CN116354015A - 一种四向穿梭车运载***和四向穿梭车的使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种四向穿梭车运载***和四向穿梭车的使用方法，属于仓储运输技术领域，四向穿梭车运载***包括多个四向穿梭车和上位控制器，四向穿梭车上安装有驱动单元、读取单元和计算单元；上位控制器用于获取多条候选路线，每条路线中包括多个关键点，根据关键点选择最优路径；将最优路径的关键点的点位按顺序发送至四向穿梭车；计算单元用于根据关键点的点位标识生成有效运行路径；驱动单元控制四向穿梭车按照有效运行路径行驶；读取单元用于读取四向穿梭车途径的站点处的信息码。本发明通过对候选路径中的点位标识的判断，选取最优路径，上位控制器对各个四向穿梭车进行调度，避免发生四向穿梭车拥挤，大大提高了立体库中的仓储效率。
Description
技术领域
本发明涉及仓储运输技术领域，具体涉及一种四向穿梭车运载***和四向穿梭车的使用方法。
背景技术
随着自动化仓储行业的不断发展，在各个行业的货物仓储过程中，为了提高仓库空间的利用率，采用较为密集的立体库***，从而在有限的空间内达到存放货物的最大化。目前立体库***均布置有较多通道，通过穿梭车在每个通道中穿梭进行送货和取货。
现阶段立体库中穿梭车在送货和取货的过程中存在以下缺陷：当一组穿梭车进行运行时，人工判断穿梭车的最近路径，然后通过控制器控制穿梭车运动，当多组穿梭车同时进行运行时，人工选取路线容易造成穿梭车的路径拥挤、造成时间浪费且无法保证路径的最优，导致穿梭车的运输效率低。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的人工判断穿梭车在立体库中的路径，容易造成路径拥挤、时间浪费且无法保证路径最优的缺陷，从而提供一种四向穿梭车运载***和四向穿梭车的使用方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种四向穿梭车运载***，包括：多个四向穿梭车、上位控制器，所述四向穿梭车上安装有驱动单元、读取单元和计算单元；
多个所述四向穿梭车穿梭于立体库中，所述立体库包括并排设置的多组货架、子通道和母通道，每组所述货架由多排、多列和多层货位单元组成，每组所述货架的出货口与所述母通道连通，所述母通道与多组所述子通道连通，所述四向穿梭车从所述子通道经过所述母通道进入所述货架内部进行取货和送货；
所述子通道和所述母通道上具有间隔设置的站点，所述站点和所述货位单元上均设置有信息码，所述信息码用于存储所述站点和所述货位单元的点位标识；
所述上位控制器用于获取多条候选路线，每条路线中包括多个关键点，所述关键点包括起始点、目标点和拐点，所述拐点为所述候选路线中母通道与子通道衔接的站点；根据各候选线路中相邻关键点的点位标识的排值差和列值差的和，选择最优路径；将所述最优路径的关键点的点位标识按顺序发送至所述四向穿梭车；
所述计算单元用于根据所述关键点的点位标识生成有效运行路径；
若所述计算单元生成有效运行路径，所述驱动单元控制所述四向穿梭车按照所述有效运行路径行驶；
所述读取单元用于读取所述四向穿梭车途径的站点处的信息码，并将所述信息码发送给所述上位控制器，以使所述上位控制器根据各四向穿梭车发送的信息码对各四向穿梭车进行调度。
可选地，相邻两组站点之间为所述四向穿梭车的一个运行单位，所述计算单元根据关键点生成有效运行路径的步骤包括：
对于排值相同的相邻关键点，分别获取两个关键点的列值，按照第一预设步长确定两个关键点之间各点位的列值；根据两个关键点的排值和两个关键点之间各点位的列值形成两个关键点之间各点位的点位标识；
对于列值相同的相邻关键点，分别获取两个关键点的排值，按照第二预设步长确定两个关键点之间各点位的排值；根据两个关键点的列值和两个关键点之间各点位的排值形成两个关键点之间各点位的点位标识；
根据各关键点的点位标识，以及任意两个相邻关键点之间各点位的点位标识形成有效运行路径。
可选地，所述信息码为二维码或条形码。
可选地，所述四向穿梭车上安装有托盘检测件，用于检测托盘。
可选地，所述四向穿梭车上还安装有防撞控制单元和报警单元，所述防撞控制单元包括安装在所述四向穿梭车上的测距开关、减速开关和限位开关；
所述测距开关检测到前方有障碍物，所述减速开关动作，所述四向穿梭车减速运行；所述测距开关检测到障碍物与所述四向穿梭车之间的距离较小时，所述限位开关动作，所述四向穿梭车停止运行，同时所述报警单元工作。
可选地，所述四向穿梭车包括：
车体框架，所述车体框架上设置有用于驱动四向穿梭车直向行驶的直行机构；
横行框架，设置在所述车体框架内，所述横行框架上设置有用于驱动四向穿梭车横向行驶的横行机构；
顶升板组件，受驱动地升降滑动嵌装在所述横行框架上；所述顶升板组件上设置有第一Z字形导向轨，所述横行框架上设置有与所述第一Z字形导向轨方向相反的第二Z字形导向轨；且所述第一Z字形导向轨和所述第二Z字形导向轨相对设置，其二者内设置有滑动驱动件；
驱动单元，包括行走驱动机构和转换驱动机构，所述行走驱动机构设置在所述车体框架内，用于驱动四向穿梭车直向行驶或横向行驶；所述转换驱动机构设置在所述车体框架内，用于驱动所述滑动驱动件移动；
所述转换驱动机构通过所述滑动驱动件带动所述顶升板组件相对于所述横行框架升降动作；所述顶升板组件抬升以实现四向穿梭车的货物顶升，所述顶升板组件下降以实现四向穿梭车的货物放置；
