CN111620029A - 穿梭车控制装置、方法及穿梭车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种穿梭车控制装置、方法及穿梭车，该穿梭车控制装置包括嵌入式主芯片，以及与嵌入式主芯片连接的功能模块：开关量模块和DAC模块。本发明使用嵌入式技术，将嵌入式主芯片和功能模块芯片集于一体，可自行增减或者预留硬件功能模块，便于产品升级优化；在使用过程中遇到个别产品兼容性不稳定时，功能模块底层程序和运用层程序都可根据实际情况进行修改，增加了通过程序优化解决该问题的途径。本发明在实现PLC相同功能的同时，降低了成本；并且提高了产品功能搭配、更改、优化的自主性，不再只依赖于PLC方案，而且便于后期维护，根据现象能快速确定有问题的功能模块，并且可以自行更换和测试，适宜推广应用。

Description

穿梭车控制装置、方法及穿梭车

技术领域

本发明涉及智能控制技术领域，尤其是涉及一种穿梭车控制装置、方法及穿梭车。

背景技术

在电商领域的带领下，越来越多的行业使用智能化立体仓库，其中穿梭车是立体仓库中的重要设备，主要起到运输的作用，提高了企业的运输效率。目前，市场上传统的穿梭车均是使用国外PLC技术，但是采用PLC技术的穿梭车存在如下不足：在国产电机及伺服驱动器成熟发展的同时，要实现与其配合往往需要根据不同型号及功能选择第三方通讯转接模块，究其原因是不同型号PLC主体的功能是固定的，如果之前使用IO口控制电机运动，后期要想更换总线控制方式(如RS485、CAN、EtherCAT等)控制电机动作，在PLC主体支持该功能时需要额外增加配套模块，在PLC主体不支持该功能时则需要更换PLC型号；PLC只能基于应用层编程使用，在配套使用个别驱动器以及电机时往往会出现通讯不稳定情况，在无法修改底程序时，只能选择更换品牌或者型号。上述问题严重影响了产品功能升级及性能优化的灵活性。同时，无论是PLC还是配套模块的价格都比较高，增加了企业投入成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种穿梭车控制装置、方法及穿梭车，来解决上述背景技术部分提到的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种穿梭车控制装置，该装置包括嵌入式主芯片、开关量模块和DAC模块；嵌入式主芯片：嵌入式主芯片分别与开关量模块和DAC模块连接，嵌入式主芯片还与调度系统通信连接，用于接收调度系统发出的控制指令，用于向开关量模块发送操作指令，用于向DAC模块发送数字量数据；开关量模块：开关量模块还分别与穿梭车电机和传感器连接，用于采集传感器信号，用于控制电机转动方向；DAC模块：DAC模块还与穿梭车电机连接，用于将数字量数据转化为模拟量数据，向穿梭车电机发送模拟量数据。

在可选的实施方式中，上述DAC模块用于将数字量的穿梭车电机目标转速转换为模拟量的电压值，通过模拟量的电压值控制穿梭车电机的转速；嵌入式主芯片用于向开关量模块发送电机转向指令；开关量模块用于根据电机转向指令控制继电器吸合或者断开，以控制穿梭车电机的转动方向。

在可选的实施方式中，上述开关量模块还用于接收嵌入式主芯片发送的传感器状态读取指令，并将采集的传感器信号回传给嵌入式主芯片。

在可选的实施方式中，上述装置还包括编码器；该编码器用于采集穿梭车电机转动轴的转动圈数并向嵌入式主芯片输出脉冲信号，该编码器固定在电机转动轴上；嵌入式主芯片接收脉冲信号，记录脉冲的个数，计算穿梭车的运动位移。

在可选的实施方式中，上述装置还包括ADC模块，该ADC模块与嵌入式主芯片连接；该ADC模块用于监控穿梭车电源的电压，并将模拟量的电压值转换为数字量的电压值，将数字量的电压值发送给嵌入式主芯片。

在可选的实施方式中，上述装置还包括存储器；该存储器与嵌入式主芯片连接；该存储器用于存储穿梭车相关数据，该相关数据包括IP地址、编号、运行参数；该嵌入式主芯片能够从存储器中读取相关数据。

