CN113548353B - 一种用于植物工厂立体栽植的多层穿梭车***及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及智能农业装备领域，尤其涉及一种用于植物工厂立体栽植的多层穿梭车***及控制方法。包括：上位机、栽培架、穿梭车的行走装置、抬升装置及电气控制***；行走装置、抬升装置设于穿梭车车体内；上位机与电气控制***无线通信；栽培架上设有营养液槽，营养液槽上设有多个栽培位；电气控制***设于穿梭车车体内，以接收到上位机发送的任务指令后，得到作业模式和目标信息，选择并切换定位模式，根据作业流程分别驱动行走装置、抬升装置执行行走和抬升定位。本发明结构紧凑，使用作物上方的狭小空间作为其运行通道，大大提高了栽植空间的利用率；简便利用原有栽植设施，对栽植环境影响小；借助***搬运设备的灵活转运，还具有高柔性、高可维护性的特点。

Description

一种用于植物工厂立体栽植的多层穿梭车***及控制方法
技术领域
本发明涉及智能农业装备领域，尤其涉及一种用于植物工厂立体栽植的多层穿梭车***及控制方法。
背景技术
植物工厂是一种通过设施内高精度的环境控制，实现农作物周年连续生产的高效农业***，是由计算机对植物生长过程的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境条件进行自动控制，不受或很少受自然条件制约的全新生产方式。在植物工厂中，作物生长所需光照由人工光源提供，所需营养由营养液提供，实现了可控环境下的高效生产。
按照作物的栽植生命周期，植物工厂可划分播种区、育苗区、栽培区、间苗区、采收区等功能分区。在作物的栽植过程中，需要多次在各个分区往返搬运。目前，植物工厂的整体结构设计趋于完善，但其中的自动化物流***还非常欠缺，物流搬运作业普遍依赖于人工。传统的人工搬运的方式，其劳动强度大，作业效率低，且多层栽培架的高度较高，人工搬运不方便。此外，生产过程中有人为因素干扰，对作物的品质、卫生均有一定程度的不利影响。在CO2浓度过高的栽培区长期工作，也会对人体健康造成风险。因此，设计一种适用于植物工厂立体栽植的自动化物流装备，非常必要，且具有显著的价值。
目前，已经有个别厂商尝试将传统的仓储物流自动化装备，例如堆垛机、多层穿梭车，引入植物工厂。
这些物流装备实现了搬运作业的自动化、无人化，显著提高了生产效率。但此类装备的劣势也是明显的：
1、只能处理标准化的货物单元，只能将作物、栽培板、营养液按照周转箱式的货物单元进行封装。在这种栽植条件下，营养液无法循环，其成分配比也无法有效检测调节，对作物生长不利；
2、堆垛机、多层穿梭车需要留出巷道空间作为运行通道，占用了宝贵的栽植空间。
3、周转箱式的货物单元，其装箱、拆箱流程和动作相对复杂。
发明内容
为了满足植物工厂立体多层密集化栽植，实现物流自动化、智能化高效作业和无菌化生产，本发明提供了一种用于植物工厂立体栽植的多层穿梭车***及控制方法。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种用于植物工厂立体栽植的多层穿梭车***，包括：上位机、栽培架、电气控制***以及与其连接的行走装置、抬升装置；所述行走装置、抬升装置设于穿梭车车体内；
其中，所述上位机与电气控制***无线通信，用于发送任务指令至电气控制***；
所述栽培架上设有营养液槽，按照栽培板的长度沿营养液槽无间隙连续分配栽培位。穿梭车车体以营养液槽两侧的栽培架作为轨道，承载栽培板在营养液槽上移动，并在栽培位放置栽培板；
所述行走装置、抬升装置均设有两个，且每对所述行走装置、抬升装置均对称设于穿梭车车体两侧；所述电气控制***设于穿梭车车体内；
所述行走装置，用于接收电气控制***的控制指令，使穿梭车车体在栽培架的轨道上移动；
