无人驾驶叉车和自动化仓储系统的制作方法

本实用新型涉及一种电动叉车及仓储系统领域，尤其涉及一种无人驾驶叉车和自动化仓储系统及叉车运行方法。

背景技术：

叉车是工业搬运车辆，是指对成件托盘货物进行装卸、堆垛和短距离运输作业的各种轮式搬运车辆。叉车广泛应用于港口、货场、工厂车间、仓库和物流中心等。传统的叉车都需要配置驾驶员，对驾驶员的技能要求很高且劳动强度大。由于人力成本上升以及计算机通信技术的发展，在标准化仓库里越来越多地使用无人驾驶叉车。

中国授权公告号为CN205709704U的激光导航无人搬运叉车，其实通过设置第一扫描装置和第二扫描装置来扫描叉车左右两面和后面的障碍物，防止叉车碰撞。

中国授权公告号为CN207158711U的激光导航自动叉车，其同时通过安全传感器、警示灯、急停按钮保证现场工作人员的人身安全；并且可选的激光雷达以满足不同成本、功能需求实现高性价比，激光导航自动叉车更加稳定可靠。

中国授权公告号为CN104442452B的无人驾驶电动无轨三向堆垛叉车，通过车辆控制器PLC控制完成物流的自动化，导向控制精确，数据信息完善，适合于托盘搬运及托盘自动入库和出库操作。

中国申请公布号为CN107038546A的基于RFID叉车智能仓储管理系统及方法，其包括叉车上读取货物的RFID天线以及读卡器，贴在货物架上的第一RFID电子标签，贴在货物上的第二RFID电子标签和控制主机。读卡器与控制主机相连接以将读取的数据信息传输到控制主机，本实用新型能够简便仓储管理，使货物摆放及数量一目了然，规范仓储管理，使货物更妥善的保管，明确货物走向，使货物流程更加明确。

传统的配置有驾驶员的叉车，由于驾驶座位以及操作系统的布局，使得传统的叉车的长度至少需要2.4米，考虑到叉车的转弯半径，货架通道至少需要3米以上。传统的叉车的货叉的朝向与车辆行进路线相同。

目前无人驾驶叉车以及在自动化仓储管理的技术趋于成熟，但是无人驾驶叉车的激光导航仪器，涉及光学、计算机通信等学科，技术要求很高，因此其价格相当昂贵，这在制造成本上难以承受。将无人驾驶叉车应用于标准仓库内进行货物的装卸、堆垛时，叉车需要一定的转弯半径，仓库内的相邻两排货架之间的通道一般需要在3米以上，这会影响到仓库的利用效率。

有鉴于此，本领域技术人员试图开发一种新型的无人驾驶叉车及自动化仓储系统，以克服上述技术缺陷。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种沿货架通道直线运行的无人驾驶叉车和叉车运行方法，这可以简化无人驾驶叉车的结构及控制系统；进一步地提供基于上述无人驾驶叉车的自动化仓储系统，因无人驾驶叉车在仓库内的直线运行，仓库内的货架通道就无需考虑叉车的转弯半径，这能缩小货架通道的宽度，大幅度提高仓库的利用效率。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：无人驾驶叉车，其特征在于包括沿仓库货架通道长度方向直线运行的底盘、设于底盘上且可在底盘上沿货架通道宽度方向直线运行的一副门架组件和门架组件上的升降货叉，所述的升降货叉的朝向对准货架通道两侧中的任一侧货架。

本实用新型进一步的优选方案为：包括驱动底盘沿货架通道作直线运动的第一驱动机构。

本实用新型进一步的优选方案为：所述的第一驱动机构为第一伺服电机，所述的底盘上设有多个受第一伺服电机控制的移动轮，伺服电机控制下的移动轮带动底盘沿货架通道作直线运动。

本实用新型进一步的优选方案为：所述的底盘上分布有轨道，所述的门架组件的下部设有滚轮，门架组件上的滚轮在所述的轨道内滚动以实现门架组件在底盘上的直线运动。

本实用新型进一步的优选方案为：包括驱动门架组件作直线运动的第二驱动机构。本实用新型进一步的优选方案为：所述的第二驱动机构包括固定在门架组件底部的第二伺服电机、齿轮和沿底盘宽度方向上铺设的齿条，第二伺服电机驱动所述的齿轮与所述的齿条啮合，第二伺服电机驱动的齿轮在所述的齿条上的移动从而来驱动门架组件的直线运动。

