专利名称：一种具有爬坡功能的智能四向穿梭车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种运输设备，尤其是涉及一种具有爬坡功能的智能四向穿梭车。
背景技术：
专利201120108586.5公开了一种穿梭车，其特征在于:包括车架、托板、升降机构、驱动机构和车轮，以使用方向为基准，托板纵向能够滑动定位于车架上方，升降机构和驱动机构固设于车架内，至少四个车轮能够转动对称定位于车架左右两相对的侧壁上，所述升降机构能够带动托板纵向运动，驱动机构能够驱动车轮转动。当前，穿梭车的主要模式有直行穿梭车和环形穿梭车这两种。对于直行穿梭车(专利201120108586.5)而言，由于布置在一条轨道上运行，这就限制了输送货物的方向，它只能在一段直线轨道上进行往复运动，该模式的穿梭车输送能力有限。而对于环形穿梭车(专利申请号200920156077.2)，其驱动轮安装于车体的同一侧，另一侧无动力装置，易造成穿梭车在行进过程中发生偏转，且大部分的环形穿梭车其轨道在平面内呈闭环布置，穿梭车沿轨道单向运行，该环形轨道可以同时运行多台穿梭车，但过多的穿梭车在一条闭环轨道上运行也将会导致交通堵塞，致使穿梭车使用效率不高，形成穿梭车运力的浪费。尤其是应用于多层立体高架仓库时，穿梭车无法自行换道与换层，需要依靠外部设备，如叉车、堆垛机等设备实现，因此会造成效率低、投资高等问题。
发明内容
针对现有物流行业高密度存储系统中穿梭车存在的问题，为了满足当前仓储物流系统对货物输送设备的要求，为了提高仓库空间利用率，本发明的目的是提供一种多向行驶、双侧车轮驱动且具有爬坡功能的智能四向穿梭车，从而可以实现前后左右四向行驶，在立体多层高架库中依靠自身可以实现换道和换层。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:本发明提供了一种具有爬坡功能的智能四向穿梭车，包括车体、升降装置、驱动装置和控制系统；升降装置、驱动装置和控制系统固定位于车体上。优选地，所述车体的中央位置设置有电池组，电池组通过导线分别与空压机和伺服电机连接。优选地，所述升降装置包括空压机、储气罐、电磁阀集成盒、升降车轮气缸、升降托板气缸、气缸活塞、铰接机构和托板；空压机通过气管与储气罐连接，储气罐通过气管与电磁阀集成盒连接，电磁阀集成盒通过气管分别与升降车轮气缸和升降托板气缸连接，升降车轮气缸和升降托板气缸分别设有四个，四个升降托板气缸固定位于车体的底板上面四个角，四个升降车轮气缸固定位于车体的顶板下面的四个角，托板设有两个，分别位于车体的上部两端，气缸活塞设置位于升降托板气缸和升降车轮气缸上，共设有八个，气缸活塞通过铰接机构与托板和升降驱动轴连接。优选地，所述铰接机构为球形铰接机构。
优选地，所述驱动装置包括伺服电机、减速器、转向器、链条、固定长驱动轴、短驱动轴、升降驱动轴、转向器输出轴和车轮；伺服电机、减速器和转向器固定位于车体中部底板上面，四个车轮安装位于短驱动轴上，另四个车轮固定位于升降驱动轴上，伺服电机通过联轴器与减速器连接，减速器通过链条与转向器连接，链轮固定位于转向器输出轴上，转向器输出轴设有两个，转向器输出轴通过链条分别与固定长驱动轴和升降驱动轴连接，固定长驱动轴的两端通过链条与短驱动轴连接，短驱动轴共设有四个，四个短驱动轴固定位于车体的侧梁的两端，固定长驱动轴与短驱动轴分层布设，固定长驱动轴位于上层，短驱动轴位于下层，升降驱动轴位于固定长驱动轴下方成度角交叉布置。
优选地，所述减速器为行星减速器。
优选地，所述控制系统包括控制电器和控制软件，控制电器与电磁阀集成盒通过信号线连接实现气动控制，与伺服电机的驱动器经信号线连接实现驱动、定位、刹车控制。
优选地，所述控制电器包括工控机、继电器、变压器、编码器、驱动器和水平仪，工控机通过串口线与继电器连接，继电器通过数据线分别与水平仪、编码器和驱动器连接，变压器通过COM串口与工控机连接。
优选地，所述控制软件包括气动控制模块、伺服电机控制模块、定位模块、刹车模块和、上位机控制模块。
优选地，所述伺服电机控制模块包括速度控制模块和位置控制模块。
优选地，所述车体上设置有位置传感器。
本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果:
1、本发明采用8个车轮实现穿梭车沿四个方向行驶，可以到达平面上的任何一个点，通过两侧车轮同时驱动保证穿梭车不发生偏转，可以在立体货架上沿着纵向和横向轨道行驶，无需人工操作叉车取货与存货；并且采用该穿梭车的立体仓库只需留出几个出入口供货物进出，而无需人员和叉车进入库区即可实现货物进出仓库，提高了货物存取效率及仓库的空间利用率。
2、本发明的控制系统是通过水平仪实现托板调平，具备一定角度爬坡功能(不小于15度角)，从而可以自身实现换层工作，节约了其他种类穿梭车换层需要的叉车和堆垛机，从而提高了效率、节约了投资。
3、本发明控制系统实现智能控制，整车工作具有全自动和半自动两种模式，较现有遥控器手动控制模式具有明显优势，采用本发明的穿梭车进行仓储存储系统设计方案相对于现有穿梭车的存储行驶，具有运行效率、储量可分别提高50%、40%，且整体投资可节约30%左右。
图1是智能四向穿梭车的结构示意图。
图2是智能四向穿梭车升降装置的结构示意图。
图3是智能四向穿梭车驱动装置的结构示意图。
图4是托板与气缸活塞连接的结构示意图。
图5是控制系统逻辑关系图。
图6是远程控制流程图。
图7是伺服电机工作模式图。图8是托板自动调平流程图。其中:1为车体，2为托板，3为减速器，4为转向器，5为固定长驱动轴，6为升降车轮气缸，7为链条，8为控制系统，9为电池组，10为空压机，11为储气罐，12为伺服电机，13为车轮，14为升降驱动轴，15为升降托板气缸，16为短驱动轴，17为转向器输出轴，18为铰接机构，19为气缸活塞，20为电磁阀集成盒。
具体实施例方式以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。实施例如图1 4所示，图1是智能四向穿梭车的结构示意图，图2是智能四向穿梭车升降装置的结构示意图，图3是智能四向穿梭车驱动装置的结构示意图，图4是托板与气缸活塞连接示意图。一种具有爬坡功能的智能四向穿梭车，包括车体1、升降装置、驱动装置和控制系统8 ;升降装置、驱动装置和控制系统8固定位于车体I上。在车体I的中央位置设置有电池组9，电池组9通过导线分别与空压机10和伺服电机12连接。本实施例中，升降装置包括空压机10、储气罐11、电磁阀集成盒20、升降车轮气缸
6、升降托板气缸15、气缸活塞19、铰接机构18和托板2 ;空压机10通过气管与储气罐11连接，储气罐11通过气管与电磁阀集成盒20连接，电磁阀集成盒20通过气管分别与升降车轮气缸6和升降托板气缸15连接，升降车轮气缸6和升降托板气缸15分别设有四个，四个升降托板气缸15固定位于车体I的底板上面四个角，四个升降车轮气缸6固定位于车体I的顶板下面的四个角，托板2设有两个，分别位于车体I的上部两端，气缸活塞19设置位于升降托板气缸15和升降车轮气缸6上，共设有八个，气缸活塞19通过铰接机构18与托板2和升降驱动轴14连接；其中:铰接机构18为球形铰接机构。本实施例中，驱动装置包括伺服电机12、减速器3、转向器4、链条7、固定长驱动轴
5、短驱动轴16、升降驱动轴14、转向器输出轴17和车轮13 ;伺服电机12、减速器3和转向器4固定位于车体I中部底板上面，四个车轮13安装位于短驱动轴16上，另四个车轮13固定位于升降驱动轴14上，伺服电机12通过联轴器与减速器3连接，减速器3通过链条7与转向器4连接,链轮固定位于转向器输出轴17上,转向器输出轴17设有两个，转向器输出轴17通过链条7分别与固定长驱动轴5和升降驱动轴14连接，固定长驱动轴5的两端通过链条7与短驱动轴16连接，短驱动轴16共设有四个，四个短驱动轴16固定位于车体I的侧梁的两端，固定长驱动轴5与短驱动轴16分层布设，固定长驱动轴5位于上层，短驱动轴16位于下层，升降驱动轴14位于固定长驱动轴5下方成90度角交叉布置，其中:减速器3为行星减速器。本实施例中，控制系统8包括控制电器和控制软件，控制电器与电磁阀集成盒20通过信号线连接实现气动控制，与伺服电机12的驱动器经信号线连接实现驱动、定位、刹车控制；其中:控制电器包括工控机、继电器、变压器、编码器、驱动器和水平仪，工控机通过串口线与继电器连接，继电器通过数据线分别与水平仪、编码器和驱动器连接，变压器通过COM串口与工控机连接；控制软件包括气动控制模块、伺服电机控制模块、定位模块、刹车模块和上位机控制模块；伺服电机控制模块包括速度控制模块和位置控制模块；车体I是其余各种部件的承载体，四周安装有位置传感器。控制系统8控制驱动装置工作实现整车行驶，控制升降装置工作实现车体I及托板2升降。
