CN207713346U

CN207713346U - 一种半自动高位叉货辅助系统

Info

Publication number: CN207713346U
Application number: CN201721714770.8U
Authority: CN
Inventors: 侯典清; 许超; 陈清; 林琪
Original assignee: Linde China Forklift Truck Corp Ltd
Current assignee: Linde China Forklift Truck Corp Ltd
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2018-08-10
Anticipated expiration: 2027-12-11

Abstract

本实用新型公开了一种半自动高位叉货辅助系统，安装于叉车本体上，包括：3D TOF相机、功能开关、运算单元、叉车控制器和偏移量消除装置；所述3D TOF相机安装于货叉架上且与货叉保持平行；所述运算单元与所述3D TOF相机相连接以接收3D云点数据并处理得到四个维度的偏移量；所述叉车控制器与所述功能开关相连接以识别功能开关状态；所述叉车控制器与所述运算单元相连接以发送功能开关状态并接收运算单元发送的四个维度的偏移量；所述叉车控制器与所述偏移量消除装置相连接以消除所述四个维度的偏移量。本实用新型提高了叉货的安全性，改善了司机的驾驶体验，并从一定程度上提高了工作效率。

Description

一种半自动高位叉货辅助系统

技术领域

本实用新型涉及高位叉货技术领域，具体为一种半自动高位叉货辅助系统。

背景技术

叉车高位取货时司机需要把货叉插入托盘插孔中，由于高位视野不佳司机往往需要十分专注且多次尝试才能准确叉货，甚至会因插错插偏而发生货物跌落等安全事故。当前解决上述问题的方案主要有：1)投射一束与货叉上表面平齐的激光束；2)货叉侧或货叉架安装模拟摄像头。上述两种方案都在一定程度上提供定性辅助指导但并不精准，司机仍需要自己抬头或通过显示屏观察货叉与托盘的相对位置并据此判断做出动作。由于上述两种方案仍然极大依赖于司机自己的判断，因此，就不可避免的存在视觉判断错误以及观察不准等问题而导致安全问题的发生。此外，现有方案需要司机分别调整行驶电机、侧移油缸、起升油缸和旋转电机实现对准插入，功能按钮多，操作复杂易出错，驾驶体验不佳。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供一种定量的可精确数字指示的半自动高位叉货辅助系统，通过3D TOF相机采集3D云点数据，通过功能开关启动辅助叉货控制，通过运算处理单元识别托盘并获得货叉当前位置与目标位置的偏移值，并通过叉车控制器自动消除该偏移值以实现辅助叉货控制，与现有技术相比，提高了叉货的安全性，改善了司机的驾驶体验，并从一定程度上提高了工作效率。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种半自动高位叉货辅助系统，安装于叉车本体上，包括：3D TOF相机、功能开关、运算单元、叉车控制器和偏移量消除装置；所述3D TOF相机安装于货叉架上且与货叉保持平行；所述运算单元与所述3D TOF相机相连接以接收3D云点数据并处理得到四个维度的偏移量；所述叉车控制器与所述功能开关相连接以识别功能开关状态；所述叉车控制器与所述运算单元相连接以发送功能开关状态并接收运算单元发送的四个维度的偏移量；所述叉车控制器与所述偏移量消除装置相连接以消除所述四个维度的偏移量；所述四个维度的偏移量包括当前叉车位置与目标托盘位置在前后方向X、左右方向Y、上下方向Z上的偏移值以及叉车与托盘面在XY平面内的偏转角度A。

优选的，所述半自动高位叉货辅助系统还包括：显示单元；所述显示单元安装于驾驶室内；所述显示单元与所述运算单元相连接以实时显示四个维度的偏移量。

优选的，所述半自动高位叉货辅助系统还包括：模拟相机；所述模拟相机安装于所述3D TOF相机旁；所述显示单元与所述模拟相机相连接以接收模拟相机发送的模拟信号并显示即时录像。

