CN119368431A - 一种定点称重的分拣系统及货物称重方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种定点称重的分拣系统及货物称重方法；其包括分拣机轨道、分拣小车和称重模块。所述的分拣机轨道上设有一个或多个称重模块。称重模块包括称重传感器和称重轨道。称重轨道安装在称重传感器上。分拣小车包括车架、被动抬升结构和货物承载结构。所述的被动抬升结构包括抬升基座、连杆、抬升支架和抬升滚轮。本发明在分拣小车使用平行四边形机构连接车架与货物承载结构，并利用抬升滚轮配合称重轨道抬升货物承载结构，使得货物承载结构的重量承载在称重轨道上，实现了精准称重；由于车架并未承载在称重轨道上，由此消除了不同车架之间的相互作用力对称重的精度影响。

Description

一种定点称重的分拣系统及货物称重方法

技术领域

本发明属于物流分拣设备技术领域，具体涉及一种定点称重的分拣系统及货物称重方法。

背景技术

在现代物流和工业生产领域，货物的分拣和称重是至关重要的环节，对于提高物流效率、确保货物准确配送以及实现生产过程的精细化管理具有关键意义。目前，常见的分拣系统中，分拣小车通常采用依次相连的结构来实现货物的连续传输和分拣操作。这种结构在一定程度上满足了大规模货物处理的需求，提高了整体的分拣效率。

为了实现货物的动态称重，业内通常需要在每个分拣小车上均安装称重传感器；在一方面全部分拣小车安装称重传感器的方案提高分拣机的成本；在另一方面；动态的分拣小车上传重量数据需要使用滑触线，提高了通信结构的复杂度。

此外，也可以利用一段称重轨道对单个分拣小车进行动态称重时，相邻小车之间的连接结构和相互作用力会对称重结果产生不可忽视的影响。例如，相邻小车的振动、连接部件的张力等因素会干扰正在称重的小车，导致称重传感器无法准确获取目标小车上货物的真实重量。这种干扰使得单个小车的称重精度大打折扣，容易出现称重误差。

公开号为“CN116651761A”的专利提供了“一种高速动态称重分拣机及其动态称重分拣方法”，其每个分拣小车均独立运行，消除了相邻小车之间的相互影响；但是该方案中每个小车需要独立设置动力源，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种定点称重的分拣系统及货物称重方法。

第一方面，本发明提供一种定点称重的分拣系统，其包括分拣机轨道、分拣小车和称重模块。所述的分拣机轨道上设有一个或多个称重模块。所述的称重模块包括称重传感器和称重轨道。所述的称重轨道安装在称重传感器上。

所述的分拣小车包括车架、被动抬升结构和货物承载结构。所述的被动抬升结构包括抬升基座、连杆、抬升支架和抬升滚轮。抬升基座安装在车架上。连杆的一端与抬升基座构成转动副。连杆的另一端与抬升支架构成转动副。抬升基座、抬升支架和至少两根连杆构成平行四边形机构。货物承载结构安装在抬升支架上。所述的抬升滚轮安装在抬升支架或货物承载结构上。所述的抬升滚轮的位置与称重轨道相匹配。

所述的分拣小车经过称重模块的过程中，抬升支架在称重轨道的支撑下抬升；称重轨道对抬升支架、抬升滚轮、货物承载结构、分拣小车输送的货物提供支撑，使得称重传感器测得货物的重量。

作为优选，所述的称重模块还包括抬升导向轨道。每条称重轨道均对应两条抬升导向轨道。称重轨道位于对应两条抬升导向轨道之间。抬升导向轨道与称重轨道的相对端等高。抬升导向轨道的顶面背离称重轨道的一端设有倾斜引导轨面。倾斜引导轨面沿着背离称重段的方向逐渐降低。初始状态下，抬升滚轮的底部边缘低于称重轨道的顶面，且高于抬升导向轨道上倾斜引导轨面的最低处。

作为优选，所述的车架上设有与抬升支架的底部配合的支撑面。初始状态下，抬升支架支撑在车架的支撑面上。

作为优选，所述的抬升支架的两侧均转动安装有抬升滚轮。每个称重模块中均间隔设有位于分拣机轨道上方的两条称重轨道；抬升支架两侧的抬升滚轮与称重模块中的两条称重轨道分别位置对应。

作为优选，所述的称重模块还包括连接支架。所述的称重传感器设置在分拣机轨道的下方。所述的连接支架包括底部连接梁和两块支撑侧板。底部连接梁固定在称重传感器上。底部连接梁的两端与两块支撑侧板的底部分别固定。两块支撑侧板分别位于分拣机轨道的两侧。两条称重轨道与两块支撑侧板的相对侧面的顶部分别固定。