所述转换驱动机构通过所述滑动驱动件带动所述横行框架相对于所述车体框架升降动作；所述横行框架下降以实现四向穿梭车的横向行驶，所述横行框架上升以实现四向穿梭车的直向行驶；
所述转换驱动机构包括：螺纹丝杠、用于驱动所述螺纹丝杠的驱动电机，以及滑动设置在所述螺纹丝杠上的轮螺母；所述滑动驱动件为分别设置在所述轮螺母两侧位置的滚动轴承；
所述顶升板组件包括：顶升板和分别位于所述顶升板两侧的顶升立板；所述横行框架包括：与所述顶升板相对设置的支撑立板；
所述第一Z字形导向轨设置在所述顶升立板上，所述第二Z字形导向轨设置在所述支撑立板上；
且，所述顶升板的长度方向上设置有两个方向相反的所述第一Z字形导向轨；所述支撑立板上设置有两个分别与所述第一Z字形导向轨方向相反的所述第二Z字形导向轨；
所述横行框架的横向方向的两侧分别设置有两块所述支撑立板。
可选地，所述四向穿梭车横向方向的两侧分别设置有两个旋向相反的所述螺纹丝杠；设置在所述四向穿梭车横向方向同一侧的两个所述螺纹丝杠，用于驱动其上的所述轮螺母相向或向背运动；
所述驱动电机为一个，所述驱动电机通过同步带组件带动所述四向穿梭车横向方向上的一组相对设置的所述螺纹丝杠转动，并通过第一联轴器带动所述四向穿梭车纵向方向上的另一组相对设置的所述螺纹丝杠转动。
可选地，所述行走驱动机构的第一输出端通过直行传动链条带动传动轴，以驱动所述直行机构前进或后退；
所述行走驱动机构的第二输出端依次通过第二联轴器和传动轴，以驱动所述横行机构前进或后退；且，所述第二输出端的连接位置位于所述第一输出端的下方，所述第二输出端为与所述第一输出端相互垂直的动力输出方向。
可选地，还包括：轮螺母支撑机构，包括：沿所述螺纹丝杠长度方向设置的直线滑轨，以及滑动设置在所述直线滑轨上的支撑滑块；
所述轮螺母与所述支撑滑块相连，以支撑所述轮螺母。
本发明提供一种四向穿梭车的使用方法，采用上述所述的四向穿梭车运载***，包括以下步骤：
在四向穿梭车直向行驶且放置货物状态下，驱动单元控制所述滑动驱动件在所述第一Z字形导向轨和所述第二Z字形导向轨内处于初始位置；该状态下，所述横行框架相对于车体框架处于抬升位置，以使所述直行机构驱动四向穿梭车；所述顶升板组件相对于车体框架处于下降位置，以放置货物；
在四向穿梭车直向行驶且顶升货物状态下，驱动单元控制所述滑动驱动件在所述第一Z字形导向轨和所述第二Z字形导向轨内滑动至中部位置；该状态下，所述横行框架相对于车体框架处于抬升位置，以使所述直行机构驱动四向穿梭车；所述顶升板组件相对于车体框架处于上升位置，以顶升货物；
在四向穿梭车横向行驶且顶升货物状态下，驱动单元控制所述滑动驱动件在所述第一Z字形导向轨和所述第二Z字形导向轨内滑动至末端位置；该状态下，所述横行框架相对于车体框架处于下降位置，以使所述横行机构驱动四向穿梭车。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的四向穿梭车运载***中，立体库中并排设置多组货架，货架的出货口处为母通道，母通道与子通道连通，四向穿梭车从子通道经过母通道进入货架内部进行取货和送货，上位控制器用于获取多条候选路线，每条路线中包括多个关键点，根据各候选线路中相邻关键点的点位标识的排值差和列值差的和，选择最优路径；将所述最优路径的关键点的点位按顺序发送至四向穿梭车；计算单元用于根据关键点的点位标识生成有效运行路径；驱动单元控制四向穿梭车按照有效运行路径行驶；读取单元用于读取四向穿梭车途径的站点处的信息码，并将信息码发送给上位控制器，以使上位控制器根据各四向穿梭车发送的信息码对各四向穿梭车进行调度。通过对候选路径中的点位标识的判断，选取最优路径，上位控制器对各个四向穿梭车进行调度，避免发生四向穿梭车拥挤造成时间浪费，大大提高了立体库中的仓储效率。
2.本发明提供的四向穿梭车运载***中，根据关键点生成有效路径的步骤包括对于排值相同的相邻关键点之间的列值，按照第一预设步长形成各点位的点位标识，对于列值相同的相邻关键点之间的排值，按照第二预设步长形成各点位之间的点位标识，即形成有效运行路径，有效路径的生成快速、简单。
3.本发明提供的四向穿梭车运载***中，四向穿梭车上安装有托盘检测件，在穿梭车达到目标点后用于检测托盘，若没有检测到托盘，进行报警提示，避免造成后续搬运障碍。
4.本发明提供的四向穿梭车运载***中，四向穿梭车上还安装有防撞控制单元和报警单元，所述防撞控制单元包括安装在所述四向穿梭车上的测距开关、减速开关和限位开关；所述测距开关检测到前方有障碍物，所述减速开关动作，所述四向穿梭车减速运行；所述测距开关检测到障碍物与所述四向穿梭车之间的距离较小时，所述限位开关动作，所述四向穿梭车停止运行，同时所述报警单元工作。配合上位控制器对各个穿梭车的调度，避免穿梭车的碰撞情况，造成运输暂停，降低效率。
5.本发明提供的四向穿梭车运载***中，通过相互嵌套设置的车体框架、横行框架和顶升板组件，可以使四向穿梭车通过上述滑动设置在第一Z字形导向轨和第二Z字形导向轨内的滑动驱动件实现：四向穿梭车直向行驶和横向行驶之间的相互切换，以及放置货物状态和顶升货物状态的相互切换。本发明中的结构无需多套***实现四向穿梭车的不同功能，可以有效地简化车体的零部件数量，减小了四向穿梭车的厚度。另外，上述相互嵌套设置的车体框架、横行框架和顶升板组件还可以提高车体的顶升板组件与货物的接触面，提高车体的载重能力。本发明提供的上述四向穿梭车不仅厚度薄运载能力强，还可以实现多向行驶、跨巷道作业、配合配套提升设备，还可以跨层作业，车体更加高效、灵活，不受空间限制，充分利用空间。
