CN106516544A - 一种货物自动扫描柜 - Google Patents

Abstract

本发明属于射频识别技术领域，涉及一种货物自动扫描柜，尤其涉及一种应用RFID技术的批量货物自动扫描柜，包括柜体，在柜体内部，还包括传动装置、天线支架、天线、驱动装置和限位传感器。在限位传感器的限位作用下，天线支架会在减速电机的驱动下不停地进行前后的往复运动，运动范围被限制在第一限位传感器和第二限位传感器之间，从而使得天线可以随之一起进行往复运动，其内部的天线所发射的射频信号的覆盖范围更广，可以消除扫描盲区，防止标签漏扫描。

Description

一种货物自动扫描柜

技术领域

本发明属于射频识别技术领域，涉及一种货物自动扫描柜，尤其涉及一种应用RFID技术的批量货物自动扫描柜。

背景技术

RFID(RadioFrequencyIdentification)标签是通过IC芯片和近距离RF无线通信读取各物品和商品信息的技术。

RFID标签使用UHF、VHF频段的近距离RF无线通信，可实施非接触识别而在混杂或不干净的环境下，也可以准确无误地获取信息，且不受气象的影响，可以穿透非金属物质读取信息。

例如公开号为CN205080574U的实用新型专利公开了一种应用RFID技术的批量货物出入库扫描设备，包括信号屏蔽单元、信息处理单元、传动控制单元和数据采集单元；其包括一个以上的RFID天线、天线HUB、天线控制器和读写器，主要用于按托盘存放的电表、酒类、药品，甚至按袋摆放的货物进行出入库扫描或盘库扫描。

RFID识别的关键是通过安装在RFID阅读器内的天线，发出电磁波来读取标签信息，但是RFID标签的天线是有方向性的，实验证明，需要统计读取的标签所附着的物品往往都是不规则的摆放，从而导致了物品上的标签方向分布上的不规则性，如果阅读器采用固定式天线对一批不规则摆放的带有RFID标签的物品进行单一角度识别，会造成漏识别的问题，造成识别到的标签数量少于实际标签数量，即存在识别盲区。

因此需要开发一种消除扫描盲区，不会造成漏识别的货物扫描装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可以消除扫描盲区，实现对不规则放置的大量射频标签进行识别扫描的装置。

本发明采用的技术方案在于，提供了一种货物自动扫描柜，包括柜体，在柜体内部，包括：

传动装置，包括传动带、驱动轮和从动轮；

天线支架，所述天线支架固定连接在传动带上；

天线，所述天线设置在所述天线支架上，所述天线与射频阅读器连接；

驱动装置，包括依次连接的变频器、减速电机和传动轴，所述传动轴与驱动轮连接；

限位传感器，包括第一限位传感器和第二限位传感器，所述第一限位传感器位于驱动轮处，所述第二限位传感器位于从动轮处，所述第一限位传感器和第二限位传感器均通过PLC控制器与变频器连接。

在限位传感器的限位作用下，天线支架会在减速电机的驱动下不停地进行前后的往复运动，运动范围被限制在第一限位传感器和第二限位传感器之间，从而使得天线可以随之一起进行往复运动，使得天线所发射的射频信号的覆盖范围更广，可以消除扫描盲区，防止标签漏扫描。

进一步地，所述柜体包括顶板、底板、相对设置的入口和出口、相对设置的两个侧壁，所述传动带平行于侧壁，且驱动轮和从动轮均固定在所述顶板与侧壁相接的一端，所述天线固定在天线支架朝向柜体内部的一侧。如此设置，可以使得柜体内部可利用空间更大。

进一步地，所述传动装置和天线支架的数量均为两个，分别位于两个侧壁处；每个天线支架上的天线的数量为两个以上。两个侧壁处均设置天线支架，增加每个天线支架上的天线数量，可以使得射频信号的覆盖范围更广，在水平方向和竖直方向均实现无死角盲区。

进一步地，所述天线支架上设置有滑块，所述侧壁上设置有滑杆，所述滑块匹配套接在所述滑杆上。滑块与滑竿的组合使得天线支架的连接更加牢固，并且可以平稳进行往复运动。

进一步地，所述限位传感器为光电传感器，光电传感器的检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且传感器的结构简单，形式灵活多样。

进一步地，所述传动轴的两端分别连接两个驱动轮，所述减速电机的输出轴与传动轴垂直设置，且所述传动轴与减速电机的输出轴之间通过两个螺旋伞齿轮连接，所述传动轴通过轴承座固定在顶板上。如此设置可以实现采用一个减速电机即可驱动位于两个侧壁处的两个驱动轮。

