CN101934999A - 一种用于叉车测高及称重的装置及称重方法 - Google Patents

Abstract

一种用于叉车测高及称重的装置及称重方法，包括：传感单元、输入单元、CPU单元、存储单元、输出单元和执行单元，所述传感单元设有2个光电编码器，2个光电编码器分别安装于中缸和边缸的链轮上。所述CPU单元，用于得出称重的输出数据与装载货物重量的拉格朗日插值多项式，并根据所述的拉格朗日插值多项式和输入的压力信号得出货物的重量；用于根据传感单元的2个光电编码器的计数器得到增量，转化为对应的高度值，然后根据链轮的正反转信息，修正上次的高度值，并更新高度值。所述存储单元，用于存储CPU算出的拉格朗日表差值多项式。该装置能通过设定高度自动调高或降低叉车的货叉，称重精度高，货物过重时会自动报警。

Description

一种用于叉车测高及称重的装置及称重方法

技术领域：

本发明涉及一种叉车的测量装置及方法，具体地说是一种用于叉车测高及称重的装置及称重方法。

背景技术：

叉车是集装箱运输业、仓储业等大型货物装卸使用的重要设备。现有的叉车在装卸货物时虽然可以称重，但是叉车称重的精度不高，有较大的误差，而且有时货物重量超过了叉车正常运行的限度，而叉车的驾驶员没有注意的情况下，很容易造成较大的损失。在叉车货叉的升降高度控制方面，现有的控制系统只对货叉上升进行了控制，而现在经常要求货叉下降时控制高度。这就需要驾驶员手动操作，而且由于仰角的存在，高度极难控制，需要有经验的驾驶员才能完成这项任务。现有的叉车货叉提升高度是先分层，然后按层提升高度，换句话说如果要求叉车货叉停在两层之间，那么只有先提升到附近一层，然后驾驶员手动操作停放货物，非常不方便。

现有专利号为2006201668203、申请日为2006年12月12日，授权公告日为2007年11月21日，发明人为李忠志、余志军、李俊霖、陈东辉的专利文献公开了一种叉车电子称重仪。所述称重仪以单片机为中央控制单元，外围设有显示键盘以及电源电路，还设有压力检测单元和位置检测单元，其压力检测单元由两路压力传感器和模数A/D转换器构成单片机的重力数据检测通道，其两路压力传感器分别设置于叉车起升油缸的上下腔油路上，位置检测单元由位置传感器和开关信号耦合电路组成，构成单片机的开关控制通道，其中位置传感器为接近开关，其发射部分固定于托叉挡货架外侧，其接收部分分别固定于叉车门架的控制位和下控制位。所述专利压力计算方法只是普通的线性算法，方法虽然简单但是精度不高。而且有时叉车运的货物重量可能超过了叉车正常运行的范围，这时如果没有注意很有可能造成巨大的损失。

又有专利号为200720184570.6、申请日为2007年10月29日，授权公告日为2008年9月24日，发明人为吴金贤、李坤、倪世杰的专利文献公开了一种叉车货叉高度控制装置。所述叉车货叉高度控制装置包括货叉控制器，其特征在于货叉控制器与油泵配合连接，油泵与起升油缸配合连接；设置在门架上的行程感应器与货叉控制器信号连接。所述专利不能实时地给出叉车货叉升高的具体高度数值，而现实中常常会要求货叉升高精确地高度以便迅速地装载和卸除货物，因此会很不方便。而且所述专利是按层数控制高度，在层与层之间的高度，货叉就无法通过控制器到达了，只能先到达与其高度相近的层数，然后需要驾驶员自己手动控制，这给驾驶员带来了很大的不便。所述专利在提升高度时只是控制其上升的高度，而没有对下降时高度进行控制，需要驾驶员手动控制，这也给叉车的正常装卸货物带来了一定的不便和困难。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种用于叉车测高及称重的装置及称重方法，能通过设定高度自动调高或降低叉车的货叉，称重精度高，货物过重时会自动报警。

为实现上述目的，本发明提供一种叉车测高及称重的装置及称重方法，

一种用于叉车测高及称重的装置，该装置测量叉车货叉的高度和货物的重量并控制叉车货叉的高度，包括：

传感单元：用于接收压力信号和货叉高度的信号。

输入单元：用于传递驾驶员指令。

CPU单元：用于接收来自输入单元的信号和驾驶员的指令并计算重量和叉车货叉的高度，并将驾驶员指令的高度转为信号传入执行单元。

存储单元：用于存储CPU算出的重量和叉车货叉的高度。

输出单元：用于输出存储单元的高度值和重量值。

执行单元：用于将控制叉车货叉的上升、下降与停止。

其特征在于：

所述传感单元设有2个光电编码器，2个光电编码器分别安装于中缸和边缸的链轮上。

所述CPU单元，用于得出称重的输出数据与装载货物重量的的拉格朗日插值多项式，并根据所述的拉格朗日插值多项式和输入的压力信号得出货物的重量；用于根据传感单元的2个光电编码器的计数器得到增量，转化为对应的高度值，然后根据链轮的正反转信息，修正上次的高度值，并更新高度值。

