CN104773430A - 一种自动化立体仓库定位控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动化立体仓库定位控制系统及其控制方法，包括工业控制计算机、可编程控制器、X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、X轴电机编码器、Y轴电机编码器、X轴运行电机、Y轴运行电机、货叉运行电机、X轴超声波测距传感器、Y轴超声波测距传感器、货物检测系统、极限保护系统、固定货架、堆垛机和堆垛机运行导轨；根据需要在堆垛机自动运送货物中采用粗定位和精定位相组合的定位方法，达到低成本、高精度、易安装的目的。

Description

一种自动化立体仓库定位控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于自动化立体仓库定位控制领域，更具体地说，自动化立体仓库中堆垛机存取货物的精确定位控制系统及其控制方法。

背景技术

在一般自动化立体仓库精确定位控制中，定位控制的方法主要有：

①光电开关定位，分为绝对认址和相对认址，给每个货位制作一个专用的认址片，堆垛机上相应安装一个识别器，通常是二进制编码板(用n个光电开关的通断组合为2ⁿ个货位地址)和一组光电开关的组合，通过读取认址片的代码来判断堆垛机的当前位置。

②激光测距仪定位，用于巷道堆垛机运行时行走方向上精确定位的新技术，用激光测距仪通过测量堆垛机到基准点的距离和事先存储在CPU中的位置数据比较来确定堆垛机当前位置，这种方式可靠性和测量精度很高；

③编码器定位，主要有两种：从动轮与轨道旋转计数测定方式、链轮与链条旋转计数测定方式。堆垛机的从动轮上配有同轴旋转编码器，从动轮与轨道近似纯滚动，因此通过对旋转编码器的转角的转换，可以得到堆垛机的相对运行位置；

④超声波定位，通过计算超声波在超声波传感器和定位目标体之间的传输时间来计算所要测量的距离，具体应用可参见文献《超声波定位系统的研究》(实验室研究与探索2013(2)，作者：天津大学电气电子实验中心李昌禄等)；

这四种定位方法中，方法①的特点是认址方式编程控制简单且可靠性较高，结构比较复杂，加工制作、安装调试成本费也较高，当货位较多时需要较多的认址器，增加了由于硬件原因的运行不可靠性；方法②的特点是测量方法精度高，安装较方便，但成本高且激光测距要求在发射器与反射板之间不允许有物体遮挡光线；方法③的特点安装方便，使用简单，成本低，是一种应用较为广泛的方法，但是在堆垛机高速运行时，因震动、轨道不够光滑、磨损、轨道有污物等原因，会影响计数，长时间积累，容易产生定位偏移，主要应用于精度要求不高场合；方法④的特点超声波在空气中传输的衰减很大，能传输的距离短，不适用于长距离测距。

综上所述，自动化立体仓库精确定位控制中缺少一种同时兼具成本低且定位精度高的用于堆垛机定位的定位系统。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供了一种自动化立体仓库定位控制系统及其控制方法，根据需要在堆垛机自动运送货物中采用粗定位和精定位相组合的定位方法，达到低成本、高精度、易安装的目的。

为解决上述技术问题，本发明提供一种自动化立体仓库定位控制系统，包括工业控制计算机、可编程控制器、X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、X轴电机编码器、Y轴电机编码器、X轴运行电机、Y轴运行电机、货叉运行电机、X轴超声波测距传感器、Y轴超声波测距传感器、货物检测系统、极限保护系统、固定货架、堆垛机和堆垛机运行导轨；

所述固定货架、堆垛机运行导轨固定安装在仓库地面上，所述堆垛机安装在堆垛机运行导轨上，所述X轴超声波测距传感器固定在所述堆垛机前侧面的上端中间位置，所述Y轴超声波测距传感器固定在所述堆垛机靠近固定货架的侧面的上端中间位置；

所述工业控制计算机通过工业以太网与可编程控制器相连接；所述可编程控制器通过自身数字量输入输出端口与极限保护系统连接，可编程控制器通过模拟量端口与X轴超声波测距传感器、Y轴超声波测距传感器相连；所述可编程控制器通过现场总线与X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器相连，X轴电机编码器安装在X轴运行电机上，Y轴电机编码器安装在Y轴运行电机上；

