一种连续式自动装卸设备控制系统

申请号 CN202311590261.9 申请日 2023-11-24 公开(公告)号 CN117819226A 公开(公告)日 2024-04-05
申请人 中车长江运输设备集团有限公司; 发明人 刘伟; 苏利杰; 冯晔; 王迪凡;
摘要 一种连续式自动装卸设备控制系统,包括执行模 块 、状态采集模块、装箱规划模块、运动控 制模 块、集成 控制器 和数据交换网络;执行模块设置 驱动器 和 电机 来控制各机构执行相应的动作;状态采集模块包括不同的 感知 模块和/或 传感器 模块;装箱规划模块形成装箱规划,并提供对装车机构进行横向、纵向 位置 补偿的数据;运动 控制模块 完成控制命令的分发和运行状态采集;集成控制器实现各模块的集成控制;数据交换网络使各模块与集成控制器进行数据传输与交换。本 发明 可根据运载工具和货物的尺寸形成装箱规划,实现将货物码放至运载工具空间的全 覆盖 ,提高装载工具的装载率,控制运输机构进行多维移动,实现货物码垛的精准度。
权利要求

1.一种连续式自动装卸设备控制系统,其特征在于,所述自动装卸设备至少包括拆码垛机构、底盘行走机构、垂直提升机构、升降平移机构、运输机构和装车机构;所述控制系统包括:
执行模,安装于自动装卸设备的各机构上,并通过设置驱动器电机来控制各机构执行相应的动作;
状态采集模块,包括不同的感知模块和/或传感器模块,分别设置于各机构上,用以识别货物的尺寸及方向、识别运载工具的尺寸、对货物运输位置进行检测,以及监测、定位货物的装卸、码垛情况;
装箱规划模块,根据运载工具尺寸和货物尺寸的分析处理数据,形成装箱规划,并提供对装车机构进行横向、纵向位置补偿的数据;
运动控制模块,通过通信总线与各执行模块相连接,根据传感器模块的数据用以完成控制命令的分发和运行状态采集;
集成控制器,用于接收、分析和处理状态采集模块的数据及运动控制模块所传输的各执行模块的运行状态数据,并实现各模块的集成控制;和
数据交换网络,通过有线或无线网络使运动控制模块、状态采集模块与集成控制器进行数据传输与交换。
2.根据权利要求1所述的一种连续式自动装卸设备控制系统,其特征在于,所述运动控制器至少包括逻辑运算单元、通信控制单元和数据存储单元,所述逻辑运算单元利用IO模块接收各传感器模块的数据进行逻辑运算,并通过通信控制单元实现各执行模块的多维控制。
3.根据权利要求2所述的一种连续式自动装卸设备控制系统,其特征在于,所述传感器包括激光传感器或距离传感器,其安装于装车机构上,为逻辑运算单元提供实时的货物码垛位置数据,用以控制升降平移机构和运输机构进行移动。
4.根据权利要求1所述的一种连续式自动装卸设备控制系统,其特征在于,所述传感器还包括重量传感器,其安装于运输机构和垂直提升机构上,用以判断货物的运输状态,并通过运动控制器控制运输机构休眠或运行。
5.根据权利要求1所述的一种连续式自动装卸设备控制系统,其特征在于,所述传感器还包括红外传感器,其安装于运输机构和装车机构上,用以检测货物的具体位置。
6.根据权利要求1所述的一种连续式自动装卸设备控制系统,其特征在于,所述感知模块至少包括视觉摄像头或雷达,其安装于拆码垛机构和装车机构上,分别用以识别货物的尺寸和运载工具的尺寸。
7.根据权利要求6所述的一种连续式自动装卸设备控制系统,其特征在于,所述装车机构上设置有补偿模块,并根据补偿数据由运动控制模块控制补偿模块进行横向移动或纵向移动。
8.根据权利要求1所述的一种连续式自动装卸设备控制系统,其特征在于,所述电机至少设置有速度编码器和位置编码器,用以精准控制底盘行走机构、垂直提升机构、升降平移机构、运输机构和装车机构的位置移动。