本实用新型进一步的优选方案为：每个移动轮上连接一个控制移动轮同步转向的第三伺服电机。

本实用新型进一步的优选方案为：所述的第三伺服电机的输出齿轮与移动轮轮架上的弧形齿条相配合，以实现移动轮的转向控制。

本实用新型进一步的优选方案为：所述的门架组件由多级门架构成，门架组件的上下伸缩受升降油缸的控制。

本实用新型进一步的优选方案为：所述的底盘包括两根相互平行且间隔一定距离的框条，所述的轨道设在每根框条的内侧。

本实用新型进一步的优选方案为：初始位置下的门架组件位于底盘的中部区域，且升降货叉的前端不超过框条的前端；门架组件可向框条前端方向直线移动并向前伸出框条。

本实用新型进一步的优选方案为：底盘内安装有给叉车运行供电所需的蓄电池。

本实用新型进一步的优选方案为：底盘下侧面设有磁导航传感器，所述的磁导航传感器与铺设在货架通道上的磁条、磁道钉或电缆配合使用。

本实用新型进一步的优选方案为：自动化仓储系统，包括仓库和无人驾驶叉车，仓库内平行布局有多道货架，货架之间形成货架通道，所述的无人驾驶叉车可在至少一个所述的货架通道内直线方式运行。

本实用新型进一步的优选方案为：所述的货架通道的宽度为140～300厘米之间。

本实用新型进一步的优选方案为：无人驾驶叉车在仓库中的堆垛方法，其特征在于包括如下具体步骤：1)无人驾驶叉车接到货物堆垛指令，所述的堆垛指令包括货物信息和与货物信息对应的货架信息；货架信息包括X轴坐标、Y轴坐标和Z轴坐标；

2)无人驾驶叉车上的一个升降货叉从货架通道的出入口接到货物后，无人驾驶叉车沿所处的X轴坐标下的货架通道内直线运行，当加载有货物的升降货叉移动至Y轴坐标处，无人驾驶叉车停止，随后升降货叉将货物送至货架的Z轴坐标位置。

本实用新型进一步的优选方案为：无人驾驶叉车在货架通道的出入口实现任意方向的转向或者实现180度的转向。

本实用新型进一步的优选方案为：无人驾驶叉车在仓库中的取货方法，其特征在于包括如下具体步骤：1)无人驾驶叉车接到货物取卸指令，所述的取卸指令包括货物信息和与货物信息对应的货架信息，货架信息包括X轴坐标、Y轴坐标和Z轴坐标；

2)无人驾驶叉车沿所处的X轴坐标下的货架通道内直线运行，当升降货叉移动至Y轴坐标处，无人驾驶叉车停止；随后升降货叉上升至Z轴坐标位置加载目标货物，加载有目标货物的升降货叉复位，随后无人驾驶叉车移动到X轴坐标下的货架通道的出入口。

本实用新型进一步的优选方案为：无人驾驶叉车在货架通道的出入口实现任意方向的转向或者实现180度的转向。

与现有技术相比，本实用新型的优点是无人驾驶叉车具有一个底盘、底盘上有一副带货叉的门架组件，升降货叉的朝向对准货架通道两侧中的任一侧货架；由于无人驾驶叉车的底盘仅沿库货架通道长度方向作直线来回运行，省略无人驾驶叉车所需的导航系统，降低生产成本。同时由于无人驾驶叉车沿货叉通道直线运行，仓库内的货架通道无需考虑叉车的转弯半径，因此货架通道的宽度布局可以降低，由传统的货架通道3米以上减少至1.4米-3米之间，可以有效地提高仓库的利用率。

附图说明

图1为仓库内多道货架的布局示意图；

图2为无人驾驶叉车运行在货架通道内的示意图；

图3为无人驾驶叉车的结构示意图一；

图4为无人驾驶叉车的结构示意图二；

图5为无人驾驶叉车的结构示意图三；

图6为无人驾驶叉车的结构示意图四；

图7为图5中A处放大图；

图8为图6中B处放大图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

自动化仓储系统，包括标准化的仓库，仓库内平行布局有多道货架6，货架6之间以形成货架通道5，通常一路货架通道5的左右两侧分别布置有堆放货物的货架6。无人驾驶叉车1可以在一个或两个以上的货架通道5内直线方式运行。本实用新型的货架通道5的宽度下降至1.4米-3米之间，考虑到货物高度以及叉车的稳定性，货架通道5 的宽度布置在1.6米-2米间比较合适。本实用新型的无人驾驶叉车1适用于2米以上的高货架和窄通道的仓库，这样可以有效地提高仓库的利用率。

如图1所示，为一个仓库内的货架布局示意图，一个货架通道对应有左右两个货架6，货物通过托盘置放在货架上，货架通道5在仓库内的位置表示为X，一个货架通道5 对应的两列货架分别表示为X1和X2，货架通道5的长度方向表示为Y，货架的高度表示为Z。货物在货架上的坐标表示为(X1、Y、Z)或(X2、Y、Z)。

