CN109282883A - 一种称重装置 - Google Patents

Abstract

一种称重装置包括：支撑部，包括用于放置待测物体的顶表面；多个称重传感器，设置在支撑部下方并支撑所述支撑部，用于测量待测物体的重量；以及多个测距传感器，设置在所述顶表面的边缘处，用于测量待测物体与所述边缘的距离；所述待测物体的重心在所述顶表面上的正投影位置基于所述顶表面的尺寸、所述多个测距传感器在所述边缘的位置、所述多个称重传感器的测量结果及所述多个测距传感器的测量结果确定。

Description

一种称重装置

技术领域

本发明涉及测量领域，具体涉及一种称重装置。

背景技术

随着我国物流产业的迅猛发展，对安全、快捷、可靠的货运要求也日益提高。目前我国高铁交通网络的布局基本完成，进行高铁集装箱货运的基础条件已成熟。由于高铁运输速度非常快，所以高铁货运需要严格限制货物的偏载量，通常不能超过4％，而偏载量的控制需要精确测量货物的重量及重心的分布。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种称重装置，所述称重装置包括：支撑部，包括用于放置待测物体的顶表面；多个称重传感器，设置在支撑部下方并支撑所述支撑部，用于测量待测物体的重量；以及多个测距传感器，设置在所述顶表面的边缘处，用于测量待测物体与所述边缘的距离；所述待测物体的重心在所述顶表面上的正投影位置基于所述顶表面的尺寸、所述多个测距传感器在所述边缘的位置、所述多个称重传感器的测量结果及所述多个测距传感器的测量结果确定。

在一些实施例中，所述顶表面为矩形，所述称重传感器的数量为4个，所述4个称重传感器在所述顶表面上的正投影分别位于所述矩形的4个角处。

在一些实施例中，所述顶表面的边缘包括第一边与所述第一边相邻的第二边，所述测距传感器的数量为3个，其中第一边上设置两个测距传感器，所述第二边上设置一个测距传感器。

在一些实施例中，所述待测物体的重量其中，待测物体的重量在第i称重传感器上的分量为Wi＝Gi-Pi，Gi为第i称重传感器在所述待测物体放置在所述支撑部的顶表面上的测量值，Pi为第i称重传感器所述支撑部的顶表面上未放置所述待测物体的测量值，其中i＝1,2,3,4。

在一些实施例中，所述放置在所述支撑部的顶表面的待测物体的重心在所述顶表面上的正投影在以所述矩形顶表面中心为原点，第一边的延伸方向为x轴、第二边的延伸方向为y轴的第一坐标系中的坐标为(x1，y1)，其中x1＝(-W1-W2+W3+W4)·a/2W，y1＝(W1-W2+W3-W4)·b/2W，其中，a为所述第一边的边长，b为所述第二边的边长，第1称重传感器、第2称重传感器、第3称重传感器和第4称重传感器位于第一坐标系的第二象限、第三象限、第一象限和第四象限，所述第一边和第二边的交点位于第一坐标系的第三象限。

在一些实施例中，所述待测物体为长方体状，所述待测物体与所述支撑面接触的第一表面具有靠近所述第一边的第三边以及靠近第二边的第四边，所述待测物体的重心在所述第一表面上的正投影在以第三边和第四边的交点为原点，第三边的延伸方向为x轴、第四边的延伸方向为y轴的第一坐标系中的坐标为(x2，y2),其中，x2＝(h+x1-(b/2-(h-c)tanθ-e)tanθ)cosθ+⊿x，y2＝(b/2+y1-(f+(d-x1)tanθ))cosθ+⊿y，θ＝arctan((e-f)/(c+d)),并令h＝a/2-g，其中c，d分别为设置在第一边上的第一测距传感器和第二测距传感器距离所述第一边中点的距离，e，f分别为所述第一测距传感器和第二测距传感器测得到所述第三边与所述第一边在垂于第一边的方向上的距离，g为设置在第二边中点的第三测距传感器测得到所述第四边与所述第二边在垂于第二边的方向上的距离，⊿x，⊿y均为修偏常数。

在一些实施例中，所述待测物体为集装器，用于装载货物。

在一些实施例中，所述称重装置还包括：多个传感器架，分布用于容置所述多个称重传感器；以及底座，设置在所述传感器架的下方，用于支撑所述多个传感器架。

在一些实施例中，所述称重装置还包括：多个第一弹性支撑装置，分布设置在所述底座和所述多个传感器架之间；和/或多个第二弹性支撑装置，分布设置在所述多个传感器架和所述支撑部之间。

