CN101407271A - 一种自动化立体仓库框架结构 - Google Patents

Abstract

公开一种自动化立体仓库框架结构，一堆垛机位于导轨上，用于装卸和运输货物；多个巷道货架位于导轨下方，用于存放堆垛机装载的货物；一缓冲货架位于仓库的进出窗口与巷道货之间，用于进出货物的暂时存储；一个自动进出机构，位于仓库的进出窗口与缓冲货架之间，用于将货物进出仓库；一台计算机与堆垛机的伺服控制系统和自动进出机构通信连接，用于仓库的货物的控制与管理。以天车和直线滑轨为基础的堆垛机，并匹配缓冲技术和自动传输机构，实现能够适应深冷环境的自动化立体仓库，具有自动化程度高、能耗低、成本少优点，适用于中小型深冷速冻仓库，对于节约能源、改善工人工作条件和保障食品安全具有积极的现实意义与社会经济效益。

Description

一种自动化立体仓库框架结构

技术领域：

本发明涉及一种适用于速冻仓库的自动化立体仓库框架和控制系统，特别是包含一个基于天车和直线滑轨的全自动码垛传输系统。

背景技术：

随着人民生活水平的提高，消费者对于食品的保鲜技术提出了更高的要求。较之于冷冻和冷藏的保鲜方法，速冻深冷是一种更好的保鲜方法。速冻深冷就是在低温(-50℃至-60℃)下使肉类食品的细胞内水分在较短时间内凝结，并冷冻食品一段时间；速冻深冷工艺可提高细胞存活度，较好地保持肉类食品的原有风味。

现有的速冻深冷仓库均为人工操作，需要工人进出仓库将食品码放到货架上，或从货架上提取出食品。这种操作方式不仅效率低下，而且对操作工人的健康损害极大，即使采用多种保暖措施，搬运工人难以在-50℃以下的环境中长时间工作。另一方面，搬运人员频繁进出仓库会加大仓库与外界之间的热交换，增大制冷量，增加能源消耗，食品的卫生安全也难以保障。

因此，开发深冷环境下的自动化立体仓储系统具有十分重要的意义。自从美国二十世纪六十年代建立世界上第一座自动化立体仓库以来，自动化立体仓库的发展都很快，并广泛应用于商业化生产。常规的自动化立体仓库系统一般由高层堆垛机、高层货架以及计算机控制系统等组成。其中，高层堆垛机是其关键设备，可以有多种实现形式。高层堆垛机搬运速度快，但每个堆垛机通常只在一个巷道移动，仅负责该巷道两侧货架的货物码放或取出。如果有多个巷道，则相应地需要多个堆垛机，或者配备转轨设备。

目前，先进国家经过多年研究，已经积累了较为丰富的常温库和普通低温库(-30℃以上)的设计经验。但是关于速冻深冷自动化立体仓库系统的研究成果和产品仍为空白。在-50℃以下的速冻仓库环境中，普通的电子元件会失效，而满足这样温度的元器件又十分的昂贵，常规的机械部件也会因为冰冻等原因而无法正常工作。按常温库和普通低温库的框架来设计和制造满足深冷环境的自动化立体仓库十分困难，而且实现代价十分高昂。因此，设计经济实用的速冻深冷自动化立体仓库决不仅仅是在普通低温自动化立体仓库的基础上更换更好的元器件，更换功率更大的制冷机组，而是要求设计出更为合理的结构布局，采用更简洁的系统框架。

综上所述，国内外关于速冻深冷环境下的自动化立体仓库系统的工作还很不成熟。而该项技术对于节约能源、改善工人工作条件和保障食品安全具有积极的现实意义与社会经济效益。

发明内容：

本发明的目的就是综合考虑深冷环境下的各项技术要求，设计出一种结构简单、经济实用、适应深冷环境的自动化立体仓库框架和控制系统，为此，提供一种自动化立体仓库框架结构。

