CN112320601A - 基于uwb测距的行吊定位系统、仓管方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于UWB测距的行吊定位系统，包括固定基站、第一行车基站、第二行车基站、吊钩标签、无线称重传感器和终端管理平台；终端管理平台结合固定基站、第一行车基站、第二行车基站、吊钩标签之间的距离计算得到吊钩标签的实时位置坐标；无线称重传感器实时采集吊钩承重，终端管理平台根据吊钩承重的变化趋势判断货物吊放状态。本发明能够通过UWB技术实现安装容易且定位精度高的天车定位系统，确定吊钩位置信息，再通过吊钩对其吊运的货物进行精准定位，使仓库中的货物也可以实现精确位置定位和信息化自动管理，减少人工工作量，降低工作风险。

Description

基于UWB测距的行吊定位系统、仓管方法

技术领域

本发明涉及行吊定位技术领域，具体而言涉及一种基于UWB测距的行吊定位系统、仓管方法。

背景技术

行吊作为一种常用的大型机械吊运装置，主要用于仓库、港口码头等场景的货物入库、出库、移库的吊运，在整个吊运过程中，目前采用的是传统人员监管来进行货物的管理，效率低下，需要通过信息化手段来提升整体管理水平。

传统的天车定位有两种方法，第一种方式是在天车运行方向的一面墙上，画上不同颜色的彩条，每一种颜色代表着一段距离，天车司机要随时查看墙上的彩条，然后来判断天车所在的位置，每两个彩条之间的距离至少在20cm以上，这样，对天车的定位是不准确的，同时，要求天车操作人员要有较好的记忆和经验，才能知道天车的大概位置。同时车下还要有一个人指挥，天车才能达到预定的位置，效率极其低下。人工进入库位查找，还很容易被压伤。第二种方式是采用在天车轮轴上加装编码器的方式，这种方式的缺点是，在天车制动的过程中，天车的车轮在轨道上打滑，编码器计数不准确，不能达到准确定位的目的。

另外，现有的货物管理系统还存在以下问题：

(1)安全问题

目前仓库货物的出入库，采用人工进入库位内进行查找，很容易被压伤。

(2)效率问题

现有的出入库管理采用人工纸质登记钢卷的属性，人工盯着入库，记录钢卷在哪个库位，再录入电脑中。出库采用人工对着登记的信息慢慢查找，效率很低下，人力投入成本也很高。

(3)监管问题

主要存在两点：1是出现丢货的问题；2是抵押的货物会被多次抵押或者出库提走。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于UWB测距的行吊定位系统、仓管方法，通过UWB技术实现安装容易且定位精度高的(平均定位精度高达10cm)天车定位系统，确定吊钩位置信息，再通过吊钩对其吊运的货物进行精准定位，使仓库中的货物也可以实现精确位置定位和信息化自动管理，减少人工工作量，降低工作风险。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于UWB测距的行吊定位系统，用于对仓库内的行车系统和货物进行定位，所述行车系统包括两条第一行车导轨、第一行车、第二行车和吊钩；所述两条第一行车导轨均平行于地面设置，第一行车垂直搭设在两条第一行车导轨上，沿第一行车导轨移动，该移动方向被定义成X方向；所述第一行车上设置有第二行车导轨，所述第二行车安装在第一行车上，沿第二行车导轨在两条第一行车导轨之间移动，该移动方向被定义成Y方向；所述吊钩竖直安装在第二行车上，沿竖直方向升降，该升降方向被定义成Z方向；

所述行吊定位系统包括固定基站、第一行车基站、第二行车基站、吊钩标签、无线称重传感器和终端管理平台；

所述固定基站固定安装在仓库内；所述终端管理平台根据使用需求选定原点构建行吊定位坐标系，并获取固定基站和第一行车导轨的位置坐标；

所述第一行车基站安装在第一行车上，通过UWB与固定基站进行TOF测距，得到第一行车基站与固定基站之间的实时距离，所述终端管理平台结合第一行车基站与固定基站之间的实时距离和固定基站的位置坐标，计算得到第一行车基站的实时位置坐标；

所述第二行车基站安装在第二行车上，通过UWB与第一行车基站进行TOF测距，得到第二行车基站与第一行车基站之间的实时距离，所述终端管理平台结合第二行车基站与第一行车基站之间的实时距离和第一行车基站的实时位置坐标，计算得到第二行车基站的实时位置坐标；