在一些实施例中，所述第一弹性支撑装置和/或第二弹性支撑装置包括碟簧。

从上述技术方案可以看出，本发明至少具有以下有益效果：

通过多点称重，实现放置待测物体(例如装载货物的集装器)的总重的精确测量；

通过多点称重及支撑部的尺寸确定放置待测物体(例如装载货物的集装器)的重心相对于支撑部中心的位置；

基于多点称重、支撑部的尺寸以及待测物体在支撑部上的相对位置确定放置待测物体(例如装载货物的集装器)的重心相对于其本身的一个顶角的位置；

通过设置多个弹性支撑装置实现称重装置的悬浮称重。

附图说明

图1为本发明一实施例的称重装置的结构示意图；以及

图2为本发明一实施例的放置有待测物体的称重装置的支撑面的俯视图。

具体实施方式

本发明某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本发明的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本发明满足适用的法律要求。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明一实施例提供一种称重装置，所述称重装置至少包括支撑部，多个称重传感器以及多个测距传感器。其中，支撑部包括用于放置待测物体(例如装载货物的集装器)的顶表面，多个称重传感器设置在支撑部下方并支撑所述支撑部，用于测量待测物体的重量；多个测距传感器设置在所述顶表面的边缘处，用于测量待测物体与所述边缘的距离；所述待测物体的重心在所述顶表面上的正投影位置基于所述顶表面的尺寸、所述多个测距传感器在所述边缘的位置、所述多个称重传感器的测量结果及所述多个测距传感器的测量结果确定。

图1为本发明一实施例的称重装置的结构示意图，如图1所示，称重装置100包括底座10、支撑部20以及位于底座10和支撑部20之间的多个称重传感器30。底座10经由多个称重传感器30支撑所述支撑部20。多个称重传感器30在底座10上的正投影位于底座10的周边区域，且在10的周边区域间隔分布。进一步地，称重装置100还可以包括多个传感器支架40，分别用于容置所述多个称重传感器30。

在一实施例中，称重装置100还可以包括多个第一弹性支撑装置50，分别设置在底座10和多个传感器支架40之间，并分布弹性连接底座10和所述多个传感器支架40。称重装置100还可以包括多个第二弹性支撑装置60，分别设置在支撑部20和多个传感器支架40之间，并分布弹性连接支撑部20和所述多个传感器支架40。第一弹性支撑装置50和第二弹性支撑装置60可以使得称重装置实现悬浮称重。第一弹性支撑装置50和第二弹性支撑装置60并没有必要同时设置，可以仅设置其中一组。

第一弹性支撑装置50可以包括碟簧，并采用螺钉等连接件与其两端的底座10和传感器支撑架40连接。第二弹性支撑装置60可以包括碟簧，并采用螺钉等连接件与其两端的支撑部20和传感器支撑架40连接。

在一实施例中，称重装置100还可以包括位于底座10和支撑部20之间的高度调整装置(图中未示出)，使得支撑部20相对于底座10之间的距离可调，使得支撑部20可以位于合适的高度。

图2为本发明一实施例的放置有待测物体的称重装置的支撑部的俯视图。如图2所示，支撑部20包括用于放置待测物体70的顶表面，且支撑部20的顶面为矩形，为表述方便记为第一矩形。参考图1和图2，本实施例中，称重传感器30的数量为四个，包括第1称重传感器31、第2称重传感器32、第3称重传感器31以及第4称重传感器34。第1至第4称重传感器在支撑部20上的正投影分别位于支撑部20矩形顶表面的四个角处。第1至第4称重传感器用于测量待测物体70的重量。

在一实施例中，如图2所示，所述称重装置100还包括多个测距传感器，所述多个测距传感器设置在支撑部20矩形顶表面的边缘处。具体地，测距传感器的数量为3个，包括设置在第一边21上的第一测距传感器81和第二测距传感器82以及设置在第二边22上的第三测距传感器83，优选的第三测距传感器83设置在第二边22的中点处，其中第一边21与第二边22垂直且相邻设置。

