CN115235425A - 一种物流箱倾斜角度检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物流箱倾斜角度检测系统及检测方法，属于智能物流箱技术领域，包括信号采集部、信号处理部和信息接收部，信号采集部包括安装于物流箱上的角度传感器；信号处理部接收信号采集部输出的倾斜角度数据，并将倾斜角度数据转换为物流箱的真实倾斜角度；信号处理部包括现场终端和远程终端；现场终端包括接收角度传感器输出信号的信息采集模块、现场控制器和现场无线通讯模块；远程终端包括远程无线通讯模块和远程控制器；远程控制器包括远程数据处理模块；信息接收部与信号处理部进行数据交互。本发明利用各种传感器、无线通讯网络和具有数据处理能力的计算机；实现对物流箱的倾斜角度在线检测，为物流箱的平稳运输提供宝贵的数据支撑。

Description

一种物流箱倾斜角度检测系统及检测方法

技术领域

本发明属于智能物流箱技术领域，尤其是涉及一种物流箱倾斜角度检测系统及检测方法。

背景技术

近年来，随着信息时代的快速发展，社会工业化的进程得以快速推进，物流的社会价值极具增大。在物流过程中，物流箱是必不可少的承载工具之一；为了保证商品的运输安全性，物流箱的个性化需求不断增加，目前，部分商品在运输的过程当中，需要避免发生一定角度的倾斜，由于这类商品的特殊需求，因此，设计开发一种物流箱倾斜角度检测系统及检测方法，具有极其重要的意义。

发明内容

针对以上的技术缺陷，本发明提供了一种物流箱倾斜角度检测系统及检测方法，利用各种传感器、无线通讯网络和具有数据处理能力的计算机；实现对物流箱的倾斜角度在线检测，为物流箱的平稳运输提供宝贵的数据支撑。

为实现上述技术目的，本发明通过以下技术方案实现：

本发明的第一目的是提供一种物流箱倾斜角度检测系统，包括：

信号采集部，所述信号采集部包括安装于物流箱上的角度传感器；用于实时或定时采集物流箱的倾斜角度数据；

信号处理部，所述信号处理部接收信号采集部输出的倾斜角度数据，并将所述倾斜角度数据转换为物流箱的真实倾斜角度数据；所述信号处理部包括现场终端和远程终端；所述现场终端包括接收角度传感器输出信号的信息采集模块、现场控制器和现场无线通讯模块；所述远程终端包括远程无线通讯模块和远程控制器；所述远程控制器包括远程数据处理模块；

信息接收部，所述信息接收部与信号处理部进行数据交互。

优选地：所述角度传感器包括M个三轴加速度传感器，M为大于0的自然数；所述远程数据处理模块提取三轴加速度传感器的三个加速度数据，并通过三个加速度数据计算三轴加速度传感器的倾斜角，将计算得到的三轴加速度传感器的倾斜角转换为物流箱的倾斜角。

优选地：通过三个加速度数据计算三轴加速度传感器的倾斜角的具体公式为：

α＝arctan(A_x/squr(A_y ²+A_z ²))；

β＝arctan(A_y/squr(A_x ²+A_z ²))；

γ＝arctan(A_z/squr(A_y ²+A_x ²))；

其中：α为X轴加速度传感器和水平线的夹角；β为Y轴加速度传感器和水平线的夹角；γ为Z轴加速度传感器和水平线的夹角；A_x是X轴加速度传感器的加速度值；A_y是Y轴加速度传感器的加速度值；A_z是Z轴加速度传感器的加速度值。

优选地：当M大于1时，通过每个三轴加速度传感器的输出信号得到一个倾斜角数据，将M个倾斜角数据取均值作为最终的结果或者是选择最大的倾斜角数据作为最终的结果。

优选地：所述角度传感器包括N个应变片组，N为大于0的自然数；每个应变片组包括X轴应变片、Y轴应变片和Z轴应变片；X轴、Y轴和Z轴相互垂直；所述远程数据处理模块提取应变片组的三个应变数据，并通过三个应变数据计算应变片组的倾斜角，将计算得到的应变片组的倾斜角转换为物流箱的倾斜角。

