一种夹抱式电商仓储智能穿梭车及其控制方法与流程

本发明涉及在电商自动化立体仓库内使用的智能穿梭车技术领域，具体涉及一种可在自动化立体仓库中的多层存货平台上灵活存取不同存储位置货篮的夹抱式电商仓储智能穿梭车。

背景技术：

在电商以及物流服务行业迅猛发展的当下，自动化立体仓库表现出了更加强大的生命力与适应能力。谋求人力节省以及长远发展的电商也需要自动化立体仓库来帮助他们实现这一目标，亚马逊成功建成全自动化物流仓储系统的案例是电商对于自动化立体仓库青睐的最好证明。

目前的穿梭车大部分都只能在一定程度上代替人力，某些特定环节仍需人力方能实现，并未实现完全的自动化，(例如现在比较常用的巷道堆垛机需要人力推运货物到堆垛机上)这大大降低了穿梭车本身的方便性，同时也影响了市场对于穿梭车系统的热情，增加了工业自动化推广的难度。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术存在的不足，提供一种结构简单、重量轻便、安全可靠的夹抱式电商仓储智能穿梭车及其控制方法，以期能在自动化立体仓库的各层准确定位，并实现灵活存取不同存储位置上的货篮，从而能发挥穿梭车的最大使用效率，保证穿梭车运行的平稳性和可靠性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

本发明一种夹抱式电商仓储智能穿梭车的结构特点包括：一对穿梭车车架、穿梭车底盘、行走机构、二次伸叉机构、集电装置、承载板和承载平台；

任意一个穿梭车车架是由两侧的主体支架、外壳和内侧的轮毂支架构成的封闭式腔体，并分别设置在所述穿梭车底盘的两端；在所述外壳通过翻门式铰链设置有可启闭的上盖；在所述的轮毂支架上方设置有面板线架；

所述行走机构包括：一组主动轮、一组被动轮、直流无刷电机、减速器、连接轴；

在所述穿梭车底盘一端的穿梭车车架两侧设置有一组由连接轴相连的主动轮，在所述穿梭车底盘另一端的穿梭车车架两侧设置有所述一组由连接轴相连的被动轮；由所述直流无刷电机与减速器共同配合驱动所述一组主动轮并带动所述一组被动轮运动；

在所述连接轴上设置有所述磁电编码器，以所述磁电编码器获取穿梭车在直线导轨上的启停位置；

在所述一对穿梭车车架的内侧对称设置有所述二次伸叉机构；在所述二次伸叉机构之间的穿梭车底盘上设置有用于放置货篮的承载平台；

在所述一对穿梭车车架的封闭式腔体内分别设置有所述承载板，在所述承载板上依次设置有驱动板、行走机构主控制板和伸叉机构主控制板；以所述驱动板驱动所述行走机构带动所述穿梭车运行在直线轨道上，以所述行走机构主控制板控制穿梭车的运行参数和启停位置，并以所述伸叉机构主控制板控制所述二次伸叉机构对货架上的货篮进行抓取和放置；

在所述穿梭车与所述直线轨道之间设置有所述集电装置，所述集电装置与所述直线轨道内侧布置的通电导线相连通，并用于为所述穿梭车供电。

本发明所述的夹抱式电商仓储智能穿梭车的结构特点也在于，在所述一组主动轮和一组被动轮分别与所述连接轴相接触的位置上设置有一组凹槽，在所述一组凹槽内设置弹性挡圈，以所述弹性垫挡圈形成对所述一组主动轮和一组被动轮的轴向定位。

在所述一组主动轮和一组被动轮下方的穿梭车底盘侧部，并处于所述直线轨道与穿梭车底盘之间分别设置有所述双导向轮，以所述双导向轮形成对所述一组主动轮和一组被动轮在所述直线轨道上运行时的左右限位。