所述抬升装置，用于栽培板的抬升，并完成栽培板装卸作业；
所述电气控制***，用于在接收到上位机发送的任务指令后，得到作业模式和目标信息，根据作业模式和目标信息选择并切换定位模式，并控制行走装置执行行走运动，驱动装置控制抬升装置执行抬升运动。
所述行走装置，设于穿梭车车体一侧，包括：两个行走轮、两个带轮、同步带以及伺服电机；
所述两个行走轮分别固设于穿梭车车体一侧的底部；所述两个带轮分别固设于穿梭车车体一侧的顶部；
所述行走轮和带轮通过同步带传动连接，实现同步转动；
所述带轮与伺服电机连接，所述伺服电机与电气控制***电连接；
所述行走轮上设有轮缘，以使行走轮嵌入至营养液槽两侧的栽培架中，在穿梭车车体行走过程中起导向作用。
所述抬升装置，包括：抬升电机、偏心轴机构、直线导杆、抬升块以及抬升板；
其中，所述抬升电机与电气控制***电连接；
所述抬升电机的输出轴通过联轴器与偏心轴机构的输入轴段连接，所述偏心轴机构的输出轴段与抬升块抵接，通过抬升电机带动偏心轮转动，使输出轴段上下位移，进而使抬升块实现上升或下降；
所述抬升块与抬升板的底部中点处固连，以通过抬升块的上升或下降带动抬升板的上升或下降；
在所述抬升板底部两端还设有直线导杆，所述直线导杆，用于为抬升板的上升或下降提供导向。
还包括救援装置，与电气控制***连接，所述救援装置为两个并对称设于穿梭车车体两侧，用于搭接另一穿梭车车体并相互牵引，以实现穿梭车车体的应急救援作业；包括：对接钩和对接槽；
所述对接钩转动设于穿梭车车体前进方向两侧，且对接钩可水平伸出至穿梭车车体外；所述对接钩的伸出前端设有棘爪部，对接钩的伸出后端设有挡块；
所述对接槽开设于穿梭车车体后退方向两侧，所述对节槽内设有凸台结构；
当所述对接钩伸出后，所述对接钩水平***另一穿梭车车体中救援装置的对接槽，所述棘爪部前端滑过凸台结构后，其后端挡块与凸台结构相啮合，以实现穿梭车车体之间的互锁。
所述电气控制***，包括：车载控制器以及与其连接的行走认址装置、驱动装置、无线通讯装置、传感器；
其中，所述行走认址装置，包括：激光测距仪和编码器；
所述激光测距仪设于穿梭车车体前进方向的上部，且与车载控制器电连接，用于检测穿梭车车体相对于基准面的绝对位置，并将绝对位置数据反馈至车载控制器；
所述编码器与驱动装置连接，用于检测电机轴的旋转角度，以得到码值数据，并将码值数据实时反馈至驱动装置；
所述驱动装置为直流伺服驱动器，分别与行走装置的伺服电机、抬升装置的抬升电机电连接，用于根据车载控制器发送的任务指令，切换定位模式，并分别控制行走装置执行行走运动以及抬升装置执行抬升运动；
所述无线通讯装置为无线客户端，用于实现车载控制器与上位机的通信交互；
所述传感器，用于采集栽培板状态信息；
所述车载控制器为运动控制型PLC，用于通过无线通讯装置接收上位机发送的任务指令后，得到作业模式和目标信息，根据作业模式和目标信息选择并切换驱动装置的定位模式，并通过激光测距仪反馈的绝对位置数据以及编码器反馈的码值数据，发送任务指令至驱动装置。
一种用于植物工厂立体栽植的多层穿梭车***的控制方法，包括以下步骤：
1)上位机发送需要执行的任务指令经电气控制***的无线通讯装置至车载控制器；
2)所述车载控制器通过无线通讯装置接收上位机发送的任务指令后，得到作业模式和目标信息，根据作业模式和目标信息选择并切换驱动装置的定位模式；
3)驱动装置通过激光测距仪反馈的绝对位置数据以及编码器(23)反馈的码值数据，生成驱动电流，控制行走装置执行行走运动以及抬升装置执行抬升运动。
所述作业模式，包括：栽培板同层搬运、栽培板层间或架间搬运以及应急救援作业；
所述目标信息，包括：穿梭车车体作业的目标位置、目标速度；
所述驱动装置的定位模式，包括：全闭环定位模式或半闭环定位模式。
所述全闭环定位模式，具体为：