所述吊钩标签安装在吊钩上，通过UWB与第二行车基站进行TOF测距，得到吊钩标签与第二行车基站之间的实时距离，所述终端管理平台结合吊钩标签与第二行车基站之间的实时距离和第二行车基站的实时位置坐标，计算得到吊钩标签的实时位置坐标；

所述无线称重传感器安装在吊钩上，用于根据终端管理平台实时采集吊钩承重，将承重值发送至终端管理平台，终端管理平台根据吊钩承重的变化趋势判断货物吊放状态。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，所述固定基站安装在其中一条第一行车导轨的端部上，固定基站的位置坐标为行吊定位坐标系的原点。

进一步地，所述第一行车基站安装在第二行车导轨临近固定基站所安装的第一行车导轨的端部上。

进一步地，所述终端管理平台将仓库划分成若干个库位，每个库位具有独立的编号和位置坐标；

所述终端管理平台响应于吊钩标签的实时位置坐标发生变化，通过无线称重传感器采集吊钩承重，根据吊钩承重的变化趋势判断货物吊放状态，再结合货物吊放状态和吊钩标签的实时位置变化轨迹判断进出库状态以及货物对应的库位信息。

进一步地，所述终端管理平台内存储有仓管数据库，仓管数据库中包括库位信息和所有库位的货物存放信息。

本发明还提及一种基于前述行吊定位系统的仓管方法，所述仓管方法包括：

S1，初始化处理：

根据使用需求选定原点构建行吊定位坐标系，并获取固定基站和第一行车导轨的位置坐标；吊钩承重初始状态为0；将仓库划分成若干个库位，每个库位具有独立的编号和位置坐标；

S2，出入库判断：

当吊钩移动时，通过无线称重传感器采集吊钩承重，当吊钩承重大于第一承重阈值且持续时长超过第一时长阈值时，判断吊钩吊起货物，记录货物重量；将吊钩位置坐标和库位位置坐标做比对，如果吊钩位置坐标不在任意一个库位位置坐标范围内，进入入库处理流程，否则，进入出库处理流程；

S3，入库处理：

S31，采集吊钩实时移动位置坐标，绘制移动轨迹，直至吊钩承重降为0，记录当前吊钩位置坐标，将吊钩位置坐标和库位位置坐标做比对，得到库位编号；

S32，补充货物信息，将货物重量、库位编号、移动轨迹、入库时间和货物信息存入仓管数据库，生成入库记录，结束流程；

S4，出库处理：

S41，获取吊钩位置坐标所在库位编号和对应货物信息；

S42，采集吊钩实时移动位置坐标，绘制移动轨迹，直至吊钩承重降为0，记录当前吊钩位置坐标，将当前吊钩位置坐标和库位位置坐标做比对，如果当前吊钩位置坐标与任意一个库位坐标均无法比对一致，将货物信息、货物重量、货物原存放库位编号、移动轨迹和出库时间存入仓管数据库，生成出库记录；如果当前吊钩位置坐标与其中一个库位坐标比对一致，将货物信息、货物重量、货物原存放库位编号、移动轨迹和出库时间存入仓管数据库，生成出库记录，同时，将货物信息、货物重量、货物现存放库位编号、移动轨迹和出库时间，生成入库记录。

本发明的有益效果是：

(1)仓库货物的出入库，由行吊定位系统自动完成，减少了人工工作量，降低了行吊搬运过程中的风险系数。

(2)行吊定位系统在获取搬运过程中自动获取货物信息和货物移动信息，工作人员只需要对货物信息进行补充，实现了仓库货物的信息化、自动化远程管理。

(3)每次出入库操作均会生成对应的入库记录和出库记录，便于货物信息追溯管理，避免丢货、出入库信息错误等现有问题。

附图说明

图1是本发明的基于UWB测距的行吊定位系统的结构示意图。

图2是本发明的其中一种固定基站安装方式的结构示意图。

图3是本发明的基站之间测距原理示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

结合图1，本发明一种基于UWB测距的行吊定位系统，用于对仓库内的行车系统和货物进行定位，所述行车系统包括两条第一行车导轨、第一行车、第二行车和吊钩；所述两条第一行车导轨均平行于地面设置，第一行车垂直搭设在两条第一行车导轨上，沿第一行车导轨移动，该移动方向被定义成X方向；所述第一行车上设置有第二行车导轨，所述第二行车安装在第一行车上，沿第二行车导轨在两条第一行车导轨之间移动，该移动方向被定义成Y方向；所述吊钩竖直安装在第二行车上，沿竖直方向升降，该升降方向被定义成Z方向。

