CN108033184B - 一种基于多向穿梭车的立体库系统及穿梭车的出入库方法 - Google Patents

一种基于多向穿梭车的立体库系统及穿梭车的出入库方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及物流领域，尤其涉及一种基于多向穿梭车的立体库系统及穿梭车的出入库方法，包括：货架，在所述货架上设有货框，在所述货架之间设有轨道系统，所述轨道系统包括若干垂直轨道和水平轨道，所述垂直轨道和水平轨道在横纵交叉处设有活门开关机构；若干穿梭车，包括车体，在车体上设有控制模块、货框推拉机构以及活门开关触发机构。本发明的有益效果是：智能控制穿梭车实现转弯以及装卸货架；基于穿梭车运行安全的情况下，实现立体库系统的吞吐量最大。

Description

一种基于多向穿梭车的立体库系统及穿梭车的出入库方法
技术领域
本发明涉及物流领域，尤其涉及一种基于多向穿梭车的立体库系统及穿梭车的出入库方法。
背景技术
穿梭车是一种智能机器人，可以编程实现取货、运送、放置等任务，并可与上位机或WMS系统进行通讯，实现自动化存取等功能。穿梭车式立体库系统将传统立体库加上高精度导轨，可以让穿梭车在上面平稳运行，导轨同时承担货物输送和货物存储功能，从而极大提高仓储空间利用率。
目前，穿梭车都是通过车轮沿一条导轨运行，发明人研究发现，穿梭车布置在一条轨道上运行，这就限制了输送货物的方向，它只能在一段直线轨道上进行往复运动，该模式的穿梭车输送能力有限，效率较低，实用性差。
有鉴于此，设计制造出一种可转弯的穿梭车且吞吐量大的立体库系统显得尤为重要。
发明内容
为解决现有方法存在的问题，本发明给出一种基于多向穿梭车的立体库系统及穿梭车的出入库方法。
本发明技术方案是：一种基于多向穿梭车的立体库系统，包括：货架，在所述货架上设有货框，在所述货架之间设有轨道系统，所述轨道系统包括若干垂直轨道和水平轨道，所述垂直轨道和水平轨道在横纵交叉处设有活门开关机构；若干穿梭车，包括车体，在车体上设有控制模块、货框推拉机构以及活门开关触发机构，所述控制模块用于车体、货框推拉机构以及活门开关触发机构的控制，所述货框推拉机构用于将货框存放到指定货架或将指定货架上的货框取出，所述活门开关触发机构用于触发活门开关机构，实现车体在垂直轨道或水平轨道上的切换。
优选的，所述系统还包括操作台，所述操作台与货架通过轨道系统连接，穿梭车从操作台进或出货架，操作人员在操作台进行上下货操作，操作台通过向控制模块发送控制指令来控制穿梭车的移动。
优选的，所述垂直轨道和水平轨道均包括齿条轨道以及普通轨道，所述齿条轨道与普通轨道并列排布，穿梭车沿齿条轨道行进，普通轨道为穿梭车行进提供辅助导向。
优选的，所述的货框推送机构包括传动轴、推拉杆、传动链条及驱动电机；所述驱动电机通过传动轴带动传动链条，固定于传动链条上的推拉杆与货框上的卡扣配合连接并带动货框移动。
优选的，所述活门开关机构包括顶压块、连杆及活门，所述顶压块设于水平轨道的一侧，并与水平轨道滑动连接，所述活门一端通过连杆与顶压块连接，活门的另一端与轨道系统铰接；水平移动的穿梭车通过活门开关触发机构推动顶压块，从而活门转动形成向下或向上的轨道，活门开关在穿梭车转弯后在重力作用下复位；垂直移动的穿梭车通过车轮顶开活门开关实现转弯，活门开关在穿梭车转弯后在重力作用下复位。
优选的，所述活门开关触发机构包括凸轮及顶针，所述凸轮与传动链条传动连接，凸轮旋转带动顶针水平伸缩移动；当顶针水平移动至最长行程时，可接触到顶压块；当顶针水平移动至最短行程时，无法接触到顶压块；通过顶针与顶压块间的触发关系控制活门开关机构。
