一種用於叉車測高及稱重的裝置及稱重方法

2023-10-20 11:49:17 1

專利名稱：一種用於叉車測高及稱重的裝置及稱重方法
技術領域：
本發明涉及一種叉車的測量裝置及方法，具體地說是一種用於叉車測高及稱重的 裝置及稱重方法。
背景技術：
叉車是貨櫃運輸業、倉儲業等大型貨物裝卸使用的重要設備。現有的叉車在裝 卸貨物時雖然可以稱重，但是叉車稱重的精度不高，有較大的誤差，而且有時貨物重量超過 了叉車正常運行的限度，而叉車的駕駛員沒有注意的情況下，很容易造成較大的損失。在叉 車貨叉的升降高度控制方面，現有的控制系統只對貨叉上升進行了控制，而現在經常要求 貨叉下降時控制高度。這就需要駕駛員手動操作，而且由於仰角的存在，高度極難控制，需 要有經驗的駕駛員才能完成這項任務。現有的叉車貨叉提升高度是先分層，然後按層提升 高度，換句話說如果要求叉車貨叉停在兩層之間，那麼只有先提升到附近一層，然後駕駛員 手動操作停放貨物，非常不方便。現有專利號為2006201668203、申請日為2006年12月12日，授權公告日為2007
年11月21日，發明人為李忠志、餘志軍、李俊霖、陳東輝的專利文獻公開了一種叉車電子稱 重儀。所述稱重儀以單片機為中央控制單元，外圍設有顯示鍵盤以及電源電路，還設有壓力 檢測單元和位置檢測單元，其壓力檢測單元由兩路壓力傳感器和模數A/D轉換器構成單片 機的重力數據檢測通道，其兩路壓力傳感器分別設置於叉車起升油缸的上下腔油路上，位 置檢測單元由位置傳感器和開關信號耦合電路組成，構成單片機的開關控制通道，其中位 置傳感器為接近開關，其發射部分固定於託叉擋貨架外側，其接收部分分別固定於叉車門 架的控制位和下控制位。所述專利壓力計算方法只是普通的線性算法，方法雖然簡單但是 精度不高。而且有時叉車運的貨物重量可能超過了叉車正常運行的範圍，這時如果沒有注 意很有可能造成巨大的損失。又有專利號為200720184570. 6、申請日為2007年10月29日，授權公告日為2008
年9月24日，發明人為吳金賢、李坤、倪世傑的專利文獻公開了一種叉車貨叉高度控制裝 置。所述叉車貨叉高度控制裝置包括貨叉控制器，其特徵在於貨叉控制器與油泵配合連接， 油泵與起升油缸配合連接；設置在門架上的行程感應器與貨叉控制器信號連接。所述專利 不能實時地給出叉車貨叉升高的具體高度數值，而現實中常常會要求貨叉升高精確地高度 以便迅速地裝載和卸除貨物，因此會很不方便。而且所述專利是按層數控制高度，在層與層 之間的高度，貨叉就無法通過控制器到達了，只能先到達與其高度相近的層數，然後需要駕 駛員自己手動控制，這給駕駛員帶來了很大的不便。所述專利在提升高度時只是控制其上 升的高度，而沒有對下降時高度進行控制，需要駕駛員手動控制，這也給叉車的正常裝卸貨 物帶來了一定的不便和困難。

發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種用於叉車測高及稱重的裝置及稱重方法，能通過設定高度自動調高或降低叉車的貨叉，稱重精度高，貨物過重時會自動報警。為實現上述目的，本發明提供一種叉車測高及稱重的裝置及稱重方法，—種用於叉車測高及稱重的裝置，該裝置測量叉車貨叉的高度和貨物的重量並控 制叉車貨叉的高度，包括傳感單元用於接收壓力信號和貨叉高度的信號。輸入單元用於傳遞駕駛員指令。CPU單元用於接收來自輸入單元的信號和駕駛員的指令並計算重量和叉車貨叉 的高度，並將駕駛員指令的高度轉為信號傳入執行單元。存儲單元用於存儲CPU算出的重量和叉車貨叉的高度。輸出單元用於輸出存儲單元的高度值和重量值。執行單元用於將控制叉車貨叉的上升、下降與停止。其特徵在於所述傳感單元設有2個光電編碼器，2個光電編碼器分別安裝於中缸和邊缸的鏈 輪上。