优选的，所述功能开关集成在门架控制手柄上。

优选的，所述功能开关为按钮开关。

优选的，所述半自动高位叉货辅助系统还包括：测距传感器；所述测距传感器安装于货叉架上；所述测距传感器与所述叉车控制器相连接以发送货叉架到货物的位置。

优选的，所述偏移量消除装置包括起升油缸装置；所述起升油缸装置包括起升油缸，所述起升油缸安装于叉车门架上；所述叉车控制器与所述起升油缸相连接以消除Z方向的偏移。

优选的，所述偏移量消除装置包括起转向电机装置；所述转向电机装置包括转向电机，所述转向电机安装于叉车车架上；所述叉车控制器与所述转向电机相连接以消除A方向的偏移。

优选的，所述偏移量消除装置包括侧移油缸装置；所述侧移油缸装置包括侧移油缸，所述侧移油缸安装于货叉架上；所述叉车控制器与所述侧移油缸相连接以消除Y方向的偏移。

优选的，所述偏移量消除装置包括行驶电机装置；所述行驶电机装置包括行使电机，所述行使电机安装于叉车车架上；所述叉车控制器与所述行驶电机相连接以消除X向的偏移。

本实用新型的功能开关状态包括短暂按下、持续按下和释放；所述功能开关状态为短暂按下时，所述显示单元实时显示四个维度的偏移量；所述功能开关状态为持续按下时，所述显示单元实时显示四个维度的偏移量且所述叉车控制器启动辅助叉货；辅助叉货过程中所述功能开关状态为释放时，执行动作取消，停止辅助叉货。当叉车处于目标位置附近且司机持续按下功能开关后，功能被触发，3D TOF相机会采集视野范围内的云点数据，运算处理单元利用3D TOF相机采集的视野范围内的3D云点数据和托盘特征识别托盘并提取托盘中心点坐标，然后通过坐标系转换得到以货叉叉尖中心为原点的坐标系的托盘中心点坐标值(X，Y，Z)，该坐标值即为当前叉车位置与目标托盘位置在前后、左右及上下三个方向上的偏移值，同时还可以根据托盘中心点两侧的另外两点计算出叉车与托盘面在XY平面内的偏转角度A，运算处理单元将此四个偏移值X、Y、Z和A发送给叉车控制器，叉车控制器通过控制行驶电机、侧移油缸、起升油缸和转向电机分别自动消除X、Y、Z和A四个方位的偏移量，同时四个偏移值会实时显示在显示单元上。出于安全考虑若司机在任何时刻释放功能开关，执行动立刻暂停。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型的半自动高位叉车辅助系统通过3D TOF相机采集的3D云点数据识别托盘并实时获得和显示出当前叉车位置与目标位置在四个维度上的偏移量，为司机叉货提供了定量化的指导和辅助；

(2)本实用新型的半自动高位叉车辅助系统利用3D TOF相机自动识别当前位置与目标位置偏差并通过消除偏差自动实现叉货，避免了人工经验判断失误带来的如插错、插偏、货物跌落等安全事故，改善了仓库安全；

(3)本实用新型的半自动高位叉车辅助系统将叉货流程从四步操作(司机需分别调整行驶电机、侧移油缸、起升油缸和旋转电机实现对准插入)简化为一步操作，司机仅需要持续按住功能开关，四个方向的油缸/电机即会自动实现对准插入，简化了司机的操作，释放了司机的产能，提高了操作效率，改善了驾驶体验；

(4)本实用新型的半自动高位叉车辅助系统通过物理按键触发，在操作过程中若按键被取消则立即停止自动叉货，保证了司机的主驾驶地位和良好的安全防护。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的一种半自动高位叉货辅助系统不局限于实施例。

