CN116835490A - 一种堆垛机行走定位结构及其定位方法 - Google Patents

一种堆垛机行走定位结构及其定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及堆垛机行走定位结构及其定位方法，定位结构包括行走轮，编码器，控制器和磁簧开关，行走轮设置在堆垛机下端，行走轮包括主动轮和从动轮，主动轮的旋转轴上连接有驱动电机；编码器设置在从动轮的旋转轴上并用于检测其动作信息；控制器的输入端与编码器的输出端连接，所述控制器的输出端与驱动电机的输入端相连接，堆垛机的行走轨道的两端装设有具有磁场的磁性体，行走采用编码器定位，且根据轨道堆垛机的特性，编码器安装于从动轮侧，避免因为行走轮打滑出现行走位置计算错误，磁簧开关，既能作为原点检测，也能作为行走轮磨损误差检测，为堆垛机的准确、稳定运行提供保障，控制器通过逻辑算法实现对堆垛机行走位置的计算以及原点纠偏、行走轮磨损检测和库位数据调整。

Description

一种堆垛机行走定位结构及其定位方法
技术领域
本发明涉及智能取料系统技术领域，特别是涉及堆垛机行走定位结构及其定位方法。
背景技术
目前全球生产制作堆垛机的厂家，从国外的德马泰克、瑞士格等知名品牌到国内的音飞、中鼎等一线公司，堆垛机的行走定位方式以激光定位系统、条形码定位系统为主，激光定位系统是在堆垛机运行轨道端头竖直安装一块反光板，安装于堆垛机上的光学测距传感器发射出来的激光垂直照射在反光板上，实时测量传感器至反光板的距离，反馈给堆垛机，以计算堆垛机的实时位置；条形码定位系统，是沿着堆垛机运行的轨道，在一侧安装条码带，安装于堆垛机上的条形码识别传感器通过识别条码带上的条形码，计算当前对应的位置值，反馈给堆垛机，以计算堆垛机的当前位置。通过以上方式获取到堆垛机行走方向的位置数值，实现行走定位。
上述两种测距定位方式结构设计简单，使用方便，但是实际使用时对现场环境要求比较高，一些特殊的场景无法满足使用条件。比如室外有尘雾或者凝露环境，光线无法穿透，光学测距传感器无法正常工作。在某些低温（<-30℃）或者高温（>50℃）场景下，上述两种测距传感器也会因为超出工作温度范围而出现故障停机风险。另外还有石油化工等行业对设备具有防爆等级要求，此时上述两种传感器无法满足防爆要求，不能使用。
现有的通过编码器进行定位的堆垛机构，如中国专利【CN206757381U】和【CN115097873A】都是通过编码器实现定位测距的功能，但编码器测距存在的问题，一个是轮体打滑，另一个是轮体磨损导致的位置计算错误。以上问题在现有技术未得到完全解决。
发明内容
本发明目的是要提供一种堆垛机行走定位结构及其定位方法，解决了现有堆垛机中使用编码器定位难以消除行走轮磨损所带来的误差。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供了一种堆垛机行走定位结构，包括
行走轮，所述行走轮设置在堆垛机下端，所述行走轮包括主动轮和与之联动的从动轮，所述主动轮的旋转轴上连接有驱动电机；
编码器，其设置在所述从动轮的旋转轴上并用于检测其动作信息；
控制器，所述控制器的输入端与编码器的输出端连接，接收所述编码器的信息数据，所述控制器的输出端与驱动电机的输入端相连接；
磁簧开关，其设置在堆垛机侧壁，所述堆垛机的行走轨道的两端装设有具有磁场的磁性体，所述磁簧开关的输出端与控制器的输入端连接。
优选地，所述磁簧开关的输入端和控制器的输出端的连接方式为干连接，所述编码器的输出端与控制器的输入端的连接方式为通讯连接。
优选地，所述编码器为绝对值编码器，且所述编码器的脉冲为四倍频脉冲。一种堆垛机行走定位方法，至少包括：
S1、初次使用前，记录从动轮初始直径R0，使堆垛机以恒定速度在行走轨道的具有磁性体的两端运行进行位置校验，并将放置磁性体的位置分别记录为：A点位置Xa0和B点位置Xb0，并算出A点位置Xa0和B点位置Xb0间的初始差值L0；
S2、将轨道一侧货架的位置数据进行计算并记录，以A点位置作为基点，A点到第一列货架的距离为X1，到第二列的距离为X2…到第n列距离为Xn；
S3、使用过程中，堆垛机每隔固定周期进行一次位置校验，以恒定速度在轨道上运行，控制器记录经过A和B点时显示的数值Xan和Xbn，并计算此时A、B两点间的距离Ln；