在本实施例中，待测物体70为装载货物的集装器，通常采用长方体形状，如图2所示，其在支撑部20顶表面上的正投影亦为矩形，为表述方便记为第二矩形。第二矩形包括靠近第一矩形的第一边21的第三边71以及靠近第一矩形的第二边22的第四边72。其中第三边71与第四边72同样垂直且相邻设置。第一测距传感器81和第二测距传感器82用于测量他们所在的位置与第三边71在垂直于第一边21的方向上的距离。第三测距传感器82用于测量其所在的位置与第四边72在垂直于第二边的方向上的距离。

采用本实施例中的称重装置，可以通过多点称重及支撑部的尺寸确定放置待测物体(例如装载货物的集装器)的重心相对于支撑部中心的位置；并基于多点称重、支撑部的尺寸以及待测物体在支撑部上的相对位置确定放置待测物体(例如装载货物的集装器)的重心相对于其本身的一个顶角的位置。

以下将详细介绍本实施例中的称重装置如何测量待测物体的重量及重心。

当待测物体70未放置在支撑部20上时，第i个称重传感器上测得的值为Pi，i＝1,2,3,4，即第i个称重传感器测得的皮重为Pi。

当待测物体70放置在支撑部20上时，第i个称重传感器上测得的值为Gi，i＝1,2,3,4。

待测物体的重量其中，Wi＝Gi-Pi。

以第一矩形中心A为原点，第一边的延伸方向为x轴，第二边的延伸方向为y轴建立坐标系，为了表述方便记为第一坐标系，此时，第1称重传感器、第2称重传感器、第3称重传感器和第4称重传感器位于第一坐标系的第二象限、第三象限、第一象限和第四象限，所述第一边和第二边的交点位于第一坐标系的第三象限。第一边21的长度为a，第二边的长度为b。此时，所述放置在所述支撑部的顶表面的待测物体的重心在所述顶表面上的正投影在第一坐标系的坐标为(x1，y1)，其中x1＝(-W1-W2+W3+W4)·a/2W，y1＝(W1-W2+W3-W4)·b/2W。

在理想的情形下，在对待测物体进行称重及重心测量时，待测物体最好位于支撑部20的顶表面中间位置，且需要第二矩形的第三边71和第四边72分布与第一矩形的第一边21和第二边22平行设置。但在实际测量中，待测物体所在的位置通常会与理想位置存在偏差，例如通常第二矩形的第三边71会与第一矩形的第一边存在夹角θ，夹角θ通常小于等于5度，此时第1称重传感器、第2称重传感器、第3称重传感器和第4称重传感器亦分别位于第二坐标系的第二象限、第三象限、第一象限和第四象限。

待测物体的重心在所述第一表面上的正投影在以第三边和第四边的交点C为原点，第三边的延伸方向为x轴、第四边的延伸方向为y轴的第二坐标系中的坐标为(x2，y2)，其中，

x2＝(h+x1-(b/2-(h-c)tanθ-e)tanθ)cosθ+⊿x

y2＝(b/2+y1-(f+(d-x1)tanθ))cosθ+⊿y

θ＝arctan((e-f)/(c+d)),

由于θ的值通常较小，第三边和第四边的交点C与第一矩形中心A在第一边21延伸方向上的距离h近似等于a/2-g，在计算中可以令h＝a/2-g。

其中c，d分别为设置在第一边上的第一测距传感器81和第二测距传感器82距离所述第一边21中点的距离，e，f分别为所述第一测距传感器81和第二测距传感器82测得到所述第三边71与所述第一边21在垂于第一边21的方向上的距离，g为设置在第二边22中点的第三测距传感器83测得到所述第四边与所述第二边在垂于第二边的方向上的距离，⊿x，⊿y均为修偏常数。修偏常数⊿x，⊿y在工程上一般采用迭代法，通过多组实验数据，迭代验证，当迭代误差小于预期值时，所得的数据即可认可。

采用本实施例中的方案可以实现待测物体(例如装载货物的集装器)总重及重心的精确测量，获得重量在各称重传感器上的分布数据的同时确定待测物体(例如装载货物的集装器))的重量分布，即待测物体重心在待测物体上的位置。并且采用本实施例测量的待测物体(例如装载货物的集装器)的重量，其误差不超过0.5％；待测物体(例如装载货物的集装器)的重量分布，即待测物体重心在待测物体上的位置，其误差不超过1％。

