基于压力检测的直线运动控制方法、系统及物流码垛设备

摘要

本发明涉及运动控制技术领域，尤其涉及一种基于压力检测的直线运动控制方法，建立运动控制的基准直线、平面二和平面三；令运动体上关于基准直线对称设置的四个局部位置分别与平面二和平面三相接触，获得四点压力，根据模型和对运动体相对于基准直线的偏差程度S进行判断：根据的大小排列顺序对运动体相对于基准直线的偏差方向进行判断，从而进行调整。本发明中提供了能够有效保证运动体保持直线运动的控制方法，可有效弥补目前因控制系统电器原件、电机系数偏差以及所处环境等因素的影响所造成的运动偏差，适用于具有诸如空间或轨道等限制的运动体。同时本发明中还请求保护一种基于压力检测的直线运动控制系统及物流码垛设备。

权利要求

1.基于压力检测的直线运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：在对运动体进行支撑的平面一上建立运动控制的基准直线；

建立与所述平面一垂直的平面二和平面三，所述平面二和平面三平行且对称设置于所述基准直线两侧；

令所述运动体上关于所述基准直线对称设置的四个局部位置分别与所述平面二和平面三相接触，对所述平面二施加两点压力分别为P1和P2，对所述平面三施加两点压力分别为P3和P4，其中，P1和P3的产生位置位于运动体运动方向前端，P2和P4的产生位置位于运动体运动方向后端；

根据以下模型对所述运动体运动方向相对于所述基准直线的偏差程度S进行判断：根据P1、 和P3的大小排列顺序对所述运动体运动方向相对于所述基准直线的偏差方向进行判断；

根据所述偏差方向及偏差程度对所述运动体的运动方向进行调整。

2.根据权利要求1所述的基于压力检测的直线运动控制方法，其特征在于，所述运动体的运动方向随着前端运动方向的改变而改变。

3.根据权利要求2所述的基于压力检测的直线运动控制方法，其特征在于，所述运动体的运动动力组件设置于运动体前端或运动体后端。

4.基于压力检测的直线运动控制系统，其特征在于，用于对在平面一上运动的运动体进行控制，且所述平面一在运动方向的两侧设置平面二和平面三，二者平行且与所述平面一垂直设置；

包括：

四个压力检测单元，对称设置于所述运动体两侧，且分别与所述平面二和平面三接触设置，并采集与所述平面二之间的压力值P1和P2，以及与平面三之间的压力值P3和P4，其中，P1和P3的产生位置位于运动体运动方向前端，P2和P4的产生位置位于运动体运动方向后端；

动力组件，为所述运动体提供运动动力；

控制单元，控制所述动力组件向所述运动体输出动力，并根据压力值P1、P2、P3和P4对所述运动体相对于所述平面一上基准直线的偏差方向及偏差程度进行判断；

方向调整单元，在所述控制单元的控制下，根据所述偏差方向及偏差程度对所述运动体的运动方向进行调整；

其中，对所述运动体运动方向相对于所述基准直线的偏差程度S进行判断的模型如下：对所述运动体运动方向相对于所述基准直线的偏差方向的判断依据P1、 和P3的大小排列顺序。

5.根据权利要求4所述的基于压力检测的直线运动控制系统，其特征在于，所述方向调整单元安装于所述运动体前端，包括：转动马达，与控制单元连接；

舵轮，在所述转动马达的带动下转动，实现所述运动体运动方向的调整。

6.根据权利要求5所述的基于压力检测的直线运动控制系统，其特征在于，所述舵轮为主动轮，作为所述动力组件。

7.根据权利要求5所述的基于压力检测的直线运动控制系统，其特征在于，所述动力组件为设置于所述运动体后端的两主动轮。

8.根据权利要求4所述的基于压力检测的直线运动控制系统，其特征在于，所述压力检测单元包括：

固定座，与所述运动体固定连接；

挤压结构，与所述平面二或平面三接触，相对于所述固定座进行靠近或远离的直线运动；

导向结构，对所述固定座与挤压结构之间的直线运动进行导向，且为弹性压缩结构；

电子探针，两端分别与所述固定座和挤压结构连接，通过自身长度变化对所述挤压结构和平面二或平面三之间的压力进行感知，且将感知结果传输至所述控制单元，所述电子探针的长度变化方向与所述导向结构的导向方向平行。