说明书全文

一种连续式自动装卸设备控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及物流装车领域的控制系统,尤其涉及一种连续式自动装卸设备控制系统。

背景技术

[0002] 近年来,伴随自动化与智能化技术快速发展,箱式货物装卸、拆码垛、搬运作业的半自动化及自动化设备逐步替代之前的叉车和人工方式,但设备间相互独立,不能形成一套完整的自动化流程,成为影响作业效率的瓶颈环节。
[0003] 中国专利一种悬臂式全自动装卸车设备的控制系统CN207182000U,可以对货物进行自动码垛的控制,以此有利于提高货物码垛的效率并实现连续不间断工作,降低工作人员的劳动强度并节约劳动成本,并且本方案适配性强,与常规的运输机构、三轴联动机构等配合使用即可实现货物的运输和转移;但其提高装置工具的装载率并不具备解决方案,以及在复杂的物流运输环境并不具有适应性,应用不够广泛。

发明内容

[0004] 为解决上述问题,本发明提出一种连续式自动装卸设备控制系统,具体技术方案为:
[0005] 一种连续式自动装卸设备控制系统,所述自动装卸设备至少包括拆码垛机构、底盘行走机构、垂直提升机构、升降平移机构、运输机构和装车机构;所述控制系统包括:
[0006] 执行模,安装于自动装卸设备的各机构上,并通过设置驱动器电机来控制各机构执行相应的动作;
[0007] 状态采集模块,包括不同的感知模块和/或传感器模块,分别设置于各机构上,用以识别货物的尺寸及方向、识别运载工具的尺寸、对货物运输位置进行检测,以及监测、定位货物的装卸、码垛情况;
[0008] 装箱规划模块,根据运载工具尺寸和货物尺寸的分析处理数据,形成装箱规划,并提供对装车机构进行横向、纵向位置补偿的数据;
[0009] 运动控制模块,通过通信总线与各执行模块相连接,根据传感器模块的数据用以完成控制命令的分发和运行状态采集;
[0010] 集成控制器,接收、分析和处理状态采集模块的数据及运动控制模块所传输的各执行模块的运行状态数据,并实现各模块的集成控制;和
[0011] 数据交换网络,通过有线或无线网络使运动控制模块、状态采集模块与集成控制器进行数据传输与交换。
[0012] 进一步地,所述运动控制器至少包括逻辑运算单元、通信控制单元和数据存储单元,所述逻辑运算单元利用IO模块接收各传感器模块的数据进行逻辑运算,并通过通信控制单元实现各执行模块的多维控制。
[0013] 进一步地,所述传感器包括激光传感器或距离传感器,其安装于装车机构上,为逻辑运算单元提供实时的货物码垛位置数据,用以控制升降平移机构和运输机构进行移动。
[0014] 进一步地,所述传感器还包括重量传感器,其安装于运输机构和垂直提升机构上,用以判断货物的运输状态,并通过运动控制器控制运输机构休眠或运行。
[0015] 进一步地,所述传感器还包括红外传感器,其安装于运输机构和装车机构上,用以检测货物的具体位置。
[0016] 进一步地,所述感知模块至少包括视觉摄像头或雷达,其安装于拆码垛机构和装车机构上,分别用以识别货物的尺寸和运载工具的尺寸。
[0017] 进一步地,所述装车机构上设置有补偿模块,并根据补偿数据由运动控制模块控制补偿模块进行横向移动或纵向移动。
[0018] 进一步地,所述电机至少设置有速度编码器和位置编码器,用以精准控制底盘行走机构、垂直提升机构、升降平移机构、运输机构和装车机构的位置移动。
[0019] 有益效果:
[0020] (1)本发明可根据运载工具和货物的尺寸形成装箱规划,并对装车机构进行横向、纵向位置补偿移动,实现将货物码放至运载工具空间的全覆盖,提高装载工具的装载率。
[0021] (2)本发明的多个模块协同控制,对货物的运输、拆垛、码垛等信息进行实时监测,并控制运输机构进行多维移动,实现货物码垛的精准度。
[0022] (3)本发明设置各类传感器,用以监控货物的运输状态,以及控制运输设备的休眠或运行,达到节能效果。附图说明
[0023] 图1为本发明的集成控制系统结构图。
[0024] 图2为本发明自动装卸设备的示意图。
[0025] 图中:1拆码垛机构,2纵向运输机构,3底盘行走机构,4垂直提升机构,5升降平移机构,6运输机构,7装车机构,8货物。

