CN111619619A - 一种基于位置补偿的物料小车定位启停方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于位置补偿的物料小车定位启停方法及系统,包括以下步骤：先记录物料小车在开启后的总时间和电机的停机时间，然后根据上述时间计算出电机的工作时间和物料小车运动的总行程；然后计算出物料小车在轨道上的位置值和物料小车的往返运动次数；在检测点检测物料小车当前在轨道中的位置，并将检测到的位置值与估算位置值进行比较，得到并补偿物料小车当前的位置偏差，获得校正后的物料小车总行程，并通过小车总行程计算出物料小车校正后在轨道上的位置值，最后根据该位置值控制物料小车进行自动停止和启动。本发明能够对物料小车的移动位置值进行校正，具有定位精度高、安全性好的特点。

Description

一种基于位置补偿的物料小车定位启停方法及系统

技术领域

本发明涉及一种定位启停方法及系统，特别是一种基于位置补偿的物料小车定位启停方法及系统。

背景技术

在施工项目的现场，经常需要用到物料小车对物料进行转运，其转运方式具体是将物料小车放置在固定的轨道上，再由电机带动物料小车沿轨道来回移动；当物料小车移动至指定停靠位置时由外部控制停留并完成物料装卸。但由于部分停靠位置的装卸设备需要与物料小车相互配合完成，从而对物料小车在该位置的定位精度有较高要求，一旦偏移便会形成与装卸设备的错位或干涉，对装卸设备造成干扰。

物料小车在短距离转运过程中会通过编码器等外部定位设备来预设电机的转动量，从而实现对物料小车的定位和自动启停。但当物料小车的移动距离延长后，物料小车的实际移动距离会因各种情况造成与电机转动量之间的偏差，导致小车在长时间工作后其停车位置与预设的停靠位置相差甚远。这就造成目前的物料小车在长距离转运时的启停操作仍需要由工人手动完成。

而手动控制停车的方式由于需要工人依靠经验判断停车时机，导致物料小车的停车位置会无法保证其精确度；从而使物料小车在高精度停靠位置时，普遍需要由工人反复调整小车位置来尽可能的减少精度误差和干涉问题，造成了物料转运效率的降低并仍存在一定的干涉隐患。并且手动控制还会存在操作人员因失误未能及时停车的行为，而在部分停靠位置装卸人员或设备会提前就位等待物料小车到位停车；从而使物料小车会存在冲撞装卸人员或设备的风险，具有较大的安全隐患。因此，现有对物料小车的定位启停方法存在定位精度低、安全性差的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于位置补偿的物料小车定位启停方法及系统。它具有定位精度高、安全性好的特点。

