木材綑紮件自動跟蹤系統的製作方法
2023-06-14 19:34:36 2
專利名稱：木材綑紮件自動跟蹤系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及跟蹤諸如木材綑紮件的大型物體的運動和位置的電子系統，這些大型物體必須由諸如叉車的機動車加以運輸。
木材最通常成綑紮件地從最初生產者處轉運至批發商處，最後轉運至零售商處。這些綑紮件中的木材常常具有相同的厚度，但寬度和長度不同。綑紮件由寬度相同的、稱為疊層的木板層互相在頂部垛放構成。每一疊層由若干塊側邊挨側邊碼入的木板形成。通常，這些綑紮件構造成大致有4尺寬、4尺高和4至20尺長。這些尺寸確保綑紮件可容易地由一般叉車進行運輸。在任何時候，木材場特別是批發商都在他們的場地內聚存著許多這樣的木材綑紮件。為便於跟蹤，就要求將他們的露天料場設置成，這些木材綑紮件是成組地分隔放置。
木材的特性之一是，當它們乾燥或暴露於露天中時，在外觀和結構兩方面都會起變化。這些變化包括脫色、開裂、微裂、翹曲等。主要因為這一原因，木材批發商希望不斷「周轉」他們的綑紮件，在最老的綑紮件開始失去價值之前，把最老的存貨處理掉。解決此問題的方法之一是建造棚子或其它建築物以貯存木材，不把它們放在露天中。但是。這種做法的成本可能無法接受，且通常要投入大量投資，這些投資可能要長達7年或7年以上才能收回。
除了在綑紮件喪失價值之前，考慮綑紮件的「周轉」之外，批發商還面臨這樣的後勤問題，即一次要跟蹤成千上萬件綑紮件的蹤跡，並在多年時間內接收成千上萬件綑紮件，對它們進行再加工、再組裝和裝運。這些後勤問題，由於批發商要在短短的四至五個月的銷售高峰季節內處理他存貨的主要部分，而大大地加重。在這些銷售高峰月份內，存貨清單水平必須像存貨移動一樣增加。這兩個因素對人工跟蹤系統施加了很大的壓力，這些人工跟蹤系統依靠通過至少對木材種類、等級、厚度及綑紮件年限進行分類而得到的料場的嚴格編排方式。批發商可購買一些懸臂架系統，這樣，每一綑紮件可放置在一個可跟蹤的「料架」內，從而得以將綑紮件方便地加以編排，但尋找和發現並不是更為容易。而且，這些架系統非常昂貴，並要求購買特殊的側向加載的叉車，這種叉車的價格為普通叉車的2至4倍。還有，這樣的系統必須要，「料架」號碼與「綑紮件號碼」相符和配合，而人工進行這項工作很為困難，自動化的價格又太貴。
最後，批發商不僅要考慮將年限最長的綑紮件「周轉」出去、能在任何給定時刻迅速、高效地找到任何指定的綑紮件，而且從理想角度看，批發商還必須能向他們的顧客詳細地提供他們有什麼樣的木材可出售並準備發運的信息。在大多數木材料場中，根據辦公室存貨跟蹤系統進行銷售的銷售人員不願與其它綑紮件進行比較，然後挑選一件綑紮件進行銷售，因為他們不知選哪一件綑紮件能更有效地找到和取回。因此，即使批發商已在昂貴的存貨管理軟體上進行了投資，這種軟體可使他確切知道那些綑紮件目前在料場中，以及它們有多長的年限，但如果沒有一種料場跟蹤系統，他仍無法知道，從時間花費角度來看，「拉出」一件年限可能長一些的綑紮件是否比「拉出」另一件更容易找到的綑紮件會更合算。這一基本無能導至更高的存貨水平，它們起「安全庫存」的作用，以確保永遠有一定數量能容易取到的綑紮件可供出售。當然，較高的存貨水平會對利潤起反面作用，並惡化前述問題。相反，從銷售員和顧客的觀點來看，這問題趨於縮小批發商的存貨清單範圍，和/或提高「挑選和拉出」的總體成本，降低了利潤值。
