CN106494811B - 一种可全方位转向的节能穿梭车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可全方位转向的节能穿梭车，包括车体、以及安装在车体上的转向装置、升降装置、控制系统、超级电容动力源、通信模块、传感器系统，其中传感器系统包括红外测距传感器、防碰撞传感器、压力传感器：所述红外测距传感器测量车辆与货箱之间的距离；防碰撞传感器检测穿梭车是否受到碰撞；压力传感器检测货物是否完全放置在货架上；超级电容动力源分别与控制系统、通信模块导线连接；控制系统和超级电容动力源、转向装置连接形成转向驱动，驱动转向装置进行旋转；控制系统和超级电容动力源、升降装置连接形成升降驱动，驱动升降装置进行升降。本发明使穿梭车实现前行、后退、平移、旋转等全方位的组合运动方式，具有快速性和灵活性的特点。

Description

一种可全方位转向的节能穿梭车

技术领域

本发明属于自动化仓储物流中运输设备技术领域，特别是一种可全方位转向的节能穿梭车。

背景技术

在自动化物流仓储中，穿梭车、叉车、码垛机或升降机搭配使用，在高层货架存储货物。货架接成通道排列，不设置坡度，供穿梭车运行的轨道铺设在每个通道上，小车在巷道里往复运行，自动搬运和储存货物，这充分利用了仓库的高层空间，增加了空间使用率，也减少了人力资源，提高了自动化水平。但穿梭车需由叉车、堆垛机或升降机交换到不同列、不同层、不同通道上。

目前，能同时具备横向和纵向移动的穿梭车屈指可数。一种是字母穿梭车：母车横向移动到巷道口，子车脱离母车纵向移动到巷道内指定位置。由于子车和母车组合使用，不仅增加了整个装置的厚度，空载行走速度也较慢；另一种是八轮式穿梭车：其中，每边各安装两个轮子，前后四轮为纵向行走机构，左右四轮为横向行走机构，当穿梭车需横向移动时，轮子升降机构升起前后四轮，放下左右四轮。八轮式穿梭车的升降机构增加了整个装置的厚度，升降轮子也消耗了一定时间，空载行走速度也较慢。此外，穿梭车需要频繁地刹车和启动，是造成蓄电池大电流放电的因素之一。大电流使电解反应急剧增加，会影响极板涂层，久而久之极板极化加大，蓄电池将报废。国内现有穿梭车对车载电池的保护措施很少，也未采取任何节能措施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可全方位转向的节能穿梭车，使穿梭车实现快速、灵活地前行、后退、平移、旋转等全方位的组合运动方式。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种可全方位转向的节能穿梭车，包括车体、以及安装在车体上的转向装置、升降装置、控制系统、超级电容动力源、通信模块、传感器系统，其中传感器系统包括红外测距传感器、防碰撞传感器、压力传感器：

所述红外测距传感器用于测量车辆与货箱之间的距离；所述防碰撞传感器用于检测穿梭车是否受到碰撞；所述压力传感器通过检测托盘承受的压力判断货物是否完全放置在货架上；

所述超级电容动力源分别与所述控制系统、所述通信模块导线连接；所述控制系统和超级电容动力源、转向装置连接形成转向驱动，驱动转向装置进行旋转；所述控制系统和述超级电容动力源、升降装置连接形成升降驱动，驱动升降装置进行升降。

进一步地，所述车体包括车底架、横向档板、纵向档板、车轮挡板、防滑板、盖板、显示屏、充电接口、电源开关、急停开关、指示灯、蜂鸣器，其中所述车底架为纵向钢梁和横向钢梁组成的正方形框架；所述横向档板通过螺钉固定于最外侧横向钢梁上，所述纵向档板通过螺钉固定于最外侧纵向钢梁上，并且纵向档板与所述横向档板连接呈90度；所述车轮挡板分别安装在所述车底架的四个角上，所述防碰撞传感器分别安装在四角的车轮挡板上；所述防滑板固定于升降装置中升降板两侧；所述盖板固定于升降装置中升降板中间；所述显示屏镶嵌于所述盖板上；所述充电接口镶嵌于横向档板上；所述红外测距传感器分别镶嵌于所述横向档板和所述纵向档板上，用于测量车辆与货箱之间的距离；所述电源开关、所述急停开关、所述指示灯、所述蜂鸣器依次镶嵌于所述横向档板上，所述电源开关用于开启和关闭电源，所述急停开关用于在紧急情况下制动穿梭车；所述指示灯用于指示穿梭车停止、启动、行驶、制动的状态，所述蜂鸣器用于报警。