附图说明

图1为本实用新型的半自动高位叉货辅助系统的结构框图；

图2为本实用新型的半自动高位叉货辅助系统的示意图一；

图3为本实用新型的半自动高位叉货辅助系统的示意图二；

图4为本实用新型的半自动高位叉货辅助系统的示意图三。

附图标记：1、3D TOF相机，2、功能开关，3、运算单元，4、叉车控制器，5、偏移量消除装置，51、起升油缸装置，52、转向电机装置，53、侧移油缸装置，54、行驶电机装置，6、显示单元，7、模拟相机，8、测距传感器，9、货叉架，10、货叉，11、控制手柄。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1至图4所示，一种半自动高位叉货辅助系统，安装于叉车本体上，包括：3DTOF相机1、功能开关2、运算单元3、叉车控制器4和偏移量消除装置5；所述3D TOF相机1安装于货叉架9上且与货叉10保持平行；所述运算单元3与所述3D TOF相机1相连接以接收3D云点数据并处理得到四个维度的偏移量；所述叉车控制器4与所述功能开关2相连接以识别功能开关2状态；所述叉车控制器4与所述运算单元3相连接以发送功能开关2状态并接收运算单元3发送的四个维度的偏移量；所述叉车控制器4与所述偏移量消除装置5相连接以消除所述四个维度的偏移量；所述四个维度的偏移量包括当前叉车位置与目标托盘位置在前后方向X、左右方向Y、上下方向Z上的偏移值以及叉车与托盘面在XY平面内的偏转角度A。

所述偏移量消除装置5包括起升油缸装置51、转向电机装置52、侧移油缸装置53和行驶电机装置54；所述起升油缸装置51包括起升油缸，所述起升油缸安装于叉车门架上；所述叉车控制器4与所述起升油缸相连接以消除Z方向的偏移。所述转向电机装置52包括转向电机，所述转向电机安装于叉车车架上；所述叉车控制器4与所述转向电机相连接以消除A方向的偏移。所述侧移油缸装置53包括侧移油缸，所述侧移油缸安装于货叉架上；所述叉车控制器4与所述侧移油缸相连接以消除Y方向的偏移。所述行驶电机装置54包括行驶电机，所述行驶电机安装于叉车车架上；所述叉车控制器4与所述行驶电机相连接以消除X向的偏移。

所述半自动高位叉货辅助系统还包括：显示单元6；所述显示单元6安装于驾驶室内；所述显示单元6与所述运算单元3相连接以实时显示四个维度的偏移量。所述偏移值可与预设的阈值进行比较以显示不同的颜色。例如，当偏移值小于设定阈值时，显示绿色，表示该维度的偏移值已满足要求，在该方向可顺利叉货；当显示红色时，表示偏移值仍较大；黄色是红色与绿色之间的过渡值，表示需要减小移动幅度以到达目标。

所述功能开关2为按钮开关，且集成在门架控制手柄11上，十分方便司机操作及提高了舒适度。

具体的，所述3D TOF相机1用于采集视野范围内的云点数据，所述云点数据一般以相机镜头中心为原点建立坐标系，相机可返回在该坐标系下的XYZ值以及亮度值，亮度值可反映出像素点的灰度值，云点数据是本功能的核心输入，通过这些云点数据可以进行识别物体、提取特征和计算特征参数等，所述3D TOF相机1的分辨率是相机的核心参数之一，影响最终的识别和控制精度。所述3D TOF相机1安装在货叉架9上与货叉10保持平行，在叉货辅助过程中，当所述3D TOF相机1离托盘距离大约1～1.5米时，该距离配合恰当的相机视角可保证整个托盘都在相机的视野范围内。虽然空货叉10会挡住部分托盘，但不影响托盘特征的提取，运算单元3接收3D TOF相机1采集的3D云点数据，并根据预先储存在运算单元3中的算法识别托盘，提取托盘中心点坐标值，通过坐标系变换计算托盘中心点相对于货叉10叉尖中心的相对偏移量X、Y、Z以及叉车相对于托盘在水平面上的偏转角度A，并最终输出四个维度的偏移量X、Y、Z和A。所述四个维度的偏移量一方面发送给给显示单元6以实时显示偏移值，另一方面则实时传送给叉车控制器4作进一步执行动作。所述叉车控制器4接收来自运算单元3的四个维度的偏移量X、Y、Z和A，并通过控制起升油缸装置51的起升油缸消除Z向的偏移，通过控制转向电机装置52的转向电机消除A方向的偏移，通过控制侧移油缸装置53的侧移油缸消除Y向的偏移，通过控制行驶电机装置54的行使电机消除X向的偏移。需要说明的是，X向的偏移量外加预设的托盘长度，可实现货叉10自动叉入托盘中，消除偏移量的过程即为实现自动叉货的过程。