作为优选，所述的抬升滚轮支撑在称重轨道的状态下，连杆对抬升支架的拉力方向平行于水平面。

作为优选，所述的货物承载结构采用翻盘承载结构，包括翻转复位结构和托盘。翻转复位结构安装在被动抬升结构的顶部；托盘安装在翻转复位结构顶部。翻转复位结构能够将托盘锁止在水平状态，且解锁后能够向侧部翻转。

作为优选，所述的称重模块安装在分拣机轨道的直线段。

作为优选，多个分拣小车的车架依次通过连接杆连成环形小车队列，且能够沿着分拣机轨道循环运行。

作为优选，所述的车架上设有与分拣机轨道配合的导向支撑轮组。

作为优选，所述的分拣机轨道的一侧布置有分拣格口或两侧均布置有分拣格口。

第二方面，本发明提供一种分拣系统货物称重方法，其使用前述的定点称重的分拣系统。该分拣系统货物称重方法如下：承载货物的分拣小车沿着分拣机轨道行进至称重模块时，抬升滚轮沿着抬升导向轨道升高；抬升滚轮到达称重轨道时，抬升支架、抬升滚轮、货物承载结构和货物由称重轨道支撑；根据称重传感器的检测值获得货物重量。

作为优选，货物重量G_s的表达式如下：

其中，为称重传感器测得的称重轨道对自身上方物体的支撑力，取值为抬升滚 轮到达称重轨道前、后的称重传感器测得重量的差值；为抬升滚轮与称重轨道之间的滚 动摩擦系数；为抬升滚轮的半径。G₁为抬升支架、抬升滚轮和货物承载结构的总重量。为 连杆对抬升支架的拉力方向与水平面的夹角。

本发明具有的有益效果是：

本发明在分拣小车使用平行四边形机构连接车架与货物承载结构，并利用抬升滚轮配合称重轨道抬升货物承载结构，使得货物承载结构的重量承载在称重轨道上，实现了精准称重；由于车架并未承载在称重轨道上，由此消除了不同车架之间的相互作用力对称重的精度影响。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1中A部分的局部放大图。

图3为本发明中称重模块与机架的连接示意图。

图4为本发明中分拣小车的侧面示意图。

图5为本发明中分拣小车的立体示意图。

图6为本发明称重过程中被测部分的受力分析图。

附图标记：1、机架；2、分拣机轨道；3、称重模块；3-1、称重传感器；3-2、连接支架；3-2-1、底部连接梁；3-2-2、支撑侧板；3-3、称重轨道；3-4、安装支架；3-5、抬升导向轨道；3-5-1、倾斜引导轨面；4、分拣小车；4-1、车架；4-2、导向支撑轮组；4-3、被动抬升结构；4-3-1、抬升基座；4-3-2、连杆；4-3-3、抬升支架；4-3-4、抬升滚轮；4-4、翻转复位结构；4-5、托盘。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示，一种定点称重的分拣系统，包括机架1、分拣机轨道2、具有托盘被动抬升结构4-3的分拣小车4和称重模块3。分拣机轨道2固定在机架1上；排布在分拣机轨道2上的多个分拣小车4依次相连成环形，且能够沿着分拣机轨道2循环运行。分拣机轨道2的一侧布置有分拣格口或两侧均布置有分拣格口。

如图2和图3所示，分拣机轨道2上设有称重区域。称重区域既可以设置在分拣机轨道2的直线段，也可以设置在分拣机轨道2的弯曲段。称重模块3包括称重传感器3-1、连接支架3-2、称重轨道3-3、安装支架3-4和抬升导向轨道3-5。称重传感器3-1安装在机架1上，且位于分拣机轨道2的称重区域的正下方。连接支架3-2包括底部连接梁3-2-1和两块支撑侧板3-2-2。底部连接梁3-2-1固定在称重传感器3-1上。底部连接梁3-2-1的两端与两块支撑侧板3-2-2的底部分别固定。两块支撑侧板3-2-2分别位于分拣机轨道2的两侧。两条称重轨道3-3与两块支撑侧板3-2-2的相对侧面的顶部分别固定。

抬升导向轨道3-5用于引导分拣小车4的被动抬升结构4-3平稳升高或平稳复位。每条称重轨道3-3均对应两条抬升导向轨道3-5。称重轨道3-3位于对应两条抬升导向轨道3-5之间。抬升导向轨道3-5与称重轨道3-3的相对端等高，相互靠近且不接触，以避免抬升导向轨道3-5影响称重精度。抬升导向轨道3-5的顶面背离称重轨道3-3的一端设有倾斜引导轨面3-5-1。倾斜引导轨面3-5-1沿着背离称重段的方向逐渐降低。