进一步地，所述转向装置包括第一伺服电机、第一电机支撑座、输入轴、二级减速器装置、输出轴、麦克纳姆轮，所述第一伺服电机通过二级减速器装置带动所述麦克纳姆轮实现转向功能；所述二级减速器装置包括输入轴齿轮、轴承、中间轴、中间轴齿轮组、螺母、支撑座、法兰圈、输出轴齿轮；所述第一伺服电机通过所述第一电机支撑座固定，所述第一伺服电机一端与所述输入轴相连；所述输入轴齿轮和所述输入轴为一成体；所述中间轴上设有所述中间轴齿轮组，中间轴齿轮组由所述轴承前后固定；所述输出轴上依次设有由所述螺母固定的支撑座、轴承、法兰圈、输出轴齿轮、轴承、麦克纳姆轮；所述输入轴齿轮、中间轴齿轮组、输出轴齿轮依次啮合连接，将所述第一伺服电机的力矩传动到所述麦克纳姆轮上，实现转向功能。

进一步地，所述升降装置包括第二伺服电机、减速器、第二电机支撑座、链轮、链条、传动轴、偏心轮、升降板支撑座、升降板支撑杆、升降板；其中，所述第二伺服电机通过所述链轮、所述链条带动所述传动轴转动，所述传动轴通过所述偏心轮使所述升降板进行升降运动；所述第二电机支撑座通过螺钉安装在车底架上；所述第二伺服电机安装在所述第二电机支撑座上，所述第二伺服电机连接所述减速器；减速器的联轴器和所述传动轴的中部分别安装所述链轮，该两个链轮与所述链条啮合连接；所述传动轴两端连接所述偏心轮；所述偏心轮的外端通过所述升降板支撑杆连接所述升降板；所述升降板支撑座安装在所述车底架上，所述升降板支撑杆一端连接所述升降板支撑座、另一端连接所述升降板；所述升降板底部设有所述压力传感器。

进一步地，所述控制系统包括主控制器和电机驱动器，所述电机驱动器用于控制转向装置、升降装置中的伺服电机进行运动；所述主控制器则根据红外测距传感器、防碰撞传感器、压力传感器的检测数据，将外部指令转化为车体的运动指令并发送给电机驱动器。

进一步地，所述超级电容动力源用于给整个穿梭车装置供电，具体包括蓄电池组、超级电容组、双向半桥DC\DC变换器，所述超级电容组存储再生制动能量并提供峰值能量，与所述蓄电池组组成混合动力源，穿梭车起动和加速时利用超级电容组提供辅助大电流，在平稳运行时利用蓄电池组单独供能，在制动时利用超级电容组吸收能量。

进一步地，所述无线通信模块包括无线发射模块和无线接收模块，无线通信模块用于实现上位机和各穿梭车之间的数据通讯；所述无线通信模块采用循环交织纠检错编码，具有无线唤醒功能和组网功能。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)具有快速性和灵活性的特点，麦克纳姆轮可使穿梭车实现前行、后退、平移、旋转等全方位的组合运动方式；(2)适用性强，厚度与字母穿梭车和八轮穿梭车相比明显小得多，所以无需对现有货架和轨道进行改造，具有快速性和灵活性的特点；(3)节能性强，绿色环保，超级电容作为峰值能量的提供单元和再生制动能量的存储单元与车载蓄电池组成混合动力源，起动和加速时利用超级电容的高比功率提供辅助大电流，保证了蓄电池长期工作在安全充放电的电流范围之内。