所述CPU單元，用於得出稱重的輸出數據與裝載貨物重量的的拉格朗日插值多項 式，並根據所述的拉格朗日插值多項式和輸入的壓力信號得出貨物的重量；用於根據傳感 單元的2個光電編碼器的計數器得到增量，轉化為對應的高度值，然後根據鏈輪的正反轉 信息，修正上次的高度值，並更新高度值。所述存儲單元，用於存儲CPU單元算出的拉格朗日插值多項式。作為優選，所述CPU單元用於得出拉格朗日插值多項式的誤差表達式並計算誤差 的絕對值。作為優選，所述用於叉車測高及稱重的裝置設有警報單元，CPU單元對比裝載貨物 的重量與叉車最大負載，並將對比結果信號輸出至警報單元。作為優選，通電後，所述存儲單元的重量值與高度值清零。作為優選，設有稱重工作方式1、稱重工作方式2指令。作為優選，所述CPU單元將根據所述的拉格朗日插值多項式和輸入的壓力信號得 出貨物的重量，並將重量值的信號送至輸出單元。作為優選，所述輸入單元設有結束指令，所述CPU將歷次貨物重量存儲至存儲單 元，並將這些重量累加，當輸入結束指令，累加重量值的信號送至輸出單元。作為優選，輸入單元設有測高工作方式1、測高工作方式2、測高工作方式3指令。作為優選，根據傳感單元的2個光電編碼器的計數器得到增量，轉化為對應的高 度值，然後根據鏈輪的正反轉信息，修正上次的高度值，並更新高度值，然後將高度存儲至 存儲單元，送至輸出單元。作為優選，所述輸入單元設有高度目標值指令，所述CPU單元將當前高度與高度 目標值進行對比，並將對比信號輸至執行單元。作為優選，所述輸入單元設有層數指令，所述CPU單元將層數轉換為具體高度值， 並將此高度值與當前高度值進行對比，並將對比信號輸至執行單元。作為優選，所述CPU單元計算當前高度對應的層數，並將當前層數值與高度值送 至輸出單元。
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一種用於叉車稱重的方法，該方法測定叉車裝載貨物的重量，其特徵在於所述方 法包括以下步驟步驟1對空載與滿載之間，用至少20個不同重量的試重塊(包括空載與滿載)放 上叉車，並得到對應的傳感單元信號； 步驟2利用拉格朗日插值算法算出重量關於傳感信號的函數作為優選，所述步驟2包括利用拉格朗日插值算法算出函數的誤差函數，並得到 誤差函數的絕對值。作為優選，所述方法含有步驟3將允許誤差值與誤差函數的絕對值進行對比，若 誤差函數的絕對值大，則重複步驟1並添加新的試重塊，若允許誤差值大，那麼步驟2所得 的重量函數即為叉車的重量函數表達式。本發明具有幾方面的優點1、本發明傳感單元設有2個光電編碼器，2個光電編碼器分別安裝於中缸和邊缸 的鏈輪上。CPU單元根據傳感單元的2個光電編碼器的計數器得到增量，轉化為對應的高度 值，然後根據鏈輪的正反轉信息，修正上次的高度值，並更新高度值。這樣不僅能通過設定 高度自動調高或降低叉車的貨叉，而且由於使用光電編碼器，精度更高。2、本發明CPU單元可以得出稱重的輸出數據與裝載貨物重量的的拉格朗日插值 多項式，並根據所述的拉格朗日插值多項式和輸入的壓力信號得出貨物的重量。因此測 得貨物的重量精度更高，而且避免了傳統算法針對每一個規格門架都要進行一次不同的計 笪弁。3、本發明設有警報單元，CPU單元對比裝載貨物的重量與叉車最大負載，並將對比 結果信號輸出至警報單元。因此如果叉車超載，警報單元會在第一時間報警。


為進一步理解本發明，作為說明書一部分的附圖示出了本發明的實施例，而所作 的說明用於解釋本發明的原理。附圖中圖1為本發明一種實施例的系統整體方案設計框圖，圖2為本發明一種實施例的測高子系統的工作流程圖，圖3為本發明一種實施例的測高工作方式1流程圖，圖4為本發明一種實施例的測高工作方式2流程圖，圖5為本發明一種實施例的測高工作方式3流程圖，圖6為本發明一種實施例的稱重子系統的工作流程圖，圖7為本發明一種實施例的稱重工作方式1流程圖，圖8為本發明一種實施例的稱重工作方式2流程圖
