CN203921781U - 一种带转向功能的穿梭车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带转向功能的穿梭车。它包括穿梭车车身，以及安装在车身上的行驶机构、转向机构、升降机构、电控系统、电池及充电系统、通信模块七个部分，转向机构带动四轮同时90度转向，可实现同一轨道平面内前后、左右四个方向行驶。转向机构通过螺钉固定在车身车轮座上，车轮座通过螺钉固定于连接梁和承重梁上，转向时锥齿轮传动35的小锥齿轮带动安装于车轮转向轴的大锥齿轮传动，车轮埋于车轮座下方。行驶机构连接于车身对角线的两个主动轮上，升降机构安装固定在车身承重梁上。穿梭车能在立体仓库中无需叉车或堆垛机辅助即可自主驶入不同列的存货巷道，通过提升机换层后则可驶入立体仓库的任意货位，真正实现高效率、高密度、全自动化的无人值守立体仓库。

Description

一种带转向功能的穿梭车

技术领域

本实用新型涉及一种带转向功能的轨道穿梭车，属于自动化物流仓储中有轨运输设备技术领域。

背景技术

现代物流技术中，自动化立体仓库可大大提高仓储密度，由于立体仓库中货盘上的货物有时重达数百公斤，货物存取必须依靠自动化机械设备完成，仓库存取设备决定了仓库的存储密度、吞吐速度和自动化水平。目前使用的存取设备主要包括巷道堆垛机和轨道穿梭车，巷道堆垛机需要在存货货架旁边配置专门的行驶巷道，并且每个行驶巷道上的堆垛机存取货物有限，而穿梭车无需行驶巷道，可大幅度提高存储密度，逐渐成为了新一代立体仓库自动存取设备发展方向。目前国内的穿梭车大部分只具备前进或后退两个方向行驶功能，如德马泰克公司的穿梭车（SHUTTLE FOR AUTOMATED WAREHOUSE，美国专利号S 2012/ 0099953 A1），这一类穿梭车只能在同一个存货巷道内前后行驶，必须通过叉车辅助才能到其他存货巷道工作，换层也主要通过叉车完成。

国内具备两个方向行驶的轨道车目前只有昆山华恒工程技术中心有限公司2010年申请的发明专利（专利号201010216047.3）“一种自动换轨小车”，其特征在于采用的轨道分为主轨道、移动副轨和次轨道，轨道结构复杂，不适合在低成本的立体仓库中使用。本实用新型传穿梭车则仅需要铺设和原有巷道垂直的行走巷道，依靠轮子转向实现换轨。国外已经有类似产品，而且根据查新资料其转向机构和驱动方式与本实用新型完全不同，对轨道要求较高。因此，如何克服现有技术的不足是目前有轨运输设备技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种带转向功能的轨道穿梭车。它不仅可以前进和后退，还能通过四个轮子90度同步转向，可向左和向右行驶，从而实现了同一轨道平面内四个方向运动。在具备相互垂直的行走巷道和存货巷道的多层立体仓库中存取货物时，通过在行走巷道和存货巷道交叉位置换向行驶，可自主驶入不同列的存货巷道，通过提升机换层后则可驶入立体仓库的任意货位，从而极大提升现有立体仓库的存储密度，全面提高立体仓库的自动化程度，真正实现仓库的无人值守。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种带转向功能的穿梭车，它包括穿梭车车身，以及安装在车身上的行驶机构、转向机构、升降机构、电控系统、电池及充电系统、通信模块七个部分，转向机构通过螺钉固定在车身车轮座上，车轮座通过螺钉固定于车身的连接梁和承重梁上，车轮埋于车轮座下方，行驶机构对角双驱动布置，连接于车身对角线的两个主动轮上，升降机构通过其执行机构上的轴承座安装固定在车身承重梁上与车身连接，电控系统、电池及充电系统、通信模块装在车身上。