附图说明

图1是本发明可全方位转向的节能穿梭车的结构示意图。

图2是本发明可全方位转向的节能穿梭车的车体结构示意图。

图3是本发明可全方位转向的节能穿梭车的转向装置结构示意图。

图4是本发明可全方位转向的节能穿梭车的协调运动原理图，其中(a)为纵向移动示意图，(b)为横向移动示意图，(c)为斜向移动示意图，(d)为原地旋转示意图。

图5是本发明可全方位转向的节能穿梭车的升降装置结构示意图。

图6是本发明可全方位转向的节能穿梭车的控制系统结构图。

图7是本发明可全方位转向的节能穿梭车的超级电容动力源工作原理图。

图8是本发明中超级电容组在制动能量再生系统中的储能原理图。

附图标识：1为车体，2为转向装置，3为升降装置，4为控制系统，5为超级电容动力源，6为通信模块，7为红外测距传感器、8为防碰撞传感器、9为压力传感器，11为车底架，12为横向档板，13为纵向档板，14为车轮挡板，15为防滑板，16为盖板，17为显示屏，18为充电接口，20为电源开关，21为急停开关，22为指示灯，23为蜂鸣器，31为第一伺服电机，32为输入轴齿轮，33为输入轴，34为第一电机支撑座，35为轴承，36为中间轴，37为中间轴齿轮组，38为螺母，39为支撑座，40为法兰圈，41为输出轴齿轮，42为输出轴，43为麦克纳姆轮，51为第二伺服电机，52为减速器，53为第二电机支撑座，54为链轮，55为链条，56为传动轴，57为偏心轮，58为升降板支撑座，59为升降板支撑杆，60为升降板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，为本发明可全方位转向的节能穿梭车的结构示意图，所述穿梭车包括车体1、以及安装在车体上的转向装置2、升降装置3、控制系统4、超级电容动力源5、通信模块6、传感器系统，其中传感器系统包括红外测距传感器7、防碰撞传感器8、压力传感器9：

所述红外测距传感器7用于测量车辆与货箱之间的距离；所述防碰撞传感器8用于检测穿梭车是否受到碰撞；所述压力传感器9通过检测托盘承受的压力判断货物是否完全放置在货架上；

所述超级电容动力源5分别与所述控制系统4、所述通信模块6导线连接；所述控制系统4和超级电容动力源5、转向装置2连接形成转向驱动，驱动转向装置2进行旋转；所述控制系统4和述超级电容动力源5、升降装置3连接形成升降驱动，驱动升降装置3进行升降。

如图2所示，为本发明可全方位转向的节能穿梭车的车体结构示意图，所述车体1包括车底架11、横向档板12、纵向档板13、车轮挡板14、防滑板15、盖板16、显示屏17、充电接口18、电源开关20、急停开关21、指示灯22、蜂鸣器23；其中，所述车底架11为各种纵向和横向钢梁组成的正方形框架，承载着车体，是车体的基础；所述横向档板12通过螺钉固定于最外侧横向钢梁上，所述纵向档板13通过螺钉固定于最外侧纵向钢梁上，并且纵向档板13与所述横向档板12连接呈90度；所述车轮挡板14分别安装在所述车底架11的四个角上，用于保护车轮，所述防碰撞传感器8分别安装在四角的车轮挡板14上；所述防滑板15固定于升降装置3中升降板两侧；所述盖板16固定于升降装置3中升降板中间；所述显示屏17镶嵌于所述盖板16上，显示穿梭车的运行信息；所述充电接口18镶嵌于横向档板12上；所述红外测距传感器7分别镶嵌于所述横向档板12和所述纵向档板13上，用于测量车辆与货箱之间的距离；所述电源开关20、所述急停开关21、所述指示灯22、所述蜂鸣器23依次镶嵌于所述横向档板12上；所述电源开关20用于开启和关闭电源；所述急停开关21用于在紧急情况下制动穿梭车；所述指示灯22用于指示穿梭车有关停止、启动、行驶、制动等状态；所述蜂鸣器23作报警用。