本发明的技术方案：一种基于位置补偿的物料小车定位启停方法，包括以下步骤：

①记录物料小车在开启后的总时间，得A总时间；

②记录电机的停机时间，得B停机时间；

③根据A总时间和B停机时间计算出电机的工作时间，得C工作时间；

④根据C工作时间计算出物料小车运动的总行程，得D总行程；

⑤根据物料小车往返一次的路程长度和D总行程，计算出物料小车在轨道上的位置值和物料小车的往返运动次数，得E位置值和F往返次数；

⑥利用检测点检测物料小车在穿过检测点时的位置，并将检测到的位置值与E位置值进行比较，得到并补偿物料小车当前的位置偏差，获得校正后的物料小车总行程，得G总行程；

⑦小车在未经过检测点前，将E位置值记为定位位置；小车经过检测点后，根据物料小车往返一次的路程长度和G总行程，计算出物料小车校正后在轨道上的位置值，得定位位置；

⑧预设物料小车需要停靠的位置，当步骤⑦中得到的定位位置等于物料小车需要停靠的位置时，控制物料小车进行自动停止和启动。

前述的一种基于位置补偿的物料小车定位启停方法中，所述步骤⑥具体包括以下步骤：

⑥①当物料小车经过检测点时，检测点获取物料小车的E位置值和D总行程，并测出物料小车当前在轨道中的位置值，得g1位置值；

⑥②检测点根据g1位置值和E位置值，计算出物料小车的运动位置误差，得g2误差值；

⑥③检测点将g2误差值和D总行程相加，得到校正后的物料小车总行程，得G总行程。

前述的一种基于位置补偿的物料小车定位启停方法中，所述A总时间和B停机时间均采用Arduino函数库中的时间函数mills()记录得到。

前述的一种基于位置补偿的物料小车定位启停方法中，所述步骤②中的停机时间包括电机在通电后还未工作的时间，物料小车在运行过程中的停车时间和工作人员误操作导致的停机时间。

前述的一种基于位置补偿的物料小车定位启停方法所用的系统，包括位于轨道外侧的传感器检测系统和位于物料小车上的运动启停系统，所述传感器检测系统包括第一微控制器，第一微控制器外部分别连接有第一蓝牙模块和位置传感器；所述运动启停系统包括第二微控制器，第二微控制器外部连接有继电器、第二蓝牙模块和LCD显示模块。

前述的系统中，所述位置传感器为两组激光对射传感器，每组激光对射传感器包括分别位于轨道两侧的发射端和接收端，两组激光对射传感器沿轨道的长度方向并排设置，两组激光对射传感器之间的距离小于物料小车的长度。

前述的系统中，所述两组激光对射传感器的接收端分别连接第一微控制器的两个数字信号接口，通过数字信号接口的电位变化判断物料小车是否经过；同时通过数字信号接口的变化顺序判断小车的运动方向。

前述的系统中，所述第二微控制器外部连接有语音芯片，通过语音芯片播报物料小车的位置以及提醒使用者关闭物料小车的动力系统。

前述的系统中，所述第二微控制器内设有用于存储物料小车位置信息的只读存储器，所述第二蓝牙模块外部连接手机；当运动启停系统断电重启时，由手机经第二蓝牙模块向第二微控制器发送数据恢复信号，触发第二微控制器从只读存储器中读取物料小车的位置信息。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

(1)本发明通过对物料小车开启时间和电机停机时间的记录，可以计算出物料小车在轨道上的位置值，通过对物料小车在输送过程中的位置检测，使检测点可以对估算的位置值进行校正，使本发明在物料小车的持续移动过程中能够准确的计算出其位置值，从而提高对物料小车的定位精度和停车准确度；

(2)本发明在上述定位启停方法的基础上，具体设置了相应的定位启停系统，使其仅通过传感器检测系统和运动启停系统便能实现对物料小车的定位、启停和位置校正工作，有效降低了对物料小车的定位启停成本和能耗，并具有良好的工作稳定性；

(3)通过第二微控制器和继电器的配合，可以对物料小车的移动位置和预设的停靠位置进行比对，并在物料小车移动至停靠位置时自动关闭电机使物料小车停止，从而防止因工人造成的误操作，提高了物料小车在输送时的安全性；通过对小车定位精度的提高，还可以有效减小物料小车在停靠时与预设位置的偏差，提高物料小车在装卸物料时的稳定性和装卸效率；

(4)通过激光对射传感器和第一微控制器的配合，使物料小车通过时能够准确的计算出物料小车的中心点位置值和移动方向；通过第一蓝牙模块和第二蓝牙模块的配合则能够在物料小车经过时完成数据交互，从而使校正数据能够稳定传递至第二微控制器，保证第二微控制器对物料小车的控制精度；

(5)通过只读存储器和第二蓝牙模块和手机端的配合，可以在运动启停系统因意外断电时，将物料小车的位置信息发送至重启后的第二微控制器，从而避免意外造成的数据丢失，进一步提高了本发明的工作稳定性；

所以，本发明具有定位精度高、安全性好的特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是传感器检测系统的连接电路图；