进一步地，所述货物自动扫描柜还包括自动门系统，包括分别设置在入口和出口处的门框、与所述门框活动连接的门扇以及驱动所述门扇运动的门扇驱动装置，还包括：

红外传感器，设置于门扇上方，用于获取自动门系统入口侧的环境信息，并发出信号；

控制器B，所述控制器B分别与所述红外传感器和门扇驱动装置相连接，用于根据所述红外传感器发出的信号控制所述门扇驱动装置驱动所述门扇运动。当操作人员在柜体正面门口时，安装在门扇上方的红外传感器探测到有物体接近即可自动打开柜门，实现自动化的智能控制，方便快捷。

进一步地，所述货物自动扫描柜还包括触控屏，所述触控屏通过控制器B与自动门系统连接，所述触控屏通过控制器A与所述射频阅读器连接。本发明通过触控屏作为人机交互界面，配合自动门系统和射频阅读器，可以通过触控屏完成手动操作，发送控制指令，比如开门关门，手动控制电机转动，控制天线的工作状态；还可以通过触控屏来查看各个机构的工作信息，比如各个部件的状态，阅读到的标签数量等等。

进一步地，所述门扇为推拉门扇，且数量为两个，所述推拉门扇与柜体之间设置有导电泡棉，所述导电泡棉固定在柜体上，所述柜体和门扇均由钢板制成。钢板制作成一个可屏蔽电磁波的柜体，将需要清点标签整体放在柜内进行识别。金属外壳各个面的钢板连接处及接缝处用导电材料处理，使外壳成为一个互相连通、整体导电的导体，形成法拉第笼。当自动门为关闭状态时，利用导电泡棉这一弹性材料填充在门扇和柜体间，阻挡其间的缝隙，这样就把柜内天线发出的电磁波限制在了柜内，只读取柜子内的标签。可解决误读到附近并不需要读取的标签这一问题。

进一步地，所述门扇界面成L形且形成90度的拐角，当两个门扇呈关闭状态时，所述拐角与侧壁贴合。如此设置的门扇结构，可以进一步包覆住门扇与柜体相接处的地方产生的空隙，防止电磁波的外漏，避免误读到柜体外的标签，保证读取数据的准确性。

进一步地，所述天线支架上固定有摆动电机，所述的天线通过曲柄摇杆组件与摆动电机的输出轴连接，所述曲柄摇杆组件包括依次连接的曲柄、连杆和摇杆，所述曲柄与摆动电机的输出轴连接，所述摇杆一端连接连杆，另一端连接天线且围绕固定轴转动，所述固定轴连接在天线支架上。曲柄摇杆组件可以使得天线在摆动电机的驱动下做周期性的俯仰运动，从而增大了天线在空间内上下方向上的读取范围。

进一步地，所述天线为圆极化RFID天线，型号为Laird 9028，所述限位传感器为光电传感器，型号为松下CX-442，PLC控制器的型号为西门子S7-300系列。

采用上述技术方案，包括以下有益技术效果：

1、天线支架会在减速电机的驱动下不停地进行前后的往复运动，从而使得天线可以随之一起进行往复运动，并且曲柄摇杆组件可以使得天线在摆动电机的驱动下做周期性的俯仰运动，从而增大了天线在空间内上下方向上的读取范围，从而使得其内部的天线所发射的射频信号的覆盖范围更广，可以消除扫描盲区，防止标签漏扫描。

2、自动门系统可以自动探测到有物体接近即可自动打开柜门，实现自动化的智能控制，方便快捷。

3、柜体由钢板制作成，利用法拉第笼原理屏蔽电磁波，可解决误读到附近并不需要读取的标签这一问题。

4、触控屏作为主控设备，具备极强的可扩展能力和通用性，可通过多种联网方式组网，便于融入物联网中。

附图说明

图1是本发明一种实施方式的结构示意图；

图2是本发明另一种实施方式的结构示意图；

图3是本发明货物自动扫描柜的爆炸结构图；

图4是本发明货物自动扫描柜的天线的一种连接方式示意图；

图5是图4中A部分的局部放大图；

图6是本发明中天线支架位移的控制系统结构示意图；

图7是本发明控制系统的结构示意图；

图中，

1、传动装置；101、传动带；102、驱动轮；103、从动轮；2、天线支架；201、滑块；2011、滑杆；3、天线；301、射频阅读器；4、驱动装置；401、变频器；402、减速电机；403、传动轴；5、限位传感器；501、第一限位传感器；502、第二限位传感器；6、PLC控制器；7、顶板；8、底板；9、侧壁；10、门扇；11、门扇驱动装置；12、红外传感器；13、控制器A；14、控制器B；15、触控屏；16、摆动电机；17、曲柄摇杆组件；171、曲柄；172、连杆；173、摇杆；174、固定轴。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