所述存储单元，用于存储CPU单元算出的拉格朗日插值多项式。

作为优选，所述CPU单元用于得出拉格朗日插值多项式的误差表达式并计算误差的绝对值。

作为优选，所述用于叉车测高及称重的装置设有警报单元，CPU单元对比装载货物的重量与叉车最大负载，并将对比结果信号输出至警报单元。

作为优选，通电后，所述存储单元的重量值与高度值清零。

作为优选，设有称重工作方式1、称重工作方式2指令。

作为优选，所述CPU单元将根据所述的拉格朗日插值多项式和输入的压力信号得出货物的重量，并将重量值的信号送至输出单元。

作为优选，所述输入单元设有结束指令，所述CPU将历次货物重量存储至存储单元，并将这些重量累加，当输入结束指令，累加重量值的信号送至输出单元。

作为优选，输入单元设有测高工作方式1、测高工作方式2、测高工作方式3指令。

作为优选，根据传感单元的2个光电编码器的计数器得到增量，转化为对应的高度值，然后根据链轮的正反转信息，修正上次的高度值，并更新高度值，然后将高度存储至存储单元，送至输出单元。

作为优选，所述输入单元设有高度目标值指令，所述CPU单元将当前高度与高度目标值进行对比，并将对比信号输至执行单元。

作为优选，所述输入单元设有层数指令，所述CPU单元将层数转换为具体高度值，并将此高度值与当前高度值进行对比，并将对比信号输至执行单元。

作为优选，所述CPU单元计算当前高度对应的层数，并将当前层数值与高度值送至输出单元。

一种用于叉车称重的方法，该方法测定叉车装载货物的重量，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1对空载与满载之间，用至少20个不同重量的试重块(包括空载与满载)放上叉车，并得到对应的传感单元信号；

步骤2利用拉格朗日插值算法算出重量关于传感信号的函数

作为优选，所述步骤2包括利用拉格朗日插值算法算出函数的误差函数，并得到误差函数的绝对值。

作为优选，所述方法含有步骤3将允许误差值与误差函数的绝对值进行对比，若误差函数的绝对值大，则重复步骤1并添加新的试重块，若允许误差值大，那么步骤2所得的重量函数即为叉车的重量函数表达式。

本发明具有几方面的优点：

1、本发明传感单元设有2个光电编码器，2个光电编码器分别安装于中缸和边缸的链轮上。CPU单元根据传感单元的2个光电编码器的计数器得到增量，转化为对应的高度值，然后根据链轮的正反转信息，修正上次的高度值，并更新高度值。这样不仅能通过设定高度自动调高或降低叉车的货叉，而且由于使用光电编码器，精度更高。

2、本发明CPU单元可以得出称重的输出数据与装载货物重量的的拉格朗日插值多项式，并根据所述的拉格朗日插值多项式和输入的压力信号得出货物的重量。因此测得货物的重量精度更高，而且避免了传统算法针对每一个规格门架都要进行一次不同的计算。

3、本发明设有警报单元，CPU单元对比装载货物的重量与叉车最大负载，并将对比结果信号输出至警报单元。因此如果叉车超载，警报单元会在第一时间报警。

附图说明

为进一步理解本发明，作为说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，而所作的说明用于解释本发明的原理。附图中：

图1为本发明一种实施例的系统整体方案设计框图，

图2为本发明一种实施例的测高子系统的工作流程图，

图3为本发明一种实施例的测高工作方式1流程图，

图4为本发明一种实施例的测高工作方式2流程图，

图5为本发明一种实施例的测高工作方式3流程图，

图6为本发明一种实施例的称重子系统的工作流程图，

图7为本发明一种实施例的称重工作方式1流程图，

图8为本发明一种实施例的称重工作方式2流程图

具体实施方式

下面将参照本发明的优选实施例对本发明进行具体地说明。

如图1所示，对于测高子系统，传感单元采用了光电编码器(2个)，CPU单元为PLC，输入单元与输出单元为操作键盘和液晶显示屏，具体实现方式如下：两个光电编码器分别安装于中缸和边缸的链轮上，检测链轮的旋转。信号处理单元分别对光电编码器的输出信号进行处理，使其适于PLC计数输入，并提高信号稳定性，同时判断链轮的正反向。PLC分别对两个光电编码器的输出脉冲计数，并根据各链轮的正反转和直径，转换为叉车架的高度变化量，并进行累加，得到叉车架的实际位置。液晶屏幕可实时显示该高度值。操作面板对测高系统工作方式进行选择及相关参数的输入等；在工作方式2或3下，叉车架达到指定高度后，系统输出+5V电平，叉车控制系统接收到该信号，并视情况(判断优先级)控制叉车架的升降；参数输入面板由厂家输入两链轮的直径；系统在+12V电源下工作。

