CN105149231A - 一种为交叉带分拣机配套的三段式供件台控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种为交叉带分拣机配套的三段式供件台控制方法，所述三段式供件台包括第一机械段、第二机械段和第三机械段，将第一机械段对应为第一逻辑段，第二机械段对应为第二逻辑段，第三机械段划分定义为第三逻辑段和第四逻辑段，邮件在供件台上的运行方式是第四逻辑段→第三逻辑段→第二逻辑段→第一逻辑段，第三机械段的电机即为第三逻辑段和第四逻辑段的电机，将邮件沿供件台运行方向长度定义为邮件长度，将邮件沿垂直于供件台运行方向的长度定义为邮件宽度，将邮件中心距供件台短边内侧距离定义为邮件偏移量，在第四逻辑段与第三逻辑段的边界处设置光电排，用于邮件的尺寸和位置测量。

Description

一种为交叉带分拣机配套的三段式供件台控制方法

技术领域

本发明属于物流设备技术领域，特别涉及一种为交叉带分拣机配套的三段式供件台控制方法。

背景技术

在物流设备中，三段式供件台用于将一定大小、重量的邮件自动同步导入交叉带分拣机的托盘上，同时完成邮件尺寸和重量的测量。供件台能否将邮件准确导入到相应托盘的中心位置，对于整个分拣系统的运行效果有至关重要的影响。同时，尺寸测量是否准确也对邮件的计费有一定的影响。目前投入运行的分拣系统中为达到既定的性能指标，不得不采用四段甚至五段式供件台。即使有个别三段式供件台也存在效率较低，对操作人员摆放邮件位置有限制等问题。

发明内容

本发明提供一种为交叉带分拣机配套的三段式供件台控制方法，目的在于克服现有技术中的缺点实现将所有符合要求规格邮件平稳、准确地导入主环托盘。

本发明的技术方案是，一种为交叉带分拣机配套的三段式供件台控制方法，所述三段式供件台包括第一机械段、第二机械段和第三机械段，

将第一机械段对应为第一逻辑段，第二机械段对应为第二逻辑段，第三机械段划分定义为第三逻辑段和第四逻辑段，邮件在供件台上的运行方式是第四逻辑段→第三逻辑段→第二逻辑段→第一逻辑段，第三机械段的电机即为第三逻辑段和第四逻辑段的电机，

将邮件沿供件台运行方向长度定义为邮件长度，将邮件沿垂直于供件台运行方向的长度定义为邮件宽度，将邮件中心距供件台短边内侧距离定义为邮件偏移量，

在第四逻辑段与第三逻辑段的边界处设置光电排，用于邮件的尺寸和位置测量，

令L_max为最大邮件长度，则

第四逻辑段长度≥L_max+200mm(1)

第三逻辑段长度≥L_max+20mm(2)

第一逻辑段+第二逻辑段的短边侧总长度≥L_max+S_acc(3)

式(1)中200mm为保证邮件能在第二逻辑段正常匀减速为0所留的余量，

式(2)中20mm为保证稳定检测邮件尺寸而保留的去抖长度，

式(3)中S_acc为最长邮件从1m/s加速到同步速度v_sync所需要的最短运行距离，其中，

上式中v_m为已知的主环速度，α为供件台与主环安装夹角，

在所述供件台上设置码盘，通过对检测光电输出脉冲的计数，来计算各逻辑段皮带运行距离，

所述的三段式供件台控制方法，包括以下步骤：

1.对于邮件在供件台上的位置，定义第一位置为邮件初始摆放位置，第二位置为邮件开始尺寸测量的位置，第三位置为邮件完成尺寸测量的位置，第四位置为邮件等待位置，第五位置为邮件开始加速的位置，第六位置为邮件达到同步速度的位置，开机后，供件台各逻辑段以1m/s线速度匀速运转；

2.在驱动供件台电机的变频器中设定各逻辑段的加、减速时间，各逻辑段启、停的加速度为恒定值a，控制系统根据变频器启、停信号输出的时间，实时推算出第四逻辑段和第三逻辑段的速度v_t；