除非另有说明，“多个”的含义为两个或更多。

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。图1～图7给出了本发明的具体实施方式。

如图1～3所示，本发明提供了提供了一种货物自动扫描柜，包括柜体，在柜体内部，包括：

传动装置1，包括传动带101、驱动轮102和从动轮103；

天线支架2，所述天线支架固定连接在传动带101上；

天线3，所述天线3设置在所述天线支架2上，且与射频阅读器301连接；

驱动装置4，包括依次连接的变频器401、减速电机402和传动轴403，所述传动轴403与驱动轮102连接；

限位传感器5，包括第一限位传感器501和第二限位传感器502，所述第一限位传感器501位于驱动轮102处，所述第二限位传感器502位于从动轮103处，所述第一限位传感器501和第二限位传感器502均通过PLC控制器6与变频器401连接。

如图6所示，具体的工作过程为：工作时，PLC控制器向变频器发送控制指令，控制减速电机正转，通过传动轴带动驱动轮正向旋转，传动带动天线支架移动一段距离后，当第二限位传感器感应到天线支架时，产生反馈信号并传输到PLC控制器，PLC控制器生成控制指令传输至变频器，变频器控制减速电机快速反转，通过传动轴带动驱动轮反向旋转，传动带带动天线支架向相反方向返回，当第一限位传感器感应到天线支架时，产生反馈信号并传输到PLC控制器，PLC控制器生成控制指令传输至变频器，变频器控制减速电机再次正转，通过传动轴带动驱动轮再次正向旋转，传动带带动天线支架向第一限位传感器移动，从而完成一次扫描行程，如此反复，即可实现连续的扫描处理处理。天线在天线支架的带动下往复运动，可以对各个角度各个区域的标签进行阅读，消除扫描盲区。

在上述的实施方式中，具体的，传动装置选用了带传动，即采用驱动轮、从动轮和传动带的组合，在传动带上固定有天线支架，其中传动带可以为现有技术中的平板带、三角带、圆形的或齿形带，优选采用齿形带，可以保证传动同步，运行稳定，当然，在采用齿形带的情况下，驱动轮和传动轮上具有和传动带上的齿想啮合的齿。

需要说明的是，带传动只是传动装置的一种较为优选的形式，并不是对此发明的唯一限制，本发明的传动装置还可以有链传动来代替，即传动装置包括驱动齿轮、从动齿轮和链条，天线支架固定在链条上并岁链条进行往复运动；传动装置还可以为滚轴丝杠结构，包括螺杆和螺母，螺杆与驱动装置连接，螺母连接天线支架，通过驱动装置带动螺杆旋转实现螺母的往复运动，从而带动天线支架往复运动。

天线支架与传动带的具体连接适用于现有技术之中的各种连接方式，此处并不做具体的限制，方式能够实现将天线支架稳定连接在传动带上的方式均可，当然天线支架不能同时固定连接在传动带的上下两层，否则将无法实现本发明的功能。

在上述实施方式的基础上，所述柜体包括顶板7、底板8、相对设置的入口和出口、相对设置的两个侧壁9，所述传动带101平行于侧壁9，且驱动轮102和从动轮103均固定在所述顶板8与侧壁9相接的一端，所述天线3固定在天线支架2朝向柜体内部的一侧。

在上述实施方式中，减速电机的型号优选为RV40-180-25。

在上述实施方式的基础上，如图4和图5所示，所述天线支架上2固定有摆动电机16，所述的天线3通过曲柄摇杆组件17与摆动电机16的输出轴连接，所述曲柄摇杆组件17包括依次连接的曲柄171、连杆172和摇杆173，所述曲柄171与摆动电机16的输出轴连接，所述摇杆173一端连接连杆173，另一端连接天线3且围绕固定轴174转动，所述固定轴174连接在天线支架3上。

在具体的工作过程中，曲柄摇杆组件可以使得天线在摆动电机的驱动下做周期性的俯仰运动，结合上述事实方式中提到的水平运动，实现了天线对于整个空间中标签信号的无盲点扫描。具体地，摆动电机可以为现有技术中的加减速电机、扭矩电机等，但不是唯一限制。