具體實施例方式下面將參照本發明的優選實施例對本發明進行具體地說明。如圖1所示，對於測高子系統，傳感單元採用了光電編碼器(2個)，CPU單元為 PLC，輸入單元與輸出單元為操作鍵盤和液晶顯示屏，具體實現方式如下兩個光電編碼器 分別安裝於中缸和邊缸的鏈輪上，檢測鏈輪的旋轉。信號處理單元分別對光電編碼器的輸
6出信號進行處理，使其適於PLC計數輸入，並提高信號穩定性，同時判斷鏈輪的正反向。PLC 分別對兩個光電編碼器的輸出脈衝計數，並根據各鏈輪的正反轉和直徑，轉換為叉車架的 高度變化量，並進行累加，得到叉車架的實際位置。液晶屏幕可實時顯示該高度值。操作面 板對測高系統工作方式進行選擇及相關參數的輸入等；在工作方式2或3下，叉車架達到指 定高度後，系統輸出+5V電平，叉車控制系統接收到該信號，並視情況(判斷優先級)控制 叉車架的升降；參數輸入面板由廠家輸入兩鏈輪的直徑；系統在+12V電源下工作。對於測重子系統，傳感單元採用應變式壓力傳感器，CPU單元採用PLC控制器，以 及相應A/D模塊，輸出單元採用LCD液晶屏顯示，輸入單元為控制面板，按鍵有自動稱重、 稱重累加、清零、退出等。壓力傳感器通過A/D模塊與PLC相連，A/D模塊和控制面板接PLC 輸入口，IXD接PLC輸出口。該子系統能實現自動稱重顯示功能，以及多次搬運貨物累加功 能，並在最後能輸出總重量和各次貨物的重量。1.測高子系統實現方案如圖2所示，上電後，系統首先進行初始化，將所用寄存器清空。通過檢驗初始高 度是否為0，並進行清零，可消除計算、初始計數等誤差，然後根據工作方式選擇命令，啟動 系統工作。系統默認為方式1，且方式2和3完成後返回至方式1。如圖3所示。系統定時讀取兩個編碼器的計數值，計算出增量，轉化為對應的高度 值，然後根據鏈輪的正反轉信息，修正上次的高度值，並更新高度值進行顯示。該工作方式 是另兩種方式的基礎。方式2在其基礎上添加高度判斷，並在目標達到後，向叉車控制系統 發送+5V電平。方式3在設定目標層後，系統計算出具體高度值，然後按照方式2的工作流 程進行，但在顯示的時候，按照需要，可以將高度值在轉化為樓層顯示，也可直接顯示具體 高度值。如圖4和圖5所示。2.稱重子系統實現方案如圖6所示，上電後，系統清除寄存器數值，通過轉換計算判斷初始值是否為零， 據此進行清零；然後，讀取操作面板控制系統信號，設置工作方式。傳感器輸出電壓值與實際壓力值之間不一定成正比例關係，因此，需對重量轉換 公式進行研究。根據叉車實際貨物重量確定標定數字，比如叉車上限為1. 6T，則選取下列數 字進行標定，如0. 2,0. 4,0. 6,0. 8,1. 0,1. 2等。在進行標定實驗前，叉車需空載工作，記錄 此時傳感器的輸出電壓值；將具有上述重量的貨物依次放在叉車上，記錄它們對應的傳感 器電壓值(減去叉車自重值)，然後利用拉格朗日插值算法算出重量關於傳感信號的函數 和誤差函數，並得到誤差函數的絕對值，最後將允許誤差值與誤差函數的絕對值進行對比， 若誤差函數的絕對值大，則重複步驟1並添加新的試重塊，若允許誤差值大，那麼步驟2所 得的重量函數即為叉車的重量函數表達式。如圖7所示，叉車架取貨物後，傳感器將測量信號輸入PLC，通過重量轉換公式，得 到重量數值，PLC對數值進行判斷，若貨物超重，PLC通過蜂鳴器報警，否則通過LCD顯示貨
物重量。如圖8所示，叉車架取貨物後，傳感器將測量信號輸入PLC，通過重量轉換公式，得 到重量數值，PLC對數值進行判斷，若貨物超重，PLC通過蜂鳴器報警，否則通過PLC顯示貨 物重量，並將數值存儲於RAM中，待任務完成時，點擊退出按鈕，將各次貨物重量及總重量 顯示在IXD上。