3.操作人员将邮件放在供件台第四逻辑段皮带上的第一位置后，在第四逻辑段皮带带动下向前匀速运动到第二位置，当邮件遮挡住光电排后，控制系统经过去抖处理，确认邮件确实到达光电排，此时记录下皮带的当前运行距离S_init，并开始根据光幕或光电被遮挡情况计算邮件当前宽度和偏移量，根据第四逻辑段的码盘光电输出脉冲计算邮件长度；

4.邮件到达第三位置后，完成邮件的尺寸和位置测量，控制系统实时计算邮件当前位置距第三逻辑段末端的距离S_left与当前速度下按加速度a匀减速为0时所运行的距离S_dec：

S_left＝L₂-(S₂-S_init)

式中，L₂为第二逻辑段长度，S₂为第二逻辑段当前运行距离，

$S_{dec}=\frac{{v_t}^2}{2a}$

当S_left≤S_dec时，即关闭第三机械段的电机变频器，该变频器按照设定的减速时间控制第三逻辑段从当前速度匀减速为0，当邮件完全停止运动时，邮件正好停在第三逻辑段末端，即第四位置处；

5.安装所述三段式供件台的交叉带分拣机系统供件台与托盘完成一次双向通讯的时间大于邮件从1m/s匀减速到静止的时间，因此，当控制系统关闭第三机械段电机变频器后即可实时监测托盘同步脉冲，当检测到同步脉冲后，控制系统根据之前测得的邮件尺寸和位置数据以及检测到同步脉冲的时间，计算托盘的接包参数以及邮件需要在第三逻辑段末端等待的时间；

6.当邮件收到托盘应答的确认接包消息后，如果需要在第三逻辑段等待的时间截止，则同时启动第二逻辑段和第三逻辑段电机，邮件从静止开始匀加速到1m/s后做匀速运动，直至邮件运动到第二逻辑段的第五位置时，即使最大的邮件都已完全脱离第三逻辑段进入第二逻辑段，此时，控制系统控制第二逻辑段皮带开始从1m/s匀加速到与主环速度匹配的同步速度v_sync；

7.在第一逻辑段没有邮件的情况下，第一逻辑段会保持与第二逻辑段相同的速度运行，当邮件被加速到同步速度v_sync时，邮件已有部分进入第一逻辑段，当邮件完全进入第一逻辑段后，第二逻辑段就会停止运行，直至有后续邮件需要从第三逻辑段进入第二逻辑段，第二逻辑段才会与第三逻辑段同时启动，以保证邮件可以平稳过渡；

8.之后，第一逻辑段以同步速度v_sync匀速运行，直至最终邮件完全离开第一逻辑段进入托盘后，第一逻辑段将速度降为1m/s，从而完成一个邮件的供件过程。

本发明达到或超过传统供件台的供件效率，且允许操作人员在置件段任意位置摆放邮件，最终以三段式供件台的成本达到四段甚至五段式供件台的工作效率和供件效果。

附图说明

图1为本发明实施例中三段式供件台整体布局示意图。

图2为本发明实施例中邮件在供件台上的运动过程示意图。

图3为本发明实施例中光电脉冲计数装置。

其中，1——第一逻辑段，2——第二逻辑段，3——第三逻辑段，4——第四逻辑段，5——第一机械段，6——第二机械段，7——第三机械段，8——第一位置，9——第二位置，10——第三位置，11——第四位置，12——第五位置，13——第六位置，14——光电排，15——操作面板，16——交叉带托盘，17——槽型光电传感器，18——简易码盘。

具体实施方式

为了便于描述，本发明的术语还可以对应如下：

第一逻辑段——逻辑1段或1段，第二逻辑段——逻辑2段或2段，第三逻辑段——逻辑3段或3段，第四逻辑段——逻辑4段或4段，第一机械段——机械1段，第二机械段——机械2段，第三机械段——机械3段，第一位置——位置1，第二位置——位置2，第三位置——位置3，第四位置——位置4，第五位置——位置5，第六位置——位置6。

本发明改变了现有技术中的整个控制流程，加大机械3段的长度，并在机械3段适当位置安装邮件尺寸测量光幕或光电排进行邮件尺寸的测量。从而将机械3段划分为逻辑3段和逻辑4段。通过实时测量机械3段的运行距离以及结合机械3段电机变频器参数设置实时推算3段当前速度，从而在3段速度不断变化的情况下仍能准确测量邮件尺寸和位置。进而达到以三段式供件台的成本实现四段式供件台供件工作效率的目的。