穿梭车行驶轨道层分为横向和纵向的轨道。使用时，将智能四向穿梭车放置在横向轨道上，升降装置中的四个气缸活塞19上升顶起托板2，使托盘与货架分离。此时与导轨接触的四个车轮13即为行走轮，其余四个车轮13悬空，相应的驱动装置工作，驱动穿梭车前进。当穿梭车到达纵横轨道交汇处时，未接触轨道的四个车轮13在其余四个气缸活塞19顶力的作用下，向下降一定高度，使已经接触的车轮13悬空。由于不同方向的四个车轮13行走方向是相互垂直的，此时，刚接触轨道的车轮13，其相应的驱动装置工作，带动车轮13旋转，穿梭车的行走方向将发生90度角的改变。当到达目的地后，气缸活塞19下降带动托板2下降，使托板2上货物与承载体(如货架)接触，将货物卸载，然后再控制穿梭车退出，实现了货物的搬运动作。
本发明提供的穿梭车不仅能在平直的轨道上做四向行驶工作，还可以在具有一定坡度的轨道上行驶。穿梭车的每个动作细节都通过工控机来监控和控制，具有全自动、半自动两种工作模式。
如图5所示，每辆独立的穿梭车，车上都各自载有一套控制系统。这套控制系统能够实现自动化调平托板，记录穿梭车运行的历史情况。通过使用Web通信技术，对各个穿梭车发送各种控制指令，从而实现了对穿梭车的远程控制。客户端能够查询穿梭车当前或者历史的运行情况，方便对穿梭车的追踪与管理。穿梭车运行历史情况的记录，是通过程序用工控机上的一个车载数据库记录下来的。当穿梭车运行时，定时读取电流与电压及其他参数时，并能根据这些测量到的参数值计算所使用的功耗其他相关的参量等。通过Web通信技术，能很方便地在客户端查询到指定穿梭车的历史情况。
如图6所示，能够在客户端对各穿梭车进行远程控制是该穿梭车的一大亮点。每辆穿梭车都配有各自固定的IP，通过Web通信技术,可以向指定IP的穿梭车发送操作指令，穿梭车接收到操作指令之后便会执行相应的动作。这样，利用网络技术就能实现对穿梭车的远程控制。由于没有用到一一对应的遥控器，也避免了因用错其他穿梭车的遥控器这种失误操作而导致的穿梭车失控的情况。
该穿梭车通过电池组9提供电量，电池组9是通过智能变压器来进行充电及控制，变压器通过COM串口与工控机相连，然后通过工控机与变压器的交互可以实现对输出电压电流及其他参数的设置和对电压、电流及充电量等其他的参数的实时监控，并且还可以通过对历史记录的查看了解某段时间的电量消耗等。通过电池组9的供电可以让穿梭车稳定的工作在低压安全的环境下。
如图7所示工作人员通过向控制系统8的工控机发送指令来控制伺服电机的运转，然后由伺服电机带动穿梭车的运动。可以控制伺服电机以不同的工作模式运转，来达到准确控制穿梭车运行参数的目的。伺服电机12工作模式包括速度控制模式和位置控制模式。速度控制模式可以让穿梭车保持在一个恒定的速度内运行，以达到快速稳定的效果，而位置控制模式可以校准穿梭车的位置，用来实现准确定位工作。
具体操作流程为:
控制电器可以让穿梭车停止在斜坡上，该器件的加入增强了伺服电机12本身的制动功能，更保证了穿梭车能够及时准确的停止。水平仪用来监测托板2的平衡情况，可以通过工控机来设置平衡参数以及精确监控托板2的平衡情况。配合气缸的顶升功能来调平穿梭车托板2始终处于水平位置，以保证穿梭车运行停止、上坡下坡时托板2的平衡，保证货物不会倾覆倒塌。托板调平自动化的实现，是通过托板上放置水平仪测定当前角度，工控机通过水平仪读取当前的角度倾斜值。当角度超过预设的调平角度范围时，气缸开始工作，根据实际情况上升或者下降，直到倾斜角小于预设的调平停止的角度，从而控制托板的倾斜角度始终小于一定的范围，如图8所示。气缸顶升的实现是通过三位五通的电磁阀控制，而电磁阀的开关由智能继电器来控制的，通过使用两个继电器开关的配合可以实现气缸升、降和保持状态功能，继电器也可以通过工控机来控制。上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种智能四向穿梭车，其特征在于:包括车体(I)、升降装置、驱动装置和控制系统(8);升降装置、驱动装置和控制系统(8)固定位于车体(I)上。