其中，X轴的正方向为堆垛机前进方向，Y轴的正方向为竖直向上。

优选地，所述X轴超声波测距传感器与X轴的夹角α为30-50度，所述Y轴超声波测距传感器与Y轴的夹角的余角β为30-50度。

优选地，所述X轴超声波测距传感器与X轴的夹角α为45度，所述Y轴超声波测距传感器与Y轴的夹角的余角β为45度。

优选地，所述工业控制计算机安装有组态监控系统。

优选地，所述组态监控系统包含堆垛机认址信息，所述堆垛机认址信息储存在工业控制计算机中。

优选地，所述堆垛机认址信息包括货格号、X轴电机圈数设定值、X轴超声波测距传感器设定值、Y轴电机圈数设定值和Y轴超声波测距传感器设定值。

基于自动化立体仓库定位控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，输入指令，在工业控制计算机中输入货格号，工业控制计算机通过货格号在堆垛机认址信息中提取X轴电机圈数设定值、X轴超声波测距传感器设定值、Y轴电机圈数设定值和Y轴超声波测距传感器设定值，并通过工业以太网传输给可编程序控制器；

步骤二，X轴粗定位，可编程控制器以X轴电机圈数设定值作为目标值，同时记录X轴电机编码器所转圈数Nx及X轴电机编码器值θx，在此过程中，忽略X轴超声波测距传感器的测量值，组合θx及Nx值得出X轴电机编码器值组合值Nx'计算式如下：

Nx'＝Nx+θx/360°    (1)

堆垛机X轴方向粗定位运行位移Tx计算式如下：

Tx＝Nx'*2*π*R/i    (2)

其中，i为堆垛机传动链速比，R为堆垛机滚轮的半径；

步骤三，Y轴的粗定位，可编程控制器以Y轴电机圈数设定值作为目标值，同时记录Y轴电机编码器所转圈数Ny及Y轴电机编码器值θy，在此过程中，忽略Y轴超声波测距传感器的测量值，组合θy及Ny值得出Y轴电机编码器值组合值Ny'计算式如下：

Ny'＝Ny+θy/360°    (4)

堆垛机Y轴方向粗定位运行位移Ty计算式如下：

Ty＝Ny'*2*π*R/i    (5)

其中，i为堆垛机传动链速比，R为堆垛机滚轮的半径；

步骤四，X轴的精确定位，当堆垛机粗定位后到达目标货格时，可编程控制器实时读取X轴超声波测距传感器测量值Lx，确定堆垛机X轴方向精定位运行位移检测值tx计算式如下：

tx＝Lx×cosα      (3)

α为所述X轴超声波测距传感器与X轴的夹角，值为45度；

步骤五，Y轴的精确定位，可编程控制器实时读取Y轴超声波测距传感器测量值Ly，确定堆垛机Y轴方向精定位运行位移检测值ty计算式如下：

ty＝Ly×sinβ   (6)

β为所述Y轴超声波测距传感器与Y轴的夹角的余角，值为45度。

本发明所达到的有益技术效果：

1.本发明采用组合定位控制模式，实现堆垛机的粗定位和精定位组合。利用堆垛机的粗定位认址，进行粗定位，在位置控制过程中，工业控制计算机将X轴、Y轴电机编码器实时记录X轴、Y轴运行电机转动的实际圈数与到达目标货格X轴、Y轴电机圈数设定值相比，通过可编程控制器控制电机驱动器，电机驱动器控制运行电机，直至实际圈数等于目标圈数，堆垛机完成粗定位。当堆垛机粗定位到达目标货格时，工业控制计算机开始实时读取X轴、Y轴超声波测距传感器测量值，以超声波测距传感器的测量值作为位置反馈，比较目标位置与超声波测距传感器测量值，从而实现堆垛机精确定位。

2.本发明的系统采用X轴电机编码器安装在X轴运行电机上，Y轴电机编码器安装在Y轴运行电机上。电机编码器安装简便，对安装载体没有特殊要求，且通讯接口有多种多样，如CAN总线、工业以太网等，不需要专门的解算器，因此接口简单，系统组态方便，这种传感器对防护等级要求也相对较低。

3.本发明采用超声波测距传感器测得堆垛机到货格之间的距离，再通过换算得到堆垛机X轴和Y轴的具体数据，实现了堆垛机的精确定位，且超声波测距传感器的安装成本低，性价比高。

附图说明

图1本发明自动化立体仓库定位控制系统的组成部件及各部件连接关系示意图；

图2本发明之X轴超声波测距传感器安装俯视示意图；

图3本发明之Y轴超声波测距传感器安装左视示意图。

其中：1货格；2堆垛机；3X轴超声波测距传感器；4Y轴超声波测距传感器。

具体实施方式

为了审查员能更好的了解本发明的技术特征、技术内容及其达到的技术效果，现将本发明的附图结合实施例进行更详细的说明。然而，所示附图，只是为了更好的说明本发明的技术方案，并不是本发明的真实比例和最佳配置，所以，请审查员不要就附图的比例和配置，限制本发明的权利要求保护范围。