所述行吊定位系统包括固定基站、第一行车基站、第二行车基站、吊钩标签、无线称重传感器和终端管理平台。

所述固定基站固定安装在仓库内；所述终端管理平台根据使用需求选定原点构建行吊定位坐标系，并获取固定基站和第一行车导轨的位置坐标。

所述第一行车基站安装在第一行车上，通过UWB与固定基站进行TOF测距，得到第一行车基站与固定基站之间的实时距离，所述终端管理平台结合第一行车基站与固定基站之间的实时距离和固定基站的位置坐标，计算得到第一行车基站的实时位置坐标。

所述第二行车基站安装在第二行车上，通过UWB与第一行车基站进行TOF测距，得到第二行车基站与第一行车基站之间的实时距离，所述终端管理平台结合第二行车基站与第一行车基站之间的实时距离和第一行车基站的实时位置坐标，计算得到第二行车基站的实时位置坐标。

所述吊钩标签安装在吊钩上，通过UWB与第二行车基站进行TOF测距，得到吊钩标签与第二行车基站之间的实时距离，所述终端管理平台结合吊钩标签与第二行车基站之间的实时距离和第二行车基站的实时位置坐标，计算得到吊钩标签的实时位置坐标。

所述无线称重传感器安装在吊钩上，用于根据终端管理平台实时采集吊钩承重，将承重值发送至终端管理平台，终端管理平台根据吊钩承重的变化趋势判断货物吊放状态。

为了实现对行车所吊货物的定准定位，就要实现对行车吊钩的精准定位。为了实现对行车吊钩的精准定位，本发明在行车导轨的一端安装了固定基站，在第一行车(大行车)的一端安装了第一行车基站，在第二行车(小行车)上安装了第二行车基站，在吊钩上安装了吊钩标签。由于固定基站在安装后位置固定不变，实际位置信息可在安装时记录，假设为(X0,Y0,Z0)。

第一行车基站通过UWB与固定基站进行TOF测距，可以得到大行车到固定基站的距离X1。第一行车基站通过UWB与第二行车基站进行TOF测距，可以得到小行车到导辊的距离Y1，吊钩标签通过UWB与第二行车基站进行TOF测距，得到吊钩到小行车的距离Z1。因此吊钩相对于固定基站的位置坐标为(X1，Y1，Z1)，而固定基站坐标在安装时已记录为(X0,Y0,Z0)，即吊钩的实际位置信息为(X0+X1,Y0+Y1,Z0+Z1)。

使用UWB进行TOF的TWR方法测距，点的点之间的精确度在10cm以内，对吊钩实现了精确定位。图3是本发明的基站之间测距原理示意图。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

为了便于计算，如图1所示，当所述固定基站安装在其中一条第一行车导轨的端部上，固定基站的位置坐标为行吊定位坐标系的原点时，固定基站和第一行车基站之间的距离值就是吊钩的X方向上的取值。假设所述第一行车基站安装在第二行车导轨临近固定基站所安装的第一行车导轨的端部上，此时，第一行车基站和第二行车基站之间的距离值即吊钩在Y方向上的取值。而吊钩标签与第二行车基站之间的距离值即吊钩在Z方向上的取值。

但这不代表本发明对固定基站、第一行车基站、第二行车基站、吊钩标签的安装位置有较高的精度需求，事实上，即使其中一个或多个基站由于场地等因素，使得安装位置偏离上述位置，只需要结合测量得到的几个距离值进行修正即可。为了设备安装位置选取灵活，只要将基站安装原要求附近即可，通过简单的位置信息修正算法即可得到正确位置信息。

下面以X轴举例说明位置修正方法。如图2所示，在导轨上不好施工安装固定基站的情况下，固定基站安装在了距离行车导轨X_{安装偏差距离}的位置。为了得到吊钩标签真实准确的X轴距离距离，通过公式