优选的，所述穿梭车还包括定位机构，所述货架内还设有若干感应片，所述定位机构包括若干接近传感器，所述接近传感器设置于车体行进方向两侧，且通过感应片确定穿梭车所在位置。
本发明还涉及一种基于多向穿梭车的出入库方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，取当前时间片tk中各穿梭车的即时位置li，k，即时直线速度vi，k，其中i为穿梭车编号，k为时间片编号；
S2，计算当前时间片tk中任意两穿梭车i与j间的距离dk(i，j)；
S3，基于当前状态计算下一时间片tk+1中各穿梭车的预期位置li，k+1，预期直线速度vi，k+1，其中tk+1＝tk+Δt，Δt为时间片粒度；根据当前状态计算下一时间片tk+1中各穿梭车的预期状态提出最优调度算法使得每两辆穿梭车间距都接近理想间距，每辆穿梭车速度最大，从而达到吞吐量最大，所述最优调度算法的计算式为：
s.t.0≤vi，k≤vmax，dmin≤di，j，
其中，ξ为速度项与距离项的加权调整因子，vmax为穿梭车自身能达到的最大速度，dmin为确保穿梭车间不发生碰撞的最小距离，vi，k为该最优调度算法的自由变量，Lk(di，j)为时间片tk中任意两穿梭车i与j间距离的损失函数，该损失函数为两穿梭车间理想距离d与实际距离di，j偏差|di，j－d|的递增函数。
优选的，所述计算时间片tk中任意两穿梭车i与j间的L-1距离dk(i，j)的公式为：
dk(i，j)＝||li，k－lj，k||1；
所述计算下一时间片tk+1中各穿梭车的预期位置li，k+1的公式为：该预期位置由两穿梭车间的L-1距离决定，即||li，k+1－lj，k||1＝vi，kΔt。
优选的，所述的L-1距离为两穿梭车在标准坐标系上的绝对轴距之总和。
本发明的有益效果是：智能控制穿梭车实现转弯以及装卸货架；基于穿梭车运行安全的情况下，实现立体库系统的吞吐量最大。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例的整体结构示意图；
图2是本发明实施例中活门开关机构闭合的结构示意图；
图3是本发明实施例中活门开关机构打开的结构示意图；
图4是本发明实施例中穿梭车的结构示意图；
图5是本发明实施例中穿梭车装货框的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
结合附图1，一种基于多向穿梭车的立体库系统，包括：货架1，在所述货架上设有货框11，在所述货架之间设有轨道系统2，在货架两侧设有操作台3，在轨道系统上运行的穿梭车4。
货架有多层，且一般有两排，也可以根据实际需要安装多排，在相邻的货架之间安装轨道系统。
轨道系统包括若干水平轨道21和垂直轨道22，水平轨道分别安装于货架的顶部和底部，垂直轨道两端分别连接顶部和底部的水平轨道。垂直轨道和水平轨道均包括齿条轨道以及普通轨道，所述齿条轨道与普通轨道并列排布，穿梭车沿齿条轨道行进，普通轨道为穿梭车行进提供辅助导向。
垂直轨道和水平轨道在横纵交叉处设有活门开关机构23。结合附图2-3，活门开关机构包括顶压块231、连杆232及活门233，所述顶压块设于水平轨道的一侧，并与水平轨道滑动连接，所述活门一端通过连杆与顶压块连接，活门的另一端与轨道系统铰接；水平移动的穿梭车通过活门开关触发机构推动顶压块，从而活门转动形成向下或向上的轨道，活门开关在穿梭车转弯后在重力作用下复位；垂直移动的穿梭车通过车轮顶开活门开关实现转弯，活门开关在穿梭车转弯后在重力作用下复位。
操作台与货架通过轨道系统连接，操作台通过向控制模块发送控制指令来控制穿梭车的移动。穿梭车从操作台进或出货架，操作人员在操作台进行上下货操作，操作台通过向控制模块发送控制指令来控制穿梭车的移动。