下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。

如图1-3所示，本发明提供一种自动化立体仓库定位控制系统，包括工业控制计算机、可编程控制器、X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、X轴电机编码器、Y轴电机编码器、X轴运行电机、Y轴运行电机、货叉运行电机、X轴超声波测距传感器、Y轴超声波测距传感器、货物检测系统、极限保护系统、固定货架、堆垛机和堆垛机运行导轨；

所述固定货架、堆垛机运行导轨固定安装在仓库地面上，所述堆垛机安装在堆垛机运行导轨上，所述X轴超声波测距传感器固定在所述堆垛机前侧面的上端中间位置，所述Y轴超声波测距传感器固定在所述堆垛机靠近固定货架的侧面的上端中间位置；

所述工业控制计算机通过工业以太网与可编程控制器相连接；所述可编程控制器通过自身数字量输入输出端口与极限保护系统连接，可编程控制器通过模拟量端口与X轴超声波测距传感器、Y轴超声波测距传感器相连；所述可编程控制器通过现场总线与X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器相连，X轴电机编码器安装在X轴运行电机上，Y轴电机编码器安装在Y轴运行电机上；

其中，X轴的正方向为堆垛机前进方向，Y轴的正方向为竖直向上。

优选地，所述X轴超声波测距传感器与X轴的夹角α为30-50度，所述Y轴超声波测距传感器与Y轴的夹角的余角β为30-50度。

优选地，所述X轴超声波测距传感器与X轴的夹角α为45度，所述Y轴超声波测距传感器与Y轴的夹角的余角β为45度。

优选地，所述工业控制计算机安装有组态监控系统。

优选地，所述组态监控系统包含堆垛机认址信息，所述堆垛机认址信息储存在工业控制计算机中。

优选地，所述堆垛机认址信息包括货格号、X轴电机圈数设定值、X轴超声波测距传感器设定值、Y轴电机圈数设定值和Y轴超声波测距传感器设定值。

基于自动化立体仓库定位控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，输入指令，在工业控制计算机中输入货格号，工业控制计算机通过货格号在堆垛机认址信息中提取X轴电机圈数设定值、X轴超声波测距传感器设定值、Y轴电机圈数设定值和Y轴超声波测距传感器设定值，并通过工业以太网传输给可编程序控制器；

步骤二，X轴粗定位，可编程控制器以X轴电机圈数设定值作为目标值，同时记录X轴电机编码器所转圈数Nx及X轴电机编码器值θx，在此过程中，忽略X轴超声波测距传感器的测量值，组合θx及Nx值得出X轴电机编码器值组合值Nx'计算式如下：

Nx'＝Nx+θx/360°   (1)

堆垛机X轴方向粗定位运行位移Tx计算式如下：

Tx＝Nx'*2*π*R/i    (2)

其中，i为堆垛机传动链速比，R为堆垛机滚轮的半径；

步骤三，Y轴的粗定位，可编程控制器以Y轴电机圈数设定值作为目标值，同时记录Y轴电机编码器所转圈数Ny及Y轴电机编码器值θy，在此过程中，忽略Y轴超声波测距传感器的测量值，组合θy及Ny值得出Y轴电机编码器值组合值Ny'计算式如下：

Ny'＝Ny+θy/360°    (4)

堆垛机Y轴方向粗定位运行位移Ty计算式如下：

Ty＝Ny'*2*π*R/i    (5)

其中，i为堆垛机传动链速比，R为堆垛机滚轮的半径；

步骤四，X轴的精确定位，当堆垛机粗定位后到达目标货格时，可编程控制器实时读取X轴超声波测距传感器测量值Lx，确定堆垛机X轴方向精定位运行位移检测值tx计算式如下：

tx＝Lx×cosα     (3)

α为所述X轴超声波测距传感器与X轴的夹角，值为45度；

步骤五，Y轴的精确定位，可编程控制器实时读取Y轴超声波测距传感器测量值Ly，确定堆垛机Y轴方向精定位运行位移检测值ty计算式如下：

ty＝Ly×sinβ    (6)

β为所述Y轴超声波测距传感器与Y轴的夹角的余角，值为45度。

本发明的工作的流程为：工业控制计算机将X轴、Y轴电机编码器实时记录X轴、Y轴运行电机转动的实际圈数与到达目标货格X轴、Y轴电机圈数设定值相比，通过可编程控制器控制电机驱动器，电机驱动器控制运行电机，直至实际圈数等于目标圈数，堆垛机完成粗定位。当堆垛机粗定位到达目标货格时，工业控制计算机开始实时读取X轴、Y轴超声波测距传感器测量值，以超声波测距传感器的测量值作为位置反馈，比较目标位置与超声波测距传感器测量值，从而实现堆垛机精确定位。X轴、Y轴超声波测距传感器测量堆垛机与货格之间的距离采用时间差测距法，具体为：超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离s，即：s＝340t/2。