为便于描述控制过程，后面所述供件台各段均为逻辑分段。供件台运行后，4段以1m/s的线速度匀速运动。邮件被操作人员放置在4段后，在4段皮带带动下经过测量光幕/光电排。邮件完全进入3段后，控制系统也就完成了邮件的尺寸和位置的测量。邮件继续前进，直到控制系统与托盘进行通讯的时间内，邮件可以完全停止下来时，控制系统等待托盘同步脉冲到来。如果控制系统检测到了同步脉冲，则根据测得的邮件数据及同步脉冲到达时间来计算托盘接包参数以及邮件需要在3段末端等待的时间，然后将接包参数发送给托盘。如果托盘回复了确认接包消息，则邮件在3段等待时间到后，2段和3段同时启动将邮件以1m/s的速度匀速送入2段。待邮件完全进入2段一段时间后再从1m/s加速到与主环速度匹配的同步速度，并最终由1段将邮件导入到运行着的主环托盘中。

如图1和2所示，为本发明三段式供件台与交叉带分拣机构成的系统实施例。图中标注了各段划分及邮件所处位置。为便于叙述，将邮件沿供件台运行方向长度定义为邮件长度，将邮件沿垂直于供件台运行方向的长度定义为邮件宽度，将邮件中心距供件台短边内侧距离定义为邮件偏移量。

首先确定，供件台各段长度计算方法。为实现本发明控制方法，需要确定供件台关键段长度：

4段长度≥L_max+200(1)

3段长度≥L_max+20(2)

1+2段短边侧总长度≥L_max+S_acc(3)

式中L_max为最大邮件长度，式(1)中200mm为保证邮件能在2段正常匀减速为0所留的余量。式(2)中20mm为保证稳定检测邮件尺寸而保留的去抖长度。式(3)中S_acc为最长邮件从1m/s加速到同步速度v_sync所需要的最短运行距离，其中：

$v_{sync}=\frac{v_m}{\cos \mathrm{\α}}$

上式中v_m为主环速度，α为供件台与主环安装夹角。均为已知。

对于供件台各段皮带运行距离检测装置，为了能够跟踪邮件在供件台上的位置，需要实时检测供件台皮带所运行的距离，为此供件台安装了低成本的简易码盘，通过对检测光电输出脉冲的计数，来累计各段皮带运行距离。其结构如图3所示。

三段式供件台用于将一定大小、重量的邮件自动同步导入交叉带分拣机的托盘上，同时完成邮件的尺寸的测量。供件台能否将邮件准确导入到相应托盘的中心位置，对于整个分拣系统的运行效果有至关重要的影响。同时，尺寸测量测量是否准确也对邮件的计费有直接影响。本发明所涉及到的三段式供件台整体构成如图1所示。其机械结构整体分为三段，分别由3个独立的电动机驱动。但为了便于描述其控制原理，这里按照控制逻辑将带有测量光幕或光电排的一段又细分为两段，并从距离主机最近段开始依次称为1段、2段、3段和4段。三段式供件台控制原理简述如下：

1.三段供件台每一段都在一个被动滚筒上安装有码盘，当滚筒旋转时，带动码盘旋转。与码盘配套安装的槽型光电传感器不断被码盘齿遮挡，从而输出与皮带速度成正比的脉冲。通过该脉冲可以用来计算供件台皮带的线速度以及所走过的长度；

2.邮件被放在4段后，供件台以较低的速度匀速将邮件向前运送，当邮件经过测量光幕或光电排时，控制系统会根据3段码盘脉冲以及光幕或光电排输出情况来计算邮件的长度和宽度以及邮件中心相对供件台短边侧的距离；

3.当邮件尺寸测量完成后，邮件完全进入3段，如果邮件距离停止在3段末尾所需的时间小于供件台与托盘进行通讯的时间，则供件台根据测得的邮件数据及托盘同步脉冲到达时间，计算托盘的接包参数以及邮件需要在3段末尾等待托盘的时间。然后向托盘发送消息请求上包。如果托盘可以接包，则托盘向供件台发送上包确认消息；

