CN102602643A - 一种高密度自动立体仓储系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高密度自动立体仓储系统，其技术特点是：包括立体仓库、全自动搬运车和仓储智能控制系统，该立体仓库由多层仓库构成，每层仓库内的货物存放在货物托盘上，在每层仓库之间设有升降电梯，在每层仓库的地面上敷设有车辆导引标识，全自动搬运车根据仓储控制命令钻入货物托盘下方托起货物托盘上的货物并按照车辆导引标识行进实现对货物的搬运功能，仓储智能控制系统通过用户操作终端和仓储控制服务器实现货物的存取控制功能。本发明设计合理，其将巷道旁边的货位设置成多排紧凑式方式，通过多台全自动搬运车调度可以存取任意排货位的货物，能够大幅度缩小巷道宽度，增加了仓库地面有效利用率，提高了存储密度。
Description
技术领域
本发明属于自动化仓储技术领域，尤其是一种高密度自动立体仓储系统。
背景技术
在货物仓储领域中，如何建立其高密度仓库以实现单位空间、单位成本仓储物料的最大化是人们对货物仓储的迫切需求。目前，自动化仓储领域流行以下几种解决方案：
1、自动化立体仓库。自动化立体仓库采用高层货架存储货物，存储区域大幅度地向高空发展，其充分利用仓库的地面和空间，因此节省了库存占地面积，提高了空间使用率。其特点是：货架被竖立成若干排，每两排货架为一组，其间留有一条巷道供巷道堆垛机或其他存取货装备作业；每排货架又被分成若干列、若干层，组成大量货格，用以储存货物，此种方式具有方便存储、方便取货的优点。但是，其存在的问题是：在这种货格式的立体仓库中，巷道占去了三分之一左右的面积；这是由于采用半自动搬运货物方式，所用的堆垛机(运送货物的高架车)不论是有轨式堆垛机、无轨式堆垛机都需要人工开车，这两种叉车式堆垛机车身比较长、占地面积较大，承载货物的叉车和司机驾驶室各占一半，当车身在巷道转弯时，需要巷道留有足够的宽度，一般为0.5m到1.2cm。
2、穿梭式货架仓储系统。这种系统由货架、穿梭车以及叉车组成，其中货架的结构特点是：货架单元格之间并非相互隔开，而是用两条钢轨打通每个单元格，铺设在整排货架内侧的下方，其钢轨铺设的长度为整排货架的长度；其中穿梭用于当货物被叉车放到轨道入口处时，穿梭车接收手持设备指令，将货物沿着钢轨运送到这排货架中的指定位置。穿梭式货架仓储系统的存货方式是由叉车将货物放在货架巷道导轨的最前端，通过无线电遥控操作的穿梭车，可以承载托盘货物在导轨上运行；取货方式是：穿梭车将货架深处的托盘移动至货架最前端，用叉车将托盘货物从货架上取下。这种储存方式改进了巷道之间存取货物的密度：巷道之间的货架排数不受限制，这对比普遍流行的巷道之间只能存放两排货物的现有技术，无疑是一个大踏步改进。但是，使用这种方式有着极其严格的条件限制：整排货架必须是同一类产品，并且按照先进先出或后进先出的方式取货，如果想随机提取钢轨上某个位置的货物，则必须将它前面或后面的货物挨个取出来，再放进去。
3、AGV运输车仓储系统。AGV运输车也称自动导引运输车，是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，在计算机监控下，按路径规划和作业要求，精确地行走并停靠到指定地点，完成一系列作业功能。与物料输送中常用的其他设备相比，AGV的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置，不受场地、道路和空间的限制。因此，在自动化物流系统中，AGV运输车仓储系统最能充分地体现其自动性和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化生产，所以人们形象地把AGV称作是现代物流系统的动脉。