车载控制器根据接收到任务指令中作业模式和目标信息；车载控制器实时接收激光测距仪反馈的绝对位置，并根据绝对位置与当前位置的偏差，实时动态调节目标速度，并发送至驱动装置；
编码器检测到行走装置内电机轴的旋转角度，驱动装置获取码值数据并解算得到穿梭车车体实时速度，并根据实时速度与目标速度的速度偏差实时动态调节驱动电流，并控制行走装置执行行走运动；驱动装置控制抬升装置执行抬升运动，完成全闭环定位模式的控制。
所述半闭环定位模式，具体为：
车载控制器根据接收到任务指令后，将目标信息发送给驱动装置；
编码器实时反馈码值数据至驱动装置，驱动装置根据目标信息以及接收到的码值数据进行解算，得到实时位置和实时速度；
驱动装置根据实时位置和实时速度得到位置偏差和速度偏差，输出驱动电流，进而控制行走装置执行行走运动，驱动装置控制抬升装置执行抬升运动，完成半闭环定位模式的控制。
步骤2)中，根据作业模式和目标信息选择并切换驱动装置的定位模式；具体为：
当作业模式为栽培板同层搬运时，激光测距仪以安装在栽培架上目标位置处的反光板为测量基准面；此时，电气控制***的工作为全闭环定位模式；
当作业模式为栽培板层间搬运时，激光测距仪以安装在栽培架上目标位置处的反光板为测量基准面，此时，电气控制***的工作为全闭环定位模式；
当作业模式为栽培板架间搬运时，穿梭车车体进出RGV，此时，电气控制***的工作为半闭环定位模式。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明提出的多层穿梭车，其搬运对象是栽培板，无需将栽培板封装为周转箱式的货物单元，从而避免了装箱、拆箱过程；
2.本发明实现了栽培板和营养液槽的解耦，可实现营养液的循环，并便于检测控制营养液的成分配比；
3.本发明提出的多层穿梭车，结构紧凑，使用作物上方的狭小空间作为其运行通道。相较于传统物流搬运设备，大大提高了栽植空间的利用率；
4.本发明提出的多层穿梭车，借助于***搬运设备(提升机、RGV、AGV)中转，可实现栽培架层间和架间的移动，大大提高了设备利用率和***柔性；
5.本发明提出的多层穿梭车，具备故障救援功能，大大提高了***的可维护性。
附图说明
图1是本发明多层穿梭车***外观图；
图2是本发明多层穿梭车结构示意图；
图3是本发明穿梭车行走和抬升装置结构图；
图4是本发明穿梭车救援装置对接钩的结构示意图；
图5是本发明穿梭车救援装置对接槽的结构示意图；
图6是本发明电气控制***布置示意图；
图7是本发明电气控制***结构连接示意图；
图8是本发明电气控制***定位模式选择的程序逻辑流程图；
图9是本发明全闭环定位模式的控制流程图；
图10是本发明半闭环定位模式的控制流程图；
其中，1为行走装置，2为抬升装置，3为救援装置，4为电气控制***，5为栽培架，6为栽培板，7为营养液槽，8为行走轮，9为带轮，10为同步带，11为轮缘，12为抬升电机，13为偏心轴机构，14为直线导杆，15为对接钩，16为对接槽，17为车载控制器，18为驱动装置，19为超级电容，20为无线通信装置，21为传感器，22为激光测距仪，23为编码器，24为集电器，201为抬升块，202为联轴器，203为抬升板。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，如图1和图2所示，为本发明的多层穿梭车结构示意图，由行走装置1、抬升装置2、救援装置3、电气控制***4组成。多层穿梭车可在栽培架框架5上往复移动，装载栽培板6，水平搬运至营养液槽7上指定的栽培位卸载。其中，栽培位是沿营养液槽7无间隙连续分配，因此可实现板栽作物的密集栽植。
行走装置1负责穿梭车水平方向的行走驱动和定位，用于完成栽培板沿穿梭车行走方向的堆栈式上架和下架；抬升装置2负责栽培板的抬升驱动和定位，用于完成栽培板相对于穿梭车的装卸动作；救援装置3负责救援车与故障车机械搭接，当某台穿梭车因故障无法自动运行时，可通过另外一台穿梭车进入其所在层与其搭接并牵引拖动，以实现应急救援；电气控制***4负责穿梭车的运动控制和逻辑控制，以实现栽培板的搬运，穿梭车在栽培架上的移动，以及应急救援作业控制。