在可选的实施方式中，上述装置还包括CAN模块，该CAN模块用于伺服电机主流的CAN总线运动控制。

在可选的实施方式中，上述嵌入式主芯片还用于读取穿梭车中的锂电池和超级电容的电压；如果电压低于预设阈值，该嵌入式主芯片通过开关量模块控制外部电源为锂电池和所述超级电容充电，或者控制锂电池为超级电容供电。

在可选的实施方式中，上述嵌入式主芯片与开关量模块通过总线、串口或者无线模块通信连接；该总线包括RS485总线、SPI总线、IIC总线、RS422总线或者自定义总线。

在可选的实施方式中，上述开关量模块通过脉冲方式、总线方式、可编程逻辑器件方式、继电器吸合方式控制所述穿梭车电机的转动方向。

第二方面，本发明实施例提供一种穿梭车控制方法，该方法应用于上述穿梭车控制装置，该方法包括：根据穿梭车控制装置中的存储器存储的穿梭车的IP地址、编号、运行参数，对穿梭车进行配置；配置完成后，程序开始运行，嵌入式主芯片读取存储器中的数据；根据穿梭车的IP地址打开网页，在手动状态下，通过网页上的按钮图标控制穿梭车运动，同时显示开关量模块采集的传感器信号、锂电池电压和超级电容电压；在自动状态下，由调度系统向所述嵌入式主芯片发送控制指令，以使嵌入式主芯片根据控制指令控制所述穿梭车运动。

在可选的实施方式中，上述控制指令包括：控制穿梭车的运行方向和目标位移；上述嵌入式主芯片根据控制指令控制穿梭车运动的步骤，包括：嵌入式主芯片接收并获取控制指令中的运行方向和目标位移，对目标位移和运行参数进行计算，得到穿梭车电机的数字量的目标速度，将目标速度发送至DAC模块，以使DAC模块将目标速度转换为模拟量的电压值，通过模拟量的电压值控制穿梭车电机的转速；嵌入式主芯片根据运行方向向开关量模块发送电机转向指令，以使开关量模块根据接收到的电机转向指令控制穿梭车电机的转动方向。

在可选的实施方式中，上述对目标位移和运行方向进行计算，得到所穿梭车电机的数字量的目标速度的步骤，包括：嵌入式主芯片将目标位移和运行参数代入PID算法进行运算，输出穿梭车电机的数字量的控制电压；将控制电压确定为数字量的目标速度。

第三方面，本发明实施例提供一种穿梭车，该穿梭车包括穿梭车电源、穿梭车电机、传感器，以及前述实施方式任一项所述的穿梭车控制装置。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的一种穿梭车控制装置、方法及穿梭车，该穿梭车控制装置包括嵌入式主芯片，以及与嵌入式主芯片连接的功能模块：开关量模块和DAC模块等。本发明将嵌入式主芯片和功能模块芯片集于一体，底层和应用层程序自行开发，在实现PLC相同功能的同时提高了产品功能升级的方便性、性能优化的灵活性，而且成本低，适宜推广应用。相对于PLC每种型号硬件功能固定，产品升级优化从硬件上需要第三方转接设备或者重新选择型号，本发明采用嵌入式技术，在产品的整体外形尺寸方面:可根据自身需求调整外形和尺寸，可做成一体式也可以分体式即将部分功能模块分开，通过总线数据交互；在硬件功能方面：根据未来产品需求及发展趋势，可自行增减或者预留硬件功能模块，便于产品升级优化；在软件方面：传统PLC技术只能基于运用层编程使用，本发明使用嵌入式技术，由于底层和应用层程序自行编写，在使用过程中遇到个别产品兼容性不稳定时，功能模块底层程序和运用层程序都可根据实际情况进行修改，增加了通过程序优化解决该问题的途径。综上所述本发明在实现PLC相同功能的同时，降低了成本，并且提高了产品功能搭配、更改、优化的自主性，不再只依赖于PLC方案，而且便于后期维护，根据现象能快速确定有问题的功能模块，并且可以自行更换和测试。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种穿梭车控制装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种穿梭车控制装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种穿梭车控制方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的另一种穿梭车控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

