CN113753760A - 一种智能码砖装车系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及装载装置技术领域，具体涉及一种智能码砖装车系统，包括智能管控机构、全自动起重机构、扫描定位机构、无线通信机构、取砖区光电开关和厂区，所述厂区设置有装车区、停车区、取砖区和起重机初始位置，同时厂区内停放有运输车，所述智能管控机构通过无线通信机构实现与全自动起重机构、扫描定位机构和取砖区光电开关的数据交互，本发明实现了起重机全自动运行进行码砖操作，通过无线通信系统实现远程操作控制，自动化程度高，大大地降低了作业人员的劳动强度。

Description

一种智能码砖装车系统
技术领域
本发明涉及装载装置技术领域，具体涉及一种智能码砖装车系统。
背景技术
目前砖厂进行码砖装车作业主要依靠工作人员操作起重机及专用吊具从取砖点吊取已经码好的砖垛再吊运到运输车上码放整齐紧凑，具体操作步骤如下：首先，取砖工序需要起重机操作人员控制起重机运行到取砖点，调整起重机大车、小车位置后，降下专用吊具，微调起重机各机构位置，专用吊具上的叉板插入砖垛托板后，升起专用吊具；其次，放砖工序需要起重机运行到运输车停放位置上方，起重机操作人员控制专用吊具旋转到合适角度保证砖垛边线与车厢栏板平行，调整起重机大车、小车位置后再控制起升机构下降，将砖垛码放在车厢内。
其中，起重机的大车、小车机构均采用电动机驱动，通过电动机正反转实现起重机大车、小车机构的前进、后退；并且，大车、小车机构行程两端设置限位开关，保证其运行到极限位置能够安全停车，但是，由于没有位置传感器，大车、小车机构运行位置全靠人员操作定位。起重机的升降机构为刚性框架结构，该框架结构下端安装有专用吊具，在框架结构两侧安装驱动电机，电机出轴上安装齿轮，升降机构外侧设置齿条，齿条与起重机大梁刚性连接固定，通过控制电机正反转实现升降机构沿齿条升降，在齿条上下两端设置限位开关和机械止挡装置保证其运行到极限位置能够安全停车；专用吊具上安装电机，实现吊具旋转功能，由于没有位置和角度传感器，升降机构升降位置和专用吊具的旋转角度全靠人员操作定位。
由于是车辆运输，为了提高装车效率，有人员引导运输车停在指定位置，使车辆尽量与起重机主梁垂直，但是运输车车型不一，车厢尺寸高度各不相同，工作人员每次控制起重机放砖码垛的位置都不相同，需要不断调整，加上人员操作实现起重机各机构准确定位，需要多次控制机构正反方向动作，经过一个“调整-比较-再调整-再比较”的过程才能定位在准确位置，从而导致人员工作强度高，周期耗时长、工作效率低。
发明内容
解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种智能码砖装车系统，解决了现有技术的码砖机构需要多次调整才能完成码砖动作，从而导致人员工作强度大，码砖周期长，工作效率低的问题。
技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种智能码砖装车系统，包括智能管控机构、全自动起重机构、扫描定位机构、无线通信机构、取砖区光电开关和厂区，所述厂区设置有装车区、停车区、取砖区和起重机初始位置，同时厂区内停放有运输车，所述智能管控机构通过无线通信机构实现与全自动起重机构、扫描定位机构和取砖区光电开关的数据交互。
更进一步地，所述智能管控机构包括触摸显示器、操作按钮、服务器和交换机。
更进一步地，所述全自动起重机构包括主梁、端梁、大车运行机构、小车运行机构、升降机构、专用吊具、自动控制系统和起重机定位系统，所述自动控制系统的信号端与大车运行机构、小车运行机构、升降机构和起重机定位系统的信号端电性连接，所述主梁的左右两端分别安装有小车左反光板和小车右反光板。
更进一步地，所述大车运行机构和小车运行机构均采用变频电机无极变频调速控制方式，且大车运行机构架设在立柱上。
更进一步地，所述自动控制系统以可编程控制器为控制核心，并与工控机通讯。