如图3所示，所述行走装置1由行走轮8、带轮9、同步带10组成，穿梭车两侧共四个行走轮8对称布置，四个行走轮8均为主动轮，行走伺服电机通过传动轴驱动穿梭车车体两侧的带轮6，牵引两条封闭的同步带10实现四轮同步驱动。有效提高了行走轮对轨道的摩擦力，避免轨道积水造成的轮系打滑，进而使穿梭车的启停更稳定，加速度、精度更高。在穿梭车车体一侧的行走轮8上设置有轮缘11，嵌入作为轨道的栽培架框架5的导槽中，在穿梭车行走过程中起导向作用。
所述抬升装置2共两套，分别布置于穿梭车车体的左右两侧，采用偏心机构实现，由抬升电机12、偏心轴13、直线导杆14组成。通过同步控制穿梭车车体两侧的抬升电机12，可驱动偏心机构做凸轮运动，从而实现栽培板的装载和卸载。
如图4和图5所示，为本发明穿梭车救援装置对接钩的结构示意图以及本发明穿梭车救援装置对接槽的结构示意图；救援装置3由穿梭车车体前后两端分别设置的对接钩15和对接槽16组成，穿梭车车体两侧对称布置。对接钩15前端为棘爪结构，后端为挡块，位于穿梭车车体前方，对接后可实现刚性连接，实现拖动和制动两个相反方向力的传递。对接槽16采用凸台形式，位于穿梭车车体后方，对接钩15伸入后，可紧密与对接槽16啮合。
所述栽培架5上设有充电检修位；多层穿梭车可经由***搬运设备(提升机、RGV)中转实现栽培架层间和架间的移动。
所述充电检修位设于最下层栽培架的固定位置，用于对故障穿梭车车体进行充电或检修；
所述提升机与栽培架前端接驳，用于装载穿梭车，并在栽培架5的不同层间转运；
所述RGV设于地面，与提升机前端接驳，用于装载穿梭车，并在不同的栽培架间转运；
如图7所示，为本发明电气控制***结构连接示意图；电气控制***，包括：车载控制器(17)以及与其连接的行走认址装置、驱动装置(18)、无线通讯装置(20)、传感器(21)；
本发明的电气控制***4布置示意图如图6所示，包括车载控制器17、行走认址装置、驱动装置18、电源装置、无线通讯装置20、传感器21。
车载控制器17是***的控制核心，选用运动控制型PLC，用于穿梭车的运动控制和逻辑控制；
行走认址装置采用激光测距仪22和编码器23。
激光测距仪22安装于穿梭车车体上部，以自然表面作为测量基准面，其定位分辨率可达到0.1mm，用于检测穿梭车相对于基准面的绝对位置。其数据更新速率为50Hz，可作为实时位置反馈参与行走定位的闭环控制，实现基于绝对位置反馈的全闭环定位。
编码器23安装于行走伺服电机中，用于检测电机轴的旋转角度。编码器分辨率高，但无法纠正由于轮系打滑造成的累积定位误差，在***中用作速度环控制，在无法使用激光测距仪进行绝对位置定位的场景下，作为位置反馈源用于短距定位。
驱动装置18为直流伺服驱动器，分别用于执行行走和抬升命令；
电源装置使用超级电容19作为储能器件为***供电。由于超级电容19充电速度极快，可保证很高的连续作业率。超级电容19通过集电器24从充电极板上取电，集电器24安装于穿梭车顶部。在栽培架最底层框架5上的固定位置，设置有一个充电检修位，充电极板安装于充电检修位上层框架5的底部。在穿梭车上，使用接触器控制超级电容19与集电器24间的通断，接触器线圈由集电器24供电，并由PLC驱动的中间继电器控制。穿梭车运动至充电检修位时，集电器24与充电极板接触，PLC控制接触器吸合，超级电容19开始充电；穿梭车离开充电检修位时，PLC通过中间继电器切断接触器自锁，充电电路分断。因此，集电器24仅在充电过程中得电，避免了集电器24极间积水可能导致的短路隐患。
无线通讯装置为无线客户端20，用于车载控制器17与上位机的通信交互；
