CN103612882B - 一种交叉轨道穿梭车用双向行走机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及物流装备领域，尤其涉及一种用于交叉轨道穿梭车的双向行走机构。由车体、换向机构、纵向行走机构、横向行走机构、电器仓和电气系统等组成；车体为安装各个机构的基础，换向机构共有两组，在车体内部相互垂直交错安装，其上分别安装有纵向行走机构和横向行走机构，电器仓安装在车体的上方，电气系统安装在电器仓内。本发明机构用作交叉轨道穿梭车的行走装置，具有结构紧凑不受车体大小限制、双向行走机构稳定性好适合高速应用场合的特点。安装了这种双向行走机构的穿梭车用于物流系统中，可以组成多种形式的密集式仓储系统，具有占地面积小、货位布局紧凑、作业灵活、作业效率高的特点。

Description

一种交叉轨道穿梭车用双向行走机构

一、技术领域

本发明涉及物流装备领域，尤其涉及一种用于交叉轨道穿梭车的双向行走机构。

二、背景技术

穿梭车是物流系统中常用的一种工业搬运车辆。传统的穿梭车只有单向的行走机构，车辆只能在平面内的直线轨道或具有一定转弯半径的曲线轨道上往复行驶。当需要在平面内X、Y两个方向上搬运货物时，这种传统的穿梭车轨道占地面积大，浪费作业空间；如果在贯通式货架的货物通道内使用这种穿梭车，由于在巷道内无法布置转弯轨道，就需要在通道端部借助堆垛机或叉车将穿梭车从一个通道搬运到另一个通道，这样势必会增加作业环节和时间，降低物流系统的作业效率。

中国国家知识产权局专利局在2013年5月22日公开了一项公告号为CN103101737A，名称为“一种沿交叉轨道行走的穿梭车”的中国专利申请，它主要由车体、纵向行走机构、升降机构、横向行走机构、载物装置和电气系统组成，其纵向行走机构安装在车体上，升降机构分别安装在车体和纵向行走机构的纵向轮轴上，横向行走机构安装在升降机构的升降架上。该车由于在车体内设置了带有横向行走机构的升降架，升降架收回时需要将整个横向行走机构置放在车体内，因而整车体积较大，只适合于运载托盘一类的大型货物单元，不适合小型穿梭车应用场合。同时，由于安装了横向行走机构的升降架与车体之间存在多个运动副连接，对横向行走时的整车稳定性有一定影响，横向行走速度不宜过快。

三、发明内容

本发明目的是为了克服现有穿梭车的局限性，提高穿梭车的作业灵活性和作业效率，提供一种新型的交叉轨道穿梭车用双向行走机构。

本发明的基本构思是由车体、换向机构、纵向行走机构、横向行走机构、电器仓和电气系统构成；车体为矩形刚性框架，在车体四个角的侧板上，按照换向机构的布局加工安装滑动轴承座的孔，框架的底部有横梁；纵向行走机构和横向行走机构通过换向机构安装在车体上；电气系统安装在电器仓内，并与换向机构、纵向行走机构、横向行走机构的驱动电机相连接。

换向机构由滑动轴承座、偏心盘、减速伺服电机、蜗轮、蜗杆、蜗杆轴、蜗杆轴支撑座、滚动轴承、同步带、同步带轮、同步带张紧轮构成；滑动轴承座固定安装在车体四个角的侧板上预制的滑动轴承座孔内，滑动轴承座内活动安装偏心盘，偏心盘的偏心孔内安装滚动轴承，蜗轮安装在偏心盘上，蜗杆安装在蜗杆轴上并与蜗轮相啮合组成蜗轮蜗杆机构，蜗杆轴通过蜗杆轴支撑座安装车体的侧板上；同轴的两套蜗轮蜗杆机构为一组，在车体的矩形刚性框架对应的侧板上分别对应安装两组；在相邻的两个侧板上，分别在同轴的两组蜗轮蜗杆机构之间安装减速伺服电机，减速伺服电机的扭力臂安装在扭力臂固定座上，扭力臂固定座安装在车体框架底部的横梁上。减速伺服电机两端驱动轴通过蜗杆轴与安装在同一侧板上同轴的两个蜗杆相连接，蜗杆轴上安装主动同步带轮；与该相邻两侧板对应的两个侧板上，分别安装的两套同轴的蜗轮蜗杆之间安装蜗杆轴支架，蜗杆轴支架上安装蜗杆轴并与两套同轴的蜗轮蜗杆机构的蜗杆相连接，该蜗杆轴与相对应侧板上的蜗杆轴上的主动同步带轮对应的位置安装从动同步带轮，主动同步带轮和从动同步带轮之间安装同步带并安装涨紧轮张紧。