所述转向机构包括伺服电机、减速器、传动机构，所述传动机构包括同步带轮传动、锥齿轮传动，所述的同步带轮传动包括长同步带、短同步带、内张紧装置和外张紧装置，所述长同步带轮的底端设置有内张紧装置，长同步带轮的顶端与锥齿轮传动的一端连接，所述锥齿轮的另一端与短同步带轮的一端连接，所述短同步带轮的另一端设置有减速器，所述减速器的另一侧顺次设置有伺服电机；所述短同步带轮通过传动杆连接有外张紧装置（90度转向到位后机械限位，反方向伺服电机抱死，传动系阻力距可限制四轮反方向的转动）。

所述的行驶机构包括第一主动轮、第二主动轮、第一从动轮、第二从动轮、第一伺服电机、第二伺服电机，第一主动轮和第二主动轮分别与底板对角线位置上的两个车轮座相连，第一从动轮和第二从动轮分别与底板上的另外两个车轮座相连，第一、二伺服电机分别与第一、二主动轮的转动轴相连。

所述的升降机构包括托板总成和执行机构，托板总成包括托板、防滑板、柜锁、盖板、铰链、第一传感器、第二传感器、滚轮和导向杆，所述的防滑板安装固定在托板左右两侧，盖板设于托板中间，其一边通过铰链与托板相连，对边的边缘处设有柜锁，第一传感器设于托板的顶部，第二传感器设于托板的侧边，滚轮和导向杆分别固定连接于托板的上表面；所述的执行机构包括第三伺服电机、减速器、刚性联轴器、轴、轴承座、链轮、张紧轮、偏心轮、减速器安装座、链条和张紧轮安装座，第三伺服电机与减速器连接，并安装在减速器安装座上，共对称设有两对通过刚性联轴器连接的轴，轴承座套接在轴的两端上，并与承重梁相连接，轴两端依次各连有链轮和偏心轮，两个轴相同端的链轮通过链条连接，所述的张紧轮设于所述链条的下面与链条接触，张紧轮安装在张紧轮安装座上，张紧轮安装座和与承重梁固定相连。

所述的车身包括底板、长边蒙板、短边蒙板、承重梁、车轮座和连接梁，所述承重梁与连接梁呈90度设置，且承重梁与连接梁直角连接处设有车轮座，所述连接梁外侧设置有短边蒙板，所述短边蒙板的两端分别连接有长边蒙板，所述长边蒙板与短边蒙板呈90度设置，且所述长边蒙板与承重梁平行设置；所述长边蒙板与短边蒙板固定在底板的四周，所述的承重梁、车轮座和连接梁分别与底板固定连接。

所述的电控系统包括控制计算机，所述的控制计算机包括基于ARM内核的微处理器的核心模块、接口板模块和电源模块构成，控制软件嵌入在控制计算机ARM微处理器内，以实现全车运动控制和智能防撞报警。

所述的电池及充电系统包括镍氢动力电池、充电插头和充电电缆，镍氢动力电池通过充电电缆与充电插头相连。

所述的通信模块为无线数传模块，采用时分多址方法组建无线通信网络，实现多台穿梭车和上位机的协调控制调度。

所述的偏心轮的偏心距为15mm±0.1mm。

本实用新型的穿梭车具备以下功能：

穿梭车具有原地转向功能，根据任务要求，通过行走巷道和提升机进入货架不同存货巷道、不同层完成货物出库和入库任务；

穿梭车能接受上位机的控制，在控制站的调度下，可以多台穿梭车同时进行工作；

穿梭车在工作时，可以向上位机上传位置、速度、电量、有无货、故障、工作情况等信息；

穿梭车具有远程遥控功能，可以通过遥控器手动完成任务；

穿梭车具有存放、捡取货物功能，能根据信息管理系统下发工单或遥控器指令完成货物的捡取、移动、存放；

穿梭车具有故障报警提示功能，自身机构发生故障，如升降机构或行走机构发生故障，可以发出灯光报警，并向上位机报告故障信息；

穿梭车具有停车报警功能，当穿梭车在巷道内进行存取作业过程中，如果由于异常情况，如托盘上的货物发生坍塌使巷道堵塞等影响安全的事件而导致非正常停车时，穿梭车可以发出灯光报警，并向上位机报告报警信息；