为了实现所述的目的，本发明提供自动化立体仓库框架结构，其技术方案，包括：

一堆垛机位于导轨上，用于装卸和运输货物；

多个巷道货架，位于导轨下方，用于存放堆垛机装载的货物；

一缓冲货架，位于仓库的进出窗口与巷道货架之间，用于进出货物的暂时存储；

一个自动进出机构，位于仓库的进出窗口与缓冲货架之间，用于将货物进出仓库；

一台计算机，与堆垛机的伺服控制系统和自动进出机构通信连接，用于仓库的货物的控制与管理。

根据本发明的实施例，所述堆垛机由天车、小行车、直线滑轨、托架、及伺服控制系统构成，天车安装在导轨上，小行车安装在天车的横梁上，直线滑轨固定安装在小行车下方，托架安装在直线滑轨上，伺服控制系统接收计算机的指令。

根据本发明的实施例，所述缓冲货架安装在仓库进出窗口和巷道货架之间。

根据本发明的实施例，所述自动进出机构由传输轨道、传输小车、和抽屉式自动门构成；传输轨道安装在进出窗口和缓冲货架之间，传输小车和抽屉式自动门安装在传输轨道上。

根据本发明的实施例，所述计算机与堆垛机的伺服控制系统连接，用于对堆垛机进行三维空间的定位控制；与自动进出机构连接，用于传输小车和抽屉式自动门在进出窗口和缓冲货架之间的移动控制。

根据本发明的实施例，所述伺服控制系统，用于控制天车沿导轨方向移动，小行车沿天车横梁方向移动，托架沿直线滑轨上、下移动。

根据本发明的实施例，所述根据计算机的指令，控制传输小车和抽屉式自动门沿传输轨道移动。

根据本发明的实施例，所述由计算机与伺服控制系统和自动进出机构分别组成闭环控制系统，计算机发送指令给伺服控制系统和自动进出机构，由伺服控制系统和自动进出机构将执行结果反馈给计算机。

本发明的特点与效果有：

1)由于本发明采用了自动进出机构减小操作工人的工作量和工作强度，改善工作环境，工人只需要将货物放到进出窗口即可，不需要在仓库中忍受严寒，安全得到保障；

2)由于本发明采用了堆垛机和缓冲货架匹配的结构，降低能量消耗，缩短运输时间，避免了人员频繁进出仓库所造成的不必要的空气对流和热交换，可以提高批量处理的能力；

3)由于本发明采用天车平台，只需一台堆垛机，不需要转轨设备即可实现全库运输装卸；而目前常见的自动化立体仓库中，一般每一巷道需要一部堆垛机。多部堆垛机不仅成本高，而且工作带来的散热不可忽视，并严重影响到仓库的制冷效果；

4)由于本发明采用了天车加竖直滑轨的结构，安全性高，移动单元少，适合于中小型深冷速冻仓库。

附图说明

图1为本发明深冷速冻自动化立体仓库总体结构立体示意图

图2为本发明堆垛机示意图

图3为本发明巷道货架示意图

图4为本发明缓冲货架与自动进出机构示意图

附图标记说明：

A00-堆垛机，

A01-小行车，A02-托架，A03-直线滑轨，

A04-天车，A05-伺服控制系统；

B00-巷道货架，

B01-货位，B02-卡槽，G00-托盘

C00-缓冲货架

C01-固定缓存货位，C02-普通缓存货位

D00-自动进出机构

D01-传输轨道，D02-传输小车，D03-抽屉式自动门

H00-进出窗口，I00-密封门；

E00-计算机

F00-导轨

具体实施方式

下面将结合附图对本发明加以详细说明，应指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

本发明的实施例子是针对速冻深冷工作环境的特点，本发明总体结构可分为六大部分：如图1深冷速冻自动化立体仓库总体结构立体示意图所示：

在仓库内有：堆垛机A00、巷道货架B00、缓冲货架C00、导轨F00；

在进出窗口处有：自动进出机构D00；

在仓库外有：计算机E00。

堆垛机A00采用伺服控制系统A05、小行车A01、托架A02、直线滑轨A03与天车A04相结合的机械结构，伺服控制系统A05由伺服控制器、伺服电机及传感器等组成，伺服控制系统A05执行堆垛机A00的定位控制；巷道货架B00采用多层多货位结构，相向排列形成巷道；缓冲货架C00用于进出货物的暂时存储；自动进出机构D00使货物便捷地进出仓库；计算机E00则置于仓库之外，是整个系统的控制与管理核心。

