一种船用堆垛机的精确定位及输送控制系统的制作方法

本实用新型属于船舶物流机械领域，具体涉及一种船用堆垛机的精确定位及输送控制系统，主要用于船用堆垛机与货架的定位对接以及货物输送位置检测。

背景技术：

目前，陆用物流技术中的堆垛机与货架的对接一般采用绝对定位的方式，即根据每一个货架货位的实际物理位置，采用编码器为每一个货位实际地址映射一个编码地址，堆垛机根据该绝对地址进行寻址并与货架进行对接；部分堆垛机采用了距离传感器绝对定位，末端采用接触传感器进行二次定位的方式来实现与货架的对接。以上方式或者定位精度较低，或者传感器数量多，结构较复杂；特别是所述堆垛机在船舶环境中使用，货架可能随船体结构变形产生扭曲、沉降等情况；如果沉降造成的误差过大，目前常用的堆垛机与货架的定位方式需采用人工重新标定，否则会造成货架与堆垛机无法精确对接。所述货架深度方向可存储多个货物，同为链条输送式，即货架通过链条与货物之间的摩擦力来固定以及输送货物，其在船舶摇摆、颠簸环境下，可能发生货物在货架链条上移动的情况，会引起货物间距过小、过大乃至两个相邻货物紧贴在一起的情况，要求堆垛机提取货物时能够分辨货架上物资的状态，并采取相应的控制策略，否则会引起货物碰撞的安全问题。船用堆垛机定位精度要求高，常用定位方式难以达到定位要求；除此以外，货架处在船舶环境中，由于船体摇晃、变形等因素，长时间后货架实际位置与标定位置存在偏差。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，针对现有堆垛机与货架定位对接存在的上述不足，提供一种船用堆垛机的精确定位及输送控制系统，实现堆垛机与货架的精确定位、货物由堆垛机进出货架的对接，实现船舶各种典型工况下的物资在堆垛机与货架间的输送。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种船用堆垛机的精确定位及输送控制系统，包括安装在堆垛机上的PLC控制器、伺服驱动器、伺服电机、编码器、视觉传感器、四个光电传感器，以及安装在货架上的定位孔板，所述伺服驱动器、视觉传感器和四个光电传感器均与PLC控制器连接，伺服驱动器、伺服电机和编码器构成闭环控制结构；所述编码器用于为每一个货架实际地址映射一个编码地址，PLC控制器通过伺服驱动器控制伺服电机进行货架的初步寻址，伺服电机通过编码器反馈行程实现堆垛机X向、Y向、Z向(水平、垂直方向)行走，四个光电传感器分别安装在堆垛机的载货台的链条输送机构的左外侧、左内侧、右外侧和右内侧，由四个光电传感器的组合状态实时检测载货台上的货物位置信息，判定货物从左右两侧进出与停止位置；所述视觉传感器用于查找定位孔板的位置(得到堆垛机水平与垂直方向的偏差值)，实现堆垛机对货架的二次定位。

按上述方案，所述伺服电机包括水平行走电机和垂直举升电机，水平行走电机用于实现堆垛机X向、Y向(水平)行走，垂直举升电机用于实现堆垛机Z向(垂直方向)行走。

按上述方案，所述定位孔板设置多个，固定安装在货架的每个货位底部横梁上，每个定位孔板上带有定位孔。

本发明的工作原理：堆垛机采用伺服电机结合编码器对货架位置进行绝对值定位；在货架上固定安装一个带有定位孔的定位孔板，堆垛机通过PLC控制器发出的指令信号运动到指定货架附近，通过堆垛机上安装的视觉传感器，自动查找定位孔板上定位孔的位置，得到水平与垂直方向的偏差值，进而引导堆垛机水平行走电机和垂直举升电机实现二次精确定位。堆垛机载货台上安装有链条输送机构，配备四个光电传感器，分别用来检测货物从左右两侧进出与停止位置。堆垛机与货架完成定位对接后，定位及输送控制系统通过四个光电传感器的组合信号实时检测货物位置信息，进而对伺服驱动器下发指令，控制堆垛机载货台上安装的货物输送机构，实现货物在堆垛机与货架之间的交接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.堆垛机采用绝对定位和相对定位相结合的方式来准确定位货架的货位，完成堆垛机与货架的对接，可以实现堆垛机对货架位置的精确感知，定位精度可达到±0.2mm，可满足对定位精度要求较高的应用环境；

2.在货架发生变形、扭曲的情况下，保证堆垛机与货架的偏差自适应对接；

3.除堆垛机与货架的初始标定外，使用过程中不需要人员对其进行重新标定，减少人员工作量；

4.堆垛机载货台通过传感器组合可以感知货架上货物距离过远、距离过近、正常距离三种工况，实现货物由货架向堆垛机载货台的输送或由堆垛机载货台向货架的输送。

附图说明

图1为本实用新型船用堆垛机及货架示意图；

图1中，1-货架，2-定位孔板，3-堆垛机，4-左外侧光电传感器，5-左内侧光电传感器，6-右内侧光电传感器，7-右外侧光电传感器，8-视觉传感器；

图2为本实用新型船用堆垛机精确定位及输送控制系统的结构框图；

图3为本实用新型定位工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明技术方案进行详细的描述。

参照图1所示的船用堆垛机及货架示意图，包括货架1，船用堆垛机3，船用堆垛机3配备4个光电传感器：左外侧光电传感器4、左内侧光电传感器5、右内侧光电传感器6、右外侧光电传感器7以及视觉传感器8，左外侧光电传感器4与左内侧光电传感器5的距离等于相邻货物间的正常距离D，右内侧光电传感器6与右外侧光电传感器7的距离等于相邻货物间的正常距离D，左内侧光电传感器5与右内侧光电传感器6的距离等于货物的长度L。