穿梭车具有紧急防撞功能，当穿梭车行驶过程中前方出现障碍物会紧急停车；

穿梭车具有自动充电功能：当电池容量不够时，上位机发出充电指令后穿梭车可自行移动至货架充电区自行进行充电，并将电量信息报告上位机。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果为：国内同类型穿梭车只具备前进和后退个两个方向行驶功能，必须与叉车或堆垛机配合才能实现立体仓库所有存货巷道的存货和取货。本实用新型设计的带转向功能的新型轨道穿梭车，不仅可以前进和后退，通过四个轮子90度同步转向，可向左和向右行驶，从而实现了同一轨道平面内四个方向运动，在多行多列正交轨道的多层立体仓库中存取货物时，同层可自动驶入不同列的存货巷道，通过提升机换层后则可驶入立体仓库的任意货位，从而极大提升现有立体仓库的存储密度，全面提高立体仓库的自动化程度，在上位信息系统调度下，多台穿梭车可到达立体仓库任意层、任意巷道、任意货位进行存货和取货操作，无需人工介入，真正实现高效率、高密度、全自动化的无人值守立体仓库。

附图说明

图1是本实用新型穿梭车的结构示意图；其中，1-车身、2-行驶机构、3-转向机构、4-升降机构、5-电控系统、6-电池及充电系统、7-通信模块，8-控制计算机；

图2是本实用新型穿梭车车身的结构示意图；其中，11-底板、12-长边蒙板、13-短边蒙板、14-承重梁、15-车轮座、16-连接梁；

图3是本实用新型穿梭车转向机构的结构示意图；其中，31-伺服电机、32-减速器、33-长同步带轮、34-短同步带轮、35-锥齿轮传动、36-内张紧装置、37-外张紧装置；

图4是本实用新型穿梭车托板总成的结构示意图；其中，41-托板、42-防滑板、43-柜锁、44-盖板、45-铰链、46-第一传感器、47-第二传感器、48-滚轮、49-导向杆；

图5是本实用新型穿梭车执行机构的结构示意图；其中，50-第三伺服电机、51-减速器、52-刚性联轴器、53-轴、54-轴承座、55-链轮、56-张紧轮、57-偏心轮、58-减速器安装座、59-链条、60-张紧轮安装座。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步的详细描述。

如图1所示，本实用新型的穿梭车包括车身1、行驶机构2、转向机构3、升降机构4、电控系统5、电池及充电系统6和通信模块7及控制计算机8，穿梭车身上设有行驶机构、转向机构、升降机构、电控系统、电池及充电系统、通信模块7个部分，所述转向机构通过螺钉固定在车身车轮座15上，车轮座通过螺钉固定于连接梁16和承重梁14上，转向时带动车轮座下方的车轮转向。行驶机构对角双驱动布置，连接于车身对角线的两个轮上，转向时四轮一起转向，且位于底板11扇形区之上，有利于转向后电控系统调整穿梭车为直线行驶。升降机构通过其执行机构上的轴承座54安装固定在车身承重梁14上，实现与车身的连接。

车身1是穿梭车基本框架和外壳，承载所有系统和货物，行驶机构2采用两个电机直接驱动两个主动轮的驱动方式，带动穿梭车行走，转向机构3在伺服电机控制下实现四个轮子90度同步转向，升降机构4用于举升和放下货物托盘，电控系统5包括车身1电路、控制计算机，一起实现全车运动控制和智能防撞报警等功能，电池及充电系统6负责全车电源及充电管理，通信模块7负责在穿梭车和上位机之间，穿梭车和遥控器之间的无线通信。