9.物流码垛设备，其特征在于，用于集装箱内货物码垛操作，包括：码垛结构，作为运动体往复进出集装箱进行货物转移及码垛；

如权利要求4所述的基于压力检测的直线运动控制系统，用于对所述码垛结构进行运动控制；

其中，将所述集装箱在所述码垛结构进出方向两侧的平行两内壁作为所述平面二和平面三，将所述集装箱的底板作为所述平面一。

说明书

基于压力检测的直线运动控制方法、系统及物流码垛设备

技术领域

[0001] 本发明属于运动控制技术领域，具体涉及一种基于压力检测的直线运动控制方法、系统及物流码垛设备。

背景技术

[0002] 在现有的运动体直线运动控制过程中，鉴于控制系统电器原件、电机系数偏差以及所处环境等因素的影响，致使无法实现绝对的直线运动，不可避免的会发生随机性的左
右运动偏差。

[0003] 鉴于上述缺陷，本发明人基于从事此类技术多年丰富经验及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，以期开发一种基于压力检测的直线运动控制方法、系统及物流码垛设
备。

发明内容

[0004] 本发明中提供了一种基于压力检测的直线运动控制方法，可有效解决背景技术中的缺陷，同时本发明中还请求保护一种基于压力检测的直线运动控制系统及物流码垛设
备，具有同样的技术效果。

[0005] 本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

[0006] 基于压力检测的直线运动控制方法，包括以下步骤：

[0007] 在对运动体进行支撑的平面一上建立运动控制的基准直线；

[0008] 建立与所述平面一垂直的平面二和平面三，所述平面二和平面三平行且对称设置于所述基准直线两侧；

[0009] 令所述运动体上关于所述基准直线对称设置的四个局部位置分别与所述平面二和平面三相接触，对所述平面二施加两点压力分别为P1和P2，对所述平面三施加两点压力分
别为P3和P4，其中，P1和P3的产生位置位于运动体运动方向前端，P2和P4的产生位置位于运动
体运动方向后端；

[0010] 根据以下模型对所述运动体运动方向相对于所述基准直线的偏差程度S进行判断：

[0011]

[0012] 根据P1、 和P3的大小排列顺序对所述运动体运动方向相对于所述基准直线的偏差方向进行判断；

[0013] 根据所述偏差方向及偏差程度对所述运动体的运动方向进行调整。

[0014] 进一步地，所述运动体的运动方向随着前端运动方向的改变而改变。

[0015] 进一步地，所述运动体的运动动力组件设置于运动体前端或运动体后端。

[0016] 基于压力检测的直线运动控制系统，用于对在平面一上运动的运动体进行控制，且所述平面一在运动方向的两侧设置平面二和平面三，二者平行且与所述平面一垂直设
置；

[0017] 包括：

[0018] 四个压力检测单元，对称设置于所述运动体两侧，且分别与所述平面二和平面三接触设置，并采集与所述平面二之间的压力值P1和P2，以及与平面三之间的压力值P3和P4，
其中，P1和P3的产生位置位于运动体运动方向前端，P2和P4的产生位置位于运动体运动方向
后端；

[0019] 动力组件，为所述运动体提供运动动力；

[0020] 控制单元，控制所述动力组件向所述运动体输出动力，并根据压力值P1、P2、P3和P4对所述运动体相对于所述平面一上基准直线的偏差方向及偏差程度进行判断；

[0021] 方向调整单元，在所述控制单元的控制下，根据所述偏差方向及偏差程度对所述运动体的运动方向进行调整；

[0022] 其中，对所述运动体运动方向相对于所述基准直线的偏差程度S进行判断的模型如下：

[0023]

[0024] 对所述运动体运动方向相对于所述基准直线的偏差方向的判断依据P1、 和P3的大小排列顺序。

[0025] 进一步地，所述方向调整单元安装于所述运动体前端，包括：

[0026] 转动马达，与控制单元连接；

[0027] 舵轮，在所述转动马达的带动下转动，实现所述运动体运动方向的调整。

[0028] 进一步地，所述舵轮为主动轮，作为所述动力组件。

[0029] 进一步地，所述动力组件为设置于所述运动体后端的两主动轮。

[0030] 进一步地，所述压力检测单元包括：

[0031] 固定座，与所述运动体固定连接；

[0032] 挤压结构，与所述平面二或平面三接触，相对于所述固定座进行靠近或远离的直线运动；

[0033] 导向结构，对所述固定座与挤压结构之间的直线运动进行导向，且为弹性压缩结构；

[0034] 电子探针，两端分别与所述固定座和挤压结构连接，通过自身长度变化对所述挤压结构和平面二或平面三之间的压力进行感知，且将感知结果传输至所述控制单元，所述
电子探针的长度变化方向与所述导向结构的导向方向平行。