图3是运动启停系统的连接电路图；

图4是激光对射传感器在未被遮挡时的结构示意图；

图5是激光对射传感器在被遮挡时的结构示意图。

附图中的标记为：1-第一微控制器，2-第一蓝牙模块，3-第二微控制器，4-继电器，5-第二蓝牙模块，6-LCD显示模块，7-发射端，8-接收端，9-语音芯片，10-扬声器。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例。一种基于位置补偿的物料小车定位启停方法，包括以下步骤：

①记录物料小车在开启后的总时间，得A总时间；

②记录电机的停机时间，得B停机时间；

③根据A总时间和B停机时间计算出电机的工作时间，该工作时间为物料小车开启后的总时间与电机的停机时间之差，得C工作时间；

④根据C工作时间计算出物料小车运动的总行程，该总行程由C工作时间乘以物料小车预设的运行速度得到，得D总行程；

⑤根据物料小车往返一次的路程长度和D总行程，计算出物料小车在轨道上的位置值和物料小车的往返运动次数，将物料小车往返一次的路程记为轨道总长度L，物料小车在轨道上的位置值E用D总行程除以轨道总长度L的余数表示，即E＝D％L(％表示取余)

物料小车在轨道上往返运动的次数F用D总行程除以轨道总长度L的商表示，即F＝[D/L]

得E位置值和F往返次数；

⑥利用检测点检测物料小车在穿过检测点时的位置，并将检测到的位置值与E位置值进行比较，得到并补偿物料小车当前的位置偏差，获得校正后的物料小车总行程，得G总行程；

⑦小车在未经过检测点前，将E位置值记为定位位置；小车经过检测点后，根据物料小车往返一次的路程长度和G总行程，计算出物料小车校正后在轨道上的位置值P，即P＝G％L，得定位位置(定位位置即为位置值P)；

⑧预设物料小车需要停靠的位置，当步骤⑦中得到的定位位置等于物料小车需要停靠的位置时，控制物料小车进行自动停止和启动。

所述步骤⑥具体包括以下步骤：

⑥①以两组激光对射传感器之间的中心点作为小车位置检测点，当物料小车经过检测点时，检测点获取物料小车的E位置值和D总行程，并测出物料小车当前在轨道中的位置值，得g1位置值；

⑥②检测点根据g1位置值和E位置值，计算出物料小车的运动位置误差，以检测点到物料小车起始点的距离为JP，将JP与位置值E进行比较得到物料小车在运动过程中的位置误差g2，即物料小车在往返一次过程中，第一次经过检测点时的误差值为g2＝JP-E，第二次经过检测点时的误差值为g2＝(L-JP)-E，得g2误差值；

⑥③检测点将g2误差值和D总行程相加，得到校正后的物料小车总行程，即G＝D+g2，得G总行程。

所述A总时间和B停机时间均采用Arduino函数库中的时间函数mills()记录得到。

所述步骤②中的停机时间包括电机在通电后还未工作的时间，物料小车在运行过程中的停车时间和工作人员误操作导致的停机时间，停机时间为电机重启后的计时与停机前的计时之差(计算通电后还未工作的时间时，停机前的计时记做0)。

所述一种基于位置补偿的物料小车定位启停方法所用的系统，构成如图1-3所示，包括位于轨道外侧的传感器检测系统和位于物料小车上的运动启停系统，所述传感器检测系统包括第一微控制器1，第一微控制器1外部分别连接有第一蓝牙模块2和位置传感器；所述运动启停系统包括第二微控制器3，第二微控制器3外部连接有继电器4、第二蓝牙模块5和LCD显示模块6；第一微控制器1和第二微控制器3均基于Arduino Uno，芯片型号为Atmega328p，工作电压为3.3V；LCD显示模块6用于显示物料小车的位置信息；继电器4与第二微控制器3相连，当物料小车到达指定位置后，触发第二微控制器3的数字信号接口电位变化命令，进而通过继电器实现对电机的自动开启和关闭。