S4、设定原点偏差范围W0，即| Xa0－Xan|的数值不大于W0，则不对A点位置数据进行调整，反之若| Xa0－Xan|的数值大于W0，则当堆垛机在A处位置时，将此时控制器显示的数值调整为Xa0；
S5、设定距离偏差范围W1，当| Ln－L0|的数值不大于W1，则控制器默认堆垛机行走轮未出现磨损情况，反之若当| Ln－L0|的数值大于W1，则控制器则认为堆垛机行走轮出现磨损问题；并且根据Ln和L0确定偏差率σ=Ln/L0，且将轨道一侧货架的位置数据进行重新标注并再次记录，以A点位置作为基点， A点到第一列货架的距离为X11= X1*（1+σ）到第二列货架的距离X12= X2*（1+σ）…到第n列货架距离为X1n= Xn*（1+σ）；
S6、计算出行走轮直径的磨损量M1，并限定磨损量的偏差范围M0，并进行对比，若M1大于M0，则进行更换行走轮，反之则进行下一步；
S7、控制器根据重新计算的数据X11，X12，，，X1n，通过从动轮的初始直径重新计算出从动轮第一列货架、第二列货架、、第N列货架位置处需转圈数N1、N2，，，Nn并将该信息传递至驱动电机。
优选地，S6中的计算方法为，所述S3中的Ln除以从动轮的周长等于由A处至B处从动轮所转圈数N0，所述S5中| Ln－L0|的值除以所述N0等于每转一圈出现的偏差W2，所述W2除以圆周率等于从动轮初始直径的磨损量M。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明堆垛机行走定位结构及其定位方法，
1、行走采用编码器定位，且根据轨道堆垛机的特性，编码器安装于从动轮侧，避免因为行走轮打滑出现行走位置计算错误
2、下横梁安装磁簧开关，既能作为原点检测，也能作为行走轮磨损误差检测，为堆垛机的准确、稳定运行提供保障；
3、由控制器通过编码器反馈的数值对堆垛机行走位置的计算以及原点纠偏、行走轮磨损检测和及时对货架数据重新调整。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是本实施例中定位结构的结构示意图；
图2是本实施例中定位结构的侧视图；
图3是定位结构中各部件信号传递示意图。
其中，附图标记说明如下：
1、堆垛机；11、下横梁；
31、主动轮；32、从动轮；33、驱动电机；
4、编码器；5、磁簧开关。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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做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。
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。
如图1所示，本发明堆垛机1行走定位结构，设置在堆垛机1的下横梁11，用于检测堆垛机1的行走轨迹。
堆垛机1包括横梁、立柱、载货台、行走轮和电气控制柜，电气控制柜内安装了堆垛机1的电气控制元件，主要包括一套控制器、变频器和低压元件，行走轮设置在堆垛机1横梁的下端，行走轮包括主动轮31和与之联动的从动轮32，主动轮31的旋转轴上连接有驱动电机33；主动轮31在驱动电机33的作用下带动旋转，主动轮31刚性连接有从动轮32，从动轮32在主动轮31的作用下，随之转动，主动轮31和从动轮32的转动可用于带动堆垛机1行走。
如图2所示，编码器4设置在从动轮的旋转轴上并用于检测其动作信息；编码器4检测从动轮旋转轴的旋转圈数从而检测从动轮的旋转圈数，从动轮旋转圈数和主动轮31由于刚性连接是一致的，所以通过检测从动轮旋转轴的旋转圈数，就能检测行走轮的旋转，再通过行走轮的周长，就能计算出堆垛机1在行走轨道2上行走的距离。同时也能实现行走轮速度的监控。
如图3所示，控制器的输入端与编码器4的输出端连接，接收编码器4的信息数据，并对编码器4反馈的信息进行计算、收集、并展示；控制器的输出端与驱动电机33的输入端相连接，且通过变频器连接，实现对驱动电机的变频调速控制。控制器对编码器4的输入信息进行计算后，再对驱动电机33进行控制，使驱动电机33带动行走轮转动到某列货架位置，形成有效的信息闭环。控制器选用PLC控制系统，可以记录、计算、存储多组数据。