如图4和图5所示，分拣小车4包括车架4-1、导向支撑轮组4-2、被动抬升结构4-3和翻盘承载结构。导向支撑轮组4-2安装在车架4-1的底部，并与分拣机轨道2配合，用于实现分拣小车4的导向与支撑。被动抬升结构4-3安装在车架4-1上；翻盘承载结构安装在被动抬升结构4-3上，用于承载和输出货物。

被动抬升结构4-3包括抬升基座4-3-1、两根连杆4-3-2、抬升支架4-3-3和抬升滚轮4-3-4。抬升基座4-3-1固定在车架4-1上。两根连杆4-3-2的一端与抬升基座4-3-1上的两个不同位置分别构成转动副。两根连杆4-3-2的另一端与抬升支架4-3-3上的两个不同位置分别构成转动副。抬升基座4-3-1、两根连杆4-3-2和抬升支架4-3-3构成平行四边形机构，使得抬升支架4-3-3仅能够沿圆形轨迹平动，而无法发生转动。所述的车架4-1上设有与抬升支架4-3-3的底部配合的支撑面。支撑面用于对处于下极限位置的抬升支架4-3-3提供支撑。非称重的初始状态下，抬升支架4-3-3支撑在车架4-1的支撑面上。

抬升支架4-3-3呈钣金弯折式结构，其两个外侧面的底部均转动连接有抬升滚轮4-3-4。两个抬升滚轮4-3-4能够将抬升支架4-3-3、翻转复位结构4-4和托盘4-5稳定支撑在称重模块3上。抬升支架4-3-3两侧的抬升滚轮4-3-4与称重模块3中的两条称重轨道3-3分别匹配。

翻盘承载结构包括翻转复位结构4-4和托盘4-5。翻转复位结构4-4安装在被动抬升结构4-3的顶部；托盘4-5安装在翻转复位结构4-4顶部。翻转复位结构4-4能够将托盘4-5锁止在水平状态，且解锁后能够向任意一侧翻转，以便于托盘4-5向内侧或外侧的分拣格口4输出包裹。翻转复位结构4-4采用现有结构，例如采用公开号为CN118419500A的专利说明书具体实施方式中记载的翻转复位结构。

初始状态下，抬升滚轮4-3-4的底部边缘低于称重轨道3-3的顶面，且高于抬升导向轨道3-5上倾斜引导轨面3-5-1背离称重轨道3-3的端部；抬升导向轨道3-5能够引导抬升滚轮4-3-4升高，使得抬升支架4-3-3与车架4-1的支撑面分离，并将抬升滚轮4-3-4引导至称重轨道3-3上。

因此，初始状态下翻转复位结构4-4、托盘4-5及托盘4-5上货物的重量由车架4-1承载。当分拣小车4经过称重模块3时，翻转复位结构4-4、托盘4-5及托盘4-5上货物的重量由称重轨道3-3承载，而非由车架4-1承载，以便于称重传感器3-1测得分拣小车4上的货物重量

称重轨道3-3的长度小于相邻分拣小车4之间的节距；分拣小车4的抬升滚轮4-3-4从初始状态到称重状态的高度抬升量为5mm～8mm；连杆翻转角度为1.5°～3°。

在一些实施例中，托盘4-5呈中部内凹，左右两侧升高的对称结构。托盘4-5的前后两侧设有向上翻折的挡边，用以避免货物脱离托盘4-5。

记分拣小车4的抬升滚轮4-3-4处于称重轨道3-3时，连杆4-3-2与水平面的夹角为 倾斜拉力角，分析压力传感器检测值与货物重量的关系如下：

采用整体法对分拣小车4进行受力分析，将车架4-1、导向支撑轮组4-2、抬升基座4-3-1、连杆4-3-2和拉杆视作一整体，记为行进部分；抬升支架4-3-3、抬升滚轮4-3-4、翻转复位结构4-4、托盘4-5和货物视作另一整体，记为被测部分。

当拉杆位于抬升支架上方时，整个被测部分的受力情况如图6所示；行进部分的拉 杆对抬升支架施加的倾斜向上的拉力，被测部分的重力，称重轨道对被测部分的支撑 力，水平方向的滚动摩擦力；由于小车此时匀速行驶，处于动平衡中，所以抬升支架 所受合力。