穿梭车基本技术指标如下：

外形尺寸：（长×宽×高min～max）1000mm×1200mm×（260mm～290mm）；

最大承载能力：1000kg；

兼容托盘尺寸：

1200mm×800mm (欧洲标准)；

1200mm×1000mm；

1200mm×1200mm。

升降机构动作行程≥30mm；

空载行驶速度：1m/s；

定位精度±5mm；

供电电压：48V；

车身1是穿梭车基本框架，是承载其他部件的主体，它包括底板11、长边蒙板12、短边蒙板13、承重梁14、车轮座15和连接梁16，如图2所示。所述承重梁14与连接梁16呈90度设置，且承重梁14与连接梁16直角连接处设有车轮座15，所述连接梁16外侧设置有短边蒙板13，所述短边蒙板13的两端分别连接有长边蒙板12，所述长边蒙板12与短边蒙板13呈90度设置，且所述长边蒙板12与承重梁14平行设置；所述长边蒙板12与短边蒙板12固定在底板11的四周，所述的承重梁14、车轮座15和连接梁16分别与底板固定连接。连接梁16、承重梁14与车轮座15构成车架主体。连接梁16、承重梁14采用钢板焊接方式加工成形，连接梁16、承重梁14和车轮座15作为穿梭车的安装连接的基准，止口处采用机加保证定位、安装精度要求；止口定位后通过螺钉M5×10和螺栓M8×30与车轮座联接，保证车轮轴距满足设计要求。车身1底板11采用钢板折弯成形。

穿梭车车身上的转向机构3包括伺服电机31、减速器32、传动机构，所述传动机构包括同步带轮传动、锥齿轮传动35，所述的同步带轮传动包括长同步带33、短同步带34、内张紧装置36和外张紧装置37，、所述长同步带轮33的底端设置有内张紧装置36，长同步带轮33的顶端与锥齿轮35的一端连接，所述锥齿轮35的另一端与短同步带轮34的一端连接，所述短同步带轮34的另一端设置有减速器32，所述减速器32的另一侧顺次设置有伺服电机31；所述短同步带轮34通过传动杆连接有外张紧装置37，如图3所示。伺服电机31和减速器32提供动力，长、短同步带轮传动33、34实现动力传递，内、外张紧装置36、37便于调节同步带松紧度，锥齿轮传动35减速的同时驱动转向轮转动，原地转向90°后自动锁住。

穿梭车车身上的行驶机构包括第一主动轮、第二主动轮、第一从动轮、第二从动轮、第一伺服电机、第二伺服电机，第一主动轮和第二主动轮分别与底板11对角线位置上的两个车轮座15相连，第一从动轮和第二从动轮分别与底板11上的另外两个车轮座15相连，第一伺服电机与第一主动轮的转动轴相连，第一从动轮随动，第二伺服电机与第二主动轮的转动轴相连，第二从动轮通过随动。

穿梭车车身上的升降机构4由托板总成及执行机构组成，其中托板总成包括托板41、防滑板42、柜锁43、盖板44、铰链45、第一传感器46、第二传感器47、滚轮48和导向杆49，如图4所示，所述的防滑板42安装固定在托板41左右两侧，盖板44设于托板41中间，盖板44一边通过铰链45与托板41相连，且对边的边缘处设有柜锁43，第一传感器46设于托板41的顶部，第二传感器47设于托板41的侧边，滚轮48和导向杆49分别固定连接于托板41的上表面。

执行机构包括第三伺服电机50、减速器51、刚性联轴器52、轴53、轴承座54、链轮55、张紧轮56、偏心轮57、减速器安装座58、链条59和张紧轮安装座60，如图5所示，第三伺服电机50与减速器51连接，并安装在减速器安装座58上，共对称设有两对通过刚性联轴器52连接的轴53，轴承座54套接在轴53的两端上，并与承重梁14相连接，轴53两端依次各连有链轮55和偏心轮57，两个轴53相同端的链轮55通过链条59连接，所述的张紧轮56设于所述链条59的下面与链条59接触，张紧轮56安装在张紧轮安装座60上，张紧轮安装座60与承重梁14固定相连；按最大工作载荷Gmax＝1000kg、最大升降时间2s，选用的伺服电机50、减速器51满足升降机构工作的要求。偏心轮57偏心距15mm±0.1mm满足升降高度要求，选用40Cr材料机加工，并通过调质处理提高表面硬度。链轮55选用40Cr材料加工，并通过热处理来提高齿面硬度。其中，从动链轮采用夹紧式结构安装于轴上，便于调节机构零位。通过导向杆48的导向作用，保证托板在上下升降动作顺畅，不会被夹死。托板采用4mm钢板折弯焊接而成，防滑板选用铝及铝合金花纹板（GB/T3618-2006），与托板铆接。

