CN113104776B - 一种基于无人叉车的印铁调度系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于无人叉车的印铁调度系统及方法，属于印铁制罐技术领域。包括无人叉车、印铁仓库、制罐车间、车辆调度系统和仓储管理系统；印铁仓库内设有充电区，制罐车间内设有若干制罐生产线，各制罐生产线前端均设有上料辊和上料呼叫器，上料呼叫器与仓储管理系统相连接；无人叉车上设有激光定位装置、托盘限位开关、光电感应装置、wifi传输模块和行车计算机，托盘限位开关、光电感应装置、wifi传输模块均与行车计算机相连接。本发明具有能够提高生产效率、避免安全隐患、精确可靠等优点。
Description
技术领域
本发明属于印铁制罐技术领域，涉及一种基于无人叉车的印铁调度系统及方法。
背景技术
印铁主要是指在马口铁上印刷各种图案，制罐是指将马口铁做成各种客户想要的形状，包装产品。印铁完成后，需将印制好的马口铁整齐地堆叠，捆扎于托盘上，尔后码放于仓库内，待需要进行制罐生产，才将其取出，连托盘一起置于制罐生产线上进行用于制罐生产。
现如今，大部分的制罐企业对印铁的取拿工作均由人工驾驶叉车来完成，不仅耗费人工、效率低下，且于复杂的车间内驾驶叉车存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种基于无人叉车的印铁调度系统及方法，本发明所要解决的技术问题是采用无人叉车替代人工于仓库和车间之间实现对印铁的调度工作，以保证制罐车间的连续生产。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种基于无人叉车的印铁调度系统，其特征在于，本调度系统包括无人叉车、印铁仓库、制罐车间、车辆调度系统和仓储管理系统；所述印铁仓库内设有充电区，所述制罐车间内设有若干制罐生产线，各所述制罐生产线前端均设有上料辊和上料呼叫器，所述上料呼叫器与仓储管理系统相连接；所述无人叉车上设有激光定位装置、托盘限位开关、光电感应装置、wifi传输模块和行车计算机，所述托盘限位开关、光电感应装置、wifi传输模块均与行车计算机相连接。
车辆调度系统将印铁仓库和制罐车间设定在一个虚拟的二维坐标系内，充电区为该坐标系的原点，充电区内安装有有自动充电机，于无人叉车工作间隙、且其内电源的电量不足时，无人叉车自动归位，于充电区内停止，动充电机上的充电插头伸出，与无人叉车上的充电接口连接，实现自动补电；激光定位装置实时读取叉车于坐标系内的坐标位置并实时出入到行车计算机和车辆调度系统上，以为无人叉车实时导航；上料呼叫器可发送信号至仓库管理系统，仓库管理系统将信号反馈给车辆调度系统，经车辆调度系统处理后，生成指令发送至无人叉车；无人叉车上的wifi传输模块接收到指令后，将其传输至行车电脑，以使无人叉车作出响应动作。光电感应装置设置于货叉前端，可实现对印铁位置的精确扫描，以便无人叉车的货叉能够精确地插入托盘底部；托盘限位开关设置于货叉后部，可及时检测无人叉车的货叉是否插设到位。
在上述一种基于无人叉车的印铁调度系统中，所述无人叉车上还设有arduino微控制模块、模拟量输入输出模块、16路开关量控制模块、防撞激光雷达和声光报警器。
arduino微控制模块、模拟量输入输出模块、16路开关量控制模块统称为控制模块，该控制模块控制叉车的无人运动和转向，从行车计算机处获取到计算结果并实现响应动作；wifi传输模块实时地连接行车计算机和车辆调度系统，实时地为二者进行信息交互，实现车辆调度系统对无人叉车进行各项动作的实时控制、导航。无人叉车的前进运动、后退运动、前进左转运动、前进右转运动、后退左转运动、后退右转运动；该方法主要通过16路开关量控制模块、模拟量输入输出模块、arduino微控制模块来实现；16路开关量控制模块用来控制叉车的前进后退和油门信号的通断，也就是置前进挡、后退档、空挡，收到行车计算机指令传输数字信号给叉车电动机，将电动机置于相应的档位；模拟量输入输出模块控制油门大小，收到行车计算机指令传输模拟信号给叉车油门，从而控制叉车速度；arduino微控制模块控制步进电机驱动器，步进电机驱动器用来控制步进电机，进而控制方向盘的转动，即叉车的转向。防撞激光雷达和声光报警器起到检测和提醒叉车运动前方障碍物的作用。
