專利名稱：基于應(yīng)變式稱重傳感器的傳輸帶貨物動態(tài)定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及實時動態(tài)定位技術(shù)，具體涉及傳輸帶貨物位置的定位。
背景技術(shù)：
傳送帶在現(xiàn)代工業(yè)上或者在物流環(huán)節(jié)中是隨處可見的，傳送帶不僅大大方便了自動化生產(chǎn)，還大大的節(jié)約了人力資源，但是在工業(yè)生產(chǎn)或貨物搬運過程中我們有時候需要知道傳送帶上貨物的實時位置，如果運用人工進(jìn)行目測顯得與自動化相違背，如果運用物理學(xué)中直線運動時間-位移(T-S)的方法進(jìn)行計算測量相對顯得比較傳統(tǒng)且準(zhǔn)確度不高。如果使用高精度的定位傳輸帶或者其他的高精度定位裝置成本相對較高。現(xiàn)有的傳輸帶貨物位置的定位，有通過安裝高精度定位傳輸帶來實現(xiàn)，這個方法雖然簡單，但是要使用特殊的傳輸帶和專門的系統(tǒng)才能實現(xiàn)，而且成本高；利用PLC的高速計數(shù)器指令和編碼器控制三相交流異步電機實現(xiàn)的準(zhǔn)確定位控制系統(tǒng)，這個方法定位精度雖然高，但是相對來說構(gòu)建整個系統(tǒng)比較復(fù)雜，成本也相對較高。利用PLC的高速計數(shù)器指令和編碼器控制三相交流異步電機實現(xiàn)的準(zhǔn)確定位控制系統(tǒng)，其原理是通過與電動機同軸相連的光電旋轉(zhuǎn)編碼器將電機角位移轉(zhuǎn)換成脈沖值，經(jīng)由PLC的高速計數(shù)器來統(tǒng)計編碼器發(fā)出的脈沖個數(shù)，從而實現(xiàn)定位控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的(旨在解決的問題):在貨物傳送帶上添加一套裝置實現(xiàn)貨物在傳送帶上傳輸時實時位置的動態(tài)、快速、實時和準(zhǔn)確地測量與定位，提高了原有測量方法的實時性、準(zhǔn)確性，滿足貨物在傳送帶傳輸過程中快速、準(zhǔn)確定位的要求。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
一種基于應(yīng)變式稱重傳感器的傳輸帶貨物動態(tài)定位裝置，其特征在于，包括傳輸帶系統(tǒng)、傳輸帶支架、四個應(yīng)變式稱重傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、微型處理器、上位機，其中:
所述傳輸帶支架水平放置，傳輸帶系統(tǒng)安裝于傳輸帶支架上，
所述傳輸帶支架共有四個支腿，每個支腿底部安裝有應(yīng)變式稱重傳感器，應(yīng)變式稱重傳感器用于采集支腿上受力信息，
所述應(yīng)變式稱重傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器相連接，用于將實時采集的物理壓力信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，
所述A/D轉(zhuǎn)換器與微型處理器相連接，微型處理器完成實時數(shù)據(jù)的采集、預(yù)處理(濾波、去噪等)、存儲等相應(yīng)的功能；
所述微型處理器輸出端與上位機相連，所述上位機包括CPU處理器、數(shù)據(jù)接收存儲模塊、誤差校正算法模塊、計算與定位應(yīng)用軟件模塊、顯示輸出模塊，所述數(shù)據(jù)接收存儲模塊輸入端與微型處理器輸出端連接，誤差校正算法模塊輸入端與數(shù)據(jù)接收存儲模塊連接，誤差校正算法模塊輸出端與計算與定位應(yīng)用軟件模塊輸入端連接，所述計算與定位應(yīng)用軟件模塊輸出端與顯示輸出模塊連接實現(xiàn)位置計算結(jié)果的輸出和顯示；所述誤差校正算法模塊輸入端與數(shù)據(jù)接收存儲模塊輸出端連接，用于對采集的原始信號誤差進(jìn)行修正，以保證后續(xù)處理結(jié)果的精度；
所述誤差校正算法模塊建立相應(yīng)的動態(tài)測量數(shù)學(xué)模型
Fi = Ft + ! ,Fjj表示受動態(tài)因素影響時傳感器讀數(shù)，F(xiàn)t表示未受動態(tài)因素影響時傳感器讀
數(shù)，Il表示受動態(tài)因素影響時額外施加在傳感器上的力；在傳輸帶水平放置的情況下，近似認(rèn)為W是傳感器受傳輸帶的振動和環(huán)境溫度變化的影響而額外施加在傳感器上的力，得R = Fz+ Fr, 表不傳輸帶工作時振動時額外施加在傳感器上的力，pT表不環(huán)境溫度的變化
時額外施加在傳感器上的力；分別標(biāo)定出從而把動態(tài)因素影響下施加在傳感器上的力R消除，達(dá)到誤差校正的目的；
所述計算與定位應(yīng)用軟件模塊，建立了實時位置計算數(shù)學(xué)模型關(guān)系式