优选地：通过三个应变数据计算应变片组的倾斜角的具体公式为：

α＝arctan(T_x/squr(T_y ²+T_z ²))；

β＝arctan(T_y/squr(T_x ²+T_z ²))；

γ＝arctan(T_z/squr(T_y ²+T_x ²))；

其中：α为X轴应变片和水平线的夹角；β为Y轴应变片和水平线的夹角；γ为Z轴应变片和水平线的夹角；T_x是X轴应变片的应变检测值；T_y是Y轴应变片的应变检测值；T_z是Z轴应变片的应变检测值。

优选地：当N大于1时，通过每个应变片组的输出信号得到一个倾斜角数据，将N个倾斜角数据取均值作为最终的结果或者是选择最大的倾斜角数据作为最终的结果。

优选地：所述角度传感器为滚珠倾斜开关或六轴加速度传感器；所述远程数据处理模块提取滚珠倾斜开关或六轴加速度传感器的输出信号，并将输出信号转换为三维空间中的倾角信号。

本发明的第二目的是提供一种物流箱倾斜角度检测方法，基于上述的物流箱倾斜角度检测系统完成如下步骤：

S101、三轴加速度传感器采集物流箱在三个方向上的加速度数据，并将加速度数据发送给信号处理部的现场终端；

S102、现场终端将加速度数据发送至远程终端；

S103、所述远程数据处理模块提取三轴加速度传感器的三个加速度数据，并通过三个加速度数据计算三轴加速度传感器的倾斜角，将计算得到的三轴加速度传感器的倾斜角转换为物流箱的倾斜角；

S104、当M等于1时，将转换得到的倾斜角度作为最终的结果输出；当M大于1时，将转换得到的M个倾斜角度均值作为最终的结果输出或者是选择最大的倾斜角度作为最终的结果输出。

本发明的第三目的是提供一种物流箱倾斜角度检测方法，基于上述的物流箱倾斜角度检测系统完成如下步骤：

S201、应变片组采集物流箱在三个方向上的应变数据，并将应变数据发送给信号处理部的现场终端；

S202、现场终端将应变数据发送至远程终端；

S203、所述远程数据处理模块提取应变片组的三个应变数据，并通过三个应变数据计算应变片组的倾斜角，将计算得到的应变片组的倾斜角转换为物流箱的倾斜角；

S204、当N等于1时，将转换得到的倾斜角度作为最终的结果输出；当N大于1时，将转换得到的N个倾斜角度均值作为最终的结果输出或者是选择最大的倾斜角度作为最终的结果输出。

本发明的第四目的是提供一种物流箱倾斜角度检测方法，当所述角度传感器为滚珠倾斜开关时，基于上述的物流箱倾斜角度检测系统完成如下步骤：

S301、滚珠倾斜开关采集物流箱的倾斜角度数据，并将倾斜角度数据发送给信号处理部；

S302、信号处理部首先对倾斜角度数据进行过滤，然后对倾斜角度数据进行判断，当倾斜角度数据小于阈值数据时，滚珠倾斜开关断开，信号处理部判定为物流箱未发生倾斜或者倾斜角度小于阈值；当倾斜角度数据等于或大于阈值数据时，滚珠倾斜开关闭合，信号处理部判定为物流箱发生倾斜，且倾斜角度不小于阈值。

本发明具有的优点和技术效果是：

本发明将传感器技术、无线通讯网络和具有数据处理能力的计算机技术进行集成；能够实现对物流箱倾斜角度的在线检测，为物流箱的平稳运输提供宝贵的数据支撑。

本发明采用三轴加速度传感器和应变片组，能够对物流箱倾斜角度进行精确检测。

本发明采用滚珠倾斜开关，能够对物流箱倾斜角度进行快速检测。

附图说明

图1为本发明的控制系统原理框图；

图2为本发明的第一流程图；

图3为本发明的第二流程图；

图4为本发明的第三流程图；

图5为本发明物流箱倾斜示意图。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、设计的控制系及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1至图5，一种物流箱倾斜角度检测系统，包括：