對此問題的目前解決方案趨於聚焦在傳統的暫存倉庫和「料架」跟蹤措施上，但它們的價格令人卻步，且對諸如木材綑紮件的大尺寸物體難於完成。存在一些局部解決方案，它們要求對每一綑紮件添加一個獨特的帶狀編碼標牌，然後，可由電子掃描器容易地加以識別，這對置於地面若干尺以上的綑紮年是可以進行的，不然就不容易達到。但是，綑紮件常常垛放得很高、很深，特別在地價很貴的棚子裡。在這些條件下，添加的標牌經常讀不到。還有，籤條很容易掉下，並經常遭受風吹雨淋，時間一長就變得看不清了。因而，絕大多數批發商簡單地求助於採用識別編碼對綑紮件進行塗色和標記，並試圖儘可能將料場保持於有序狀態。
還有一些外國的解決方案，它們要對每件綑紮件裝備所謂表面聲學波形(「SAW」)籤條。這些籤條是陶瓷小片，當它們受一定能量，諸如可由手持電子裝置發射的一定能量的衝擊，就會在一個可識別特定頻率下共振。但是，這些籤條目前要值一美元以上，並必須裝備在每一綑紮件上，而這也要花費勞動力成本。這些籤條也可能丟掉或從綑紮件上碰丟。基於這些解決方案的系統還要求有一個單獨的位置收集方法以便永遠有效地記住每一綑紮件放置的位置。這可由一種手持裝置來完成，它簡單地記錄下綑紮件與其「SAW」籤條獨特編碼相匹配的最終位置。因而這種方法要求人工幹預並易於發生誤差，假如「聽」到的是錯的綑紮件籤條，並與目前放置的綑紮件有關的話。
給出全位物體跟蹤技術的現有狀態後，現在有可能建造一種全自動木材綑紮件跟蹤系統，它能總是保有每一綑紮件在料場和其棚子這兩個地方中的蹤跡，而不需對綑紮件固定任何形式的裝置或物體，從而提供了實時綑紮件位置信息，大大增加批發商「周轉」和以其它方式管理其存貨的能力。
因此，本發明的目的和優點是1、提供一種系統，用於跟蹤位於木材料場或其棚子內的所有木材綑紮件的三維坐標，而無需人工幫助；
2、提供這樣一種系統，它不要求用任何形式的「籤條」裝備或以其它方式與每一單個綑紮件相聯繫；3、提供一種高精度的系統，它不易於混淆綑紮件；4、提供一種系統，它不要求建造任何輔助結構物進行「料架」貯存或用於任何其它目的；以及5、提供一種系統，它能持久、實時地供給每一和多個綑紮件的位置，即使在任何給定時刻由多臺叉車對多捆綑紮件進行接收、移動和發運。
進一步的目的和優點是提供一種系統，它具有最少的運動部件，能經受周圍條件的各種變化。本發明的再進一步目的和優點將由附圖及隨後的說明而變得更為清晰。
圖1是提議的木材綑紮件自動跟蹤系統的立體圖，其基礎是對叉車的運動及其叉形臂提升組合件的高度進行電子跟蹤。
圖2是所提議的發明的運轉流程圖。
圖3是木材綑紮件自動跟蹤系統替代實施例的立體圖，它應用GPS技術幫助跟蹤叉車的運動，而所有其它方面則與最佳實施例相同。
請參看圖1，它展示了木材綑紮件自動跟蹤系統最佳實施例的立體圖，該自動跟蹤系統包括叉車100、固定高架定位模塊件74a和74b、綑紮件跟蹤計算機系統80、以及辦公室計算機系統84。(在此通篇討論及附圖中，對所述裝置所必須的電源既未討論也未說明，而假定它們對此技藝來說是常規的)。叉車100還包括機動支架10、叉形臂提升導軌20以及可豎直移動的叉形臂提升組合件30。叉形臂提升組合件30還包括叉形臂32a和32b，在其上將放置需搬動的木材綑紮件。固定在叉形臂32a和32b上的是相應的負載傳感器組合件40a和40b。
負載傳感器組合件40a和40b測量任一放置在相應叉形臂32a和32b上的木材綑紮件的重量。叉車100也可替換地裝配一個重量測量系統，它應用液壓力相對叉形臂提升導軌20豎直移動叉形臂提升組合件30以測量木材綑紮件的重量。
