一种单入口立体自动存取柜及云端物料管理系统技术方案

本发明专利技术涉及一种单入口立体自动存取柜及云端物料管理系统。包括存储柜立体机械结构、电梯机构、自动导引小车以及数据库管理系统；存储柜立体机械结构包括仓位、小车导轨、循迹线和循迹标识、电梯机构和单出入口，自动导引小车通过检测循迹线和循迹标识实现规定路线的直线行驶和转弯；通过叉臂升降改变仓位的储物盒的高度并移动储物盒的位置，完成储物盒的取出和存入；通过电梯机构将货物运输到单出入口的人工操作台；通过数据库管理系统，控制小车执行物料的自动运输功能；采用ZigBee组网方式实现自动导引小车、电梯机构和数据库管理系统三者之间的无线通讯。实现了存储柜内部货物自动运输功能；解决了当前各种小物料存取和管理困难的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种单入口立体自动存取柜及云端物料管理系统
本专利技术属于物料存取柜及管理系统领域，尤其是涉及一种单入口立体自动存取柜及云端物料管理系统。
技术介绍
智能存储技术起源于美国和日本，是在二战以后提出的以解放劳动力，提高物料存储效率的一种新技术。20世纪60年代后随着自动导引小车(AGV)、移动式货架与旋转式货架等技术的成功研制，其自动化程度迅速增加；70年代集成化传感器的专利技术又增强了人们对智能存储的控制能力，但此时的智能存储只能做到各设备、各操作的单独运用，不能达到智能一体化的效果；80年代后随着计算机技术的快速发展，集成化存储技术诞生，智能存储的总体效益也随之迅速提高；21世纪以来，人工智能的迅速发展，智能自动化存储技术的诞生，它将智能存储技术水平提高到一个全新的高度。目前国内外各大电子商务公司加大投资力度，积极参与研究智能存储技术，通过智能化的管理来节约成本，提高物流效率。如今世界上的自动化仓库的建设数量呈现急剧扩大的趋势，并且发达国家对自动一体化存储的重视程度越来越高，这预示着自动一体化存储是未来智能存储的一种发展趋势。国内外对智能存储系统的研究相当广泛深入，但目前各个产品应用面相对单一，市场应用范围有限，需求量不高。国内外企业对智能存储系统的研究大多应用于物流管理行业方面。虽然其研究资金充足，根据人工智能、大数据，利用机器人来实现智能全面一体化的现代智能仓库，但是其项目产品无法投入到基层社会生活中使用。近年来，国内外各大高校将智能存储技术向其他行业发展，出现了各种各样的智能存储系统，利用嵌入式、物联网相关知识，根据各个行业的特点，研究制造了各个行业所需的智能存储系统。例如，各大公共场所的自动售卖机，无需工作人员，用户可以独自购买物品；多种物品存放的智能存储柜，物品事先分类排序放入智能柜中，用户在柜前控制面板上输入所需的物品，智能柜自动打开存放相应物品的柜门，方便用户快速存取物品，减少了用户寻找物品位置的时间；还有已经在少数大型医院投入使用的自动化药房，医生根据患病者的情况，在药房管理系统中输入药品名称、药品数量进行远程下单，药房自动分拣订单上的药品并且打包运输到药房窗口，患病者网上付费后直接取药，全程无需工作人员干涉，大大减小了医院药房的劳动力。目前市场上投入使用的智能存储柜绝大多数只是起到快速定位物品的作用，对于智能柜内部布局、分类、运输等没有做到进一步的研究。