信号采集部，所述信号采集部包括安装于物流箱上的角度传感器；用于实时或定时采集物流箱的倾斜角度数据；

信号处理部，所述信号处理部接收信号采集部输出的倾斜角度数据，并将所述倾斜角度数据转换为物流箱的真实倾斜角度；为了实现数据的快速采集和快速出来，本申请中的信号处理部包括现场终端和远程终端，现场终端主要负责数据的快速采集，远程终端主要负责数据的快速分析处理；所述现场终端包括接收角度传感器输出信号的信息采集模块、现场控制器和现场无线通讯模块；所述远程终端包括远程无线通讯模块和远程控制器；所述远程控制器包括远程数据处理模块。

信息接收部，所述信息接收部与信号处理部进行数据交互。

所述角度传感器为三轴加速度传感器、应变片组、滚珠倾斜开关中的一种或多种；

具体为：所述角度传感器包括至少一个三轴加速度传感器；三轴加速度传感器能够检测相互垂直的三个方向上的加速度信号，比如X轴、Y轴和Z轴；三轴加速度传感器将检测到的三个加速度信号通过现场控制器发送给远程终端，随后远程数据处理模块提取三轴加速度传感器的三个加速度数据，并通过三个加速度数据计算三轴加速度传感器的倾斜角，将计算得到的三轴加速度传感器的倾斜角转换为物流箱的倾斜角；如果三轴加速度传感器的X轴、Y轴和Z轴与物流箱的X’轴、Y’轴和Z’轴重合，则转换关系为直接赋值，如果三轴加速度传感器的X轴、Y轴和Z轴与物流箱的X’轴、Y’轴和Z’轴不重合，则需要进行坐标旋转转换。

其中，请参阅图5：通过三个加速度数据计算三轴加速度传感器的倾斜角的具体公式为：

α＝arctan(A_x/squr(A_y ²+A_z ²))；

β＝arctan(A_y/squr(A_x ²+A_z ²))；

γ＝arctan(A_z/squr(A_y ²+A_x ²))；

式中：α为X轴加速度传感器和水平线的夹角；β为Y轴加速度传感器和水平线的夹角；γ为Z轴加速度传感器和水平线的夹角；A_x是X轴加速度传感器的加速度值；A_y是Y轴加速度传感器的加速度值；A_z是Z轴加速度传感器的加速度值。

为了避免单个三轴加速度传感器出现故障或者是高精度检测，三轴加速度传感器可以设置多个，检测时，通过每个三轴加速度传感器的输出信号得到一个倾斜角数据，将多个倾斜角数据取均值作为最终的结果或者是选择最大的倾斜角数据作为最终的结果。

工作原理：

一种物流箱倾斜角度检测方法，基于上述的物流箱倾斜角度检测系统完成如下步骤：

S101、三轴加速度传感器采集物流箱在三个方向上的加速度数据，并将加速度数据发送给信号处理部的现场终端；

S102、现场终端将加速度数据发送至远程终端；

S103、所述远程数据处理模块提取三轴加速度传感器的三个加速度数据，并通过三个加速度数据计算三轴加速度传感器的倾斜角，将计算得到的三轴加速度传感器的倾斜角转换为物流箱的倾斜角；

S104、当三轴加速度传感器的数量M等于1时，将转换得到的倾斜角度作为最终的结果输出；当M大于1时，将转换得到的M个倾斜角度均值作为最终的结果输出或者是选择最大的倾斜角度作为最终的结果输出。

所述角度传感器包括至少一个应变片组；每个应变片组包括X轴应变片、Y轴应变片和Z轴应变片；X轴、Y轴和Z轴相互垂直；应变片组将检测到的三个应变信号通过现场控制器发送给远程终端，随后远程数据处理模块提取应变片组的三个应变数据，并通过三个应变数据计算应变片组的倾斜角，将计算得到的应变片组的倾斜角转换为物流箱的倾斜角；如果应变片组的X轴、Y轴和Z轴与物流箱的X’轴、Y’轴和Z’轴重合，则转换关系为直接赋值，如果应变片组的X轴、Y轴和Z轴与物流箱的X’轴、Y’轴和Z’轴不重合，则需要进行坐标旋转转换。

其中：通过三个应变数据计算应变片组的倾斜角的具体公式为：

α＝arctan(T_x/squr(T_y ²+T_z ²))；

β＝arctan(T_y/squr(T_x ²+T_z ²))；

γ＝arctan(T_z/squr(T_y ²+T_x ²))；

其中：α为X轴应变片和水平线的夹角；β为Y轴应变片和水平线的夹角；γ为Z轴应变片和水平线的夹角；T_x是X轴应变片的应变检测值；T_y是Y轴应变片的应变检测值；T_z是Z轴应变片的应变检测值。