在上述一种基于无人叉车的印铁调度系统中，所述印铁仓库和制罐车间之间设有自动转闸门，所述自动转闸门包括电机、控制器；所述电机和控制器相连接，控制器和仓储管理系统相连接。
自动转闸门一般处于常闭状态，当无人叉车需要通过其来往于制罐车间和印铁仓库时，仓储管理系统将发送指令至控制器，使其启动电机，将自动转闸门升起，待无人叉车通过后，再启动电机将其关闭。于印铁仓库和制罐车间之间设置常闭自动转闸门，可将印铁仓库和制罐车间隔开，有利于保持印铁仓库内的环境洁净，同时避免人员随意进出印铁仓库内，产生安全隐患。
本发明还提供一种基于无人叉车的印铁调度方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
A、印铁入库：印铁仓库内地面上，标注有若干印铁码放位，且铁码放位的位置坐标是记录于仓储管理系统中的；工作人员将其运输到印铁仓库后，采用普通叉车将印铁逐托盘地整齐码放于印铁码放位上；尔后，工作人员将各印铁码放位上的托盘数录入仓储管理系统中；
B、启动叉车：当制罐生产线前端上料辊的印铁即将用完时，产线操作员可通过上料呼叫器发送上料信号给仓储管理系统，仓储管理系统将信号转给车辆调度系统，经车辆调度系统处理后，生成指令发送至无人叉车；无人叉车上的wifi传输模块接收到指令后，将其传输至行车电脑，行车电脑控启动无人叉车；
C、前往叉取：根据仓储管理系统给出的目标印铁所在印铁码放位和需上料生产线前端所在的位置坐标，车辆调度系统计算出无人叉车运行路线及第一暂停点；行车计算机根据车辆调度系统计的指令使无人叉车运动至第一暂停点并暂停；第一暂停点位于印铁码放位前方、距离目标印铁所在印铁码放位前1.5米处；此时，无人叉车的货叉正对目标印铁所在印铁码放位。
D、货物扫描：无人叉车进入第一暂停点后，行车计算机启动货叉向上运动，直至货物顶端；在此过程中，货叉前端的光电感应装置完成对货物的由下而上的扫描，进而由行车电脑构建货物外的边沿，确定叉孔位置；该过程还可准确判断货物是否异形、正面面数据判断歪包斜包、辨别取货风险。
E、位置调整：由于印铁的码放是由人工完成的，必然存在少许偏差，而通过货物扫描，行车计算机可计算出托盘底部中心点，进而无人叉车通过轻微转向及前后移动来微调其所处的位置，确保货物重心与两根货叉间的中心点接近；
F、印铁叉取：根据货物扫描获得的货物数据，行车计算机控制货叉下降，使其与最顶端一个托盘的叉孔平齐，接着无人叉车前进，使货叉插入托盘叉孔内；当货叉完全进入托盘底部时，托盘底端会碰触到托盘限位开关，使无人叉车停止前进；紧接着，行车计算机控制货叉抬升，将目标印铁举起；尔后，无人叉车后退，是目标印铁完全撤出印铁码放位；最后，货叉下降至地面，完成对印铁的叉取。
G、前往上料：依据车辆调度系统规划好的运行路线，行车计算机根据车辆调度系统计的指令使无人叉车运动至第二暂停点并暂停；第二暂停点位于需上料生产线前方、距离需上料辊1.5米处；
H、再次调整：由于制罐车间和印铁仓库不可能绝对平整，故无人叉车的运行轨迹会存在轻微偏差，无人叉车到达第二暂停点后，需对其货叉所处的方向进行微调；
I、印铁上料：再次调整完成后，行车计算机控制货叉抬升，使托盘底面超过制罐生产线上料辊的上表面；接着无人叉车以半速前进，使托盘完全置于上料辊上方；再接着，货叉下降，将托盘及印铁置于上料辊上；最后，无人叉车自动退出上料辊，并将货叉下降至地面，完成印铁上料作业；
印铁上料完成后，若车辆调度系统再次给出印铁调度指令，则无人叉车回到印铁仓库，并重复步骤A到I,完成连续上料；若若车辆调度系统未给出印铁调度指令，则无人叉车回归充电区待命。
在无人叉车运动过程中，其可实时地利用防撞激光雷达检测前方是否有障碍物，一旦发现，直接由行车计算机传输指令控制无人叉车停止前进，原地等待，直到障碍解除；在此过程中，声光报警器同步响应，给出危险信号，提醒工作人员协助解除障碍。