磁簧开关5，其设置在堆垛机1下部横梁的侧壁，堆垛机1的行走轨道2的两端装设有具有磁场的磁性体，当堆垛机1沿着轨道从A向B运行，经过A点时，磁簧开关5状态从0切换到1，经过B点时，从1切换成0；当堆垛机1沿着轨道从B向A运行，经过B点时，磁簧开关5状态从0切换到1，经过A点时，从1切换成0，同时磁簧开关5的输出端与控制器的输入端连接，这样磁簧开关5的转换的过程信息就会传递至控制器，确认堆垛机1运行并经过轨道端头位置。
磁簧开关5的输入端和控制器的输出端的连接方式为干连接，这样状态的切换可以快速反馈至控制器。
编码器4的输出端与控制器的输入端的连接方式为通讯连接，由于编码器4的输出信息较多，且不断输入数据，所以采用通讯连接。
堆垛机1在行走时，通过编码器4的反馈计算当前堆垛机1行走位置，采用此方案需要解决的两个问题是行走轮打滑和行走轮磨损导致的堆垛机1行走实际位置计算错误。行走轮打滑，即出现行走轮和轨道之间的静摩擦被打破，轮子和轨道出现相对滑动，导致堆垛机1行走实际位置的变化与轮子转动角度不对应的情况；行走轮磨损是随着堆垛机1的使用周期慢慢出现，行走轮的直径会出现越用越小。针对行走论打滑，本实施例将编码器4安装于从动轮轴，正常运行时，从动轮被动运行，且不会脱离轨道，能够避免打滑问题的干扰。行走轮磨损问题由磁簧开关5的信号状态和控制器的计算进行检测和补偿。
具体实施方式如下：
S1、初次使用前，记录从动轮32初始直径R0，使堆垛机1以恒定速度在行走轨道2的具有磁性体的两端运行进行位置校验，且反复多次运行，避免出现误差，并将放置磁性体的位置分别记录为： A点位置Xa0和B点位置Xb0，并算出A点位置Xa0和B点位置Xb0间的初始差值L0；位置的数据，通过行走轮的周长乘以所转圈数。
S2、采样S1中同样的计算方法将轨道一侧货架的位置数据进行计算并记录，以A点位置作为原点，A点到第一列货架的距离为X1，到第二列的距离为X2…到第n列距离为Xn；
S3、使用过程中，堆垛机1每隔固定周期进行一次位置校验，位置校验的方式和S1及S2的方式一致，同样是在以恒定速度在轨道上运行，控制器记录经过A和B点时显示的数值Xan和Xbn，并计算此时A、B两点间的距离Ln；
S4、设定原点偏差范围W0，即| Xa0－Xan|的数值不大于W0，，则不对A点位置数据进行调整，反之若| Xa0－Xan|的数值大于W0，则说明S1中测试的A点位置有偏差，则当堆垛机在A处位置时，重新回零，将此时控制器显示的数值Xan调整为Xa0；
S5、设定距离偏差范围W1，当| Ln－L0|的数值不大于W1，则控制器默认堆垛机行走轮未出现磨损情况，反之若当| Ln－L0|的数值大于W1，则控制器则认为堆垛机行走轮出现磨损问题；此时根据Ln和L0确定偏差率σ=Ln/L0，且将轨道一侧货架的位置数据进行重新标注并再次记录，以A点位置作为基点， A点到第一列货架的距离为X11= X1*（1+σ）到第二列货架的距离X12= X2*（1+σ）…到第n列货架距离为X1n= Xn*（1+σ）；
S6、计算出行走轮直径的磨损量M1，并限定磨损量的偏差范围M0，并进行对比，若M1大于M0，则进行更换行走轮，反之则进行下一步；由于行走轮的磨损在一定的范围内时，所以仍然可以继续运行；
S7、控制器根据重新计算的数据X11，X12，，，X1n，通过从动轮的初始直径重新计算出从动轮第一列货架、第二列货架、、第N列货架位置处需转圈数N1、N2，，，Nn并将该信息传递至驱动电机。驱动电机得到信息后就驱动行走轮进行转动
上述S3中的Ln除以从动轮的周长等于行走轮出现磨损后由A处至B处距离下从动轮所转圈数N0， S5中| Ln－L0|的值除以N0等于每转一圈出现的偏差W2，W2除以圆周率等于从动轮出现磨损后直径的磨损量M1。
设某立体仓库巷道总长50000mm，地面安装的磁铁位置A和B之间的距离L0为40000mm，堆垛机行走轮初始直径R0=400mm；设定原点偏差误差范围W0为5mm，堆垛机行走轮磨损出现的A、B间距出现偏差的允许范围W1为10mm，使用前位置检测出A点位置设定为0，B点位置为40000，A点到货架第一列的距离为X1=1000，第二列的距离为X2=2000…第n列距离为Xn=n*1000使用过程中，当堆垛机进行位置校验时，发现经过A点时位置值不为0，且误差超过W0，则重新进行回零，即当堆垛机经过A点时，重新将当前位置更改记录成0。当A、B之间的距离测量时出现L1=40011mm，即L1-L0=40011-40000=11，大于允许误差W1（10mm）。此时需要重新计算库位数据，偏差率σ=Ln/L0=40011/40000=.000275，则更新后的货架位置数据X11= X1*（1+σ）=1000*1.000275=1000.275，X12= X2*（1+σ）=1000*1.000275=1000.275…依此类推计算其他货架位置数据；
