[發明專利]一種單入口立體自動存取柜及云端物料管理系統

有效

• 申請號: 202011283653.7
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN113148385B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 楊泓淵;張洋;伍澤鴻;曲建宇;千承輝
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B65D25/02
• 分類號: B65D25/02;B65D25/52;B65G15/32;B65G47/57;B66B1/14;B66B1/34;B66B11/00;B66B11/08;B66F9/075;B66F9/12;B66F9/24;G07F17/12
• 代理公司: 沈陽銘揚聯創知識產權代理事務所(普通合伙) 21241
• 代理人: 屈芳

1.一種單入口立體自動存取柜，其特征在于，該存取柜包括：存儲柜立體機械結構、電梯機構、自動導引小車以及數據庫管理系統；其中：

存儲柜立體機械結構包括倉位、小車導軌、循跡線和循跡標識、電梯機構和單出入口，存儲柜立體機械結構采用長方體的立體機械結構，內部分成結構完全相同的多層存儲空間，每層按照行和列的排列方式設置多個貨物存儲倉位，通過縱橫交錯的小車導軌將每層倉位分為多個區域；小車導軌采用TS型導軌結構，小車導軌兩側具有凸起擋板，擋板用于限制小車的運動方向，確保小車在預設的軌道上直線行駛；而井字形導軌十字口設計為圓盤式結構，留給小車足夠的轉彎空間；小車導軌上具有循跡線和循跡標識，其中直線導軌上循跡線為導軌中央的黑色粗直線，十字口設有十字形循跡線和十字路口標識；

自動導引小車通過檢測循跡線和循跡標識實現規定路線的直線行駛和轉彎；

存儲柜內貨物存儲結構采用抽斗結構，貨物存儲于正方形的儲物盒中，儲物盒兩側具有支撐臂突起結構，倉位具有凹槽的倉架，儲物盒與倉架之間凹凸結合，并且倉架高度大于儲物盒高度，儲物盒懸掛在倉架上時底部懸空，通過小車伸入支撐板至儲物盒底部，進而通過叉臂升降改變儲物盒的高度并移動儲物盒的位置，完成儲物盒的取出和存入；

電梯機構，其頂部放置一個步進電機，步進電機的轉軸與放線滑輪相連，纜繩通過放線滑輪與升降倉相連，通過步進電機的正反旋轉控制升降倉的上下移動，進而使升降倉移動到確定的儲物層高度；在存儲柜每層配置一個小車負責本層貨物的存取工作，每層小車只需將貨物運輸到電梯機構，通過電梯機構將貨物運輸到單出入口的人工操作臺；

數據庫管理系統，控制小車執行物料的自動運輸功能；用于收集、存儲、管理物料信息、用戶信息和系統使用信息并生成相應的存取日志；

采用ZigBee組網方式實現自動導引小車、電梯機構和數據庫管理系統三者之間的無線通訊；

所述自動導引小車內置于存儲柜機械結構內部，用于完成存儲柜內貨物的自動運輸功能，包括主控制器、直流減速電機、電機驅動模塊、電源模塊、紅外傳感器、ZigBee無線通訊單元、ZigBee天線、超聲波模塊、存儲器、以及新型叉臂機構，主控制器通過電機驅動模塊與直流減速電機相連，電源模塊輸出口與主控制器電源輸入口相連，主控制器通過GPIO口與紅外傳感器和超聲波模塊相連，主控制器通過UART接口與ZigBee無線通訊單元相連，ZigBee無線通訊單元與ZigBee天線直接相連，主控制器通過靜態存儲器接口與存儲器相連，主控制器電源輸出口和控制信號線與新型叉臂機構電源輸入口和控制輸入端相連；主控制器是自動導引小車的控制中心，用于控制直流減速電機、紅外傳感器、超聲波模塊、ZigBee無線通訊單元、存儲器以及新型叉臂機構；直流減速電機通過主控制器的控制信號驅動小車在存儲柜內按照特定路線行走，并可通過編碼器返回的參數獲取小車電機轉速，進而精確控制小車行駛速度；紅外傳感器用于檢測地面循跡線和循跡標識，獲取小車當前偏離軌道參數，從而修正小車行駛軌跡；超聲波模塊用于測量小車在存儲柜內距離前后邊界的距離，通過計算進而確定小車的具體位置；ZigBee無線通訊單元通過自組網與電梯機構和數據庫管理系統的上位機建立通訊聯系，實現上位機、電梯機構和小車三者之間的無線通訊；存儲器中存放存儲柜地圖信息和小車當前位置信息，包括各個貨物位置信息和小車軌道信息；新型叉臂機構配合存儲柜內倉位的抽斗結構，實現貨物的自動運輸功能；