2.根据权利要求1所述的智能四向穿梭车，其特征在于:所述车体(I)的中央位置设置有电池组(9)，电池组(9)通过导线分别与空压机(10)和伺服电机(12)连接。
3.根据权利要求1所述的智能四向穿梭车，其特征在于:所述升降装置包括空压机(10)、储气罐(11)、电磁阀集成盒(20)、升降车轮气缸(6)、升降托板气缸(15)、气缸活塞(19)、铰接机构(18)和托板(2);空压机(10)通过气管与储气罐(11)连接，储气罐(11)通过气管与电磁阀集成盒(20)连接，电磁阀集成盒(20)通过气管分别与升降车轮气缸(6)和升降托板气缸(15 )连接，升降车轮气缸(6 )和升降托板气缸(15 )分别设有四个，四个升降托板气缸(15)固定于车体(I)的底板上面四个角，四个升降车轮气缸(6)固定位于车体(I)的顶板下面的四个角，托板(2)设有两个，分别位于车体(I)的上部两端，气缸活塞(19)设置位于升降托板气缸(15)和升降车轮气缸(6)上，共设有八个，气缸活塞(19)通过铰接机构(18 )与托板(2 )和升降驱动轴(14)连接。
4.根据权利要求3所述的智能四向穿梭车，其特征在于:所述铰接机构(18)为球形铰接机构。
5.根据权利要求1所述的智能四向穿梭车，其特征在于:所述驱动装置包括伺服电机(12)、减速器(3)、转向器(4)、链条(7)、固定长驱动轴(5)、短驱动轴(16)、升降驱动轴(14)、转向器输出轴(17)和车轮(13);伺服电机(12)、减速器(3)和转向器(4)固定位于车体(I)中部底板上面，四个车轮(13)安装位于短驱动轴(16)上，另四个车轮(13)固定位于升降驱动轴(14)上，伺服电机(12)通过联轴器与减速器(3)连接，减速器(3)通过链条(7)与转向器(4)连接，链轮固定位于转向器输出轴(17)上，转向器输出轴(17)设有两个，转向器输出轴(17 )通过链条(7 )分别与固定长驱动轴(5 )和升降驱动轴(14 )连接，固定长驱动轴(5)的两端通过链条(7)与短驱动轴(16)连接，短驱动轴(16)共设有四个，四个短驱动轴(16)固定位于车体(I)的侧梁的两端，固定长驱动轴(5)与短驱动轴(16)分层布设，固定长驱动轴(5)位于上层，短驱动轴(16)位于下层，升降驱动轴(14)位于固定长驱动轴(5)下方成90度角交叉布置。
6.根据权利要求5所述的智能四向穿梭车，其特征在于:所述减速器(3)为行星减速器。
7.根据权利要求1所述的智能四向穿梭车，其特征在于:所述控制系统(8)包括控制电器和控制软件，控制电器与电磁阀集成盒(20)通过信号线连接实现气动控制，与伺服电机(12)的驱动器经信号线连接实现驱动、定位、刹车控制。
8.根据权利要求7所述的智能四向穿梭车，其特征在于:所述控制电器包括工控机、继电器、变压器、编码器、驱动器和水平仪，工控机通过串口线与继电器连接，继电器通过数据线分别与水平仪、编码器和驱动器连接，变压器通过COM串口与工控机连接； 所述控制软件包括气动控制模块、伺服电机控制模块、定位模块、刹车模块和上位机控制丰吴块。
9.根据权利要求8所述的智能四向穿梭车，其特征在于:所述伺服电机控制模块包括速度控制模块和位置控制模块。
10.根据权利要求1所述的智能四向穿梭车，其特征在于:所述车体(I)上设置有位置传感器。
全文摘要
本发明公开了一种具有爬坡功能的智能四向穿梭车，包括车体(1)、升降装置、驱动装置和控制系统(8)；升降装置、驱动装置和控制系统(8)固定位于车体(1)上。本发明采用8个车轮实现穿梭车沿四个方向行驶，可以到达平面上的任何一个点，且具有在不小于15度角斜坡轨道上行驶的能力，通过两侧车轮同时驱动保证穿梭车不发生偏转，可以在立体货架上沿着纵向和横向轨道行驶，无需人工操作叉车取货与存货；并且采用该穿梭车的立体仓库只需留出几个出入口供货物进出，而无需人员和叉车进入库区即可实现货物进出仓库，提高了货物存取效率及仓库的空间利用率。
文档编号B65G1/04GK103171851SQ20131011610
公开日2013年6月26日 申请日期2013年4月3日 优先权日2013年4月3日
发明者许庆波, 仲梁维, 李敬彬, 李达, 李小伟, 钱佳, 汤如陂, 郝明国 申请人:上海速锐信息技术有限公司