CN115056697A - 一种自动对接智能牵引系统及牵引方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能物流领域，具体涉及一种自动对接智能牵引系统及牵引方法。目前常见的自动牵引车很难调节方向，同时也没法解决在狭窄的空间内对接货架。本发明提出了一种自动对接智能牵引系统及牵引方法，该牵引系统具有牵引平台以及配套使用的货架，其中牵引平台的移动和转向具有结构更简单、驱动更灵活的特点，实现了牵引车在狭窄空间内的多向移动，从而更好的找到正确的方向对接标准货架。在牵引平台以及标准货架上具有专用的对接装置，实现无人辅助全自动对接货架，满足平稳牵引的要求。在牵引平台上的人机交互系统，能够提供高效的任务智能管理功能。

Description

一种自动对接智能牵引系统及牵引方法

技术领域

本发明属于智能物流领域，具体涉及一种自动对接智能牵引系统及牵引方法。

背景技术

目前常见的自动牵引车，靠双轮差速调整行进方向，车辆具有的牵引机构从货架前部或者下部与货架连接，通过牵引车拉动货架移动。这种方式需要足够的空间才能准确调整好牵引车与货架的对接角度，一旦货架在狭窄空间或者紧靠墙边位置时，现有的牵引车很难调节方向，同时也没法解决在狭窄的空间内对接货架的问题。

专利CN212474844U公开了一种便于断开的磁性牵引车，包括车体和带有电机的移动轮，车体一端设置有牵引架，所述牵引架上设置有电磁铁，通过电磁铁对受到牵引的物料架进行吸附牵引。牵引车的移动和转向靠电机控制四个移动轮来实现。该牵引车的转向和移动通过分别控制四个车轮来实现，控制过程复杂且维护成本较高。通过电磁铁吸附还需要配备大功率电池，否则无法对较重的物料架进行牵引。此外，通过单侧磁性拉力进行牵引，在运动过程中物料架的平衡难以保持。

专利EP3489190A1公开了一种用于在仓库环境中使用物料搬运车辆的系统和方法，其中的物料搬运车辆包括：车身；支撑所述车身的多个车轮；每个车轮都可操作地联接到一个或多个车轮的牵引力控制单元、制动系统和转向组件。还包括置物车接合子系统与导航子系统。该搬运车辆与上述牵引车存在同样的问题，针对每个车轮都提供一个控制单元，结构复杂，成本高昂，且维护困难，还涉及到每个车轮同步协同的问题。同样地，该搬运车辆仍然是单侧牵引，平衡不好控制，尤其是在转弯的时候。

发明内容

本发明提出了一种自动对接智能牵引系统及牵引方法，该牵引系统具有牵引平台以及配套使用的货架，其中牵引平台的移动和转向具有结构更简单、驱动更灵活的特点，实现了牵引车在狭窄空间内的多向移动，从而更好的找到正确的方向对接标准货架。在牵引平台以及标准货架上具有专用的对接装置，实现无人辅助全自动对接货架，满足平稳牵引的要求。在牵引平台上的人机交互系统，能够提供高效的任务智能管理功能。

本发明提供一种自动对接智能牵引系统，该系统包括牵引车，该系统还包括与牵引车配套使用的标准货架，并且所述牵引车包括车体底盘、牵引钩锁机构和人机交互模块；其中

所述标准货架支撑在货架万向轮上，且在端部设置有二维码板，在装载平台的下部具有带孔的钩锁区域；

所述车体底盘包括车体框架、安装在车体框架下侧的旋转驱动机构、悬挂系统、一对驱动轮以及安装在车体框架四周的车体万向轮，所述旋转驱动机构控制所述驱动轮相对于车体框架的旋转角度以及驱动轮的转动；

所述牵引钩锁机构包括能在车体前后方向移动的钩锁组件，该钩锁组件中的钩锁电机控制钩锁机构上下移动从而能够通过所述标准货架的钩锁区域；

所述人机交互模块提供人机互动接口并控制牵引车各部分功能的运行。

有利地，所述旋转驱动机构包括旋转盘、回转支撑、离合器以及车轮驱动机构，所述驱动轮通过悬挂系统连接到旋转盘构成整体结构，所述回转支撑作为轴类结构穿过旋转盘，回转支撑上部、离合器的内圈部分均与车体框架连接，离合器的外圈部分与旋转盘的下端面连接。

有利地，该驱动机构还包括旋转限位、编码器和同步带，所述旋转限位用于对旋转盘的旋转角度进行限位；通过所述编码器和同步带检测驱动轮相对于车体框架的旋转角度。

有利地，当离合器断开时，通过控制两个驱动轮差速转动从而相对车体框架转动；当离合器锁住时，通过控制两个驱动轮差速转动来带动牵引车整体做原地旋转运动，通过控制两个驱动轮同步转动来带动牵引车行走。