如图3所示，为本发明可全方位转向的节能穿梭车的转向装置结构示意图，所述转向装置2包括第一伺服电机31、第一电机支撑座34、输入轴33、二级减速器装置、输出轴42、麦克纳姆轮43，所述第一伺服电机31通过二级减速器装置带动所述麦克纳姆轮43实现转向功能；所述二级减速器装置包括输入轴齿轮32、轴承35、中间轴36、中间轴齿轮组37、螺母38、支撑座39、法兰圈40、输出轴齿轮41；

所述第一伺服电机31通过所述第一电机支撑座34固定，所述第一伺服电机31一端与所述输入轴33相连；所述输入轴33输入功率，需承受转矩和弯矩，考虑到齿轮的强度、轴的强度和刚度，把所述输入轴齿轮32和所述输入轴33做成一成体；所述中间轴36上设有所述齿轮组37，中间轴齿轮组37由所述轴承35前后固定；所述输出轴42上依次设有由所述螺母38固定的所述支撑座39、所述轴承35、所述法兰圈40、所述输出轴齿轮41、所述轴承35、所述麦克纳姆轮43；所述输入轴齿轮32、中间轴齿轮组37、输出轴齿轮41依次啮合连接，将所述第一伺服电机31的力矩传动到所述麦克纳姆轮43上，实现转向功能。

如图4所示，为本发明提出的一种可全方位转向的节能穿梭车的协调运动原理图，其中，fr为麦克纳姆轮运动时辊子所受的滚动摩擦力；fa为麦克纳姆轮运动时辊子所受的轴向摩擦力；ω为麦克纳姆轮运动时的角速度；由于所述麦克纳姆轮43均由所述第一伺服电机31独立驱动，故可根据需要改变各自的方向和速度，达到全方位移动的功能；具体控制方法如下：控制各轮的方向相同且转速相同，穿梭车可作纵向移动；控制左前轮和右后轮向前转、右前轮和左后轮向后转，且四轮转速相同，穿梭车可向右作横向移动；斜向移动或原地旋转需根据运动学模型求解运动学逆问题，可得到各轮转速，各轮转速由各自的伺服电机控制。

如图5所示，为本发明可全方位转向的节能穿梭车的升降装置结构示意图，所述升降装置3包括第二伺服电机51、减速器52、第二电机支撑座53、链轮54、链条55、传动轴56、偏心轮57、升降板支撑座58、升降板支撑杆59、升降板60；其中，所述第二伺服电机51通过所述链轮54、所述链条55带动所述传动轴56转动，所述传动轴56通过所述偏心轮57使所述升降板60进行升降运动；所述第二电机支撑座53通过螺钉安装在车底架11上；所述第二伺服电机51安装在所述第二电机支撑座上53，所述第二伺服电机51连接所述减速器52；减速器52的联轴器和所述传动轴56的中部分别安装所述链轮54，该两个链轮54与所述链条55啮合连接；所述传动轴56两端连接所述偏心轮57；所述偏心轮57的外端通过所述升降板支撑杆59连接所述升降板60；所述升降板支撑座58安装在所述车底架11上，所述升降板支撑杆59一端连接所述升降板支撑座58、另一端连接所述升降板60；所述升降板60底部设有所述压力传感器9，所述压力传感器9可以通过检测托盘承受的压力是否发生变化来判断货物是否完全放置在货架上。

如图6所示，为本发明可全方位转向的节能穿梭车的控制系统结构图，所述控制系统4包括主控制器和电机驱动器，所述电机驱动器用于控制转向装置2、升降装置3中的伺服电机进行运动；

所述超级电容动力源5主要为所述主控制器、所述电机驱动器、所述传感器系统、所述通信模块供电；所述传感器系统包括红外测距传感器7、防碰撞传感器8、压力传感器9；所述红外测距传感器7主要用于测量车辆与货箱之间的距离；所述防碰撞传感器8使穿梭车在受到碰撞时发出警报；所述压力传感器9通过检测托盘承受的压力判断货物是否完全放置在货架上；所述转向装置2、升降装置3中的伺服电机作为车辆的执行机构；所述电机驱动器用于控制伺服电机运动；所述主控制器则根据红外测距传感器7、防碰撞传感器8、压力传感器9的检测数据，将外部指令转化为车体1的运动指令并发送给电机驱动器。