在上述实施方式的基础上，所述天线3为圆极化RFID天线，型号为Laird 9028。

光电传感器可以为槽型光电传感器、对射型光电传感器、反光板型光电开关或扩散反射型光电开关，本实施方式中优选采用槽型光电传感器，即把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧组成槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光，但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作，输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。在本实施方式中，天线支架进入槽中后会遮挡光，光电传感器便会输出一个开关控制信号，并将信号传递给PLC控制器，进而PLC控制器通过对变频器的控制实现减速电机转动方向的变化。

在上述实施方式的基础上，所述限位传感器为光电传感器，型号为松下CX-442，PLC控制器的型号为西门子S7-300系列。

在上述实施方式的基础上，所述传动装置和天线支架的数量均为两个，分别位于两个侧壁处；每个天线支架上的天线的数量为两个以上。两个侧壁处均设置天线支架，增加每个天线支架上的天线数量，可以是射频信号的覆盖范围更广，在水平方向和竖直方向均实现无死角盲区。具体地，各个天线均与同一个射频阅读器连接。

在上述的实施方式中，天线支架固定在传动带上，因其体积较大，且重量较大，只通过其与传动带的单点固定方式会使连接关系不牢固且部件较易损坏，优选地，所述天线支架上设置有滑块201，所述侧壁上设置有滑杆2011，所述滑块201匹配套接在所述滑杆2011上。滑块与滑竿的组合使得天线支架的连接更加牢固，并且可以平稳进行往复运动。并且每个天线支架与侧壁之间滑块与滑杆的组合可以设置为多个，例如在天线支架的顶端、底端及中间位置分别设置。作为另外一种较为优选的方式，在天线支架上设置滑块，侧壁上安装有滑槽，滑块可以在所述的滑槽中往复滑动。

当传动装置只有一个时，可以通过减速电机的输出轴直接与驱动轮连接，驱动所述的传动带运动，当像上述的实施方式中采用两个传动装置时，驱动装置与二者的连接显得尤为重要，当然可以每个传动装置分别配置一套驱动装置，但是如此设置会增加一套减速电机及控制系统，控制会更加的繁琐且占用空间，为解决上述问题，在上述实施方式的基础上，所述传动轴的两端分别连接两个驱动轮，所述减速电机的输出轴与传动轴垂直设置，且所述传动轴与减速电机的输出轴之间通过两个螺旋伞齿轮连接，所述传动轴通过轴承座固定在顶板上。如此设置可以实现采用一个减速电机即可驱动位于两个侧壁处的两个驱动轮。

在上述的实施方式中，所述货物自动扫描柜还包括自动门系统，包括分别设置在入口和出口处的门框、与所述门框活动连接的门扇10以及驱动所述门扇10运动的门扇驱动装置11，还包括：

红外传感器12，设置于门扇10上方，用于获取自动门系统入口侧的环境信息，并发出信号；

控制器A 13，所述控制器A 13分别与所述红外传感器12和门扇驱动装置11相连接，用于根据所述红外传感器12发出的信号控制所述门扇驱动装置11驱动所述门扇10运动。

如图7所示，本实施方式中的自动门系统的具体工作方式举例如下，需要进行阅读的标签缝制在布草上，布草堆放在布草车中并且通过布草车运往扫描柜，在布草车到达柜体的自动门前，进入到红外传感器的测量范围内，红外传感器感应到物体的存在，产生信号传输至与其连接的控制器A，控制器A生成控制命令，控制门扇驱动装置驱动所述的门扇在门口内滑动，实现自动开门。其中门扇驱动装置可以具体为步进电机。

当然，在上述的实施方式中，还可以包括现有技术中经常用到的手动开关按钮或者遥控器来控制门扇的开闭。

在上述实施方式的基础上，所述自动扫描柜还包括触控屏15，所述触控屏15通过控制器A 13与自动门系统连接，所述触控屏通过控制器B 14与所述射频阅读器301连接。本发明通过触控屏作为人机交互界面，配合自动门系统和射频阅读器，可以通过触控屏完成手动操作，发送控制指令，比如开门关门，手动控制电机转动，控制天线的工作状态；还可以通过触控屏来查看各个机构的工作信息，比如各个部件的状态，阅读到的标签数量等等。