更进一步地，所述起重机定位系统包括大车定位系统、小车定位系统、升降定位系统和专用吊具定位系统；其中，大车定位系统包括大车绝对值编码器、RFID标签和RFID标签读写器，小车定位系统包括左激光测距传感器和右激光测距传感器，升降定位系统包括安装在专用吊具下端的升降激光测距传感器，专用吊具定位系统包括安装在专用吊具旋转轴上的专用吊具绝对值编码器。
更进一步地，所述扫描定位系统包括激光扫描仪和控制器，且激光扫描仪固定安装在全自动起重机主梁的下方，所述激光扫描仪的信号输出端接控制器的信号输入端。
更进一步地，所述无线通信系统包括工业以太网交换机和无线网桥。
更进一步地，所述取砖区光电开关固定按在砖跺停放位置。
更进一步地，所述升降机构包括安装在主梁上的齿条，所述齿条配合有驱动机构，且驱动机构包括升降电机和齿轮。
有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
本发明通过激光扫描仪对运输车轮廓扫描计算出运输车位置、车厢装车区域、车厢底板的离地高度、车身停斜角度，并通过算法进行起重机装车路径规划，对起重机控制系统进行改造，各机构均加装精确定位功能，从而实现起重机全自动运行，通过无线通信系统实现远程操作控制，自动化程度高，大大地降低了作业人员的劳动强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明的结构示意图；
图2为本发明的砖厂装车作业区域规划图；
图中的标号分别代表：1-装车区；2-起重机初始位置(安全停机位)；3-停车区；4-取砖区；5-运输车；6-小车左反光板；7-左激光测距传感器；8-右激光测距传感器；9-小车运行机构；10-主梁；11-激光扫描仪；12-大车绝对值编码器；13-RFID标签读写器；14-小车右反光板；15-RFID标签；16-专用吊具绝对值编码器；17-升降激光测距传感器；18-立柱；19-齿条；20-驱动机构；21-升降机构；22-专用吊具。
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。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。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例
本实施例的一种智能码砖装车系统，参照图1-2：包括智能管控机构、全自动起重机构、扫描定位机构、无线通信机构、取砖区4光电开关和厂区，厂区设置有装车区1、停车区3、取砖区4和起重机初始位置，同时厂区内停放有运输车5，智能管控机构通过无线通信机构实现与全自动起重机构、扫描定位机构和取砖区4光电开关的数据交互。
其中，智能管控机构包括触摸显示器、操作按钮、服务器和交换机，智能管控系统的后台通过算法能够在接收到现场扫描信息后计算出运输车5位置、车厢装车区1域、车厢底板的离地高度、车身停斜角度，自动完成起重机码砖装车路径规划，即起重机大小车的运行距离、起升机构的升降距离和专用吊具22的旋转角度，并发出运行指令。
全自动起重机构包括主梁10、端梁、大车运行机构、小车运行机构9、升降机构21、专用吊具22、自动控制系统和起重机定位系统，自动控制系统的信号端与大车运行机构、小车运行机构9、升降机构21和起重机定位系统的信号端电性连接，主梁10的左右两端分别安装有小车左反光板6和小车右反光板14，小车左反光板6和小车右反光板14分别对应左激光测距传感器7和右激光测距传感器8，只要各种定位系统可靠运行，起重机各机构停车位置准确，才能放心的让起重设备自动运行。
大车运行机构和小车运行机构9均采用变频电机无极变频调速控制方式，该种控制方式速度可调且调速线性，机构启停平稳，运行速度一般为1:10，大车运行机构架设在立柱18上。
自动控制系统以可编程控制器(PLC)为控制核心，并与工控机通讯，接受工控机指令和起重机传感器信息，并通过PLC程序对各机构下发运行指令。