有益效果：本发明具有以下优点和效果：
(1)该系统具有独立的无人运动方法，采用无人叉车替代人工于仓库和车间之间实现对印铁的调度工作，以保证制罐车间的连续生产，提高制罐车间生产效率，避免安全隐患；
(2)本调度系统使用自然激光导航无人叉车，实现软路径运行，不依赖易损的轨道，导航定位精确可靠；其采用激光扫描来精确定位托盘插孔位置，相较工业相机，激光扫描对光线敏感性较弱，可靠性更高；可实现上料、托盘流转无人化，暂存区出入库系统化，节约成本，可保证上料工作安全、有序进行。
附图说明
图1是本印铁调度系统的硬件连接框图；
图2是本印铁调度系统的平面结构示意图；
图中，1、无人叉车；2、印铁仓库；3、制罐车间；4、车辆调度系统；5、仓储管理系统；6、制罐生产线；61、上料辊；7、自动转闸门；8、自动充电机；9、托盘。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1和图2所示，一种基于无人叉车的印铁调度系统，包括无人叉车1、印铁仓库2、制罐车间3、车辆调度系统4和仓储管理系统5；印铁仓库2内设有充电区，制罐车间3内设有制罐生产线6，制罐生产线6前端设有上料辊61和上料呼叫器，上料呼叫器与仓储管理系统5相连接；无人叉车1上设有激光定位装置、托盘限位开关、光电感应装置、wifi传输模块和行车计算机，托盘限位开关、光电感应装置、wifi传输模块均与行车计算机相连接。
车辆调度系统4将印铁仓库2和制罐车间3设定在一个虚拟的二维坐标系内，充电区为该坐标系的原点，充电区内安装有有自动充电机8，于无人叉车1工作间隙、且其内电源的电量不足时，无人叉车1自动归位，于充电区内停止，动充电机上的充电插头伸出，与无人叉车1上的充电接口连接，实现自动补电；激光定位装置实时读取叉车于坐标系内的坐标位置并实时出入到行车计算机和车辆调度系统4上，以为无人叉车1实时导航；上料呼叫器可发送信号至仓库管理系统，仓库管理系统将信号反馈给车辆调度系统4，经车辆调度系统4处理后，生成指令发送至无人叉车1；无人叉车1上的wifi传输模块接收到指令后，将其传输至行车电脑，以使无人叉车1作出响应动作。光电感应装置设置于货叉前端，可实现对印铁位置的精确扫描，以便无人叉车1的货叉能够精确地插入托盘9底部；托盘限位开关设置于货叉后部，可及时检测无人叉车1的货叉是否插设到位。
无人叉车1上还设有arduino微控制模块、模拟量输入输出模块、16路开关量控制模块、防撞激光雷达和声光报警器。arduino微控制模块、模拟量输入输出模块、16路开关量控制模块统称为控制模块，该控制模块控制叉车的无人运动和转向，从行车计算机处获取到计算结果并实现响应动作；wifi传输模块实时地连接行车计算机和车辆调度系统4，实时地为二者进行信息交互，实现车辆调度系统4对无人叉车1进行各项动作的实时控制、导航。无人叉车1的前进运动、后退运动、前进左转运动、前进右转运动、后退左转运动、后退右转运动；该方法主要通过16路开关量控制模块、模拟量输入输出模块、arduino微控制模块来实现；16路开关量控制模块用来控制叉车的前进后退和油门信号的通断，也就是置前进挡、后退档、空挡，收到行车计算机指令传输数字信号给叉车电动机，将电动机置于相应的档位；模拟量输入输出模块控制油门大小，收到行车计算机指令传输模拟信号给叉车油门，从而控制叉车速度；arduino微控制模块控制步进电机驱动器，步进电机驱动器用来控制步进电机，进而控制方向盘的转动，即叉车的转向。防撞激光雷达和声光报警器起到检测和提醒叉车运动前方障碍物的作用。
印铁仓库2和制罐车间3之间设有自动转闸门7，自动转闸门7包括电机、控制器；电机和控制器相连接，控制器和仓储管理系统5相连接。自动转闸门7一般处于常闭状态，当无人叉车1需要通过其来往于制罐车间3和印铁仓库2时，仓储管理系统5将发送指令至控制器，使其启动电机，将自动转闸门7升起，待无人叉车1通过后，再启动电机将其关闭。于印铁仓库2和制罐车间3之间设置常闭自动转闸门7，可将印铁仓库2和制罐车间3隔开，有利于保持印铁仓库2内的环境洁净，同时避免人员随意进出印铁仓库2内，产生安全隐患。