新型叉臂機構分為四層，第一層為第一層叉臂平板，第二層為向左傳動裝置，向左傳動裝置通過第二層伺服電機采用齒輪齒條帶動第一層叉臂平板向左伸出，同時設置了兩條支撐桿幫助支撐，提高穩定性，第三層為向右傳動裝置，通過第三層伺服電機，將第一層和第二層整體看作一個叉臂平板向右伸出，第四層為升降機構，升降機構帶動升降板，用于抬起貨物與放下貨物，通過兩個絲杠步進電機進行控制；

小車在存儲柜內自動行駛定位，小車存儲器中存儲了各個貨物位置信息及地圖信息，根據貨物存儲采用矩陣的排列方式，每個貨物位置信息占用一個字節內存，地圖信息包括存儲柜規模大小、軌道橫向條數、軌道縱向條數、十字口柜內坐標位置和貨倉中心坐標位置；小車根據數據庫管理系統傳來的貨物名稱信息從存儲器中查詢到貨物的具體位置，最優路徑規劃算法根據存儲器中地圖信息計算得出小車行駛到貨物的最優路徑；

數據庫管理系統通過ZigBee無線通訊單元向自動導引小車發送出庫指令，出庫指令信息包括出庫標識和貨物編號，小車接收到出庫指令后，判斷指令信息內容為某一具體貨物出庫操作，根據貨物編號在存儲器內搜索貨物信息，得到貨物的具體位置信息，調用最優路徑規劃算法得到小車行駛路線，根據行駛路線調用小車自動行駛功能塊行駛到貨倉位置，將儲物盒移動到小車上，通過ZigBee無線通訊單元向電梯機構發送升降到當前層指令，小車重新規劃路徑行駛到電梯機構處，小車將貨物移動到電梯上的倉架上，向電梯發送移動到單出入口指令，電梯機構接受并返回貨物重量信息，小車向數據庫管理系統發送出庫成功信息，當電梯機構升降到單出入口時調用傳送帶送出功能，將貨物運輸到人工操作臺，貨物出庫功能實現完成；對于貨物入庫的實現過程為：在用戶將貨物推到單出入口內后，數據庫管理系統通過ZigBee無線通訊單元向自動導引小車發送入庫指令，入庫指令信息與出庫指令信息格式相同，包括入庫標識和貨物編號，小車接收到入庫指令后，判斷指令信息內容為某一具體貨物入庫操作，通過ZigBee無線通訊單元向電梯機構發送升降到當前層指令，小車啟動新型叉臂機構將貨物從電梯倉中移動到小車上，小車向電梯機構和數據庫管理系統發送入庫完成指令，電梯機構接到指令后返回到單出入口位置，小車根據貨物編號在存儲器內搜索貨物信息，得到貨物的具體位置信息，調用最優路徑規劃算法得到小車行駛路線，根據行駛路線調用小車自動行駛功能塊行駛到貨倉位置，啟動新型叉臂機構將儲物盒移動到倉架上，小車重新規劃路徑行駛到待命位置，等待下一次出入庫操作指令，貨物入庫功能實現完成。