对于测重子系统，传感单元采用应变式压力传感器，CPU单元采用PLC控制器，以及相应A/D模块，输出单元采用LCD液晶屏显示，输入单元为控制面板，按键有：自动称重、称重累加、清零、退出等。压力传感器通过A/D模块与PLC相连，A/D模块和控制面板接PLC输入口，LCD接PLC输出口。该子系统能实现自动称重显示功能，以及多次搬运货物累加功能，并在最后能输出总重量和各次货物的重量。

1.测高子系统实现方案

如图2所示，上电后，系统首先进行初始化，将所用寄存器清空。通过检验初始高度是否为0，并进行清零，可消除计算、初始计数等误差，然后根据工作方式选择命令，启动系统工作。系统默认为方式1，且方式2和3完成后返回至方式1。

如图3所示。系统定时读取两个编码器的计数值，计算出增量，转化为对应的高度值，然后根据链轮的正反转信息，修正上次的高度值，并更新高度值进行显示。该工作方式是另两种方式的基础。方式2在其基础上添加高度判断，并在目标达到后，向叉车控制系统发送+5V电平。方式3在设定目标层后，系统计算出具体高度值，然后按照方式2的工作流程进行，但在显示的时候，按照需要，可以将高度值在转化为楼层显示，也可直接显示具体高度值。如图4和图5所示。

2.称重子系统实现方案

如图6所示，上电后，系统清除寄存器数值，通过转换计算判断初始值是否为零，据此进行清零；然后，读取操作面板控制系统信号，设置工作方式。

传感器输出电压值与实际压力值之间不一定成正比例关系，因此，需对重量转换公式进行研究。根据叉车实际货物重量确定标定数字，比如叉车上限为1.6T，则选取下列数字进行标定，如0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2等。在进行标定实验前，叉车需空载工作，记录此时传感器的输出电压值；将具有上述重量的货物依次放在叉车上，记录它们对应的传感器电压值(减去叉车自重值)，然后利用拉格朗日插值算法算出重量关于传感信号的函数和误差函数，并得到误差函数的绝对值，最后将允许误差值与误差函数的绝对值进行对比，若误差函数的绝对值大，则重复步骤1并添加新的试重块，若允许误差值大，那么步骤2所得的重量函数即为叉车的重量函数表达式。

如图7所示，叉车架取货物后，传感器将测量信号输入PLC，通过重量转换公式，得到重量数值，PLC对数值进行判断，若货物超重，PLC通过蜂鸣器报警，否则通过LCD显示货物重量。

如图8所示，叉车架取货物后，传感器将测量信号输入PLC，通过重量转换公式，得到重量数值，PLC对数值进行判断，若货物超重，PLC通过蜂鸣器报警，否则通过PLC显示货物重量，并将数值存储于RAM中，待任务完成时，点击退出按钮，将各次货物重量及总重量显示在LCD上。

结合系统工作流程图，编写PLC梯形图，并进行仿真和初步联调实验，修改完善主体程序，并根据梯形图编制程序清单。

1.测高子系统部分

(1)开机即显示当前高度值(具有断电记忆功能)，并可进行高度复位(将当前高度值置零)；

(2)该系统有三种工作方式，可由操作面板上功能键分别选择：

■方式1：系统启动后，仅实时显示叉车架所处高度，不进行叉车的启停控制；

■方式2：系统启动后，可由操作面板输入具体高度值，升降启动后，系统实时显示叉车架所处高度值，到达指定高度后，系统给叉车控制系统传递+5V电平信号，由叉车控制系统根据情况控制升降；

■方式3：系统启动后，可由面板输入要到达的层号(事先对系统可输入各层的具体高度，系统对其自动存储可断电记忆，不用重复输入)，升降启动后，系统实时显示叉车架所处层数(或具体高度值)，到达指定层数后，系统给叉车控制系统传递+5V电平信号，由叉车控制系统根据情况控制升降；