所述二次伸叉机构包括：一级伸叉推板、二级伸叉板、二级同步带轮机构、二级伸叉传动机构、直流无刷电机、减速器、传动轴；

在所述穿梭车车架的轮毂支架外侧设置有所述一级伸叉推板；在所述一级伸叉推板的正中间开设有u型滑槽，在所述u型滑槽内等间隔设有若干个u型槽滑轮；在所述u型滑槽外侧设置有所述二级伸叉板；所述二级伸叉板通过螺栓螺母与所述若干个u型槽滑轮相连接；在所述二级伸叉板的顶部两端由外向内分别设置有拨叉、直流行星减速电机和光电传感器；所述光电传感器用于获取所述拨叉的位置信号并发送给所述伸叉机构主控制板，由所述伸叉机构主控制板控制所述直流行星减速电机驱动所述拨叉水平或垂直运动；

在所述一级伸叉推板上，并处所述u型滑槽的正下方和正上方分别设置有所述二级同步带轮机构；所述二级同步带轮机构与所述二级伸叉板上的同步带压板相连接；由所述直流无刷电机和所述减速器驱动所述二级伸叉传动机构运动，并通过所述传动轴带动另一侧的二级伸叉传动机构运动，使得所述一级伸叉推板运动并带动所述二级同步带轮机构运动，从而带动所述二级伸叉板运动。

所述二级伸叉传动机构包括：磁电编码器、同步带轮、同步带、张紧轮装置、齿条；

在所述一级伸叉推板的下方设置有所述同步带轮与同步带；所述同步带轮的一侧与所述传动轴相连，另一侧通过键槽与所述减速器的输出轴相连接，在所述减速器的两侧分别设置有所述张紧轮装置，用于对所述同步带轮与同步带进行辅助固定；在所述一级伸叉推板和同步带之间设置有所述齿条；

以所述直流无刷电机和所述减速器驱动所述同步带轮与同步带转动，并通过所述传动轴带动另一侧的同步带轮与同步带转动，同时通过两侧的齿条分别带动相应的一级伸叉推板实现一次伸叉时，所述二级同步带轮机构同步运动，并带动所述二级伸叉板运动的同时，所述u型槽滑轮在所述u型滑槽内滚动，使得所述二级伸叉板实现二次伸叉。

所述张紧轮装置包括：螺栓、调整支架、双螺母、张紧轮；

在所述同步带的下方，并处于所述减速器的两侧设置有所述张紧轮，并通过所述双螺母固定在所述主体支架上；在所述双螺母的下方通过所述螺栓设置有所述调整支架，以所述螺栓调节所述调整支架的位置，使得所述调整支架带动所述双螺母上下移动，从而使得所述同步带在所述张紧轮的作用下保持张紧状态。

本发明所述的夹抱式电商仓储智能穿梭车的控制方法，是应用于由多层货架平台构成的物流仓储环境中，在每层货架平台上均设置有一辆穿梭车；在所述穿梭车行驶方向的两侧设置有货物堆放区；其特点是：所述控制方法是按如下步骤进行：

步骤1、所述穿梭车在工作时通过驱动板发出驱动信号使得穿梭车启动，所述磁电编码器根据所述驱动信号，并与安装在所述直线轨道上的光电门相配合，获得所述穿梭车在所述直线轨道上行驶的位置信息，并实时发送给所述行走机构主控制板；

当所述穿梭车达到指定位置时，所述磁电编码器获取指定位置上的光电门信号，并发送给所述行走机构主控制板，使得所述行走机构主控制板控制所述穿梭车在所述指定位置停止行驶；

步骤2、所述穿梭车达到所示指定位置后，利用所述伸叉机构主控制板控制所述直流无刷电机和所述减速器驱动所述二级伸叉传动机构运动，并通过所述传动轴带动另一侧的二级伸叉传动机构运动，使得所述一级伸叉推板向所述货物堆放区延伸的同时，所述二级同步带轮机构运动，并带动所述二级伸叉板向所述货物堆放区再次延伸并达到所述货物堆放区的货篮处；