負載傳感器組合件40a和40b各自通過電線42a和42b與IR發送器44連接，IR發送器44裝備在叉形臂提升組合件30的側面。IR發送器44與相配合的IR接收器48一直處於聯繫中，而IR接收器48則裝備在機動支架10的側面。IR接收器由電線50與固定在機動支架10側面的叉車計算機52連接。
叉車計算機52通過電線54與超聲遠程測量組件56連接，它安裝在叉形臂提升導軌20上。超聲遠程測量組件56發送豎直指向的脈衝入射超聲能58a，它被安裝在叉形臂提升組合件30上的超聲反射器60反射。然後，組件56接收來自超聲反射器60的反射超聲能58b。
叉車計算機52通過電線62與安裝在機動支架10上的常規I/O裝置64連接。計算機52還通過電線66與伸縮天線70連接，它裝備在叉形臂提升導軌20上。伸縮天線70通過信號72、76a和76b與固定高架定位模塊件74a和74b進行雙向聯繫。模塊件74a和74b各自通過電線78a和78b與綑紮件跟蹤計算機系統80聯繫。綑紮件跟蹤計算機系統80通過電線82進而與辦公室計算機系統84聯繫。
常規運轉時，叉車100可在一個面積為5英畝或更多的、通常稱為木材料場的區域內來回移動。木材綑紮件按木材料場管理要求根據策劃放置在整個料場上。作為正常進貨的一部分，這些綑紮件不斷送入料場，作為正常再加工的一部分，這些綑紮件不斷在料場中移動，而作為正常裝運的一部分，這些綑紮件又不斷從料場移走。在同一料場內，還可有敞開和封閉的這兩種棚子，它們用於貯存經選擇的木材綑紮件以免風吹雨淋。這些棚子通常由混凝土和金屬構成。若干固定高架定位模塊件，諸如74a和74b，將按策劃放置在整個木材料場的任一露天或封閉的區域內。這些模塊件與所有在料場內運轉的叉車一直保持聯繫。
以下將參考圖2列出的步驟，同時返回參考圖1進行詳細說明，來討論木材綑紮件自動跟蹤系統的運轉。請參考步驟102，運轉從木材綑紮件未放置在其負載傳感器組合件40a和40b上的叉車100移動開始。當叉車100移動時，叉車計算機52在電線66上輸送一個編碼信號，此信號送往伸縮天線70。伸縮天線70輻射一個全向信號72，此全向信號72然後被許多與74a和74b相似的固定高架定位模塊件接收。此編碼信號專門識別叉車100。採用常規跟蹤技術，與模塊件74a和74b通訊著的綑紮件跟蹤計算機系統80，如步驟102所示，不斷確定移動著的叉車100的目前X-Y坐標。
請參考步驟104，此有意義的事件接著發生於叉車100嚙合負載的時刻。此嚙合發生於，叉車100正常運轉，以其叉形臂提升組合件30提升木材綑紮件之時。當叉形臂提升組合件30嚙合木材綑紮件時，負載傳感器組合件40a和40b確定此綑紮件的重量，並將此信息各自通過電線42a和42b傳送給IR發送器44。IR發送器44再通過IR聯線46將重量信息傳送給IR接收器48。IR接收器48進而通過電線50將此信息傳送給叉車計算機52。在接收到重量信息的同時，計算機52輸入來自超聲遠程測量裝置56的叉形臂提升組合件30的目前相對豎直高度信息。裝置56採用常規的脈衝入射和反射超聲能量遠程測量技術確定這一豎直高度信息。這樣，如步驟104所示，由綑紮件跟蹤系統確定了木材綑紮件的重量及在嚙合時刻的目前X-Y-Z坐標。
請參考步驟106，叉車計算機52通過在電線66上輸送一個編碼信號，發送先前已確定的重量和高度信息，此信號傳向伸縮天線70。天線發射包含此信息的全位信號72，接著，此全位信號72被大量與74a和74b相似的固定高架定位模塊件所接收。綑紮件跟蹤計算機系統80將這一重量和初始相對豎直高度信息與相通訊的叉車100的目前確定的X-Y坐標相結合。如步驟106所示，此綜合信息被綑紮件跟蹤計算機系統80通過雙向通訊線路82發送至辦公室計算機系統84。