还通过丝杠轮螺母机构与导向轨配合运行，实现四向穿梭车的顶升、换向功能。从而代替传统的连杆结构或液压顶杆机构，有效地降低了四向穿梭车的自重及车体高度，简化了车体内部结构，并杜绝了液压结构的液体渗漏问题，同时获得了更高的载重能力。且，本发明的车体极限厚度可达115mm，远远小于市面上150mm～200mm的传统车型厚度；可为机身上承载货物预留出了空间，提高了货架货位的空间利用率，间接增大了货架存储容量。
通过分别设置在四向穿梭车两侧的第一Z字形导向轨和第二Z字形导向轨，可以有效地在四向穿梭车两侧对称设置的顶升板实现货物的升降驱动，从而提高四向穿梭车的承载能力。
6.本发明提供的四向穿梭车运载***中，通过一个驱动电机分别带动四向穿梭车横向方向上的两组螺纹丝杠转动，不仅可以有效地提高四向穿梭车的货物承载能力。而且，可以有效地保证位于四向穿梭车两侧的顶升板始终保持同步动作，进而保证货物不会出现位置倾斜的问题。另外，同轴的左右旋传动丝杠与轮螺母螺旋配合的方式来实现顶升、换向功能，还通过较小功率电机就可实现与传统相同的承载能力，起到节能环保的目的。
7.本发明提供的四向穿梭车运载***中，行走驱动机构一个电机分别驱动直行机构和横行机构，实现单电机双驱动。直行机构与横行机构两个方向的动力，只用了一个驱动电机驱动，有效地简化了车体内部结构，降低了制造成本，有利于节能减排。
8.本发明提供的四向穿梭车运载***中，还包括轮螺母支撑机构，其包括：沿所述螺纹丝杠长度方向设置的直线滑轨，以及滑动设置在所述直线滑轨上的支撑滑块；所述轮螺母与所述支撑滑块相连，以支撑所述轮螺母。通过相互配合的直线滑轨和支撑滑块可以有效地对支撑滑块进行承托，从而减小螺纹丝杠所要承载的压力，避免螺纹丝杠发生变形。本发明中的四向穿梭车与现有技术相比，不仅整机紧凑，而且还具备高达1.5吨的承载量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施例中提供的四向穿梭车运载***的俯视结构示意图；
图2为关键点组成最优路径的示意图；
图3为图2中一组路径数组的示意图；
图4为图2中二组路径数组的示意图；
图5为图2中第三组路径数组的示意图；
图6为两组四向穿梭车出现路径冲突的示意图；
图7为两组四向穿梭车出现另一种路径冲突的示意图；
图8为本发明提供的四向穿梭车内部结构立体结构示意图；
图9为本发明提供的四向穿梭车内部结构俯视图；
图10为本发明提供的四向穿梭车立体示意图；
图11为本发明提供的轮螺母与设置在直线滑轨上的支撑滑块相对位置示意图；
图12为本发明提供的顶升板组件立体结构示意图；
图13为本发明提供的横行框架立体结构示意图；
图14为本发明提供的四向穿梭车处于直向行驶、放置货物状态下，滑动驱动件的位置示意图；
图15为本发明提供的四向穿梭车处于直向行驶、顶升货物状态下，滑动驱动件的位置示意图；
图16为本发明提供的四向穿梭车处于横向行驶、顶升货物状态下，滑动驱动件的位置示意图。
附图标记说明：
1、车体框架；2、行走驱动机构；3、直行机构；4、横行框架；5、横行机构；6、顶升板组件；7、第一Z字形导向轨；8、第二Z字形导向轨；9、滑动驱动件；10、螺纹丝杠；11、驱动电机；12、轮螺母；13、顶升板；14、顶升立板；15、支撑立板；16、同步带组件；17、环形缺口；18、直行传动链条；19、直线滑轨；20、支撑滑块；21、子母扣连接板；22、第二联轴器；23、货架；24、子通道；25、母通道。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实施例提供的四向穿梭车的运载***，用于进行四向穿梭车在立体库中在最优路径下完成对货物的快速送货和取货。
如图1所示，为本实施例提供的四向穿梭车的运载***的一种具体实施方式，包括多个四向穿梭车、上位控制器，所述四向穿梭车上安装有驱动单元、读取单元和计算单元；
多个所述四向穿梭车穿梭于立体库中，所述立体库包括并排设置的多组货架23、子通道24和母通道25，每组所述货架23由多排、多列和多层货位单元组成，每组所述货架23的出货口与所述母通道25连通，所述母通道25与多组所述子通道24连通，所述四向穿梭车从所述子通道24经过所述母通道25进入所述货架23内部进行取货和送货；如图所示，图中水平方向通道为母通道25，图中纵向方向通道为子通道24。
所述子通道24和所述母通道25上具有间隔设置的站点，所述站点和所述货位单元上均设置有信息码，所述信息码用于存储所述站点和所述货位单元的点位标识；
所述上位控制器用于获取多条候选路线，每条路线中包括多个关键点，所述关键点包括起始点、目标点和拐点，所述拐点为所述候选路线中母通道25o与子通道24衔接的站点；根据各候选线路中相邻关键点的点位标识的排值差和列值差的和，选择最优路径；将所述最优路径的关键点的点位标识按顺序发送至所述四向穿梭车；
所述计算单元用于根据所述关键点的点位标识生成有效运行路径；
若所述计算单元生成有效运行路径，所述驱动单元控制所述四向穿梭车按照所述有效运行路径行驶；
所述读取单元用于读取所述四向穿梭车途径的站点处的信息码，并将所述信息码发送给所述上位控制器，以使所述上位控制器根据各四向穿梭车发送的信息码对各四向穿梭车进行调度。
通过对候选路径中的点位标识的判断，选取最优路径，上位控制器对各个四向穿梭车进行调度，避免发生四向穿梭车拥挤造成时间浪费，大大提高了立体库中的仓储效率。