步骤3、所述光电传感器获取所述拨叉的位置信号并发送给所述伸叉机构主控制板，由所述伸叉电机控制板驱动所述直流行星减速电机控制所述二级伸叉机构中的拨叉从垂直状态变为水平状态，从而勾住所述货篮；

步骤4、所述伸叉电机控制板控制所述伸叉传动电机反向运动，并带动所述伸叉同步带反向运动，使得所述一级伸叉推板和二级伸叉机构也开始同步向另一侧反向运动，直到所述一级伸叉推板和二级伸叉机构复位为止，从而使得货篮完全进入所述承载平台；

步骤5、所述光电传感器再次获取所述拨叉的位置信号并发送给所述伸叉机构主控制板，由所述伸叉电机控制板驱动所述直流行星减速电机控制所述二级伸叉机构中的拨叉从水平状态变为垂直状态，从而松开所述货篮；

步骤6、所述伸叉机构主控制板发送完成信号给所述驱动板，使得所述驱动板开始工作并使得所述穿梭车在行走机构主控制板的控制下到达卸货区，最终在所述伸叉机构主控制板的控制下将所述货篮进行卸载。

与已有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明夹抱式电商仓储智能穿梭车的行走机构、伸叉机构与车架、滑触线和集电装置等结构布局合理，充分利用了穿梭车的空间，并能够适应电商立体仓库中不同规格、不同位置货物的自动存取，扩大了穿梭车的应用覆盖范围，并快速有效的完成穿梭车行走、伸叉、取货、放货等一系列连贯动作，实现了货物的快速、准确存储，从而大大提高了自动化立体仓库的作业效率及自动化技术水平的同时，还降低了企业的各项成本和开销，同时结构简单轻便，可靠性高，易于维护，可替代传统意义的巷道堆垛机，实现了系统的柔性化，并且符合电商物流和仓储自动化的发展大趋势。

2、本发明夹抱式电商仓储智能穿梭车的行走机构中主动轮、被动轮的连接轴上开有凹槽与轴承连接部分通过新型的弹性挡圈连接，实现了连接轴的轴向定位效果；现有技术中是采用阶梯轴来进行轴向定位，制造困难而且浪费材料；而本发明通过采用弹性挡圈实现轴向定位效果可以加大生产效率，节约了成本，弹性挡圈为标准件，也方便购买。

3、本发明通过双导向轮结构，实现了主动轮、被动轮始终在直线轨道上运动沿直线运动而不会偏离轨道，这种定位结构更加稳定可靠。

4、本发明采用的二次伸叉结构，可使伸叉距离更远，可取得更多不同位置的货篮；同时二次伸叉机构原理简单，设计制作的成本低；传动部分则采用单电机+减速器+传动轴的方式使得二次伸叉机构达到同步伸缩的目的，这样更加节约成本、有效减少了所需布置空间，同时又减轻了穿梭车的整车重量。

5、本发明采用新式的张紧轮装置，可使得同步带快速保持张紧状态，实现了穿梭车的正常工作，并且这种张紧轮装置制作简单，安装方便，可进行快速调节，这样既节约了成本，又省去了空间，还提高的工作效率。

