CN102689760B - 智能货柜系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能货柜系统及控制方法，所述系统包括：设置在远端的控制中心，具有发送远端指令和接收信息的通信模块；分别连接所述控制中心的多个智能货柜，各智能货柜通过分别与所述控制中心双向通信，执行有关入货和取货操作，并将操作结果发送给所述控制中心，其每个智能货柜包括：至少一个货架，其上具有多个从上至下逐行分布的货格，其每个货格内装有一个货盒；平行于货架安置的用来进行三维方向移动的智能小车；根据远端指令和/或本地指令生成控制指令的控制台；为智能小车提供驱动电源的电气柜；用来取货或者上货的物料台；控制台至少具有用来输入本地指令的输入装置，连接控制中心的无线通信模块，以及连接所述输入装置和无线通信模块的处理器。
Description
技术领域
本发明涉及一种物流处理设备领域中存取货物用的装置，尤其涉及一种可沿三个方向移动并进行货物存取的智能货柜系统及控制方法。
背景技术
物流小车在现有的物流处理设备中经常使用，尤其是在货柜的出入货口和各个货格之间进行货盒的运送应用中更是广泛，其可以快速的对货物进行输送与存取，极大简化了货物的存取过程，提高了输送效率。但是，现有的小车大部分只能实现两个方向的移动，如竖直方向移动和水平方向移动，由于小车的移动方式而制约了货柜中货格的数量，降低了货柜的空间利用率，使储运损耗提高，输送效率降低。而且，现有智能小车的传动机构一般采用链条、链轮传动机构，这种传动机构在运输货物过程中会产生晃动，导致智能小车产生过大震动，导致安全隐患；同时，链条受载荷时会被拉长变形，其变形程度因运输的货物载荷不同而不同，因此对智能小车的精确定位产生很大影响。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术中存在的不足，提供一种智能货柜系统及控制方法，其可在货柜中的智能小车沿三个方向移动并对不同位置的货物进行存取，有效地提高了对货物的存取效率及对空间的利用率，且在X向采用电机带动滚珠丝杠、滚珠丝杠带动滑块移动的传动结构，所以定位准确，运行平稳，噪声小。
根据本发明第一方面，提供了一种智能货柜系统，包括：
设置在远端的控制中心，具有发送远端指令和接收信息的通信模块；
分别连接所述控制中心的多个智能货柜，各智能货柜通过分别与所述控制中心双向通信，执行有关入货和取货操作，并将操作结果发送给所述控制中心，其每个智能货柜包括：
至少一个货架，其上具有多个从上至下逐行分布的货格，其每个货格内装有一个货盒；
平行于货架安置的用来进行三维方向移动的智能小车；
安装在货架上或其附近的用于根据远端指令和/或本地指令生成控制指令的控制台；
安装在货架上或其附近的用来为智能小车提供驱动电源的电气柜；
安装在货架上的用来取货或者上货的物料台；
其中，所述控制台至少具有用来输入本地指令的输入装置，连接控制中心的无线通信模块，以及连接所述输入装置和无线通信模块以根据本地指令和/或远端指令生成控制指令的处理器；
其中，所述电气柜电连接所述控制台，用于根据所述控制指令驱动所述智能小车到达货架上的任一个货格，以便将货格上的货盒移动到所述物料台(10)或者将货盒从物料台返回到货格。
优选地，所述处理器是上位机，所述控制指令是由上位机生成的用来对下位机进行控制的驱动程序，并且所述上位机连接安装在控制台或电气柜内的下位机；
其中，所述电气柜内装有：
连接下位机的用来驱动智能小车第三伺服电机的X轴伺服驱动器；
连接下位机的用来驱动智能小车第一伺服电机的Y轴伺服驱动器；
连接下位机的用来驱动智能小车第二伺服电机的Z轴伺服驱动器；
连接下位机的用来驱动智能小车第四伺服电机的旋转伺服驱动器；以及
连接下位机的用来驱动物料台的仓门电机的仓门驱动器。
优选地，本发明的智能小车包括：机座；安装在机座上的Y轴桁架；安装在Y轴桁架上的Y轴传动机构；固定设置在Y轴传动机构上的Z轴桁架，其在Y轴传动机构的带动下在Y轴桁架上左右移动；安装在Z轴桁架上的Z轴传动机构；与Z轴传动机构连接的X轴运动单元，其在Z轴桁架上上下移动；安装在X轴运动单元上用于提取货物的货叉机构，该货叉机构在X轴运动单元上做前后移动并绕Z轴做旋转运动；其中，所述Y轴传动机构、Z轴传动机构和X轴运动单元均和设于智能小车外部的控制系统相连。
其中，所述Y轴传动机构包括：固装在Y轴桁架上的Y轴导轨；底端面与Y轴导轨滑动连接的Y轴滑块，其顶端面与所述Z轴桁架固定连接；固装在Y轴桁架上的Y轴驱动机构，其驱动Y轴滑块及Z轴桁架在Y轴导轨上左右移动。