具体实施方式

[0026] 下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域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,都属于本申请保护的范围。
[0027] 在本申请的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接或可以相互通讯;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0028] 如图2所示,一种连续式自动装卸设备控制系统,所述自动装卸设备至少包括拆码垛机构1、底盘行走机构3、垂直提升机构4、升降平移机构5、运输机构6和装车机构7;其中:
[0029] 拆码垛机构1,其可通过多轴机械臂实现对货物8的拆垛和堆垛,其至少配备视觉识别系统,以识别货物8的尺寸、方向,并将货物8码放至一纵向运输机构2上。
[0030] 垂直提升机构4,其至少配备有电机和提升机构,接收纵向运输机构2的货物8,并对货物8进行竖向提升运输;可配置重量传感器,以检测到货物8后运行。
[0031] 升降平移机构5,其可横向移动地安装于底盘行走机构3上,所述升降平移机构5至少设置可控制升降运动和横向运动的两个电机,用于根据码垛规则控制运输机构6进行升降运动和横向左右移动,提供运输机构6两个维度的移动控制。
[0032] 运输机构6,其安装于升降平移机构5上,用于接收垂直提升机构4运输而来的货物8;所述运输机构6设置有可进行伸缩前后移动的多级伸缩机构,与升降平移机构5共同完成三个维度的移动控制,从而实现货物8在运载工具内的精准码垛控制;可配置重量传感器、红外传感器,用以检测货物8的具体位置。
[0033] 装车机构7,其设置于运输机构6的前端,用于货物8运输并将货物8码放至运载工具内;其上至少配置红外传感器、距离传感器或视觉识别系统中的多种组合,用以识别、测量运载工具的尺寸,并根据运载工具的顶侧部位置来进行竖向补偿或横向补偿,同时也可及时控制货物8按码放规则进行旋转控制。
[0034] 底盘行走机构3,采用履带式走行方式,用以控制换道口作业。
[0035] 如图1、2所示,基于上述自动装卸设备的结构,所述的控制系统包括执行模块、运动控制模块、状态采集模块、装箱规划模块、集成控制器和数据交换网络。具体地:
[0036] 所述执行模块安装于自动装卸设备的各机构上,并通过设置驱动器和电机来控制各机构执行相应的动作。
[0037] 其中,拆码垛机构1上设置多个用于实现多轴运动的电机;底盘行走机构3设置可控制履带行走的电机;运输机构6设置控制货物8输送的电机及控制多级伸缩的电机;装车机构7设置货物8装车的电机和对货物8进行旋转控制的电机。上述电机均由相应的驱动器精准地控制转速、移动位置等参数。
[0038] 在一个实施例中,所述电机为伺服电机,其至少设置有速度编码器和位置编码器,用以精准控制各机构的位置移动并执行相应的动作。
[0039] 所述状态采集模块包括不同的感知模块和/或传感器模块,分别设置于各机构上,用以识别货物8的尺寸及方向、识别运载工具的尺寸、对货物8运输位置进行检测,以及监测、定位货物8的装卸、码垛情况。
[0040] 所述装箱规划模块集成设置于集成控制器内,其根据运载工具尺寸和货物8尺寸的分析处理数据,形成装箱规划,并提供对装车机构7进行横向、纵向位置补偿的数据。
[0041] 所述运动控制模块通过通信总线与各执行模块相连接,根据传感器模块的数据用以完成控制命令的分发和运行状态采集。
[0042] 所述集成控制器接收、分析和处理状态采集模块的数据及运动控制模块所传输的各执行模块的运行状态数据,并实现各模块的集成控制。