结合附图4，穿梭车，包括车体41，在车体上设有控制模块、货框推拉机构42、活门开关触发机构43以及定位机构。车体内安装有电机，电机输出轴连接车轴，车轴的两端分别连接与轨道系统配合的锯齿轮，可实现小车在任何位置停止。控制模块用于车体、货框推拉机构以及活门开关触发机构的控制，所述货框推拉机构用于将货框存放到指定货架或将指定货架上的货框取出，所述活门开关触发机构用于触发活门开关机构，实现车体在垂直轨道或水平轨道上的切换。货架内还设有若干感应片，定位机构包括若干接近传感器，接近传感器设置于车体行进方向两侧，且通过感应片确定穿梭车所在位置，并向操作台发送位置信息。
具体的，结合附图5，货框推送机构包括传动轴421、推拉杆422、传动链条423及驱动电机424。所述驱动电机通过传动轴带动传动链条，固定于传动链条上的推拉杆与货框上的卡扣配合连接并带动货框移动，实现货框的装卸。
具体的，活门开关触发机构包括凸轮431及顶针432，所述凸轮与传动链条传动连接，凸轮旋转带动顶针水平伸缩移动；当顶针水平移动至最长行程时，可接触到顶压块；当顶针水平移动至最短行程时，无法接触到顶压块；通过顶针与顶压块间的触发关系控制活门开关机构。
本发明还涉及一种基于多向穿梭车的出入库方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，取当前时间片tk中各穿梭车的即时位置li，k，即时直线速度vi，k，其中i为穿梭车编号，k为时间片编号；
S2，计算当前时间片tk中任意两穿梭车i与j间的距离dk(i，j)；
S3，基于当前状态计算下一时间片tk+1中各穿梭车的预期位置li，k+1，预期直线速度vi，k+1，其中tk+1＝tk+Δt，Δt为时间片粒度；根据当前状态计算下一时间片tk+1中各穿梭车的预期状态提出最优调度算法使得每两辆穿梭车间距都接近理想间距，每辆穿梭车速度最大，从而达到吞吐量最大，所述最优调度算法的计算式为：
s.t.0≤vi，k≤vmax，dmin≤di，j，
其中，ξ为速度项与距离项的加权调整因子，vmax为穿梭车自身能达到的最大速度，dmin为确保穿梭车间不发生碰撞的最小距离，vi，k为该最优调度算法的自由变量，Lk(di，j)为时间片tk中任意两穿梭车i与j间距离的损失函数，该损失函数为两穿梭车间理想距离d与实际距离di，j偏差|di，j－d|的递增函数。
优选的，所述计算时间片tk中任意两穿梭车i与j间的L-1距离dk(i，j)的公式为：
dk(i，j)＝||li，k－lj，k||1；
所述计算下一时间片tk+1中各穿梭车的预期位置li，k+1的公式为：该预期位置由两穿梭车间的L-1距离决定，即||li，k+1－lj，k||1＝vi，kΔt。
优选的，所述的L-1距离为两穿梭车在标准坐标系上的绝对轴距之总和。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种基于多向穿梭车的立体库系统，其特征在于，包括：
货架，在所述货架上设有货框，在所述货架之间设有轨道系统，所述轨道系统包括若干垂直轨道和水平轨道，所述垂直轨道和水平轨道在横纵交叉处设有活门开关机构；
若干穿梭车，包括车体，在车体上设有控制模块、货框推拉机构以及活门开关触发机构，所述控制模块用于车体、货框推拉机构以及活门开关触发机构的控制，所述货框推拉机构用于将货框存放到指定货架或将指定货架上的货框取出，所述活门开关触发机构用于触发活门开关机构，实现车体在垂直轨道或水平轨道上的切换。