有利地，驱动轮相对于车体框架在0-90°范围内旋转。

有利地，所述牵引钩锁机构包括安装在固定底座上的滑动底座和牵引滑轨，在滑动底座上安装有钩锁滑轨、牵引电机、牵引传动机构、钩锁组件和接近开关，牵引电机在一侧通过牵引滑块滑动安装在所述牵引滑轨上，在另一侧与牵引传动机构连接，牵引传动机构与钩锁组件连接，钩锁组件滑动安装在所述钩锁滑轨上，通过牵引电机带动滑动底座以及钩锁组件打开或者收回。

有利地，牵引传动机构为链条，其支撑在链条座上。

有利地，所述钩锁组件包括色彩传感器、钩锁机构和钩锁电机，钩锁机构采用曲柄滑块钩锁机构，由钩锁电机控制所述钩锁机构上下移动，钩锁机构向上移动升出后能够锁住标准货架。

有利地，所述人机交互模块位于牵引钩锁机构的前部，具有操作面板、运算单元、牵引控制单元、信息采集通讯单元以及显示单元。

本发明还提供一种自动对接智能牵引方法，利用上述的自动对接智能牵引系统，包括以下步骤：

S1、接近

牵引车收到配送指令信息，自主行走至待牵引的标准货架附近；

S2、对准

牵引车利用二维码摄像头来判断相对于标准货架的相对位置并获得纵向和横向偏差，通过控制驱动轮相对于车体框架的旋转角度以及驱动轮的转动带动牵引车移动到对准位置；

S3、结合

控制锁钩组件向后伸出到标准货架的钩锁区域，通过钩锁电机控制钩锁机构向上穿入钩锁区域从而钩住标准货架；

S4、拉回锁定

控制锁钩组件及标准货架向前收回至锁定位置，标准货架与牵引车结合为整体；

S5、运送至目标位置。

有利地，当需要卸载标准货架时，按照逆序操作即可。

有益效果：本发明与现有技术相比，大大提高了牵引车在狭窄地方的活动能力与对接能力，牵引车不仅能够横向和纵向移动，还能够利用底盘上的编码器，实现0-90°内的任意角度移动。且对标准货架的三个固定锚点进行支撑，稳定性与可靠性更高，对接系统能实现无需额外装置，实现牵引车和标准货架的对接与分离，大大提升配送效率。

附图说明

图1是现有技术中一种牵引车示意图；

图2是现有技术中另一种牵引车示意图；

图3是本发明牵引系统的构成示意图；

图4是车体底盘结构示意图；

图5是旋转驱动机构的结构示意图；

图6是牵引钩锁机构的第一角度的结构示意图；

图7是牵引钩锁机构的第二角度的结构示意图；

图8是牵引钩锁机构在打开时的状态示意图；

图9是钩锁组件的结构示意图；

图10是标准货架的结构示意图；

图11-12显示了牵引车靠近标准货架的过程示意图；

图13-14显示了牵引车将标准货架拉回的过程示意图。

具体实施方式

如图3所示，本发明智能牵引系统包括牵引车和标准货架4，牵引车包括车体底盘1、牵引钩锁机构2和人机交互模块3。

其中车体底盘1，如图4所示，在车体框架25后方安装有二维码摄像头26，在车体框架25下端中部区域具有旋转驱动机构23、悬挂系统6和一对驱动轮7，在车体框架25的前后两侧具有车体万向轮24。

典型的旋转驱动机构23如图5所示，包括旋转盘5、旋转限位8、编码器9、同步带10、回转支撑11、离合器12以及车轮驱动机构(图中未示出)。驱动轮7 通过悬挂系统6连接到旋转盘5构成一个整体结构。离合器12包括可以锁定的外圈部分和内圈部分，外圈部分固定安装在旋转盘5的下端面，内圈部分与回转支撑11的外表面固定连接，回转支撑11向上穿过旋转盘5后固定在车体框架25 上。在另一实施例中，离合器12的内圈部分与回转支撑11均与车体框架25固定连接。编码器9和同步带10安装在回转支撑11的外圈上，用于检测离合器12的内圈部分相对于外圈部分的旋转角度。旋转限位8设置在内圈部分相对于外圈部分的旋转角度极限位置，用于机械限位。

当离合器12断开时，旋转驱动机构23驱动两个驱动轮7差速转动从而相对车体框架25转动，驱动轮7可相对于车体框架25在0-90°范围内旋转。当保持在90度位置时，驱动轮7可带动牵引车做横移运动。当离合器12锁住时，旋转驱动机构23与车体框架25相对静止，两个驱动轮7差速转动时牵引车整体做原地旋转运动。

