CN110530101B - 一种以中央冰库为核心的家庭冷链系统及其布局方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以中央冰库为核心的家庭冷链系统及其布局方法，通过设置中央冰库、行星冰库、中央计算机、货仓、纵向管道、传输主道、传输支道、传输旁路、物联网操控面板。用户在家中对所需速冻食材下单，由家庭冷链系统按照预定的算法完成调度，通过预定的轨道传输至用户家中，上述系统由物业在建房时完成相应的设施建设和管道预留。在进一步的实施例中，调度算法采用密度峰值聚类算法确定中央冰库、行星冰库的位置和数量，使得中央冰库、行星冰库、单元楼之间形成多级拓扑式冰库网络，利用鸟群算法对食材的传输路径进行优化，采用正反馈机制对路径结构不断优化。上述算法通过统筹安排和调度优化，提高了食材传输的效率。

Description

一种以中央冰库为核心的家庭冷链系统及其布局方法

技术领域

本发明涉及一种冷链系统，具体涉及一种以中央冰库为核心的家庭冷链系统及其布局方法。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，现代家居环境下的饮食保鲜成为了当下用户普遍面临的一个困扰，尤其是高档食材的储存、对健康营养的关注，让家庭对食物、酒饮等等的冷冻保鲜系统亟需升级。

在现阶段市面上常见的冷链系统通常是用于食品厂的，这种冷链式流水线按照特定的职能和工作方式工作。若将这种冷链系统搬运到小区内，无疑是不可行的，尤其是小区地势、建筑物数量和位置的影响，以及传输效率、统筹安排、路径优化等问题，这在施工时无疑是要重点考虑的。

发明内容

发明目的：提供一种以中央冰库为核心的家庭冷链系统及其布局方法，解决了现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种以中央冰库为核心的家庭冷链系统，包括：

用于存储速冻食材、分拣相应食材的中央冰库；

用于接收所述中央冰库分拣的食材、作为食材中转的行星冰库；

用于计算最短分拣路径、最短传输路径的中央计算机；

建立在各单元楼地下预定深度、用于接收从所述行星冰库送出食材的货仓；

用于为所述货仓提供纵向传输路径、且对应到相应楼层的纵向管道；

用于在所述中央冰库与所述行星冰库之间建立传输路径的传输主道；

用于在所述行星冰库与各所述单元楼的货仓之间建立传输路径的传输支道；

用于在相应楼层与用户家中建立传输路径的传输旁路；

设置在用户家中、用于提供人机交互的物联网操控面板。

在进一步的实施例中，所述中央冰库、行星冰库、单元楼之间形成多级拓扑式冰库网络，所述中央冰库作为一级节点，所述行星冰库作为二级节点，所述单元楼作为三级节点。

在进一步的实施例中，所述货仓包括箱体，设置在所述箱体上的仓门，设置在所述箱体上、用于锁定所述仓门的密码锁，以及贴合设置在所述箱体的外壁和内壁处的保温隔层。

在进一步的实施例中，所述传输主道、传输支道、传输旁路的结构相同，包括预定宽度的轨道，以及架设在所述轨道上、且沿所述轨道行进的承运小车，所述传输主道、传输支道、传输旁路上至少各存在一辆承运小车，且各承运小车的行进范围只局限于其所在轨道上。

在进一步的实施例中，所述纵向管道预埋在每个单元楼内、且高出地面的高度与实际楼层吻合，低于地面的深度与所述货仓所在深度一致；所述纵向管道包括升降井，竖直滑动在所述升降井内的升降箱，安装在所述升降箱内底板上的十字滑台，固定安装在所述升降井上部的曳引机，以及连接所述升降箱和曳引机的曳引绳；所述升降箱四面镂空。

一种以中央冰库为核心的家庭冷链系统的布局方法，包括以下步骤：

步骤1、针对用户小区的单元楼排布，利用密度峰值聚类算法确定中央冰库的位置，以及行星冰库的位置和数量，使得中央冰库、行星冰库、单元楼之间形成多级拓扑式冰库网络，所述中央冰库作为一级节点，所述行星冰库作为二级节点，所述单元楼作为三级节点；