如图2所示，当一个无人驾驶叉车1可同时负责一个货架通道5的两列货架6，切换到同一货架通道5的不同货架6时，无人驾驶叉车1需要在仓库的边侧通道区域10 (出入口C处)进行180度转弯。若一个无人驾驶叉车1负责不同货架通道5上的相同方向货架6时，无人驾驶叉车1需经两次90度转弯后，其叉车的货叉朝向保持不变。

如图3至图6所示，无人驾驶叉车1，包括沿仓库货架通道5长度方向直线运行的底盘2、设于底盘2上且可在底盘2上沿货架通道5宽度方向直线运行的一副门架组件3 和门架组件3上的升降货叉4，升降货叉4的朝向对准货架通道5两侧中的任一侧货架 6，即升降货叉4的朝向垂直于货架通道5的长度方向。无人驾驶叉车1可利用门架组件3和升降货叉4将货物7堆垛到货架6上或从货架6上取卸。在货架通道5为直线方向时，升降货叉4的朝向始终垂直于货架通道5的长度方向，门架组件3位于底盘2上且在底盘2上沿货架通道5的宽度方向前后伸缩，在无人驾驶叉车1行驶时，门架组件 3需向内缩进至底盘2内侧，在无人驾驶叉车1堆垛或取斜货物时，门架组件3在底盘 2上向外伸出用于作业。

由于无人驾驶叉车1的底盘2仅沿库货架通道5长度方向作直线来回运行，故可以省略无人驾驶叉车1所需的导航系统，以降低生产成本。同时由于无人驾驶叉车1沿货叉通道5直线运行，无需考虑叉车的转弯半径，因此货架通道5的宽度布局可以降低，由传统的货架通道3米以上减少至1.4米-3米之间，这可以有效地提高仓库的利用率。

升降货叉4呈L型结构，其包括两个叉臂41，通过机械结构连接在门架组件3上，具体结构可以采用常规技术来实现。

货架6具有一定的高度，这可以通过升降货叉4的自动升降来实现货物7的堆垛和取卸。具体地，无人驾驶叉车1的直线移动的控制，门架组件3在底盘2上的前后伸缩及升降货叉4的上升和下降的高度等无人控制系统采用电脑实现；该无人控制系统均可以通过现有技术中的控制系统和软件来实现，此处不再详细展开。

底盘2为一个呈矩形结构的整体框架，底盘2的宽度相当于或略小于货架通道5的宽度，只要不影响底盘2在货架通道5内直线移动即可。

无人驾驶叉车1包括驱动底盘2沿货架通道5作直线运动的第一驱动机构，第一驱动机构为第一伺服电机21，底盘2上设有4个移动轮22，移动轮的设置使底盘2更轻松地沿货架通道5的长度方向作直线运动。具体地，移动轮22包括有两个主动轮221 和两个从动轮222。底盘2对角线上的主动轮221上各装一个第一伺服电机21，两个第一伺服电机21分别驱动一个主动轮221，以驱动底盘2向两个不同的方向移动，使无人驾驶叉车1能执行在一个直线货架通道5上的来回前后运行。无人驾驶叉车1的底盘2 上安装有四个移动轮22，在对角线上的二个是主动轮221。当叉车转向时，四个移动轮 22先转向一个角度，使轴线对准叉车中点，其中的一个主动轮221正向转动，而另一个主动轮221为反向转动，即可实现无人驾驶叉车1的换向。当二个主动轮221同向转动时，可实现四个方向自由转换，叉车以直线方向行驶。

每个移动轮22上连接一个控制移动轮22同步转向的第三伺服电机25。如图7所示，第三伺服电机25的输出齿轮251与移动轮轮架223上的弧形齿条2231相配合，以实现移动轮22的转向控制。无人驾驶叉车1在需要转动时，四个第三伺服电机25分别同步控制移动轮轮架223的转动，以满足四个移动轮22的转向一致性。无人驾驶叉车1在货架6边侧通道区域10实现任意方向的转向，但是无人驾驶叉车1的行进方向还是以直线方向行进。移动轮22上方位置设有保护第三伺服电机25和第一伺服电机21的罩壳224。第三伺服电机25内置有检测转向角度的反馈编码器。

当无人驾驶叉车1在货架通道5内通过磁导航传感器沿着与磁条11直线运行时，当无人驾驶叉车偏离直线位置时，移动轮22的同步转向结构可以对无人驾驶叉车1的行进路线进行纠偏。

底盘2上分布有轨道23，门架组件3的下部设有滚轮31，门架组件3的滚轮31在对应的轨道23内滚动以实现门架组件3在底盘2上的直线运动，以减少门架组件3移动过程中的摩擦力。无人驾驶叉车1还包括驱动门架组件3作直线运动的第二驱动机构。