在车体框架25上端具有牵引钩锁机构2，典型的牵引钩锁机构2如图6-7 所示实施例，包括安装在固定底座28上的滑动底座33和牵引滑轨30，在滑动底座33上安装有钩锁滑轨31、牵引电机13、牵引传动机构14、钩锁组件和接近开关18。牵引电机13在一侧通过牵引滑块29滑动安装在所述牵引滑轨30上，牵引电机13通过本领域常见的传动机构控制滑动底座33在牵引滑轨30上的位置。牵引电机13在另一侧与牵引传动机构14连接，牵引传动机构14与钩锁组件连接，钩锁组件滑动安装在所述钩锁滑轨31上。牵引电机13通过牵引传动机构14 带动钩锁组件在钩锁滑轨31上前后移动。从而实现的技术效果是当牵引电机13 转动时，同时带动滑动底座33和钩锁组件打开或者收回。当牵引时控制钩锁组件伸出到标准货架4的底部，打开时钩锁组件在固定底座28上的状态如图8所示。在该实施例中，牵引传动机构14为链条，其支撑在两侧的链条座上。

钩锁组件包括色彩传感器15、钩锁机构16和钩锁电机17，参见图9，钩锁机构16采用曲柄滑块钩锁机构，由钩锁电机17控制所述钩锁机构16上下移动，钩锁机构16向上移动升出后能够锁住标准货架4。由所述色彩传感器15识别标准货架底部颜色来检测钩锁组件是否到达标准货架4的指定钩锁区域。所述接近开关18对拉回来的标准货架4进行锁定位置判断，当牵引电机13将标准货架4 拉回到固定底座28上的接近开关18处停止并锁死，通过钩锁机构16和两个接近开关18形成了三个锚点27，对标准货架4锁定。

典型的标准货架4如图10所示，包括若干装载平台19、在前后两侧设置有二维码板20、在下部空间具有钩锁区域21，支腿上安装有货架万向轮22。所述二维码摄像头26通过二维码板20对接标准货架4。

人机交互模块3位于牵引钩锁机构2前部，具有操作面板、运算单元、牵引控制单元、信息采集通讯单元以及显示单元等，在某实施例中，操作面板与显示单元为一体式结构。操作面板提供人机互动接口，信息采集通讯单元通过各类传感器进行环境感知，并发送至运算单元进行数据处理，信息采集通讯单元还将各类数据发送至远程的控制中心进行集中管理。牵引控制单元根据运算单元发送的指令信号对车体底盘1和牵引钩锁机构2的工作过程进行控制。

本发明的人机交互模块3集环境感知、数据处理、智能控制与数据通信与一体，将具备自学习、自诊断与自补偿、复合感知和灵活通信特点。

采用本发明自动对接智能牵引系统进行牵引时，首先需要完成接近、对准、结合和拉回锁定四个阶段，某实施例过程分别参见图8-11。

接近阶段：参见图11，牵引车收到需要配送标准货架4的指令信息，然后自主延纵向(牵引车的前后方向)行走至待牵引的标准货架4附近(通常在标准货架4的斜前方)。

对准阶段：参见图12，牵引车利用二维码摄像头26来判断相对于标准货架 4的相对位置并获得横向偏差，(一种实施例中，标准货架4为对称结构，两端均设置有二维码20且均可对接)，若存在横向偏差，控制离合器12断开，旋转驱动机构23驱动两个驱动轮7差速转动从而相对车体框架25转动至90°位置，离合器12锁定。之后带动牵引车横向移动到对准位置。

结合阶段：参见图13，牵引钩锁机构2中的牵引电机13控制牵引传动机构 14带动锁钩组件向后伸出到标准货架4的底部钩锁区域21，并通过色彩传感器 15检测钩锁组件到达标准货架4的钩锁区域21后，钩锁电机17控制钩锁机构 16向上穿入钩锁区域21从而钩住标准货架4。

拉回锁定阶段：参见图14，牵引电机13控制牵引传动机构14带动锁钩组件及标准货架4向前收回，通过接近开关18对拉回来的标准货架4进行到达位置判断，当收回到到接近开关18处停止，并由钩锁机构16和两个接近开关18组成的三个锚点27将标准货架4锁死，标准货架4与牵引车结合为整体，使货架在运输过坎时均能保持稳定。

完成上述几个阶段之后，牵引车将标准货架运送到目标位置。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现。比如除了电机驱动外，本发明还可以采用液压驱动的方式。此外对于链传动、带传动等动力传动机构也不唯一。传感器的类型也可以采用其他能够实现相同目标的传感器。

Claims (10)