传感器21用于信号采集、状态判断和故障校验，外露的传感器21均达到IP67及以上的防护等级，其中光电传感器可抵抗10000lx的白炽灯干扰光，在栽培光源红色、蓝色强光的照射环境下，仍可正常工作。
一种用于植物工厂立体栽植的多层穿梭车***的控制方法，包括以下步骤：
1)上位机发送需要执行的任务指令经电气控制***的无线通讯装置20至车载控制器17；
2)所述车载控制器17通过无线通讯装置接收上位机发送的任务指令后，得到作业模式和目标信息，根据作业模式和目标信息选择并切换驱动装置18的定位模式；
3)驱动装置18通过激光测距仪22反馈的绝对位置数据以及编码器23反馈的码值数据，生成驱动电流，控制行走装置1执行行走运动，以及抬升装置2执行抬升运动。
所述目标信息，包括：穿梭车车体作业的目标位置、目标速度；
所述作业模式，包括：栽培板同层搬运、栽培板层间或架间搬运以及应急救援作业；具体为：
⑴在栽培架的同层搬运栽培板，实现密集栽植；
⑵在栽培架层间或架间移动，以实现柔性配置，提高穿梭车的利用率；
⑶作为救援车与故障车组合连接，并将故障车拖回。
第⑴类和第⑶类作业需实现栽培板之间，救援车与故障车之间紧密贴合，且不发生碰撞，定位要求精度高，且不发生过冲。
第⑵类和第⑶类作业需在无法利用固定基准绝对认址的条件下，实现灵活定位。
第⑶类作业需自动检测故障车的位置。
所述的第一类作业，其作业内容包括以下几项：
上架搬运作业：在需要进行上架栽培作业时，由上位机依据先入后出的原则分配目标栽培位并向穿梭车下达上架任务。其中，栽培位的行走位置在车载控制器中设定，由于栽培位是沿营养液槽无间隙连续分配，因此相邻栽培位的位置按照相差一个栽培板的长度进行设定。栽培板首先经由***搬运设备搬运至栽培板接驳站台，穿梭车再行走至接驳站台，装载站台上的栽培板，然后行走至目标栽培位，将栽培板放置在栽培架上栽培，即完成一次上架任务。
下架搬运作业：在需要进行间苗或收获作业时，由上位机依据先入后出的原则分配目标栽培位并向穿梭车下达下架任务。穿梭车首先行走至目标栽培位，装载栽培位上的栽培板，将目标栽培位上的栽培板搬运至接驳站台，即完成一次下架任务。再经由***搬运设备搬运至间苗作业区或采收包装区。
所述的第二类作业，包括一项作业内容：
层间搬运作业：当穿梭车需要在同一栽培架的不同层执行搬运作业，需经由提升机转运。由上位机确定转运的起始层(穿梭车起始所在层)和目标层(穿梭车目标到达层)，并分别向提升机和穿梭车下达转运命令。提升机首先与起始层对接，穿梭车自主驶入提升机。提升机装载穿梭车并与栽培架目标层对接，穿梭车自主由提升机驶入目标层。
当穿梭车需要在不同的栽培架间执行搬运作业，除提升机外，中间转运环节还需要RGV的参与。由上位机确定起始架(穿梭车起始所在的栽培架)、起始层、目标架(穿梭车目标到达的栽培架)和目标层，并分别向提升机、RGV和穿梭车下达转运命令。起始架提升机首先与起始层对接，穿梭车自主驶入提升机，RGV行走并与起始架提升机对接，穿梭车自主驶入RGV，RGV装载穿梭车后行走并与目标架提升机对接，穿梭车自主由RGV驶入提升机，目标架提升机与目标层对接，穿梭车自主由提升机驶入目标层。
所述的第三类作业，包括一项作业内容：
应急救援作业：当某一台穿梭车因电量耗尽或硬件故障，无法自主运行。由上位机自动选定另一台穿梭车作为救援车并进行转运，转运过程与第二类作业相同，目标架和目标层是故障车所在架和层。由上位机分别向提升机、RGV和救援穿梭车下达转运命令，将救援车经由***搬运设备送至与故障车同层。救援车行走至与故障车贴合，两台穿梭车救援装置自动锁紧构成组合体。
组合体需继续转运，转运过程与第二类作业相同，目标架和目标层是充电检修位所在的架和层。由上位机分别向提升机、RGV和救援穿梭车下达转运命令。救援车为组合体提供动力，组合体一同驶入***搬运设备，***搬运设备装载组合体并送至与充电检修位同层，组合体自主由***搬运设备驶入充电检修位。人工解锁后，救援车可自主驶出继续第一和第二类作业。
