CN109110372A - 一种自转向动力滚轮及带有该滚轮的包裹分流装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自转向动力滚轮，包括：本体，安装有第一滚轮轴和第二滚轮轴，第二滚轮轴的端部伸入本体，第一滚轮轴和第二滚轮轴通过滚轮连接架相连；电机，与第二滚轮轴端部相连，动力输出轴与齿件配合；支架，呈中空柱形，第一滚轮轴和第二滚轮轴架设于支架上部开口，支架底面安装有旋转驱动机构。本发明还公开了一种包裹分流装置，包括物品识别区和分流区，分流区内设有多个设有压力传感器、并独立控制的自转向动力滚轮，多个自转向动力滚轮组合形成工作区，多个工作区组合形成分流区；分流区的两侧设有目标区。本发明体积小、功能齐全、散热效果佳、操控灵活，将分流区分割，缩短了分流时间，降低了分流成本，维护成本低。
Description
技术领域
本发明属于物流企业的包裹分流技术领域，尤其是涉及一种自转向动力滚轮及带有该滚轮的包裹分流装置。
背景技术
货物输运流水线中大量使用滚轮，在其中的快速分流台中，滚轮组转向将决定输送货物的行进和分流方向。现有快速分流台一般以一根动力杆两侧全部滚轮组合为一个可控转向模组，由一个双向气缸带动全部滚轮按特定正负角度定位转向或归零位。这种组合模组转向可控定义区域较大，无法适应在台的相对较小接触面的物体分流需要，明显影响物流线运行的分流效率；并且一根由外置电动机带动的动力杆驱动一二十个滚轮同时转动，也无法适应小区域特需速度控制要求，在能源利用上也是不经济的。
解决上述问题的一种思路，就是设计一个功能齐全的最小分流单元，使其即自带动力又能受控转向。而一旦众多最小分流单元组合形成物流线上用的标准尺寸分流台，将拥有诸如按预设轨迹控制物品行进及定速分流等全新的功能，极大地提升分流台的效能。最小分流单元的功能集成，还将大大简化标准分流台的整体结构，并为运行中的分流台快速维护创造条件。
动力滚轮在内部结构组合上类同于动力辊筒，但因为动力滚轮体积明显小于动力辊筒，动力电机的散热问题尤为突出。动力滚轮因表面覆盖有橡胶层，无法象动力辊筒那样将内部热量通过辊筒金属表面传递到皮带上带走。要使动力滚轮具备实用可靠性，必须解决散热问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种体积小、功能齐全、散热效果佳、操控灵活的自转向动力滚轮及带有该滚轮的包裹分流装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自转向动力滚轮，包括：
中空的本体，两侧安装有同轴的第一滚轮轴和第二滚轮轴，其中第二滚轮轴的端部伸入本体内部，第一滚轮轴和第二滚轮轴通过滚轮连接架相连；
电机，内置于本体，且与第二滚轮轴端部相连，电机的动力输出轴与连接于本体内壁的齿件配合，用于驱动本体绕着第一滚轮轴旋转；
支架，呈上部开口的中空柱形结构，第一滚轮轴和第二滚轮轴架设于支架上部开口，支架底面安装有旋转驱动机构，该旋转驱动机构与滚轮连接架相连，用于驱动滚轮连接架带动第一滚轮轴和第二滚轮轴绕着支架的轴线旋转。
本发明的滚轮在电机和旋转驱动机构的配合下，可以实现本体的滚动，以及本体随着滚轮连接架沿着支架的转动，从而实现了滚轮的自转向，将滚动和自转向集结到最小的滚轮单元上，可以将单个的滚轮作为最小的控制区域，控制更加灵活有效，适应体积相对较小的物品分流，分流高效、准确，维护的成本低。
作为优选，所述本体形成供气流穿过本体与外界相联通的风道，本体内还设有风力源，该风力源和风道配合用于散发电机工作产生的热量。风力源和风道配合，可以将电机工作产生的热量有效分散。
作为优选，所述第一滚轮轴和第二滚轮轴分别通过轴承和支撑架安装于本体两侧壁，第二滚轮轴与电机一端卡接配合，电机通过第三轴承和第三支撑架连接于本体内壁，动力输出轴上连接有与齿件配合的齿轮；所述风力源为连接于动力输出轴端部的风扇。电机和风扇配合形成空气流通的风力源，无需额外的动力机构对风力源提供能量，节能环保。