步骤2、在多级拓扑式冰库网络中建立目标函数：

式中，N表示多级拓扑式冰库网络的级数；n_k表示第k级的节点数量；X_kji表示第k级的第j节点与第k-1级的第i节点之间的连接关系；Y_kji表示第k级的第j节点与第k-1级的第i节点之间的距离函数；X_kji的取值受节点连接与否控制，当第k级的第j节点与第k-1级的第i节点之间存在连接，则X_kji取值为1，当第k级的第j节点与第k-1级的第i节点之间未连接，则X_kji取值为0；

步骤3、在步骤2中建立的目标函数内建立约束条件，包括隶属约束、分拣量约束；

步骤4、利用鸟群算法对食材的传输路径进行优化，采用正反馈机制对路径结构不断优化，算出最优解，选定路径的起点和终点，并初始化信息矩阵；

步骤5、计算鸟群算法中信息矩阵内各个节点之间的状态转移概率，利用轮盘算法选择下一节点，更新路径及其长度；

步骤6、重复步骤4～步骤5，直至鸟群算法中的个体到达终点。

在进一步的实施例中，所述步骤1进一步为：

步骤1-1、利用密度峰值聚类算法选取多个局部密度大于预定值、且相互间距到达预定值的节点作为聚类中心，定义该聚类中心为行星冰库的位置；

密度峰值聚类算法需要对节点的局部密度和节点间距的阈值进行计算，节点的局部密度计算公式如下：

式中，ρ表示当前节点的局部密度，ρ_i表示第i个节点的局部密度，d表示相应两个节点的间距，d_ij表示节点i和节点j的间距，d_s表示截断距离；

步骤1-2、将行星冰库的位置作为自变量，再次利用密度峰值聚类算法，选取一个局部密度值为最大值、且相互间距到达最大值的节点作为聚类中心，定义该聚类中心为中央冰库的位置；

其中，节点间距的阈值计算公式如下：

式中，δ表示节点间距的阈值，该阈值表示当局部密度大于当前节点时，该节点和与之最近的节点之间的距离。

在进一步的实施例中，所述步骤3进一步为：

步骤3-1、在本多级拓扑式冰库网络中，行星冰库作为二级节点，只能与一个中央冰库相连；而中央冰库作为一级节点，可以同时与多个二级节点相连；单元楼作为三级节点，只能与一个行星冰库相连，而行星冰库可以同时与多个三级节点相连；以上述条件建立隶属约束，公式如下：

式中，i＝1，2，3…，n_k-1；k＝1，2，…，N；

步骤3-2、为避免单元楼和行星冰库分配差距过大导致不平衡，为保证各行星冰库的分拣量趋于平衡，建立分拣量约束，公式如下：

式中，j＝1，2，3…，n_k；k＝1，2，…，N；f_i表示中央冰库的分拣量；F^min _kj为第k级第j个节点接收中央冰库分拣的食材的最小值；F^max _kj为第k级第j个节点接收中央冰库分拣的食材的最大值。

在进一步的实施例中，所述步骤4进一步为：

对传输路径建模，将用于为货仓提供纵向传输路径、且对应到相应楼层的纵向管道，用于在所述中央冰库与所述行星冰库之间建立传输路径的传输主道，用于在所述行星冰库与各所述单元楼的货仓之间建立传输路径的传输支道，以及用于在相应楼层与用户家中建立传输路径的传输旁路绘制在空间坐标系中，计算出承运小车执行n条指令所需时间：

式中，T表示执行第n条指令承运小车到达对应楼层对应户中的时间；T_0，i表示以中央冰库为起始点，先经过行星冰库，再从行星冰库转运到达单元楼所用的时间；T_0，i表示以单元楼为起始点，先经过行星冰库，再从行星冰库返回中央冰库所用的时间。

