四向行走功能的堆垛机，不仅可以前进和后退，通过四个轮子270°同步转向，可向左和向右行驶，从而实现了同一轨道平面内四个方向运动，在多行多列正交轨道的多层立体仓库中存取货物时，可驶入立体仓库的任意货位，从而极大提升现有立体仓库的存储密度，全面提高立体仓库的自动化程度，在上位信息***调度下，多台四向堆垛机可到达立体仓库任意层、任意巷道、任意货位进行存货和取货操作，无需人工介入，真正实现高效率、高密度、全自动化的无人值守立体仓库。

附图说明

图1为本发明堆垛机车体的主视图；

图2为本发明堆垛机车体的俯视图；

图3为本发明堆垛机车体底盘的示意图；

图4为本发明防跳导向轮的结构示意图；

图5为本发明主动变向驱动轮的结构示意图；

图6为本发明堆垛机车体的左视图；

图7为本发明堆垛机车体的仰视图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图1至图7所示，本发明的一种四向行走功能的堆垛机，包括堆垛机车体，堆垛机车体设有四向行走机构、升降机构、电控***、能源***以及通信***，通信***为无线数传模块，采用通用的460MHz数传模块，同时，采用时分多址方法组建无线通信网络，负责在四向堆垛机和上位机之间，四向堆垛机和遥控器之间的无线通信，可实现多台四向堆垛机和上位机的协调控制调度，四向行走机构包括沿堆垛机车体底盘对角线方向设置的主动变向驱动轮1，堆垛机车体底盘2还设有辅助变向行走轮3，主动变向驱动轮1设有角度调节机构，主动变向驱动轮1包括第一连接板4，第一连接板4通过若干弹簧减震器5连接于第二连接板6，第一连接板4中央处设有伸缩撑杆7，伸缩撑杆7穿过第二连接板6并转动的连接有铰接架8，铰接架8转动的连接有主动轮9，第一伺服电机10设于铰接架8外侧，第一伺服电机10的输出轴通过减速器11连接于主动轮9的主轴，第二连接板6设有凸缘板12，第二伺服电机13竖直方向设于凸缘板12上，第二伺服电机13的输出轴设有第一齿轮14，铰接架8顶部靠近第二连接板6处设有第二齿轮15，第一齿轮14与第二齿轮15啮合传动，具有原地转向功能，根据任务要求，通过行走巷道和提升机进入货架不同存货巷道、不同层完成货物出库和入库任务；四向堆垛机在工作时，可以向上位机上传位置、速度、电量、有无货、故障、工作情况等信息；具有远程遥控功能，可以通过遥控器手动完成任务。

角度调节机构包括设于主动轮9的支撑轴上方的第一齿轮14，驱动第一齿轮14转动的第二齿轮15，第一齿轮14与第二齿轮15啮合传动，堆垛机车体底盘2设有用于定位第一齿轮14的自锁装置，主动轮9的角度调节范围为0°～270°，底盘1底部外侧设有用于寻找行走路径的寻磁仪25，底盘1底部中央处设有用于读取二维码定位点的定位仪，所述主动轮9为耐磨包胶轮。

堆垛机车体包括设于底盘2上部的若干立柱16，底盘2位于立柱16一侧设有电器柜平台17，立柱16顶部设有上横梁18，上横梁18梁端部设有巷道导向轮19，其中部设有防跳导向轮20，所述防跳导向轮20通过滚轮支架连接于上横梁18，保护整体机构的稳定及防倾翻，底盘2上方还设有载货台21，载货台21连接于升降机构，底盘2由若干承重梁22构成，各承重梁22通过连接梁23固定，连接梁23、承重梁22采用型钢焊接方式加工成形，承重梁22与主动轮9、辅助变向行走轮3的支撑轴通过车轮座连接，自身机构发生故障，如升降机构或行走机构发生故障，可以发出灯光报警，并向上位机报告故障信息。

升降机构为钢丝绳或滚子链动力提升装置，并通过驱动电机提供动力，驱动电机可为卷扬机，的升降机构包括载货台以及升降执行机构，载货台包括载货台框架、货叉26、导向轮、防坠器、第一传感器、第二传感器，货叉26连接于载货台框架外侧，位于货叉26左右两侧及中间均设有铝合金盖板，导向轮以及防坠器均固定在载货台四片翅膀上，其中一侧防坠器通过铰链与立柱上的轨道调整咬合距离，第一传感器设于载货台的其中一侧翅膀上，第二传感器设于载货台的框架外口。

承重梁22外侧设有矩形蒙板24，矩形蒙板24包括两组互相平行、且首尾连接的蒙板。

能源***包括依次连接的锂离子动力电池、充电电缆、充电插头，锂离子动力电池还连接有充电管理***。

电控***包括控制计算机，的控制计算机包括基于ARM内核的微处理器的核心模块、接口板模块和电源模块，控制计算机ARM微处理器内嵌入有控制软件，控制软件操控堆垛机车体的四向行走机构、升降机构工作以及智能防撞报警工作。