为了避免单个应变片组出现故障或者是高精度检测，应变片组可以设置多个，通过每个应变片组的输出信号得到一个倾斜角数据，将多个倾斜角数据取均值作为最终的结果或者是选择最大的倾斜角数据作为最终的结果。

工作原理：

一种物流箱倾斜角度检测方法，基于上述的物流箱倾斜角度检测系统完成如下步骤：

S201、应变片组采集物流箱在三个方向上的应变数据，并将应变数据发送给信号处理部的现场终端；

S202、现场终端将应变数据发送至远程终端；

S203、所述远程数据处理模块提取应变片组的三个应变数据，并通过三个应变数据计算应变片组的倾斜角，将计算得到的应变片组的倾斜角转换为物流箱的倾斜角；

S204、当应变片组的数量N等于1时，将转换得到的倾斜角度作为最终的结果输出；当N大于1时，将转换得到的N个倾斜角度均值作为最终的结果输出或者是选择最大的倾斜角度作为最终的结果输出。

所述角度传感器为滚珠倾斜开关或六轴加速度传感器；所述远程数据处理模块提取滚珠倾斜开关或六轴加速度传感器的输出信号，并将输出信号转换为三维空间中的倾角信号。

工作原理：

一种物流箱倾斜角度检测方法，当所述角度传感器为滚珠倾斜开关时，基于上述的物流箱倾斜角度检测系统完成如下步骤：

S301、滚珠倾斜开关采集物流箱的倾斜角度数据，并将倾斜角度数据发送给信号处理部；

S302、信号处理部首先对倾斜角度数据进行过滤，然后对倾斜角度数据进行判断，当倾斜角度数据小于阈值数据时，滚珠倾斜开关断开，信号处理部判定为物流箱未发生倾斜或者倾斜角度小于阈值；当倾斜角度数据等于或大于阈值数据时，滚珠倾斜开关闭合，信号处理部判定为物流箱发生倾斜，且倾斜角度不小于阈值。

所述角度传感器可以为六轴加速度传感器，通过六轴加速度传感器直接获取箱体的倾斜角度。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种物流箱倾斜角度检测系统，其特征在于，包括：

信号采集部，所述信号采集部包括安装于物流箱上的角度传感器；用于实时或定时采集物流箱的倾斜角度数据；

信号处理部，所述信号处理部接收信号采集部输出的倾斜角度数据，并将所述倾斜角度数据转换为物流箱的真实倾斜角度数据；所述信号处理部包括现场终端和远程终端；所述现场终端包括接收角度传感器输出信号的信息采集模块、现场控制器和现场无线通讯模块；所述远程终端包括远程无线通讯模块和远程控制器；所述远程控制器包括远程数据处理模块；

信息接收部，所述信息接收部与信号处理部进行数据交互。

2.根据权利要求1所述的物流箱倾斜角度检测系统，其特征在于：所述角度传感器包括M个三轴加速度传感器，M为大于0的自然数；所述远程数据处理模块提取三轴加速度传感器的三个加速度数据，并通过三个加速度数据计算三轴加速度传感器的倾斜角，将计算得到的三轴加速度传感器的倾斜角转换为物流箱的倾斜角。

3.根据权利要求2所述的物流箱倾斜角度检测系统，其特征在于：通过三个加速度数据计算三轴加速度传感器的倾斜角的具体公式为：

α＝arctan(A_x/squr(A_y ²+A_z ²))；

β＝arctan(A_y/squr(A_x ²+A_z ²))；

γ＝arctan(A_z/squr(A_y ²+A_x ²))；

其中：α为X轴加速度传感器和水平线的夹角；β为Y轴加速度传感器和水平线的夹角；γ为Z轴加速度传感器和水平线的夹角；A_x是X轴加速度传感器的加速度值；A_y是Y轴加速度传感器的加速度值；A_z是Z轴加速度传感器的加速度值。