具体地，上位控制器和四向穿梭车之间通过无线局域网、5G或其他进行信息交互。读取单元为扫描相机，安装于四向穿梭车的底部，进行实时扫描，通过扫描信息码可以获取穿梭车在货架上的位置和四向穿梭车的姿态，四向穿梭车的姿态即四向穿梭车的朝向，横行或者纵行。四向穿梭车在货架23中只能进行纵向运行，即货架23中具有多列用于四向穿梭车运行的纵向通道。
四向穿梭车在运输之前需要进行初始化录入信息，包括：车体的长、宽、高的尺寸；托盘的间距，长、宽、高；到了目标点后，托盘检测件必须对托盘精确定位后才可以做顶升动作，如果没有检测到托盘，穿梭车做出报警提示；在规划的路径上，遇到上位控制器给出的拐点，穿梭车必须做出换向动作；录入哪些坐标点是母通道25，哪些坐标点是子通道24，母通道25和子通道24各有多少条；货架23的各个路径上是否有类似于柱子或其他的固定障碍物；不执行非法路径指示等。
本实施例中提供的四向穿梭车运载***中，相邻两组站点之间为所述四向穿梭车的一个运行单位，计算单元根据关键点生成有效运行路径的步骤包括：
对于排值相同的相邻关键点，分别获取两个关键点的列值，按照第一预设步长确定两个关键点之间各点位的列值；根据两个关键点的排值和两个关键点之间各点位的列值形成两个关键点之间各点位的点位标识；
对于列值相同的相邻关键点，分别获取两个关键点的排值，按照第二预设步长确定两个关键点之间各点位的排值；根据两个关键点的列值和两个关键点之间各点位的排值形成两个关键点之间各点位的点位标识；
根据各关键点的点位标识，以及任意两个相邻关键点之间各点位的点位标识形成有效运行路径。
具体地，从多条候选路线中选取最优路径：
以“起始点”两侧的子通道24为横向选择依据；以“起始点”的水平位置为纵向选择依据。
判断，当“目标点”位于“起始点”的两子通道24左侧(或右侧)时，优先向左(或向右)筛选“起始点”至“目标点”间的所有关键点位；
当“目标点”位于“起始点”的两子通道24中间位置的上部或下部时，优先基于两子通道24内的上部或下部筛选“起始点”至“目标点”间的所有关键点位；
从多条路径中优先选取最短的一条；
多条路径中，通过将各条路径中排或列值差的和相加得出路径长度，然后将算出的多条路径长度进行对比，进而选出其中最短(最优)的一条运行路径。
本实施例中四向穿梭车接收来自上位控制器的“关键点位”并进行判断检查：
1.有效性检查：根据四向穿梭车“初始化”的数据，判断上位控制器发送的站点是否符合要求，不符合要求则为无效指令(是否超出给定范围，若在范围则进行下一步，不再范围无效)
2.生成路径：四向穿梭车依据接收的“关键点”，看是否能生成有效的运行路径，路径不通或路径不明均为无效运行路径。上位控制器将最优路径的关键点的点位标识按顺序发送给计算单元，若计算单元接收到的关键点中，相邻两个关键点的点位标识的排值和列值均不相同，则判定计算单元无法根据关键点的点位标识生成有效运行路径；若计算单元根据关键点的点位标识生成的运行路径中，包含有障碍点位，判定该运行路径为无效运行路径。
穿梭车会将接收到的“起始点”、“拐点”和“目标点”进行串联，形成路径数组，数组中的每个值就为四向穿梭车运行的每个站点值，其路径算法为：起始点位“排值”±“步长”(通常为1)或者起始点位“列值”±“步长”(通常为1)，即从一个关键点到下一个关键点的点位变化为：若其是在排值上的变化，关键点的站点值为上一个关键点的站点值中“排值”±“步长”；若其是在列值上的变化，关键点的站点值为上一个关键点的站点值中“列值”±“步长”。
如图2所示，图中的水平的粗线框处为母通道25，竖直的粗线框处为子通道24，首先四向穿梭车接收到上位控制器(按顺序)发的关键点，即起始点、拐点和目标点，如133201、083201、082201、032201、032401、042401，然后将上述“关键点”串联形成路径，具体为：邻近的“关键点”，排值不同列值相同，排值依次递增或递减形成数组(路径站点)；排值相同列值不同，列值依次递增或递减形成数组(路劲站点)。
13 32 01：13代表货位第13排；
32代表货位第32列；
01代表处于货架的第1层。
(1)从第一个关键点133201取到货后，到下一步只能往起始母通道25走，第二个关键点为083201，判断到两“关键点”的排数不同，列数相同，则对133201和083201分别进行取整，具体为：
133201÷10000≈13
083201÷10000≈8
整数13、8就为“关键点”排的值，依据两排列之间数值，形成路径数组。故，第一个关键点到第二个关键点的路径数组就为如图3所示；
(2)到关键点083201后，到下一步只能往子通道24行驶，下一个关键点为082201，判断到两“关键点”的排数相同，列数不同，则对133201和083201分别进行取余，具体为：
先将站点值进行精简，省去站点值的后两位。(因后两位为层数，故可舍去进行计算)具体为：
083201÷100≈0832 082201÷100≈0822
然后利用MOD函数对精简值0832、0822进行“取余”，具体为：MOD(0832，100)、MOD(0822，100)算的其余数为32和22；余数32和22就为穿梭车现处“关键点”列的值，依据两排列之间数值，形成路径数组。故，拐第二个关键点到第三个关键点的路径数组就为如图4所示；
(3)其它“关键点”的串联与上述方法相同，最后最优路径关键点(133201、083201、082201、032201、032401、042401)，生成的路径数组就为如图5所示；