在进一步的实施例中，所述步骤5进一步为：

计算状态转移概率，公式如下：

式中，P表示承运小车从i节点到j节点的状态转移概率；

表示承运小车从i节点到j节点路径上的信息素浓度；W_i，j表示承运小车从i节点到j节点的期望值；λ和β分别为信息素启发因子和期望值启发因子。

有益效果：本发明涉及一种以中央冰库为核心的家庭冷链系统及其布局方法，通过设置中央冰库、行星冰库、中央计算机、货仓、纵向管道、传输主道、传输支道、传输旁路、物联网操控面板。用户在家中对所需速冻食材下单，由中央冰库、行星冰库按照预定的算法完成调度，通过预定的轨道传输至用户家中，用户家中无需考虑速冻箱的占地等因素，统一由物业在建房时完成相应的设施建设和管道预留，减小了用户家中的占用面积。在进一步的实施例中，调度算法采用密度峰值聚类算法确定中央冰库的位置，以及行星冰库的位置和数量，使得中央冰库、行星冰库、单元楼之间形成多级拓扑式冰库网络，利用鸟群算法对食材的传输路径进行优化，采用正反馈机制对路径结构不断优化。上述算法保证了冰库位置摆放的协调性，提高了食材传输的效率。

附图说明

图1为本发明中央冰库、行星冰库、单元楼之间形成多级拓扑式冰库网络的示意图。

图2为本发明中央冰库、行星冰库、单元楼之间的位置关系图。

图3为本发明中承运小车与其运行轨道的整体结构示意图。

图4为本发明中承运小车的结构示意图。

图5为承运小车中链板传输组件的第一视角示意图。

图6为承运小车中链板传输组件的第二视角示意图。

图7为承运小车中轮架的结构示意图。

图8为本发明中驱动轮的结构示意图。

图9为本发明中导向轮的结构示意图。

图中各附图标记为：轨道1、限位块2、承运小车3、链板传输组件4、侧支板401、尼龙辊402、第二链条403、第一链条404、横梁板405、链板406、第三链轮407、第二链轮408、第四链轮409、第一链轮410、导向轮5、竖直部501、水平部502、加强筋503、轮轴504、车底盘6、轮架7、角接触轴承701、轴承安装座702、梅花形穿孔703、驱动电机8、主动轮9、实心钢轮901、轮毂902、扫描器10、从动轮11、条码带12。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，具体的细节部分如如图2至图9所示：本发明公开了一种以中央冰库为核心的家庭冷链系统及其布局方法。其中，一种以中央冰库为核心的家庭冷链系统包括中央冰库、行星冰库、中央计算机、货仓、纵向管道、传输主道、传输支道、传输旁路、物联网操控面板，所述中央冰库用于存储速冻食材、分拣相应食材。所述行星冰库用于接收所述中央冰库分拣的食材、并作为食材中转。所述中央计算机用于计算最短分拣路径、最短传输路径，并在各级之间进行调度。所述货仓建立在各单元楼地下预定深度、用于接收从所述行星冰库送出食材。所述纵向管道用于为所述货仓提供纵向传输路径、且对应到相应楼层。所述传输主道用于在所述中央冰库与所述行星冰库之间建立传输路径。所述传输支道用于在所述行星冰库与各所述单元楼的货仓之间建立传输路径。所述传输旁路用于在相应楼层与用户家中建立传输路径。所述物联网操控面板设置在用户家中、用于提供人机交互，所述物联网操控面板直接与所述中央计算机建立双向通信连接，通信带宽为千兆级，上行和下行对等，优选为通信线缆通信。

在本系统中，中央冰库有且只有一个，该中央冰库为一级节点，所有的锁鲜类食材都预先存放在该处，再由中央计算机进行主动调度，将一部分食材分流至行星冰库，由行星冰库作为中转站，在该系统中，行星冰库为二级节点，单元楼作为三级节点。所述中央冰库、行星冰库、单元楼之间形成多级拓扑式冰库网络。在该多级拓扑式冰库网络中，行星冰库作为二级节点，只能与一个中央冰库相连；而中央冰库作为一级节点，可以同时与多个二级节点相连；单元楼作为三级节点，只能与一个行星冰库相连，而行星冰库可以同时与多个三级节点相连。

作为一个优选方案，所述货仓包括箱体、仓门、密码锁、保温隔层，所述仓门设置在所述箱体上，为对开设计，所述密码锁用于锁定所述仓门，所述保温隔层贴合设置在所述箱体的外壁和内壁处，保温隔层用于起保温作用，为了减少能耗，并且鉴于纵向管道的路程不长，故货仓在轨道1上运行的时间不长，故这段期间无需提供外部制冷，只需将货仓和外部用良好的保温隔层隔绝开即可，这样既减轻了货仓的重量，也减少了能耗。