尽管AGV运输车给人们一个惊喜，但是仍然有许多不尽人意的地方，因为当今流行的AGV运输车，只解决了按照规定的导引路径自动行驶问题，却不能解决如何将货物送到货架上的问题。AGV运输车只负责将货物送到高层货架附近，然后再由高架车(堆垛机)将货物送到货架上。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种存储密度高、存取方便、成本低廉的高密度自动立体仓储系统。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种高密度自动立体仓储系统，包括立体仓库、全自动搬运车和仓储智能控制系统，该立体仓库由多层仓库构成，每层仓库内的货物存放在货物托盘上，在每层仓库之间设有升降电梯，在每层仓库的地面上敷设有车辆导引标识，全自动搬运车根据仓储控制命令钻入货物托盘下方托起货物托盘上的货物并按照车辆导引标识行进实现对货物的搬运功能，仓储智能控制系统通过用户操作终端和仓储控制服务器实现货物的存取控制功能。
而且，所述的立体仓库包括首层仓库和首层以外仓库，该首层仓库包括仓储区、存货区、取货区、托盘存放区、电梯间，存货区和取货区分别设置在首层仓库的入口处和出口处，托盘存放区设置在存货区和取货区之间，电梯间设在仓储区两侧，在存货区和取货区内分别设有用户存取操作的用户操作终端和存放货物的货物托盘；首层以外仓库包括仓储区和电梯间，仓储区由多行多列巷道、巷道之间的货位、地面导引装置组成，每个巷道旁边的货位为单排或多排。
而且，所述的巷道略宽于全自动搬运车车身对角线的长度。
而且，所述的货物托盘为四腿支撑式托盘，每两条腿之间的宽度可以容纳全自动搬运车来回穿梭，货物托盘的高度使全自动搬运车钻入其下将货物托起。
而且，所述的车辆导引标识由RFID标签和二维码构成，该RFID标签和二维码间隔设置在每层仓库的地面上。
而且，所述的全自动搬运车由车体、安装在车体下表面的紧凑式万向运动机构和安装在车体上表面的升降装置构成；每台全自动搬运车所配备的紧凑式万向运动机构的数量至少为一个；在车体内安装有导引其运行的陀螺仪、加速度计、RFID读码器、二维码读码器和无线通信模块；全自动搬运车能够托起待存取货物沿车辆导引标识在仓库内运动，全自动搬运车所做的运动包括任意方向的直线运动、任意曲线运动以及原地半径旋转运动。
而且，所述的紧凑式万向运动机构包括支撑底盘、转轴、两台电机、两套传动机构、两对车轮轴承和两个车轮，转轴的下端垂直固装在支撑底盘的中心位置上，两台电机、两套传动机构、两对车轮轴承对称固装在支撑底盘的上表面，两台电机位于垂直于转轴的平面内的转轴两侧，两个车轮分别位于垂直于转轴的平面内与电机互为垂直的转轴另外两侧，并通过两对车轮轴承分别安装在支撑底盘上设有的车轮槽内，两台电机的一端均安装有码盘，两台电机的另一端分别与各自的传动机构相连接，两套传动结构分别与各自的车轮连接在一起；转轴上端套装在转轴轴承内，该转轴轴承通过车体连接盘与车体固装在一起，在转轴的最上端固装一码盘。
而且，所述的升降装置由升降机构及其内部的两个液压缸连接构成，通过液压缸驱动升降机构升起或降下。
而且，仓储智能控制系统包括安装在存货区和取货区的用户操作终端和安装在立体车库内或安装在远程控制中心内的仓储控制服务器，仓储智能控制系统与用户操作终端通过有线或无线方式通信进行用户操作命令的调度，通过无线方式与全自动搬运车相连接控制货物的运送。
本发明的优点和积极效果是：
1、本仓储系统将巷道旁边的货位设置成多排紧凑式方式，即巷道一侧不只存放一排货物，通过多台全自动搬运车调度可以存取任意排货位的货物，而且，全自动搬运车进行旋转时所需旋转空间非常小，从而使巷道所占的辅助空间面积大大减小，仓储辅助空间能够缩小至原来的三分之一以下，同时全自动搬运车的车身长度和货物长度基本相同，车身占用空间小，因此巷道宽度只要符合货物的长度即可，从而省去了传统堆垛机人工驾驶室所占用的面积，能够大幅度缩小巷道宽度，增加仓库地面有效利用率。