目标采用PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)技术的穿梭车存在的不足，影响了产品功能升级及性能优化的灵活性，同时，无论是PLC还是配套模块的价格都比较高，增加了企业投入成本。基于此，本发明实施例提供了一种穿梭车控制装置、方法及穿梭车，该技术可以应用于智能化立体仓库或者其他的仓库中的穿梭车控制场景中，下面通过实施例对该技术进行详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种穿梭车控制装置，如图1所示，该装置包括嵌入式主芯片10、开关量模块11和DAC模块12。

上述嵌入式主芯片10：该嵌入式主芯片10分别与开关量模块11和DAC(Digital toAnalog Converter，数模转换器)模块12连接，该嵌入式主芯片10还与调度系统通信连接，用于接收调度系统发出的控制指令，用于向该开关量模块11发送操作指令，用于向DAC模块12发送数字量数据。

上述开关量模块11：该开关量模块11还分别与穿梭车电机和传感器连接，用于采集传感器信号，用于控制穿梭车电机的转动方向。

上述DAC模块12：该DAC模块12还与穿梭车电机连接，用于将数字量数据转化为模拟量数据，向穿梭车电机发送模拟量数据。

在具体实现时，上述嵌入式主芯片10与调度系统通过无线模块连接，也即是该无线模块用于调度系统和嵌入式主芯片10通信，用户可以操作调度系统向嵌入式主芯片发送控制指令，该控制指令中包含的内容可以根据用户需求设定，例如，该控制指令中可以包含运动信息(如，运行方向、目标位移、速度等)。该嵌入式主芯片10接收到该控制指令后进行报文解析，协调相应的功能模块进行动作相应，动作完成后嵌入式主芯片10发送动作完成报文给调度系统。这里的功能模块可以指穿梭车控制装置中与嵌入式主芯片10连接各个模块，例如，开关量模块11和DAC模块12。

上述嵌入式主芯片10包括但不限于可编程逻辑控制器(Microcontroller Unit，简称MCU)。在一些实施例中，该嵌入式主芯片10可以采用ARM(Cortex-M系列内核)，还可以采用下述方式实现：ARM(Cortex-M、Cortex-A、Cortex-R系列内核)、FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)和DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)任意组合的方式，或者ARM(Cortex-M、Cortex-A、Cortex-R系列内核)、CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)和DSP任意组合的方式。上述传感器可以是光电传感器。

在具体实现时，嵌入式主芯片10可以根据控制指令，向开关量模块11或者DAC模块12发送操作指令，也可以实时或者定时的向开关量模块11发送指定报文，以控制开关量模块11执行相应的操作。开关量模块11可以接收到操作报文或者指定报文，并对报文进行解析，根据解析结果对穿梭车电机和传感器响应相应的操作(例如，采集传感器信号或者控制穿梭车电机的转动方向等)，并将响应结果返回给嵌入式主芯片10。

在一些实施例中，嵌入式主芯片用于向开关量模块发送电机转向指令；该开关量模块用于根据该电机转向指令控制继电器吸合或者断开，以控制穿梭车电机的转动方向。也可以理解为：嵌入式主芯片发送控制继电器动作报文给开关量模块，该开关量模块解析报文后，回送相同报文给嵌入式主芯片，同时吸合或断开继电器，实现穿梭车电机的转动方向控制。

上述DAC模块12用于穿梭车电机的转速控制，该穿梭车电机(可以为直流电机)的转速和其电压有固定对应关系，因此，DAC模块可以用于将数字量的穿梭车电机目标转速转换为模拟量的电压值，通过模拟量的电压值控制穿梭车电机的转，也即是嵌入式主芯片可以将数字量的穿梭车电机目标转速通过DAC模块转换成对应的模拟量的电压值，输出到电机，实现电机转速控制。