作为一个优选方案，所述传输主道、传输支道、传输旁路的结构相同，包括预定宽度的轨道1，以及架设在所述轨道1上、且沿所述轨道1行进的承运小车3，所述传输主道、传输支道、传输旁路上至少各存在一辆承运小车3，且各承运小车3的行进范围只局限于其所在轨道1上。所述轨道1相互平行设置，所述轨道1的截面呈工字形，所述限位块2固定在所述轨道1的两端，所述轨道1朝内的一侧为内侧轨，所述轨道1朝外的一侧为外侧轨。

所述承运小车3进一步包括车底盘6、驱动电机8、轮架7、驱动轮、车体、链板传输组件4。所述驱动电机8固定在所述车底盘6的一侧，所述轮架7固定在所述车底盘6的四角，所述驱动轮转动设置在所述轮架7上，所述车体固定在所述车底盘6上，所述链板传输组件4设置在所述车体上。位于所述驱动电机8一侧的驱动轮为主动轮9，远离所述驱动电机8一侧的驱动轮为从动轮11；所述主动轮9之间通过主轴连接，所述驱动电机8的输出轴与所述主轴通过联轴器连接。所述主动轮9和从动轮11的结构相同，包括实心钢轮901，以及螺栓固定在所述实心刚轮两侧、并与之同心的轮毂902，所述轮毂902的中心处设有梅花形穿孔703，所述主轴的截面同呈梅花形，所述主轴与所述轮毂902的中心处过盈配合；所述轮架7呈内部中空的长方体状、且一端开口，所述轮架7的两侧设有轴承安装座702，所述轴承安装座702内安装有角接触轴承701，所述角接触轴承701与所述轴承安装座702采用过盈配合，所述主动轮9或从动轮11的轮毂902插入所述角接触轴承701，所述轮毂902与所述角接触轴承701过渡配合。所述承运小车3还包括转动设置在所述车底盘6四角的多个导向轮5；所述轮架7的一侧固定有导向轮5支架，所述导向轮5支架的截面呈L形，包括竖直部501和水平部502，所述竖直部501与所述轮架7的一侧通过螺栓固定连接；所述竖直部501和水平部502之间设有加强筋503；水平部502上设有一对条形孔，所述条形孔内插入轮轴504并通过螺栓锁紧，所述导向轮5与所述轮轴504之间通过深沟球轴承实现转动连接；所述导向轮5的轴线方向垂直于基准面。所述导向轮5分别位于所述内侧轨和外侧轨的一侧，所述导向轮5分别与所述内侧轨和外侧轨接触，接触压力为预定值。

所述链板传输组件4包括侧支板401、横梁板405、主动轴、从动轴、减速电机、第一链轮410、第二链轮408、第三链轮407、第四链轮409、第一链条404、第二链条403、尼龙辊402、链板406。所述侧支板401为一对平行设置，所述横梁板405固定在所述侧支板401之间，所述主动轴和从动轴分别通过圆锥滚子轴承转动设置在所述侧支板401的两端，所述减速电机安装在所述横梁板405的一侧，所述第一链轮410固定在所述减速电机的输出轴一端，所述第二链轮408固定在所述主动轴的一端，所述第三链轮407固定在所述主动轴上，所述第三链轮407与所述第二链轮408间隔预定距离，所述第四链轮409固定在所述从动轴上，所述第四链轮409与所述第三链轮407位于同一平面上，所述第一链条404啮合连接在所述第一链轮410和第二链轮408上，所述第二链轮408啮合连接在所述第三链轮407和第四链轮409上，所述尼龙辊402固定在所述主动轴和从动轴的中心处，所述链板406套设在所述尼龙辊402上。

所述位置记忆组件包括条码带12、扫面器，所述条码带12贴合在所述内侧轨上，所述条码带12的长度根据承运小车3所需的最大行程设置，所述扫描器10固定在所述车体靠近所述条码带12的一侧。所述扫描器10包括激光扫描仪，所述激光扫描仪的激光发射口对正所述条码带12，所述激光扫描仪内置变送器，所述承运小车3内置控制电路板，所述控制电路板与所述变送器通过通信线缆连接。