其次，其智能存储的管理系统尚未建成，没有实时管理系统记录用户使用智能柜的情况，如用户使用登记、用户使用权限、存储柜库存信息、提醒管理员及时补货等。这些问题极大的限制了智能存储柜的应用市场，对于各种小物料存储管理，其物品种类多、体积小、数量大，传统的智能存储柜无法高效的对其进行存储和管理，目前大部分还是使用锁和钥匙开门的柜子进行存储和管理。如各个实验室中电子器件的存储和管理，一方面，电子器件有着近乎苛刻的存储要求，若是存储环境不达标，电子器件的报废量极其巨大。另一方面，电子器件有着种类多、差异大等特点，给储存和管理带来一定难度。随着信息化技术的发展，传统的存储方式会带来效率不匹配和管理成本上升等一系列问题。智能存储系统不能仅仅满足于目前所具有的功能，智能存储系统必须合理分配存储空间，改善内部存储环境，物料自动运输存取，并且要实现信息化管理，对物品的存储信息动态管理，系统可以识别用户，并且记录用户的使用信息，实时检测储存系统所剩物料的存量，并及时提醒管理人员补充缺少的物料。目前针对上述各种小物料存取和管理困难等问题，尚无高效的机械结构、自动存取控制方法以及能够实现智能管理的系统。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种单入口立体自动存取柜及云端物料管理系统，针对各种小物料存取和管理困难等问题。本专利技术是这样实现的，一种单入口立体自动存取柜，该存取柜包括：存储柜立体机械结构、电梯机构、自动导引小车以及数据库管理系统；其中：存储柜立体机械结构包括仓位、小车导轨、循迹线和循迹标识、电梯机构和单出入口，存储柜立体机械结构采用长方体的立体机械结构，内部分成结构完全相同的多层存储空间，每层按照行和列的排列方式设置多个货物存储仓位，通过纵横交错的小车导轨将每层仓位分为多个区域；小车导轨采用TS型导轨结构，小车导轨两侧具有凸起挡板，挡板用于限制小车的运动方向，确保小车在预设的轨道上直线行驶；而井字形导轨十字口设计为圆盘式结构，留给小车足够的转弯空间；小车导轨上具有循迹线和循迹标识，其中直线导轨上循迹线为导轨中央的黑色粗直线，十字口设有十字形循迹线和十字路口标识；自动导引小车通过检测循迹线和循迹标识实现规定路线的直线行驶和转弯；存储柜内货物存储结构采用抽斗结构，货物存储于正方形的储物盒中，储物盒两侧具有支撑臂突起结构，仓位具有凹槽的仓架，储物盒与仓架之间凹凸结合，并且仓架高度大于储物盒高度，储物盒悬挂在仓架上时底部悬空，通过小车伸入支撑板至储物盒底部，进而通过叉臂升降改变储物盒的高度并移动储物盒的位置，完成储物盒的取出和存入；电梯机构，其顶部放置一个步进电机，步进电机的转轴与放线滑轮相连，缆绳通过放线滑轮与升降仓相连，通过步进电机的正反旋转控制升降仓的上下移动，进而使升降仓移动到确定的储物层高度；在存储柜每层配置一个小车负责本层货物的存取工作，每层小车只需将货物运输到电梯机构，通过电梯机构将货物运输到单出入口的人工操作台；数据库管理系统，控制小车执行物料的自动运输功能；用于收集、存储、管理物料信息、用户信息和系统使用信息并生成相应的存取日志；采用ZigBee组网方式实现自动导引小车、电梯机构和数据库管理系统三者之间的无线通讯。