本发明实施例提供的一种穿梭车控制装置，该穿梭车控装置包括嵌入式主芯片，以及与嵌入式主芯片连接的功能模块：开关量模块和DAC模块等。本发明使用嵌入式技术，将嵌入式主芯片和功能模块芯片集于一体，可自行增减或者预留硬件功能模块，便于产品升级优化；在使用过程中遇到个别产品兼容性不稳定时，功能模块底层程序和运用层程序都可根据实际情况进行修改，增加了通过程序优化解决该问题的途径。本发明在实现PLC相同功能的同时，降低了成本；并且提高了产品功能搭配、更改、优化的自主性，不再只依赖于PLC方案，而且便于后期维护，根据现象能快速确定有问题的功能模块，并且可以自行更换和测试，适宜推广应用。

实施例二

本发明实施例还提供了另一种穿梭车控制装置，如图2所示，该装置包括嵌入式主芯片10、开关量模块11和DAC模块12。

具体地，该嵌入式主芯片10与开关量模块11通过总线、串口或者无线模块通信连接或者进行数据交互；所述总线包括RS485总线、SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)总线、IIC(Inter Integrated Circuit，集成电路总线)总线、RS422总线、CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线或者自定义总线。

在具体实现时，上述开关量模块11可以通过脉冲方式、总线方式(该中线包括SPI总线、IIC总线、RS485、RS422、CAN总线、自定义并口总线等)、可编程逻辑器件(FPGA)方式、继电器吸合方式控制穿梭车电机的转动方向。

例如，开关量模块通过继电器吸合方式控制穿梭车电机的转动方向时，嵌入式主芯片发送控制继电器动作报文给开关量模块11，该开关量模块解析该控制继电器动作报文，吸合或者断开继电器，实现电机转动方向控制。具体地，开光量模块11输出高信号时，继电器吸合，穿梭车电机正向转动回路导通，实现穿梭车电机正转；开关量模块11输出低信号，继电器断开，穿梭车电机反向转动回路导通，实现穿梭车电机反转。

进一步地，上述开关量模块11还用于接收嵌入式主芯片10发送的传感器状态读取指令，并将采集的传感器信号回传给嵌入式主芯片10。

上述嵌入式主芯片10读取传感器状态报文(相当于上述传感器状态读取指令)给开关量模块11，该开关量模块11解析报文后，回送传感器信息报文给嵌入式主芯片10。在具体实现时，上述开关量模块11中设置有信号存储单元；该信号存储单元用于保存开关量模块11实时采集的传感器信号；该嵌入式主芯片10定时向开关量模块11发送传感器状态读取指令；该开关量模块11接收到传感器状态读取指令后，将开关量模块11的信号存储单元中的传感器信号返回给嵌入式主芯片10，也即是将该状态信号生成传感器信息报文，回传给嵌入式主芯片10。

开关量模块11实时采集传感器信号的原理为：传感器的信号输出引脚接入开光量模块的读取数据引脚，当被物体遮挡时(物体在本方案中指：穿梭车运行轨道中的定位凸点)，传感器输出高信号；没有被遮挡时，传感器输出低信号，开光量模块定时循环地判断读取数据引脚的高低信号(相当于上述状态信号)，并将该高低信号保存在信号存储单元中。当开关量模块接收到读取传感器状态报文时，如果当前状态信号为高信号，将该高信号转换为数值1，如果当前状态信号为低信号，将该低信号转换为数值0，再按照Modbus协议将数值进行数据打包，形成一帧报文，发送给嵌入式主芯片。

进一步地，上述装置还包括ADC(Analog-to-Digital Converte，简称模数控制)模块20，该ADC模块20与嵌入式主芯片10连接，该ADC模块20单独设置或者设置于开关量模块11内部(图2所示的ADC模块为ADC模块单独设置的示意图)；该ADC模块20用于监控穿梭车电源的电压，并将模拟量的电压值转换为数字量的电压值，将数字量的电压值发送给嵌入式主芯片10。具体地，上述ADC模块20用于穿梭车电源电压监测，模拟量的电池电压值或者电容电压值通过ADC模块20转换为嵌入式主芯片10能处理运算的数字量，实现穿梭车电源电压监控。