纵向行走机构由驱动减速电机、2个纵向行走驱动轮、2个纵向行走从动轮、万向传动轴和电机支架构成。2个纵向行走驱动轮安装在换向机构偏心盘的偏心孔内滚动轴承内带万向接头的回转轴颈上；2个纵向行走从动轮安装在换向机构偏心盘的偏心孔内滚动轴承内不带万向接头的的回转轴颈上。驱动减速电机安装在电机支架上，电机支架安装在车体底部的横梁上，驱动减速电机的两端动力输出轴上安装万向接头；用万向传动轴将驱动减速电机的两端动力输出轴分别与2个纵向行走驱动轮相连接。

横向行走机构由驱动减速电机、2个横向行走驱动轮、2个横向行走从动轮、驱动轴和扭力臂固定座构成。驱动减速电机套装在驱动轴上，电机的扭力臂安装在扭力臂固定座上，扭力臂固定座安装，驱动轴的两端安装在换向机构偏心盘的偏心孔内滚动轴承内，并伸出轴颈，在轴颈上分别安装2个横向行走驱动轮；2个横向行走从动轮对应安装在换向机构偏心盘的偏心孔内滚动轴承内的回转轴颈上。

电器仓为一个与车体尺寸相配合的箱体，箱体的侧板和顶板可以拆卸，便于安装电气系统的元件。

电气系统由控制单元、充电电池组、电流逆变器和相应的连接电缆组成，安装在车体上方的电器仓内并与换向机构、纵向行走机构、横向行走机构的驱动电机相连接，同时与仓储系统的上位计算机控制系统相连接。

本发明的工作原理：

本发明双向行走机构采用充电电池组提供直流电，直流电通过电流逆变器转换为工频交流电用来驱动各个电机，控制单元用来控制各电机的逻辑动作，同时与穿梭车所在的物流系统的上位计算机进行通讯。

换向机构的工作原理：一组换向机构的减速伺服电机启动，带动与之相连的蜗杆轴转动，该蜗杆轴上的同步带轮随之一起转动，并通过与之啮合的同步带和另一个同步带轮带动对面的另一根蜗杆轴同步转动；该组的两根蜗杆轴两端共有4根蜗杆随轴一起转动，每根蜗杆带动与之啮合的一个蜗轮转动，蜗轮带动安装在滑动轴承座内的偏心盘转动，蜗轮蜗杆副的旋向配置使得分布在车体两侧四个偏心盘的转向呈镜像对称；通过偏心盘的转动可以使安装在其上的一组纵向行走机构或横向行走机构的四个车轮同时升降，升降高度由减速伺服电机精确控制。

横向行走机构工作原理：横向驱动减速电机启动，带动驱动轴转动，驱动轴带动横向行走驱动轮转动，实现横向行走功能，通过电机的正反转和变速实现横向行走机构的前进、后退和变速行走。

纵向行走机构工作原理：纵向驱动减速电机启动，带动万向传动轴转动，万向传动轴带动纵向行走驱动轮转动，实现纵向行走功能，通过电机的正反转和变速实现纵向行走机构的前进、后退和变速行走。

应用效果：本发明装置作为一个独立的功能单元安装在穿梭车的底部，通过其纵向行走机构和横向行走机构的交替升降变换，可以使穿梭车沿平面内垂直交叉轨道行走。本发明装置结构紧凑，不受车体大小限制，双向行走机构稳定性更好，适合高速应用场合。安装了这种双向行走机构的穿梭车用于物流系统中，可以组成多种形式的密集式仓储系统，具有占地面积小、货位布局紧凑、作业灵活、作业效率高的特点，具有广阔的应用前景。

四、附图说明

图1为本发明结构示意图的轴测图；

图2为本发明结构示意图的俯视图；

图3为本发明结构示意图的主视图；

图4为本发明结构示意图的侧视图；

图5为本发明完整结构的轴测图；

图6为本发明换向机构结构示意图的局部视图；

图7为横向行走轮下降、纵向行走轮升起状态示意图；

图8为横向和纵向行走轮全部下降状态示意图。

附图标记：

1、车体 2、13、蜗杆轴 3、减速伺服电机 4、12、同步带轮 5、同步带 6、蜗杆轴支撑座 7、万向传动轴 8、纵向驱动减速电机 9、电机支架 10、同步带张紧轮 11、张紧轮固定座 14、横向驱动减速电机 15、驱动轴 16、17、扭力臂固定座 18、轴承座孔 19、24、横向行走从动轮 20、23、横向行走驱动轮 21、26、纵向行走驱动轮 22、25、纵向行走从动轮 27、偏心盘 28、滚动轴承 29、滑动轴承座 30、蜗轮 31、蜗杆 32、控制单元 33、充电电池组 34、电流逆变器 35、电器仓 36、横梁