2、本仓储系统采用多层钢筋混凝土建筑物的货架方式，每一层货架相当于一个楼层，全自动搬运车可以在每层仓库内的货物托盘的空隙之间任意行走，由于托盘为专门按照全自动搬运车长宽尺寸设计的四腿支撑式托盘，完全可以满足车辆来回穿梭的需求，同时，由于全自动搬运车可以到达任何货位，这使得货物存放密度不受车的限制，从根本上解决了货物存储密度问题。
附图说明
图1是本发明的首层仓库内部结构俯视图(第1层)；
图2是本发明的首层以外仓库内部结构俯视图(第2层)；
图3是图1的A-A向剖面图；
图4是图1的B-B向剖面图；
图5是图1的C-C向剖面图；
图6是全自动搬运车的紧凑式万向运动机构的结构示意图；
图7是全自动搬运车的结构示意图；其中，图7-1为整体仰视图，图7-2为图7-1的A-A向剖视图；7-3为图7-1的B-B向剖视图；
图8是全自动搬运车的升降装置外观示意图，其中，图8a为开启状态，图8b为闭合状态；
图9是本发明存取货物过程示意图。
图中：1-1：存货区入口，1-2：取货区出口，2-1：存货区，2-2：取货区，3-1：存货区托盘，3-2：取货区托盘，4-1：存货区托盘上的货物，4-2：取货区托盘上的货物，5：用户操作终端，6：货位，7：巷道，8：托盘存放区，9：电梯间。
10：车轮轴承，11：车轮，12：传动齿轮，13：码盘，14：电机，15：码盘，16：转轴，17：一级减速器，18：二级减速器，19：支撑底盘，20：转轴轴承，21：转轴轴承，22：车体，23：车体连接盘，24：升降装置。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：
一种高密度自动立体仓储系统，包括立体仓库、全自动搬运车和仓储智能控制系统。如图1至图5所示，立体仓库由多层仓库构成，每层仓库内的货物存放在货物托盘上，货物随货物托盘存放在相应的货位。本实施例的立体仓库为钢筋混凝土构建而成10层立体仓库，每层仓库相当于一个货架，其高度略高于标准货物的高度，在每层仓库的地面上间隔敷设有车辆导引标识，该车辆导引标识由RFID标签和二维码构成，当全自动搬运车经过RFID标签和二维码时，全自动搬运车上的RFID读码器和二维码读取器会读取RFID标签和二维码的信息，确定全自动搬运车位置的关系进而知道自己在仓库中的位置并与仓储控制服务器进行无线数据通信；在每层仓库之间设有升降电梯，通过升降电梯可以将货物在各层仓库之间传送。全自动搬运车可以将货物从存货区到仓储区运输以及从仓储区到取货区运输，搬运时，全自动搬运车钻入货物托盘下方并向上托起货物托盘从而将货物及货物托盘一起进行搬运。仓储智能控制系统包括安装在用户操作终端和安装在立体车库内或安装在远程控制中心内的仓储控制服务器构成，实现货物的存取控制功能。
立体仓库包括首层仓库和首层以外仓库，如图1所示，首层仓库包括仓储区、存货区、取货区、托盘存放区、电梯间，存货区和取货区分别设置在首层仓库的入口处和出口处，托盘存放区设置在存货区和取货区之间，电梯间设在仓储区两侧。在存货区和取货区内分别设有用户存取操作的用户操作终端和存放货物的货物托盘，货物托盘为四腿支撑式托盘，每两条腿之间的宽度可以容纳全自动搬运车来回穿梭，托盘的高度可以使全自动搬运车钻入其下将货物托起。仓储区由多行多列巷道、巷道之间的货位、地面导引标识组成，每个巷道旁边的货位可以是单排或多排，即：两行或两列巷道之间设置的货位可以为多排或多列，而并非限于传统方式只能存放两排，巷道的宽度略宽于全自动搬运车车身对角线的长度，也就是标准货物的对角线长度，全自动搬运车可以在狭窄的巷道内作直线运动、横向位移和原地半径旋转运动，在做原地半径旋转运动时的车体中心位移为零；当全自动搬运车行驶到巷道两边的目标货位时，可以通过横向位移的方法(垂直于巷道)，将货物随同货物托盘载入目标货位，避免因车体转弯而耗费的时间。