其中，所述Z轴传动机构包括：固装在Z轴桁架上的Z轴导轨；底端面与Z轴导轨滑动连接的Z轴滑块，其顶端面与X轴运动单元固定连接；固装在Z轴桁架上的Z轴驱动机构，其驱动Z轴滑块及X轴运动单元在Z轴导轨上上下移动。
其中，所述X轴运动单元包括：与Z轴滑块固定连接并在其带动下在Z轴导轨上上下移动的滑台支架；分别固设在滑台支架上的X轴驱动机构与X轴滑台；底端面与X轴滑台滑动连接的X轴滑块，其与X轴驱动机构连接并在其带动下可在X轴滑台上前后滑动；其中，所述货叉机构与X轴滑块连接并在X轴驱动机构的驱动下在X轴滑台上前后滑动。
优选地，所述Y轴驱动机构包括：固定安装在所述机座上的第一伺服电机；设置在机座上的主动齿形轮与从动齿形轮，其中主动齿形轮与第一伺服电机的输出轴连接；与主动齿形轮和从动齿形轮相轮啮合的齿形带；将齿形带安置在Y轴桁架上的齿形带固定装置，其与Z轴桁架固定连接。
优选地，所述Z轴驱动机构包括：固装在Z轴桁架上的第二伺服电机；与第二伺服电机输出轴连接的钢丝绳绕筒；套装在钢丝绳绕筒上的钢丝绳，其与所述滑台支架固定连接。
优选地，所述X轴驱动机构包括：固装在滑台支架上的第三伺服电机；与第三伺服电机输出轴连接的滚珠丝杠，且滚珠丝杠与所述X轴滑块连接。
优选地，所述货叉机构包括：与X轴滑块连接的货叉固定架；与货叉固定架固定连接的输送货物的货叉，其上设有可吸附货物的电磁铁。
进一步地，所述货叉机构还设有使其旋转的旋转装置，其包括：固装在X轴滑块上的旋转装置支座；固装在旋转装置支座上用以使货叉旋转的旋转传动装置；设置于旋转装置支座上并与旋转传动装置连接的旋转支撑；其中，所述货叉固定架固设于旋转支撑顶端面，且在旋转传动装置的带动下在旋转装置支座做旋转运动。
优选的，所述旋转传动装置包括：固装在旋转装置支座上且与所述外部控制系统通过线路连接的第四伺服电机；与第四伺服电机的输出轴固定连接的第一齿轮；与第一齿轮通过齿轮啮合的第二齿轮；与第二齿轮固定连接的蜗杆；与蜗杆通过齿轮啮合连接的蜗轮，其输出轴与所述旋转支撑固定连接。
根据本发明的第二方面，提供了一种智能货柜系统的控制方法，包括以下步骤：
设置在远端的控制中心向智能货柜发送远端指令；
智能货柜的上位机根据所述远端指令和/或本地指令，生成对下位机进行控制的控制程序；
智能货柜的下位机根据所述控制程序控制智能小车进行三维方向运动，到达货架上的任一个货格，以便将货格上的货盒移动到所述物料台或者将货盒从物料台返回到货格；
其中，下位机通过控制用来驱动智能小车第三伺服电机的X轴伺服驱动器的输出、用来驱动智能小车第一伺服电机的Y轴伺服驱动器的输出、用来驱动智能小车第二伺服电机的Z轴伺服驱动器的输出、用来驱动智能小车第四伺服电机的旋转伺服驱动器的输出，使小车进行所述三维方向运动；
其中，下位机通过控制用来驱动物料台的仓门电机的仓门驱动器的输出，将货盒推出仓门或者将货盒进入仓门。
与现有技术相比，本发明的智能小车具有如下优点：
1)由于本发明的智能小车采用了X、Y、Z三个方向的运动单元，使智能小车可以沿三个方向移动以对不同位置的货物进行存取操作，从而提高了空间利用率及对货物的存取效率，降低了储运损耗；
2)由于本发明的智能小车在X向采用电机带动滚珠丝杠、滚珠丝杠带动滑块移动的传动结构，所以定位准确，运行平稳，噪声小；
3)由于本发明的智能小车在货叉机构中采用了旋转装置，其可以使货叉机构绕Z轴旋转以提取货物，并在提取货物后再回复原位，所以有效节省了操作空间，使货叉在动作过程中不会与其它机构发生干涉，工作可靠性高。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
图1为本发明智能货柜系统的智能小车的整体结构示意图；
图2为图1所示智能小车的主视图；
图3为图1所示智能小车的侧视图；
图4为图1所示智能小车的俯视图；
图5为图1中A部分放大图；
图6为图1中B部分放大图；
图7为图1中C部分放大图；
图8为图2中D部分放大图；
图9为图8中E-E向剖视图；
图10为本发明的智能货柜的主视图；
图11为本发明的智能货柜的俯视图；
图12为本发明的智能货柜的侧视图；
图13为本发明的智能货柜的电原理图；
图14为本发明的智能货柜入货控制流程图；
图15为本发明的智能货柜取货控制流程图；
图16为下位机控制智能小车取出货盒的流程图；
图17为下位机控制智能小车放回货盒的流程图；
图18是本发明的智能货柜系统的示意图。