所述纵向管道预埋在每个单元楼内、且高出地面的高度与实际楼层吻合，低于地面的深度与所述货仓所在深度一致；所述纵向管道包括升降井、升降箱、十字滑台、曳引机、曳引绳，所述升降箱采用型材搭建而成，四面镂空，便于十字滑台推动食材向前后左右四个方向移出升降箱。所述升降箱沿竖直方向滑动设置在所述升降井内，所述曳引机固定安装在所述升降井的上部，所述曳引绳连接所述升降箱和曳引机。利用曳引机卷动曳引绳，从而由曳引绳带动升降箱沿着升降井升降。

下面对本发明具体的工作过程进行阐述：

首先，用户在家中下单，通过在物联网操控面板上进行交互，选择所需的速冻食材，使用移动支付手段完成支付后等待食材自动送上门。中央计算机接收到订单请求，向中央冰库和行星冰库发送调度指令，由中央冰库和行星冰库完成调度，调度方式为有货优先、距离优先两个原则。有货优先是指，中央计算机首先读取多个行星冰库的库存信息，筛选出具有相应食材的行星冰库。具体的分为两种情况：若能够筛选出具有相应食材的行星冰库，则中央计算机计算行星冰库与用户所在单元楼的距离，筛选出与用户单元楼最近的行星冰库，该行星冰库则作为最终出库冰库。若用户所需食材在所有行星冰库的库存中都没有找到，则由中央冰库完成调度，中央计算机计算出最短的调度路线，将中央冰库里的食材先通过传输主道传输至距离用户最近的行星冰库。值得一提的是，本发明的调度路径经过中央计算机根据指定算法进行布局优化，优化方法如下：

步骤1、针对用户小区的单元楼排布，利用密度峰值聚类算法确定中央冰库的位置，以及行星冰库的位置和数量，使得中央冰库、行星冰库、单元楼之间形成多级拓扑式冰库网络，所述中央冰库作为一级节点，所述行星冰库作为二级节点，所述单元楼作为三级节点；

步骤1-1、利用密度峰值聚类算法选取多个局部密度大于预定值、且相互间距到达预定值的节点作为聚类中心，定义该聚类中心为行星冰库的位置；

密度峰值聚类算法需要对节点的局部密度和节点间距的阈值进行计算，节点的局部密度计算公式如下：

式中，ρ表示当前节点的局部密度，ρ_i表示第i个节点的局部密度，d表示相应两个节点的间距，d_ij表示节点i和节点j的间距，d_s表示截断距离；

步骤1-2、将行星冰库的位置作为自变量，再次利用密度峰值聚类算法，选取一个局部密度值为最大值、且相互间距到达最大值的节点作为聚类中心，定义该聚类中心为中央冰库的位置；

其中，节点间距的阈值计算公式如下：

式中，δ表示节点间距的阈值，该阈值表示当局部密度大于当前节点时，该节点和与之最近的节点之间的距离。

步骤2、在多级拓扑式冰库网络中建立目标函数：

式中，N表示多级拓扑式冰库网络的级数；n_k表示第k级的节点数量；X_kji表示第k级的第j节点与第k-1级的第i节点之间的连接关系；Y_kji表示第k级的第j节点与第k-1级的第i节点之间的距离函数；X_kji的取值受节点连接与否控制，当第k级的第j节点与第k-1级的第i节点之间存在连接，则X_kji取值为1，当第k级的第j节点与第k-1级的第i节点之间未连接，则X_kji取值为0；

步骤3、在步骤2中建立的目标函数内建立约束条件，包括隶属约束、分拣量约束；

步骤3-1、在本多级拓扑式冰库网络中，行星冰库作为二级节点，只能与一个中央冰库相连；而中央冰库作为一级节点，可以同时与多个二级节点相连；单元楼作为三级节点，只能与一个行星冰库相连，而行星冰库可以同时与多个三级节点相连；以上述条件建立隶属约束，公式如下：

式中，i＝1，2，3…，n_k-1；k＝1，2，…，N；

步骤3-2、为避免单元楼和行星冰库分配差距过大导致不平衡，为保证各行星冰库的分拣量趋于平衡，建立分拣量约束，公式如下：

式中，j＝1，2，3…，n_k；k＝1，2，…，N；f_i表示中央冰库的分拣量；F^min _kj为第k级第j个节点接收中央冰库分拣的食材的最小值；F^max _kj为第k级第j个节点接收中央冰库分拣的食材的最大值。