如图6和图8所示，第二驱动机构包括固定在门架组件3底部的第二伺服电机32、齿轮33和沿底盘2宽度方向上铺设的齿34条，第二伺服电机32驱动齿轮33与齿条34 啮合，第二伺服电机32驱动齿轮33在齿条34上的移动从而来驱动门架组件3的直线运动，齿轮33可以安装两个且互相啮合转动。第二伺服电机32与齿轮33之间设有蜗轮蜗杆组成的变速器37，同时能增加第二伺服电机32的输出力矩。在变速器37上安装有反馈编码器，通过检测齿轮33的转速，就是检测行程信号反馈给控制器，满足门架组件3前移位置检测的需要。

门架组件3由多级门架构成，门架组件3的上下伸缩受升降油缸38的控制。门架组件3和门架组件3上的升降货叉4连接以及驱动结构、运行模式可以与常规的叉车相同，此处不做详细的介绍。门架组件3上安装有高度编码器，以检测门架组件3的伸缩高度。

底盘2包括两根相互平行且间隔一定距离的框条24，每组轨道设在每根框条24的内侧，基于强度和可靠度的考虑，框条24由钢材制成。轨道23由另外的C型钢材制成，并固定连接在框条24的内侧。

两根框条24之间通过联接板组件242进行联接，联接板组件242分为两根框条24 之间的下侧联接板2422和上侧联接板2421，联接板组件242位于所在门架组件3的后侧，联接板组件242之间形成一个容纳通道243。门架组件3的后侧连接有平衡板35，有一个或两个滚轮31分别安装在门架组件3的底部两侧位置，另有两个滚轮31安装在平衡板35的两侧，门架组件3在轨道23内移动时的稳定性就非常好。门架组件3向后移动时，门架组件3后侧的平衡板35可以伸进联接板组件242的容纳通道243内。

另第二伺服电机32、变速器351和编码器352等固定安装在平衡板35的上部，在门架组件3向后移动时，第二伺服电机32、变速器351和编码器352等均可以伸入容纳通道243内。

门架组件3的下部有一个框罩36，以将门架组件3的底部罩起来，框罩36与平衡板35相互连接固定。

初始位置下的门架组件3位于底盘2的中部区域，且升降货叉4的前端不超过框条 24的前端；无人驾驶叉车1的底盘2在货架通道5内移动时，升降货叉4不会碰到货架 6。门架组件3可向框条341前端方向直线移动并向前伸出框条241。门架组件3在底盘 2的中部区域，无人驾驶叉车1在空载或重负载情况下，无人驾驶叉车1的重心以及平衡性比较好，叉车不会因加载重物出现不稳的情况。

底盘2上的上侧联接板2421上安装有给叉车运行供电所需的蓄电池12和给升降油缸38供油的液压泵13。蓄电池12同时作为无人驾驶叉车1的配重，由于底盘2需要供门架组件3的移动，因此底盘2的宽度相对较大，底盘2的边框由钢材制成，其相对较大的底面积和重量也作为无人驾驶叉车1的配重；以承受升降货叉4在高位时且重载时的平衡力。蓄电池12置放在上侧联接板2421位置，属于底盘2的后侧位置，门架组件 3位于底盘2的前侧位置，蓄电池12起到底盘2配重的作用。

底盘2下侧面设有磁导航传感器，磁导航传感器与铺设在货架通道5上的磁条11、磁道钉或电缆配合使用。磁条11、磁道钉或电缆以直线方式铺设在货架通道5上，无人驾驶叉车1依靠磁导航传感器沿货架通道5直线运行。

无人驾驶叉车1在仓库中的堆垛方法，包括如下具体步骤：1)无人驾驶叉车1接到货物堆垛指令，堆垛指令包括货物信息和与货物信息对应的货架信息；货架信息包括 X轴坐标、Y轴坐标和Z轴坐标；

2)无人驾驶叉车1上的一个升降货叉4从货架通道5的出入口C处接到货物后，无人驾驶叉车1沿所处的X轴坐标下的货架通道5内运行，当加载有货物的升降货叉4 移动至Y轴坐标处，无人驾驶叉车1停止，随后升降货叉4将货物送至货架的Z轴坐标位置。

无人驾驶叉车1在仓库中的取货方法，其特征在于包括如下具体步骤：1)无人驾驶叉车1接到货物取卸指令，取卸指令包括货物信息和与货物信息对应的货架信息，货架信息包括X轴坐标、Y轴坐标和Z轴坐标；

2)无人驾驶叉车沿所处的X轴坐标下的货架通道5内运行，当升降货叉4移动至 Y轴坐标处，无人驾驶叉车1停止；随后升降货叉4上升至Z轴坐标位置加载目标货物，加载有目标货物的升降货叉4复位，随后无人驾驶叉车1移动到X轴坐标下的货架通道 5的出入口C处。无人驾驶叉车在货架通道5的出入口C处实现任意方向的转向或者实现180度的转向。

以上对本实用新型所提供的无人驾驶叉车和自动化仓储系统及叉车运行方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。