請參考步驟108，辦公室計算機系統84將此信息與其已有的類似信息資料庫進行比較，並確定叉車100現在嚙合的是否是先前已識別的，即已知的木材綑紮件，或是未識別的，即未知的木材綑紮件。該確定過程如步驟110和112所示。假如辦公室計算機系統84確定這是一件已知綑紮件，則如步驟114所示，它然後將相關的特定綑紮件號碼通過雙向通訊線路82傳送給綑紮件跟蹤計算機系統80。計算機系統80再通過線路78a和78b將相關的特定綑紮件號碼傳至相應的固定高架定位模塊件74a和74b而傳送至叉車100。模塊件74a和74b再通過相應的發射信號76a和76b將此信息傳送給伸縮天線70。天線70接收這些信號，再將此信息通過線路66傳送給叉車計算機52。
請參考步驟116，叉車計算機52再將此特定綑紮件號碼通過線路62傳送給I/O裝置64，以便叉車司機驗證。當叉車100裝著嚙合的木材綑紮件在整個木材料場中不斷來回移動時，固定高架定位模塊件74a和74b從伸縮天線70不斷接收全位信號72，從而如步驟116所示，綑紮件跟蹤計算機系統80不斷確定叉車100的X-Y坐標。
當叉車100到達木材綑紮件將放置的最後預定的終點時，如步驟118所示，叉形臂提升組合件30釋放綑紮件。此釋放發生於叉車100正常運轉將木材綑紮件放置於預定位置的時刻。當叉形臂提升組合件30釋放木材綑紮件後，負載傳感器組合件40a和40b現在開始將檢測到的零重量信息通過線路42a和42b、IR發送器44和接收器48，以及線路50發送給叉車計算機52。隨著零重量檢測信息的接收，計算機52輸入來自超聲遠程測量裝置56的叉形臂提升組合件30的目前相對豎直高度信息。叉車計算機52將先前已確定的零重量和豎直高度信息通過線路66、天線70、信號72、定位模塊件74a和74b，以及線路78a和78b發送給綑紮件跟蹤計算機系統80。如步驟118所示，綑紮件跟蹤計算機系統80將此重量和最終相對豎直高度信息與通訊中的叉車100目前確定的X-Y坐標結合。此綜合信息如步驟120所示由綑紮件跟蹤計算機系統80通過雙向通訊線路82發送給辦公室計算機系統84。
如步驟122所示，辦公室計算機系統84將此信息加入至已有的類似信息的資料庫。假如現已被運輸的木材綑紮件被確定為先前已知的，則系統84修改其目前坐標。假如此綑紮件是先前未知的，則系統84將此信息與一個新的特定綑紮件號碼以及新確定的重量和最終的X-Y-Z坐標發生聯繫。
現請參考圖3，圖中展示了上述發明的替代實施例101。顯然，只對那些有顯著差異的部分進行了展示，而那些對最佳實施例和替代實施例都為共同的部件則採用與最佳實施例中相同的標號。在替代實施例101中，叉車10還包括了全球定位衛星(GPS)天線71，它裝備在叉車10的天線70的附近。GPS天線71能接收由頭頂上部衛星(未表示)發送的GPS信號77。天線71還能將接收到的GPS信號77通過線路67發送給GPS接收器49。GPS接收器49能將GPS信號77轉換成叉車10的連續的目前X-Y坐標。接收器49還通過線路55與計算機52進行通訊。計算機52能沿著線路66將信號發送至天線70，然後作為全位信號72加以發送，並可被接收模塊件74c和74d中任一個接收，接收模塊件74c和74d各自替代了最佳實施例中的定位模塊件74a和74b。接收模塊件74c和74d再沿線路78a與綑紮件跟蹤計算機系統80進行聯繫。