在具体实现时，开关量模块11接收到嵌入式主芯片10发送的电压采集报文时或者达到预设周期时，会采集穿梭车电源的电压值，该电压为模拟量的电压值；将该模拟量的电压值发送至ADC模块20，以使ADC模块20将模拟量的电压值转换为数字量的电压值，并将该数字量的电压值发送至嵌入式主芯片10，通常可以按照Modbus协议将数字量的电压值进行数据打包，形成一帧报文，发送给嵌入式主芯片。

在一些实施例中，上述开关量模块11通过硬件调理电路与穿梭车电源连接，穿梭车电源的直流电压值通过硬件调理电路按照一定比例系数(例如：比例系数K1)缩小为开关量模块引脚能接收的电压值，此时该电压值为模拟量，再经过开关量模块11内部自带的ADC模块20或者独立设置的ADC模块20，将该模拟量转换为数字量，例如：开关量模块11自带的ADC模块20或者独立的ADC模块20固定的内部硬件规定数字量4096对应为3.3V模拟量，若采集的直流电压最终转化成数字量为2048，则采集的直流电压实际值可以推算为(3.3/4096*2048)/K1)V。

上述嵌入式主芯片10和开关量模块11之间数据交互原理可以为：嵌入式主芯片10作为主设备、开关量模块11为从设备，采用一问一答的机制(主设备发送请求及控制，从设备进行相应的应答操作)；例如，该嵌入式主芯片10可以通过RS485总线，按照Modbus协议循环依次发送读取传感器状态报文、读取电压报文(相当于上述电压采集报文)、控制电机转动方向报文等，开关量模块11获取报文后按照Modbus协议进行报文解析，获取到报文类型、报文有效数据后开关量模块进行相应的应答操作。

进一步地，上述装置还包括编码器21；该编码器21用于采集穿梭车电机转动轴的转动圈数并向嵌入式主芯片10输出脉冲信号，该编码器21固定在电机转动轴上；嵌入式主芯片10接收该脉冲信号，记录脉冲的个数，计算穿梭车的运动位移。在具体实现时，该编码器21用于穿梭车运动位移监测，编码器21转动一圈输出固定个数脉冲，嵌入式主芯片开启技术功能，记录下脉冲数，转换换成位移，实现穿梭车运动位移检测。

上述编码器21通常固定在穿梭车电机的转动轴上，当穿梭车电机转动后固定在转动轴上的编码器21可以跟随该转动轴转动，编码器21转动一圈会输出一次脉冲信号，嵌入式主芯片10采取脉冲捕获的方式记录脉冲个数。

在具体实现时，上述调度系统向嵌入式主芯片10发送的控制指令中还可以包括穿梭车的目标位移；该嵌入式主芯片10接收该控制指令，并在获取到控制指令中的目标位移时，该嵌入式主芯片10开启计数功能，记录编码器21发送的脉冲数，并将该脉冲数转换成穿梭车的运动位移，以通过该运动位移判断穿梭车是否达到目标位移。

上述嵌入式主芯片10获取到目标位移后，会将该目标距离带入其自带的运动控制算法中，并通过该运动控制算法规划出一条理论上的时间-速度曲线，此时编码器21跟随穿梭车电机的转动轴转动，且转动一圈会输出一次脉冲信号，该嵌入式主芯片10采取脉冲捕获记录脉冲个数，若为n，因机械结构固定，每转动一圈的位移已知，若为s0，则当前时刻实际的运动位移为S＝n*s0；当前实际的运动位移再带入运动控制算法，再进行时间—速度曲线规划，重复此动作实时规划运算，直至到实际的运动位移接近目标位移，并配合光电传感系统进行停车(也即是在运动位移接近目标位移，且传感器的状态信号为高信号时，控制穿梭车停止运行)。

进一步地，上述装置还包括存储器22；该存储器22与嵌入式主芯片10连接；该存储器22用于存储穿梭车相关数据；该相关数据包括IP(Internet Protocol，网际互连协议)地址、编号、运行参数。该存储器可以采用但不限于SD(Secure Digital，安全数码)卡。该运行参数包括但不限于加速度、减速度、编码器修正系数、算法修正参数、穿梭车使用里程、使用频次。