(3)系统启动后，默认工作在方式1；在工作方式2、3单次任务完成后(叉车架到达指定高度或层数)或中断后，系统默认回到工作方式1；

(4)系统在工作方式2、3下，均可中断并进行复位(未达到指定高度或层数，叉车架即停止升降，系统可重新选择工作方式)；

(5)对于工作方式2、3，系统可记忆上次操作所输高度值和层值；

(6)对于工作方式3，系统可通过操作面板输入各层的具体高度值，系统可进行记忆；

(7)出厂前，系统可通过接口由厂家输入链轮直径，作为所配叉车参数，不得随意修改；

2.称重子系统部分

(1)开机即显示当前重量值，并可进行空载复位(将当前重量值置零)，且自动修改内部数组；

(2)该系统有两种工作方式，可由操作面板上功能键分别选择：

■方式1：系统启动后，实时显示实际货物的重量；

■方式2：系统启动后，能实现多次搬运货物累加功能，并在最后能输出总重量和各次货物的重量。

(3)系统启动后，默认工作在方式1；在工作方式2单次任务完成后或中断后，系统默认回到工作方式1；

(4)系统在工作方式2下可中断并进行复位；

(5)出厂前，系统可通过接口由厂家输入称重检定数组用于插值计算，作为所配叉车参数，不得随意修改。

Claims (10)

1. 一种用于叉车测高及称重的装置及称重方法

   1.一种用于叉车测高及称重的装置，该装置测量叉车货叉的高度和货物的重量并控制叉车货叉的高度，包括：

   传感单元：用于接收压力信号和货叉高度的信号。

   输入单元：用于传递驾驶员指令。

   CPU单元：用于接收来自输入单元的信号和驾驶员的指令并计算重量和叉车货叉的高度，并将驾驶员指令的高度转为信号传入执行单元。

   存储单元：用于存储CPU算出的重量和叉车货叉的高度。

   输出单元：用于输出存储单元的高度值和重量值。

   执行单元：用于将控制叉车货叉的上升、下降与停止。

   其特征在于：

   所述传感单元设有2个光电编码器，2个光电编码器分别安装于中缸和边缸的链轮上。

   所述CPU单元，用于得出称重的输出数据与装载货物重量的的拉格朗日插值多项式，

   并根据所述的拉格朗日插值多项式和输入的压力信号得出货物的重量；用于根据传感单元的2个光电编码器的计数器得到增量，转化为对应的高度值，然后根据链轮的正反转信息，修正上次的高度值，并更新高度值。

   所述存储单元，用于存储CPU单元算出的拉格朗日插值多项式。
2. 2.根据权利要求1所述的一种用于叉车测高及称重的装置，其特征在于：所述CPU单元用于得出拉格朗日插值多项式的误差表达式并计算误差的绝对值。
3. 3.根据权利要求1或2所述的一种用于叉车测高及称重的装置，其特征在于：所述用于叉车测高及称重的装置设有警报单元，CPU单元对比装载货物的重量与叉车最大负载，并将对比结果信号输出至警报单元。
4. 4.根据权利要求1或2所述的一种用于叉车测高及称重的装置，其特征在于：通电后，所述存储单元的重量值与高度值清零。
5. 5.根据权利要求4所述的一种用于叉车测高及称重的装置，其特征在于：输入单元设有称重工作方式1、称重工作方式2指令，称重工作方式1所述CPU单元将根据所述的拉格朗日插值多项式和输入的压力信号得出货物的重量，并将重量值的信号送至输出单元，称重工作方式2所述输入单元设有结束指令，所述CPU将历次货物重量存储至存储单元，并将这些重量累加，当输入结束指令，累加重量值的信号送至输出单元。
6. 6.根据权利要求1或4所述的一种用于叉车测高及称重的装置，其特征在于：输入单元设有测高工作方式1、测高工作方式2、测高工作方式3指令，测高工作方式1根据传感单元的2个光电编码器的计数器得到增量，转化为对应的高度值，然后根据链轮的正反转信息，修正上次的高度值，并更新高度值，然后将高度存储至存储单元，送至输出单元；测高工作方式2所述输入单元设有高度目标值指令，所述CPU单元将当前高度与高度目标值进行对比，并将对比信号输至执行单元所述；测高工作方式3输入单元设有层数指令，所述CPU单元将层数转换为具体高度值，并将此高度值与当前高度值进行对比，并将对比信号输至执行单元。
7. 7.根据权利要求6所述的测高工作方式3指令，其特征在于：所述CPU单元计算当前高度对应的层数，并将当前层数值与高度值送至输出单元。
8. 8.一种用于叉车称重的方法，该方法测定叉车装载货物的重量，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

   步骤1对空载与满载之间，用至少20个不同重量的试重块(包括空载与满载)放上叉车，并得到对应的传感单元信号；

   步骤2利用拉格朗日插值算法算出重量关于传感信号的函数
9. 9.根据权利要求8所述的一种用于叉车称重的方法，其特征在于：所述步骤2包括利用拉格朗日插值算法算出函数的误差函数，并得到误差函数的绝对值。
10. 10.根据权利要求9所述的一种用于叉车称重的方法，其特征在于：所述方法含有步骤3将允许误差值与误差函数的绝对值进行对比，若误差函数的绝对值大，则重复步骤1并添加新的试重块，若允许误差值大，那么步骤2所得的重量函数即为叉车的重量函数表达式。

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