所述第二微控制器3控制电机开关的方法具体为：

1.测量物料小车需要停止的位置，将位置的前后段作为触发小车停止的指令，即系统计算当物料小车的停车位置为P±K(其中P为预设的小车停止位置，K为该位置段长度的二分之一)时，触发电机停止运动的指令；

2.系统将第二微控制器3的1号数字信号接口设为低电平，此时继电器4的常开触点断开，与之串联的电机回路也因此断开，从而使电机停止转动；小车在往返一次的过程中，该位置段只能触发一次停止指令，以避免小车在某一位置段的多次停留；

3.当需要重启电机时，将第二微控制器3的1号数字信号接口设为高电平，此时继电器4的常开触点连通，与之串联的电机回路也因此接通，进而启动电机。

所述位置传感器为两组激光对射传感器，每组激光对射传感器包括分别位于轨道两侧的发射端7和接收端8，两组激光对射传感器沿轨道的长度方向并排设置，两组激光对射传感器之间的距离小于物料小车的长度。

所述两组激光对射传感器的接收端8分别连接第一微控制器1的4号数字信号接口和5号数字信号接口，两组激光对射传感器的负极接口均接第一微控制器1的GND接口，通过4、5号数字信号接口的电位变化判断物料小车是否经过；如图4所示，当两组激光对射传感器未被完全遮挡的情况下，接收端8能收到发射端7发出的激光信号，收到发射信号的激光对射传感器内部回路接通，第一微控制器1对应的数字信号接口接地为低电平，由此判断小车未经过检测点；当小车经过时，如图5所示，两组激光对射传感器均被遮挡，接收端8无法收到发射端7发出的激光信号，激光对射传感器内部回路断开，第一微控制器1对应的数字信号接口均为高电平；

同时通过数字信号接口的变化顺序判断小车的运动方向；当激光对射传感器检测物料小车经过时，通过第一蓝牙模块2和第二蓝牙模块5将小车的位置信息传输至第二微控制器3。

所述第二微控制器3外部连接有带有扬声器接口的语音芯片9，语音芯片外部连接扬声器10，语音芯片9的型号可选用YS-XFSV2，工作电压为3.3V，该芯片为系统提供语音提醒功能，用于播报小车的位置以及提醒使用者关闭小车的动力系统，系统工作时，第二微控制器3将语音播报信号传输给语音芯片9，进而控制扬声器10进行语音播报。

所述第二微控制器3内设有用于存储物料小车位置信息的只读存储器EEPROM，所述第二蓝牙模块5外部连接手机；当运动启停系统断电重启时，由手机在启动物料小车动力系统前经第二蓝牙模块5向第二微控制器3发送数据恢复信号，触发第二微控制器3从只读存储器中读取物料小车的位置信息。

本发明的工作原理：当物料小车在开启后，运动启停系统与物料小车的电机一同开启，并通过mills()函数获取第二微控制器3的运行总时间，该运行总时间即为物料小车在运行后的A总时间；同时，第二微控制器3在开启后通过mills()获取物料小车在运行过程中的停机时间，从而计算出电机的工作时间以及物料小车的运动行程。第二微控制器3根据物料小车的运动行程计算出物料小车在当前轨道上的位置值，从而实现对物料小车的实时定位。当物料小车经过传感器检测系统时，由激光对射传感器检测并将信号传递给第一微控制器1，并由第一微控制器1将物料小车的位置信息依次经第一蓝牙模块2和第二蓝牙模块5传递至第二微控制器3，第二微控制器3在收到位置信息后将其与之前估算的位置值进行比较并校正，得到校正后的小车位置，从而消除物料小车在长距离移动后的检测位置偏差。当物料小车到达第二微控制器3预设的停靠位置时，第二微控制器3通过继电器3对物料小车进行启停，同时通过语音芯片9和扬声器10向外播放语音信息，提醒工作人员及时操作。