附图标记说明：1-机座；2-Y轴传动机构；3-Z轴传动机构；4-X轴运动单元；5-货叉机构；7-货架；8-电气柜；9-控制台；10-物料台；11-底板；12-货盒；21-Y轴桁架；22-Y轴导轨；23-Y轴驱动机构；24-Y轴滑块；31-Z轴桁架；32-Z轴导轨；33-Z轴驱动机构；34-Z轴滑块；41-滑台支架；43-滑台；51-X轴滑块；52-货叉固定架；53-货叉；54-旋转装置支座；55-旋转支撑；56-旋转传动装置；231-第一伺服电机；232-主动齿形轮；233-从动齿形轮；234-齿形带；235-齿形带固定装置；331-第二伺服电机；332-钢丝绳绕筒；333-钢丝绳；421-第三伺服电机；531-电磁铁；561-第四伺服电机；562-第一齿轮；563-第二齿轮；564-蜗杆；565-蜗轮。
具体实施方式
如图1-3所示为本发明智能货柜的智能小车，其包括：机座1；安装在机座1上的Y轴桁架21；安装在Y轴桁架21上的Y轴传动机构2；固定设置在Y轴传动机构2上的Z轴桁架31，其在Y轴传动机构2的带动下在Y轴桁架(21)上左右移动；安装在Z轴桁架31上的Z轴传动机构；与Z轴传动机构3连接的X轴运动单元4，其在Z轴桁架31上上下移动；安装在X轴运动单元4上用于提取货物的货叉机构5，该货叉机构在X轴运动单元4上做前后移动并绕Z轴做旋转运动；其中，Y轴传动机构2、Z轴传动机构3和X轴运动单元4均和设于智能小车外部的控制系统相连。
具体地说，如图1所示，一对相背设置的机座1和固定安装在机座1上的Y轴桁架21是智能小车的基本构件，在Y轴桁架21上安装有可在其上做左右往复运动的Y轴传动机构2，其由固定安装在Y轴桁架21上的Y轴导轨22、滑动安装在Y轴导轨22上并可在其上左右移动的Y轴滑块24及安装在Y轴桁架21上用于驱动Y轴滑块24在Y轴导轨22上进行移动的Y轴驱动机构23组成，由于Y轴滑块24与Z轴桁架31固定连接，Z轴桁架31与Y轴驱动机构23连接，并且Z轴桁架31和Z轴传动机构3连接，所以当Y轴驱动机构23驱动滑块移动时，可带动Z轴传动机构3在Y轴导轨22上进行左右的移动。
其中，Y轴传动机构2的动作是通过如下过程实现的：第一伺服电机231是Y轴驱动机构23的动力源，其固定安装在机座1上且输出轴与固定安装在机座1上的主动齿形轮232连接，当给第一伺服电机231提供一个正向电压时，其绕X轴顺时针旋转时，可将动力传递给主动齿形轮232并带动与主动齿形轮232通过齿轮啮合连接的齿形带234向左移动(图1向左的方向)，而齿形带234移动可带动与其通过齿轮啮合连接的安装在另一个机座1上的从动齿形轮233转动，由于齿形带固定装置235和Z轴桁架31固定连接并将齿形带234安置在Y轴桁架21上，而Y轴滑块24和Z轴桁架31固定连接，所以当第一伺服电机231转动时，Y轴滑块24可在固定安装于Y轴桁架21上的Y轴导轨22上向左或向右滑动。同时可带动与其固定连接的Z轴桁架31及安装在Z轴桁架31上的Z轴传动机构3在Y轴导轨22上向左或向右移动。
如图1-4所示，Z轴传动机构3由以下构件组成：固定安装在Z轴桁架31上的Z轴导轨32和Z轴驱动机构33，而Z轴驱动机构33与X轴运动单元4连接并且可驱动其在Z轴导轨32上上下移动，Z轴滑块34滑动安装在Z轴导轨32上并与X轴运动单元4固定连接，并且受力后X轴运动单元4可随其在Z轴导轨32上上下移动。如图6所示，Z轴驱动机构33包括：固定安装在Z轴桁架31上的第二伺服电机331，其输出轴与钢丝绳绕筒332固定连接，在钢丝绳绕筒332上缠绕着钢丝绳333，其与X轴运动单元4中的滑台支架41固定连接，而滑台支架41与Z轴滑块34固定连接并且可在Z轴导轨32上上下移动。
当给第二伺服电机331提供一个正向电压时，其绕X轴顺时针转动时，带动与其输出轴固定连接的钢丝绳绕筒332随之转动，从而带动缠绕在钢丝绳绕筒332上的钢丝绳333向上移动(图4向上的方向)，即而拉动X轴运动单元4中的滑台支架41向上移动，而为了使滑台支架41的运动平稳，将滑台支架41与Z轴滑块34固定连接，而Z轴滑块34可在Z轴导轨32上滑行，所以当第二伺服电机331绕X轴顺时针转动时，Z轴滑块34向上移动，同时可带动滑台支架41向上移动，从而带动X轴运动单元4沿Z轴导轨32向上移动，直至移动到所需位置。
如图1、5所示，X轴运动单元4包括：与Z轴滑块34固定连接并且可在Z轴导轨32上上下移动的滑台支架41；固定安装在滑台支架41上的X轴驱动机构和X轴滑台43；安装在X轴滑台43上并与X轴驱动机构连接的X轴滑块51，其可在X轴滑台43上前后滑动；货叉机构5与X轴滑块51连接并在X轴驱动机构的驱动下在X轴滑台43上前后滑动。X轴驱动机构由固定安装在滑台支架41上的第三伺服电机421及与第三伺服电机421输出轴连接的滚珠丝杠组成。而货叉机构5由与X轴滑块51连接的货叉固定架52、与货叉固定架52固定连接的可存放货物的货叉53组成，并且X轴滑块51与滚珠丝杠固定连接，而为了防止在运送货物过程中货物滑落，在每个货叉53上设有可将货物吸附在货叉53上的电磁铁531。