起重机定位系统包括大车定位系统、小车定位系统、升降定位系统和专用吊具22定位系统；其中，大车定位系统包括大车绝对值编码器12、RFID标签15和RFID标签读写器13，小车定位系统包括左激光测距传感器7和右激光测距传感器8，升降定位系统包括安装在专用吊具22下端的升降激光测距传感器17，专用吊具定位系统包括安装在专用吊具22旋转轴上的专用吊具绝对值编码器16，大车绝对值编码器12通过物理码盘记录位置，可断电保持数据，无须频繁校准，每一个位置值唯一确定，对应的码盘位置也唯一确定，无须辅助装置记录脉冲量，因此位置记录实时准确，并且编码器通过工业总线与自动控制系统进行通讯；RFID标签15安装在大车轨道旁每个立柱18中心位置上，施工量小，简单可靠，RFID标签读写器13安装在大车上，当RFID标签读写器13经过RFID标签15时，可获得大车定位信息，与大车绝对值编码器12配合使用进行大车定位校正，方可得到连续且较为准确的定位信息；小车定位系统采用双激光测距冗余方式，记录右激光传感器距离测量数据作为主要数据，利用左激光传感器测量数据复核主数据的正确性，两个激光传感器测量的数据之和为一个定值(近似等于两个激光传感器发射器之间的距离)，若此值波动过大，认为激光测距系统出错，小车运行机构9自动停止运行；升降定位系统采用升降激光测距传感器17实现，升降激光测距传感器17安装在专用吊具22下端的侧面，升降激光测距传感器17测取得距离信息传输给自动控制系统，到达指令位置即停止动作；专用吊具定位系统采用专用吊具绝对值编码器16作为定位装置，专用吊具绝对值编码器16安装在专用吊具22的旋转轴上或电机轴上，编码器与轴同步转动，从而得到专用吊具22的旋转角度位置，编码器通过工业总线与自动控制系统进行通讯。
扫描定位系统包括激光扫描仪11和控制器，且激光扫描仪11固定安装在主梁10的下方，激光扫描仪11的信号输出端接控制器的信号输入端，激光扫描仪11对装车区1和运输车5轮廓进行高频率扫描，可以获取物料的轮廓信息等，控制器的主要功能是实现激光扫描仪11的控制和数据采集。
无线通信系统包括工业以太网交换机和无线网桥。
取砖区4光电开关固定按在砖跺停放位置，取砖区4光电开关检测砖垛是否就位，并将检测结果信息发送给智能管控系统，只有检测到砖垛就位后，码砖装车任务才能启动，否则即使按下启动按钮，起重机也不会运行。
升降机构21包括安装在主梁10上的齿条19，齿条19配合有驱动机构20，且驱动机构20包括升降电机和齿轮。
工作流程：第一步：首先划定装车区1、起重机初始位置(安全停机位)2，停车区3、取砖区4、起重机初始位置(安全停机位)2均在装车区1范围内，起重机初始位置(安全停机位)2在最左侧，向右依次是停车区3、取砖区4，各区域的坐标位置信息预置到智能管控系统，各区域位置见图2；装车区1相当于规定了起重机的运行极限范围；停车区3规定运输车5的停车位置，停车区3为地面划定的长方形区域，便于司机观察停车，司机停好车后下车到达指定位置按下车辆就位按钮，信号发送到智能管控系统，控制室显示屏显示车辆就位。
第二步：取砖区4光电开关检测砖垛是否就位，砖垛到达指定位置，控制室显示屏显示砖垛就位。
第三步：工作人员收到车辆就位、砖垛就位信息后，通过远程监控系统的视频图像核实正确后，按下启动按钮启动码垛装车任务。
第四步：智能管控系统下发任务启动指令并通过无线网桥发出信号，现场无线网桥接受信号后发送到工业以太网交换机，再由工业以太网交换机发送到起重机PLC，起重机PLC控制起重机运行。
第五步：起重机自动从初始位置(安全停机位)向取砖区4运行。
第六步：起重机运行过程中激光扫描仪11对装车区1域开始扫描并将运输车5轮廓扫描信息发送到智能管控系统，智能管控系统通过后台算法计算出运输车5位置、车厢装车区1域、车厢底板的离地高度、车身停斜角度，从而自动完成起重机码砖装车路径规划。