在具体实现时，该存储器22用于存储数据，每台穿梭车运行前向存储器22中写入相关数据，运行时，嵌入式主芯片从存储器中读取相关数据。

进一步地，上述装置还包括CAN模块23，该CAN模块23用于伺服电机主流的CAN总线运动控制。在具体实现时，上述穿梭车电机通常为直流无刷电机，这里预留的CAN模块与嵌入式主芯片连接，可以接入伺服电机，从而无需重新配置，即由伺服电机控制穿梭车的运动。

在具体实现时，上述ADC模块和开关量模块参与穿梭车电源(外部电源、锂电池、超级电容)系统的管理。穿梭车动力系统由超级电容提供，上述嵌入式主芯片可以实时读取穿梭车中的锂电池和超级电容的电压；如果该电压低于预设阈值，该嵌入式主芯片通过开关量模块控制外部电源为锂电池和超级电容充电，或者控制所述锂电池为超级电容供电。当电压低于预设阈值时，表示穿梭车动力不足，此时嵌入式主芯片通过开关量模块控制外部电源继电器吸合给锂电池和超级电容充电，或者控制锂电池继电器吸合给超级电容供电。

实施例三

对应于上述穿梭车控制装置，本发明实施例还提供了一种穿梭车控制方法，该方法应用于上述穿梭车控制装置，如图3所示，该方法包括：

步骤S302，根据穿梭车控制装置中的存储器存储的穿梭车的IP地址、编号、运行参数，对穿梭车进行配置。

在具体实现时，程序开始运行前，需要用户通过配置软件向穿梭车控制装置的存储器中写入穿梭车的IP地址、编号、运行参数等数据，以使该存储器保存写入的数据。

步骤S304，配置完成后，程序开始运行，嵌入式主芯片读取存储器中的数据；根据穿梭车的IP地址打开网页，在手动状态下，通过网页上的按钮图标控制穿梭车运动，同时显示开关量模块采集的传感器信号、锂电池电压和超级电容电压。

上述穿梭车运动包括穿梭车直行运动、伸缩叉运动、穿梭车转弯运动等。在一些实施例中上述网页中还可以显示告警信息。

步骤S306，在自动状态下，网页运动控制功能失效，显示功能正常，由调度系统向嵌入式主芯片发送控制指令，以使嵌入式主芯片根据控制指令控制穿梭车运动。

在具体实现时，上述控制指令包括：控制穿梭车的运行方向和目标位移；上述步骤S306可以通过下述步骤10-11实现：

步骤10，嵌入式主芯片接收并获取控制指令中的运行方向和目标位移，对目标位移和运行参数进行计算，得到穿梭车电机的数字量的目标速度，将目标速度发送至DAC模块，以使DAC模块将目标速度转换为模拟量的电压值，通过模拟量的电压值控制穿梭车电机的转速；

步骤11，嵌入式主芯片根据,运行方向向开关量模块发送电机转向指令，以使开关量模块根据接收到的电机转向指令控制穿梭车电机的转动方向。

在具体实现时，嵌入式主芯片获取到目标位移后，将目标位移和运行参数代入PID(Proportion Integral Differential，比例积分微分控制)算法进行运算，输出穿梭车电机的数字量的控制电压；将该控制电压确定为数字量的目标速度。上述PID算法也可以称为运动控制算法，该算法会根据输入的目标位移和运行参数规划出一条理论上的时间-速度曲线，程序循环运行时将当前时刻理论速度值(相当于上述数字量的目标速度)通过DAC模块转换为对应的电压值，电压值越大穿梭车车电机转速越快，将转换后的电压值输出至穿梭车电机，使得穿梭车电机根据该电压值调整转速。当穿梭车电机转动后固定在转动轴上的编码器跟随转动，编码器转动一圈会输出一次脉冲信号，嵌入式主芯片采取脉冲捕获记录出脉冲个数，若为n，因机械结构固定，每转动一圈的位移已知，若为s0，则当前时刻的实际位移S＝n*s0。当前实际位移再带入运动控制算法，再进行时间—速度曲线规划，重复此动作实时规划运算，直至到实际位移接近目标位移，配合光电传感系统进行停车。