运行过程中出现11mm偏差，即计算出来A、B之间的距离为40011mm，行走轮旋转31.839742圈，每圈出现的偏差为11mm/31.839742≈0.34548mm，行走轮直径磨损为0.34548/3.1415926≈0.11mm，即按照上述假设案例，本发明能检测出行走轮直径0.11mm的磨损量，该磨损量与M0对比，超过就进行更换，未超过就继续使用，继续使用时控制器将新的货架位置记录，并重新计算所需行走轮转圈数后传递至驱动电机，驱动电机再驱动行走轮到达相应位置。
本发明中所有偏差范围均根据实际使用需求，以及具体的产品、使用环境等确定。可以通过减少误差来提高检测精度。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种堆垛机行走定位结构，其特征在于，包括
行走轮，所述行走轮设置在堆垛机下端，所述行走轮包括主动轮和与之联动的从动轮，所述主动轮的旋转轴上连接有驱动电机；
编码器，其设置在所述从动轮的旋转轴上并用于检测其动作信息；
控制器，所述控制器的输入端与编码器的输出端连接，接收所述编码器的信息数据，所述控制器的输出端与驱动电机的输入端相连接；
磁簧开关，其设置在堆垛机侧壁，所述堆垛机的行走轨道的两端装设有具有磁场的磁性体，所述磁簧开关的输出端与控制器的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种堆垛机行走定位结构，其特征在于：所述磁簧开关的输入端和控制器的输出端的连接方式为干连接，所述编码器的输出端与控制器的输入端的连接方式为通讯连接。
3.根据权利要求1所述的一种堆垛机行走定位结构，其特征在于：所述编码器为绝对值编码器，且所述编码器的脉冲为四倍频脉冲。
4.根据权利要求1所述的一种堆垛机行走定位方法，其特征在于：至少包括：
S1、初次使用前，记录从动轮初始直径R0，使堆垛机以恒定速度在行走轨道的具有磁性体的两端运行进行位置校验，并将放置磁性体的位置分别记录为：A点位置Xa0和B点位置Xb0，并算出A点位置Xa0和B点位置Xb0间的初始差值L0；
S2、采样S1中同样的计算方法将轨道一侧货架的位置数据进行计算并记录，以A点位置作为基点，A点到第一列货架的距离为X1，到第二列的距离为X2…到第n列距离为Xn；
S3、使用过程中，堆垛机每隔固定周期进行一次位置校验，以恒定速度在轨道上运行，控制器记录经过A和B点时显示的数值Xan和Xbn，并计算此时A、B两点间的距离Ln；
S4、设定原点偏差范围W0，即| Xa0－Xan|的数值不大于W0，则不对A点位置数据进行调整，反之若| Xa0－Xan|的数值大于W0，则当堆垛机在A处位置时，将此时控制器显示的数值调整为Xa0；
S5、设定距离偏差范围W1，当| Ln－L0|的数值不大于W1，则控制器默认堆垛机行走轮未出现磨损情况，反之若当| Ln－L0|的数值大于W1，则控制器则认为堆垛机行走轮出现磨损问题；并且根据Ln和L0确定偏差率σ=Ln/L0，且将轨道一侧货架的位置数据进行重新标注并再次记录，以A点位置作为基点， A点到第一列货架的距离为X11 = X1*（1+σ）到第二列货架的距离X12= X2*（1+σ）…到第n列货架距离为X1n= Xn*（1+σ）；
S6、计算出行走轮直径的磨损量M1，并限定磨损量的偏差范围M0，并进行对比，若M1大于M0，则进行更换行走轮，反之则进行下一步；
S7、控制器根据重新计算的数据X11，X12，，，X1n，通过从动轮的初始直径重新计算出从动轮第一列货架、第二列货架、、第N列货架位置处需转圈数N1、N2，，，Nn并将该信息传递至驱动电机。
5.根据权利要求4所述的一种堆垛机行走定位方法，其特征在于：所述S6中计算行走轮磨损量的方法为，所述S3中的Ln除以从动轮的周长等于由A处至B处从动轮所转圈数N0，所述S5中| Ln－L0|的值除以所述N0等于每转一圈出现的偏差W2，所述W2除以圆周率等于从动轮直径的磨损量M1。
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