本发明还提供一种基于无人叉车的印铁调度方法，该方法包括如下步骤：
A、印铁入库：印铁仓库2内地面上，标注有若干印铁码放位，且铁码放位的位置坐标是记录于仓储管理系统5中的；工作人员将其运输到印铁仓库2后，采用普通叉车将印铁逐托盘9地整齐码放于印铁码放位上；尔后，工作人员将各印铁码放位上的托盘9数录入仓储管理系统5中；
B、启动叉车：当制罐生产线6前端上料辊61的印铁即将用完时，产线操作员可通过上料呼叫器发送上料信号给仓储管理系统5，仓储管理系统5将信号转给车辆调度系统4，经车辆调度系统4处理后，生成指令发送至无人叉车1；无人叉车1上的wifi传输模块接收到指令后，将其传输至行车电脑，行车电脑控启动无人叉车1；
C、前往叉取：根据仓储管理系统5给出的目标印铁所在印铁码放位和需上料生产线前端所在的位置坐标，车辆调度系统4计算出无人叉车1运行路线及第一暂停点；行车计算机根据车辆调度系统4计的指令使无人叉车1运动至第一暂停点并暂停；第一暂停点位于印铁码放位前方、距离目标印铁所在印铁码放位前1.5米处；此时，无人叉车1的货叉正对目标印铁所在印铁码放位。
D、货物扫描：无人叉车1进入第一暂停点后，行车计算机启动货叉向上运动，直至货物顶端；在此过程中，货叉前端的光电感应装置完成对货物的由下而上的扫描，进而由行车电脑构建货物外的边沿，确定叉孔位置；该过程还可准确判断货物是否异形、正面面数据判断歪包斜包、辨别取货风险。
E、位置调整：由于印铁的码放是由人工完成的，必然存在少许偏差，而通过货物扫描，行车计算机可计算出托盘9底部中心点，进而无人叉车1通过轻微转向及前后移动来微调其所处的位置，确保货物重心与两根货叉间的中心点接近；
F、印铁叉取：根据货物扫描获得的货物数据，行车计算机控制货叉下降，使其与最顶端一个托盘9的叉孔平齐，接着无人叉车1前进，使货叉插入托盘9叉孔内；当货叉完全进入托盘9底部时，托盘9底端会碰触到托盘限位开关，使无人叉车1停止前进；紧接着，行车计算机控制货叉抬升，将目标印铁举起；尔后，无人叉车1后退，是目标印铁完全撤出印铁码放位；最后，货叉下降至地面，完成对印铁的叉取。
G、前往上料：依据车辆调度系统4规划好的运行路线，行车计算机根据车辆调度系统4计的指令使无人叉车1运动至第二暂停点并暂停；第二暂停点位于需上料生产线前方、距离需上料辊611.5米处；
H、再次调整：由于制罐车间3和印铁仓库2不可能绝对平整，故无人叉车1的运行轨迹会存在轻微偏差，无人叉车1到达第二暂停点后，需对其货叉所处的方向进行微调；
I、印铁上料：再次调整完成后，行车计算机控制货叉抬升，使托盘9底面超过制罐生产线6上料辊61的上表面；接着无人叉车1以半速前进，使托盘9完全置于上料辊61上方；再接着，货叉下降，将托盘9及印铁置于上料辊61上；最后，无人叉车1自动退出上料辊61，并将货叉下降至地面，完成印铁上料作业；
印铁上料完成后，若车辆调度系统4再次给出印铁调度指令，则无人叉车1回到印铁仓库2，并重复步骤A到I,完成连续上料；若若车辆调度系统4未给出印铁调度指令，则无人叉车1回归充电区待命。
在无人叉车1运动过程中，其可实时地利用防撞激光雷达检测前方是否有障碍物，一旦发现，直接由行车计算机传输指令控制无人叉车1停止前进，原地等待，直到障碍解除；在此过程中，声光报警器同步响应，给出危险信号，提醒工作人员协助解除障碍。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (1)
1.一种基于无人叉车的印铁调度系统，其特征在于，本调度系统包括无人叉车（1）、印铁仓库（2）、制罐车间（3）、车辆调度系统（4）和仓储管理系统（5）；所述印铁仓库（2）内设有充电区，所述制罐车间（3）内设有若干制罐生产线（6），各所述制罐生产线（6）前端均设有上料辊（61）和上料呼叫器，所述上料呼叫器与仓储管理系统（5）相连接；所述无人叉车（1）上设有激光定位装置、托盘限位开关、光电感应装置、wifi传输模块和行车计算机，所述托盘限位开关、光电感应装置、wifi传输模块均与行车计算机相连接；