結合系統工作流程圖，編寫PLC梯形圖，並進行仿真和初步聯調實驗，修改完善主 體程序，並根據梯形圖編製程序清單。1.測高子系統部分(1)開機即顯示當前高度值(具有斷電記憶功能)，並可進行高度復位(將當前高 度值置零)；(2)該系統有三種工作方式，可由操作面板上功能鍵分別選擇■方式1 系統啟動後，僅實時顯示叉車架所處高度，不進行叉車的啟停控制；■方式2:系統啟動後，可由操作面板輸入具體高度值，升降啟動後，系統實時顯 示叉車架所處高度值，到達指定高度後，系統給叉車控制系統傳遞+5V電平信號，由叉車控 制系統根據情況控制升降；■方式3 系統啟動後，可由面板輸入要到達的層號(事先對系統可輸入各層的具 體高度，系統對其自動存儲可斷電記憶，不用重複輸入)，升降啟動後，系統實時顯示叉車架 所處層數(或具體高度值)，到達指定層數後，系統給叉車控制系統傳遞+5V電平信號，由叉 車控制系統根據情況控制升降；(3)系統啟動後，默認工作在方式1 ；在工作方式2、3單次任務完成後(叉車架到 達指定高度或層數)或中斷後，系統默認回到工作方式1 ；(4)系統在工作方式2、3下，均可中斷並進行復位(未達到指定高度或層數，叉車 架即停止升降，系統可重新選擇工作方式)；(5)對於工作方式2、3，系統可記憶上次操作所輸高度值和層值；(6)對於工作方式3，系統可通過操作面板輸入各層的具體高度值，系統可進行記 憶；(7)出廠前，系統可通過接口由廠家輸入鏈輪直徑，作為所配叉車參數，不得隨意 修改；2.稱重子系統部分(1)開機即顯示當前重量值，並可進行空載復位(將當前重量值置零)，且自動修 改內部數組；(2)該系統有兩種工作方式，可由操作面板上功能鍵分別選擇■方式1 系統啟動後，實時顯示實際貨物的重量；■方式2 系統啟動後，能實現多次搬運貨物累加功能，並在最後能輸出總重量和 各次貨物的重量。(3)系統啟動後，默認工作在方式1 ；在工作方式2單次任務完成後或中斷後，系統 默認回到工作方式1 ；(4)系統在工作方式2下可中斷並進行復位；(5)出廠前，系統可通過接口由廠家輸入稱重檢定數組用於插值計算，作為所配叉 車參數，不得隨意修改。
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權利要求
一種用於叉車測高及稱重的裝置，該裝置測量叉車貨叉的高度和貨物的重量並控制叉車貨叉的高度，包括傳感單元用於接收壓力信號和貨叉高度的信號。輸入單元用於傳遞駕駛員指令。CPU單元用於接收來自輸入單元的信號和駕駛員的指令並計算重量和叉車貨叉的高度，並將駕駛員指令的高度轉為信號傳入執行單元。存儲單元用於存儲CPU算出的重量和叉車貨叉的高度。輸出單元用於輸出存儲單元的高度值和重量值。執行單元用於將控制叉車貨叉的上升、下降與停止。其特徵在於所述傳感單元設有2個光電編碼器，2個光電編碼器分別安裝於中缸和邊缸的鏈輪上。所述CPU單元，用於得出稱重的輸出數據與裝載貨物重量的的拉格朗日插值多項式，並根據所述的拉格朗日插值多項式和輸入的壓力信號得出貨物的重量；用於根據傳感單元的2個光電編碼器的計數器得到增量，轉化為對應的高度值，然後根據鏈輪的正反轉信息，修正上次的高度值，並更新高度值。所述存儲單元，用於存儲CPU單元算出的拉格朗日插值多項式。
1.一種用於叉車測高及稱重的裝置，該裝置測量叉車貨叉的高度和貨物的重量並控制 叉車貨叉的高度，包括傳感單元用於接收壓力信號和貨叉高度的信號。 輸入單元用於傳遞駕駛員指令。CPU單元用於接收來自輸入單元的信號和駕駛員的指令並計算重量和叉車貨叉的高 度，並將駕駛員指令的高度轉為信號傳入執行單元。存儲單元用於存儲CPU算出的重量和叉車貨叉的高度。 輸出單元用於輸出存儲單元的高度值和重量值。 執行單元用於將控制叉車貨叉的上升、下降與停止。 其特徵在於所述傳感單元設有2個光電編碼器，2個光電編碼器分別安裝於中缸和邊缸的鏈輪上。 所述CPU單元，用於得出稱重的輸出數據與裝載貨物重量的的拉格朗日插值多項式， 並根據所述的拉格朗日插值多項式和輸入的壓力信號得出貨物的重量；用於根據傳感 單元的2個光電編碼器的計數器得到增量，轉化為對應的高度值，然後根據鏈輪的正反轉 信息，修正上次的高度值，並更新高度值。所述存儲單元，用於存儲CPU單元算出的拉格朗日插值多項式。