尽管上述实施例以具有矩形支撑部的称重装置来进行说明，本领域技术人员可以理解的是，称重装置的顶表面还可以是其他多边形，例如六边形、三角形等，称重传感器的数量可以与呈多边形所述称重装置的顶表面的角的个数相同，多个称重传感器在支撑部的顶表面上的投影分别在所述多变形的多个角处。

应注意，附图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。

实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种称重装置，其特征在于，所述称重装置包括：

支撑部，包括用于放置待测物体的顶表面；

多个称重传感器，设置在支撑部下方并支撑所述支撑部，用于测量待测物体的重量；以及

多个测距传感器，设置在所述顶表面的边缘处，用于测量待测物体与所述边缘的距离；

所述待测物体的重心在所述顶表面上的正投影位置基于所述顶表面的尺寸、所述多个测距传感器在所述边缘的位置、所述多个称重传感器的测量结果及所述多个测距传感器的测量结果确定。

2.根据权利要求1所述的称重装置，其特征在于，所述顶表面为矩形，所述称重传感器的数量为4个，所述4个称重传感器在所述顶表面上的正投影分别位于所述矩形的4个角处。

3.根据权利要求2所述的称重装置，其特征在于，所述顶表面的边缘包括第一边与所述第一边相邻的第二边，所述测距传感器的数量为3个，其中第一边上设置两个测距传感器，所述第二边上设置一个测距传感器。

4.根据权利要求3所述的称重装置，其特征在于，所述待测物体的重量其中，待测物体的重量在第i称重传感器上的分量为Wi＝Gi-Pi，Gi为第i称重传感器在所述待测物体放置在所述支撑部的顶表面上的测量值，Pi为第i称重传感器所述支撑部的顶表面上未放置所述待测物体的测量值，其中i＝1，2，3，4。

5.根据权利要求4所述的称重装置，其特征在于，所述放置在所述支撑部的顶表面的待测物体的重心在所述顶表面上的正投影在以所述矩形顶表面中心为原点，第一边的延伸方向为x轴、第二边的延伸方向为y轴的第一坐标系中的坐标为(x1，y1)，其中x1＝(-W1-W2+W3+W4)·a/2W，y1＝(W1-W2+W3-W4)·b/2W，其中，a为所述第一边的边长，b为所述第二边的边长，第1称重传感器、第2称重传感器、第3称重传感器和第4称重传感器位于第一坐标系的第二象限、第三象限、第一象限和第四象限，所述第一边和第二边的交点位于第一坐标系的第三象限。

6.根据权利要求5所述的称重装置，其特征在于，所述待测物体为长方体状，所述待测物体与所述支撑面接触的第一表面具有靠近所述第一边的第三边以及靠近第二边的第四边，所述待测物体的重心在所述第一表面上的正投影在以第三边和第四边的交点为原点，第三边的延伸方向为x轴、第四边的延伸方向为y轴的第一坐标系中的坐标为(x2，y2)，其中，

x2＝(h+x1-(b/2-(h-c)tanθ-e)tanθ)cosθ+Δx

y2＝(b/2+y1-(f+(d-x1)tanθ))cosθ+Δy

θ＝arctan((e-f)/(c+d))，并令h＝a/2-g

c，d分别为设置在第一边上的第一测距传感器和第二测距传感器距离所述第一边中点的距离，e，f分别为所述第一测距传感器和第二测距传感器测得到所述第三边与所述第一边在垂于第一边的方向上的距离，g为设置在第二边中点的第三测距传感器测得到所述第四边与所述第二边在垂于第二边的方向上的距离，Δx，Δy均为修偏常数。

7.根据权利要求6所述的称重装置，其特征在于，所述待测物体为集装器，用于装载货物。

8.根据权利要求1-7中任一所述的称重装置，其特征在于，所述称重装置还包括：

多个传感器架，分布用于容置所述多个称重传感器；以及

底座，设置在所述传感器架的下方，用于支撑所述多个传感器架。

9.根据权利要求8所述的称重装置，其特征在于，所述称重装置还包括：

多个第一弹性支撑装置，分布设置在所述底座和所述多个传感器架之间；和/或

多个第二弹性支撑装置，分布设置在所述多个传感器架和所述支撑部之间。

10.根据权利要求9所述的称重装置，其特征在于，所述第一弹性支撑装置和/或第二弹性支撑装置包括碟簧。