支撑力即为称重传感器反馈的压力值（需排除连接支架、称重轨道本身的重 量）

根据平衡方程得：

在竖直方向上各力满足以下条件：

式（1）

在水平方向上各力满足以下条件：

式（2）

由此可得，

式（3）

将式（3）代入式（1），得

式（4）

同理，当拉杆位于抬升支架下方时，根据平衡方程得

式（5）

上述运算中，倾斜拉力角为绝对值；设定拉力方向倾斜向上的倾斜拉力角为正 值，拉力方向倾斜向上的倾斜拉力角为负值；则上述平衡方程统合为。

由式（4）、（5）可知，称重数值与物体真实数值之间仅相差滑动摩擦力的正切值，下面通过计算得出误差范围。

滚动摩擦力的表达式如下：

式（6）

式中，为滚动摩擦系数，为抬升滚轮的半径。

将式（6）代入式（4），得

式（7）

求，得

式（8）

抬升支架、抬升滚轮、翻转复位结构和托盘4-5的总重量记为G₁；货物的重量记为G_s，则货物重量为G_s的表达式如下：

式（9）

在一些实施例中，每个分拣小车均在加工完成后测量实际的倾斜拉力角，每个 分拣小车在计算时均使用其对应的实际倾斜拉力角，以便于消除加工误差带来的影响。 判断处于称重轨道的分拣小车序号的方式可以通过运行速度推算，也可以通过分拣小车与 称重轨道之间的NFC信号读取来检测。

实施例2

一种定点称重的分拣系统，本实施例与实施例1的区别在于：限定分拣小车的抬升 滚轮处于称重轨道时，连杆呈水平姿态，即水平面的夹角为倾斜拉力角为0。

在理想情况下，本实施例中通过在称重过程中将连杆保持水平姿态，能够消除车 架对抬升支架的拉力的竖直分量。但是，由于加工及装配误差，倾斜拉力角难以精准控制 为0，而是具有一个较小的误差，该误差既可能是向上倾斜（即倾斜拉力角大于0），也可能 向下倾斜（即倾斜拉力角小于0）。因此，通过特值法计算加工导致的倾斜拉力角的误差 对直接称重的误差影响如下：

称重轨道材质为聚甲醛，滚轮材质为聚氨酯，二者之间滚动摩擦系数在0.05~0.1； 取为最大的0.1。

抬升滚轮的半径的取值为0.15m；拉杆由于加工误差形成的取整为1°，但实际 加工与装配误差度数小于此值；

抬升支架、抬升滚轮、翻转复位结构和托盘4-5的总重量的G₁为2.098 kg，而托盘4-5可放置包裹重量极限为0.5kg～5kg。为方便计算误差，重量单位不再转化为重力单位。

取包裹重量5kg，取7.1 kg；代入式（7），达到误差关系式：

式（10）

即称重误差范围为-83g～83g，满足设计要求；实际误差范围应远小于此值，因此本实施例可满足基础物流分拣的称重需求且称重精度更高。

取包裹重量0.5kg，取2.6 kg；代入式（7），达到误差关系式：

式（10）

即称重误差范围为-30g～30g，满足设计要求；实际误差范围应远小于此值，因此本实施例可满足基础物流分拣的称重需求且称重精度更高。

本实施例中只需要在称重传感器3-1测得的重量中通过“去皮”消除“连接支架3-2、称重轨道3-3、抬升支架4-3-3、翻盘承载结构”的重量，即可利用称重传感器3-1直接测得货物的净重，相较于实施例1更加简洁高效。

实施例3

一种定点称重的分拣系统，本实施例与实施例1的区别在于：分拣小车不使用翻盘分拣小车，而是使用交叉带分拣小车；具体是将翻盘承载结构替换为横向输送带结构。

在一些其他的实施例中，翻盘承载结构也可以替换为其他能够承载和输出货物的现有结构。

Claims (10)

1.一种定点称重的分拣系统，其特征在于：包括分拣机轨道（2）、分拣小车（4）和称重模块（3）；所述的分拣机轨道（2）上设有一个或多个称重模块（3）；所述的称重模块（3）包括称重传感器（3-1）和称重轨道（3-3）；所述的称重轨道（3-3）安装在称重传感器（3-1）上；

所述的分拣小车（4）包括车架（4-1）、被动抬升结构（4-3）和货物承载结构；所述的被动抬升结构（4-3）包括抬升基座（4-3-1）、连杆（4-3-2）、抬升支架（4-3-3）和抬升滚轮（4-3-4）；抬升基座（4-3-1）安装在车架（4-1）上；连杆（4-3-2）的一端与抬升基座（4-3-1）构成转动副；连杆（4-3-2）的另一端与抬升支架（4-3-3）构成转动副；抬升基座（4-3-1）、抬升支架（4-3-3）和至少两根连杆（4-3-2）构成平行四边形机构；货物承载结构安装在抬升支架（4-3-3）上；所述的抬升滚轮（4-3-4）安装在抬升支架（4-3-3）或货物承载结构上；所述的抬升滚轮（4-3-4）的位置与称重轨道（3-3）相匹配；