3.无法生成有效路径时，四向穿梭车将一直会处于待机的状态。
本实施例中提供的上位控制器会周期性的(1s/次)检查四向穿梭车的运行状态；
四向穿梭车在每到一个站点时，都会刷新数据，将走过的前一个路径值擦除，并将自身位置反馈给上位控制器，便于上位调度；
四向穿梭车在执行任务或已接收到任务后，就不再接收其它任务，直到任务结束。
其中，四向穿梭车走了多远是靠行走驱动机构2上的编码器来进行测量的；因为四向穿梭车在货架上是一直做往复位移搬运动作的，所以四向穿梭车每到一个站点，其行走驱动机构2上的编码器就会刷新位移数据，得到四向穿梭车的总绝对位移量。
本实施例中，当同层运行的四向穿梭车运行路径冲突时，进行如下方式处理：
如图6所示，图6中不同符号代表两组四向穿梭车的运行路径，当两穿梭车的规划路径中有一段路程是重合时，进行如下方式的避让：
上位控制器可先同时下发两条指令：
1.将其中一穿梭车指令的“目标点”位置设置在两车路径重合站点的前一“拐点”处(因为重合路径包含有两穿梭车的诸多公共站点，所以不能设于前一“站点”处)；
2.另一穿梭车正常发送起点至实际目标点的指令；
3.待另一个穿梭车通过“重合路径点位”或到达目标点时，上位控制器将会给第一辆穿梭车再次下发至实际要去的目标点位置(共出现有三条指令，具体哪辆车来避让，需结合实际看两穿梭车任务的优先级，或是路径长短对比)。
如图7所示，图7中不同符号代表两组四向穿梭车的运行路径，当两穿梭车在十字路口出现冲突时，进行如下方式的避让：
上位控制器可先同时下发两条指令：
1.将其中一穿梭车指令的“终点”位置设置在两车交叉站点的前一“站点处”；
2.另一穿梭车正常发送起点至实际终点的指令；
3.待另一个穿梭车通过交叉点位或到达终点时，上位控制器将会给第一辆穿梭车再次下发致实际要去的终点位置(共出现有三条指令，具体哪辆车来避让，需结合实际看两穿梭车任务的优先级，或是路径长短对比)。
本实施例中提供的信息码为二维码或条形码，用于储存站点和货位单元的点位标识，便于对四向穿梭车运输过程中的导向作用和信息识别。
本实施例中提供的四向穿梭车上安装有托盘检测件，用于检测托盘。在穿梭车达到目标点后用于检测托盘，若没有检测到托盘，进行报警提示，避免造成后续搬运障碍，其中托盘检测件可以为光电开关。
本实施例提供的四向穿梭车运载***中，四向穿梭车上还安装有防撞控制单元和报警单元，所述防撞控制单元包括安装在所述四向穿梭车上的测距开关、减速开关和限位开关；所述测距开关检测到前方有障碍物，所述减速开关动作，所述四向穿梭车减速运行；所述测距开关检测到障碍物与所述四向穿梭车之间的距离较小时，所述限位开关动作，所述四向穿梭车停止运行，同时所述报警单元工作。配合上位控制器对各个穿梭车的调度，避免穿梭车的碰撞情况，造成运输暂停，降低效率。
如图8至图10所示，本实施例提供的四向穿梭车运载***中，四向穿梭车包括车体框架1、横行框架4、顶升板组件6和驱动单元，车体框架1上设置有用于驱动四向穿梭车直向行驶的直行机构3；横行框架4设置在所述车体框架1内，所述横行框架4上设置有用于驱动四向穿梭车横向行驶的横行机构5；顶升板组件6受驱动地升降滑动嵌装在所述横行框架4上；所述顶升板组件6上设置有第一Z字形导向轨7，所述横行框架4上设置有与所述第一Z字形导向轨7方向相反的第二Z字形导向轨8；且所述第一Z字形导向轨7和所述第二Z字形导向轨8相对设置，其二者内设置有滑动驱动件9；驱动单元包括行走驱动机构2和转换驱动机构，所述行走驱动机构2设置在所述车体框架1内，用于驱动四向穿梭车直向行驶或横向行驶；所述转换驱动机构设置在所述车体框架1内，用于驱动所述滑动驱动件9移动；
所述转换驱动机构通过所述滑动驱动件9带动所述顶升板组件6相对于所述横行框架4升降动作；所述顶升板组件6抬升以实现四向穿梭车的货物顶升，所述顶升板组件6下降以实现四向穿梭车的货物放置；所述转换驱动机构通过所述滑动驱动件9带动所述横行框架4相对于所述车体框架1升降动作；所述横行框架4下降以实现四向穿梭车的横向行驶，所述横行框架4上升以实现四向穿梭车的直向行驶；
通过相互嵌套设置的车体框架1、横行框架4和顶升板组件6，可以使四向穿梭车通过上述滑动设置在第一Z字形导向轨7和第二Z字形导向轨8内的滑动驱动件9实现：四向穿梭车直向行驶和横向行驶之间的相互切换，以及放置货物状态和顶升货物状态的相互切换。本发明中的结构无需多套***实现四向穿梭车的不同功能，可以有效地简化车体的零部件数量，减小了四向穿梭车的厚度。另外，上述相互嵌套设置的车体框架1、横行框架4和顶升板组件6还可以提高车体的顶升板组件6与货物的接触面，提高车体的载重能力。本发明提供的上述四向穿梭车不仅厚度薄运载能力强，还可以实现多向行驶、跨巷道作业、配合配套提升设备，还可以跨层作业，车体更加高效、灵活，不受空间限制，充分利用空间。
当四向穿梭车在子通道24上行驶时，通过对子通道24中站点处的信息码进行读取，获取四向穿梭车在子通道24上的姿态朝向为纵向行驶，此时驱动单元控制滑动驱动件9在所述第一Z字形导向轨7和所述第二Z字形导向轨8内处于初始位置或中部位置；该状态下，所述横行框架4相对于车体框架1处于抬升位置，以使所述直行机构3驱动四向穿梭车；
当四向穿梭车在母通道25上行驶时，通过对母通道25中站点处的信息码进行读取，获取四向穿梭车在母通道25上的姿态朝向为横向行驶，此时驱动单元控制所述滑动驱动件9在所述第一Z字形导向轨7和所述第二Z字形导向轨8内滑动至末端位置；该状态下，所述横行框架4相对于车体框架1处于下降位置，以使所述横行机构5驱动四向穿梭车；
