一種輔助認址系統在小型堆垛機上的應用研究

張可義，吳 雙，徐 健，袁 碩

ZHANG Ke-yi, WU Shuang, XU Jian, YUAN Shuo

（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

0 引言

傳統堆垛機的認址方式有：編碼器和認址片結合的相對認址、激光測距認址和BPS（條碼定位）的絕對認址。采用傳統的認址方式時，由于設備制造、安裝和變形等因素產生的累計誤差，往往使得堆垛機定位精度不高，一般在5mm～8mm，而貨架系統采用小型堆垛機時，對定位精度要求很高，誤差一般在1mm～2mm范圍內，一般若提高設備制造和安裝精度及防止貨架變形所需的費用會很高，這就要求一種新的方式來解決精確定位的問題，本文提出了一種相對于貨位的輔助認址系統，此系統的定位方式是，在每個貨位的固定位置粘貼一組特殊條碼，堆垛機通過傳統的定位方式到達對應的貨位位置后，通過讀取這組特殊的條碼來確定初次定位后的誤差，再通過伺服控制器控制堆垛機進行微調整，從而到達精確定位的目的。

1 堆垛機傳統認址方式

編碼器認址方式，是通過編碼器把堆垛機距離值轉化為脈沖數值，傳送給高速計數模塊，控制系統得到堆垛機距離值，從而實現認址。當行走輪在地軌上打滑時或者產生的累計誤差，會影響定位精度從而影響堆垛機的效率，此時堆垛機的可靠性也受到影響，而把編碼器安裝在被動輪上或者使用齒形帶，把編碼器值作為認址片的輔助校驗功能，是現在工程實際中比較常見的方式，此種方式是屬于性價比比較高的，但這種方式要求堆垛機的速度一般在120m/min以下。

激光測距認址方式在堆垛機上也比較常用。激光測距器由激光頭和反射板兩部分組成，通常在堆垛機水平方向上，是把激光頭安裝在堆垛機立柱上，反射板安裝端頭的支架上，當堆垛機在巷道內來回運行時，激光頭與反射板之間的距離隨之發生變化，控制器讀取激光測距器的數據，并對數據進行處理，實現對堆垛機的定位。采用激光測距認址，可以極大地提高堆垛機的運行效率。當堆垛機收到控制器下發的命令時，算出與目標位置的距離，再由距離算出速度曲線，隨著距離的變化，速度跟隨著變化，從而實現堆垛機的最優運行曲線，實現平穩啟停，能夠滿足高速堆垛機高實時性和高可靠性的要求。值得注意的是，激光測距信號容易受到干擾，對安裝和使用的要求比較高，同時激光的特殊性決定了它適合應用于直線運行軌跡上。

BPS（Barcode Positioning System）條碼定位系統由條碼讀取頭和條碼帶組成，通過讀取行條碼帶上條碼來定位。當條碼讀取頭讀到條碼信息后，通過內置的解碼器將之轉換成距離信息并傳遞到控制器中，從而實現對堆垛機的準確定位，具有高實時性、高可靠性和高精確性。特別對于曲線軌跡和同一軌道多臺堆垛機的定位，是最佳選擇，同時不易受到遠處障礙物等影響，也能避免設備高速運行時振動引起的誤差，集合了激光測距和編碼器定位的優點，得到越來越廣泛的應用。

2 新型輔助認址系統特點、原理和功能

此新型輔助認址系統主要由安裝在堆垛機載貨臺兩側的條碼閱讀器（圖1）和安裝在貨架每個貨位指定位置特殊條碼組（圖2）組成。

在載貨臺兩側各安裝一個特殊的條碼閱讀器，此條碼閱讀器的激光線的長度可調，長度調整到左右兩個定位條碼邊緣距離再加上誤差值即可，此特殊條碼正中間是代表貨位位置的層列排的信息，左右各一組條碼，用于判斷左右有沒有偏差。

圖1 載貨臺兩側的條碼閱讀器

圖2 貨位處的特殊條碼組

在每個貨位上特定位置貼上如圖所示的一組條碼，此組條碼是由若干個獨立的具有特殊編碼的條碼組成，中間的條碼代表本貨位的層列排地址碼，中間條碼的上下部分是一系列等間距的條碼，每個條碼均是含有特殊編碼，中間條碼左右各設置一個特殊編碼條碼（也可根據項目的實際情況設置成類似于上下部分的一組條碼，此項目設置的是左右各一個）。

圖3 流程圖

如圖3流程圖所示，當堆垛機通過傳統的定位方式到達貨位時，安裝在載貨臺側面的特殊條碼閱讀器觸發讀碼，若所讀條碼是所貼的特殊條碼組的中間條碼，則表明垂直方向定位在規定范圍內，若同時也讀到了左右的兩個條碼，表明水平方向定位也在規定的范圍內，此時說明堆垛機定位準確，可以進行伸叉動作。若沒有讀到中間條碼，說明上下定位不準確，根據所讀的垂直方向的碼值，結合前期設置的差值參數給出堆垛機垂直方向微調量，直到讀出中間條碼，若沒有同時讀到左右兩個條碼，說明水平方向定位不準確，根據所讀的左右碼值，按照設置的水平調整間距進行調整，直到左右兩個條碼都讀到才認為定位完成，堆垛機開始伸叉取放貨。

3 工程應用

在某銀行保管庫的應用中，在每個貨位上特定位置貼上如圖2所示的一組條碼，此組條碼是由13個獨立的具有特殊編碼的條碼組成，中間的條碼代表本貨位的層列排地址碼，中間條碼的上下部分是一系列等間距的條碼，每個條碼均是含有特殊編碼，中間條碼左右各設置一個特殊編碼條碼（也可根據項目的實際情況設置成類似于上下部分的一組條碼，此項目設置的是左右各一個）。

在此應用中，垂直調整和水平調整是同時進行的，若貨位沒有偏差時，讀到中間條碼和左右兩個條碼，認為定位準確，不需要調整，直接取放貨即可，個別需要調整的，一般一到兩次就能夠定位準確了。當條碼閱讀器同時讀到中間條碼和左右兩邊的定位條碼，說明堆垛機已經定位準確，堆垛機貨叉可以對此貨位進行取貨或放貨操作了。

4 結束語

此新型輔助認址系統應用于小型堆垛機上，作為傳統定位方式的補充，進行二次精確定位，可以消除因設備制造、安裝產生的累計誤差，也可以解決由于地基不均勻沉降帶來的規模限制和影響，具有更高的可靠性和高性價比，可滿足任意箱數規格的需求。在某銀行保管庫的應用中，通過一年多的運行測試，證明了此新型輔助認址系統的可行性和穩定性，對于工程項目中的小型堆垛機的設計和應用具有一定的借鑒價值。

[1] 趙曉云.BPS及其在自動化立體倉庫中的應用[J].電氣時代,2006,(02):23-24.

[2] 程斌,金國峰,趙逍,唐秀英.堆垛機認址技術研究[J].物流技術與應用,2010(6):100-101.

[3] 物流中心.堆垛機設計、安裝和維護手冊[Z].北京機械工業自動化研究所,2014.