CN110721912B - 一种动态上包台系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包裹分拣运输技术领域，且公开了一种动态上包台系统，包括底座，底座上表面的一端与电机箱的底部固定连接，电机箱上表面的一端与支撑杆一的一端固定连接，支撑杆一的另一端与轴承一的一侧固定连接，轴承一套接于转动轴一一端的外表面，转动轴一插接于转动轮滚一的内圈，转动轴一另一端的外表面于皮带轮一固定连接，皮带轮一通过皮带二与皮带轮二活动连接。该动态上包台系统，通过将动力学研究，静力学分析，融合基础物理与高等数学等一系列方式方法运用到此装置上面，达到包裹实时寻车，动态调速，稳定上包的目的，解决了现有的交叉上包速度较慢，达不到理想的上包速度，增加运输成本的问题。

Description

一种动态上包台系统

技术领域

本发明涉及包裹分拣运输技术领域，具体为一种动态上包台系统。

背景技术

在中国，速递业者可以不同的规模运作，小至服务特定市镇，大至区域、跨国甚至是全球服务，随着快递行业的快速发展，包裹的数量也随着快速增加。

市场上大部分交叉带上包可分为两类，一类是运动过程中稍作停滞的伪动态上包，另一类是拉大寻包时间一对一的缓慢上包，一般效率仅能达到1.5S/件，很难有所突破，分拣上包的速度更为直接的影响着包裹输送的工作效率。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种动态上包台系统，具备在供包效率上有了大幅度提升，而且实现了一对多的多寻包模式，通过动力学研究，静力学分析，融合基础物理与高等数学等一系列方式方法，包裹实时寻车，动态调速的真动态稳上包，上包效率达到0.9S—1.2S/件，上包更为流畅，效率高等优点，解决了现有的交叉上包速度较慢，达不到理想的上包速度，增加包裹的运输成本，浪费大量的人力物力财力，在上包裹的过程中对包裹造成一定的伤害，在上包裹的过程中包裹容易碰撞掉落的问题。

(二)技术方案

为实现上述供包效率上有了大幅度提升，而且实现了一对多的多寻包模式，通过动力学研究，静力学分析，融合基础物理与高等数学等一系列方式方法，包裹实时寻车，动态调速的真动态稳上包，上包效率达到0.9S—1.2S/件，上包更为流畅，效率高目的，本发明提供如下技术方案：一种动态上包台系统，包括底座，底座上表面的一端与电机箱的底部固定连接，电机箱上表面的一端与支撑杆一的一端固定连接，支撑杆一的另一端与轴承一的一侧固定连接，轴承一套接于转动轴一一端的外表面，转动轴一插接于转动轮滚一的内圈，转动轴一另一端的外表面于皮带轮一固定连接，皮带轮一通过皮带二与皮带轮二活动连接，皮带轮二套接于转轴中部的外表面，转轴的一端穿过电机箱的一侧与伺服电机的一侧固定连接，伺服电机的底部与电机箱内壁底部的一端固定连接；

转轴的另一端与异形齿轮一的一侧固定连接，异形齿轮一的外表面与异形齿轮二的一侧啮合，异形齿轮二套接于转动轴三一端的外表面，转动轴三固定连接于操作架内壁的一侧，操作架的底部与底座上表面的一端固定连接，转动轴三远离操作架内壁的一端通过皮带一与转动轴二的一端活动连接，转动轴二穿过轴承二插接于转动轮滚二的内壁，轴承二的一侧与支撑杆二的一端固定连接，支撑杆二的另一端与操作架上表面的一端固定连接，转动轮滚二的外表面与动态加速2段履带滑动连接；