附图说明

图1为本发明夹抱式电商仓储智能穿梭车的整体结构示意图；

图2为本发明夹抱式电商仓储智能穿梭车的俯视图；

图3为本发明夹抱式电商仓储智能穿梭车的仰视图；

图4为本发明夹抱式电商仓储智能穿梭车的行走机构和伸叉机构总成结构示意图；

图5为本发明夹抱式电商仓储智能穿梭车的车架结构示意图；

图6为本发明夹抱式电商仓储智能穿梭车的新型张紧轮装置结构示意图；

图7为本发明夹抱式电商仓储智能穿梭车取货时的伸叉展开示意图；

图中序号：1一对穿梭车车架；2行走机构；3二次伸叉机构；4货篮；5二次伸叉机构；6紧急停止按钮；7直线轨道；8光电门；9通电导线；10拨叉；11承载板；12承载平台；13上盖；14铰链；15双导向轮；16驱动板；17行走机构主控制板；18伸叉机构主控制板；19集电装置；20行走传动机构；21穿梭车底盘；22二级伸叉传动机构；23张紧轮装置；24磁电编码器；25弹性挡圈；1a主体支架；1b外壳；1c轮毂支架；1d面板线架；1f安装空位；2a直流无刷电机；2b减速器；2c皮带；2d皮带轮；2e主动轮；2f被动轮；2g连接轴；3a二级伸叉加强板；3b螺栓+双螺母结构；3c直流行星减速电机；3d光电传感器；3f二级伸叉板；3g一级伸叉推板；3h同步带压板；3i二级同步带轮机构；3j同步带；3l同步带轮；3n齿条；3pu型槽滑轮；3q伸叉传动电机；3ou型滑槽；3s同步带；3t同步带轮；23a螺栓；23b调整支架；23c双螺母；23d张紧轮。

具体实施方式

参见图1、图5所示，一种夹抱式电商仓储智能穿梭车，用于自动化立体仓库中的多层存货平台上灵活存取不同存储位置的货篮，其组成包括：一对穿梭车车架1、穿梭车底盘21、行走机构2、二次伸叉机构3、集电装置19、承载板11和承载平台12、张紧轮装置23；

任意一个穿梭车车架是由两侧的主体支架1a、外壳1b和内侧的轮毂支架1c通过构成的封闭式腔体，并分别设置在穿梭车底盘21的两端；外壳1b通过翻门式铰链14设置有可启闭的上盖13。翻门式铰链14使得穿梭车车盖可以做旋转运动从而打开和关上而无法做平移运动；在轮毂支架1c上方设置有面板线架1d，面板线架用于为电机、驱动板、控制板等留有布线空间；车架1部分主要采用钣金材料设计，此材料具有轻质、低成本、易成型、高稳定性等特点。任意外壳1b的正上方左右两侧对称安装有紧急停止按钮6，使得穿梭车在运行过程中如果出现异常现象，上位机无法停下穿梭车时，可人为实现穿梭车的紧急停止运动。

参见图1、图4所示，行走机构2包括：一组主动轮2e、一组被动轮2f、直流无刷电机2a、减速器2b、同步带轮结构2c、连接轴2g、行走传动机构20。

穿梭车底盘21一端的穿梭车车架1两侧设置有一组由连接轴2g通过键与键槽相连的主动轮2e，在穿梭车底盘21另一端的穿梭车车架两侧设置有一组由连接轴相连的被动轮2f；由直流无刷电机2a与减速器2c共同配合驱动一组主动轮2e并带动一组被动轮2f运动。

驱动穿梭车运动的行走传动机构20主要采用直流无刷电机2a配合减速器驱动2b的方式，这里采用单电机配合减速器驱动的方式，即在穿梭车的一侧车架1内装有直流无刷电机和减速器的一体化结构，这样既可以节约成本又可以减轻整个穿梭车的重量。带有直流无刷电机和减速器的一边作为主动轮2a从而带动整个穿梭车使其在不同层的直线轨道7中横向运动。电机与减速器通过轴承固定在穿梭车的内部，电机的输出轴端与皮带轮2d采用键连接。皮带轮的转动带动带齿形的皮带2c运动，同时皮带带动主皮带轮运动，皮带轮与一根连接轴2g通过键与键槽相连，该轴通过两个圆柱滚子轴承和轴承支座固定在穿梭车的支架上。轴的两端分别与两个轮子相连。并配合轴用弹性挡圈25从而完成轴向方向位置的固定，同时为了防止单电机驱动造成的穿梭车运行不稳定等问题，这里在控制上通过函数封装的方式，将编写好的s型速度曲线封装成速度函数，使得每次行走的过程都是一个完整的速度曲线函数的运动过程；同时通过在轨道上安装的光电门8配合连接轴2g上的磁电编码器24的方法，实现行走方向上的精确定位，获取穿梭车在直线导轨7上的启停位置。通过pid等参数调节的方式，寻找介于空载与满负载状态之间的最合适参数值，保证运行的平稳性、可靠性与定位的精确性。