步骤4、利用鸟群算法对食材的传输路径进行优化，采用正反馈机制对路径结构不断优化，算出最优解，选定路径的起点和终点，并初始化信息矩阵；对传输路径建模，将用于为货仓提供纵向传输路径、且对应到相应楼层的纵向管道，用于在所述中央冰库与所述行星冰库之间建立传输路径的传输主道，用于在所述行星冰库与各所述单元楼的货仓之间建立传输路径的传输支道，以及用于在相应楼层与用户家中建立传输路径的传输旁路绘制在空间坐标系中，计算出承运小车执行n条指令所需时间：

式中，T表示执行第n条指令承运小车到达对应楼层对应户中的时间；T_0，i表示以中央冰库为起始点，先经过行星冰库，再从行星冰库转运到达单元楼所用的时间；T_0，i表示以单元楼为起始点，先经过行星冰库，再从行星冰库返回中央冰库所用的时间。

步骤5、计算鸟群算法中信息矩阵内各个节点之间的状态转移概率，利用轮盘算法选择下一节点，更新路径及其长度；计算状态转移概率，公式如下：

式中，P表示承运小车从i节点到j节点的状态转移概率；

表示承运小车从i节点到j节点路径上的信息素浓度；W_i，j表示承运小车从i节点到j节点的期望值；λ和β分别为信息素启发因子和期望值启发因子。

步骤6、重复步骤4～步骤5，直至鸟群算法中的个体到达终点。

在完成中央冰库与行星冰库的调度与路线规划后，此时规划出来的路线在保证冰库有相应的库存的情况下，距离用户单元楼最短。对于食材的传输我们采用轨道1传输方式。在行星冰库与单元楼之间设计传输支道，在中央冰库与行星冰库之间建立传输主道，在单元楼内建立预定高度的纵向管道，该纵向管道直接从地下预定深度通道用户对应楼层，每个楼层还设有从纵向管道通向用户家中的传输旁路。承与小车在传输主道、传输支道、传输旁路上都预留一辆待命。当中央冰库需要对行星冰库调度时，承运小车3移动至中央冰库的出口前，中央冰库将食材送至承运小车3上，需要注意的是，中央冰库和行星冰库都是一个自动化仓储系统，设有沿水平方向移动的水平移动机构，沿竖直方向升降的升降机，以及固定在所述升降机上的承载托板。所述水平移动机构包括水平设置的轨道1和沿轨道1行进的动力小车，承载托板能够伸缩，利用水平移动机构移动至食材所在的行，利用升降机带动承载托板移动至食材所在的列，承载托板到达指定位置后伸出，将食材取出后再随后，最终原路返回，将食材送至承运小车3上。承运小车3取到食材后沿着传输主道行进，来到传输支道后将食材转移至另一辆承运小车3，由该承运小车3继续承运，原先的那辆承运小车3原路返回待命。具体的，承运小车3的运行过程如下：将物料放置在链板传输组件4上，承运小车3启动，由驱动电机8为主动轮9提供动力，带动主动轮9转动，从动轮11跟随主动轮9转动，从而使得承运小车3沿着轨道1行进。在承运小车3行进的过程中，我们设计导向轮5，导向轮5分别位于所述内侧轨和外侧轨的一侧，所述导向轮5分别与所述内侧轨和外侧轨接触，接触压力为预定值。导向轮5与内侧轨、外侧轨之间的压力过大会影响承运小车3的运行，而压力过小起不到导向作用，易产生抖动；保持导向轮5和内侧轨、外侧轨之间的压力值在预设范围之内，使得承运小车3运行平稳。为预先设计好承运小车3的启停与运行速度，我们设计位置记忆组件，使得承运小车3能够智能运行。具体的，通过在内侧轨上贴合预定长度的条码带12，在车体靠近所述条码带12一侧安装扫描器10，利用扫描器10扫描条码带12，将扫描进入的光信号通过变送器转变为电信号，并经过控制电路板上的放大整形电路放大后转变为数字信号，由该数字信号反馈至单片机，由单片机控制承运小车3的启停与运行速度。当需要控制承运小车3在某一段的运行速度为20km/h，则预先将数值20转化为二进制：10100，将该二进制数转化为条形码的黑条和白条，定义黑条为1，白条为0。这样，当扫描器10扫描到该区域时，读出数值10100，则判断为该段设计时速为20km/h，此时单片机控制驱动电机8改变输出转速以适应该设计速度。当需要控制承运小车3停止，即运行速度降为0km/h，转化为二进制数即为0，则将该段条码带12设计为全白，当扫描器10扫描到该区域时，读出连续的0，则判定为该段为停止段，此时单片机控制驱动电机8停转。通过在轨道1的两端安装限位块2，该限位块2作为备用的物理限位，在扫描器10失效时提供物理限位。当承运小车3到达目的地后，链板传输组件4启动，由减速电机输出动力至第一链轮410，通过第一链条404传动至第二链轮408，带动主动轴转动，主动轴带动与之同轴安装的第三链轮407转动，第三链轮407通过第二链条403传动至第四链轮409，从而带动从动轴转动，利用安装在主动轴和从动轴上的尼龙辊402带动链板406运行，从而将物料侧向传输出承运小车3。当食材到达单元楼下后，承运小车3将食材转移至货仓，货仓沿着纵向管道上升至用户楼层所在高度，随后再将食材交至第三辆承运小车3，该承运小车3最终将食材运输至用户家中。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。