为实现这一目的，穿梭车在栽培架同层运动，或者应急救援的对接定位时，使用激光测距仪22作为位置反馈源实现全闭环定位。穿梭车在栽培架层间或架间移动，或者应急救援的组合体定位时，使用编码器23作为位置反馈源实现半闭环定位。全闭环定位和半闭环定位的模式选择逻辑，如图8所示。
为实现定位模式和位置反馈源的灵活切换，如图6所示，编码器23反馈接入驱动装置18，激光测距仪22反馈接入车载控制器17，车载控制器17与驱动装置18通过实时总线通信。
所述驱动装置18的定位模式，包括：全闭环定位模式或半闭环定位模式。
⑴全闭环定位模式
本模式控制框图如图9所示，激光测距仪22作为位置反馈源，车载控制器17作为运动控制器。车载控制器17根据给定的目标位置，基于点对点(PTP)定位模式规划速度曲线。车载控制器17基于激光测距仪22反馈的实时位置，实现位置闭环控制，动态调节速度环目标速度。
在此模式下，车载控制器17设定驱动装置18工作于循环同步速度模式(CyclicVelocity Mode)。驱动装置18作为速度控制器，同步跟随车载控制器17实时设定的目标速度，并基于编码器23折算的实时速度，实现速度闭环控制。全闭环定位无累积误差，可保证很高的定位精度和重复精度。
当穿梭车执行第一类作业时，激光测距仪22以栽培架框架5固定位置安装的反光板作为测量基准面。目标位置是预设的目标栽培位、接驳站台或充电检修位的绝对位置。全闭环定位能保证栽培板的密集栽植精度，同时避免了穿梭车因过冲而导致的栽培板碰撞风险。
当穿梭车执行第二类作业，但仅在同一栽培架的不同层间转运时，激光测距仪22以栽培架框架5固定位置安装的反光板作为测量基准面。目标位置是预设的提升机载货台的绝对位置。全闭环定位能保证穿梭车的行走定位精度，同时避免了穿梭车过冲坠落的风险。
当穿梭车执行第三类作业时，激光测距仪22以故障车穿梭车车体表面作为测量基准面。目标位置是预设的对接间距，即把故障车的实际位置作为基准面，以固定的对接间距进行绝对定位。全闭环定位在保证救援车和故障车对接精度的同时，避免了穿梭车因过冲而导致的两车碰撞的风险。
⑵半闭环定位模式
本模式控制框图如图10所示，编码器23作为位置反馈源，驱动装置18作为运动控制器。驱动装置18根据给定的目标位置，基于编码器23反馈的实时位置和折算的实时速度，同时实现位置和速度闭环控制。
在此模式下，车载控制器17设定驱动装置18工作于轮廓位置模式(ProfilePositioning Mode)。车载控制器17将目标位置以码值形式发送给驱动装置18，并同时设定定位速度、加速度、减速度、加加速度、S曲线时间等约束条件。驱动装置18根据约束条件规划定位曲线，基于编码器23的实时反馈完成定位过程。
当穿梭车执行第二类作业，且在不同的栽培架间转运时，穿梭车进出RGV，目标位置是预设的RGV载货台相对于提升机载货台的绝对位置。绝对位置由编码器23的码值表示。
在第三类作业中，救援车和故障穿梭车对接组成组合体后，救援车需牵引组合体返回***搬运设备。其目标位置是救援车经由***搬运设备送至与故障车同层时，初始相对于故障车的绝对位置。绝对位置由编码器23的码值表示。
基于绝对定位，编码器23可如实反馈行走轮实际位置，避免了定位过程中，因故障急停、人为拖动导致的定位偏差。
以上，对本发明提出的多层穿梭车***、作业控制方法，及其在植物工厂立体栽植中的具体实施例进行了详细介绍。本领域技术人员在本发明上做出的变型或延伸也属于本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于植物工厂立体栽植的多层穿梭车***，其特征在于，包括：上位机、栽培架（5）、电气控制***（4）以及与其连接的行走装置（1）、抬升装置（2）；所述行走装置（1）、抬升装置（2）设于穿梭车车体内；