穿梭车电控系统5包括控制计算机、伺服电机、各种传感器、整车电路构成。控制计算机包括基于ARM内核的微处理器的核心模块、接口板模块和电源模块构成，控制软件嵌入在控制计算机ARM微处理器内，实现全车运动控制和智能防撞报警等功能，同时负责电池及充电管理。全车4台伺服电机是电控系统执行机构，完成行走、转向、升降功能，四个电机控制器通过CAN总线或485总线联网与控制计算机实时通信。

电池及充电系统6包括一组48V镍氢动力电池、充电插头和充电电缆，镍氢动力电池通过充电电缆与充电插头相连。穿梭车在接收到充电命令后驶入充电货位，车身1上的充电插头与充电货位上安装的充电插座自动接驳，充电机自动上电开始充电，充电过程充电机监控充电电流电压，达到充满状态后自动断电，穿梭车驶离充电位投入运行。

通信模块7为无线数传模块，采用通用的460MHz数传模块，同时，采用时分多址方法组建无线通信网络，负责在穿梭车和上位机之间，穿梭车和遥控器之间的无线通信，可实现多台穿梭车和上位机的协调控制调度。

穿梭车上电后，首先与上位机建立无线通信连接，进入上位机组建的无线网络，同时获取自身初始位置信息，然后等待上位机的出库或入库指令。

如果收到入库指令，穿梭车自动从当前位置沿着上位机规划的路径分别通过横向或纵向轨道行驶到立体仓库指定的入口货位捡取货物，如果需要换层，则自动行驶到提升机位置，在上位机调度下进入提升机，到达指定层后，离开提升机，行驶到入口货位捡取货物。获取货物后继续根据上位机规划的路径分别通过横向或纵向轨道、提升机达到指定的存货位置放置货物。

如果收到出库指令，穿梭车自动从当前位置沿着上位机规划的路径分别通过横向或纵向轨道行驶到立体仓库指定的存货位置处捡取货物，如果需要换层，则自动行驶到提升机位置，在上位机调度下进入提升机，到达指定层后，离开提升机，行驶到存货位置捡取货物。获取货物后继续根据上位机规划的路径分别通过横向或纵向轨道、提升机达到立体仓库指定的出口货位放置货物。

如果需要在立体仓库内移动货物，则根据上位机指令，沿着规划路径，到某一货位捡取货物后分别通过横向或纵向轨道，提升机行驶到指定位置放置货物。

穿梭车行驶过程中实时上报自身位置、电压、电流等信息，如果电池电量低于规定值，则自动进入指定充电位置进行充电，充电完成后继续投入运行。

穿梭车行驶过程中，发现自身机构发生故障，会立即发出灯光报警，并向上位机报告故障信息；当穿梭车在巷道内进行货物存取作业过程中，如果由于异常情况，如托盘上的货物发生坍塌使巷道堵塞等影响安全的事件，而导致非正常停车时，穿梭车也会发出灯光报警，并向上位机报告报警信息；穿梭车还具有紧急防撞功能，当穿梭车行驶过程中前方出现障碍物会自动紧急停车，同时上报报警信息，等待处理。

行走时，行走伺服电机驱动减速器提供动力传递到主动轮；小车由对角布置的两主动轮驱动，从动轮随动。

转向时，转向伺服电机驱动减速器，减速器动力通过锥齿轮机构传递到第一主动轮的同时传递到短同步带，短同步带将动力传递至传动轴，传动轴的一端将动力通过锥齿轮机构传递到第一从动轮的同时通过长同步带、锥齿轮机构传递至第二主动轮，传动轴的另一端将动力通过长同步带、锥齿轮机构传递到第二从动轮，从而实现相邻的车轮逆向旋转（如：一个车轮为顺时针旋转，则另一个车轮为逆时针旋转）的转向动作。

升降机构动作过程：通过执行机构中伺服电机带动链轮、链条旋转形成的传动链，带动与链轮同轴固连的偏心轮旋转，而偏心轮又与托板总成中的滚轮紧密贴合，通过导向杆的导向及限位，从而实现升降动作。