Claims (10)

1.一种以中央冰库为核心的家庭冷链系统，其特征是包括以下模块：

用于存储速冻食材、分拣相应食材的中央冰库；

用于接收所述中央冰库分拣的食材、作为食材中转的行星冰库；

用于计算最短分拣路径、最短传输路径的中央计算机；

建立在各单元楼地下预定深度、用于接收从所述行星冰库送出食材的货仓；

用于为所述货仓提供纵向传输路径、且对应到相应楼层的纵向管道；

用于在所述中央冰库与所述行星冰库之间建立传输路径的传输主道；

用于在所述行星冰库与各所述单元楼的货仓之间建立传输路径的传输支道；

用于在相应楼层与用户家中建立传输路径的传输旁路；

设置在用户家中、用于提供人机交互的物联网操控面板。

2.根据权利要求1所述的一种以中央冰库为核心的家庭冷链系统，其特征在于：所述中央冰库、行星冰库、单元楼之间形成多级拓扑式冰库网络，所述中央冰库作为一级节点，所述行星冰库作为二级节点，所述单元楼作为三级节点。

3.根据权利要求1所述的一种以中央冰库为核心的家庭冷链系统，其特征在于：所述货仓包括箱体，设置在所述箱体上的仓门，设置在所述箱体上、用于锁定所述仓门的密码锁，以及贴合设置在所述箱体的外壁和内壁处的保温隔层。

4.根据权利要求1所述的一种以中央冰库为核心的家庭冷链系统，其特征在于：所述传输主道、传输支道、传输旁路的结构相同，包括预定宽度的轨道，以及架设在所述轨道上、且沿所述轨道行进的承运小车，所述传输主道、传输支道、传输旁路上至少各存在一辆承运小车，且各承运小车的行进范围只局限于其所在轨道上。

5.根据权利要求1所述的一种以中央冰库为核心的家庭冷链系统，其特征在于：所述纵向管道预埋在每个单元楼内、且高出地面的高度与实际楼层吻合，低于地面的深度与所述货仓所在深度一致；所述纵向管道包括升降井，竖直滑动在所述升降井内的升降箱，安装在所述升降箱内底板上的十字滑台，固定安装在所述升降井上部的曳引机，以及连接所述升降箱和曳引机的曳引绳；所述升降箱四面镂空。

6.一种以中央冰库为核心的家庭冷链系统的布局方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、针对用户小区的单元楼排布，利用密度峰值聚类算法确定中央冰库的位置，以及行星冰库的位置和数量，使得中央冰库、行星冰库、单元楼之间形成多级拓扑式冰库网络，所述中央冰库作为一级节点，所述行星冰库作为二级节点，所述单元楼作为三级节点；