在運轉時期，天線71不斷接受GPS信號77，然後它將信號77沿線路67發送給GPS接收器49。接著，GPS接收器49不斷轉換信號77中包含的經度和緯度信息以確定叉車10的X-Y坐標。然後，計算機52將目前的X-Y坐標信息與目前叉形臂的高度和負載重量信息結合，接著沿線路66將此綜合信息發送至天線70，以便作為全位信號72不斷往外發射。然後信號72由接收器74c和74d之一或兩個接收器74c和74d同時接收，接收器74c和74d將包含的信息沿線路78a和發送給綑紮件跟蹤計算機系統80。計算機系統80不須對發送的信號72進行任何特殊的計算以確定叉車10的目前X-Y坐標，因為信號72在被GPS接收器49自GPS信號加以轉換時，信號72已經包含了這一信息。
這樣，讀者將看到木材綑紮件自動跟蹤系統是這樣的一種系統，它能跟蹤位於木材料場或其棚子內的所有木材綑紮件，而不須人工幫助或對每一綑紮件裝備任何形式的「籤條」。此外，讀者將注意到，此系統不容易混淆各個綑紮件或它們的位置，不要求建造任何特殊的「料架」貯存結構物。這樣，此系統能持續、實時地保持每一和各個綑紮件的位置，甚至在任一給定瞬間由多臺叉車接收、移動和發送多件綑紮件。
雖然上述說明書包含了許多詳述，但不應把它們認作對發明範圍的限制，而是其最佳實施例的舉例。許多其它變化都是可能的。這從木材綑紮件自動跟蹤系統的說明書中可明顯看出。
系統的適用性超過對木材綑紮件位置的跟蹤。例如，木材料場也要處理大量原木和監造木製品梁，它們也可由叉車移動，並按此處說明的相似方法進行跟蹤。其它諸如金屬的工業也要處理大量產品，它們也必須由叉車圍繞地區區域進行運輸。金屬工字梁、擠壓杆束、薄板捆、鋼盤圈、板等都是這些產品的實例。因此認為，總體講，木材綑紮件自動跟蹤系統能自動跟蹤所有產品的三維坐標和重量，只要這些產品尺寸大得要求採用叉車對其進行移動。
對此領域中那些普通技術人員來說很清楚，對諸如單件工具鋼的較小物體來說，它們主要由人手進行移動，可將此精密系統加以複製，通過對人手裝備特殊壓力敏感手套以注意嚙合和鬆開，並能發射能被固定高架定位模塊件跟蹤的全位信號。
此外，建立於辦公室計算機系統，它包含在給定地區區域內所有目前產品的有價值的數據，與叉車輸入/輸出裝置之間的線路，使辦公室計算機不僅能記錄，而且還能指揮諸如木材綑紮件的產品的運動。還顯然，假定編碼最好由辦公室計算機自動賦予，則辦公室計算機可由叉車司機指導進行特定物體識別編碼，它應與目前嚙合的但至今仍為未知的物體相聯繫。這就可能出現這樣的情況，即假如負載是先前未知的，而在對其進行最近的處理時，發現例如在一桿形編碼籤條上已賦予了一個編碼。因此，本發明的範圍不確定於所示的實施例，而確定於所附的權利要求及它們的法定等效物。
由本發明的前述詳細說明可看到，本發明的木材綑紮件自動跟蹤系統顯然具有許多優點，有些優點已在上述說明中加以描述，而另一些則內涵於發明之中。此外，還很清楚，即在不偏離本發明的思想下，也能對木材綑紮自動跟蹤系統進行很多修改。因此本發明的範圍僅受限於所附權利要求的規定。
權利要求
1.一種自動全位物體跟蹤系統，它可在一個預定區域內運轉，該系統包括一種嚙合/釋放所述物體的裝置；一種將所述被嚙合的物體從初始嚙合位置運送至最終釋放位置的裝置；和一種響應所述運送裝置確定所述物體的所述初始和最終位置的裝置。
2.如權利要求1的系統，其特徵在於，所述嚙合/釋放裝置還包括一種確定所述物體的所述嚙合和所述釋放時刻的裝置；和一種響應所述時刻確定裝置確定所述物體的Z坐標的裝置。
3.如權利要求2的系統，其特徵在於，所述運送裝置還包括一種連續發送全位信號的裝置；一種接收來自所述嚙合/釋放裝置的所述物體的所述Z坐標的裝置；和一種將在所述嚙合和釋放時刻的所述Z坐標與所述全位信號相結合的裝置。