参见图2、图3所示，在一对穿梭车车架1的内侧对称设置有二次伸叉机构3；在二次伸叉机构3之间的穿梭车底盘21上设置有用于放置货篮4的承载平台12；

同时一对穿梭车车架1的封闭式腔体内分别设置有承载板11，在承载板11上依次设置有驱动板16、行走机构主控制板17和伸叉机构主控制板18；驱动板16驱动行走机构2带动穿梭车运行在直线轨道7上，行走机构主控制板17控制穿梭车的运行参数和启停位置，伸叉机构主控制板18控制二次伸叉机构3对货架上的货篮4进行抓取和放置；

在穿梭车与直线轨道7之间设置有集电装置19，集电装置19与直线轨道7内侧布置的通电导线9相连通，并用于为穿梭车供电。

同时在一组主动轮2e和一组被动轮2f下方的穿梭车底盘21侧部，处于直线轨道7与穿梭车底盘21之间分别设置有双导向轮15，双导向轮15形成对一组主动轮2e和一组被动轮2f在直线轨道7上运行时的左右限位。采用双导向轮结构相比于传统的单导向轮结构更加稳定、使得穿梭车在直线轨道7上能够更加平稳的直线运动，而直线轨道7部分采用空心方钢，穿梭车车体的其余部分主要采用q235钢和铝合金材料。

参见图4、图5、图6所示夹抱式电商仓储智能穿梭车的二次伸叉机构3包括：一级伸叉推板3g、二级伸叉板3f、二级同步带轮机构3i、二级伸叉传动机构22、直流无刷电机3q、减速器3r、传动轴3e。而二级伸叉传动机构22包括：磁电编码器24、同步带轮3t、同步带3s、张紧轮装置23、齿条3n。

穿梭车车架的轮毂支架1c外侧设置有一级伸叉推板3g；一级伸叉推板3g的正中间开设有u型滑槽3o，u型滑槽3o内等间隔设有若干个u型槽滑轮3p；u型滑槽3o外侧设置有二级伸叉板3f；二级伸叉板3f通过螺栓螺母与若干个u型槽滑轮3p相连接；在二级伸叉板3f的顶部两端由外向内分别设置有拨叉10、直流行星减速电机3c和光电传感器3d；光电传感器3d用于获取拨叉10的位置信号并发送给伸叉机构主控制板18，由伸叉机构主控制板18控制与拨叉10结构相连接的直流行星减速电机3c驱动拨叉10水平或垂直运动，从而实现勾取货篮和放置货篮的过程。

而在一级伸叉推板3g上，u型滑槽3o的正下方和正上方分别设置有二级同步带轮机构3i，其为二级同步带轮和二级皮带的构成体，二级同步带轮机构3i与二级伸叉板3f上的同步带压板3h通过螺钉等相连接，对二级同步带轮机构起到固定作用；而在一级伸叉推板3g的下方设置有同步带轮3t与同步带3s；同步带轮3t的一侧与传动轴3e相连，另一侧通过键槽与减速器3r的输出轴相连接，在减速器3r的两侧分别设置有新型张紧轮装置23，用于对同步带轮3t与同步带3s进行辅助固定；一级伸叉推板3g和同步带3s之间通过铆钉连接有齿条3n，用于将同步带的作用力传递给一级伸叉推板。