如图7所示，为本发明可全方位转向的节能穿梭车的超级电容动力源工作原理图；如图8所示，本发明超级电容在制动能量再生系统中的储能原理图；所述超级电容动力源5包括蓄电池组、超级电容组、双向半桥DC\DC变换器，主要用于给整个穿梭车装置供电。所述超级电容组存储再生制动能量并提供峰值能量，与所述蓄电池组组成混合动力源，这样可以充分利用蓄电池能量密度高的特性以及超级电容功率密度高的特点，在穿梭车起动和加速时利用超级电容的高比功率提供辅助大电流，在平稳运行时利用蓄电池单独供能，在制动时利用超级电容吸收能量，这样便可以保证蓄电池长期工作在安全充放电的电流范围之内。

所述无线通信模块6包括无线发射模块和无线接收模块，主要用于实现控制端和穿梭车之间的数据通讯；所述无线通信模块采用高效的循环交织纠检错编码，具有无线唤醒功能和组网功能。

综上所述，本发明可全方位转向的节能穿梭车中，麦克纳姆轮可使穿梭车实现前行、后退、平移、旋转等全方位的组合运动方式，且无需对现有轨道进行改造，具有快速性和灵活性的特点；超级电容作为峰值能量的提供单元和再生制动能量的存储单元与车载蓄电池组成混合动力源；起动和加速时利用超级电容的高比功率提供辅助大电流，保证了蓄电池长期工作在安全充放电的电流范围之内。

Claims (6)

1.一种可全方位转向的节能穿梭车，其特征在于，包括车体（1）、以及安装在车体上的转向装置（2）、升降装置（3）、控制系统（4）、超级电容动力源（5）、通信模块（6）、传感器系统，其中传感器系统包括红外测距传感器（7）、防碰撞传感器（8）、压力传感器（9）：

所述红外测距传感器（7）用于测量车辆与货箱之间的距离；所述防碰撞传感器（8）用于检测穿梭车是否受到碰撞；所述压力传感器（9）通过检测托盘承受的压力判断货物是否完全放置在货架上；

所述超级电容动力源（5）分别与所述控制系统（4）、所述通信模块（6）导线连接；所述控制系统（4）和超级电容动力源（5）、转向装置（2）连接形成转向驱动，驱动转向装置（2）进行旋转；所述控制系统（4）和述超级电容动力源（5）、升降装置（3）连接形成升降驱动，驱动升降装置（3）进行升降；

所述转向装置（2）包括第一伺服电机（31）、第一电机支撑座（34）、输入轴（33）、二级减速器装置、输出轴（42）、麦克纳姆轮（43），所述第一伺服电机（31）通过二级减速器装置带动所述麦克纳姆轮（43）实现转向功能；所述二级减速器装置包括输入轴齿轮（32）、轴承（35）、中间轴（36）、中间轴齿轮组（37）、螺母（38）、支撑座（39）、法兰圈（40）、输出轴齿轮（41）；所述第一伺服电机（31）通过所述第一电机支撑座（34）固定，所述第一伺服电机（31）一端与所述输入轴（33）相连；所述输入轴齿轮（32）和所述输入轴（33）为一成体；所述中间轴（36）上设有所述中间轴齿轮组（37），中间轴齿轮组（37）由所述轴承（35）前后固定；所述输出轴（42）上依次设有由所述螺母（38）固定的支撑座（39）、轴承（35）、法兰圈（40）、输出轴齿轮（41）、轴承（35）、麦克纳姆轮（43）；所述输入轴齿轮（32）、中间轴齿轮组（37）、输出轴齿轮（41）依次啮合连接，将所述第一伺服电机（31）的力矩传动到所述麦克纳姆轮（43）上，实现转向功能。