四向穿梭车基于站点运行，其底部的读取单元通过扫取站点处的信息码来得知穿梭车是否处于起点、拐点、目标点处，当小车处于拐点或者处于目标点进行取货时，穿梭车上的PLC控制器将会向穿梭车上的伺服电机控制器发送电信号，然后伺服电机控制器向驱动电机11下发指令，驱动电机11运转到规定值时(此规定值为驱动电机11初始化时给定的值，当到达该值时为完成换向和顶升动作状态)，此时滑动驱动件9也会运行至相应的换向顶升位置使穿梭车实现相应的功能，最后，驱动电机11运转到位后会将信息反馈至伺服电机控制器，伺服电机控制器将电信号反馈至穿梭车上的PLC控制器，此时穿梭车得知换向完成后进行下一步的运行。
具体地，当四向穿梭车于货架中取货时，读取单元扫描到目标点处的信息码，对穿梭车进行定位，得知穿梭车正处于目标点，准备顶升，然后穿梭车上的PLC控制器将会向穿梭车上的伺服电机控制器发送电信号，然后伺服电机控制器向驱动电机11下发指令，驱动电机11进行运转，滑动驱动件9在所述第一Z字形导向轨7和所述第二Z字形导向轨8内移动，驱动电机11运转到规定值时，滑动驱动件9滑动至中部位置，改变顶升板13相对于车体框架1的位置，使得四向穿梭车将货格内的货物顶起进行取货；
当四向穿梭车从子通道24运行至母通道25时，读取单元扫描到拐点处的信息码，对穿梭车进行定位，得知穿梭车正处于拐点，准备换向，然后穿梭车上的PLC控制器将会向穿梭车上的伺服电机控制器发送电信号，然后伺服电机控制器向驱动电机11下发指令，驱动电机11进行运转，滑动驱动件9在所述第一Z字形导向轨7和所述第二Z字形导向轨8内移动，驱动电机11运转到规定值时，滑动驱动件9滑动至末端位置，改变横行框架4相对于车体框架1的位置，使得四向穿梭车从纵向行驶调整为横向行驶；
当四向穿梭车从母通道25运行至子通道24时，读取单元扫描到拐点处的信息码，对穿梭车进行定位，得知穿梭车正处于拐点，准备换向，然后穿梭车上的PLC控制器将会向穿梭车上的伺服电机控制器发送电信号，然后伺服电机控制器向驱动电机11下发指令，驱动电机11进行运转，滑动驱动件9在所述第一Z字形导向轨7和所述第二Z字形导向轨8内移动，驱动电机11运转到规定值时，滑动驱动件9滑动至初始位置或中部位置，改变横行框架4相对于车体框架1的位置，使得四向穿梭车从横向行驶调整为纵向行驶；
当四向穿梭车从母通道25将货物运行至目的地进行放置，读取单元扫描到目标点处的信息码，对穿梭车进行定位，得知穿梭车到达目标点准备放置货物，穿梭车上的PLC控制器将会向穿梭车上的伺服电机控制器发送电信号，然后伺服电机控制器向驱动电机11下发指令，驱动电机11进行运转，滑动驱动件9在所述第一Z字形导向轨7和所述第二Z字形导向轨8内移动，驱动电机11运转到规定值时，滑动驱动件9滑动至初始位置，使得顶升板组件6相对于车体框架1处于下降位置，以放置货物。
其中滑动驱动件9在所述第一Z字形导向轨7和所述第二Z字形导向轨8内的初始位置、中部位置和末端位置分别如图14、图15、图16所示。
如图9和图11所示，所述转换驱动机构包括：螺纹丝杠10、用于驱动所述螺纹丝杠10的驱动电机11，以及滑动设置在所述螺纹丝杠10上的轮螺母12；所述滑动驱动件9为分别设置在所述轮螺母12两侧位置的滚动轴承；
通过丝杠轮螺母机构与导向轨配合运行，实现四向穿梭车的顶升、换向功能。从而代替传统的连杆结构或液压顶杆机构，有效地降低了四向穿梭车的自重及车体高度，简化了车体内部结构，并杜绝了液压结构的液体渗漏问题，同时获得了更高的载重能力。且，本发明的车体极限厚度可达115mm，远远小于市面上150mm～200mm的传统车型厚度；可为机身上承载货物预留出了空间，提高了货架货位的空间利用率，间接增大了货架存储容量。
如图12所示，所述顶升板组件6包括：顶升板13和分别位于所述顶升板13两侧的顶升立板14；所述横行框架4包括：与所述顶升板13相对设置的支撑立板15；
所述第一Z字形导向轨7设置在所述顶升立板14上，所述第二Z字形导向轨8设置在所述支撑立板15上；
且，所述顶升板13的长度方向上设置有两个方向相反的所述第一Z字形导向轨7；所述支撑立板15上设置有两个分别与所述第一Z字形导向轨7方向相反的所述第二Z字形导向轨8；
所述横行框架4的横向方向的两侧分别设置有两块所述支撑立板15。
通过分别设置在四向穿梭车两侧的第一Z字形导向轨7和第二Z字形导向轨8，可以有效地在四向穿梭车两侧对称设置的顶升板实现货物的升降驱动，从而提高四向穿梭车的承载能力。
如图9所示，本实施例提供的四向穿梭车运载***中，四向穿梭车横向方向的两侧分别设置有两个旋向相反的所述螺纹丝杠10；设置在所述四向穿梭车横向方向同一侧的两个所述螺纹丝杠10，用于驱动其上的所述轮螺母12相向或向背运动；所述驱动电机11为一个，所述驱动电机11通过同步带组件16带动所述四向穿梭车横向方向上的一组相对设置的所述螺纹丝杠10转动，并通过第一联轴器带动所述四向穿梭车纵向方向上的另一组相对设置的所述螺纹丝杠10转动。
通过一个驱动电机11分别带动四向穿梭车横向方向上的两组螺纹丝杠10转动，不仅可以有效地提高四向穿梭车的货物承载能力。而且，可以有效地保证位于四向穿梭车两侧的顶升板始终保持同步动作，进而保证货物不会出现位置倾斜的问题。另外，同轴的左右旋传动丝杠与轮螺母12螺旋配合的方式来实现顶升、换向功能，还通过较小功率电机就可实现与传统相同的承载能力，起到节能环保的目的。
