一種基于三維可調旋轉貨架的立體倉庫設計

張旭童 汪志軍 楊霄楠 江凡宇

（西南石油大學，四川 成都610000）

隨著電子商務的發展，物流業發展迅速，立體倉庫是現代物流系統的子系統，其發展滯后性日益突出。倉庫總體落后狀況制約著物流業以及電子商務的發展水平。在中國，一些百貨、家具等大型自提倉庫，主要依靠機械化方法來增加倉庫和操作人員的數量，因此浪費大量的人力物力。以宜家的經營模式為例，可見一些倉庫的取放貨工作需要大量人力，同時也浪費了大量的存儲空間。由此可見，目前已有的物流貨運方式具有以下缺陷:（1）倉庫管理主要依靠人工搬運，特別是一些大型物料，效率低，耗費時間長，浪費了大量的人工物力。（2）占用了大量的倉庫區域，不能做到合理安排。（3）人力搬運也存在很大的安全隱患，作業中容易發生錯誤。針對以上問題，本提出了一種基于三維可調旋轉貨架的立體倉庫設計方案。

1 倉庫設計結構功能

1.1 整體結構功能

整體結構包括智能貨柜、自主運貨小車、傳送帶、升降機等，實現一側入庫，一側出庫。貨運小車將貨物拉運至傳送帶處，掃描貨物條碼以及長、寬、高等信息，反饋給數據庫，調動入庫命令，并由傳送帶運輸入庫。出庫原理相同，數據庫接收出庫信息，執行相應的貨物出庫指令。

圖1 貨架爆炸圖

1.2 智能貨架結構功能

貨架由履帶控制，履帶帶動貨架實現旋轉，貨架在接收入庫指令后，對應寬度的貨格將旋轉至升降臺機械手處，實現貨物的裝載或拆卸。

1.3 貨格結構功能

貨柜各貨格的上下貨板均具有伸縮，上下移動的功能，以此來實現寬度、長度、高度三維的調整，具體方法為:通過貨柜的旋轉實現對應寬度的選擇，通過下貨板的伸縮實現深度的調整，通過上貨板升降實現高度的調整。

圖2 貨板結構圖

1.4 貨板結構及安裝

各貨板由一塊空心貨板、一塊實心貨板、電機組成，并安裝于貨柜的軌桿上。實心貨板安裝在空心貨板中，通過電機驅動，實現貨板在空心貨板中運動，當貨物長度超過空心貨板可容納范圍時，實心貨板滑出空心貨板實現貨板長度的調控。同時，各貨板安裝在貨柜的軌桿上，軌桿即為安裝貨板的鐵桿，電機驅動各貨板的上下移動，以適應對應貨物的高度，實現高度調控。

2 倉庫貨物出入庫流程（圖3）

貨物通過傳送帶運輸，經過傳送帶上的掃描儀器，掃描貨物條形碼，得出貨物屬性及貨物的長度、寬度、高度等信息。

得到的信息由數據庫接收，傳達相應的指令至電機，驅動貨柜的履帶，履帶帶動貨架旋轉，相應寬度的貨格被旋轉至升降臺的機械手處。

在貨柜旋轉的同時，貨板開始移動。上下貨板依據指定的高度，在單片機程序的控制下，在軌桿上移動，當達到形成指定間距時，單片機下達中斷指令，停止移動。

下貨板依據貨物長度，適當的調節實心擋板的伸出距離，使其與貨物長度匹配。

貨物運輸至升降臺，機械手將貨物抓至升降臺上，升降臺由電機操控，實現高度的升降。

當升降臺高度與貨柜下貨板對齊時，機械手推動貨物入庫。完成以上操作后，升降臺回到起始高度，機械手復位。

圖3 倉庫貨物出入庫流程

3 貨物升降臺底板強度剛度分析

應用基于有限元法的計算機輔助設計軟件對設計的結構進行強度和剛度校核，驗證結構設計的合理性。

升降貨物時，可以簡化成四個鏈輪錐齒輪安裝座分別給升降臺底座四個垂直向上的力Fm，Fn，Fx，Fy。升降臺底座自身受垂直向下的重力G，動力總成通過連接機構與升降臺底座連接在一起，給升降臺一個垂直向下的拉力Fa，貨物自身重量為Fb，位于升降臺底座上面，貨物重力平均分布在升降車底座上，受力從F1到F24，升降臺底座受力分析如圖4 所示（其余零件重力較小忽略不計）。

圖4 主貨板受力圖分析

等效應變量最大值4.3106×10-5，等效應力最大值86.211Mpa，總變形量0.11616mm，符合消除后即可恢復原狀，滿足強度和剛度要求。

4 立體倉庫的軟件設計

控制中心：控制中心由單片機和PLC 組成?？刂浦行睦靡丫幒贸绦蚩刂苽魉蛶Ъ吧禉C的運動。

數據儲存：數據庫利用SQL Server 形成。數據庫中存儲貨物長度、寬度、高度等信息。

5 立體倉庫的創新點及市場分析

隨著信息化自動化的快速發展不難看出，企業家本身更加傾向于高效且可以長期穩定使用的自動化裝備來代替人工進行生產工作，因為從長遠角度來講人工總是要比自動化裝備昂貴且低效、易出錯的，同時本方案定位清晰，專門為快遞點存儲、取貨設計，隨著電商的發展，網絡購物基本普及，物流行業的競爭點也正是在于快遞貨物的高效、安全、快速傳達，運輸量的提高是各大物流巨頭進行探索的重點。因此本方案在未來面向市場，具有極大的需求。