工作时伸叉结构部分的直流无刷电机3q和减速器3r驱动一侧的同步带轮3t与同步带3s转动，并通过传动轴3e带动另一侧的同步带轮3l与同步带3j转动，同时通过两侧的齿条3n分别带动相应的一级伸叉推板3g实现一次伸叉时，二级同步带轮机构3i同步运动，并带动二级伸叉板3f运动的同时，u型槽滑轮3p在u型滑槽3o内滚动，使用滑轮可以减少运动过程中的摩擦进一步提高工作效率，而二级伸叉板3f实现二次伸叉，使得一级伸叉推板伸出的同时，二级伸叉板也同步伸出，两者的综合伸出距离更长，构成了一个类似动滑轮的机构。

参见图6所示夹抱式电商仓储智能穿梭车的新型张紧轮装置23包括：螺栓23a、调整支架23b、双螺母23c、张紧轮23d；

在同步带3s的下方，并位于伸叉机构的减速器3r的两侧设置有张紧轮23d，并通过双螺母23c+垫圈装置固定在主体支架1a上；在双螺母23c的下方通过螺栓23a与螺帽安装有调整支架23b，以螺栓23a调节调整支架23b的上下位置，使得调整支架23b带动双螺母23c上下移动，从而使得同步带3s在张紧轮23d的作用下始终保持张紧状态。

本实施例中，一种夹抱式电商仓储智能穿梭车的控制方法，是应用于由多层货架平台构成的物流仓储环境中，在每层货架平台上均设置有一辆穿梭车；在穿梭车行驶方向的两侧设置有货物堆放区；其控制方法是按如下步骤进行：

步骤1、首先穿梭车在工作时上位机会先启动并通过驱动板16发出驱动信号使得穿梭车启动，连接轴2g正中间的磁电编码器24根据传递来的驱动信号，磁电编码器会感知直线轨道7上的光电门8发出的光栅信号，二者相互配合，获得穿梭车在直线轨道7上行驶的位置信息和速度信息，并实时发送给行走机构主控制板17。

当穿梭车达到指定位置时，磁电编码器24获取指定位置上的光电门信号，并发送给行走机构主控制板17，使得行走机构主控制板17控制穿梭车在直线轨道的指定位置停止行驶；

步骤2、当穿梭车到达所示指定位置后，利用伸叉机构主控制板18控制其直流无刷电机3q和减速器3r驱动二级伸叉传动机构22运动，并通过传动轴3e带动另一侧的二级伸叉传动机构运动，使得一级伸叉推板3g向货物堆放区延伸的同时，二级同步带轮机构3i运动，并通过固定在二级伸叉板3f上的同步带压板3h的作用带动二级伸叉板3f向货物堆放区再次延伸并达到货物堆放区的货篮4处；

步骤3、之后光电传感器3d随二级伸叉板3f一起伸出的同时不断获取拨叉10的位置信号并发送给伸叉机构主控制板18，由伸叉电机控制板18驱动直流行星减速电机3c控制二级伸叉机构3中的拨叉10从垂直状态变为水平状态，从而勾住货篮4，如图7所示。

步骤4、随后伸叉电机控制板18控制伸叉传动电机3q的输出轴反向运动，经过减速器减速后带动伸叉同步带3j反向运动，使得一级伸叉推板3g和二级伸叉机构3也开始同步向另一侧反向运动，直到一级伸叉推板3g和二级伸叉机构3复位为止，从而使得货篮4完全进入承载平台11；

步骤5、然后光电传感器3d再次将获取的拨叉10结构的位置信号发送给伸叉机构主控制板18，由伸叉电机控制板18驱动直流行星减速电机3c控制二级伸叉机构3中的拨叉10从水平状态变为垂直状态，从而松开货篮4，恢复到如图1所示的状态。

步骤6、最后伸叉机构主控制板18发送完成信号给驱动板16，使得驱动板16开始工作并使得穿梭车在行走机构主控制板17的控制下到达卸货区，最终在伸叉机构主控制板18的控制下重复以上步骤2到步骤5的过程将货篮4进行卸载。