以上已以较佳地实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种自动化立体仓库定位控制系统，其特征在于：包括工业控制计算机、可编程控制器、X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、X轴电机编码器、Y轴电机编码器、X轴运行电机、Y轴运行电机、货叉运行电机、X轴超声波测距传感器、Y轴超声波测距传感器、货物检测系统、极限保护系统、固定货架、堆垛机和堆垛机运行导轨；

所述固定货架、堆垛机运行导轨固定安装在仓库地面上，所述堆垛机安装在堆垛机运行导轨上，所述X轴超声波测距传感器固定在所述堆垛机前侧面的上端中间位置，所述Y轴超声波测距传感器固定在所述堆垛机靠近固定货架的侧面的上端中间位置；

所述工业控制计算机通过工业以太网与可编程控制器相连接；所述可编程控制器通过自身数字量输入输出端口与极限保护系统连接，可编程控制器通过模拟量端口与X轴超声波测距传感器、Y轴超声波测距传感器相连；所述可编程控制器通过现场总线与X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器相连，X轴电机编码器安装在X轴运行电机上，Y轴电机编码器安装在Y轴运行电机上；

其中，X轴的正方向为堆垛机前进方向，Y轴的正方向为竖直向上。

2.根据权利要求1所述的自动化立体仓库定位控制系统，其特征在于：所述X轴超声波测距传感器与X轴的夹角α为30-50度，所述Y轴超声波测距传感器与Y轴的夹角的余角β为30-50度。

3.根据权利要求2所述的自动化立体仓库定位控制系统，其特征在于：所述X轴超声波测距传感器与X轴的夹角α为45度，所述Y轴超声波测距传感器与Y轴的夹角的余角β为45度。

4.根据权利要求1所述的自动化立体仓库定位控制系统，其特征在于：所述工业控制计算机安装有组态监控系统。

5.根据权利要求4所述的自动化立体仓库定位控制系统，其特征在于：所述组态监控系统包含堆垛机认址信息，所述堆垛机认址信息储存在工业控制计算机中。

6.根据权利要求5所述的自动化立体仓库定位控制系统，其特征在于：所述堆垛机认址信息包括货格号、X轴电机圈数设定值、X轴超声波测距传感器设定值、Y轴电机圈数设定值和Y轴超声波测距传感器设定值。

7.根据权利要求1-6任一项所述的自动化立体仓库定位控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，输入指令，在工业控制计算机中输入货格号，工业控制计算机通过货格号在堆垛机认址信息中提取X轴电机圈数设定值、X轴超声波测距传感器设定值、Y轴电机圈数设定值和Y轴超声波测距传感器设定值，并通过工业以太网传输给可编程序控制器；

步骤二，X轴粗定位，可编程控制器以X轴电机圈数设定值作为目标值，同时记录X轴电机编码器所转圈数Nx及X轴电机编码器值θx，在此过程中，忽略X轴超声波测距传感器的测量值，组合θx及Nx值得出X轴电机编码器值组合值Nx'计算式如下：

Nx'＝Nx+θx/360°   (1)

堆垛机X轴方向粗定位运行位移Tx计算式如下：

Tx＝Nx'*2*π*R/i   (2)

其中，i为堆垛机传动链速比，R为堆垛机滚轮的半径；

步骤三，Y轴的粗定位，可编程控制器以Y轴电机圈数设定值作为目标值，同时记录Y轴电机编码器所转圈数Ny及Y轴电机编码器值θy，在此过程中，忽略Y轴超声波测距传感器的测量值，组合θy及Ny值得出Y轴电机编码器值组合值Ny'计算式如下：

Ny'＝Ny+θy/360°   (4)

堆垛机Y轴方向粗定位运行位移Ty计算式如下：

Ty＝Ny'*2*π*R/i   (5)

其中，i为堆垛机传动链速比，R为堆垛机滚轮的半径；

步骤四，X轴的精确定位，当堆垛机粗定位后到达目标货格时，可编程控制器实时读取X轴超声波测距传感器测量值Lx，确定堆垛机X轴方向精定位运行位移检测值tx计算式如下：

tx＝Lx×cosα   (3)

α为所述X轴超声波测距传感器与X轴的夹角，值为45度；

步骤五，Y轴的精确定位，可编程控制器实时读取Y轴超声波测距传感器测量值Ly，确定堆垛机Y轴方向精定位运行位移检测值ty计算式如下：

ty＝Ly×sinβ   (6)

β为所述Y轴超声波测距传感器与Y轴的夹角的余角，值为45度。