如图4所示为另一种穿梭车控制方法，该方法中根据穿梭车的IP地址打开网页，在手动状态下，通过网页上按钮图标控制穿梭车直行运动和伸缩叉运动，同时显示开关量模块采集的传感器的状态信号、锂电池电压和超级电容电压以及告警信息。

在自动状态下，网页运动控制功能失效，显示功能正常，此时调度系统开始工作并发送直直行运动、伸缩叉运动运动指令(相当于上述控制指令)给嵌入式主芯片，该嵌入式主芯片根据目标位移、运行参数进行计算，动态输出电机控制电压，最终实现直行运动、伸缩叉运动，经历加速、匀速、减速过程到达目标位置。其中，该嵌入式主芯片根据目标位移、运行参数进行计算，动态输出电机控制电压，最终实现直行运动、伸缩叉运动，经历加速、匀速、减速过程到达目标位置，具体包括：嵌入式主芯片将目标位移、运行参数带入PID算法运算，动态输出电机控制电压，最终实现直行运动、伸缩叉运动，经历加速、匀速、减速过程到达目标位置；其中，运行参数包括但不限于加速度、减速度、编码器修正系数。

嵌入式主芯片实时获取传感器状态以及电池、电容的电压信息，在直行运动、伸缩叉运动过程中，传感器状态异常、电压异常时，嵌入式主芯片会判断并记录告警状态，并停止直行运动、伸缩叉运动；调度系统和网页定时发报文来获取告警状态，并在接收到嵌入式主芯片回送的报文后进行解析，显示告警信息。需要说明的是，在本实施例中所述存储器采用但不限于SD卡；所述嵌入式主芯片采用但不限于可编程逻辑控制器(MCU)。

上述穿梭车控制方法，将嵌入式主芯片和功能模块芯片集于一体，底层和应用层程序自行开发，在实现PLC相同功能的同时提高了产品功能升级的方便性、性能优化的灵活性，而且成本低，适宜推广应用。相对于PLC每种型号硬件功能固定，产品升级优化从硬件上需要第三方转接设备或者重新选择型号，本发明采用嵌入式技术，在产品的整体外形尺寸方面:可根据自身需求调整外形和尺寸，可做成一体式也可以分体式即将部分功能模块分开，通过总线数据交互；在硬件功能方面：根据未来产品需求及发展趋势，可自行增减或者预留硬件功能模块，便于产品升级优化；在软件方面：传统PLC技术只能基于运用层编程使用，本发明使用嵌入式技术，由于底层和应用层程序自行编写，在使用过程中遇到个别产品兼容性不稳定时，功能模块底层程序和运用层程序都可根据实际情况进行修改，增加了通过程序优化解决该问题的途径。综上所述本发明在实现PLC相同功能的同时，降低了成本，并且提高了产品功能搭配、更改、优化的自主性，不再只依赖于PLC方案，而且便于后期维护，根据现象能快速确定有问题的功能模块，并且可以自行更换和测试。

实施例四

本发明实施例提供了一种穿梭车，该穿梭车包括穿梭车电源、穿梭车电机、传感器，以及上述实施例一和实施例二中的穿梭车控制装置，具体控制过程可以参照上述实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的穿梭车的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种穿梭车控制装置，其特征在于，所述装置包括：嵌入式主芯片、开关量模块和DAC模块；

所述嵌入式主芯片：所述嵌入式主芯片分别与所述开关量模块和所述DAC模块连接，所述嵌入式主芯片还与调度系统通信连接，用于接收所述调度系统发出的控制指令，用于向所述开关量模块发送操作指令，用于向所述DAC模块发送数字量数据；