[0035] 进一步地，所述挤压结构包括：

[0036] 座体，与所述导向结构固定连接；

[0037] 滚轮，安装于所述座体上，且在运动体运动过程中沿所述平面二或平面三运动。

[0038] 物流码垛设备，用于集装箱内货物码垛操作，包括：

[0039] 码垛结构，作为运动体往复进出集装箱进行货物转移及码垛；

[0040] 如上所述的基于压力检测的直线运动控制系统，用于对所述码垛结构进行运动控制；

[0041] 其中，将所述集装箱在所述码垛结构进出方向两侧的平行两内壁作为所述平面二和平面三，将所述集装箱的底板作为所述平面一。

[0042] 综上所述，本发明具有以下有益效果：

[0043] 本发明中提供了一种能够有效保证运动体保持直线运动的控制方法，可有效弥补目前因控制系统电器原件、电机系数偏差以及所处环境等因素的影响所造成的运动偏差，
适用于具有诸如空间或轨道等限制的运动体。

附图说明

[0044] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，
还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0045] 图1为平面一、平面二、平面三以及基准直线间的位置关系示意图；

[0046] 图2为基于压力检测的直线运动控制方法的流程图；

[0047] 图3为运动体与平面二和平面三间压力产生的示意图；

[0048] 图4为基于压力检测的直线运动控制系统的框架图；

[0049] 图5为基于压力检测的直线运动控制系统的结构优化示意图；

[0050] 图6为图5在另一角度下的示意图；

[0051] 图7为图5的侧视图；

[0052] 图8为压力检测单元的优化示意图；

[0053] 图9为挤压结构的优化示意图；

[0054] 图10为应用本发明中基于压力检测的直线运动控制系统的物流码垛设备结构使用场景示意图；

[0055] 附图标记：1、平面一；2、基准直线；3、平面二；4、平面三；5、运动体；6、压力检测单元；61、固定座；62、挤压结构；62a、座体；62b、滚轮；63、导向结构；64、电子探针；7、动力组
件；8、方向调整单元；81、舵轮；82、从动轮；9、控制单元；10、码垛结构；11、集装箱。

具体实施方式

[0056] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0057] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接
到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、
“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

[0058] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具
体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相
关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0059] 实施例一

[0060] 如图1 3所示，基于压力检测的直线运动控制方法，包括以下步骤：~

[0061] S1：在对运动体5进行支撑的平面一1上建立运动控制的基准直线2；

[0062] S2：建立与平面一1垂直的平面二3和平面三4，平面二3和平面三4平行且对称设置于基准直线2两侧；

[0063] S3：令运动体5上关于基准直线2对称设置的四个局部位置分别与平面二3和平面三4相接触，对平面二3施加两点压力分别为P1和P2，对平面三4施加两点压力分别为P3和P4，
其中，P1和P3的产生位置位于运动体5运动方向前端，P2和P4的产生位置位于运动体5运动方
向后端；

[0064] S4：根据以下模型对运动体5运动方向相对于基准直线2的偏差程度S进行判断：

[0065]

[0066] S5：根据P1、 和P3的大小排列顺序对运动体5运动方向相对于基准直线2的偏差方向进行判断；

[0067] S6：根据偏差方向及偏差程度对运动体5的运动方向进行调整。

[0068] 本实施例中提供了一种能够有效保证运动体5保持直线运动的控制方法，可有效弥补目前因控制系统电器原件、电机系数偏差以及所处环境等因素的影响所造成的运动偏
差，适用于具有诸如空间或轨道等限制的运动体5，其中，基准直线2、平面一1、平面二3和平
面三4即为空间或轨道限制的简单模型。

[0069] 在确定P1、P2、P3和P4的产生位置后，可明确的是，在对运动体5持续的运动控制过程中，运动方向的偏差在运动体5运动方向的前端会较后端获得更大程度的体现，也就表明
P1和P3的数值变化程度会大于P2和P4的数值变化程度，当控制精度足够时，会在对直线运动
偏差快速的控制和纠正下，令P2和P4的数值变化程度可降至较低的程度。

[0070] 利用上述关系，本实施例中，通过以P2和P4求得的 作为对偏差程度进行比较的基准，该基准具有相对的稳定性，而另一方面引入了方差的思想，目的在于提高各处压力之间
的相对稳定性。通过P1、P3相对于 差值的平方和与 的平方所建立的比例关系，可求得能
够对运动体5的运动偏差程度进行准确评价的S值。