4.供件台收到托盘上包确认消息后，等待上步计算出的等待时间。时间到后，2段和3段同时启动，邮件从静止加速到1m/s后匀速运动。当邮件完全进入2段后，3段继续处理下一个邮件，而2段开始从1m/s加速到与主环速度匹配的同步速度；

5.邮件完全从2段进入1段后，2段减速至3段速度，准备接收下一个邮件。而1段将带动邮件一直加速到同步速度后，改为匀速运动，并最终将邮件导入托盘，从而完成一个邮件的供件过程。

供件台控制流程如下：

1)开机后，供件台各段以1m/s线速度匀速运转；

2)由于已经根据需要在变频器中设定了各段的加、减速时间，因此各段启、停的加速度为恒定值a。控制系统根据自身控制变频器启、停信号输出的时间，可以实时推算出4段和3段的速度v_t；

3)操作人员将邮件放在供件台4段皮带上(位置1)后，在4段皮带带动下向前匀速运动到位置2，当邮件遮挡住测量光幕/光电排后，控制系统经过去抖处理，确认邮件确实到达测量光幕/光电排。此时记录下皮带的当前运行距离S_init并开始根据光幕或光电被遮挡情况计算邮件当前宽度和偏移量，根据4段码盘光电输出脉冲计算邮件长度；

4)邮件到达位置3后，完成邮件的尺寸和位置测量。此后，控制系统实时计算邮件当前位置距3段末端的距离S_left与当前速度下按加速度a匀减速为0时所运行的距离S_dec：

S_left＝L₂-(S₂-S_init)

式中，L₂为2段长度，S₂为2段当前运行距离。

$S_{dec}=\frac{{v_t}^2}{2a}$

当S_left≤S_dec时，即可关闭4段(也是3段)电机变频器。之后，变频器会按照设定的减速时间控制3段从当前速度匀减速为0。而根据上述计算，当邮件完全停止运动时，邮件正好停在3段末端，即图2位置4处；

5)由于安装本三段式供件台的交叉带分拣机系统供件台与托盘完成一次双向通讯的时间大于邮件从1m/s匀减速到静止的时间，因此，当控制系统关闭4段电机变频器后即可实时监测托盘同步脉冲。当检测到同步脉冲后，控制系统根据之前测得的邮件尺寸和位置数据以及检测到同步脉冲的时间，计算托盘的接包参数以及邮件需要在3段末端等待的时间；

6)当邮件收到托盘应答的确认接包消息后，如果需要在3段等待的时间到，则同时启动2段和3段电机。邮件从静止开始匀加速到1m/s后做匀速运动，直至邮件运动到2段位置5时，最大邮件都已完全脱离3段进入2段。此时，控制系统控制2段皮带开始从1m/s匀加速到同步速度v_sync；

7)在1段没有邮件的情况下，1段会保持与2段相同的速度运行。当邮件被加速到同步速度时，邮件已有部分进入1段。当邮件完全进入一段1段后，2段就会停止运行。直至有后续邮件需要从3段进入2段，2段才会与3段同时启动，以保证邮件可以平稳过渡；

8)之后，1段以同步速度匀速运行，直至最终邮件完全离开1段进入托盘后，1段将速度降为1m/s，从而完成一个邮件的供件过程。

Claims (1)

1.一种为交叉带分拣机配套的三段式供件台控制方法，所述三段式供件台包括第一机械段、第二机械段和第三机械段，

将第一机械段对应为第一逻辑段，第二机械段对应为第二逻辑段，第三机械段划分定义为第三逻辑段和第四逻辑段，邮件在供件台上的运行方式是第四逻辑段→第三逻辑段→第二逻辑段→第一逻辑段，第三机械段的电机即为第三逻辑段和第四逻辑段的电机，

将邮件沿供件台运行方向长度定义为邮件长度，将邮件沿垂直于供件台运行方向的长度定义为邮件宽度，将邮件中心距供件台短边内侧距离定义为邮件偏移量，

其特征在于，

在第四逻辑段与第三逻辑段的边界处设置光电排，用于邮件的尺寸和位置测量，

令L_max为最大邮件长度，则

第四逻辑段长度≥L_max+200mm(1)