作为优选，所述风道包括开设于本体两侧支撑架上的通孔、形成于第三支撑架上的开孔。风道的设计贯穿整个本体，且通孔、开孔至少部分区域正对，整个风道的空气流通非常顺畅，流动速度快，散热效果好。
作为优选，所述旋转驱动机构为舵机或旋转式电磁铁。
作为优选，所述本体包括由金属材质制成的内层和由橡胶材质制成的外层，外层包覆于内层外侧。金属内层不仅保证滚轮的强度，便于内部零部件的安装连接，橡胶材质的外层增加物体和滚轮的摩擦力，对内层起到保护作用。
作为优选，所述支架的上部开口处安装有支撑环，所述第一滚轮轴和第二滚轮轴架设在支撑环上表面；所述支撑环上沿周向设有多个用于控制第一滚轮轴和第二滚轮轴转动角度的转向限位部。转向限位部可以方便、准确地控制本体转向的角度。
作为优选，所述支架的上部开口处外壁安装有多个固定耳孔；支架侧壁上形成有多个通风孔。通风孔可保证支架内部中空和外界空气的流通，及时散发旋转驱动机构工作时产生的热量，保证滚轮的正常工作。
作为优选，所述支架内设有控制模块，其包括温度监测单元、用于监测电源的电压监测单元、用于监测电机电流的第一检测单元、用于监测旋转驱动机构的电流的第二检测单元及通过CAN接口与物流网相连的通讯单元。
本发明还公开了一种包裹分流装置，包括依次排布的物品识别区和分流区，所述分流区内均匀间隔布设有多个上述的自转向动力滚轮，每个自转向动力滚轮上设有压力传感器，且每个自转向动力滚轮对应独立的控制单元，相邻的自转向动力滚轮之间具有信息交互功能，多个自转向动力滚轮组合形成工作区，多个工作区组合形成分流区；分流区的两侧沿物品的流动方向分别设有多个目标区。
目前市场上普遍采用的分流线路是只能沿着一个方向移动，要实现多种货物分流，需要在分流线路的一侧设置多个目标区域，每个目标区域相对应设置转向固定的滚轮区，占地面积大、分流耗时长；本发明改变了传统通过纵向延伸实现多种货物分流的思维，在分流线路的横向进行拓展延伸，将分流区分割成多个单元，引入了“细胞化”的思想，每个细胞单元均可单独控制，大大缩小了分流所需场地，在缩短了分流时间的同时，还降低了货物分流成本，不仅在货物分流时能做到精准控制，发生损坏时只需要对单个自转向动力滚轮进行维修，后期维护难度和维护成本也得到降低。
本发明的有益效果是：1）将包裹分流功能细分到最小的单元，在滚轮上集结滚动和旋转的功能，操纵更加灵活有效；2）有效解决了散热问题，避免滚轮工作产生的热量积聚在小范围的空间内，对滚轮的功能造成影响；3）可以分别对单个滚轮进行维护，维修成本低；4）对每个滚轮实现实时的监测，可靠性得到大大的提高；5）单个滚轮与物流平台可以实现关联，对小物品的分流更加高效。
附图说明
图1为本发明滚轮的部分截面结构示意图。
图2为本发明滚轮的截面结构示意图。
图3为本发明滚轮的俯视结构示意图。
图4为本发明滚轮控制模块的框图。
图5为本发明包裹分流装置的分流原理示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如图1-3所示，一种自转向动力滚轮，包括本体1，本体1的内部为中空结构，本体1的一侧壁上通过第一支撑架22和第一轴承21安装有第一滚轮轴2，本体1正对的另一侧壁上通过第二支撑架32和第二轴承31安装有第二滚轮轴3，第一滚轮轴2和第二滚轮轴3的中轴线位于同一水平线上，且第一滚轮轴2和第二滚轮轴3暴露在本体1外侧的部分通过滚轮连接架4相连，滚轮连接架4可以是U形结构，其两个自由端分别与第一滚轮轴2和第二滚轮轴3固定连接，其封闭端位于本体1下方一定距离处。
第一滚轮轴2的端部与本体1的内壁齐平，第二滚轮轴3的一端部伸入本体1内，并固定连接有一截面呈U字形的卡爪34，该卡爪34上卡接安装有电机5，电机5的动力输出轴51上沿周向安装有齿轮54，齿轮54与动力输出轴51止转配合，本体1的内壁上与齿轮54相对应的位置固定连接有齿件11，齿轮54和齿件11啮合，从而当电机5带动动力输出轴51转动时，齿轮54随之同步转动，与齿轮54啮合的齿件11被驱动，使得本体1绕着第一滚轮轴2和第二滚轮轴3所在轴线转动。为了保证电机5的稳固性，在电机5外壁上套接有第三轴承52，该第三轴承52通过第三支撑架53与本体1的内壁安装连接。
