CN103206934A - 基于应变式称重传感器的传输带货物动态定位装置 - Google Patents

Abstract

基于应变式称重传感器的传输带货物动态定位装置，包括传输带系统、传输带支架、四个应变式称重传感器、A/D转换器、微型处理器、上位机。当货物在传输带上移动，该装置动态地测量传输带支架四个支腿上力的变化，并根据空间力和力矩平衡的关系式子能动态计算出货物的实时位置。微型处理器采集实时数据，再把数据传送给计算机，在计算机中进行高精度计算和处理，实现了货物位置的快速动态测量。本发明成本低，装置简单，利用计算机其高速的计算和强大的建模功能，从数学角度来确定传输带动态运行时对测量系统的影响，建立传输带系统的动态测量数学模型并进行分析，对测量的误差进行校正，能很好地解决动态测量精度低的问题，达到较高的测量精度。

Description

基于应变式称重传感器的传输带货物动态定位装置

技术领域

本发明涉及实时动态定位技术，具体涉及传输带货物位置的定位。

背景技术

传送带在现代工业上或者在物流环节中是随处可见的，传送带不仅大大方便了自动化生产，还大大的节约了人力资源，但是在工业生产或货物搬运过程中我们有时候需要知道传送带上货物的实时位置，如果运用人工进行目测显得与自动化相违背，如果运用物理学中直线运动时间-位移（T-S）的方法进行计算测量相对显得比较传统且准确度不高。如果使用高精度的定位传输带或者其他的高精度定位装置成本相对较高。

现有的传输带货物位置的定位，有通过安装高精度定位传输带来实现，这个方法虽然简单，但是要使用特殊的传输带和专门的系统才能实现，而且成本高；利用PLC的高速计数器指令和编码器控制三相交流异步电机实现的准确定位控制系统，这个方法定位精度虽然高，但是相对来说构建整个系统比较复杂，成本也相对较高。

利用PLC的高速计数器指令和编码器控制三相交流异步电机实现的准确定位控制系统，其原理是通过与电动机同轴相连的光电旋转编码器将电机角位移转换成脉冲值，经由PLC的高速计数器来统计编码器发出的脉冲个数，从而实现定位控制。

发明内容

本发明的目的（旨在解决的问题）：在货物传送带上添加一套装置实现货物在传送带上传输时实时位置的动态、快速、实时和准确地测量与定位，提高了原有测量方法的实时性、准确性，满足货物在传送带传输过程中快速、准确定位的要求。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于应变式称重传感器的传输带货物动态定位装置，其特征在于，包括传输带系统、传输带支架、四个应变式称重传感器、A/D转换器、微型处理器、上位机，其中：

所述传输带支架水平放置，传输带系统安装于传输带支架上，

所述传输带支架共有四个支腿，每个支腿底部安装有应变式称重传感器，应变式称重传感器用于采集支腿上受力信息，

所述应变式称重传感器与A/D转换器相连接，用于将实时采集的物理压力信号转换成数字信号，

所述A/D转换器与微型处理器相连接，微型处理器完成实时数据的采集、预处理（滤波、去噪等）、存储等相应的功能；

所述微型处理器输出端与上位机相连，所述上位机包括CPU处理器、数据接收存储模块、误差校正算法模块、计算与定位应用软件模块、显示输出模块，所述数据接收存储模块输入端与微型处理器输出端连接，误差校正算法模块输入端与数据接收存储模块连接，误差校正算法模块输出端与计算与定位应用软件模块输入端连接，所述计算与定位应用软件模块输出端与显示输出模块连接实现位置计算结果的输出和显示；

所述误差校正算法模块输入端与数据接收存储模块输出端连接，用于对采集的原始信号误差进行修正，以保证后续处理结果的精度；

所述误差校正算法模块建立相应的动态测量数学模型                                               

，

表示受动态因素影响时传感器读数，

表示未受动态因素影响时传感器读数，

表示受动态因素影响时额外施加在传感器上的力；在传输带水平放置的情况下，近似认为R是传感器受传输带的振动和环境温度变化的影响而额外施加在传感器上的力，得，

表示传输带工作时振动时额外施加在传感器上的力，

表示环境温度的变化时额外施加在传感器上的力；分别标定出

、

，从而把动态因素影响下施加在传感器上的力R消除，达到误差校正的目的；

所述计算与定位应用软件模块，建立了实时位置计算数学模型关系式

，由此求解出货物在传输带上水平位移s。

其中：L表示传送带总长度，

F0表示在传输带上未放置货物时四个称重传感器的初始读数（已经经过误差校正），

表示货物随着传送带从一端向另外一端移动的过程传感器采集到的实时读数（已经经过误差校正）。

由此上位机实现获得货物的实时位置，并动态地在屏幕上显示该货物的实时位置，信息保存以及打印输出。

当货物在传输带上移动的过程中传送带支架四个支腿上受到的力会发生变化，通过该装置动态地测量传输带支架四个支腿上力的变化，并根据空间力和力矩平衡的关系式子能动态计算出货物的实时位置。使用微型处理器系统采集实时数据并进行处理、存储和计算，再把数据传送给计算机，在计算机中再进行高精度计算和处理，提高动态测量的精度，实现了货物位置的快速动态测量。