2. 根据权利要求1 所述的基于多向穿梭车的立体库系统，其特征在于，所述系统还包括操作台，所述操作台与货架通过轨道系统连接，穿梭车从操作台进或出货架，操作人员在操作台进行上下货操作，操作台通过向控制模块发送控制指令来控制穿梭车的移动。
3. 根据权利要求1 所述的基于多向穿梭车的立体库系统，其特征在于，所述垂直轨道和水平轨道均包括齿条轨道以及普通轨道，所述齿条轨道与普通轨道并列排布，穿梭车沿齿条轨道行进，普通轨道为穿梭车行进提供辅助导向。
4. 根据权利要求1 所述的基于多向穿梭车的立体库系统，其特征在于，所述的货框推送机构包括传动轴、推拉杆、传动链条及驱动电机；所述驱动电机通过传动轴带动传动链条，固定于传动链条上的推拉杆与货框上的卡扣配合连接并带动货框移动。
5.根据权利要求1所述的基于多向穿梭车的立体库系统，其特征在于，所述活门开关机构包括顶压块、连杆及活门，所述顶压块设于水平轨道的一侧，并与水平轨道滑动连接，所述活门一端通过连杆与顶压块连接，活门的另一端与轨道系统铰接；水平移动的穿梭车通过活门开关触发机构推动顶压块，从而活门转动形成向下或向上的轨道，活门开关在穿梭车转弯后在重力作用下复位；垂直移动的穿梭车通过车轮顶开活门开关实现转弯，活门开关在穿梭车转弯后在重力作用下复位。
6.根据权利要求4所述的基于多向穿梭车的立体库系统，其特征在于，所述活门开关触发机构包括凸轮及顶针，所述凸轮与传动链条传动连接，凸轮旋转带动顶针水平伸缩移动；当顶针水平移动至最长行程时，可接触到顶压块；当顶针水平移动至最短行程时，无法接触到顶压块；通过顶针与顶压块间的触发关系控制活门开关机构。
7.根据权利要求1所述的基于多向穿梭车的立体库系统，其特征在于，所述穿梭车还包括定位机构，所述货架内还设有若干感应片，所述定位机构包括若干接近传感器，所述接近传感器设置于车体行进方向两侧，且通过感应片确定穿梭车所在位置。
8.根据权利要求1所述的基于多向穿梭车的立体库系统的穿梭车出入库方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，取当前时间片tk 中各穿梭车的即时位置li，k，即时直线速度vi，k，其中i 为穿梭车编号，k 为时间片编号；
S2，计算当前时间片tk中任意两穿梭车i 与j 间的距离dk（i，j）;
S3，基于当前状态计算下一时间片tk＋1中各穿梭车的预期位置li，k＋1，预期直线速度vi，k＋1，其中tk＋1＝tk＋Δt，Δt 为时间片粒度；根据当前状态计算下一时间片tk＋1中各穿梭车的预期状态提出最优调度算法使得每两辆穿梭车间距都接近理想间距，每辆穿梭车速度最大，从而达到吞吐量最大，所述最优调度算法的计算式为：
，
其中，𝜉为速度项与距离项的加权调整因子，vmax为穿梭车自身能达到的最大速度，dmin为确保穿梭车间不发生碰撞的最小距离，vi，k为该最优调度算法的自由变量，Lk（di，j）为时间片tk 中任意两穿梭车i 与j 间距离的损失函数，该损失函数为两穿梭车间理想距离d 与实际距离di，j 偏差|di，j－d|的递增函数。
9. 根据权利要求8所述的基于多向穿梭车的立体库系统的穿梭车出入库方法，其特征在于：所述计算时间片tk 中任意两穿梭车i 与j 间的L-1距离dk（i，j）的公式为：
dk（i，j）＝||li，k－lj，k||1;
所述计算下一时间片tk＋1中各穿梭车的预期位置li，k＋1的公式为：该预期位置由两穿梭车间的L-1 距离决定，即||li，k＋1－lj，k||1＝vi，kΔt。
10. 根据权利要求9 所述的基于多向穿梭车的立体库系统的穿梭车出入库方法，其特征在于：所述的L-1 距离为两穿梭车在标准坐标系上的绝对轴距之总和。
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