由于全自动搬运车行走速度很快，比人工驾驶叉车速度快得多，即使是提取纵深处的货位完成一次调度的时间也远远不及普通人工叉车短路径就近提取货物所用时间。全自动搬运车可以钻入其中任何一个货位下将货物托起并移出巷道；靠近巷道最外层的货物可以直接托起并移出，而对于纵深处的货位可以通过同时调用多辆全自动搬运车协同工作方法完成一次调度任务。巷道之间设置几排或几列货位可以根据存储密度需求、实用性需求和经济性需求综合考虑。所谓存储密度需求就是在巷道之间尽量存放多排货物或多列货物，而不只限于两排，用以增加货物存放有效面积；所谓实用性需求就是通过增加搬运车数量，多辆小车协同操作的方法，提高货物存取速度，但附加代价是增加车辆成本费；所谓经济性需求就是通过货位合理布局的方法，便于车辆就近存取货物，尽量减少在同一次调度中全自动搬运车使用数量和行走路线。如图2所示，首层以外仓库包括仓储区和电梯间，该仓储区的结构与首层仓库的结构相同。
如图6及图7所示，全自动搬运车由车体、安装在车体下表面的紧凑式万向运动机构和安装在车体上表面的升降装置构成。所述的紧凑式万向运动机构由支撑底盘、转轴、两台电机、两套传动机构、两对车轮轴承和两个车轮，转轴的下端垂直固装在支撑底盘的中心位置上，两台电机、两套传动机构、两对车轮轴承对称固装在支撑底盘的上表面，两台电机位于垂直于转轴的平面内的转轴两侧，两个车轮分别位于垂直于转轴的平面内与电机互为垂直的转轴另外两侧，两个车轮分别通过两对车轮轴承安装在支撑底盘设有的车轮槽内，两台电机的一端均安装有码盘，两台电机的另一端分别与各自的传动机构相连接，两套传动结构分别与各自的车轮连接在一起，两个车轮分别在各自的电机及其传动机构的驱动下转动。每套传动机构均包括一级减速器、二级减速器和传动齿轮，一级减速器和二级减速器依次连接在电机的输出端，二级减速器的输出端与传动齿轮啮合在一起，传动齿轮与电机互为垂直方向，传动齿轮通过一对车轮轴承与车轮安装在一起，电机通过二级减速与传动齿轮咬合并进一步带动车轮转动，此时，车轮将力传给车轮轴承并通过车轮轴承带动支撑底盘和转轴一起运动。转轴的上端套装在两组转轴轴承内，两组转轴轴承通过车体连接盘与车体固装在一起，在转轴的最上端固装一码盘。当支撑底盘转动时，转轴随支撑底盘转动，当转轴自转时，转轴在两组转轴轴承内转动，而车体连接盘不动；当转轴沿某一方向运动时，由于车体连接盘和车体固定连接，从而实现电机带动车体运动。所述的升降装置由升降机构及其内部的两个液压缸连接构成，通过液压缸可以将升降机构升起或降下，使得升降机构处于开启和关闭状态，分别如图8a和图8b所示。当全自动搬运车移至待存取货物底部的货物托盘时，升降机构开启可以将待存取货物托起并通过车体底部的紧凑式万向运动机构将待存取货物移至仓储区相应的货位或从仓储区中取出，当完成一次调度任务后即可关闭升降装置，此时升降机构处于关闭状态。在车体内安装有导引其运行的陀螺仪、加速度计、RFID读码器、二维码读码器和无线通信模块，该加速度计和陀螺仪可以计算出从上一个已知未知到当前未知的距离和方位信息，其与仓储控制服务器相连接实现对全自动搬运车的导引功能；该二维码读码器可以读取地面上的二维码并计算出自己的位置和姿态，与RFID标签数据进行数据融合，以提高定位可靠性和精度，通过无线通信模块与仓储控制服务器进行无线通信并由仓储控制服务器实现对全自动搬运车的运动控制功能。
仓储智能控制系统包括安装在存货区和取货区的用户操作终端安装在立体车库内或安装在远程控制中心内的仓储控制服务器构成。仓储智能控制系统与全自动搬运车通过无线方式通信，仓储智能控制系统与各操作终端可以通过有线或无线方式通信。仓储智能控制系统中安装有仓储智能控制系统软件，与全自动搬运车和存货区、取货区的用户操作终端进行无线通信，全自动搬运车在仓储智能控制系统的控制下，托起待存取货物进行自动存货和自动取货。