2.根据权利要求1所述的可全方位转向的节能穿梭车，其特征在于，所述车体（1）包括车底架（11）、横向档板（12）、纵向档板（13）、车轮挡板（14）、防滑板（15）、盖板（16）、显示屏（17）、充电接口（18）、电源开关（20）、急停开关（21）、指示灯（22）、蜂鸣器（23），其中所述车底架（11）为纵向钢梁和横向钢梁组成的正方形框架；所述横向档板（12）通过螺钉固定于最外侧横向钢梁上，所述纵向档板（13）通过螺钉固定于最外侧纵向钢梁上，并且纵向档板（13）与所述横向档板（12）连接呈90度；所述车轮挡板（14）分别安装在所述车底架（11）的四个角上，所述防碰撞传感器（8）分别安装在四角的车轮挡板（14）上；所述防滑板（15）固定于升降装置（3）中升降板两侧；所述盖板（16）固定于升降装置（3）中升降板中间；所述显示屏（17）镶嵌于所述盖板（16）上；所述充电接口（18）镶嵌于横向档板（12）上；所述红外测距传感器（7）分别镶嵌于所述横向档板（12）和所述纵向档板（13）上，用于测量车辆与货箱之间的距离；所述电源开关（20）、所述急停开关（21）、所述指示灯（22）、所述蜂鸣器（23）依次镶嵌于所述横向档板（12）上，所述电源开关（20）用于开启和关闭电源，所述急停开关（21）用于在紧急情况下制动穿梭车；所述指示灯（22）用于指示穿梭车停止、启动、行驶、制动的状态，所述蜂鸣器（23）用于报警。

3.根据权利要求1所述的可全方位转向的节能穿梭车，其特征在于，所述升降装置（3）包括第二伺服电机（51）、减速器（52）、第二电机支撑座（53）、链轮（54）、链条（55）、传动轴（56）、偏心轮（57）、升降板支撑座（58）、升降板支撑杆（59）、升降板（60）；其中，所述第二伺服电机（51）通过所述链轮（54）、所述链条（55）带动所述传动轴（56）转动，所述传动轴（56）通过所述偏心轮（57）使所述升降板（60）进行升降运动；所述第二电机支撑座（53）通过螺钉安装在车底架（11）上；所述第二伺服电机（51）安装在所述第二电机支撑座上（53），所述第二伺服电机（51）连接所述减速器（52）；减速器（52）的联轴器和所述传动轴（56）的中部分别安装所述链轮（54），该两个链轮（54）与所述链条（55）啮合连接；所述传动轴（56）两端连接所述偏心轮（57）；所述偏心轮（57）的外端通过所述升降板支撑杆（59）连接所述升降板（60）；所述升降板支撑座（58）安装在所述车底架（11）上，所述升降板支撑杆（59）一端连接所述升降板支撑座（58）、另一端连接所述升降板（60）；所述升降板（60）底部设有所述压力传感器（9）。

4.根据权利要求1所述的可全方位转向的节能穿梭车，其特征在于，所述控制系统（4）包括主控制器和电机驱动器，所述电机驱动器用于控制转向装置（2）、升降装置（3）中的伺服电机进行运动；所述主控制器则根据红外测距传感器（7）、防碰撞传感器（8）、压力传感器（9）的检测数据，将外部指令转化为车体（1）的运动指令并发送给电机驱动器。

5.根据权利要求1所述的可全方位转向的节能穿梭车，其特征在于，所述超级电容动力源（5）用于给整个穿梭车装置供电，具体包括蓄电池组、超级电容组、双向半桥DC\DC变换器，所述超级电容组存储再生制动能量并提供峰值能量，与所述蓄电池组组成混合动力源，穿梭车起动和加速时利用超级电容组提供辅助大电流，在平稳运行时利用蓄电池组单独供能，在制动时利用超级电容组吸收能量。

6.根据权利要求1所述的可全方位转向的节能穿梭车，其特征在于，所述通信模块（6）包括无线发射模块和无线接收模块，通信模块（6）用于实现上位机和各穿梭车之间的数据通讯；所述通信模块（6）采用循环交织纠检错编码，具有无线唤醒功能和组网功能。