本发明能以较低的成本，简单的装置，利用计算机其高速的计算和强大的建模功能，从数学角度来确定传输带动态运行时对测量系统的影响，建立传输带系统的动态测量数学模型并进行分析，对测量的误差进行校正，能很好地解决动态测量精度低的问题，到达较高的测量精度，满足传输带工作工程中的动态测量精度和可靠性要求。实现了传输带上货物的实时动态监控显示和保存打印，很好的满足了工业自动化和管理现代化的要求。

附图说明

图1 本发明测量装置示意图。

图2 上位机各功能模块关系图。

标记说明：货物单元1，传输带系统2，传输带支架的支腿3，应变式称重传感器4。

具体实施方式

以下结合附图对本发明技术方案作进一步说明。

如图1所示，一种基于应变式称重传感器的传输带货物动态定位装置，它包括传输带系统2、传输带支架、四个应变式称重传感器4、A/D转换器、微型处理器、上位机，其中：

所述传输带支架3水平放置，传输带系统2安装于传输带支架上，

所述传输带支架共有四个支腿3，每个支腿底部安装有应变式称重传感器，应变式称重传感器用于采集支腿上受力信息，

所述应变式称重传感器与A/D转换器相连接，用于将实时采集的物理压力信号转换成数字信号，

所述A/D转换器与微型处理器相连接，微型处理器完成实时数据的采集、预处理（滤波、去噪等）、存储等相应的功能；

如图2所示：所述微型处理器输出端与上位机相连，所述上位机包括CPU处理器、数据接收存储模块、误差校正算法模块、计算与定位应用软件模块、显示输出模块，所述数据接收存储模块输入端与微型处理器输出端连接，误差校正算法模块输入端与数据接收存储模块连接，误差校正算法模块输出端与计算与定位应用软件模块输入端连接，所述计算与定位应用软件模块输出端与显示输出模块连接实现位置计算结果的输出和显示。

所述误差校正算法模块输入端与数据接收存储模块输出端连接，用于对采集的原始信号误差进行修正，以保证后续处理结果的精度。所述误差校正算法模块，通过对传输带的振动、环境温度两个影响动态计量精度因素进行分析，建立相应的动态测量数学模型

，

其中：

表示受动态因素影响时传感器读数，

表示未受动态因素影响时传感器读数，

表示受动态因素影响时额外施加在传感器上的力；

在传输带水平放置的情况下，可近似地认为R是传感器受传输带的振动和环境温度变化的影响而额外施加在传感器上的力，综上分析可得。

其中：

表示传输带工作时振动时额外施加在传感器上的力，

表示环境温度的变化时额外施加在传感器上的力；

因此要测量出

、

用来进行误差的校正。

在环境温度为一定的情况下，货物在传输带上时，对传输带系统进行实验。

首先标定

：在环境温度为20度时，先测量传输带静止情况下传感器的读数，然后再测量传输带正常工作时传感器的读数，从而测出两者R的改变

，这样就能得到

。为了提高准确性，这个实验要做很多组，取数据的平均值。

然后标定

：当环境温度为20度时，先测量传输带静止情况下传感器的读数，接着改变环境温度，使环境温度分别变为22度、24度、26度、28度和30度，再测量不同的温度下传输带静止时传感器的读数，从而分别测出温度为22度、24度、26度、28度和30度时R与温度为20度时R的改变

。同样为了提高准确性，这个实验要做很多组，取数据的平均值，运用这些测量到的大量数据，使用数学统计的手段就可以得到

随着环境温度T变化的关系

。

综上所述，通过大量实验和数据统计手段对动态测量数学模型中的参数进行了测量计算，只要把动态因素影响下施加在传感器上的力R消除，从而达到了误差校正的目的。

 

所述计算与定位应用软件模块，建立了实时位置计算数学模型关系式

，由此求解出货物在传输带上水平位移s。

其中：L表示传送带总长度，

F0表示在传输带上未放置货物时4个称重传感器的初始读数（已经经过误差校正），

表示货物随着传送带从一端向另外一端移动的过程传感器采集到的实时读数（已经经过误差校正）。

由此上位机实现获得货物的实时位置，并动态地在屏幕上显示该货物的实时位置，信息保存以及打印输出。

 