本仓储系统的存取过程如图9所示。
1、在一个新货位上存放货物：如图9-1，操作员用叉车或其他工具将货物放到存放区的货物托盘上，如图9-2，操作员使用用户操作终端输入存货相关信息并发出存入一个新货位命令，相关信息包括身份验证信息、货物名称、制造厂家，数量等。如图9-3，仓储智能控制系统判断目标空货位，并且根据其位置计算出需要调用A、B两辆全自动搬运车同时操作，协同工作；如图9-4和9-5，B车先将货物移出，为A全自动搬运车进入目标空货位清空道路，如图9-6，A全自动搬运车将存放区托盘上的货物送到目标空货位。如图9-7，B全自动搬运车将货物放回原位置；如图9-8和图9-9，当存放区货物托盘随着货物被移走后，操作员从托盘存放区将托盘重新补充到存放区。
2、在现有货位添加货物：操作人员通过操作终端发出存货信息和存货命令，包括输入厂家名称、货物名称等，仓储智能控制系统根据所输入信息进行验证核实，当验证通过后，查找目标货物存放在仓库第几层，第几排、第几列，附近巷道名称，以及空闲待命的全自动搬运车当前停留的位置以确定该车行走路线，并向全自动搬运车发送命令，全自动搬运车接收命令后原地沿着仓储智能控制系统发送的路线轨迹行走到目标货位将货物取出送到存货区，然后顶升装置落下，落下时由开启状态变为闭合状态，此时全自动搬运车保持原地待命状态。操作员用叉车将新存入货物添加到托盘上原有的货物上，再次使用用户操作终端输入本次存入的数量，此时控制系统要求再次确认，确认后给予适当时间延迟，时间到，待命出发的全自动搬运车重新打开顶升装置将货物托起沿着刚才的导引路线将货物送回原位。
3、取走一个整体货位：操作人员通过用户操作终端发出取货信息和取货命令，包括输入货号、货主名称、货物名称、取货数量等；仓储智能控制系统首先根据取货数量多少确定需要同时调用全自动搬运车的数量；还根据货物名称查找目标货物存放在仓库第几层，第几排、第几列，附近巷道名称，以及空闲待命的全自动搬运车当前停留的位置以确定该车行走路线，并向全自动搬运车发送命令，全自动搬运车接收命令后原地沿着仓储智能控制系统发送的路线轨迹行走到目标货位，钻入到该货位下面，再打开顶升装置，将货物抬起并送到取货区区域，然后顶升装置落下，落下时由开启状态变为闭合状态，此时全自动搬运车保持原地待命状态。随后，操作员到取货区的操作终端进行货物数量确认，控制系统根据入库数量和出库数量自动识别整体货位是否全部被提取出库，如果是，当货物被拉走后，空托盘仍然保持原位。
4、从货位上取出部分货位：当需要提取现有上货架部分货物时，先将整个货位提取到取货区，剩余的货物再由全自动搬运车送回仓库。具体如下：操作人员通过用户操作终端发出取货信息和取货命令，包括输入货号、货主名称、货物名称、取货数量等；仓储智能控制系统首先根据取货数量多少确定需要同时调用全自动搬运车的数量；还根据货物名称查找目标货物存放在仓库第几层，第几排、第几列，附近巷道名称，以及空闲待命的全自动搬运车当前停留的位置以确定该车行走路线，并向全自动搬运车发送命令，全自动搬运车接收命令后原地沿着仓储智能控制系统发送的路线轨迹行走到目标货位，钻入到该货位下面，再打开顶升装置，将货物抬起并送到取货区区域，然后顶升装置落下，落下时由开启状态变为闭合状态，此时全自动搬运车保持原地待命状态。随后，操作员到取货区的操作终端进行货物数量确认，控制系统根据入库数量和出库数量自动识别整体货位是否全部被提取出库，当控制系统判断当前货位还有剩余数量，会弹出一个提示框，确认货物是否已经从托盘上拉走，并要求操作员反复确认，以防止操作失误，当操作员确认后，经过适当时间延迟，刚才保持原地待命状态的全自动搬运车会重新打开顶升装置将货物送回原处。