优选的，为了使货叉53在存取货物的过程中不会与其它货物或机构发生空间干涉，在货叉机构5还设有可使货叉53旋转的旋转装置，其包括：与X轴滑块51固定连接、可在X轴滑台43上前后滑动的旋转装置支座54，在旋转装置支座54上固定安装有可使货叉53进行旋转的旋转传动装置56及与旋转传动装置56连接并可在旋转装置支座54上绕X轴沿顺时针、逆时针方向各旋转90°的旋转支撑55，其中，旋转支撑55与货叉固定架52固定连接，因此其旋转时也带动货叉固定架52进行旋转，从而带动固定于货叉固定架52上的货叉53进行旋转。
进一步地，旋转传动装置56包括：固装在旋转装置支座54上的第四伺服电机561，其与设于外部的控制系统相连，是旋转传动装置56的动力源，且第一齿轮562固定安装在其输出轴上，第二齿轮563与第一齿轮562通过齿轮啮合连接，蜗杆564的一端穿过第二齿轮563的中心并与其固定连接，另一端与蜗轮565通过齿轮啮合，所以当第四伺服电机561旋转时，其动力依次通过第一齿轮562、第二齿轮563、蜗杆564传递给蜗轮565，并将动力传递给与蜗轮565的输出轴固定连接的旋转支撑55，从而带动固定于旋转支撑55上的货叉固定架52与货叉53旋转。
X轴运动单元4的动作是通过如下过程实现的：当给第三伺服电机421提供一个正向电压时，其绕X轴顺时针旋转，同时驱动滚珠丝杠旋转，带动与滚珠丝杠固定连接的X轴滑块51在X轴滑台43上向前(图5向左的方向)移动，而旋转装置支座54及固定于旋转装置支座54上的货叉53也随之向前移动；当货叉53移动到所需位置时，第三伺服电机421停止转动，此时给第四伺服电机提供一个正向电压，使其绕Y轴顺时针方向转动，则其驱动动力经旋转传动装置56传递给旋转支撑55，使得旋转支撑55在旋转装置支座54上绕Z轴逆时针方向旋转90°，当设于货叉53上的电磁铁531通电后，电磁铁531会将货物吸附住；随后给第四伺服电机提供一个反向电压，使其绕Y轴逆时针方向转动，则此时旋转支撑55绕Z轴顺时针方向旋转90°，带动货叉53及货物回到原始位置。
在X轴运动单元4中采用滚珠丝杠传动可以对货叉的移动方向及位移控制准确，并且传动结构简单，滑动平稳，效果更好；而在货叉机构中还采用旋转传动装置56，可使货叉在存取货物过程中不与其它的货物或构件发生干扰，工作安全并且提高了空间利用率。
本发明智能小车中的第一第二、第三和第四伺服电机均和设于智能小车外部的控制系统通过线路连接，控制系统可以采用任伺能够提供电源并控制智能小车实现在出入货口和各个货格之间运送货物的控制器。
当货物处于图1的左上位置M(x，y，z)处，而智能小车位于图1所示的位置时，智能小车取货的功能可以通过如下的过程实现：
首先，控制系统给第一伺服电机231提供一个正向电压，使其绕X轴顺时针方向旋转，并将动力传递给主动齿形轮232，带动齿形带234与齿形带固定装置235向左移动(图1向左的方向)，从而带动Z轴桁架31随Y轴滑块24在Y轴导轨22上向左移动，因此带动Z轴传动机构3也向左移动，当向左移动到坐标为y的位置处时，控制系统停止给第一伺服电机231供电，则Z轴传动机构3停止不动。
其次，控制系统给第二伺服电机331提供一个正向电压，此时第二伺服电机331绕X轴顺时针转动，则带动钢丝绳绕筒332随之转动，从而拉动钢丝绳333向上移动，同时使与Z轴滑块34固定连接的滑台支架41沿Z轴导轨32向上移动，因此带动X轴运动单元4向上移动，当移动到坐标为z的位置处时，控制系统停止给第二伺服电机331供电，X轴运动单元4停止在此处不动。
然后，控制系统给第三伺服电机421提供一个正向电压，第三伺服电机绕X轴顺时针旋转，带动滚珠丝杠旋转，并带动X轴滑块51在X轴滑台43上向前移动，此时旋转装置支座54及固定于旋转装置支座54上的货叉53也随之向前移动，当货叉53移动到所需位置时，停止给第三伺服电机421供电。
再次，控制系统给第四伺服电机提供一个正向电压，使其绕Y轴顺时针方向转动，其驱动动力传递给旋转支撑55，使得旋转支撑55绕Z轴逆时针方向旋转90°，此时给设于货叉53上的电磁铁531通电，则电磁铁531会将货物吸附住，随后给第四伺服电机提供一个反向电压，使其绕Y轴逆时针方向转动，则此时旋转支撑55绕Z轴顺时针方向旋转90°，带动货叉53及货物回到原始位置。
最后，依次给第二伺服电机与第一伺服电机提供反向电压，使货叉53移动到固定位置的存/取货口处，将货物卸下。
此时取货的一个工作流程结束。