如图10所示，本实施例中的车体框架1为钣金外壳；所述车体框架1的顶部预留有供两个所述顶升板13升降的矩形缺口，所述车体框架1的侧面预留有供所述直行机构3和所述横行机构5穿过的环形缺口17。
如图9所示，本实施例提供的四向穿梭车运载***中，行走驱动机构2的第一输出端通过直行传动链条18带动传动轴，以驱动所述直行机构3前进或后退；所述行走驱动机构2的第二输出端依次通过第二联轴器22和传动轴，以驱动所述横行机构5前进或后退；且，所述第二输出端的连接位置位于所述第一输出端的下方，所述第二输出端为与所述第一输出端相互垂直的动力输出方向。
行走驱动机构2一个电机分别驱动直行机构3和横行机构5，实现单电机双驱动。直行机构3与横行机构5两个方向的动力，只用了一个驱动电机11驱动，有效地简化了车体内部结构，降低了制造成本，有利于节能减排。
如图11所示，本实施例提供的四向穿梭车运载***中，还包括轮螺母支撑机构，轮螺母支撑机构包括沿所述螺纹丝杠10长度方向设置的直线滑轨19，以及滑动设置在所述直线滑轨19上的支撑滑块20；所述轮螺母12与所述支撑滑块20相连，以支撑所述轮螺母12。
通过相互配合的直线滑轨19和支撑滑块20可以有效地对支撑滑块20进行承托，从而减小螺纹丝杠10所要承载的压力，避免螺纹丝杠10发生变形，与现有技术相比，不仅整机紧凑，而且还具备高达1.5吨的承载量。
在本实施例中，如图13所示的横行框架4的横向方向上的任意一侧均设置有两块所述支撑立板15，两块相邻的所述支撑立板15通过子母扣连接板21拼装相连；在安装所述横行框架4时，步骤如下：S1，切割完成所述支撑立板15上的第二Z字形导向轨8；S2，通过所述子母扣连接板21将横行框架4拼装成型后，将所述横行框架4安装在所述车体框架1上。
本实施例还提供一种四向穿梭车的使用方法，采用上述实施例中所述的四向穿梭车运载***，包括以下步骤：
如图14所示，在四向穿梭车直向行驶且放置货物状态下，驱动单元控制所述滑动驱动件9在所述第一Z字形导向轨7和所述第二Z字形导向轨8内处于初始位置；该状态下，所述横行框架4相对于车体框架1处于抬升位置，以使所述直行机构3驱动四向穿梭车；所述顶升板组件6相对于车体框架1处于下降位置，以放置货物；
如图15所示，在四向穿梭车直向行驶且顶升货物状态下，驱动单元控制所述滑动驱动件9在所述第一Z字形导向轨7和所述第二Z字形导向轨8内滑动至中部位置；该状态下，所述横行框架4相对于车体框架1处于抬升位置，以使所述直行机构3驱动四向穿梭车；所述顶升板组件6相对于车体框架1处于上升位置，以顶升货物；
如图16所示，在四向穿梭车横向行驶且顶升货物状态下，驱动单元控制所述滑动驱动件9在所述第一Z字形导向轨7和所述第二Z字形导向轨8内滑动至末端位置；该状态下，所述横行框架4相对于车体框架1处于下降位置，以使所述横行机构5驱动四向穿梭车。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种四向穿梭车运载***，其特征在于，包括：多个四向穿梭车、上位控制器，所述四向穿梭车上安装有驱动单元、读取单元和计算单元；
多个所述四向穿梭车穿梭于立体库中，所述立体库包括并排设置的多组货架(23)、子通道(24)和母通道(25)，每组所述货架(23)由多排、多列和多层货位单元组成，每组所述货架(23)的出货口与所述母通道(25)连通，所述母通道(25)与多组所述子通道(24)连通，所述四向穿梭车从所述子通道(24)经过所述母通道(25)进入所述货架(23)内部进行取货和送货；
所述子通道(24)和所述母通道(25)上具有间隔设置的站点，所述站点和所述货位单元上均设置有信息码，所述信息码用于存储所述站点和所述货位单元的点位标识；
所述上位控制器用于获取多条候选路线，每条路线中包括多个关键点，所述关键点包括起始点、目标点和拐点，所述拐点为所述候选路线中母通道(25)与子通道(24)衔接的站点；根据各候选线路中相邻关键点的点位标识的排值差和列值差的和，选择最优路径；将所述最优路径的关键点的点位标识按顺序发送至所述四向穿梭车；
所述计算单元用于根据所述关键点的点位标识生成有效运行路径；
若所述计算单元生成有效运行路径，所述驱动单元控制所述四向穿梭车按照所述有效运行路径行驶；
所述读取单元用于读取所述四向穿梭车途径的站点处的信息码，并将所述信息码发送给所述上位控制器，以使所述上位控制器根据各四向穿梭车发送的信息码对各四向穿梭车进行调度。
2.根据权利要求1所述的四向穿梭车运载***，其特征在于：相邻两组站点之间为所述四向穿梭车的一个运行单位，所述计算单元根据关键点生成有效运行路径的步骤包括：
对于排值相同的相邻关键点，分别获取两个关键点的列值，按照第一预设步长确定两个关键点之间各点位的列值；根据两个关键点的排值和两个关键点之间各点位的列值形成两个关键点之间各点位的点位标识；
对于列值相同的相邻关键点，分别获取两个关键点的排值，按照第二预设步长确定两个关键点之间各点位的排值；根据两个关键点的列值和两个关键点之间各点位的排值形成两个关键点之间各点位的点位标识；
根据各关键点的点位标识，以及任意两个相邻关键点之间各点位的点位标识形成有效运行路径。
3.根据权利要求1所述的四向穿梭车运载***，其特征在于：所述信息码为二维码或条形码。
4.根据权利要求1所述的四向穿梭车运载***，其特征在于：所述四向穿梭车上安装有托盘检测件，用于检测托盘。
