張旭童 汪志軍 楊霄楠 江凡宇

（西南石油大學(xué)，四川 成都610000）

隨著電子商務(wù)的發(fā)展，物流業(yè)發(fā)展迅速，立體倉庫是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的子系統(tǒng)，其發(fā)展滯后性日益突出。倉庫總體落后狀況制約著物流業(yè)以及電子商務(wù)的發(fā)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(shù)量，因此浪費大量的人力物力。以宜家的經(jīng)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(qū)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(yè)中容易發(fā)生錯誤。針對以上問題，本提出了一種基于三維可調(diào)旋轉(zhuǎn)貨架的立體倉庫設(shè)計方案。

1 倉庫設(shè)計結(jié)構(gòu)功能

1.1 整體結(jié)構(gòu)功能

整體結(jié)構(gòu)包括智能貨柜、自主運貨小車、傳送帶、升降機等，實現(xiàn)一側(cè)入庫，一側(cè)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(shù)據(jù)庫，調(diào)動入庫命令，并由傳送帶運輸入庫。出庫原理相同，數(shù)據(jù)庫接收出庫信息，執(zhí)行相應(yīng)的貨物出庫指令。

圖1 貨架爆炸圖

1.2 智能貨架結(jié)構(gòu)功能

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

1.3 貨格結(jié)構(gòu)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(xiàn)寬度、長度、高度三維的調(diào)整，具體方法為:通過貨柜的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)對應(yīng)寬度的選擇，通過下貨板的伸縮實現(xiàn)深度的調(diào)整，通過上貨板升降實現(xiàn)高度的調(diào)整。

圖2 貨板結(jié)構(gòu)圖

1.4 貨板結(jié)構(gòu)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(qū)動，實現(xiàn)貨板在空心貨板中運動，當(dāng)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(xiàn)貨板長度的調(diào)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(qū)動各貨板的上下移動，以適應(yīng)對應(yīng)貨物的高度，實現(xiàn)高度調(diào)控。

2 倉庫貨物出入庫流程（圖3）

貨物通過傳送帶運輸，經(jīng)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(shù)據(jù)庫接收，傳達相應(yīng)的指令至電機，驅(qū)動貨柜的履帶，履帶帶動貨架旋轉(zhuǎn)，相應(yīng)寬度的貨格被旋轉(zhuǎn)至升降臺的機械手處。

在貨柜旋轉(zhuǎn)的同時，貨板開始移動。上下貨板依據(jù)指定的高度，在單片機程序的控制下，在軌桿上移動，當(dāng)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(jù)貨物長度，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)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(xiàn)高度的升降。

當(dāng)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(fù)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(yīng)用基于有限元法的計算機輔助設(shè)計軟件對設(shè)計的結(jié)構(gòu)進行強度和剛度校核，驗證結(jié)構(gòu)設(shè)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，F(xiàn)n，F(xiàn)x，F(xiàn)y。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(gòu)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(yīng)變量最大值4.3106×10-5，等效應(yīng)力最大值86.211Mpa，總變形量0.11616mm，符合消除后即可恢復(fù)原狀，滿足強度和剛度要求。

4 立體倉庫的軟件設(shè)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(shù)據(jù)儲存：數(shù)據(jù)庫利用SQL Server 形成。數(shù)據(jù)庫中存儲貨物長度、寬度、高度等信息。

5 立體倉庫的創(chuàng)新點及市場分析

隨著信息化自動化的快速發(fā)展不難看出，企業(yè)家本身更加傾向于高效且可以長期穩(wěn)定使用的自動化裝備來代替人工進行生產(chǎn)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(shè)計，隨著電商的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)購物基本普及，物流行業(yè)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。