4.根据权利要求2所述的物流箱倾斜角度检测系统，其特征在于：当M大于1时，通过每个三轴加速度传感器的输出信号得到一个倾斜角数据，将M个倾斜角数据取均值作为最终的结果或者是选择最大的倾斜角数据作为最终的结果。

5.根据权利要求1所述的物流箱倾斜角度检测系统，其特征在于：所述角度传感器包括N个应变片组，N为大于0的自然数；每个应变片组包括X轴应变片、Y轴应变片和Z轴应变片；X轴、Y轴和Z轴相互垂直；所述远程数据处理模块提取应变片组的三个应变数据，并通过三个应变数据计算应变片组的倾斜角，将计算得到的应变片组的倾斜角转换为物流箱的倾斜角。

6.根据权利要求5所述的物流箱倾斜角度检测系统，其特征在于：通过三个应变数据计算应变片组的倾斜角的具体公式为：

α＝arctan(T_x/squr(T_y ²+T_z ²))；

β＝arctan(T_y/squr(T_x ²+T_z ²))；

γ＝arctan(T_z/squr(T_y ²+T_x ²))；

其中：α为X轴应变片和水平线的夹角；β为Y轴应变片和水平线的夹角；γ为Z轴应变片和水平线的夹角；T_x是X轴应变片的应变检测值；T_y是Y轴应变片的应变检测值；T_z是Z轴应变片的应变检测值。

7.根据权利要求5所述的物流箱倾斜角度检测系统，其特征在于：当N大于1时，通过每个应变片组的输出信号得到一个倾斜角数据，将N个倾斜角数据取均值作为最终的结果或者是选择最大的倾斜角数据作为最终的结果。

8.根据权利要求1所述的物流箱倾斜角度检测系统，其特征在于：所述角度传感器为滚珠倾斜开关或六轴加速度传感器；所述远程数据处理模块提取滚珠倾斜开关或六轴加速度传感器的输出信号，并将输出信号转换为三维空间中的倾角信号。

9.一种物流箱倾斜角度检测方法，其特征在于，基于权利要求2至4任一项所述的物流箱倾斜角度检测系统完成如下步骤：

S101、三轴加速度传感器采集物流箱在三个方向上的加速度数据，并将加速度数据发送给信号处理部的现场终端；

S102、现场终端将加速度数据发送至远程终端；

S103、所述远程数据处理模块提取三轴加速度传感器的三个加速度数据，并通过三个加速度数据计算三轴加速度传感器的倾斜角，将计算得到的三轴加速度传感器的倾斜角转换为物流箱的倾斜角；

S104、当M等于1时，将转换得到的倾斜角度作为最终的结果输出；当M大于1时，将转换得到的M个倾斜角度均值作为最终的结果输出或者是选择最大的倾斜角度作为最终的结果输出。

10.一种物流箱倾斜角度检测方法，其特征在于，基于权利要求5至7任一项所述的物流箱倾斜角度检测系统完成如下步骤：

S201、应变片组采集物流箱在三个方向上的应变数据，并将应变数据发送给信号处理部的现场终端；

S202、现场终端将应变数据发送至远程终端；

S203、所述远程数据处理模块提取应变片组的三个应变数据，并通过三个应变数据计算应变片组的倾斜角，将计算得到的应变片组的倾斜角转换为物流箱的倾斜角；

S204、当N等于1时，将转换得到的倾斜角度作为最终的结果输出；当N大于1时，将转换得到的N个倾斜角度均值作为最终的结果输出或者是选择最大的倾斜角度作为最终的结果输出。

11.一种物流箱倾斜角度检测方法，其特征在于，当所述角度传感器为滚珠倾斜开关时，基于权利要求8所述的物流箱倾斜角度检测系统完成如下步骤：

S301、滚珠倾斜开关采集物流箱的倾斜角度数据，并将倾斜角度数据发送给信号处理部；

S302、信号处理部首先对倾斜角度数据进行过滤，然后对倾斜角度数据进行判断，当倾斜角度数据小于阈值数据时，滚珠倾斜开关断开，信号处理部判定为物流箱未发生倾斜或者倾斜角度小于阈值；当倾斜角度数据等于或大于阈值数据时，滚珠倾斜开关闭合，信号处理部判定为物流箱发生倾斜，且倾斜角度不小于阈值。

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