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种高密度自动立体仓储系统，其特征在于：包括立体仓库、全自动搬运车和仓储智能控制系统，该立体仓库由多层仓库构成，每层仓库内的货物存放在货物托盘上，在每层仓库之间设有升降电梯，在每层仓库的地面上敷设有车辆导引标识，全自动搬运车根据仓储控制命令钻入货物托盘下方托起货物托盘上的货物并按照车辆导引标识行进实现对货物的搬运功能，仓储智能控制系统通过用户操作终端和仓储控制服务器实现货物的存取控制功能。
2.根据权利要求1所述的一种高密度自动立体仓储系统，其特征在于：所述的立体仓库包括首层仓库和首层以外仓库，该首层仓库包括仓储区、存货区、取货区、托盘存放区、电梯间，存货区和取货区分别设置在首层仓库的入口处和出口处，托盘存放区设置在存货区和取货区之间，电梯间设在仓储区两侧，在存货区和取货区内分别设有用户存取操作的用户操作终端和存放货物的货物托盘；首层以外仓库包括仓储区和电梯间，仓储区由多行多列巷道、巷道之间的货位、地面导引装置组成，每个巷道旁边的货位为单排或多排。
3.根据权利要求2所述的一种高密度自动立体仓储系统，其特征在于：所述的巷道略宽于全自动搬运车车身对角线的长度。
4.根据权利要求1所述的一种高密度自动立体仓储系统，其特征在于：所述的货物托盘为四腿支撑式托盘，每两条腿之间的宽度可以容纳全自动搬运车来回穿梭，货物托盘的高度使全自动搬运车钻入其下将货物托起。
5.根据权利要求1所述的一种高密度自动立体仓储系统，其特征在于：所述的车辆导引标识由RFID标签和二维码构成，该RFID标签和二维码间隔设置在每层仓库的地面上。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种高密度自动立体仓储系统，其特征在于：所述的全自动搬运车由车体、安装在车体下表面的紧凑式万向运动机构和安装在车体上表面的升降装置构成；每台全自动搬运车所配备的紧凑式万向运动机构的数量至少为一个；在车体内安装有导引其运行的陀螺仪、加速度计、RFID读码器、二维码读码器和无线通信模块；全自动搬运车能够托起待存取货物沿车辆导引标识在仓库内运动，全自动搬运车所做的运动包括任意方向的直线运动、任意曲线运动以及原地半径旋转运动。
7.根据权利要求6所述的一种高密度自动立体仓储系统，其特征在于：所述的紧凑式万向运动机构包括支撑底盘、转轴、两台电机、两套传动机构、两对车轮轴承和两个车轮，转轴的下端垂直固装在支撑底盘的中心位置上，两台电机、两套传动机构、两对车轮轴承对称固装在支撑底盘的上表面，两台电机位于垂直于转轴的平面内的转轴两侧，两个车轮分别位于垂直于转轴的平面内与电机互为垂直的转轴另外两侧，并通过两对车轮轴承分别安装在支撑底盘上设有的车轮槽内，两台电机的一端均安装有码盘，两台电机的另一端分别与各自的传动机构相连接，两套传动结构分别与各自的车轮连接在一起；转轴上端套装在转轴轴承内，该转轴轴承通过车体连接盘与车体固装在一起，在转轴的最上端固装一码盘。
8.根据权利要求6所述的一种高密度自动立体仓储系统，其特征在于：所述的升降装置由升降机构及其内部的两个液压缸连接构成，通过液压缸驱动升降机构升起或降下。
9.根据权利要求6所述的一种高密度自动立体仓储系统，其特征在于：仓储智能控制系统包括安装在存货区和取货区的用户操作终端和安装在立体车库内或安装在远程控制中心内的仓储控制服务器，仓储智能控制系统与用户操作终端通过有线或无线方式通信进行用户操作命令的调度，通过无线方式与全自动搬运车相连接控制货物的运送。
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