如图2堆垛机示意图所示，堆垛机A00由小行车A01、托架A02、直线滑轨A03、天车A04及伺服控制系统A05构成。在仓库内安装有导轨F00，天车A04安装在导轨F00上，可沿导轨F00方向移动。小行车A01安装在天车A04上，可沿天车A04横梁方向移动。天车A04可采用工业上常用的天车平台来实现。直线滑轨A03固定安装在小行车A01下方，用来装载托盘G00的托架A02安装在直线滑轨A03上，可以沿直线滑轨A03上下移动。直线滑轨A03可采用工业上常用的直线运动单元来实现。伺服控制系统A05接收计算机E00的指令，根据各传感器的信息，控制小行车A01在天车A04横梁上的运动及整个天车A04沿导轨F00的运动，实现小行车A01在水平面上的定位。直线滑轨A03随小行车A01一起移动。同样，通过伺服控制系统A05的控制，可以实现托架A02沿直线滑轨A03的上下运动。在天车A04停稳后，托架A02沿直线滑轨A03的运动就等同于托架A02在垂直方向的运动，因此对天车A04与托架A02的伺服控制，能够完成堆垛机A00的托架A02的三维定位。另外，托架A02两侧装有护栏，防止所装载托盘G00的侧移，而且伺服控制系统A05根据装卸方向的不同可以控制其下的支撑板向左或向右伸出，从而完成巷道两侧的货架B00上的托盘G00装卸。

巷道两侧的巷道货架B00采用如图3所示的多层结构巷道货架，包括：托盘G00、货位B01、卡槽B02；每层有多个货位B01。每个货位B01比托盘G00两侧宽1cm-2cm，上下与托盘G00之间的间隙保证了托架A02能够进出货位B01，完成托盘G00的装卸。货位B01下部的托盘卡槽B02采用斜面结构设计，其中间部分开口，以方便托架A02的进入和纠正天车A04水平方向定位的误差。货架B00上的每个货位B01的规格均一样，各个托盘G00的尺寸也相同。货物放置在托盘G00内，装有货物的托盘G00存放在由计算机E00确定的货架B00的货位B01上。

在仓库的大门与巷道货架B00之间设置了带自动进出机构D00的缓冲货架C00，如图4所示包括：固定缓存货位C01、普通缓存货位C02、传输轨道D01、传输小车D02、抽屉式自动门D03、进出窗口H00、密封门I00。缓冲货架C00的结构和每个货位的规格与巷道货架B00一样，只是其列数视缓冲空间大小及每个批次的货物量的多少而定。在缓冲货架C00和进出窗口H00之间安装有用于托盘G00进出仓库的自动进出机构D00。自动进出机构D00由传输轨道D01、传输小车D02、和抽屉式自动门D03构成。传输小车D02和抽屉式自动门D03安装在传输轨道D01上，传输轨道D01安装在进出窗口H00和缓冲货架C00之间。根据计算机E00的控制指令，传输小车D02沿传输轨道D01往返运动，推开或关闭抽屉式自动门D03，将托盘G00送出库外或库外托盘G00送入库内。缓冲货架C00上，自动进出机构D00的传输小车D02所占用的货位为固定缓存货位C01，其它货位为普通缓存货位C02。

伺服控制系统A05除了接收伺服电机编码器等传感器的信号外，还与计算机E00通信，接收计算机E00的操作指令，按照计算机E00的要求，生成控制指令给伺服电机，通过驱动伺服电机，将堆垛机A00移动到指定位置，完成托盘G00的装卸，并发送任务完毕信息给计算机E00。