通信***为无线数传模块，采用时分多址方法组建无线通信网络，实现多台四向堆垛机和上位机的协调控制调度。

一种四向行走功能的堆垛机的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：堆垛机上电后，首先与上位机建立无线通信连接，进入上位机组建的无线网络，同时获取自身初始位置信息，然后等待上位机的出库或入库指令；

步骤2：若收到入库指令，堆垛机自动从当前位置沿着上位机规划的路径分别通过横向或纵向轨道行驶到立体仓库指定的入口货位捡取货物，如果需要换层，则自动行驶到提升机位置，在上位机调度下进入提升机，到达指定层后，离开提升机，行驶到入口货位捡取货物，获取货物后继续根据上位机规划的路径分别通过横向或纵向轨道、提升机达到指定的存货位置放置货物；

步骤3：若收到出库指令，四向堆垛机自动从当前位置沿着上位机规划的路径分别通过横向或纵向轨道行驶到立体仓库指定的存货位置处捡取货物，如果需要换层，则自动行驶到提升机位置，在上位机调度下进入提升机，到达指定层后，离开提升机，行驶到存货位置捡取货物，获取货物后继续根据上位机规划的路径分别通过横向或纵向轨道、提升机达到立体仓库指定的出口货位放置货物；

步骤4：若需要在立体仓库内移动货物，则根据上位机指令，沿着规划路径行走，第二伺服电机13驱动减速器11，减速器11驱动主动轮9行驶，角度调节机构调节主动轮9的角度，堆垛机由沿对角线方向布置的两主动轮9驱动，辅助变向行走轮3随动，堆垛机移动至货位捡取货物后分别通过横向或纵向轨道，提升机行驶到指定位置放置货物；

步骤5：以上步骤中，堆垛机对行驶过程中自身位置、电压、电流实时上报，若电池电量低于规定值，则自动进入指定充电位置进行充电，充电完成后继续投入运行；

步骤6：堆垛机行驶过程中，发现自身机构发生故障，会立即发出灯光报警，并向上位机报告故障信息，当堆垛机在巷道内进行货物存取作业过程中，托盘上的货物发生坍塌使巷道堵塞等影响安全的事件，而导致非正常停车时，堆垛机也会发出灯光报警，并向上位机报告报警信息，堆垛机行驶过程中前方出现障碍物进行自动紧急停车，同时上报报警信息，等待处理；

步骤7：步骤6中的报警功能的触发基于规定的报警条件，传感器将产生报警信号送到控制计算机进行综合判断，如果需要紧急停车，控制计算机发送刹车命令给伺服电机实现紧急制动，如果需要上报，控制计算机发送报警数据给通信***，经过无线方式上报上位机，同时点亮车上相关报警指示灯；

步骤8：能源***包括一组48V锂离子动力电池，锂离子动力电池通过充电电缆与充电插头相连，堆垛机在接收到充电命令后驶入充电货位，充电插头与充电货位上安装的充电插座自动接驳，充电机自动上电开始充电，充电过程充电机监控充电电流电压，达到充满状态后自动断电，堆垛机驶离充电位投入运行。

四向堆垛机基本技术指标如下：

外形尺寸：(长×宽×高max)3500mm×1800mm×20000mm(最高)(可以根据客户托盘及货物尺寸定制)；

最大承载能力：1500kg；

兼容托盘尺寸：

1200mm×800mm(欧洲标准)；

1200mm×1000mm；

1200mm×1200mm。

升降机构动作行程根据工作区域可用高度定制；

空载行驶速度：60m/min；

定位精度±5mm；

供电电压：48V；

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (10)

1.一种四向行走功能的堆垛机，其特征在于：包括堆垛机车体，所述堆垛机车体设有四向行走机构、升降机构、电控***、能源***以及通信***，所述四向行走机构包括沿堆垛机车体底盘对角线方向设置的主动变向驱动轮，所述堆垛机车体底盘还设有辅助变向行走轮，所述主动变向驱动轮连接有驱动其转动的第一伺服电机，以及改变其角度的第二伺服电机。

2.根据权利要求1所述的四向行走功能的堆垛机，其特征在于：所述主动变向驱动轮包括第一连接板，所述第一连接板通过若干弹簧减震器连接于第二连接板，所述第一连接板中央处设有伸缩撑杆，所述伸缩撑杆穿过第二连接板并转动的连接有铰接架，所述铰接架转动的连接有主动轮，所述第一伺服电机设于铰接架外侧，所述第一伺服电机的输出轴通过减速器连接于主动轮的主轴，所述第二连接板设有凸缘板，所述第二伺服电机竖直方向设于凸缘板上，所述第二伺服电机的输出轴设有第一齿轮，所述铰接架顶部靠近第二连接板处设有第二齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮啮合传动。

3.根据权利要求2所述的四向行走功能的堆垛机，其特征在于：所述堆垛机车体底盘设有用于定位第二齿轮的自锁装置，所述主动轮的角度调节范围为0°～270°。

4.根据权利要求1所述的四向行走功能的堆垛机，其特征在于：所述堆垛机车体包括设于底盘上部的若干立柱，所述底盘位于立柱一侧设有电器柜平台，所述立柱顶部设有上横梁，所述底盘上方还设有载货台，所述载货台连接于升降机构，所述底盘由若干承重梁构成，所述各承重梁通过连接梁固定，所述承重梁与主动轮、辅助轮的支撑轴通过车轮座连接，所述上横梁端部设有巷道导向轮，其中部设有防跳导向轮，所述防跳导向轮通过滚轮支架连接于上横梁。

