有巷轨道堆垛机运行系统定位方式设计

刘广东， 卞希多

（黑龙江省机械科学研究院，哈尔滨150040）

0 引言

有巷轨道堆垛机在自动化立体仓库中扮演着重要的角色，它相当于计算机中的中央处理器，堆垛机是整个系统是否能够实时、自动、快速、准确地完成既定命令的基础。在研究堆垛机运行系统时，搬运设备是否具有高性能的停准定位能力，也就是能自动认址并精确定位，这是为后续完成调速的基础。

1 绝对认址与相对认址

堆垛机在进行存取货物动作时，计算机要知道堆垛机当前所处位置，然后下达指令到达指定的位置。堆垛机进行横向（X坐标）和纵向（Y坐标）移动来准确定位货格位置，通过货叉前后移动完成取送需要。

计算机把命令传递给轨道堆垛机，并给定货物的存取地址，堆垛机会进行自动认址作业，来到目标地址。根据堆垛机的工作原理有绝对认址与相对认址两种之分。

1）绝对认址。该认址类似查询方式的一种，就像将标签贴到各个货格上，类似每个货格的位置名片。绝对认址所需要的硬件设备：认证挡板（安装于堆垛机侧端）、红外光电开关（安装于每列货格）、光电开关（安装于升降台），以上是堆垛机检测和自动寻址所必备硬件设备。我们熟悉的一个简单的二进制编码就可以通过堆垛机移动时，对光电开关的遮挡与否而产生。通过被PLC所记录来换算出YZ的坐标。此类认址方法编程相对简单（只记变换数量，不记前后状态），且准确度高，这是其优点；缺点是使用光电开关较多，成本较高，安装调试复杂。

2）相对认址。遵循的是一种计数法，与绝对认址相对应。所需硬件设备：固定认址挡板需要安装每层每列货格上，作用与绝对认证相同，不同的是在堆垛机侧边安装一个，在升降台上安装一个，指定其中之一作为停准开关使用，照此法，通过计算光电脉冲的增减就可知道堆垛机的移动形态，准确率不是很高是其缺点，原因在于后者地址是依赖前者地址准确基础之上的。当使用两个及以上光电开关时，使它们相互效验承认，不一致时报警，但是会增大任务量，增加系统负担。分段检测的办法可以解决不可靠的问题，当隔一段货格的光电开关技术对比发现不同时，警报响起。这里又分两种情况而定，货格多时，以5个货格倍数为基准；货格少时，以3个货格为基准，分别进行检测，得到的结果应该是3或者5的倍数，反之，出现错误，需手动修正或进入修正程序。正常下在PLC上位机软件中进行设置检测程序。

2 认址方案比较

这主要是一些国内外常用的认址方式，根据对位置精确检测的原理，将认址方式分成两种，即绝对认址方式和相对认址方式。需要说明的是，像我们熟悉的利用激光的精度高、距离远、方向性好、亮度高等特性测距认址（激光测距认址）和利用旋转测距的旋转轴编码器认址以及常见的利用光电是否被遮挡的光电开关认址等。列举了以上3种方式进行一些数据对比，如表1所示。

表1 认址方式对比

3 认址方式选择

堆垛机能够自动地找到系统规定好的货格位置，这一过程被称为堆垛机的自动认址。整个过程中堆垛机需要完成两项任务：第一，接到命令按照一定的轨迹运动准确找到货格位置，这是寻址过程；第二，确定货格位置，在一定精度范围内准确停在货格位置。通过以上的对比，结合实际，我们使用激光测距传感器利用它的精度高、方向性好，并且还采用与之相互配合的绝对认址方法。其方法如下：

1）水平方向认址。采用激光测距传感器，足可以实现测量水平位置距离，安装于堆垛机前段，对应挡板安装轨道末端，货格的宽高作为距离单位存入系统，系统通过类似查表方式对传回的实时数据进行比对，是否为货格宽度的倍数来判断堆垛机位置。整个过程中激光光线不能被遮挡，否则会使堆垛机内部产生误差，出现启动报警并停止运行，需工作人员手动解除报警。

2）垂直方向认址。采用绝对光电认址挡片认址，安装在堆垛机立柱上，与每层货架相对应，完成上下运行的光电开关共3个，不论升降台完成的是水平运动还是垂直运动都需要这3个光电开关与之一起完成作业任务，需要共用的光电开关安装在中间部位，分开使用的光电开关则分别安装在轨道堆垛机的上部和下部位置。这种认址方式的配合可以满足系统要求的精度范围，达到设计要求。

4 相位式激光传感器工作原理

激光测距是光波测距范围的一种方式，在军事科学技术、生产等方面都有很重要的作用。测量精度高、测量距离远、方向性好、亮度高，波长单一等都是激光的特点。在甲、乙两个点间大气中光速v往返一次的时间记做T，假如甲、乙两点之间距离记做L，则

因此，只要测量出光在大气中的传播时间T，根据式（1）就可得到甲、乙之间的距离。激光测距传感器是以测量时间方法的不同分为脉冲式和相位式，两者之间的区别在于脉冲式比较适合运动物体之间距离的测量，缺点是测距精度不是很高，相位式比较适合做线性运动物体，对静止、移动较慢物体很有效果。

激光测距原理图如图1所示。

图1 激光测距原理图

经过系统地寻找国内、国外的各类测量距离传感器，在此基础之上，全面地比较其优缺点、性价比，选用了德国SICK智能传感器DME5000（用作水平）和ISD400（用作升降）。

5结语

介绍了有巷堆垛机的认址方式，就有巷轨道堆垛机能否准确无误地定位表达了观点。经过比对和探讨认为，采用激光测距传感器来测量距离和绝对认址的办法是最理想的，可以充分保证有巷轨道堆垛机的精确定位。为满足水平与升降方位的位置检测精度，选用了德国SICK公司生产的DMS5000及ISD400激光测距传感器来完成运行检测目的。

［1］ 刘昌棋，董良．自动化立体仓库设计［M］．北京：机械工业出版社，2004：13-21，132-138，166-168．

［2］ 杨继志，郭敬．自动化立体仓库的关键技术［J］.起重运输机械，2007（1）：42．

［3］ Fong T，Nourbakhsh I.A Survey of Socially Interactive Robots［J］.Robotics and Autonomous Systems，2003（2）：143-166.

［4］ 王勇军，周奇才．自动化仓库堆垛机的高速运行控制技术研究［J］．起重运输机械，2003（1）：27-29．

［5］ 何献忠，李卫萍，刘颖慧,等．可编程控制器应用技术［M］．北京：清华大学出版社，2007：5-7．

［6］ 李正军．现场总线及其应用技术［M］．北京：机械工业出版社，2005：76-87．

［7］ 张保军，曹永华.激光测距技术研究［J］.湛江师范学院学报，2006，27（6）：42-43．