在上述实施方式的基础上，所述门扇为推拉门扇，且数量为两个，所述推拉门扇与柜体之间设置有导电泡棉，所述导电泡棉固定在柜体上，所述柜体和门扇均由钢板制成。钢板制作成一个可屏蔽电磁波的法拉第笼。在本实施方式中，优选的，底板、顶板和侧壁均为一整块钢板；当然，底板、顶板和侧壁还可以由多块钢板拼接而成，在接缝处采用导电材料填充，避免电磁波的泄露。

为了进一步防止电磁波的外漏，避免误读到柜体外的标签，在上述实施方式的基础上，所述门扇界面成L形且形成90度的拐角，当两个门扇呈关闭状态时，所述拐角与侧壁贴合。

更为具体地，为方便停放运送附带有标签的货物的推车，地板上安装有用于停放推车的导轨。

本发明实施方式中采用的控制器A与控制器B还可以由PLD(ProgrammableLogicDevice，可编程逻辑器件)或ARM处理器等电子芯片模块编程实现，其具体选用的产品型号根据实际应用中对处理性能要求的不同而确定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种货物自动扫描柜，包括柜体，其特征在于，在柜体内部，包括：

传动装置(1)，包括传动带(101)、驱动轮(102)和从动轮(103)；

天线支架(2)，所述天线支架固定连接在传动带上；

天线(3)，所述天线设置在所述天线支架上，所述射天线与射频阅读器(301)连接；

驱动装置(4)，包括依次连接的变频器(401)、减速电机(402)和传动轴(403)，所述传动轴与驱动轮连接；

限位传感器(5)，包括第一限位传感器(501)和第二限位传感器(502)，所述第一限位传感器位于驱动轮处，所述第二限位传感器位于从动轮处，所述第一限位传感器和第二限位传感器均通过PLC控制器(6)与变频器连接。

2.根据权利要求1所述的货物自动扫描柜，所述柜体包括顶板(7)、底板(8)、相对设置的入口和出口、相对设置的两个侧壁(9)，所述传动带平行于侧壁，且驱动轮和从动轮均固定在所述顶板与侧壁相接的一端，所述天线固定在天线支架朝向柜体内部的一侧。

3.根据权利要求2所述的货物自动扫描柜，其特征在于，所述传动装置和天线支架的数量均为两个，分别位于两个侧壁处；每个天线支架上的天线的数量为两个以上。

4.根据权利要求2所述的货物自动扫描柜，其特征在于，所述天线支架上设置有滑块(201)，所述侧壁上设置有滑杆(2011)，所述滑块匹配套接在所述滑杆上。

5.根据权利要求2所述的货物自动扫描柜，其特征在于，所述传动轴的两端分别连接两个驱动轮，所述减速电机的输出轴与传动轴垂直设置，且所述传动轴与减速电机的输出轴之间通过两个螺旋伞齿轮连接，所述传动轴通过轴承座固定在顶板上。

6.根据权利要求1～5任一项所述的货物自动扫描柜，其特征在于，所述货物自动扫描柜还包括自动门系统，包括分别设置在入口和/或出口处的门框、与所述门框活动连接的门扇(10)以及驱动所述门扇运动的门扇驱动装置(11)，还包括：

红外传感器(12)，设置于门扇上方，用于获取自动门系统入口侧的环境信息，并发出信号；

控制器A(13)，所述控制器分别与所述红外传感器和门扇驱动装置相连接，用于根据所述红外传感器发出的信号控制所述门扇驱动装置驱动所述门扇运动。

7.根据权利要求6所述的货物自动扫描柜，其特征在于，还包括触控屏(15)，所述触控屏通过控制器A与自动门系统连接，所述触控屏通过控制器B(14)与所述射频阅读器连接。

8.根据权利要求6所述的货物自动扫描柜，其特征在于，所述门扇为推拉门扇，且数量为两个，所述推拉门扇与柜体之间设置有导电泡棉，所述导电泡棉固定在柜体上，所述柜体和门扇均由钢板制成。

9.根据权利要求8所述的货物自动扫描柜，其特征在于，所述门扇界面成L形且形成90度的拐角，当两个门扇呈关闭状态时，所述拐角与侧壁贴合。

10.根据权利要求1所述的货物自动扫描柜，其特征在于，所述天线支架上固定有摆动电机(16)，所述的天线通过曲柄摇杆组件(17)与摆动电机的输出轴连接，所述曲柄摇杆组件包括依次连接的曲柄(171)、连杆(172)和摇杆(173)，所述曲柄与摆动电机的输出轴连接，所述摇杆一端连接连杆，另一端连接天线且围绕固定轴(174)转动，所述固定轴连接在天线支架上。