第二微控制器3通过只读存储器EEPROM记录小车的实时位置信息，当运动启停系统突然断电或断电时物料小车未返回原点时，第二微控制器3重新启动后在物料小车的电机启动前将第二蓝牙模块5连接手机端，通过手机端向第二微控制器3发送数据恢复信号，触发第二微控制器3从只读存储器中读取物料小车的位置信息。

Claims (9)

1.一种基于位置补偿的物料小车定位启停方法，其特征在于，包括以下步骤：

①记录物料小车在开启后的总时间，得A总时间；

②记录电机的停机时间，得B停机时间；

③根据A总时间和B停机时间计算出电机的工作时间，得C工作时间；

④根据C工作时间计算出物料小车运动的总行程，得D总行程；

⑤根据物料小车往返一次的路程长度和D总行程，计算出物料小车在轨道上的位置值和物料小车的往返运动次数，得E位置值和F往返次数；

⑥利用检测点检测物料小车在穿过检测点时的位置，并将检测到的位置值与E位置值进行比较，得到并补偿物料小车当前的位置偏差，获得校正后的物料小车总行程，得G总行程；

⑦小车在未经过检测点前，将E位置值记为定位位置；小车经过检测点后，根据物料小车往返一次的路程长度和G总行程，计算出物料小车校正后在轨道上的位置值，得定位位置；

⑧预设物料小车需要停靠的位置，当步骤⑦中得到的定位位置等于物料小车需要停靠的位置时，控制物料小车进行自动停止和启动。

2.根据权利要求1所述的一种基于位置补偿的物料小车定位启停方法，其特征在于，所述步骤⑥具体包括以下步骤：

⑥①当物料小车经过检测点时，检测点获取物料小车的E位置值和D总行程，并测出物料小车当前在轨道中的位置值，得g1位置值；

⑥②检测点根据g1位置值和E位置值，计算出物料小车的运动位置误差，得g2误差值；

⑥③检测点将g2误差值和D总行程相加，得到校正后的物料小车总行程，得G总行程。

3.根据权利要求1所述的一种基于位置补偿的物料小车定位启停方法，其特征在于：所述A总时间和B停机时间均采用Arduino函数库中的时间函数记录得到。

4.根据权利要求1所述的一种基于位置补偿的物料小车定位启停方法，其特征在于：所述步骤②中的停机时间包括电机在通电后还未工作的时间，物料小车在运行过程中的停车时间和工作人员误操作导致的停机时间。

5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的一种基于位置补偿的物料小车定位启停方法所用的系统，其特征在于：包括位于轨道外侧的传感器检测系统和位于物料小车上的运动启停系统，所述传感器检测系统包括第一微控制器(1)，第一微控制器(1)外部分别连接有第一蓝牙模块(2)和位置传感器；所述运动启停系统包括第二微控制器(3)，第二微控制器(3)外部连接有继电器(4)、第二蓝牙模块(5)和LCD显示模块(6)。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述位置传感器为两组激光对射传感器，每组激光对射传感器包括分别位于轨道两侧的发射端(7)和接收端(8)，两组激光对射传感器沿轨道的长度方向并排设置，两组激光对射传感器之间的距离小于物料小车的长度。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述两组激光对射传感器的接收端(8)分别连接第一微控制器(1)的两个数字信号接口，通过数字信号接口的电位变化判断物料小车是否经过；同时通过数字信号接口的变化顺序判断小车的运动方向。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述第二微控制器(3)外部连接有语音芯片(9)。

9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述第二微控制器(3)内设有用于存储物料小车位置信息的只读存储器，所述第二蓝牙模块(5)外部连接手机；当运动启停系统断电重启时，由手机经第二蓝牙模块(5)向第二微控制器(3)发送数据恢复信号，触发第二微控制器(3)从只读存储器中读取物料小车的位置信息。

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