第三逻辑段长度≥L_max+20mm(2)

第一逻辑段+第二逻辑段的短边侧总长度≥L_max+S_acc(3)

式(1)中200mm为保证邮件能在第二逻辑段正常匀减速为0所留的余量，

式(2)中20mm为保证稳定检测邮件尺寸而保留的去抖长度，

式(3)中S_acc为最长邮件从1m/s加速到同步速度v_sync所需要的最短运行距离，

其中，

上式中v_m为已知的分拣机主环速度，α为供件台与主环安装夹角，

在所述供件台上设置码盘，通过对检测光电输出脉冲的计数，来计算各逻辑段皮带运行距离，

所述的三段式供件台控制方法，包括以下步骤：

(1)对于邮件在供件台上的位置，定义第一位置为邮件初始摆放位置，第二位置为邮件开始尺寸测量的位置，第三位置为邮件完成尺寸测量的位置，第四位置为邮件等待位置，第五位置为邮件开始加速的位置，第六位置为邮件达到同步速度的位置，开机后，供件台各逻辑段以1m/s线速度匀速运转；

(2)在驱动供件台电机的变频器中设定各逻辑段的加、减速时间，各逻辑段启、停的加速度为恒定值a，控制系统根据变频器启、停信号输出的时间，实时推算出第四逻辑段和第三逻辑段的速度v_t；

(3)操作人员将邮件放在供件台第四逻辑段皮带上的第一位置后，在第四逻辑段皮带带动下向前匀速运动到第二位置，当邮件遮挡住光电排后，控制系统经过去抖处理，确认邮件确实到达光电排，此时记录下皮带的当前运行距离S_init，并开始根据光幕或光电被遮挡情况计算邮件当前宽度和偏移量，根据第四逻辑段的码盘光电输出脉冲计算邮件长度；

(4)邮件到达第三位置后，完成邮件的尺寸和位置测量，控制系统实时计算邮件当前位置距第三逻辑段末端的距离S_left与当前速度下按加速度a匀减速为0时所运行的距离S_dec：

S_left＝L₂-(S₂-S_init)

式中，L₂为第二逻辑段长度，S₂为第二逻辑段当前运行距离，

$S_{dec}=\frac{{v_t}^2}{2a}$

当S_left≤S_dec时，即关闭第三机械段的电机变频器，该变频器按照设定的减速时间控制第三逻辑段从当前速度匀减速为0，当邮件完全停止运动时，邮件正好停在第三逻辑段末端，即第四位置处；

(5)安装所述三段式供件台的交叉带分拣机系统供件台与托盘完成一次双向通讯的时间大于邮件从1m/s匀减速到静止的时间，因此，当控制系统关闭第三机械段电机变频器后即可实时监测托盘同步脉冲，当检测到同步脉冲后，控制系统根据之前测得的邮件尺寸和位置数据以及检测到同步脉冲的时间，计算托盘的接包参数以及邮件需要在第三逻辑段末端等待的时间；

(6)当邮件收到托盘应答的确认接包消息后，如果需要在第三逻辑段等待的时间截止，则同时启动第二逻辑段和第三逻辑段电机，邮件从静止开始匀加速到1m/s后做匀速运动，直至邮件运动到第二逻辑段的第五位置时，即使最大的邮件都已完全脱离第三逻辑段进入第二逻辑段，此时，控制系统控制第二逻辑段皮带开始从1m/s匀加速到与主环速度匹配的同步速度v_sync；

(7)在第一逻辑段没有邮件的情况下，第一逻辑段会保持与第二逻辑段相同的速度运行，当邮件被加速到同步速度v_sync时，邮件已有部分进入第一逻辑段，当邮件完全进入第一逻辑段后，第二逻辑段就会停止运行，直至有后续邮件需要从第三逻辑段进入第二逻辑段，第二逻辑段才会与第三逻辑段同时启动，以保证邮件可以平稳过渡；

(8)第一逻辑段以同步速度v_sync匀速运行，直至最终邮件完全离开第一逻辑段进入托盘后，第一逻辑段将速度降为1m/s，从而完成一个邮件的供件过程。