从存/取货口将货物运送至上述位置，智能小车的工作过程与上述过程类似，在此不再重述。
本发明的智能小车，其Y、Z方向的结构采用由若干横、纵设置的钢管组成的桁架结构，因此可以提高智能小车的刚度并减轻其重量；X、Y、Z三个运动单元可以使智能小车的适用性更广，并且货叉机构中采用旋转传动装置56使货叉可以在存/取货物前后可以旋转，因此空间利用率提高；X、Y、Z三个运动单元的驱动机构分别采用伺服电机-滚珠丝杠-滑台传动结构、伺服电机-同步齿形轮齿形带传动结构和伺服电机-钢丝绳绕筒-钢丝绳传动结构，即节约成本，又使运动平稳，传送位置准确；并且，在货叉上设有电磁铁，可以有效对货盒定位并防止其在运动过程中滑落。
图10至图12显示了本发明的智能货柜的结构，包括：至少一个货架7，例如两个货架7，其上具有多个从上至下逐行分布的货格，其每个货格内装有一个货盒12；平行于货架7安置的用来进行三维方向移动的智能小车6；安装在货架7上或其附近的用于生成控制指令的控制台9；安装在货架7上或其附近的用来为智能小车提供驱动电源的电气柜8；安装在货架7上的用来取货或者上货的物料台10；其中，所述控制台9至少具有一个用来输入指令的输入装置，以及连接所述输入装置以根据用户输入的指令生成控制指令的处理器；其中，所述电气柜8电连接所述控制台9，用于根据所述控制指令驱动所述智能小车6到达货架上的任一个货格，以便将货格上的货盒12移动到所述物料台10或者将货盒12从物料台10返回到货格。
更具体地说，智能小车6位于两排货架7之间，智能小车6的X轴运动单元4进行三维方向移动，以到达货架上的任一个货格，以便将货位上的货盒12移动到所述物料台10或者将货盒12从物料台10送回到货格。
如图10、图11和图12所示，智能小车6和两个架7均安装在底板11上。电气柜8、控制台9和物料台10均安装在两个货架7的一端。
图13显示了本发明的智能货柜的电路原理，如图13所示，上述处理器可以是上位机，在此情况下，上述控制指令则是由上位机生成的用来对下位机进行控制的驱动程序，并且上位机连接安装在控制台9或电气柜8内的下位机。
另一方面，下位机连接有：用来驱动智能小车第三伺服电机的X轴伺服驱动器；用来驱动智能小车第一伺服电机的Y轴伺服驱动器；用来驱动智能小车第二伺服电机的Z轴伺服驱动器；用来驱动智能小车第四伺服电机的旋转伺服驱动器；用来驱动物料台的仓门电机的的仓门驱动器。
其中，X轴伺服驱动器、Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器、旋转伺服驱动器、仓门驱动器均可安装在电气柜8之内。
此外，上位机的输入装置可以是键盘、触摸屏、读卡器模块。另外，上位机还可以有选择地连接：指纹识别模块、监控录像设备、大屏幕显示模块、打印机、及无线通信模块如GPRS模块。
下位机还可以有选择地连接：零点信号传感器、位置传感器、货物传感器、压力传感器、防夹传感器、自检测模块、自检测传感器、成对红外光栏发射接收器。
图14是本发明的智能货柜入货控制流程，包括：
S101：控制中心将配送信息传送给上位机，以供取货以及查询。
S102：当配送员将货物送达智能柜前时，继续配送员身份验证，若验证密码错误，入货结束(入货失败)。
S103：若验证密码正确，扫描货物配送码。
S104：上位机将配送码进行译码并生成相应控制程序。
S105：下位机接收到控制程序。
S106：小车回零(当零点信号传感器触发时小车回到零点)。
S107：执行控制程序，控制小车的运动，当位置传感器触发时，小车到达指定货位，取出货盒。
S108：小车继续运动到达仓门。
S109：如货盒为“满”状态，小车返回零点，并发出错误提示，入货结束(入货失败)。
S110：如货盒为“空”状态，小车继续运动，当仓门出位置传感器触发时，仓门打开，配送员将货物放入货盒。
S111：如货盒为“满”状态，关闭仓门(如一段时间后仍未放入货物，仓门将一直保持打开状态，等待放入货物，并发出提示音)。
S112：小车将装有货物的货盒放回原货位。
S113：小车返回零点。
S114：单件入货结束。
图15显示了本发明的智能货柜取货控制流程，包括：
S201：控制中心将配送信息传送给上位机，以供取货以及查询。
S202：当客户(丙方)到达智能柜前时，读卡机扫描取货码。
S203：上位机将取货码进行译码并生成相应控制程序。
S204：下位机接收到控制程序。
S205：小车回零(当零点信号传感器触发时小车回到零点)。
S206：执行控制程序，控制小车的运动，当位置传感器触发时，小车到达指定货位。
S207：小车继续运动到达仓门。