步骤2、在多级拓扑式冰库网络中建立目标函数：

式中，N表示多级拓扑式冰库网络的级数；n_k表示第k级的节点数量；X_kji表示第k级的第j节点与第k-1级的第i节点之间的连接关系；Y_kji表示第k级的第j节点与第k-1级的第i节点之间的距离函数；X_kji的取值受节点连接与否控制，当第k级的第j节点与第k-1级的第i节点之间存在连接，则X_kji取值为1，当第k级的第j节点与第k-1级的第i节点之间未连接，则X_kji取值为0；

步骤3、在步骤2中建立的目标函数内建立约束条件，包括隶属约束、分拣量约束；

步骤4、利用鸟群算法对食材的传输路径进行优化，采用正反馈机制对路径结构不断优化，算出最优解，选定路径的起点和终点，并初始化信息矩阵；

步骤5、计算鸟群算法中信息矩阵内各个节点之间的状态转移概率，利用轮盘算法选择下一节点，更新路径及其长度；

步骤6、重复步骤4～步骤5，直至鸟群算法中的个体到达终点。

7.根据权利要求6所述的一种以中央冰库为核心的家庭冷链系统的布局方法，其特征在于，所述步骤1进一步为：

步骤1-1、利用密度峰值聚类算法选取多个局部密度大于预定值、且相互间距到达预定值的节点作为聚类中心，定义该聚类中心为行星冰库的位置；

密度峰值聚类算法需要对节点的局部密度和节点间距的阈值进行计算，节点的局部密度计算公式如下：

式中，ρ表示当前节点的局部密度，ρ_i表示第i个节点的局部密度，d表示相应两个节点的间距，d_ij表示节点i和节点j的间距，d_s表示截断距离；

步骤1-2、将行星冰库的位置作为自变量，再次利用密度峰值聚类算法，选取一个局部密度值为最大值、且相互间距到达最大值的节点作为聚类中心，定义该聚类中心为中央冰库的位置；

其中，节点间距的阈值计算公式如下：

式中，δ表示节点间距的阈值，该阈值表示当局部密度大于当前节点时，该节点和与之最近的节点之间的距离。

8.根据权利要求6所述的一种以中央冰库为核心的家庭冷链系统的布局方法，其特征在于，所述步骤3进一步为：

步骤3-1、在本多级拓扑式冰库网络中，行星冰库作为二级节点，只能与一个中央冰库相连；而中央冰库作为一级节点，可以同时与多个二级节点相连；单元楼作为三级节点，只能与一个行星冰库相连，而行星冰库可以同时与多个三级节点相连；以上述条件建立隶属约束，公式如下：

式中，i＝1，2，3…，n_k-1；k＝1，2，…，N；

步骤3-2、为避免单元楼和行星冰库分配差距过大导致不平衡，为保证各行星冰库的分拣量趋于平衡，建立分拣量约束，公式如下：

式中，j＝1，2，3…，n_k；k＝1，2，…，N；f_i表示中央冰库的分拣量；F^min _kj为第k级第j个节点接收中央冰库分拣的食材的最小值；F^max _kj为第k级第j个节点接收中央冰库分拣的食材的最大值。

9.根据权利要求6所述的一种以中央冰库为核心的家庭冷链系统的布局方法，其特征在于，所述步骤4进一步为：

对传输路径建模，将用于为货仓提供纵向传输路径、且对应到相应楼层的纵向管道，用于在所述中央冰库与所述行星冰库之间建立传输路径的传输主道，用于在所述行星冰库与各所述单元楼的货仓之间建立传输路径的传输支道，以及用于在相应楼层与用户家中建立传输路径的传输旁路绘制在空间坐标系中，计算出承运小车执行n条指令所需时间：

式中，T表示执行第n条指令承运小车到达对应楼层对应户中的时间；T_0，i表示以中央冰库为起始点，先经过行星冰库，再从行星冰库转运到达单元楼所用的时间；T_0，i表示以单元楼为起始点，先经过行星冰库，再从行星冰库返回中央冰库所用的时间。

10.根据权利要求6所述的一种以中央冰库为核心的家庭冷链系统的布局方法，其特征在于，所述步骤5进一步为：

计算状态转移概率，公式如下：

式中，P表示承运小车从i节点到j节点的状态转移概率；

表示承运小车从i节点到j节点路径上的信息素浓度；W_i，j表示承运小车从i节点到j节点的期望值；λ和β分别为信息素启发因子和期望值启发因子。

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