报警功能的实现主要是依靠在规定的报警条件下，相关传感器将产生报警信号送到控制计算机进行综合判断，如果需要紧急停车，控制计算机发送刹车命令给伺服电机实现紧急制动，如果需要上报，控制计算机发送报警数据给通信模块7，经过无线方式上报上位计算机，同时点亮车上相关报警指示灯。

Claims (6)

1.一种带转向功能的穿梭车，其特征在于：它包括穿梭车车身，以及安装在车身上的行驶机构、转向机构、升降机构、电控系统、电池及充电系统、通信模块七个部分，转向机构通过螺钉固定在车身车轮座上，车轮座通过螺钉固定于车身的连接梁和承重梁上，车轮埋于车轮座下方，行驶机构对角双驱动布置，连接于车身对角线的两个主动轮上，升降机构通过其执行机构上的轴承座安装固定在车身承重梁上与车身连接，电控系统、电池及充电系统、通信模块装在车身上；

所述转向机构包括伺服电机、减速器、传动机构，所述传动机构包括同步带轮传动、锥齿轮传动，所述的同步带轮传动包括长同步带、短同步带、内张紧装置和外张紧装置，长同步带轮的底端设置有内张紧装置，长同步带轮的顶端与锥齿轮传动的一端连接，所述锥齿轮的另一端与短同步带轮的一端连接，所述短同步带轮的另一端设置有减速器，所述减速器的另一侧顺次设置有伺服电机；所述短同步带轮通过传动杆连接有外张紧装置；

所述的升降机构包括托板总成和执行机构，托板总成包括托板、防滑板、柜锁、盖板、铰链、第一传感器、第二传感器、滚轮和导向杆，所述的防滑板安装固定在托板左右两侧，盖板设于托板中间，其一边通过铰链与托板相连，对边的边缘处设有柜锁，第一传感器设于托板的顶部，第二传感器设于托板的侧边，滚轮和导向杆分别固定连接于托板的上表面；所述的执行机构包括第三伺服电机、减速器、刚性联轴器、轴、轴承座、链轮、张紧轮、偏心轮、减速器安装座、链条和张紧轮安装座，第三伺服电机与减速器连接，并安装在减速器安装座上，共对称设有两对通过刚性联轴器连接的轴，轴承座套接在轴的两端上，并与承重梁相连接，轴两端依次各连有链轮和偏心轮，两个轴相同端的链轮通过链条连接，所述的张紧轮设于所述链条的下面与链条接触，张紧轮安装在张紧轮安装座上，张紧轮安装座和与承重梁固定相连。

2.根据权利要求1所述的带转向功能的穿梭车，其特征在于：所述的车身包括底板、长边蒙板、短边蒙板、承重梁、车轮座和连接梁，所述承重梁与连接梁呈90度设置，且承重梁与连接梁直角连接处设有车轮座，所述连接梁外侧设置有短边蒙板，所述短边蒙板的两端分别连接有长边蒙板，所述长边蒙板与短边蒙板呈90度设置，且所述长边蒙板与承重梁平行设置；所述长边蒙板与短边蒙板固定在底板的四周，所述的承重梁和连接梁分别与底板固定连接。

3.根据权利要求2所述的带转向功能的穿梭车，其特征在于：所述的电池及充电系统包括镍氢动力电池、充电插头和充电电缆，镍氢动力电池通过充电电缆与充电插头相连。

4.根据权利要求2所述的带转向功能的穿梭车，其特征在于所述的通信模块为无线数传模块。

5.根据权利要求2所述的带转向功能的穿梭车，其特征在于所述的偏心轮的偏心距为15mm±0.1mm。

6.根据权利要求2所述的带转向功能的穿梭车，其特征在于：所述的行驶机构包括第一主动轮、第二主动轮、第一从动轮、第二从动轮、第一伺服电机、第二伺服电机，第一主动轮和第二主动轮分别与底板对角线位置上的两个车轮座相连，第一从动轮和第二从动轮分别与底板上的另外两个车轮座相连，第一、二伺服电机分别与第一、二主动轮的转动轴相连。