5,由此求解出貨物在傳輸帶上水平位移s。

其中'L表示傳送帶總長度，
FO表示在傳輸帶上未放置貨物時四個稱重傳感器的初始讀數(shù)(已經(jīng)經(jīng)過誤差校正)，F(xiàn)t!, ft； Fts, Ft4表tjk貨物隨著傳送帶從一端向另外一端移動的過程傳感器米集到的實時讀數(shù)(已經(jīng)經(jīng)過誤差校正)。由此上位機實現(xiàn)獲得貨物的實時位置，并動態(tài)地在屏幕上顯示該貨物的實時位置，信息保存以及打印輸出。當(dāng)貨物在傳輸帶上移動的過程中傳送帶支架四個支腿上受到的力會發(fā)生變化，通過該裝置動態(tài)地測量傳輸帶支架四個支腿上力的變化，并根據(jù)空間力和力矩平衡的關(guān)系式子能動態(tài)計算出貨物的實時位置。使用微型處理器系統(tǒng)采集實時數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理、存儲和計算，再把數(shù)據(jù)傳送給計算機，在計算機中再進(jìn)行高精度計算和處理，提高動態(tài)測量的精度，實現(xiàn)了貨物位置的快速動態(tài)測量。本發(fā)明能以較低的成本，簡單的裝置，利用計算機其高速的計算和強大的建模功能，從數(shù)學(xué)角度來確定傳輸帶動態(tài)運行時對測量系統(tǒng)的影響，建立傳輸帶系統(tǒng)的動態(tài)測量數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行分析，對測量的誤差進(jìn)行校正，能很好地解決動態(tài)測量精度低的問題，到達(dá)較高的測量精度，滿足傳輸帶工作工程中的動態(tài)測量精度和可靠性要求。實現(xiàn)了傳輸帶上貨物的實時動態(tài)監(jiān)控顯示和保存打印，很好的滿足了工業(yè)自動化和管理現(xiàn)代化的要求。


圖1本發(fā)明測量裝置示意圖。圖2上位機各功能模塊關(guān)系圖。標(biāo)記說明:貨物單元1，傳輸帶系統(tǒng)2，傳輸帶支架的支腿3，應(yīng)變式稱重傳感器4。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。如圖1所示，一種基于應(yīng)變式稱重傳感器的傳輸帶貨物動態(tài)定位裝置，它包括傳輸帶系統(tǒng)2、傳輸帶支架、四個應(yīng)變式稱重傳感器4、A/D轉(zhuǎn)換器、微型處理器、上位機，其中: 所述傳輸帶支架3水平放置，傳輸帶系統(tǒng)2安裝于傳輸帶支架上，
所述傳輸帶支架共有四個支腿3，每個支腿底部安裝有應(yīng)變式稱重傳感器，應(yīng)變式稱重傳感器用于采集支腿上受力信息，
所述應(yīng)變式稱重傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器相連接，用于將實時采集的物理壓力信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，
所述A/D轉(zhuǎn)換器與微型處理器相連接，微型處理器完成實時數(shù)據(jù)的采集、預(yù)處理(濾波、去噪等)、存儲等相應(yīng)的功能；
如圖2所示:所述微型處理器輸出端與上位機相連，所述上位機包括CPU處理器、數(shù)據(jù)接收存儲模塊、誤差校正算法模 塊、計算與定位應(yīng)用軟件模塊、顯示輸出模塊，所述數(shù)據(jù)接收存儲模塊輸入端與微型處理器輸出端連接，誤差校正算法模塊輸入端與數(shù)據(jù)接收存儲模塊連接，誤差校正算法模塊輸出端與計算與定位應(yīng)用軟件模塊輸入端連接，所述計算與定位應(yīng)用軟件模塊輸出端與顯示輸出模塊連接實現(xiàn)位置計算結(jié)果的輸出和顯示。所述誤差校正算法模塊輸入端與數(shù)據(jù)接收存儲模塊輸出端連接，用于對采集的原始信號誤差進(jìn)行修正，以保證后續(xù)處理結(jié)果的精度。所述誤差校正算法模塊，通過對傳輸帶的振動、環(huán)境溫度兩個影響動態(tài)計量精度因素進(jìn)行分析，建立相應(yīng)的動態(tài)測量數(shù)學(xué)模型
Fj = Fr + I ,
其中=Fij表示受動態(tài)因素影響時傳感器讀數(shù)，
Ft表示未受動態(tài)因素影響時傳感器讀數(shù)，
R表示受動態(tài)因素影響時額外施加在傳感器上的力；
在傳輸帶水平放置的情況下，可近似地認(rèn)為R是傳感器受傳輸帶的振動和環(huán)境溫度變化的影響而額外施加在傳感器上的力，綜上分析可得R H其中: 表不傳輸帶工作時振動時額外施加在傳感器上的力，
Ft表不環(huán)境溫度的變化時額外施加在傳感器上的力；