[0043] 所述数据交换网络通过有线或无线网络使运动控制模块、状态采集模块与集成控制器进行数据传输与交换。
[0044] 如图1所示,所述运动控制器至少包括逻辑运算单元(LCU)、通信控制单元(DCU)和数据存储单元(DSU),所述逻辑运算单元利用IO模块接收各传感器模块的数据进行逻辑运算,并通过通信控制单元实现各执行模块的多维控制,协调控制自动装卸设备的行走、货物8输送及装车控制等。
[0045] 具体地,各传感器模块可通过有线或无线网络将数据传输至运动控制器,逻辑运算单元接收各传感器模块的数据,并根据预设的程序进行逻辑运算,完成数据处理,根据数据处理结果发出控制命令,各驱动器接收到控制命令后,控制相应的电机执行动作,各驱动器同步返回电机的运行状态、转速、运行时间、正反转动等数据;同时,将上述各数据存储于数据存储单元中。
[0046] 在一个实施例中,所述感知模块至少包括视觉摄像头或雷达,其安装于拆码垛机构1和装车机构7上,分别用以识别货物8的尺寸和运载工具的尺寸。
[0047] 具体地,集成控制器内可预设货物8的类型,如箱式、袋式等,并预设码垛方式,如五花垛、六顺垛等;视觉摄像头或雷达安装于拆码垛机构1的机械臂上,用以识别货物8的类型、尺寸、方向;并根据码垛方式的要求,调整货物8的摆放方向并放置于运输机构6上。同时,视觉摄像头或雷达也安装于装车机构7上,用于测量运载工具的尺寸,装箱规划模块则根据运载工具尺寸和货物8尺寸,结合码垛方式形成装箱规划,并及时计算出相应的补偿数据。
[0048] 对于运载工具的顶部或两侧的区域,装车机构7往往无法将货物8码放于此;优选地,可在所述装车机构7上设置补偿模块,并根据补偿数据由运动控制模块控制补偿模块进行横向移动或纵向移动,从而使货物8能够尽可能地码放于运载工具的顶部和两侧区域,从而提高运载工具的装载率。
[0049] 在一个实施例中,所述传感器包括激光传感器或距离传感器,其安装于装车机构7上,为逻辑运算单元提供实时的货物8码垛位置数据,用以控制升降平移机构5和运输机构6进行移动。
[0050] 货物8码垛于运载工具内时,每次完成一袋/箱货物8的码垛,装车机构7则需要进行相应位置调整,进行下一货物8的码垛。因此,运动控制器根据逻辑运算单元的数据处理,利用通信控制单元发布控制命令,使运输机构6进行相应的升降运动和横向左右移动,同时,货物8码放一排后,控制运输机构6进行收缩移动,最终完成运载工具的货物8码垛。
[0051] 在一个实施例中,所述传感器还包括重量传感器,其安装于运输机构6和垂直提升机构4上,用以判断货物8的运输状态,并通过运动控制器控制运输机构6休眠或运行;重量传感器用于实时检测运输机构6和垂直提升机构4上是否由货物8运输,一定时间内未检查到货物8重量时,运输机构6和垂直提升机构4将处于休眠状态,从而达到节能效果。
[0052] 在一个实施例中,所述传感器还包括红外传感器,其安装于运输机构6和装车机构7上,用以检测货物8的具体位置;当货物8由运输机构6运输至传输机构上后,运动控制器控制货物8按码放方式进行相应的旋转。
[0053] 需要说明的是,数据交换网(DCS)由多模通信安全信息传输网组成,各模块通过有线或者无线(如4G、WLAN、LTE‑R等)网络与集成控制器通信;通信总线可以采用常用的CAN、MVB、EtherCAT等。
[0054] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明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,本申请的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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