5.根据权利要求1所述的四向穿梭车运载***，其特征在于：所述四向穿梭车上还安装有防撞控制单元和报警单元，所述防撞控制单元包括安装在所述四向穿梭车上的测距开关、减速开关和限位开关；
所述测距开关检测到前方有障碍物，所述减速开关动作，所述四向穿梭车减速运行；所述测距开关检测到障碍物与所述四向穿梭车之间的距离较小时，所述限位开关动作，所述四向穿梭车停止运行，同时所述报警单元工作。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的四向穿梭车运载***，其特征在于，所述四向穿梭车包括：
车体框架(1)，所述车体框架(1)上设置有用于驱动四向穿梭车直向行驶的直行机构(3)；
横行框架(4)，设置在所述车体框架(1)内，所述横行框架(4)上设置有用于驱动四向穿梭车横向行驶的横行机构(5)；
顶升板组件(6)，受驱动地升降滑动嵌装在所述横行框架(4)上；所述顶升板组件(6)上设置有第一Z字形导向轨(7)，所述横行框架(4)上设置有与所述第一Z字形导向轨(7)方向相反的第二Z字形导向轨(8)；且所述第一Z字形导向轨(7)和所述第二Z字形导向轨(8)相对设置，其二者内设置有滑动驱动件(9)；
驱动单元，包括行走驱动机构(2)和转换驱动机构，所述行走驱动机构(2)设置在所述车体框架(1)内，用于驱动四向穿梭车直向行驶或横向行驶；所述转换驱动机构设置在所述车体框架(1)内，用于驱动所述滑动驱动件(9)移动；
所述转换驱动机构通过所述滑动驱动件(9)带动所述顶升板组件(6)相对于所述横行框架(4)升降动作；所述顶升板组件(6)抬升以实现四向穿梭车的货物顶升，所述顶升板组件(6)下降以实现四向穿梭车的货物放置；
所述转换驱动机构通过所述滑动驱动件(9)带动所述横行框架(4)相对于所述车体框架(1)升降动作；所述横行框架(4)下降以实现四向穿梭车的横向行驶，所述横行框架(4)上升以实现四向穿梭车的直向行驶；
所述转换驱动机构包括：螺纹丝杠(10)、用于驱动所述螺纹丝杠(10)的驱动电机(11)，以及滑动设置在所述螺纹丝杠(10)上的轮螺母(12)；所述滑动驱动件(9)为分别设置在所述轮螺母(12)两侧位置的滚动轴承；
所述顶升板组件(6)包括：顶升板(13)和分别位于所述顶升板(13)两侧的顶升立板(14)；所述横行框架(4)包括：与所述顶升板(13)相对设置的支撑立板(15)；
所述第一Z字形导向轨(7)设置在所述顶升立板(14)上，所述第二Z字形导向轨(8)设置在所述支撑立板(15)上；
且，所述顶升板(13)的长度方向上设置有两个方向相反的所述第一Z字形导向轨(7)；所述支撑立板(15)上设置有两个分别与所述第一Z字形导向轨(7)方向相反的所述第二Z字形导向轨(8)；
所述横行框架(4)的横向方向的两侧分别设置有两块所述支撑立板(15)。
7.根据权利要求6所述的四向穿梭车运载***，其特征在于，所述四向穿梭车横向方向的两侧分别设置有两个旋向相反的所述螺纹丝杠(10)；设置在所述四向穿梭车横向方向同一侧的两个所述螺纹丝杠(10)，用于驱动其上的所述轮螺母(12)相向或向背运动；
所述驱动电机(11)为一个，所述驱动电机(11)通过同步带组件(16)带动所述四向穿梭车横向方向上的一组相对设置的所述螺纹丝杠(10)转动，并通过第一联轴器带动所述四向穿梭车纵向方向上的另一组相对设置的所述螺纹丝杠(10)转动。
8.根据权利要求6所述的四向穿梭车运载***，其特征在于，所述行走驱动机构(2)的第一输出端通过直行传动链条(18)带动传动轴，以驱动所述直行机构(3)前进或后退；
所述行走驱动机构(2)的第二输出端依次通过第二联轴器(22)和传动轴，以驱动所述横行机构(5)前进或后退；且，所述第二输出端的连接位置位于所述第一输出端的下方，所述第二输出端为与所述第一输出端相互垂直的动力输出方向。
9.根据权利要求6所述的四向穿梭车运载***，其特征在于，还包括：轮螺母支撑机构，包括：沿所述螺纹丝杠(10)长度方向设置的直线滑轨(19)，以及滑动设置在所述直线滑轨(19)上的支撑滑块(20)；
所述轮螺母(12)与所述支撑滑块(20)相连，以支撑所述轮螺母(12)。
10.一种四向穿梭车的使用方法，其特征在于，采用权利要求6-9中任一项所述的四向穿梭车运载***，包括以下步骤：
在四向穿梭车直向行驶且放置货物状态下，驱动单元控制所述滑动驱动件(9)在所述第一Z字形导向轨(7)和所述第二Z字形导向轨(8)内处于初始位置；该状态下，所述横行框架(4)相对于车体框架(1)处于抬升位置，以使所述直行机构(3)驱动四向穿梭车；所述顶升板组件(6)相对于车体框架(1)处于下降位置，以放置货物；
在四向穿梭车直向行驶且顶升货物状态下，驱动单元控制所述滑动驱动件(9)在所述第一Z字形导向轨(7)和所述第二Z字形导向轨(8)内滑动至中部位置；该状态下，所述横行框架(4)相对于车体框架(1)处于抬升位置，以使所述直行机构(3)驱动四向穿梭车；所述顶升板组件(6)相对于车体框架(1)处于上升位置，以顶升货物；
在四向穿梭车横向行驶且顶升货物状态下，驱动单元控制所述滑动驱动件(9)在所述第一Z字形导向轨(7)和所述第二Z字形导向轨(8)内滑动至末端位置；该状态下，所述横行框架(4)相对于车体框架(1)处于下降位置，以使所述横行机构(5)驱动四向穿梭车。
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