因此要測量出&用來進(jìn)行誤差的校正。在環(huán)境溫度為一定的情況下，貨物在傳輸帶上時，對傳輸帶系統(tǒng)進(jìn)行實驗。首先標(biāo)定&:在環(huán)境溫度為20度時，先測量傳輸帶靜止情況下傳感器的讀數(shù)，然后
再測量傳輸帶正常工作時傳感器的讀數(shù)，從而測出兩者R的改變AR ,這樣就能得到Al : Fz。為了提高準(zhǔn)確性，這個實驗要做很多組，取數(shù)據(jù)的平均值。然后標(biāo)定FV:當(dāng)環(huán)境溫度為20度時，先測量傳輸帶靜止情況下傳感器的讀數(shù)，接著改變環(huán)境溫度，使環(huán)境溫度分別變?yōu)?2度、24度、26度、28度和30度，再測量不同的溫度下傳輸帶靜止時傳感器的讀數(shù)，從而分別測出溫度為22度、24度、26度、28度和30度時R
與溫度為20度時R的改變M。同樣為了提高準(zhǔn)確性，這個實驗要做很多組，取數(shù)據(jù)的平均
值，運用這些測量到的大量數(shù)據(jù)，使用數(shù)學(xué)統(tǒng)計的手段就可以得到Fr隨著環(huán)境溫度Γ變化的關(guān)系 fr = fcr + 6。綜上所述，通過大量實驗和數(shù)據(jù)統(tǒng)計手段對動態(tài)測量數(shù)學(xué)模型中的參數(shù)進(jìn)行了測量計算，只要把動態(tài)因素影響下施加在傳感器上的力R消除，從而達(dá)到了誤差校正的目的。所述計算與定位應(yīng)用軟件模塊，建立了實時位置計算數(shù)學(xué)模型關(guān)系式
權(quán)利要求
1.一種基于應(yīng)變式稱重傳感器的傳輸帶貨物動態(tài)定位裝置，其特征在于，包括傳輸帶系統(tǒng)、傳輸帶支架、四個應(yīng)變式稱重傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、微型處理器、上位機，其中: 所述傳輸帶支架水平放置，傳輸帶系統(tǒng)安裝于傳輸帶支架上， 所述傳輸帶支架共有四個支腿，每個支腿底部安裝有應(yīng)變式稱重傳感器，應(yīng)變式稱重傳感器用于采集支腿上受力信息， 所述應(yīng)變式稱重傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器相連接，用于將實時采集的物理壓力信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號， 所述A/D轉(zhuǎn)換器與微型處理器相連接，微型處理器完成實時數(shù)據(jù)的采集、預(yù)處理、存儲功能； 所述微型處理器輸出端與上位機相 連，所述上位機包括CPU處理器、數(shù)據(jù)接收存儲模塊、誤差校正算法模塊、計算與定位應(yīng)用軟件模塊、顯示輸出模塊，所述數(shù)據(jù)接收存儲模塊輸入端與微型處理器輸出端連接，誤差校正算法模塊輸入端與數(shù)據(jù)接收存儲模塊連接，誤差校正算法模塊輸出端與計算與定位應(yīng)用軟件模塊輸入端連接，所述計算與定位應(yīng)用軟件模塊輸出端與顯示輸出模塊連接實現(xiàn)位置計算結(jié)果的輸出和顯示； 所述誤差校正算法模塊輸入端與數(shù)據(jù)接收存儲模塊輸出端連接，用于對采集的原始信號誤差進(jìn)行修正，以保證后續(xù)處理結(jié)果的精度； 所述誤差校正算法模塊建立相應(yīng)的動態(tài)測量數(shù)學(xué)模型
全文摘要
基于應(yīng)變式稱重傳感器的傳輸帶貨物動態(tài)定位裝置，包括傳輸帶系統(tǒng)、傳輸帶支架、四個應(yīng)變式稱重傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、微型處理器、上位機。當(dāng)貨物在傳輸帶上移動，該裝置動態(tài)地測量傳輸帶支架四個支腿上力的變化，并根據(jù)空間力和力矩平衡的關(guān)系式子能動態(tài)計算出貨物的實時位置。微型處理器采集實時數(shù)據(jù)，再把數(shù)據(jù)傳送給計算機，在計算機中進(jìn)行高精度計算和處理，實現(xiàn)了貨物位置的快速動態(tài)測量。本發(fā)明成本低，裝置簡單，利用計算機其高速的計算和強大的建模功能，從數(shù)學(xué)角度來確定傳輸帶動態(tài)運行時對測量系統(tǒng)的影響，建立傳輸帶系統(tǒng)的動態(tài)測量數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行分析，對測量的誤差進(jìn)行校正，能很好地解決動態(tài)測量精度低的問題，達(dá)到較高的測量精度。
文檔編號G01B21/00GK103206934SQ20131012818
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者趙炯, 周奇才, 熊肖磊, 周杰, 屈劍平, 盛凡, 曾禮 申請人:同濟大學(xué)