第七步：通过起重机定位系统，起重机大车小车能够准确运行到取砖区4，升降机构21下降到指定高度后，大车运行，专用吊具22叉板插入砖垛托盘，专用吊具22叉板完全插入后，大车停止；升降机构21上升到指定高度(此高度高于所有运输车5车厢栏板的高度)，大车向停车区3方向运行。
第八步：此时起重机各机构即按照智能管控系统发送的路径规划运行。
第九步：起重机自动运行到第一个码砖位置上方，专用吊具22按指令旋转，保证砖垛一边沿与车厢栏板平行，再自动调整大小车位置，到达指令位置后，升降机构21下降，专用吊具22上安装的升降激光测距传感器17适时测量传感器到车厢底板的距离，下降到指定高度后(砖垛完全放车厢地板上)，小车运行，专用吊具22叉板退出砖垛托板，升降机构21上升，起重机重新向取砖区4运行。
第十步：由于运输车5负载加重后，车厢底板会随之下沉，车厢底板到地面的高度也会随之降低，所以起重机向取砖区4运行时再次对车厢轮廓扫描，并将运输车5装砖后的轮廓扫描信息发送到智能管控系统，智能管控系统通过后台算法计算出装转后车厢底板的离地高度和起重机升降机构21下一次下降位置，并把下降位置信息指令发送给起重机PLC。
第十一步：起重机重复上述七至十的步骤，直至码砖装车完成。
第十二步：码砖装车完成后，起重机重新回到初始位置(安全停机位)，各机构也恢复到初始状态。
以上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，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种智能码砖装车系统，其特征在于：包括智能管控机构、全自动起重机构、扫描定位机构、无线通信机构、取砖区光电开关和厂区，所述厂区设置有装车区、停车区、取砖区和起重机初始位置，同时厂区内停放有运输车，所述智能管控机构通过无线通信机构实现与全自动起重机构、扫描定位机构和取砖区光电开关的数据交互。
2.根据权利要求1所述的一种智能码砖装车系统，其特征在于，所述智能管控机构包括触摸显示器、操作按钮、服务器和交换机。
3.根据权利要求1所述的一种智能码砖装车系统，其特征在于，所述全自动起重机构包括主梁、端梁、大车运行机构、小车运行机构、升降机构、专用吊具、自动控制系统和起重机定位系统，所述自动控制系统的信号端与大车运行机构、小车运行机构、升降机构和起重机定位系统的信号端电性连接，所述主梁的左右两端分别安装有小车左反光板和小车右反光板。
4.根据权利要求1所述的一种智能码砖装车系统，其特征在于，所述全自动起重机构的大车运行机构和小车运行机构均采用变频电机无极变频调速控制方式，且大车运行机构架设在立柱上。
5.根据权利要求1所述的一种智能码砖装车系统，其特征在于，所述自动控制系统以可编程控制器为控制核心，并与工控机通讯。
6.根据权利要求1所述的一种智能码砖装车系统，其特征在于，所述起重机定位系统包括大车定位系统、小车定位系统、升降定位系统和专用吊具定位系统；其中，大车定位系统包括大车绝对值编码器、RFID标签和RFID标签读写器，小车定位系统包括左激光测距传感器和右激光测距传感器，升降定位系统包括安装在专用吊具下端的升降激光测距传感器，专用吊具定位系统包括安装在专用吊具旋转轴上的专用吊具绝对值编码器。
7.根据权利要求1所述的一种智能码砖装车系统，其特征在于，所述扫描定位系统包括激光扫描仪和控制器，且激光扫描仪固定安装在全自动起重机主梁的下方，所述激光扫描仪的信号输出端接控制器的信号输入端。
8.根据权利要求1所述的一种智能码砖装车系统，其特征在于，所述无线通信系统包括工业以太网交换机和无线网桥。
9.根据权利要求1所述的一种智能码砖装车系统，其特征在于，所述取砖区光电开关固定按在砖跺停放位置。
10.根据权利要求1所述的一种智能码砖装车系统，其特征在于，所述升降机构包括安装在主梁上的齿条，所述齿条配合有驱动机构，且驱动机构包括升降电机和齿轮。
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