为了避免电机5工作产生的大量热量影响滚轮的正常运行，在动力输出轴51的端部连接有一风扇55，风扇55在电机5驱动下可以高速转动，加速本体1内部中空的空气流动，主动散热的风压带走电机5工作产生的热量，降低本体1内的工作温度。
同时，在呈环形的第一支撑架22、第二支撑架32、第三支撑架53上分别开设有贯穿支撑架的厚度方向的通孔23、通孔33、开孔531，齿轮54也为带孔齿轮，且通孔23、通孔33、开孔531、齿轮54上的孔至少部分区域正对，从而本体1内部中空和外界建立起供空气气流流动的风道。因此风扇55作为风力源和上述风道配合，可以有效地散发本体1内部的热量，将电机5工作产生的热量及时、快速、有效地分散到外界，避免滚轮内部温度过高。
本体1为双层结构，其包括由金属材质制成的内层12和由橡胶材质制成的外层13，外层13将整个内层12外侧壁包覆住，第一支撑架22、第二支撑架32、第三支撑架53的外壁均与金属材质的内层12内表面焊接。第一轴承21、第二轴承31、第三轴承52则分别压接在第一支撑架22、第二支撑架32、第三支撑架53的内壁上。
第一滚轮轴2和第二滚轮轴3架设在支架6上，支架6呈上部开口、底部密封的中空柱形结构， 在支架6上部开口处焊接安装有支撑环62，支撑环62的外壁与支架6内壁固定连接，第一滚轮轴2和第二滚轮轴3就架在支撑环62的上表面。支架6的内底面安装有旋转驱动机构61，于本实施例中，旋转驱动机构61为舵机或旋转式电磁铁，旋转驱动机构61的转轴611与滚轮连接架4的外壁相连。从而当旋转驱动机构61启动时，其可以驱动与第一滚轮轴2和第二滚轮轴3相连的滚轮连接架4带着本体1沿着支撑环62的上表面、绕着支架6的轴线周向旋转，即本体1绕着垂直于第一滚轮轴2和第二滚轮轴3所在轴线的方向旋转。本体1随同滚轮连接架4，从定义零位开始可以实现由旋转驱动机构61驱动的±α定角度的顺/逆时针转向，第一滚轮轴2和第二滚轮轴3在支撑环62的上表面滑动。
为了保证第一滚轮轴2和第二滚轮轴3的转向角度相对准确，如图3所示，在支撑环62的上表面形成多个沿周向均匀分布的转向限位部621，转向限位部621为自支撑环62上表面向上凸起的凸点结构。
支架6侧壁上开设多个贯穿壁厚的多个通风孔64，从而支架6内部中空和外界可以形成联通，供内外空气的流动，避免旋转驱动机构61附近局部温度过高。支架6的上部开口处外壁上安装有多个固定耳孔63，便于滚轮的安装。
支架6的内底面靠近旋转驱动机构61位置安装有控制模块，控制模块包括温度监测单元、用于监测电源的电压监测单元、用于监测电机电流的第一检测单元、用于监测旋转驱动机构的电流的第二检测单元及通过CAN接口与物流网相连的通讯单元。通讯单元通过接收外部指令，可控制电机转速和滚轮本体的转动方向，当单一的自转向动力滚轮组合成动力滚轮平面阵列后，在滚轮协同工作程序配合下，指令分发到各滚轮，可实现传输物品的特定分流方向控制或按预设轨迹传输控制。
如图5所示，一种包裹分流装置，包括依次排布的物品识别区和分流区，分流区内按矩阵形式排布有多个上述的自转向动力滚轮7，每个自转向动力滚轮上均安装有压力传感器，和对其单独负责的控制单元，即每个自转向动力滚轮的转向独立可调。相邻的自转向动力滚轮之间具有信息交互功能，达到通讯、协同工作的目标，多个相邻的自转向动力滚轮组合形成一个工作区，多个相邻的工作区又组合形成分流区。
分流区沿着包裹物品流动的方向，分别在两侧设置多个目标区，于本实施例中，在分流区的左侧设置目标区A和目标区B，分流区的右侧设置目标区C和目标区D，目标区A和目标区C位于同一横向对应位置，目标区B和目标区D位于同一横向对应位置。分流区的终点可以连接下一个分选区。
具体的，假设包裹a、b、c、d分别需要分流至目标区A、B、C、D，分流过程可以是，当包裹a、b、c、d进入分流区内，包裹底下的自转向动力滚轮感应到包裹的重力后，控制单元被触发，控制滚轮向前滚动（上述控制系统为现有技术可以实现，不再赘述），当包裹c、d行进至目标区C所对应的位置前，所有被触发的滚轮都控制为向前滚动，即包裹c、d同时向前移动，当移动至目标区C所对应的横向位置时，被包裹d触发的滚轮继续控制向前滚动，被包裹c触发的滚轮控制其向右转动30°，直至进入目标区C，当包裹d移动至目标区D所对应的横向位置时，被包裹d触发的滚轮控制其向右转动30°，直至进入目标区D。