得到修正了的X距离。Y轴和Z轴的位置修正方法与X相同，不再累述。

另外，有时第一行车导轨上会同时设置多个大行车，对于这种情形，只需要在对应的大行车以及其上所存在的小行车、吊钩分别设置第一行车基站、第二行车基站和吊钩标签即可。

而通过安装在吊钩上的无线称重传感器，可以采集到挂钩所吊货物的重量。通过检测到的重量变化来判断挂钩发生的是吊起还是放下动作。进一步的，所述终端管理平台将仓库划分成若干个库位，每个库位具有独立的编号和位置坐标；所述终端管理平台响应于吊钩标签的实时位置坐标发生变化，通过无线称重传感器采集吊钩承重，根据吊钩承重的变化趋势判断货物吊放状态，再结合货物吊放状态和吊钩标签的实时位置变化轨迹判断进出库状态以及货物对应的库位信息。为了便于无线称重传感器传回数据，在大行车上安装有智能网关，使其能够与终端管理平台建立通讯链路。

吊钩动作判断流程如下：

当重量由无变有时，判定为发生了吊起动作，当重量由有变为无时，判定为发生了放下动作。在新货物初次入库时通过手持设备或PC终端录入该货物信息到系统。

当发生吊起动作时，根据当前挂钩位置信息，去货物库位数据库中查找该库位是否有货物，如果没有货物，说明是新货物(第一次吊起，未入库)，则将其设置为默认货物，将其与挂钩位置信息关联，当挂钩发生放下动作时，将挂钩的所在位置对应的库位信息与该货物关联，并记录在库位数据库中。用户可通过手持终端或PC终端修改货物信息。

如果有货物，则将该库位中的货物与挂钩进行关联，再次发生放下动作时，挂钩与该货物解除关联(解绑)并将放下动作发生时挂钩所在库位为该货物的新库位位置，存入库位信息数据库。

这样就实现了挂钩与货物的关联绑定，通过挂钩的位置信息，指明了货物的位置信息(库位信息)。

优选的，所述终端管理平台内存储有仓管数据库，仓管数据库中包括库位信息和所有库位的货物存放信息。

本发明还提及一种基于前述行吊定位系统的仓管方法，所述仓管方法包括：

S1，初始化处理：

根据使用需求选定原点构建行吊定位坐标系，并获取固定基站和第一行车导轨的位置坐标；吊钩承重初始状态为0；将仓库划分成若干个库位，每个库位具有独立的编号和位置坐标。

S2，出入库判断：

当吊钩移动时，通过无线称重传感器采集吊钩承重，当吊钩承重大于第一承重阈值且持续时长超过第一时长阈值时，判断吊钩吊起货物，记录货物重量；将吊钩位置坐标和库位位置坐标做比对，如果吊钩位置坐标不在任意一个库位位置坐标范围内，进入入库处理流程，否则，进入出库处理流程。

S3，入库处理：

S31，采集吊钩实时移动位置坐标，绘制移动轨迹，直至吊钩承重降为0，记录当前吊钩位置坐标，将吊钩位置坐标和库位位置坐标做比对，得到库位编号。

S32，补充货物信息，将货物重量、库位编号、移动轨迹、入库时间和货物信息存入仓管数据库，生成入库记录，结束流程。

S4，出库处理：

S41，获取吊钩位置坐标所在库位编号和对应货物信息。

S42，采集吊钩实时移动位置坐标，绘制移动轨迹，直至吊钩承重降为0，记录当前吊钩位置坐标，将当前吊钩位置坐标和库位位置坐标做比对，如果当前吊钩位置坐标与任意一个库位坐标均无法比对一致，将货物信息、货物重量、货物原存放库位编号、移动轨迹和出库时间存入仓管数据库，生成出库记录；如果当前吊钩位置坐标与其中一个库位坐标比对一致，将货物信息、货物重量、货物原存放库位编号、移动轨迹和出库时间存入仓管数据库，生成出库记录，同时，将货物信息、货物重量、货物现存放库位编号、移动轨迹和出库时间，生成入库记录。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于UWB测距的行吊定位系统，用于对仓库内的行车系统和货物进行定位，其特征在于，所述行车系统包括两条第一行车导轨、第一行车、第二行车和吊钩；所述两条第一行车导轨均平行于地面设置，第一行车垂直搭设在两条第一行车导轨上，沿第一行车导轨移动，该移动方向被定义成X方向；所述第一行车上设置有第二行车导轨，所述第二行车安装在第一行车上，沿第二行车导轨在两条第一行车导轨之间移动，该移动方向被定义成Y方向；所述吊钩竖直安装在第二行车上，沿竖直方向升降，该升降方向被定义成Z方向；