1.一种自动对接智能牵引系统，该系统包括牵引车，其特征在于：该系统还包括与牵引车配套使用的标准货架(4)，并且所述牵引车包括车体底盘(1)、牵引钩锁机构(2)和人机交互模块(3)；其中

所述标准货架(4)支撑在货架万向轮(22)上，且在端部设置有二维码板(20)，在装载平台(19)的下部具有带孔的钩锁区域(21)；

所述车体底盘(1)包括车体框架(25)、安装在车体框架(25)下侧的旋转驱动机构(23)、悬挂系统(6)、一对驱动轮(7)以及安装在车体框架(25)四周的车体万向轮(24)，所述旋转驱动机构(23)控制所述驱动轮(7)相对于车体框架(25)的旋转角度以及驱动轮(7)的转动；

所述牵引钩锁机构(2)包括能在车体前后方向移动的钩锁组件，该钩锁组件中的钩锁电机(17)控制钩锁机构(16)上下移动从而能够通过所述标准货架(4)的钩锁区域(21)；

所述人机交互模块(3)提供人机互动接口并控制牵引车各部分功能的运行。

2.根据权利要求1所述的自动对接智能牵引系统，其特征在于：所述旋转驱动机构(23)包括旋转盘(5)、回转支撑(11)、离合器(12)以及车轮驱动机构，所述驱动轮(7)通过悬挂系统(6)连接到旋转盘(5)构成整体结构，所述回转支撑(11)作为轴类结构穿过旋转盘(5)，回转支撑(11)上部、离合器(12)的内圈部分均与车体框架(25)连接，离合器(12)的外圈部分与旋转盘(5)的下端面连接。

3.根据权利要求2所述的自动对接智能牵引系统，其特征在于：该驱动机构(23)还包括旋转限位(8)、编码器(9)和同步带(10)，所述旋转限位(8)用于对旋转盘(5)的旋转角度进行限位；通过所述编码器(9)和同步带(10)检测驱动轮(7)相对于车体框架(25)的旋转角度。

4.根据权利要求3所述的自动对接智能牵引系统，其特征在于：当离合器(12)断开时，通过控制两个驱动轮(7)差速转动从而相对车体框架(25)转动；当离合器(12)锁住时，通过控制两个驱动轮(7)差速转动来带动牵引车整体做原地旋转运动，通过控制两个驱动轮(7)同步转动来带动牵引车行走。

5.根据权利要求4所述的自动对接智能牵引系统，其特征在于：驱动轮(7)相对于车体框架(25)在0-90°范围内旋转。

6.根据权利要求1所述的自动对接智能牵引系统，其特征在于：所述牵引钩锁机构(2)包括安装在固定底座(28)上的滑动底座(33)和牵引滑轨(30)，在滑动底座(33)上安装有钩锁滑轨(31)、牵引电机(13)、牵引传动机构(14)、钩锁组件和接近开关(18)，牵引电机(13)在一侧通过牵引滑块(29)滑动安装在所述牵引滑轨(30)上，在另一侧与牵引传动机构(14)连接，牵引传动机构(14)与钩锁组件连接，钩锁组件滑动安装在所述钩锁滑轨(31)上，通过牵引电机(13)带动滑动底座(33)以及钩锁组件打开或者收回。

7.根据权利要求6所述的自动对接智能牵引系统，其特征在于：牵引传动机构(14)为链条，其支撑在链条座上。

8.根据权利要求6或7所述的自动对接智能牵引系统，其特征在于：所述钩锁组件包括色彩传感器(15)、钩锁机构(16)和钩锁电机(17)，钩锁机构(16)采用曲柄滑块钩锁机构，由钩锁电机(17)控制所述钩锁机构(16)上下移动，钩锁机构(16)向上移动升出后能够锁住标准货架(4)。

9.一种自动对接智能牵引方法，其特征在于：利用如权利要求1-8中任一项所述的自动对接智能牵引系统，包括以下步骤：

S1、接近

牵引车收到配送指令信息，自主行走至待牵引的标准货架(4)附近；

S2、对准

牵引车利用二维码摄像头(26)来判断相对于标准货架(4)的相对位置并获得纵向和横向偏差，通过控制驱动轮(7)相对于车体框架(25)的旋转角度以及驱动轮(7)的转动带动牵引车移动到对准位置；

S3、结合

控制锁钩组件向后伸出到标准货架(4)的钩锁区域(21)，通过钩锁电机(17)控制钩锁机构(16)向上穿入钩锁区域(21)从而钩住标准货架(4)；

S4、拉回锁定

控制锁钩组件及标准货架(4)向前收回至锁定位置，标准货架(4)与牵引车结合为整体；

S5、运送至目标位置。

10.根据权利要求9所述的自动对接智能牵引方法，其特征在于：当需要卸载标准货架(4)时，按照逆序操作即可。

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