进一步地，所述升降仓包括四周的支撑架以及底部的底板，底板上设置传送带和称重模块，支撑架用于限制储物盒的运动，避免传送带传动导致储物盒掉落；称重模块采用压力传感器安装在升降仓底部，通过测量储物盒重力，估算出货物库存信息；传送带用于当升降仓移动至单出入口位置，传动货物运输到人工操作台，供用户存取货物。进一步地，所述自动导引小车内置于存储柜机械结构内部，用于完成存储柜内货物的自动运输功能，包括主控制器、直流减速电机、电机驱动模块、电源模块、红外传感器、ZigBee无线通讯单元、ZigBee天线、超声波模块、存储器、以及新型叉臂机构，主控制器通过电机驱动模块与直流减速电机相连，电源模块输出口与主控制器电源输入口相连，主控制器通过GPIO口与红外传感器和超声波模块相连，主控制器通过UART接口与ZigBee无线通讯单元相连，ZigBee无线通讯单元与ZigBee天线直接相连，主控制器通过静态存储器接口与存储器相连，主控制器电源输出口和控制信号线与新型叉臂机构电源输入口和控制输入端相连；主控制器是自动导引小车的控制中心，用于控制直流减速电机、红外传感器、超声波模块、ZigBee无线通讯单元、存储器以及新型叉臂机构；直流减速电机通过主控制器的控制信号驱动小车在存储柜内按照特定路线行走，并可通过编码器返回的参数获取小车电机转速，进而精确控制小车行驶速度；红外传感器用于检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单入口立体自动存取柜，其特征在于，该存取柜包括：存储柜立体机械结构、电梯机构、自动导引小车以及数据库管理系统；其中：/n存储柜立体机械结构包括仓位、小车导轨、循迹线和循迹标识、电梯机构和单出入口，存储柜立体机械结构采用长方体的立体机械结构，内部分成结构完全相同的多层存储空间，每层按照行和列的排列方式设置多个货物存储仓位，通过纵横交错的小车导轨将每层仓位分为多个区域；小车导轨采用TS型导轨结构，小车导轨两侧具有凸起挡板，挡板用于限制小车的运动方向，确保小车在预设的轨道上直线行驶；而井字形导轨十字口设计为圆盘式结构，留给小车足够的转弯空间；小车导轨上具有循迹线和循迹标识，其中直线导轨上循迹线为导轨中央的黑色粗直线，十字口设有十字形循迹线和十字路口标识；/n自动导引小车通过检测循迹线和循迹标识实现规定路线的直线行驶和转弯；/n存储柜内货物存储结构采用抽斗结构，货物存储于正方形的储物盒中，储物盒两侧具有支撑臂突起结构，仓位具有凹槽的仓架，储物盒与仓架之间凹凸结合，并且仓架高度大于储物盒高度，储物盒悬挂在仓架上时底部悬空，通过小车伸入支撑板至储物盒底部，进而通过叉臂升降改变储物盒的高度并移动储物盒的位置，完成储物盒的取出和存入；/n电梯机构，其顶部放置一个步进电机，步进电机的转轴与放线滑轮相连，缆绳通过放线滑轮与升降仓相连，通过步进电机的正反旋转控制升降仓的上下移动，进而使升降仓移动到确定的储物层高度；在存储柜每层配置一个小车负责本层货物的存取工作，每层小车只需将货物运输到电梯机构，通过电梯机构将货物运输到单出入口的人工操作台；/n数据库管理系统，控制小车执行物料的自动运输功能；用于收集、存储、管理物料信息、用户信息和系统使用信息并生成相应的存取日志；/n采用ZigBee组网方式实现自动导引小车、电梯机构和数据库管理系统三者之间的无线通讯。/n...