所述功能开关2用于触发功能启闭，若短暂按下开关则仅显示经算法计算的偏移量，若持续按下开关，则先显示偏移量，然后报滴声开始辅助叉货，辅助过程中如果释放开关则执行动作立即取消。所述叉车控制器4与所述运算单元3是双向通讯，所述运算单元3传输计算的偏移量给叉车控制器4，所述叉车控制器4输当前功能开关2状态给运算单元3。

上述识别、计算及显示的过程以固定频率(如10HZ)执行，因此显示单元6会实时显示更新的偏移值，所以叉车控制器4与起升油缸装置51、转向电机装置52、侧移油缸装置53形成闭环控制。但是随着叉车前移，摄像机视野不断缩小，因此叉车控制器4和行驶电机装置54之间无法形成闭环。本实施例中，可以在货叉架9上增加测距传感器8通过测量货叉架9到货物位置将前移方向形成闭环。

一般的，所述3D TOF相机1返回笛卡尔坐标系的三维坐标值及灰度值，因此所拍摄图像为灰度图，本实施例中，可在所述3D TOF相机1旁边安装一个模拟相机7专门提供货叉10侧的即时录像。所述模拟相机7的录像可通过所述显示单元6显示。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种半自动高位叉货辅助系统，安装于叉车本体上，其特征在于，包括：3D TOF相机、功能开关、运算单元、叉车控制器和偏移量消除装置；所述3D TOF相机安装于货叉架上且与货叉保持平行；所述运算单元与所述3D TOF相机相连接以接收3D云点数据并处理得到四个维度的偏移量；所述叉车控制器与所述功能开关相连接以识别功能开关状态；所述叉车控制器与所述运算单元相连接以发送功能开关状态并接收运算单元发送的四个维度的偏移量；所述叉车控制器与所述偏移量消除装置相连接以消除所述四个维度的偏移量；所述四个维度的偏移量包括当前叉车位置与目标托盘位置在前后方向X、左右方向Y、上下方向Z上的偏移值以及叉车与托盘面在XY平面内的偏转角度A。

2.根据权利要求1所述的半自动高位叉货辅助系统，其特征在于，还包括：显示单元；所述显示单元安装于驾驶室内；所述显示单元与所述运算单元相连接以实时显示四个维度的偏移量。

3.根据权利要求2所述的半自动高位叉货辅助系统，其特征在于，还包括：模拟相机；所述模拟相机安装于所述3D TOF相机旁；所述显示单元与所述模拟相机相连接以接收模拟相机发送的模拟信号并显示即时录像。

4.根据权利要求1所述的半自动高位叉货辅助系统，其特征在于，所述功能开关集成在门架控制手柄上。

5.根据权利要求1所述的半自动高位叉货辅助系统，其特征在于，所述功能开关为按钮开关。

6.根据权利要求1所述的半自动高位叉货辅助系统，其特征在于，还包括：测距传感器；所述测距传感器安装于货叉架上；所述测距传感器与所述叉车控制器相连接以发送货叉架到货物的位置。

7.根据权利要求1所述的半自动高位叉货辅助系统，其特征在于，所述偏移量消除装置包括起升油缸装置；所述叉车控制器与所述起升油缸装置相连接以消除Z方向的偏移。

8.根据权利要求1所述的半自动高位叉货辅助系统，其特征在于，所述偏移量消除装置包括起转向电机装置；所述叉车控制器与所述转向电机装置相连接以消除A方向的偏移。

9.根据权利要求1所述的半自动高位叉货辅助系统，其特征在于，所述偏移量消除装置包括侧移油缸装置；所述侧移油缸装置包括侧移油缸，所述侧移油缸安装于货叉架上；所述叉车控制器与所述侧移油缸装置相连接以消除Y方向的偏移。

10.根据权利要求1所述的半自动高位叉货辅助系统，其特征在于，所述偏移量消除装置包括行驶电机装置；所述叉车控制器与所述行驶电机装置相连接以消除X向的偏移。