操作架上表面的中部与支撑杆三的一端固定连接，支撑杆三的另一端与轴承三的一侧固定连接，轴承三套接于转动轴四一端的外表面，转动轴四远离轴承三的外表面与动态加速1段履带活动连接，转动轴四的一端通过皮带三与皮带轮三活动连接，皮带轮三通过带轮固定连接于电机的一侧，电机的底部与操作架内壁的一侧固定连接，皮带轮三通过皮带四与转动轴五的一端活动连接，转动轴五通过轴承六插接于转动轮滚四的内圈，轴承六的一侧与支撑杆四的一端固定连接，支撑杆四的另一端与操作架上表面的一端固定连接；

操作架上表面远离支撑杆二的一端与轴承四的一侧固定连接，轴承四套接于螺纹套管的外表面，螺纹套管的顶部套接于螺纹杆一端的外表面，螺纹杆的另一端与扫描仪器底部的一端固定连接，螺纹套管的另一端穿过操作架的顶部与连接杆的一端固定连接，连接杆的另一端插接于异形齿轮四的中部，异形齿轮四的一侧与异形齿轮三的一侧啮合，异形齿轮三套接于横杆的中部，横杆远离异形齿轮三中部的外表面与轴承七插接，轴承七的一侧与立杆的一端固定连接，立杆的另一端与操作架内壁的底部固定连接，横杆的另一端穿过固定连接于操作架一侧的轴承五与握把的一侧固定连接；

功能模块介绍：

a)整体功能框架，以PLC为控制中心，以运动控制器为动态运行执行主体；

b)PLC通过上位机PLC命令，结合自身采集到信号，通过动态速度算法，实现精确上包；

c)整机PLC和运动控制器通过标准以太网实现信息交换；

在动态上包研发方案的过程中理论基础分为静力学分析和动力学分析两种分析方法；

静力学分析：

设包裹质量为m,所受摩擦力为f,重力加速度为g，水平加速度为a，皮带摩擦系数为μ。则对包裹匀速运动进行受力分析得

水平方向f ma (1)

f＝μmg (2)

联立(1)、(2)得

0≤a≤μg (3)

动力学分析：

设包裹做变加速直线运动，主线速度为v包括初速度v₀，末速度为v_t，加速度初值为b,变化系数为k,运动时间为t，运动距离为s则

(4)

a＝kt+b (5)

速度函数为

(6)

v_t＝v₀ +at (7)

位置函数为

(8)

联立(5)、(6)、(7)、(8)得

(9)

v_t＝v₀ +kt² +bt (10)

由(3)知其约束条件为

0≤kt+b≤ug (11)

s、v_t、t为已知量

由(4)(9)(10)(11)可求得k,b；

运动曲线对比：

图9可明显看出在同等时间下，新算法比旧算法能在更段距离内上交叉带环线；

图10可明显看出在同等距离下，新算法比旧算法能在更短时间内上交叉带环线。

优选的，转动轮滚一的外表面滑动连接有履带，并且履带的宽度与转动轮滚一的宽度相同。

优选的，操作架上表面的一端通过支撑柱固定设置有滑板，并且滑板与动态加速2段履带和履带在同一条直线上。

优选的，支撑杆三与支撑杆四之间设置有光幕测量仪器，并且光幕测量仪器固定连接于操作架的上表面。

优选的，扫描仪器底部的一侧对称设置有两个相同的螺纹杆，扫描仪器底部的另一侧对称设置两个高度相同的伸缩杆。

优选的，支撑杆二、支撑杆三和支撑杆四的数量均为四个且高度相同。

优选的，异形齿轮四和异形齿轮三的数量均为两个，并且两个异形齿轮四套接于两个连接杆的一端，两个异形齿轮三均套接于横杆的外表面。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种动态上包台系统，具备以下有益效果：

1、该动态上包台系统，通过将动力学研究，静力学分析，融合基础物理与高等数学等一系列方式方法运用到此装置上面，达到包裹实时寻车，动态调速，稳定上包的目的，解决了现有的交叉上包速度较慢，达不到理想的上包速度，增加运输成本的问题。