五、具体实施方式

下面结合附图详细叙述本发明的具体实施过程，如图1～8所示。

本发明由车体、换向机构、纵向行走机构、横向行走机构、电器仓和电气系统等组成。

车体1为安装各个机构的基础，是由四块侧板焊接或用螺栓连接而成的一个矩形框架，每块侧板上都开有两个轴承座孔18，每块侧板内侧(即朝向车体内部一侧)都安装有蜗杆轴支撑座6，框架底部安装有横梁36(图1)。

换向机构共有两组，结构完全相同，由减速伺服电机3、蜗杆轴2、13、蜗轮30、偏心盘27、滑动轴承座29、滚动轴承28、蜗杆轴支撑座6、同步带5、同步带轮4、12、同步带张紧轮10、张紧轮座11和扭力臂固定座17构成。蜗杆轴2穿过蜗杆轴支撑座6固定在车体上，同步带轮4安装在蜗杆轴2上，同步带轮12安装在蜗杆轴13上，安装在车体1内相对两块侧板上的两根蜗杆轴为一组，其上的蜗杆31旋向相反，在其中一根蜗杆轴2的中部套装有减速伺服电机3，减速伺服电机3的扭力臂安装在扭力臂固定座17上，扭力臂固定座17安装在车体框架底部的横梁36上；每根蜗杆轴两端的蜗杆31分别与一个蜗轮30相啮合，蜗轮30安装在带有偏心孔的偏心盘27上，偏心盘27通过滑动轴承座29安装在侧板的轴承座孔18内，偏心盘27的偏心孔内安装有滚动轴承28；同组两根蜗杆轴上的同步带轮之间用闭合的环形同步带5相连接，环形同步带5内安装同步带张紧轮10，同步带张紧轮10通过张紧轮座11固定在车体框架底部的横梁36上。两组换向机构在车体内部相互垂直交错安装(图1～4、图6)。

横向行走机构由横向驱动减速电机14、横向行走驱动轮20、23、横向行走从动轮19、24、驱动轴15和扭力臂固定座16构成。驱动轴15穿过另一组换向机构的一对偏心盘27上偏心孔内的滚动轴承28安装，驱动轴15的两端轴颈伸出在车体1侧板的外侧，轴颈上安装横向行走驱动轮；横向行走从动轮的轮轴穿过该组换向机构另一对偏心盘27上偏心孔内的滚动轴承28安装，并使车轮位于车体1侧板的外侧；横向驱动减速电机14套装在驱动轴15上，电机的扭力臂安装在扭力臂固定座16上，扭力臂固定座16安装在车体框架底部的横梁36上。在车体内横向行走机构与纵向行走机构呈相互垂直位置(图1～2、图4)。

纵向行走机构由纵向驱动减速电机8、纵向行走驱动轮21、26、纵向行走从动轮22、25、万向传动轴7和电机支架9构成。纵向行走驱动轮和纵向行走从动轮的轮轴穿过一组换向机构偏心盘27上偏心孔内的滚动轴承28安装，并使车轮位于车体侧板的外侧；纵向驱动减速电机8安装在电机支架9上，电机支架9安装在车体底部的横梁36上；万向传动轴7一端的半轴与纵向驱动减速电机8的输出轴孔通过花键连接，万向传动轴7另一端的半轴与纵向驱动轮轴连接(图1～3)。

电气系统由控制单元32、充电电池组33和电流逆变器34构成。它们都安装在车体1内部的电器仓35内(图5)。

本发明装置作为穿梭车的行走功能单元，安装在穿梭车底部的适当位置，可以为穿梭车提供沿平面内垂直交叉轨道双向行走的功能。

本发明采用充电电池组33提供直流电，直流电通过电流逆变器34转换为工频交流电用来驱动各个电机，控制单元用来控制各电机的逻辑动作，同时与穿梭车所在的物流系统的上位计算机控制系统相连接并进行通讯。

当穿梭车处于停止位置时，横向行走轮19、24、20、23和纵向行走轮21、26、22、25都在换向机构的带动下降至最低位置，同时与横向行走轨道和纵向行走轨道接触，可以提高穿梭车的支撑稳定性(图8)。

当穿梭车需要沿横向行走时，首先纵向换向机构中的减速伺服电机3启动，通过前述的同步带和蜗轮蜗杆传动系统，带动四个偏心盘27镜像对称转动，使纵向行走机构的四个车轮21、22、25、26同时升起并脱离纵向行走轨道(图7)；然后横向驱动减速电机14启动，带动驱动轴15转动，进而驱动横向行走驱动轮20、23转动，并带动横向行走从动轮19、24从动，穿梭车实现横向行走功能。通过横向驱动减速电机14的正反转和变速可以实现穿梭车的横向前进、后退和变速行驶。