计算机E00除了有与伺服控制系统A05的通信接口、与自动进出机构D00的通信接口之外，还具有入库操作、出库操作、数据存储与管理、库存查询操作与显示、异常报警等功能。

根据实际要求，可以将货物分成多个种类，每种赋予一个固定编号。巷道货架B00的每个货位B01也定义唯一的三维坐标，表示第几排货架的第几行第几列。缓冲货架C00同样也进行二维编号。在计算机E00中，首先建立相应的货位坐标。在此基础上，记录各个货位B01上有无托盘G00，如果有托盘G00，则进一步记录该托盘G00中的货物名称编号等，这样完成库存数据库的构建。

入库时，在计算机E00上先选择所入库托盘G00的货物种类。如果需要入库的托盘G00有多个，则进行多次选择。确定后，计算机F00生成指令序列，并通过通信接口发送给伺服控制系统A05和自动进出机构D00；自动进出机构D00依次接收入库托盘G00并将托盘G00移动至固定缓存货位C01；伺服控制系统A05则将堆垛机A00移动至缓冲货架C00处，依次将固定缓存货位C01处的托盘G00按一定顺序搬迁到缓冲货架C00的普通缓存货位C02。缓冲货架C00装满后或者需要入库的托盘G00已全部放入至缓冲货架C00之后，堆垛机A00按顺序将缓冲货架C00上的托盘G00依次搬运至货架B00的指定货位B01上，并反馈该坐标信息给库外的计算机E00。计算机E00进行相应的数据存储。这样，计算机E00能掌握各托盘G00即各货物存放在仓库内的具体位置。

出库时，在计算机E00上先选择所需出库的货物种类及数量，并进行确定。计算机E00则将需求信息通过通信接口发送给伺服控制系统A05。伺服控制系统A05根据计算机E00的需求信息，移动堆垛机A00，将计算机E00指定的托盘G00依次摆放至缓冲货架C00的固定缓存货位C01及普通缓存货位C00上，并发送信号给计算机E00。计算机E00收到该信号后，通知自动进出机构D00，开始向库外运送托盘G00。自动进出机构D00每送出一个托盘G01，就发送一个信号给计算机E00。计算机E00修改自己的数据库，并指示伺服控制系统A05控制堆垛机A00，依次将缓冲货架C00的普通缓存货位C02上的托盘G00搬运至固定缓存货位C01上。这样，计算机E00、堆垛机A00、及自动进出机构C00三者协调，完成所需出库托盘C00的出库任务。

本发明工作时：在没有货物进出时，如图4所示的密封门I00关闭进出窗口H00，隔绝仓库内外的气体对流，确保制冷效果。当装有货物的托盘G00需要进入仓库时，工作人员打开密封门I00，并给计算机E00输入进货信息和指令。计算机E00根据数据库中的仓库内部货位资料，生成堆垛机A00和自动进出机构D00的运动指令序列，并把这些指令发送给伺服控制系统A05和自动进出机构D00。在得到指令后，传输小车D02自动推开抽屉式自动门D03，之后，工作人员将装有货物的托盘G00放入传输小车D02中，经工作人员确认以后，传输小车D02自动地将该托盘G00输送到缓冲货架C00的固定缓存货位C01上，同时抽屉式自动门D03自动关闭以减少冷气对流。伺服控制系统A05根据得到的指令控制堆垛机A00，使之移动到缓冲货架C00的固定缓存货位C01。堆垛机A00将该固定缓存货位C01上的托盘G00取出之后，传输小车D02又开始取下一个托盘G00。而堆垛机A01则将取出的托盘G00按一定顺序先放入缓冲货架C00的普通缓存货位C02上。如此反复，待本次搬运的托盘G00全部放入到缓冲货架C00上或者缓冲货架C00装满之后，关闭进出窗口H00，由堆垛机A00自动地将缓冲货架C00内的托盘按顺序转移至巷道货架B00上，完成缓冲货架C00上的所有托盘G00的入库过程。当需要取出货物时，根据计算机E00的指令，堆垛机A00将需要取出的托盘G00逐个从巷道货架B00移至缓冲货架C00的固定缓存货位C01及普通缓存货位C02直至缓冲货架C00已满或者任务完成，然后再将缓冲货架C00的普通缓存货位C02上的托盘G00依次搬运到缓冲货架C00的固定缓存货位C01上，同时传输小车D02自动开启进出窗口H00将固定缓存货位C01上的托盘G00送出库外。如果进出托盘G00数多于缓冲货架C00的最大货位数，那么需要分多次完成任务。采取缓冲货架C00的设计思想，可以尽量减少开启仓库大门的次数和等待时间，减少由于托盘G00进出而造成库内外的对流传热，提高搬运效率。