2、该动态上包台系统，在装置上设置动态上包1段和动态上包2段，能够准确地确定包裹的位置，调整动态上包的速度，并且防止包裹挤压堵塞，充分的拉开两段之间的距离，使上包更加流畅，效率更高，能够规划上包，使上包更加智能化。

3、该动态上包台系统，整机为自动化，动态化上包系统设备，运行期间允许范围内有空车存在则无需静止等待小车时间。自动规划速度，运动上包，以上包台寻空车局部最优最大化上包策略，提高上包的工作效率，降低人工的使用率，大大节省了人力物财力成本。

附图说明

图1为本发明结构剖面示意图；

图2为本发明结构俯视图；

图3为本发明结构左侧示意图；

图4为本发明结构总体流程示意图；

图5为本发明图1的A处放大示意图；

图6为本发明结构的功能模块示意图；

图7为本发明图结构的静力学分析示意图；

图8为本发明图结构的动力学分析示意图；

图9为本发明图结构运动曲线对比A图；

图10为本发明图结构运动曲线对比B图。

图中：1底座、2电机箱、3支撑杆一、4转动轴一、5轴承一、6转动轮滚一、7履带、8伺服电机、9皮带轮一、10滑板、11支撑柱、12转动轴二、13转动轮滚二、14动态加速2段履带、15轴承二、16支撑杆二、17皮带一、18皮带二、19异形齿轮一、20异形齿轮二、21转动轴三、22转轴、23皮带轮二、24动态加速1段履带、25轴承三、26光幕测量仪器、27转动轮滚三、28转动轴四、29支撑杆三、30皮带三、31电机、32皮带轮三、33皮带四、34扫描仪器、35螺纹杆、36螺纹套管、37轴承四、38握把、39轴承五、40异形齿轮三、41扫描段履带、42异形齿轮四、43立杆、44轴承七、45横杆、46轴承六、47转动轮滚四、48转动轴五、49支撑杆四、50操作架、51连接杆、52伸缩杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，一种动态上包台系统，包括底座1，底座1上表面的一端与电机箱2的底部固定连接，电机箱2上表面的一端与支撑杆一3的一端固定连接，支撑杆一3的另一端与轴承一5的一侧固定连接，轴承一5套接于转动轴一4一端的外表面，转动轴一4插接于转动轮滚一6的内圈，转动轮滚一6的外表面滑动连接有履带7，并且履带7的宽度与转动轮滚一6的宽度相同，设置宽度与转动轮滚一6宽度相同的履带7，便于包裹输送至转动轮滚一6上面继续向后输送，提高输送的工作效率，转动轴一4另一端的外表面于皮带轮一9固定连接，皮带轮一9通过皮带二18与皮带轮二23活动连接，皮带轮二23套接于转轴22中部的外表面，转轴22的一端穿过电机箱2的一侧与伺服电机8的一侧固定连接，伺服电机8的底部与电机箱2内壁底部的一端固定连接；

转轴22的另一端与异形齿轮一19的一侧固定连接，异形齿轮一19的外表面与异形齿轮二20的一侧啮合，异形齿轮二20套接于转动轴三21一端的外表面，转动轴三21固定连接于操作架50内壁的一侧，操作架50的底部与底座1上表面的一端固定连接，转动轴三21远离操作架50内壁的一端通过皮带一17与转动轴二12的一端活动连接，转动轴二12穿过轴承二15插接于转动轮滚二13的内壁，轴承二15的一侧与支撑杆二16的一端固定连接，支撑杆二16的另一端与操作架50上表面的一端固定连接，转动轮滚二13的外表面与动态加速2段履带14滑动连接，操作架50上表面的一端通过支撑柱11固定设置有滑板10，并且滑板10与动态加速2段履带14和履带一7在同一条直线上，转动轮滚一6与转动轮滚二13之间设置滑板10，便于包裹上包，使包裹不易掉落；