其中，所述上位机与电气控制***（4）无线通信，用于发送任务指令至电气控制***（4）；
所述栽培架（5）上设有营养液槽（7），营养液槽（7）上设有多个栽培位，用于穿梭车以营养液槽（7）两侧的栽培架（5）作为轨道，承载栽培板（6）在营养液槽（7）上移动，并在栽培位放置栽培板（6）；
所述行走装置（1）、抬升装置（2）均设有两个，且每对所述行走装置（1）、抬升装置（2）均对称设于穿梭车车体两侧；所述电气控制***（4）设于穿梭车车体内；
所述行走装置（1），用于接收电气控制***（4）的控制指令，使穿梭车车体在栽培架（5）的轨道上移动；
所述抬升装置（2），用于栽培板（6）的抬升，并完成栽培板（6）装卸作业；
所述电气控制***（4），用于在接收到上位机发送的任务指令后，得到作业模式和目标信息，根据作业模式和目标信息选择并切换定位模式，并控制行走装置（1）执行行走运动，驱动装置（18）控制抬升装置（2）执行抬升运动；
所述电气控制***，包括：车载控制器（17）以及与其连接的行走认址装置、驱动装置（18）、无线通讯装置（20）、传感器（21）；
其中，所述行走认址装置，包括：激光测距仪（22）和编码器（23）；
所述激光测距仪（22）设于穿梭车车体前进方向的上部，且与车载控制器（17）电连接，用于检测穿梭车车体相对于基准面的绝对位置，并将绝对位置数据反馈至车载控制器（17）；
所述编码器（23）与驱动装置（18）连接，用于检测电机轴的旋转角度，以得到码值数据，并将码值数据实时反馈至驱动装置（18）；
所述驱动装置（18）为直流伺服驱动器，分别与行走装置（1）的伺服电机、抬升装置（2）的抬升电机（12）电连接，用于根据车载控制器（17）发送的任务指令，切换定位模式，并控制行走装置（1）执行行走运动，以及抬升装置（2）执行抬升运动；
所述无线通讯装置（20）为无线客户端，用于实现车载控制器（17）与上位机的通信交互；
所述传感器（21），用于采集栽培板状态信息；
所述车载控制器（17）为运动控制型PLC，用于通过无线通讯装置（20）接收上位机发送的任务指令后，得到作业模式和目标信息，根据作业模式和目标信息选择并切换驱动装置（18）的定位模式，并通过激光测距仪（22）反馈的绝对位置数据以及编码器（23）反馈的码值数据，发送任务指令至驱动装置（18）；
作业模式，包括：栽培板同层搬运、栽培板层间或架间搬运以及应急救援作业；
目标信息，包括：穿梭车车体作业的目标位置、目标速度；
所述驱动装置（18）的定位模式，包括：全闭环定位模式或半闭环定位模式；
根据作业模式和目标信息选择并切换驱动装置（18）的定位模式；具体为：
当作业模式为栽培板同层搬运时，激光测距仪（22）以安装在栽培架（5）上目标位置处的反光板为测量基准面；此时，电气控制***（4）的工作为全闭环定位模式；
当作业模式为栽培板层间搬运时，激光测距仪（22）以安装在栽培架（5）上目标位置处的反光板为测量基准面，此时，电气控制***（4）的工作为全闭环定位模式；
当作业模式为栽培板架间搬运时，穿梭车车体进出RGV，此时，电气控制***（4）的工作为半闭环定位模式。
2.根据权利要求1所述的一种用于植物工厂立体栽植的多层穿梭车***，其特征在于，所述行走装置（1），设于穿梭车车体一侧，包括：两个行走轮（8）、两个带轮（9）、同步带（10）以及伺服电机；
所述两个行走轮（8）分别固设于穿梭车车体一侧的底部；所述两个带轮（9）分别固设于穿梭车车体一侧的顶部；
所述行走轮（8）和带轮（9）通过同步带（10）传动连接，实现同步转动；
所述带轮（9）与伺服电机连接，所述伺服电机与电气控制***（4）电连接；
所述行走轮（8）上设有轮缘（11），以使行走轮（8）嵌入至营养液槽（7）两侧的栽培架（5）中，在穿梭车车体行走过程中起导向作用。