【技术特征摘要】
1.一种单入口立体自动存取柜，其特征在于，该存取柜包括：存储柜立体机械结构、电梯机构、自动导引小车以及数据库管理系统；其中：
存储柜立体机械结构包括仓位、小车导轨、循迹线和循迹标识、电梯机构和单出入口，存储柜立体机械结构采用长方体的立体机械结构，内部分成结构完全相同的多层存储空间，每层按照行和列的排列方式设置多个货物存储仓位，通过纵横交错的小车导轨将每层仓位分为多个区域；小车导轨采用TS型导轨结构，小车导轨两侧具有凸起挡板，挡板用于限制小车的运动方向，确保小车在预设的轨道上直线行驶；而井字形导轨十字口设计为圆盘式结构，留给小车足够的转弯空间；小车导轨上具有循迹线和循迹标识，其中直线导轨上循迹线为导轨中央的黑色粗直线，十字口设有十字形循迹线和十字路口标识；
自动导引小车通过检测循迹线和循迹标识实现规定路线的直线行驶和转弯；
存储柜内货物存储结构采用抽斗结构，货物存储于正方形的储物盒中，储物盒两侧具有支撑臂突起结构，仓位具有凹槽的仓架，储物盒与仓架之间凹凸结合，并且仓架高度大于储物盒高度，储物盒悬挂在仓架上时底部悬空，通过小车伸入支撑板至储物盒底部，进而通过叉臂升降改变储物盒的高度并移动储物盒的位置，完成储物盒的取出和存入；
电梯机构，其顶部放置一个步进电机，步进电机的转轴与放线滑轮相连，缆绳通过放线滑轮与升降仓相连，通过步进电机的正反旋转控制升降仓的上下移动，进而使升降仓移动到确定的储物层高度；在存储柜每层配置一个小车负责本层货物的存取工作，每层小车只需将货物运输到电梯机构，通过电梯机构将货物运输到单出入口的人工操作台；
数据库管理系统，控制小车执行物料的自动运输功能；用于收集、存储、管理物料信息、用户信息和系统使用信息并生成相应的存取日志；
采用ZigBee组网方式实现自动导引小车、电梯机构和数据库管理系统三者之间的无线通讯。


2.按照权利要求1所述的存取柜，其特征在于，所述升降仓包括四周的支撑架以及底部的底板，底板上设置传送带和称重模块，支撑架用于限制储物盒的运动，避免传送带传动导致储物盒掉落；称重模块采用压力传感器安装在升降仓底部，通过测量储物盒重力，估算出货物库存信息；传送带用于当升降仓移动至单出入口位置，传动货物运输到人工操作台，供用户存取货物。


3.按照权利要求1所述的存取柜，其特征在于，所述自动导引小车内置于存储柜机械结构内部，用于完成存储柜内货物的自动运输功能，包括主控制器、直流减速电机、电机驱动模块、电源模块、红外传感器、ZigBee无线通讯单元、ZigBee天线、超声波模块、存储器、以及新型叉臂机构，主控制器通过电机驱动模块与直流减速电机相连，电源模块输出口与主控制器电源输入口相连，主控制器通过GPIO口与红外传感器和超声波模块相连，主控制器通过UART接口与ZigBee无线通讯单元相连，ZigBee无线通讯单元与ZigBee天线直接相连，主控制器通过静态存储器接口与存储器相连，主控制器电源输出口和控制信号线与新型叉臂机构电源输入口和控制输入端相连；主控制器是自动导引小车的控制中心，用于控制直流减速电机、红外传感器、超声波模块、ZigBee无线通讯单元、存储器以及新型叉臂机构；直流减速电机通过主控制器的控制信号驱动小车在存储柜内按照特定路线行走，并可通过编码器返回的参数获取小车电机转速，进而精确控制小车行驶速度；红外传感器用于检测地面循迹线和循迹标识，获取小车当前偏离轨道参数，从而修正小车行驶轨迹；超声波模块用于测量小车在存储柜内距离前后边界的距离，通过计算进而确定小车的具体位置；ZigBee无线通讯单元通过自组网与电梯机构和数据库管理系统的上位机建立通讯联系，实现上位机、电梯机构和小车三者之间的无线通讯；存储器中存放存储柜地图信息和小车当前位置信息，包括各个货物位置信息和小车轨道信息；新型叉臂机构配合存储柜内仓位的抽斗结构，实现货物的自动运输功能。


4.按照权利要求3所述的存取柜，其特征在于，新型叉臂机构分为四层，第一层为第一层叉臂平板，第二层为向左传动装置，向左传动装置通过第二层伺服电机采用齿轮齿条带动第一层叉臂平...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨泓渊，张洋，伍泽鸿，曲建宇，千承辉，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22