5.根据权利要求1所述的四向行走功能的堆垛机，其特征在于：所述升降机构为钢丝绳或滚子链动力提升装置，并通过驱动电机提供动力，所述驱动电机可为卷扬机，所述的升降机构包括载货台以及升降执行机构，载货台包括载货台框架、货叉、导向轮、防坠器、第一传感器、第二传感器，所述货叉连接于载货台框架外侧，位于货叉左右两侧及中间均设有铝合金盖板，导向轮以及防坠器均固定在载货台四片翅膀上，其中一侧防坠器通过铰链与立柱上的轨道调整咬合距离，所述第一传感器设于载货台的其中一侧翅膀上，所述第二传感器设于载货台的框架外口。

6.根据权利要求4所述的四向行走功能的堆垛机，其特征在于：所述承重梁外侧设有矩形蒙板，所述矩形蒙框包括两组互相平行、且首尾连接的蒙板，所述底盘底部外侧设有用于寻找行走路径的寻磁仪，所述底盘底部中央处设有用于读取二维码定位点的定位仪，所述主动轮为耐磨包胶轮。

7.根据权利要求1所述的四向行走功能的堆垛机，其特征在于：所述能源***包括依次连接的锂离子动力电池、充电电缆、充电插头，所述锂离子动力电池还连接有充电管理***。

8.根据权利要求1所述的四向行走功能的堆垛机，其特征在于：所述电控***包括控制计算机，所述的控制计算机包括基于ARM内核的微处理器的核心模块、接口板模块和电源模块，控制计算机ARM微处理器内嵌入有控制软件，所述控制软件操控堆垛机车体的四向行走机构、升降机构工作以及智能防撞报警工作。

9.根据权利要求1所述的四向行走功能的堆垛机，其特征在于：所述通信***为无线数传模块，采用时分多址方法组建无线通信网络，实现多台四向堆垛机和上位机的协调控制调度。

10.一种四向行走功能的堆垛机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：堆垛机上电后，首先与上位机建立无线通信连接，进入上位机组建的无线网络，同时获取自身初始位置信息，然后等待上位机的出库或入库指令；

步骤2：若收到入库指令，堆垛机自动从当前位置沿着上位机规划的路径分别通过横向或纵向轨道行驶到立体仓库指定的入口货位捡取货物，如果需要换层，则自动行驶到提升机位置，在上位机调度下进入提升机，到达指定层后，离开提升机，行驶到入口货位捡取货物，获取货物后继续根据上位机规划的路径分别通过横向或纵向轨道、提升机达到指定的存货位置放置货物；

步骤3：若收到出库指令，四向堆垛机自动从当前位置沿着上位机规划的路径分别通过横向或纵向轨道行驶到立体仓库指定的存货位置处捡取货物，如果需要换层，则自动行驶到提升机位置，在上位机调度下进入提升机，到达指定层后，离开提升机，行驶到存货位置捡取货物，获取货物后继续根据上位机规划的路径分别通过横向或纵向轨道、提升机达到立体仓库指定的出口货位放置货物；

步骤4：若需要在立体仓库内移动货物，则根据上位机指令，沿着规划路径行走，第二伺服电机驱动减速器，减速器驱动主动轮行驶，角度调节机构调节主动轮的角度，堆垛机由沿对角线方向布置的两主动轮驱动，从动轮随动，堆垛机移动至货位捡取货物后分别通过横向或纵向轨道，提升机行驶到指定位置放置货物；

步骤5：以上步骤中，堆垛机对行驶过程中自身位置、电压、电流实时上报，若电池电量低于规定值，则自动进入指定充电位置进行充电，充电完成后继续投入运行；

步骤6：堆垛机行驶过程中，发现自身机构发生故障，会立即发出灯光报警，并向上位机报告故障信息，当堆垛机在巷道内进行货物存取作业过程中，托盘上的货物发生坍塌使巷道堵塞等影响安全的事件，而导致非正常停车时，堆垛机也会发出灯光报警，并向上位机报告报警信息，堆垛机行驶过程中前方出现障碍物进行自动紧急停车，同时上报报警信息，等待处理；

步骤7：步骤6中的报警功能的触发基于规定的报警条件，传感器将产生报警信号送到控制计算机进行综合判断，如果需要紧急停车，控制计算机发送刹车命令给伺服电机实现紧急制动，如果需要上报，控制计算机发送报警数据给通信***，经过无线方式上报上位机，同时点亮车上相关报警指示灯；

步骤8：能源***包括一组48V锂离子动力电池，锂离子动力电池通过充电电缆与充电插头相连，堆垛机在接收到充电命令后驶入充电货位，充电插头与充电货位上安装的充电插座自动接驳，充电机自动上电开始充电，充电过程充电机监控充电电流电压，达到充满状态后自动断电，堆垛机驶离充电位投入运行。

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