4.一種自動物體識別系統，它可在貯存一組一個或多個物體的預定區域內運轉，其特徵在於，該識別系統包括一種在所述物體組內確定任一所述物體初始位置的裝置；和一種響應所述初始位置確定裝置，在所述初始位置基礎上，識別所述任一物體的裝置。
5.如權利要求4的系統，其特徵在於，所述初始位置確定裝置包括一種嚙合所述任一物體的裝置；一種響應所述嚙合裝置確定所述任一物體的初始X-Y坐標的裝置；和一種響應所述嚙合裝置確定所述任一物體相對所述X-Y坐標的初始Z坐標的裝置。
6.如權利要求4的系統，其特徵在於，所述識別裝置包括一種將所述任一物體的所述初始位置與所述物體組內所述物體的一組所有最終已知位置進行比較的裝置；和一種從所述比較中確定所述任一物體的所述身份的裝置。
7.一種方法，用於在一個預定區域內自動和全位跟蹤一個物體，其特徵在於，該方法包括的步驟有嚙合所述物體；確定所述被嚙合物體的所述初始位置；將所述被嚙合物體從一個初始被嚙合位置運送至一個最終釋放位置；釋放所述物體；和確定所述被釋放物體的所述最終位置。
8.如權利要求7的系統，其特徵在於，所述嚙合和釋放所述物體的步驟還包括確定所述物體的所述嚙合和釋放時刻；和確定所述物體在所述嚙合和釋放時刻時的Z坐標。
9.如權利要求7的系統，其特徵在於，所述運送所述被嚙合物體的步驟還包括的步驟有不斷發送全位信號；接收所述物體的所述Z坐標；和將所述Z坐標與在所述嚙合和釋放時刻的所述全位信號相結合。
10.一種在一個包含一組一個或多個物體的預定區域內，自動識別物體的方法，該方法包括的步驟有確定所述物體組內任一所述物體的初始位置；和根據所述初始位置識別所述任一物體。
11.如權利要求10的系統，其特徵在於，確定所述初始位置的步驟還包括的步驟有嚙合所述任一物體；確定所述被嚙合任一物體的初始X-Y坐標；和確定所述任一物體的相對所述X-Y坐標的初始Z坐標。
12.如權利要求10的系統，其特徵在於，識別所述任一物體的步驟還包括的步驟有將所述任一物體的所述初始位置與所述物體組內的所述物體的一組所有最終已知位置進行比較；和由所述比較確定所述任一物體的所述識別。
13.一種自動全位物體跟蹤系統，它可在一個預定區域內運轉，其特徵在於，該系統包括一種接收遠處發送的坐標信息的裝置；一種響應所述接收裝置按所述接收到的坐標信息確定所述物體的絕對經度和緯度的裝置；和一種響應所述確定裝置發送所述物體的所述絕對經度和緯度的裝置。
全文摘要
在叉車(100)上,負載傳感器組合件(40a和40b)固定在叉形臂(32a和32b)上,並能對任何被叉形臂提升組合件(30)提升的物體進行稱重。重量信息被不斷地從組合件(40a和40b)通過線路及IR發送器(44)和接收器(48)發送至叉車計算機(52)。重量變化信息被計算機(52)判讀為負載的嚙合和釋放,隨此之後,接收來自超聲遠程測量組件(56)的叉形臂提升組合件(30)的目前相對豎直高度。然後,計算機(52)通過伸縮天線(70)向諸如74a和74b的固定高架定位模塊件發送具有重量和高度這兩種信息的特定編碼信號,所述固定高架定位模塊件已按策劃布置在叉車(100)運轉的整個區域內。然後,此信號由諸如74a和74b的定位模塊件發送至綑紮件跟蹤計算機系統(80)。計算機(84)能貯存此信息以跟蹤移動物體的精確位置和重量。
文檔編號G01S3/00GK1209877SQ95198021
公開日1999年3月3日 申請日期1995年12月14日 優先權日1995年12月14日
發明者詹姆斯·A·阿曼, 威廉·R·哈勒 申請人:詹姆斯·A·阿曼, 威廉·R·哈勒