操作架50上表面的中部与支撑杆三29的一端固定连接，支撑杆三29与支撑杆四49之间设置有光幕测量仪器26，并且光幕测量仪器26固定连接于操作架50的上表面，设置光幕测量仪器，包裹通过光幕时间设定上下限，空小车发送位置(或到达时间)工作上包台小车实时计算时间，1)包裹到达动态上包极限位置，仍未有空车匹配，或未有空车，则包裹停止在运行位置，当有空车时以静态加速上包，包裹经过光幕后，且到达限位前实时搜寻匹配小车，匹配约束条件，包裹搜寻触发优先，上包台顺序优先，加速合理优先，有空车无包裹，且上包台启动，则实时计算动态响应，4)动态II段有料还未上车，动态I段做缓存处理，前一包裹上车后，I段II段同时进行动态上车，包裹离开I段后，若扫描段有料则进入I段缓存，若无料则I段停止，支撑杆三29的另一端与轴承三25的一侧固定连接，轴承三25套接于转动轴四28一端的外表面，转动轴四28远离轴承三25的外表面与动态加速1段履带24活动连接，转动轴四28的一端通过皮带三30与皮带轮三32活动连接，皮带轮三32通过带轮固定连接于电机31的一侧，电机31的底部与操作架50内壁的一侧固定连接，皮带轮三32通过皮带四33与转动轴五48的一端活动连接，转动轴五48通过轴承六46插接于转动轮滚四47的内圈，轴承六46的一侧与支撑杆四49的一端固定连接，支撑杆二16、支撑杆三29和支撑杆四49的数量均为四个且高度相同，设置相同高度的支撑杆二16、支撑杆三29和支撑杆四49，便于包裹能够平稳的运输，不易脱落，进一步保护包裹，支撑杆四49的另一端与操作架50上表面的一端固定连接；

操作架50上表面远离支撑杆二16的一端与轴承四37的一侧固定连接，轴承四37套接于螺纹套管36的外表面，螺纹套管36的顶部套接于螺纹杆35一端的外表面，螺纹杆35的另一端与扫描仪器34底部的一端固定连接，扫描仪器34底部的一侧对称设置有两个相同的螺纹杆35，扫描仪器34底部的另一侧对称设置两个高度相同的伸缩杆52，设置两个高度相同的螺纹杆35，便于调节扫面仪器34的高度，使扫描仪器34能够扫描各类包裹，提高装置的利用率，螺纹套管36的另一端穿过操作架50的顶部与连接杆51的一端固定连接，连接杆51的另一端插接于异形齿轮四42的中部，异形齿轮四42和异形齿轮三40的数量均为两个，并且两个异形齿轮四42套接于两个连接杆51的一端，两个异形齿轮三40均套接于横杆45的外表面，设置两个异形齿轮四42，使横杆45表面的两个异形齿轮三40转动的同时改变螺纹杆35的高度，提高装置适应各种环境的能力，异形齿轮四42的一侧与异形齿轮三40的一侧啮合，异形齿轮三40套接于横杆45的中部，横杆45远离异形齿轮三40中部的外表面与轴承七44插接，轴承七44的一侧与立杆43的一端固定连接，立杆43的另一端与操作架50内壁的底部固定连接，横杆45的另一端穿过固定连接于操作架50一侧的轴承五39与握把38的一侧固定连接；

功能模块介绍：

a)整体功能框架，以PLC为控制中心，以运动控制器为动态运行执行主体；

b)PLC通过上位机PLC命令，结合自身采集到信号，通过动态速度算法，实现精确上包；

c)整机PLC和运动控制器通过标准以太网实现信息交换。

在动态上包研发方案的过程中理论基础分为静力学分析和动力学分析两种分析方法。

静力学分析：

设包裹质量为m,所受摩擦力为f,重力加速度为g，水平加速度为a，皮带摩擦系数为μ。则对包裹匀速运动进行受力分析得

水平方向fma (1)

f＝μmg (2)

联立(1)、(2)得

0≤a≤μg (3)