当穿梭车需要从横向行走状态转换到纵向行走状态时，首先穿梭车要行驶到交叉轨道处并停止。纵向换向机构带动纵向行走机构的四个车轮21、22、25、26同时降下到纵向行走轨道上，然后横向换向机构带动横向行走机构的四个车轮19、24、20、23同时升起并脱离横向行走轨道，纵向驱动减速电机8开始动作，驱动万向传动轴7运转，进而驱动纵向行走驱动轮21、26转动，并带动纵向行走从动轮22、25从动，穿梭车实现纵向行走功能。通过纵向驱动减速电机8的正反转和变速可以实现穿梭车的纵向前进、后退和变速行驶。

穿梭车从纵向行走状态转换到横向行走状态时，机构转换的逻辑顺序与前述类似，不再赘述。

Claims (4)

1.一种交叉轨道穿梭车用双向行走机构，由车体、换向机构、纵向行走机构、横向行走机构、电器仓和电气系统构成；车体为矩形刚性框架，在车体四个角的侧板上，按照换向机构的布局加工安装滑动轴承座的孔，框架的底部有横梁；纵向行走机构和横向行走机构通过换向机构安装在车体上；电气系统安装在电器仓内，并与换向机构、纵向行走机构、横向行走机构的驱动电机相连接，其特征为所述的换向机构由滑动轴承座、偏心盘、减速伺服电机、蜗轮、蜗杆、蜗杆轴、蜗杆轴支撑座、滚动轴承、同步带、同步带轮、同步带张紧轮构成；滑动轴承座固定安装在车体四个角的侧板上预制的滑动轴承座孔内，滑动轴承座内活动安装偏心盘，偏心盘的偏心孔内安装滚动轴承，蜗轮安装在偏心盘上，蜗杆安装在蜗杆轴上并与蜗轮相啮合组成蜗轮蜗杆机构，蜗杆轴通过蜗杆轴支撑座安装车体的侧板上；同轴的两套蜗轮蜗杆机构为一组，在车体的矩形刚性框架对应的侧板上分别对应安装两组；在相邻的两个侧板上，分别在同轴的两组蜗轮蜗杆机构之间安装减速伺服电机，减速伺服电机的扭力臂安装在扭力臂固定座上，扭力臂固定座安装在车体框架底部的横梁上，减速伺服电机两端驱动轴通过蜗杆轴与安装在同一侧板上同轴的两个蜗杆相连接，蜗杆轴上安装主动同步带轮；与该相邻两侧板对应的两个侧板上，分别安装的两套同轴的蜗轮蜗杆之间安装蜗杆轴支架，蜗杆轴支架上安装蜗杆轴并与两套同轴的蜗轮蜗杆机构的蜗杆相连接，该蜗杆轴与相对应侧板上的蜗杆轴上的主动同步带轮对应的位置安装从动同步带轮，主动同步带轮和从动同步带轮之间安装同步带并安装涨紧轮张紧。

2.根据权利要求1所述的一种交叉轨道穿梭车用双向行走机构，其特征为所述的纵向行走机构由驱动减速电机、2个纵向行走驱动轮、2个纵向行走从动轮、万向传动轴和电机支架构成；2个纵向行走驱动轮安装在换向机构偏心盘的偏心孔内滚动轴承内带万向接头的回转轴颈上；2个纵向行走从动轮安装在换向机构偏心盘的偏心孔内滚动轴承内不带万向接头的回转轴颈上；驱动减速电机安装在电机支架上，电机支架安装在车体底部的横梁上，驱动减速电机的两端动力输出轴上安装万向接头；用万向传动轴将驱动减速电机的两端动力输出轴分别与2个纵向行走驱动轮相连接。

3.根据权利要求1所述的一种交叉轨道穿梭车用双向行走机构，其特征为所述的横向行走机构由驱动减速电机、2个横向行走驱动轮、2个横向行走从动轮、驱动轴和扭力臂固定座构成；驱动减速电机套装在驱动轴上，电机的扭力臂安装在扭力臂固定座上，扭力臂固定座安装在车体框架底部的横梁上，驱动轴的两端安装在换向机构偏心盘的偏心孔内滚动轴承内，并伸出轴颈，在轴颈上分别安装2个横向行走驱动轮；2个横向行走从动轮对应安装在换向机构偏心盘的偏心孔内滚动轴承内的回转轴颈上。

4.根据权利要求1所述的一种交叉轨道穿梭车用双向行走机构，其特征为所述的电气系统安装在车体上方的电器仓内并与换向机构、纵向行走机构、横向行走机构的驱动电机相连接，同时与仓储系统的上位计算机控制系统相连接。