S208：如货盒为“空”状态，小车返回零点，并发出错误提示，取货结束(取货失败)。
S209：如货盒为“满”状态，仓门打开，客户将货物取出货盒。
S210：如货盒为“空”状态，关闭仓门(如一段时间后仍未取出货物，仓门将一直保持打开状态，等待取出货物，并发出提示音)。
S211：小车将空货盒放回原货位。
S212：小车返回零点。
S213：单件取货结束。
图16显示了本发明的下位机控制智能小车取出货盒的流程，包括：
S301：竖直方向电机Z转动，水平方向电机Y转动，当位置传感器触发时，到达A位置。
S302：若所取货物在前排货架，电机M正转90°，若刚才所取货盒位于后排货架，电机M反转90°。
S303：横向电机X转动，货叉伸出。
S304：竖直方向电机Z正向转动，到达货格位置C。
S305：电磁铁通电，吸住货盒。
S306：竖直方向电机Z正向转动到达位置B。
S307：横向电机X转动，货叉收回。
S308：若刚才所取货盒位于前排货架，电机M反转90°，若刚才所取货盒位于后排货架，电机M正转90°。
S309：取出货盒完成。
图17显示了下位机控制智能小车放回货盒的流程，包括：
S401：竖直方向电机Z转动，水平方向电机Y转动，当位置传感器触发时，到达B位置。
S402：若货盒将放于前排货架，电机M正转90°，若货盒将放于后排货架，电机M反转90°。
S403：横向电机X转动，货叉伸出。
S404：竖直方向电机Z反向转动，到达货格位置C。
S405：电磁铁断电，放开货盒。
S406：竖直方向电机Z反向转动到达位置A。
S407：横向电机X转动，货叉收回。
S408：若刚才货盒放在前排货架，电机M反转90°，若刚才货盒放在后排货架，电机M正转90°。
S409：放回货盒完成。
此外，图13所示的货物传感器安装于仓门内侧安装，货盒上有XYZ方向各一排小孔，通过货物传感器(红外扫描装置)确定盒内货品是否装入和取出。
此外，4个图13所示的零点信号传感器分别安装于X导轨后极限位置、Y导轨右极限位置、Z导轨下极限位置及C轴(即货叉的旋转轴)零度位置。各个电机反转运动直到各个位置零点信号传感器都触发时，各轴零点信号传至下位机，小车回到零点。
图13所示的位置传感器由安装于Z滑块、Y滑块上光电传感器及挡片组成(包括极限位置传感器、零点信号传感器)，分别在Y垳架、Z垳架上均布位置传感器，其位置分别与货盒的行号与层号对应，当小车从零点沿Y轴运动开始时，每经过一个挡片时，光电传感器感应一次，下位机计算器加一，以确定到达位置，沿Z轴运动亦是如此，从而小车可以到达指定行与层取出指定货盒。
图18显示了本发明的智能货柜系统的结构，该智能货柜系统包括：
设置在远端的控制中心，具有发送远端指令和接收信息的通信模块(图中未显示)；
分别连接所述控制中心的多个智能货柜，如第一至第N智能货柜，各智能货柜通过分别与所述控制中心双向通信，执行有关入货和取货操作，并将操作结果发送给所述控制中心。
需要说明的是，多个智能货柜的相互距离可以很远，也可以很近。例如多个智能货柜可以作为药品柜放置在药房中，控制中心则是药剂师使用的计算机。控制中心根据处方，向相应智能货柜发出控制指令，使其智能小车根据该控制指令取药。
同样，多个智能货柜也可以资料柜使用，以便控制中心通过发出指令，使智能小车取出相应的资料，并将操作结果上报给控制中心。
当然，多个智能货柜也可以分布到不同地区，以便不同地区的用户在接到相应通知后，从智能货柜取货。在此情况下，本发明的智能货柜系统还包括：
连接控制中心的上游用户终端，如图中所示的第一上游用户终端、第N上游用户终端，用于向控制中心发送包含某个用户将到某个(比如，第一)智能货柜入货或取货的信息(统称为配货信息)的远端指令，以便控制中心将该配货信息发送给该智能货柜(如第一智能货柜)；
连接上游用户终端的下游用户终端，该上游用户终端同样将配货信息发送给下游用户终端，以便该终端的用户到达第一智能货柜取货或入货。
智能货柜首先存储来自控制中心的远端指令，当某用户根据配货信息，输入相应本地指令后，智能货柜的上位机本地指令与远端指令进行比对后，若得到匹配的结果，则执行相应的入货或者取货操作，并将操作结果上报给控制中心。
本系统的每个智能货柜包括：至少一个货架7，其上具有多个从上至下逐行分布的货格，其每个货格内装有一个货盒12；平行于货架7安置的用来进行三维方向移动的智能小车6；安装在货架7上或其附近的用于根据远端指令和/或本地指令生成控制指令的控制台9；安装在货架7上或其附近的用来为智能小车提供驱动电源的电气柜8；安装在货架7上的用来取货或者上货的物料台10；其中，所述控制台9至少具有用来输入本地指令的输入装置，连接控制中心的无线通信模块，以及连接所述输入装置和无线通信模块以根据本地指令和/或远端指令生成控制指令的处理器；其中，所述电气柜8电连接所述控制台9，用于根据所述控制指令驱动所述智能小车6到达货架上的任一个货格，以便将货格上的货盒12移动到所述物料台10或者将货盒12从物料台10返回到货格