如图1所示：

本发明使用应变式称重传感器安装在传送带的4个支腿脚的底部，假设传送带系统重为

，均匀材质且水平放置，传送带的4个支腿在传送带的4个角上，每次只有一个货物在传输带上进行运输。当传送带上没有放置货物时，4个称重传感器具有一个初始的读数，记为，（其中，

）。当传动带的一端放入一个重G的货物时，4个称重传感器的读数会发生相应的变化，记为。当货物随着传送带从一端向另外一端移动的过程中，4个称重传感器的读数分别记为会随着货物位置的移动而有规律地变化。当货物到达另外一端时，4个称重传感器的读数又相应变化为

。假设传送带总长度为L，货物距离传送带一端的距离为s；假设传送带总宽度为B，货物距离传送带横向边缘的距离为b。

对传送带系统进行受力分析，以传送带的左下角为原点建立空间坐标系，根据空间力与力矩平衡的条件，列出相对应的如下几个式子。

根据垂直方向力平衡可得：

    根据传输带运动方向轴的力矩平衡可得：

根据传输带宽度方向轴的力矩平衡可得：

；

根据以上的几个式子，再加上的条件，就可以得到要求解的货物距离传送带一端的距离s（即货物在传输带上水平位移）：

四个应变式的称重传感器经过A/D转换器以后与微型处理器相连接，微型处理器完成实时数据的采集、预处理与存储等相应的功能；微型处理器又与上位机相连，上位机实现数据的修正、分析、处理、计算以及显示等功能。

在货物传输带的4个支腿的底部安装应变式称重传感器，在应变式称重传感器之后连接高精度的A/D转换器，保证了数据转换的精度，在A/D转换器之后连接微型处理器，微型处理器系统负责采集实时的数据，微型处理器对采集到的数据进行一定的预处理进行，如滤波、去噪等等，接着微型处理器把经过预处理的数据发送给上位机，由上位机对数据进行进一步的计算处理，需要专门根据传输带系统研究数据处理算法并编写程序，从而校正误差，实现动态测量、计算与定位，得到货物的实时位置，并动态地在屏幕上显示该货物的实时位置，实现了货物的实时监控显示和保存打印，很好的满足了工业自动化和管理现代化的要求。

Claims (1)

1.一种基于应变式称重传感器的传输带货物动态定位装置，其特征在于，包括传输带系统、传输带支架、四个应变式称重传感器、A/D转换器、微型处理器、上位机，其中：

所述传输带支架水平放置，传输带系统安装于传输带支架上，

所述传输带支架共有四个支腿，每个支腿底部安装有应变式称重传感器，应变式称重传感器用于采集支腿上受力信息，

所述应变式称重传感器与A/D转换器相连接，用于将实时采集的物理压力信号转换成数字信号，

所述A/D转换器与微型处理器相连接，微型处理器完成实时数据的采集、预处理、存储功能；

所述微型处理器输出端与上位机相连，所述上位机包括CPU处理器、数据接收存储模块、误差校正算法模块、计算与定位应用软件模块、显示输出模块，所述数据接收存储模块输入端与微型处理器输出端连接，误差校正算法模块输入端与数据接收存储模块连接，误差校正算法模块输出端与计算与定位应用软件模块输入端连接，所述计算与定位应用软件模块输出端与显示输出模块连接实现位置计算结果的输出和显示；

所述误差校正算法模块输入端与数据接收存储模块输出端连接，用于对采集的原始信号误差进行修正，以保证后续处理结果的精度；

所述误差校正算法模块建立相应的动态测量数学模型                                               ，

表示受动态因素影响时传感器读数，

表示未受动态因素影响时传感器读数，表示受动态因素影响时额外施加在传感器上的力；在传输带水平放置的情况下，近似认为R是传感器受传输带的振动和环境温度变化的影响而额外施加在传感器上的力，得，

表示传输带工作时振动时额外施加在传感器上的力，表示环境温度的变化时额外施加在传感器上的力；分别标定出

、

，从而把动态因素影响下施加在传感器上的力R消除，达到误差校正的目的；

所述计算与定位应用软件模块，建立了实时位置计算数学模型关系式

，由此求解出货物在传输带上水平位移s，

其中：L表示传送带总长度，F0表示在传输带上未放置货物时四个称重传感器的初始读数；

表示货物随着传送带从一端向另外一端移动的过程传感器采集到的实时读数。

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