2.根據權利要求1所述的一種用於叉車測高及稱重的裝置，其特徵在於所述CPU單 元用於得出拉格朗日插值多項式的誤差表達式並計算誤差的絕對值。
3.根據權利要求1或2所述的一種用於叉車測高及稱重的裝置，其特徵在於所述用 於叉車測高及稱重的裝置設有警報單元，CPU單元對比裝載貨物的重量與叉車最大負載，並 將對比結果信號輸出至警報單元。
4.根據權利要求1或2所述的一種用於叉車測高及稱重的裝置，其特徵在於通電後， 所述存儲單元的重量值與高度值清零。
5.根據權利要求4所述的一種用於叉車測高及稱重的裝置，其特徵在於輸入單元設 有稱重工作方式1、稱重工作方式2指令，稱重工作方式1所述CPU單元將根據所述的拉格 朗日插值多項式和輸入的壓力信號得出貨物的重量，並將重量值的信號送至輸出單元，稱 重工作方式2所述輸入單元設有結束指令，所述CPU將歷次貨物重量存儲至存儲單元，並將 這些重量累加，當輸入結束指令，累加重量值的信號送至輸出單元。
6.根據權利要求1或4所述的一種用於叉車測高及稱重的裝置，其特徵在於輸入單 元設有測高工作方式1、測高工作方式2、測高工作方式3指令，測高工作方式1根據傳感單 元的2個光電編碼器的計數器得到增量，轉化為對應的高度值，然後根據鏈輪的正反轉信 息，修正上次的高度值，並更新高度值，然後將高度存儲至存儲單元，送至輸出單元；測高工 作方式2所述輸入單元設有高度目標值指令，所述CPU單元將當前高度與高度目標值進行 對比，並將對比信號輸至執行單元所述；測高工作方式3輸入單元設有層數指令，所述CPU 單元將層數轉換為具體高度值，並將此高度值與當前高度值進行對比，並將對比信號輸至 執行單元。
7.根據權利要求6所述的測高工作方式3指令，其特徵在於所述CPU單元計算當前 高度對應的層數，並將當前層數值與高度值送至輸出單元。
8.一種用於叉車稱重的方法，該方法測定叉車裝載貨物的重量，其特徵在於所述方 法包括以下步驟步驟1對空載與滿載之間，用至少20個不同重量的試重塊(包括空載與滿載)放上叉 車，並得到對應的傳感單元信號；步驟2利用拉格朗日插值算法算出重量關於傳感信號的函數
9.根據權利要求8所述的一種用於叉車稱重的方法，其特徵在於所述步驟2包括利 用拉格朗日插值算法算出函數的誤差函數，並得到誤差函數的絕對值。
10.根據權利要求9所述的一種用於叉車稱重的方法，其特徵在於所述方法含有步驟 3將允許誤差值與誤差函數的絕對值進行對比，若誤差函數的絕對值大，則重複步驟1並添 加新的試重塊，若允許誤差值大，那麼步驟2所得的重量函數即為叉車的重量函數表達式。
全文摘要
一種用於叉車測高及稱重的裝置及稱重方法，包括傳感單元、輸入單元、CPU單元、存儲單元、輸出單元和執行單元，所述傳感單元設有2個光電編碼器，2個光電編碼器分別安裝於中缸和邊缸的鏈輪上。所述CPU單元，用於得出稱重的輸出數據與裝載貨物重量的拉格朗日插值多項式，並根據所述的拉格朗日插值多項式和輸入的壓力信號得出貨物的重量；用於根據傳感單元的2個光電編碼器的計數器得到增量，轉化為對應的高度值，然後根據鏈輪的正反轉信息，修正上次的高度值，並更新高度值。所述存儲單元，用於存儲CPU算出的拉格朗日表差值多項式。該裝置能通過設定高度自動調高或降低叉車的貨叉，稱重精度高，貨物過重時會自動報警。
文檔編號B66F9/24GK101934999SQ20101024617
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月5日 優先權日2010年8月5日
發明者餘曉賢, 朱曉靖, 李懷壯, 董林海 申請人:浙江中力機械有限公司