另一方面，本发明提供了一种智能货柜系统的控制方法，包括以下步骤：
设置在远端的控制中心向智能货柜发送远端指令；
智能货柜的上位机根据所述远端指令和/或本地指令，生成对下位机进行控制的控制程序；
智能货柜的下位机根据所述控制程序控制智能小车进行三维方向运动，到达货架上的任一个货格，以便将货格上的货盒移动到所述物料台或者将货盒从物料台返回到货格；
其中，下位机通过控制用来驱动智能小车第三伺服电机的X轴伺服驱动器的输出、用来驱动智能小车第一伺服电机的Y轴伺服驱动器的输出、用来驱动智能小车第二伺服电机的Z轴伺服驱动器的输出、用来驱动智能小车第四伺服电机的旋转伺服驱动器的输出，使小车进行所述三维方向运动；
其中，下位机通过控制用来驱动物料台的仓门电机的仓门驱动器的输出，将货盒推出仓门或者将货盒进入仓门。
尽管上文对本发明作了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种智能货柜系统，其特征在于，包括：
设置在远端的控制中心，具有发送远端指令和接收信息的通信模块；
分别连接所述控制中心的多个智能货柜，各智能货柜通过分别与所述控制中心双向通信，执行有关入货和取货操作，并将操作结果发送给所述控制中心，其每个智能货柜包括：
至少一个货架(7)，其上具有多个从上至下逐行分布的货格，其每个货格内装有一个货盒(12)；
平行于货架(7)安置的用来进行沿X、Y、Z三个方向移动的智能小车(6)；
安装在货架(7)上或其附近的用于根据远端指令和/或本地指令生成控制指令的控制台(9)；
安装在货架(7)上或其附近的用来为智能小车提供驱动电源的电气柜(8)；
安装在货架(7)上的用来取货或者上货的物料台(10)；
其中，所述控制台(9)至少具有用来输入本地指令的输入装置，连接控制中心的无线通信模块，以及连接所述输入装置和无线通信模块以根据本地指令和/或远端指令生成控制指令的处理器；
其中，所述电气柜(8)电连接所述控制台(9)，用于根据所述控制指令驱动所述智能小车(6)到达货架上的任一个货格，以便将货格上的货盒(12)移动到所述物料台(10)或者将货盒(12)从物料台(10)返回到货格；
其中，所述智能小车在所述X向使用电机带动滚珠丝杠、滚珠丝杠带动X轴滑块的传动结构；
其中，所述处理器是上位机，所述控制指令是由上位机生成的用来对下位机进行控制的驱动程序，并且所述上位机连接安装在控制台(9)或电气柜(8)内的下位机；
其中，所述下位机通过控制仓门驱动器的输出，驱动物料台上仓门的电机，将货盒推出仓门或者将货盒进入仓门。
2.根据权利要求1所述的智能货柜系统，其特征在于，所述电气柜(8)内装有：
连接下位机的用来驱动智能小车第三伺服电机的X轴伺服驱动器；
连接下位机的用来驱动智能小车第一伺服电机的Y轴伺服驱动器；
连接下位机的用来驱动智能小车第二伺服电机的Z轴伺服驱动器；
连接下位机的用来驱动智能小车第四伺服电机的旋转伺服驱动器；以及
连接下位机的仓门驱动器，用来驱动物料台上仓门的电机。
3.根据权利要求2所述的智能货柜系统，其特征在于，所述智能小车包括：
机座(1)；
安装在机座(1)上的Y轴桁架(21)；
安装在Y轴桁架(21)上的Y轴传动机构(2)；
固定设置在Y轴传动机构(2)上的Z轴桁架(31)，其在Y轴传动机构(2)的带动下在Y轴桁架(21)上左右移动；
安装在Z轴桁架(31)上的Z轴传动机构(3)；
与Z轴传动机构(3)连接的X轴运动单元(4)，其在Z轴桁架(31)上上下移动；
安装在X轴运动单元(4)上用于提取货物的货叉机构(5)，该货叉机构在X轴运动单元(4)上做前后移动并绕Z轴做旋转运动；
其中，所述Y轴传动机构(2)、Z轴传动机构(3)和X轴运动单元(4)均和设于智能小车外部的控制系统相连。
4.根据权利要求3所述的智能货柜系统，其特征在于，所述Y轴传动机构
(2)
包括：
固装在Y轴桁架(21)上的Y轴导轨(22)；
底端面与Y轴导轨(22)滑动连接的Y轴滑块(24)，其顶端面与所述Z轴桁架(31)固定连接；
固装在Y轴桁架(21)上的Y轴驱动机构(23)，其驱动Y轴滑块(24)及Z轴桁架(31)在Y轴导轨(22)上左右移动。
5.根据权利要求3所述的智能货柜系统，其特征在于，所述Z轴传动机构
(3)
包括：
固装在Z轴桁架(31)上的Z轴导轨(32)；