同样的，当包裹a、b行进至目标区A所对应的位置前，所有被触发的滚轮都控制为向前滚动，即包裹a、b同时向前移动，当移动至目标区A所对应的横向位置时，被包裹b触发的滚轮继续控制向前滚动，被包裹a触发的滚轮控制其向左转动30°，直至进入目标区A，当包裹b移动至目标区B所对应的横向位置时，被包裹b触发的滚轮控制其向左转动30°，直至进入目标区B。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种自转向动力滚轮，其特征在于包括：
中空的本体(1)，两侧安装有同轴的第一滚轮轴(2)和第二滚轮轴(3)，其中第二滚轮轴(3)的端部伸入本体(1)内部，第一滚轮轴(2)和第二滚轮轴(3)通过滚轮连接架(4)相连；
电机(5)，内置于本体(1)，且与第二滚轮轴(3)端部相连，电机(5)的动力输出轴(51)与连接于本体(1)内壁的齿件(11)配合，用于驱动本体(1)绕着第一滚轮轴(2)旋转；
支架(6)，呈上部开口的中空柱形结构，第一滚轮轴(2)和第二滚轮轴(3)架设于支架(6)上部开口，支架(6)底面安装有旋转驱动机构(61)，该旋转驱动机构(61)与滚轮连接架(4)相连，用于驱动滚轮连接架(4)带动第一滚轮轴(2)和第二滚轮轴(3)绕着支架(6)的轴线旋转。
2.根据权利要求1所述的自转向动力滚轮，其特征在于：所述本体(1)形成供气流穿过本体(1)与外界相联通的风道，本体(1)内还设有风力源，该风力源和风道配合用于散发电机(5)工作产生的热量。
3.根据权利要求2所述的自转向动力滚轮，其特征在于：所述第一滚轮轴(2)和第二滚轮轴(3)分别通过轴承和支撑架安装于本体(1)两侧壁，第二滚轮轴(3)与电机(5)一端卡接配合，电机(5)通过第三轴承(52)和第三支撑架(53)连接于本体(1)内壁，动力输出轴(51)上连接有与齿件(11)配合的齿轮(54)；所述风力源为连接于动力输出轴(51)端部的风扇(55)。
4.根据权利要求3所述的自转向动力滚轮，其特征在于：所述风道包括开设于本体(1)两侧支撑架上的通孔、形成于第三支撑架(53)上的开孔(531)。
5.根据权利要求1所述的自转向动力滚轮，其特征在于：所述旋转驱动机构(61)为舵机或旋转式电磁铁。
6.根据权利要求1所述的自转向动力滚轮，其特征在于：所述本体(1)包括由金属材质制成的内层(12)和由橡胶材质制成的外层(13)，外层(13)包覆于内层(12)外侧。
7.根据权利要求1所述的自转向动力滚轮，其特征在于：所述支架(6)的上部开口处安装有支撑环(62)，所述第一滚轮轴(2)和第二滚轮轴(3)架设在支撑环(62)上表面；所述支撑环(62)上沿周向设有多个用于控制第一滚轮轴(2)和第二滚轮轴(3)转动角度的转向限位部(621)。
8.根据权利要求1所述的自转向动力滚轮，其特征在于：所述支架(6)的上部开口处外壁安装有多个固定耳孔(63)；支架(6)侧壁上形成有多个通风孔(64)。
9.根据权利要求1所述的自转向动力滚轮，其特征在于：所述支架(6)内设有控制模块，其包括温度监测单元、用于监测电源的电压监测单元、用于监测电机电流的第一检测单元、用于监测旋转驱动机构的电流的第二检测单元及通过CAN接口与物流网相连的通讯单元。
10.一种包裹分流装置，包括依次排布的物品识别区和分流区，其特征在于：所述分流区内均匀间隔布设有多个如权利要求1-9中任一项所述的自转向动力滚轮，每个自转向动力滚轮上设有压力传感器，且每个自转向动力滚轮对应独立的控制单元，相邻的自转向动力滚轮之间具有信息交互功能，多个自转向动力滚轮组合形成工作区，多个工作区组合形成分流区；分流区的两侧沿物品的流动方向分别设有多个目标区。
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