3.根据权利要求1所述的一种用于植物工厂立体栽植的多层穿梭车***，其特征在于，所述抬升装置（2），包括：抬升电机（12）、偏心轴机构（13）、直线导杆（14）、抬升块（201）以及抬升板（203）；
其中，所述抬升电机（12）与电气控制***（4）电连接；
所述抬升电机（12）的输出轴通过联轴器（202）与偏心轴机构（13）的输入轴段连接，所述偏心轴机构（13）的输出轴段与抬升块（201）抵接，通过抬升电机（12）带动偏心轮转动，使输出轴段上下位移，进而使抬升块（201）实现上升或下降；
所述抬升块（201）与抬升板（203）的底部中点处固连，以通过抬升块（201）的上升或下降带动抬升板（203）的上升或下降；
在所述抬升板（203）底部两端还设有直线导杆（14），所述直线导杆（14），用于为抬升板（203）的上升或下降提供导向。
4.根据权利要求1所述的一种用于植物工厂立体栽植的多层穿梭车***，其特征在于，还包括救援装置（3），与电气控制***（4）连接，所述救援装置（3）为两个并对称设于穿梭车车体两侧，用于搭接另一穿梭车车体并相互牵引，以实现穿梭车的应急救援作业；包括：对接钩（15）和对接槽（16）；
所述对接钩（15）转动设于穿梭车车体前进方向两侧，且对接钩（15）可水平伸出至穿梭车车体外；所述对接钩（15）的伸出前端设有棘爪部，对接钩（15）的伸出后端设有挡块；
所述对接槽（16）开设于穿梭车车体后退方向两侧，所述对接槽（16）内设有凸台结构；
当所述对接钩（15）伸出后，所述对接钩（15）水平***另一穿梭车车体中救援装置的对接槽（16），所述棘爪部前端滑过凸台结构后，其后端挡块与凸台结构相啮合，以实现穿梭车车体之间的互锁。
5.根据权利要求1所述的一种用于植物工厂立体栽植的多层穿梭车***的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）上位机发送需要执行的任务指令经电气控制***的无线通讯装置（20）至车载控制器（17）；
2）所述车载控制器（17）通过无线通讯装置接收上位机发送的任务指令后，得到作业模式和目标信息，根据作业模式和目标信息选择并切换驱动装置（18）的定位模式；
3）驱动装置（18）通过激光测距仪（22）反馈的绝对位置数据以及编码器（23）反馈的码值数据，生成驱动电流，控制行走装置（1）执行行走运动，以及抬升装置（2）执行抬升运动。
6.根据权利要求5所述的一种用于植物工厂立体栽植的多层穿梭车***的控制方法，其特征在于，所述全闭环定位模式，具体为：
车载控制器（17）根据接收到任务指令中作业模式和目标信息；车载控制器（17）实时接收激光测距仪（22）反馈的绝对位置，并根据绝对位置与当前位置的偏差，实时动态调节目标速度，并发送至驱动装置（18）；
编码器（23）检测到行走装置内电机轴的旋转角度，驱动装置（18）获取码值数据并解算得到穿梭车车体实时速度，并根据实时速度与目标速度的速度偏差实时动态调节驱动电流，并控制行走装置（1）执行行走运动；驱动装置（18）控制抬升装置（2）执行抬升运动，完成全闭环定位模式的控制。
7.根据权利要求5所述的一种用于植物工厂立体栽植的多层穿梭车***的控制方法，其特征在于，所述半闭环定位模式，具体为：
车载控制器（17）根据接收到任务指令后，将目标信息发送给驱动装置（18）；
编码器（23）实时反馈码值数据至驱动装置（18），驱动装置（18）根据目标信息以及接收到的码值数据进行解算，得到实时位置和实时速度；
驱动装置（18）根据实时位置和实时速度得到位置偏差和速度偏差，输出驱动电流，进而控制行走装置（1）执行行走运动，驱动装置（18）控制抬升装置（2）执行抬升运动，完成半闭环定位模式的控制。
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