所述行吊定位系统包括固定基站、第一行车基站、第二行车基站、吊钩标签、无线称重传感器和终端管理平台；

所述固定基站固定安装在仓库内；所述终端管理平台根据使用需求选定原点构建行吊定位坐标系，并获取固定基站和第一行车导轨的位置坐标；

所述第一行车基站安装在第一行车上，通过UWB与固定基站进行TOF测距，得到第一行车基站与固定基站之间的实时距离，所述终端管理平台结合第一行车基站与固定基站之间的实时距离和固定基站的位置坐标，计算得到第一行车基站的实时位置坐标；

所述第二行车基站安装在第二行车上，通过UWB与第一行车基站进行TOF测距，得到第二行车基站与第一行车基站之间的实时距离，所述终端管理平台结合第二行车基站与第一行车基站之间的实时距离和第一行车基站的实时位置坐标，计算得到第二行车基站的实时位置坐标；

所述吊钩标签安装在吊钩上，通过UWB与第二行车基站进行TOF测距，得到吊钩标签与第二行车基站之间的实时距离，所述终端管理平台结合吊钩标签与第二行车基站之间的实时距离和第二行车基站的实时位置坐标，计算得到吊钩标签的实时位置坐标；

所述无线称重传感器安装在吊钩上，用于根据终端管理平台实时采集吊钩承重，将承重值发送至终端管理平台，终端管理平台根据吊钩承重的变化趋势判断货物吊放状态。

2.根据权利要求1所述的基于UWB测距的行吊定位系统，其特征在于，所述固定基站安装在其中一条第一行车导轨的端部上，固定基站的位置坐标为行吊定位坐标系的原点。

3.根据权利要求2所述的基于UWB测距的行吊定位系统，其特征在于，所述第一行车基站安装在第二行车导轨临近固定基站所安装的第一行车导轨的端部上。

4.根据权利要求1所述的基于UWB测距的行吊定位系统，其特征在于，所述终端管理平台将仓库划分成若干个库位，每个库位具有独立的编号和位置坐标；

所述终端管理平台响应于吊钩标签的实时位置坐标发生变化，通过无线称重传感器采集吊钩承重，根据吊钩承重的变化趋势判断货物吊放状态，再结合货物吊放状态和吊钩标签的实时位置变化轨迹判断进出库状态以及货物对应的库位信息。

5.根据权利要求4所述的基于UWB测距的行吊定位系统，其特征在于，所述终端管理平台内存储有仓管数据库，仓管数据库中包括库位信息和所有库位的货物存放信息。

6.一种基于权利要求1-5任意一项所述行吊定位系统的仓管方法，其特征在于，所述仓管方法包括：

S1，初始化处理：

根据使用需求选定原点构建行吊定位坐标系，并获取固定基站和第一行车导轨的位置坐标；吊钩承重初始状态为0；将仓库划分成若干个库位，每个库位具有独立的编号和位置坐标；

S2，出入库判断：

当吊钩移动时，通过无线称重传感器采集吊钩承重，当吊钩承重大于第一承重阈值且持续时长超过第一时长阈值时，判断吊钩吊起货物，记录货物重量；将吊钩位置坐标和库位位置坐标做比对，如果吊钩位置坐标不在任意一个库位位置坐标范围内，进入入库处理流程，否则，进入出库处理流程；

S3，入库处理：

S31，采集吊钩实时移动位置坐标，绘制移动轨迹，直至吊钩承重降为0，记录当前吊钩位置坐标，将吊钩位置坐标和库位位置坐标做比对，得到库位编号；

S32，补充货物信息，将货物重量、库位编号、移动轨迹、入库时间和货物信息存入仓管数据库，生成入库记录，结束流程；

S4，出库处理：

S41，获取吊钩位置坐标所在库位编号和对应货物信息；

S42，采集吊钩实时移动位置坐标，绘制移动轨迹，直至吊钩承重降为0，记录当前吊钩位置坐标，将当前吊钩位置坐标和库位位置坐标做比对，如果当前吊钩位置坐标与任意一个库位坐标均无法比对一致，将货物信息、货物重量、货物原存放库位编号、移动轨迹和出库时间存入仓管数据库，生成出库记录；如果当前吊钩位置坐标与其中一个库位坐标比对一致，将货物信息、货物重量、货物原存放库位编号、移动轨迹和出库时间存入仓管数据库，生成出库记录，同时，将货物信息、货物重量、货物现存放库位编号、移动轨迹和出库时间，生成入库记录。

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