动力学分析：

设包裹做变加速直线运动，主线速度为v包括初速度v₀，末速度为v_t，加速度初值为b,变化系数为k,运动时间为t，运动距离为s则

(4)

a＝kt+b (5)

速度函数为

(6)

v_t＝v₀+at (7)

位置函数为

(8)

联立(5)、(6)、(7)、(8)得

(11)

v_t＝v₀ +kt² +bt (10)

由(3)知其约束条件为

0≤kt+b≤ug (11)

s、v_t、t为已知量

由(4)(9)(10)(11)可求得k,b；

运动曲线对比：

图9可明显看出在同等时间下，新算法比旧算法能在更段距离内上交叉带环线；

图10可明显看出在同等距离下，新算法比旧算法能在更短时间内上交叉带环线。

该文中出现的电器元件均与外界的主控器及220V市电电连接，并且主控器可为计算机等起到控制的常规已知设备。

在使用时，整机为自动化，动态化上包系统设备，运行期间允许范围内有空车存在则无需静止等待小车时间，自动规划速度，运动上包。

包裹到达扫描段，扫描取样结束后，给PLC运行触发信号，PLC控制扫描段与动态I段，以恒定速度经过测量光幕，得到包裹尺寸，并同时请求小车位置，运算合理锁定小车，PLC整理运算匹配速度与时间，经过动态Ⅱ段将包裹运达小车。

实测效率对比：

现有供包台效率约1.5-2s/件

有以上包裹供包台新算法，理论供包效率为1.2-0.9s/件，理论供包效率3000件/时—4000件/时。

在太原百世场地实测，将供包台每小时供包效率从原有的2000件/时，提高到3500件/时。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种动态上包台系统，包括底座(1)，其特征在于：所述底座(1)上表面的一端与电机箱(2)的底部固定连接，电机箱(2)上表面的一端与支撑杆一(3)的一端固定连接，支撑杆一(3)的另一端与轴承一(5)的一侧固定连接，轴承一(5)套接于转动轴一(4)一端的外表面，转动轴一(4)插接于转动轮滚一(6)的内圈，转动轴一(4)另一端的外表面与皮带轮一(9)固定连接，皮带轮一(9)通过皮带二(18)与皮带轮二(23)活动连接，皮带轮二(23)套接于转轴(22)中部的外表面，转轴(22)的一端穿过电机箱(2)的一侧与伺服电机(8)的一侧固定连接，伺服电机(8)的底部与电机箱(2)内壁底部的一端固定连接；

转轴(22)的另一端与异形齿轮一(19)的一侧固定连接，异形齿轮一(19)的外表面与异形齿轮二(20)的一侧啮合，异形齿轮二(20)套接于转动轴三(21)一端的外表面，转动轴三(21)固定连接于操作架(50)内壁的一侧，操作架(50)的底部与底座(1)上表面的一端固定连接，转动轴三(21)远离操作架(50)内壁的一端通过皮带一(17)与转动轴二(12)的一端活动连接，转动轴二(12)穿过轴承二(15)插接于转动轮滚二(13)的内壁，轴承二(15)的一侧与支撑杆二(16)的一端固定连接，支撑杆二(16)的另一端与操作架(50)上表面的一端固定连接，转动轮滚二(13)的外表面与动态加速2段履带(14)滑动连接；

操作架(50)上表面的中部与支撑杆三(29)的一端固定连接，支撑杆三(29)的另一端与轴承三(25)的一侧固定连接，轴承三(25)套接于转动轴四(28)一端的外表面，转动轴四(28)远离轴承三(25)的外表面与动态加速1段履带(24)活动连接，转动轴四(28)的一端通过皮带三(30)与皮带轮三(32)活动连接，皮带轮三(32)通过带轮固定连接于电机(31)的一侧，电机(31)的底部与操作架(50)内壁的一侧固定连接，皮带轮三(32)通过皮带四(33)与转动轴五(48)的一端活动连接，转动轴五(48)通过轴承六(46)插接于转动轮滚四(47)的内圈，轴承六(46)的一侧与支撑杆四(49)的一端固定连接，支撑杆四(49)的另一端与操作架(50)上表面的一端固定连接；