底端面与Z轴导轨(32)滑动连接的Z轴滑块(34)，其顶端面与X轴运动单元(4)固定连接；
固装在Z轴桁架(31)上的Z轴驱动机构(33)，其驱动Z轴滑块(34)及X轴运动单元(4)在Z轴导轨(32)上上下移动。
6.根据权利要求5所述的智能货柜系统，其特征在于，所述X轴运动单元(4)包括：
与Z轴滑块(34)固定连接并在其带动下在Z轴导轨(32)上上下移动的滑台支架(41)；
分别固设在滑台支架(41)上的X轴驱动机构与X轴滑台(43)；
底端面与X轴滑台(43)滑动连接的X轴滑块(51)，其与X轴驱动机构连接并在其带动下可在X轴滑台(43)上前后滑动；
其中，所述货叉机构(5)与X轴滑块(51)连接并在X轴驱动机构的驱动下在X轴滑台(43)上前后滑动。
7.根据权利要求4所述的智能货柜系统，其特征在于，所述Y轴驱动机构
(23)
包括：
固定安装在所述机座(1)上的第一伺服电机(231)；
设置在机座(1)上的主动齿形轮(232)与从动齿形轮(233)，其中主动齿形轮(232)与第一伺服电机(231)的输出轴连接；
与主动齿形轮(232)和从动齿形轮(233)相轮啮合的齿形带(234)；
将齿形带(234)安置在Y轴桁架(21)上的齿形带固定装置(235)，其与Z轴桁架(31)固定连接。
8.根据权利要求6所述的智能货柜系统，其特征在于，所述Z轴驱动机构
(33)
包括：
固装在Z轴桁架(31)上的第二伺服电机(331)；
与第二伺服电机(331)输出轴连接的钢丝绳绕筒(332)；
套装在钢丝绳绕筒(332)上的钢丝绳(333)，其与所述滑台支架(41)固定连接。
9.根据权利要求6所述的智能货柜系统，其特征在于，所述X轴驱动机构
包括：
固装在滑台支架(41)上的第三伺服电机(421)；
与第三伺服电机(421)输出轴连接的滚珠丝杠，且滚珠丝杠与所述X轴滑块(51)连接。
10.一种权利要求1-9任一项所述智能货柜系统的控制方法，其特征在于，
包括以下步骤：
设置在远端的控制中心向智能货柜发送远端指令；
智能货柜的上位机根据所述远端指令和/或本地指令，生成对下位机进行控制的控制程序；
智能货柜的下位机根据所述控制程序控制智能小车进行三维方向运动，到达货架上的任一个货格，以便将货格上的货盒移动到所述物料台或者将货盒从物料台返回到货格；
其中，下位机通过控制用来驱动智能小车第三伺服电机的X轴伺服驱动器的输出、用来驱动智能小车第一伺服电机的Y轴伺服驱动器的输出、用来驱动智能小车第二伺服电机的Z轴伺服驱动器的输出、用来驱动智能小车第四伺服电机的旋转伺服驱动器的输出，使小车进行所述三维方向运动；
其中，下位机通过控制仓门驱动器的输出，驱动物料台上仓门的电机，将货盒推出仓门或者将货盒进入仓门。
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Date of cancellation: 20221018 Granted publication date: 20150311 Pledgee: Jiuge Technology (Beijing) Co.,Ltd. Pledgor: Beijing mingnanhui Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2021990000030 |
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Effective date of registration: 20230117 Address after: No.9-1, Gangyuan Middle Street, Zhongbei High-tech Industrial Development Zone, Taiyuan City, Shanxi Province 030000 Patentee after: Shanxi tingshuo future intelligent equipment Technology Research Institute Co.,Ltd. Address before: 102600 Room 201, unit 1, building 6, jinmaoyue South District, 18 Sihai Road, economic and Technological Development Zone, Daxing District, Beijing Patentee before: Beijing mingnanhui Technology Co.,Ltd. |