所述开关量模块：所述开关量模块还分别与穿梭车电机和传感器连接，用于采集传感器信号，用于控制所述穿梭车电机的转动方向；

DAC模块：所述DAC模块还与所述穿梭车电机连接，用于将数字量数据转化为模拟量数据，向穿梭车电机发送模拟量数据。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述DAC模块用于将数字量的穿梭车电机目标转速转换为模拟量的电压值，通过所述模拟量的电压值控制所述穿梭车电机的转速；

所述嵌入式主芯片用于向所述开关量模块发送电机转向指令；所述开关量模块用于根据所述电机转向指令控制继电器吸合或者断开，以控制所述穿梭车电机的转动方向。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关量模块还用于接收所述嵌入式主芯片发送的传感器状态读取指令，并将采集的所述传感器信号回传给所述嵌入式主芯片。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括编码器；所述编码器用于采集穿梭车电机转动轴的转动圈数并向嵌入式主芯片输出脉冲信号，所述编码器固定在电机转动轴上；

所述嵌入式主芯片接收所述脉冲信号，记录脉冲的个数，计算穿梭车的运动位移。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括ADC模块，所述ADC模块与所述嵌入式主芯片连接；

所述ADC模块用于监控穿梭车电源的电压，并将模拟量的电压值转换为数字量的电压值，将所述数字量的电压值发送给所述嵌入式主芯片。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括存储器；所述存储器与所述嵌入式主芯片连接；

所述存储器用于存储所述穿梭车相关数据，所述相关数据包括IP地址、编号、运行参数；

所述嵌入式主芯片能够从所述存储器中读取所述相关数据。

7.根据权利要求1-6任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括CAN模块，所述CAN模块用于伺服电机主流的CAN总线运动控制。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述嵌入式主芯片还用于读取所述穿梭车中的锂电池和超级电容的电压；如果所述电压低于预设阈值，所述嵌入式主芯片通过所述开关量模块控制外部电源为所述锂电池和所述超级电容充电，或者控制所述锂电池为所述超级电容供电。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述嵌入式主芯片与所述开关量模块通过总线、串口或者无线模块通信连接；所述总线包括RS485总线、SPI总线、IIC总线、RS422总线或者自定义总线。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关量模块通过脉冲方式、总线方式、可编程逻辑器件方式、继电器吸合方式控制所述穿梭车电机的转动方向。

11.一种穿梭车控制方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-10任一项所述的穿梭车控制装置，所述方法包括：

根据所述穿梭车控制装置中的存储器存储的所述穿梭车的IP地址、编号、运行参数，对所述穿梭车进行配置；

配置完成后，程序开始运行，嵌入式主芯片读取所述存储器中的数据；根据所述穿梭车的IP地址打开网页，在手动状态下，通过所述网页上的按钮图标控制所述穿梭车运动，同时显示开关量模块采集的传感器信号、锂电池电压和超级电容电压；

在自动状态下，由调度系统向所述嵌入式主芯片发送控制指令，以使所述嵌入式主芯片根据所述控制指令控制所述穿梭车运动。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述控制指令包括：控制所述穿梭车的运行方向和目标位移；

所述嵌入式主芯片根据所述控制指令控制所述穿梭车运动的步骤，包括：

所述嵌入式主芯片接收并获取所述控制指令中的运行方向和目标位移，对所述目标位移和所述运行参数进行计算，得到所述穿梭车电机的数字量的目标速度，将所述目标速度发送至DAC模块，以使所述DAC模块将所述目标速度转换为模拟量的电压值，通过所述模拟量的电压值控制穿梭车电机的转速；

所述嵌入式主芯片根据所述运行方向向所述开关量模块发送电机转向指令，以使所述开关量模块根据接收到的所述电机转向指令控制所述穿梭车电机的转动方向。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述对所述目标位移和运行方向进行计算，得到所述穿梭车电机的数字量的目标速度的步骤，包括：

所述嵌入式主芯片将所述目标位移和所述运行参数代入PID算法进行运算，输出所述穿梭车电机的数字量的控制电压；将所述控制电压确定为所述数字量的目标速度。

14.一种穿梭车，其特征在于，所述穿梭车包括穿梭车电源、穿梭车电机、传感器，以及权利要求1-10任一项所述的穿梭车控制装置。

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