操作架(50)上表面远离支撑杆二(16)的一端与轴承四(37)的一侧固定连接，轴承四(37)套接于螺纹套管(36)的外表面，螺纹套管(36)的顶部套接于螺纹杆(35)一端的外表面，螺纹杆(35)的另一端与扫描仪器(34)底部的一端固定连接，螺纹套管(36)的另一端穿过操作架(50)的顶部与连接杆(51)的一端固定连接，连接杆(51)的另一端插接于异形齿轮四(42)的中部，异形齿轮四(42)的一侧与异形齿轮三(40)的一侧啮合，异形齿轮三(40)套接于横杆(45)的中部，横杆(45)远离异形齿轮三(40)中部的外表面与轴承七(44)插接，轴承七(44)的一侧与立杆(43)的一端固定连接，立杆(43)的另一端与操作架(50)内壁的底部固定连接，横杆(45)的另一端穿过固定连接于操作架(50)一侧的轴承五(39)与握把(38)的一侧固定连接；

功能模块：

a)整体功能框架，以PLC为控制中心，以运动控制器为动态运行执行主体；

b)PLC通过上位机PLC命令，结合自身采集到信号，通过动态速度算法，实现精确上包；

c)整机PLC和运动控制器通过标准以太网实现信息交换；

在动态上包研发方案的过程中理论基础分为静力学分析和动力学分析两种分析方法；

静力学分析：

设包裹质量为m,所受摩擦力为f,重力加速度为g，水平加速度为a，皮带摩擦系数为μ，则对包裹匀速运动进行受力分析得

水平方向f≧ma (1)

f＝μmg (2)

联立(1)、(2)得

0≤a≤μg (3)

动力学分析：

设包裹做变加速直线运动，主线速度为v包括初速度v₀，末速度为v_t，加速度初值为b,变化系数为k,运动时间为t，运动距离为s则

(4)

a＝kt+b (5)

速度函数为

(6)

v_t＝v₀ +at (7)

位置函数为

(8)

联立(5)、(6)、(7)、(8)得

(9)

v_t＝v₀+kt²+bt (10)

由(3)知其约束条件为

0≤kt+b≤ug (11)

s、v_t、t为已知量

由(4)(9)(10)(11)可求得k,b。

2.根据权利要求1所述的一种动态上包台系统，其特征在于：所述转动轮滚一(6)的外表面滑动连接有履带(7)，并且履带(7)的宽度与转动轮滚一(6)的宽度相同。

3.根据权利要求1所述的一种动态上包台系统，其特征在于：所述操作架(50)上表面的一端通过支撑柱(11)固定设置有滑板(10)，并且滑板(10)与动态加速2段履带(14)和履带(7)在同一条直线上。

4.根据权利要求1所述的一种动态上包台系统，其特征在于：所述支撑杆三(29)与支撑杆四(49)之间设置有光幕测量仪器(26)，并且光幕测量仪器(26)固定连接于操作架(50)的上表面。

5.根据权利要求1所述的一种动态上包台系统，其特征在于：所述扫描仪器(34)底部的一侧对称设置有两个相同的螺纹杆(35)，扫描仪器(34)底部的另一侧对称设置两个高度相同的伸缩杆(52)。

6.根据权利要求1所述的一种动态上包台系统，其特征在于：所述支撑杆二(16)、支撑杆三(29)和支撑杆四(49)的数量均为四个且高度相同。

7.根据权利要求1所述的一种动态上包台系统，其特征在于：所述异形齿轮四(42)和异形齿轮三(40)的数量均为两个，并且两个异形齿轮四(42)套接于两个连接杆(51)的一端，两个异形齿轮三(40)均套接于横杆(45)的外表面。

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