前面已经具体描述了本发明的实施方案，应当理解，对于一个具有本技术领域的普通技能的人，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均属于本发明权利要求来限定的范围。

Claims (8)

1、一种自动化立体仓库框架结构，其特征在于：

一堆垛机(A00)，位于导轨(F00)上，用于装卸和运输货物；

多个巷道货架(B00)，位于导轨(F00)下方，用于存放堆垛机(A00)装载的货物；

一缓冲货架(C00)，位于仓库的进出窗口(H00)与巷道货架(B00)之间，用于进出货物的暂时存储；

一个自动进出机构(D00)，位于仓库的进出窗口(H00)与缓冲货架(C00)之间，用于将货物进出仓库；

一台计算机(E00)，与堆垛机(A00)的伺服控制系统(A05)和自动进出机构(D00)通信连接，用于仓库的货物的控制与管理。

2、如权利要求1所述立体仓库的框架结构，其特征在于：堆垛机(A00)由天车(A04)、小行车(A01)、直线滑轨(A03)、托架(A02)及伺服控制系统(A05)构成，天车(A04)安装在导轨(F00)上，小行车(A01)安装在天车(A04)的横梁上，直线滑轨(A03)固定安装在小行车(A01)下方，托架(A02)安装在直线滑轨(A03)上，伺服控制系统(A05)接收计算机(E00)的指令。

3、如权利要求1所述立体仓库的框架结构，其特征在于：缓冲货架(C00)安装在仓库进出窗口(H00)和巷道货架(B00)之间。

4、如权利要求1所述立体仓库的框架结构，其特征在于：自动进出机构(D00)由传输轨道(D01)、传输小车(D02)和抽屉式自动门(D03)构成；传输轨道(D01)安装在进出窗口(H00)和缓冲货架(C00)之间，传输小车(D02)和抽屉式自动门(D03)安装在传输轨道(D01)上。

5、如权利要求1所述立体仓库的框架结构，其特征在于：计算机(E00)与堆垛机(A00)的伺服控制系统(A05)连接，用于对堆垛机(A00)进行三维空间的定位控制；又与自动进出机构(D00)连接，用于传输小车(D02)和抽屉式自动门(D03)在进出窗口(H00)和缓冲货架(C00)之间的移动控制。

6、如权利要求2所述立体仓库的框架结构，其特征在于：伺服控制系统(A05)，用于控制天车(A04)沿导轨(F00)方向移动，小行车(A01)沿天车(A04)横梁方向移动，托架(A02)沿直线滑轨(A03)上、下移动。

7、如权利要求4所述立体仓库的框架结构，其特征在于：根据计算机(E00)的指令，控制传输小车(D02)和抽屉式自动门(D03)沿传输轨道(D01)移动。

8、如权利要求5所述立体仓库的框架结构，其特征在于：由计算机(E00)与伺服控制系统(A05)和自动进出机构(D00)分别组成闭环控制系统，计算机(E00)发送指令给伺服控制系统(A05)和自动进出机构(D00)，由伺服控制系统(A05)和自动进出机构(D00)将执行结果反馈给计算机(E00)。

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