所述无人叉车（1）上还设有arduino微控制模块、模拟量输入输出模块、16路开关量控制模块、防撞激光雷达和声光报警器；
所述印铁仓库（2）和制罐车间（3）之间设有自动转闸门（7），所述自动转闸门包括电机、控制器；所述电机和控制器相连接，控制器和仓储管理系统（5）相连接；
利用印铁调度系统进行印铁调度的方法包括如下步骤：
A、印铁入库：印铁仓库（2）内地面上，标注有若干印铁码放位，且铁码放位的位置坐标是记录于仓储管理系统（5）中的；工作人员将其运输到印铁仓库（2）后，采用普通叉车将印铁逐托盘地整齐码放于印铁码放位上；尔后，工作人员将各印铁码放位上的托盘数录入仓储管理系统（5）中；
B、启动叉车：当制罐生产线（6）前端上料辊（61）的印铁即将用完时，产线操作员可通过上料呼叫器发送上料信号给仓储管理系统（5），仓储管理系统（5）将信号转给车辆调度系统（4），经车辆调度系统（4）处理后，生成指令发送至无人叉车（1）；无人叉车（1）上的wifi传输模块接收到指令后，将其传输至行车电脑，行车电脑控启动无人叉车（1）；
C、前往叉取：根据仓储管理系统（5）给出的目标印铁所在印铁码放位和需上料生产线前端所在的位置坐标，车辆调度系统（4）计算出无人叉车（1）运行路线及第一暂停点；行车计算机根据车辆调度系统（4）计的指令使无人叉车（1）运动至第一暂停点并暂停；第一暂停点位于印铁码放位前方、距离目标印铁所在印铁码放位前1.5米处；此时，无人叉车（1）的货叉正对目标印铁所在印铁码放位；
D、货物扫描：无人叉车（1）进入第一暂停点后，行车计算机启动货叉向上运动，直至货物顶端；在此过程中，货叉前端的光电感应装置完成对货物的由下而上的扫描，进而由行车电脑构建货物外的边沿，确定叉孔位置；该过程还可准确判断货物是否异形、正面面数据判断歪包斜包、辨别取货风险；
E、位置调整：由于印铁的码放是由人工完成的，必然存在少许偏差，而通过货物扫描，行车计算机可计算出托盘底部中心点，进而无人叉车（1）通过轻微转向及前后移动来微调其所处的位置，确保货物重心与两根货叉间的中心点接近；
F、印铁叉取：根据货物扫描获得的货物数据，行车计算机控制货叉下降，使其与最顶端一个托盘的叉孔平齐，接着无人叉车（1）前进，使货叉插入托盘叉孔内；当货叉完全进入托盘底部时，托盘底端会碰触到托盘限位开关，使无人叉车（1）停止前进；紧接着，行车计算机控制货叉抬升，将目标印铁举起；尔后，无人叉车（1）后退，是目标印铁完全撤出印铁码放位；最后，货叉下降至地面，完成对印铁的叉取；
G、前往上料：依据车辆调度系统（4）规划好的运行路线，行车计算机根据车辆调度系统（4）计的指令使无人叉车（1）运动至第二暂停点并暂停；第二暂停点位于需上料生产线前方、距离需上料辊（61）1.5米处；
H、再次调整：由于制罐车间（3）和印铁仓库（2）不可能绝对平整，故无人叉车（1）的运行轨迹会存在轻微偏差，无人叉车（1）到达第二暂停点后，需对其货叉所处的方向进行微调；
I、印铁上料：再次调整完成后，行车计算机控制货叉抬升，使托盘底面超过制罐生产线（6）上料辊（61）的上表面；接着无人叉车（1）以半速前进，使托盘完全置于上料辊（61）上方；再接着，货叉下降，将托盘及印铁置于上料辊（61）上；最后，无人叉车（1）自动退出上料辊（61），并将货叉下降至地面，完成印铁上料作业；
印铁上料完成后，若车辆调度系统（4）再次给出印铁调度指令，则无人叉车（1）回到印铁仓库（2），并重复步骤A到I,完成连续上料；若若车辆调度系统（4）未给出印铁调度指令，则无人叉车（1）回归充电区待命；
在无人叉车（1）运动过程中，其可实时地利用防撞激光雷达检测前方是否有障碍物，一旦发现，直接由行车计算机传输指令控制无人叉车（1）停止前进，原地等待，直到障碍解除；在此过程中，声光报警器同步响应，给出危险信号，提醒工作人员协助解除障碍。
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