有巷軌道堆垛機運行系統定位方式設計

劉廣東， 卞希多

（黑龍江省機械科學研究院，哈爾濱150040）

0 引言

有巷軌道堆垛機在自動化立體倉庫中扮演著重要的角色，它相當于計算機中的中央處理器，堆垛機是整個系統是否能夠實時、自動、快速、準確地完成既定命令的基礎。在研究堆垛機運行系統時，搬運設備是否具有高性能的停準定位能力，也就是能自動認址并精確定位，這是為后續完成調速的基礎。

1 絕對認址與相對認址

堆垛機在進行存取貨物動作時，計算機要知道堆垛機當前所處位置，然后下達指令到達指定的位置。堆垛機進行橫向（X坐標）和縱向（Y坐標）移動來準確定位貨格位置，通過貨叉前后移動完成取送需要。

計算機把命令傳遞給軌道堆垛機，并給定貨物的存取地址，堆垛機會進行自動認址作業，來到目標地址。根據堆垛機的工作原理有絕對認址與相對認址兩種之分。

1）絕對認址。該認址類似查詢方式的一種，就像將標簽貼到各個貨格上，類似每個貨格的位置名片。絕對認址所需要的硬件設備：認證擋板（安裝于堆垛機側端）、紅外光電開關（安裝于每列貨格）、光電開關（安裝于升降臺），以上是堆垛機檢測和自動尋址所必備硬件設備。我們熟悉的一個簡單的二進制編碼就可以通過堆垛機移動時，對光電開關的遮擋與否而產生。通過被PLC所記錄來換算出YZ的坐標。此類認址方法編程相對簡單（只記變換數量，不記前后狀態），且準確度高，這是其優點；缺點是使用光電開關較多，成本較高，安裝調試復雜。

2）相對認址。遵循的是一種計數法，與絕對認址相對應。所需硬件設備：固定認址擋板需要安裝每層每列貨格上，作用與絕對認證相同，不同的是在堆垛機側邊安裝一個，在升降臺上安裝一個，指定其中之一作為停準開關使用，照此法，通過計算光電脈沖的增減就可知道堆垛機的移動形態，準確率不是很高是其缺點，原因在于后者地址是依賴前者地址準確基礎之上的。當使用兩個及以上光電開關時，使它們相互效驗承認，不一致時報警，但是會增大任務量，增加系統負擔。分段檢測的辦法可以解決不可靠的問題，當隔一段貨格的光電開關技術對比發現不同時，警報響起。這里又分兩種情況而定，貨格多時，以5個貨格倍數為基準；貨格少時，以3個貨格為基準，分別進行檢測，得到的結果應該是3或者5的倍數，反之，出現錯誤，需手動修正或進入修正程序。正常下在PLC上位機軟件中進行設置檢測程序。

2 認址方案比較

這主要是一些國內外常用的認址方式，根據對位置精確檢測的原理，將認址方式分成兩種，即絕對認址方式和相對認址方式。需要說明的是，像我們熟悉的利用激光的精度高、距離遠、方向性好、亮度高等特性測距認址（激光測距認址）和利用旋轉測距的旋轉軸編碼器認址以及常見的利用光電是否被遮擋的光電開關認址等。列舉了以上3種方式進行一些數據對比，如表1所示。

表1 認址方式對比

3 認址方式選擇

堆垛機能夠自動地找到系統規定好的貨格位置，這一過程被稱為堆垛機的自動認址。整個過程中堆垛機需要完成兩項任務：第一，接到命令按照一定的軌跡運動準確找到貨格位置，這是尋址過程；第二，確定貨格位置，在一定精度范圍內準確停在貨格位置。通過以上的對比，結合實際，我們使用激光測距傳感器利用它的精度高、方向性好，并且還采用與之相互配合的絕對認址方法。其方法如下：

1）水平方向認址。采用激光測距傳感器，足可以實現測量水平位置距離，安裝于堆垛機前段，對應擋板安裝軌道末端，貨格的寬高作為距離單位存入系統，系統通過類似查表方式對傳回的實時數據進行比對，是否為貨格寬度的倍數來判斷堆垛機位置。整個過程中激光光線不能被遮擋，否則會使堆垛機內部產生誤差，出現啟動報警并停止運行，需工作人員手動解除報警。

2）垂直方向認址。采用絕對光電認址擋片認址，安裝在堆垛機立柱上，與每層貨架相對應，完成上下運行的光電開關共3個，不論升降臺完成的是水平運動還是垂直運動都需要這3個光電開關與之一起完成作業任務，需要共用的光電開關安裝在中間部位，分開使用的光電開關則分別安裝在軌道堆垛機的上部和下部位置。這種認址方式的配合可以滿足系統要求的精度范圍，達到設計要求。

4 相位式激光傳感器工作原理

激光測距是光波測距范圍的一種方式，在軍事科學技術、生產等方面都有很重要的作用。測量精度高、測量距離遠、方向性好、亮度高，波長單一等都是激光的特點。在甲、乙兩個點間大氣中光速v往返一次的時間記做T，假如甲、乙兩點之間距離記做L，則

因此，只要測量出光在大氣中的傳播時間T，根據式（1）就可得到甲、乙之間的距離。激光測距傳感器是以測量時間方法的不同分為脈沖式和相位式，兩者之間的區別在于脈沖式比較適合運動物體之間距離的測量，缺點是測距精度不是很高，相位式比較適合做線性運動物體，對靜止、移動較慢物體很有效果。

激光測距原理圖如圖1所示。

圖1 激光測距原理圖

經過系統地尋找國內、國外的各類測量距離傳感器，在此基礎之上，全面地比較其優缺點、性價比，選用了德國SICK智能傳感器DME5000（用作水平）和ISD400（用作升降）。

5結語

介紹了有巷堆垛機的認址方式，就有巷軌道堆垛機能否準確無誤地定位表達了觀點。經過比對和探討認為，采用激光測距傳感器來測量距離和絕對認址的辦法是最理想的，可以充分保證有巷軌道堆垛機的精確定位。為滿足水平與升降方位的位置檢測精度，選用了德國SICK公司生產的DMS5000及ISD400激光測距傳感器來完成運行檢測目的。

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