考虑到货架1由于长期使用后产生变形、扭曲等影响，造成绝对位置发生变化使取货出现故障。为了避免这种情况的影响，在货架1的每个货位底部横梁安装一个带有直径为2mm定位孔的定位孔板2。

参照图2，本实用新型的船用堆垛机精确定位及输送控制系统，包括安装在堆垛机3上的PLC控制器、伺服驱动器、伺服电机、编码器、视觉传感器8、四个光电传感器，以及安装在货架1上的定位孔板2，伺服驱动器、视觉传感器8和四个光电传感器均与PLC控制器连接，伺服驱动器、伺服电机和编码器构成闭环控制结构；编码器用于为每一个货架实际地址映射一个编码地址，PLC控制器通过伺服驱动器控制伺服电机进行货架1的初步寻址，伺服电机通过编码器反馈行程实现堆垛机X向、Y向、Z向(水平、垂直方向)行走，四个光电传感器(左外侧光电传感器4、左内侧光电传感器5、右内侧光电传感器6、右外侧光电传感器7)分别安装在堆垛机3的载货台的链条输送机构的左外侧、左内侧、右外侧和右内侧，由四个光电传感器的组合状态实时检测载货台上的货物位置信息，判定货物从左右两侧进出与停止位置；视觉传感器8用于查找定位孔板2的位置(得到堆垛机3水平与垂直方向的偏差值)，实现堆垛机3对货架1的二次定位。

伺服电机包括水平行走电机和垂直举升电机，水平行走电机用于实现堆垛机3的X向、Y向(水平)行走，垂直举升电机用于实现堆垛机3的Z向(垂直方向)行走。

定位孔板2设置多个，固定安装在货架1的每个货位底部横梁上(与视觉传感器8配合)，每个定位孔板2上带有定位孔。

参照图3所示，本实用新型船用堆垛机的精确定位及输送控制系统的工作过程如下：

1.系统标定

系统首次使用前需要对编码器和视觉传感器8进行标定；

绝对位置标定：对每个货位进行一次空间位置标定，并将各货位的空间坐标值存储在系统中。

相对位置标定：对每个货位的定位孔的位置进行一次标定，将定位孔在相机中的相对位置坐标存储在系统中。

2.绝对定位

堆垛机3接收货物入出库信息，系统确认货位的所在坐标，调用指令货位的坐标信息，然后引导水平行走电机和垂直举升电机动作，堆垛机3水平、垂直方向行走采用伺服电机通过编码器反馈行程内闭环，在整体上各安装一个绝对值编码器来和水平、垂直联动，从而行成两套闭环来保证运行位置的精确，通过绝对定位方式寻找货位。

3.相对定位

启动视觉相对定位模式，通过视觉传感器8检测定位孔板2位置，将预先标定后的位置与实际检测位置进行计算比较，自动补偿差值，并将数值补偿量给堆垛机伺服控制系统，让堆垛机准确的与预先标定的位置完全重合，实现精确定位并与初始标定位置进行比对，判定堆垛机3是否停准。

4.只有在绝对位置到位并且相对定位检测准确的情况下才能确定进行出入货动作。

5.安装在堆垛机3载货台的一侧的4个漫反射光电传感器组成的检测系统用于检测货物在载货台的位置，该检测系统是检测托盘是否完全到达载货台的依据，分为左取货到位检测和右取货到位检测，以堆垛机左侧取货为例：

1)右内侧光电传感器6检测到信号，此时左内侧光电传感器5检测到信号，左外侧光电传感器4没有检测到信号，表示托盘在载货台正中间，堆垛机3输送到位，堆垛机3的载货台输送链条、货架2的输送链条停止；

2)右内侧光电传感器6检测到信号，此时左内侧光电传感器5、左外侧光电传感器4同时检测到信号，表明货物左侧超宽，由于货物托盘为标准尺寸，进一步认为此时货架1的两个货物紧贴在一起或相邻过近，堆垛机3的载货台输送链条停止，货架输送链条反转距离d，直至达到状态1)即可分离两个相邻货物；

3)右内侧光电传感器6未检测到信号，左外侧光电传感器4、左内侧光电传感器5检测到信号，表示货物尚未到位；

4)四个光电传感器(左外侧光电传感器4、左内侧光电传感器5、右内侧光电传感器6、右外侧光电传感器7)都未检测到信号表明堆垛机3载货台没有货物。

右侧取货检测与以上方式类似。

显然，上述实施例并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，依本发明所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。