所述的分拣小车（4）经过称重模块（3）的过程中；称重轨道（3-3）对抬升支架（4-3-3）、抬升滚轮（4-3-4）、货物承载结构、分拣小车（4）输送的货物提供支撑，使得称重传感器（3-1）测得货物的重量。

2.根据权利要求1所述的一种定点称重的分拣系统，其特征在于：所述的称重模块（3）还包括抬升导向轨道（3-5）；每条称重轨道（3-3）均对应两条抬升导向轨道（3-5）；称重轨道（3-3）位于对应两条抬升导向轨道（3-5）之间；抬升导向轨道（3-5）与称重轨道（3-3）的相对端等高；抬升导向轨道（3-5）的顶面背离称重轨道（3-3）的一端设有倾斜引导轨面（3-5-1）；倾斜引导轨面（3-5-1）沿着背离称重段的方向逐渐降低；初始状态下，抬升滚轮（4-3-4）的底部边缘低于称重轨道（3-3）的顶面，且高于抬升导向轨道（3-5）上倾斜引导轨面（3-5-1）的最低处。

3.根据权利要求1所述的一种定点称重的分拣系统，其特征在于：所述的车架（4-1）上设有与抬升支架（4-3-3）的底部配合的支撑面；初始状态下，抬升支架（4-3-3）支撑在车架（4-1）的支撑面上。

4.根据权利要求1所述的一种定点称重的分拣系统，其特征在于：所述的抬升支架（4-3-3）的两侧均转动安装有抬升滚轮（4-3-4）；每个称重模块（3）中均间隔设有位于分拣机轨道（2）上方的两条称重轨道（3-3）；抬升支架（4-3-3）两侧的抬升滚轮（4-3-4）与称重模块（3）中的两条称重轨道（3-3）分别位置对应。

5.根据权利要求4所述的一种定点称重的分拣系统，其特征在于：所述的称重模块（3）还包括连接支架（3-2）；所述的称重传感器（3-1）设置在分拣机轨道（2）的下方；所述的连接支架（3-2）包括底部连接梁（3-2-1）和两块支撑侧板（3-2-2）；底部连接梁（3-2-1）固定在称重传感器（3-1）上；底部连接梁（3-2-1）的两端与两块支撑侧板（3-2-2）的底部分别固定；两块支撑侧板（3-2-2）分别位于分拣机轨道（2）的两侧；两条称重轨道（3-3）与两块支撑侧板（3-2-2）的相对侧面的顶部分别固定。

6.根据权利要求1所述的一种定点称重的分拣系统，其特征在于：所述的抬升滚轮（4-3-4）支撑在称重轨道（3-3）的状态下，连杆对抬升支架（4-3-3）的拉力方向平行于水平面。

7.根据权利要求1所述的一种定点称重的分拣系统，其特征在于：所述的货物承载结构采用翻盘承载结构，包括翻转复位结构（4-4）和托盘（4-5）；翻转复位结构（4-4）安装在被动抬升结构（4-3）的顶部；托盘（4-5）安装在翻转复位结构（4-4）顶部；翻转复位结构（4-4）能够将托盘（4-5）锁止在水平状态，且解锁后能够向侧部翻转。

8.根据权利要求1所述的一种定点称重的分拣系统，其特征在于：所述的称重模块（3）安装在分拣机轨道（2）的直线段。

9.一种分拣系统货物称重方法，其特征在于：使用如权利要求1所述的定点称重的分拣系统；该分拣系统货物称重方法如下：承载货物的分拣小车沿着分拣机轨道（2）行进至称重模块时，抬升滚轮（4-3-4）沿着抬升导向轨道（3-5）升高；抬升滚轮（4-3-4）到达称重轨道（3-3）时，抬升支架（4-3-3）、抬升滚轮（4-3-4）、货物承载结构和货物由称重轨道（3-3）支撑；根据称重传感器（3-1）的检测值获得货物重量。

10.根据权利要求9所述的一种分拣系统货物称重方法，其特征在于：货物重量G_s的表达式如下：

；

其中，为称重传感器（3-1）测得的称重轨道（3-3）的支撑力；为抬升滚轮（4-3-4）与称重轨道（3-3）之间的滚动摩擦系数；为抬升滚轮的半径；G₁为抬升支架、抬升滚轮和货物承载结构的总重量；为连杆对抬升支架（4-3-3）的拉力方向与水平面的夹角。