[0071] 同样的，在对运动体5偏差方向进行判断的过程中，同样以 作为基准，其在大小比较的过程中，必然处于P1、P3之间，因此当P1＞P3时，则可判定运动体5向P1的产生位置一侧
偏移，反之则向P3的产生位置一侧偏移。

[0072] 根据上述S值和偏移方向的准确判断，可有效的保证运动体5获得有效的控制依据，从而实现准确的方向调整。

[0073] 作为本实施例的优选，运动体5的运动方向随着前端运动方向的改变而改变。通过此种方式可进一步的降低对运动体5后端的影响，从而使得作为运动控制基准的 能够更
具稳定性，同时也可提高控制反应的灵敏度，从而快速的对偏差程度进行调整。

[0074] 在实施过程中，运动体的运动动力组件设置于运动体前端或运动体后端，此处所描述的一端具有以下两种形式：

[0075] 形式一

[0076] 运动体5的运动动力位于如图3中箭头方向所指的运动方向的前端，此种情况下可使得方向的控制更加灵敏。

[0077] 方式二

[0078] 运动体5的运动动力位于如图3中箭头方向所指的运动方向的后端，此种情况与前一种不同，更加倾向于提高运动体在方向调整过程中的运动稳定性，后端的动力可在一定
程度上限制运动体后端的波动幅度。

[0079] 实施例二

[0080] 如图4，一种基于压力检测的直线运动控制系统，用于对在平面一1上运动的运动体5进行控制，且平面一1在运动方向的两侧设置平面二3和平面三4，二者平行且与平面一1
垂直设置.

[0081] 包括：四个压力检测单元6，对称设置于运动体5两侧，且分别与平面二3和平面三4接触设置，并采集与平面二3之间的压力值P1和P2，以及与平面三4之间的压力值P3和P4，其
中，P1和P3的产生位置位于运动体5运动方向前端，P2和P4的产生位置位于运动体5运动方向
后端；动力组件7，为运动体5提供运动动力；控制单元9，控制动力组件7向运动体5输出动
力，并根据压力值P1、P2、P3和P4对运动体5相对于平面一1上基准直线2的偏差方向及偏差程
度进行判断；方向调整单元8，在控制单元9的控制下，根据偏差方向及偏差程度对运动体5
的运动方向进行调整；其中，对运动体5运动方向相对于基准直线2的偏差程度S进行判断的
模型如下：

[0082]

[0083] 对运动体运动方向相对于基准直线2的偏差方向的判断依据P1、 和P3的大小排列顺序。

[0084] 本实施例中提供了一种对运动体5进行直线运动控制的系统形式，在具体应用的过程中，需要通过平面一1、平面二3和平面三4作为基础条件对运动体5进行限制，而压力检
测单元6作为数据的采集端为控制单元9提供控制依据，在动力组件7启动后，根据上述依据
对方向调整单元进行实时的控制。

[0085] 本实施中的系统形式简单，便于在现有的运动体5上进行扩展，可在由平面一1、平面二3和平面三4限制下的运动空间内实现稳定的运动控制。

[0086] 具体的控制原理如实施例一中，此处不再赘述。

[0087] 作为本实施例的优选，如图5 7所示，方向调整单元8安装于运动体5前端，包括：转~
动马达，与控制单元9连接；舵轮81，在转动马达的带动下转动，实现运动体5运动方向的调
整。

[0088] 本优选方案中通过转动马达的设置，可实现舵轮81任意转动方向下的精准角度控制，从而可依据上述模型（1）和（2）对S的计算结果进行方向的调整。

[0089] 在本优化方案的基础上，动力组件具有以下两种形式：

[0090] 形式一

[0091] 如图5和7所示，舵轮81为主动轮，作为动力组件7，从而通过其在电机带动下主动的转动，而为运动体5提供行进的动力，此种情况下可使得方向的控制更加灵敏。当然，此种
情况下，需要通过转动马达同步带动舵轮81及带动其转动的电机同步转动；为了保证运动
体的稳定运动，需要在其后端设置至少两从动轮82对其进行支撑；

[0092] 形式二

[0093] 动力组件7为设置于运动体后端的两主动轮，此种形式下，两主动轮和舵轮81共同起到对运动体5进行稳定支撑的作用，通过两主动轮的转动带动运动体5行进，而舵轮81从
动进行方向调整，在实施例中，由于运动体5在平面二3和平面三4的限制下偏差程度有限，
因此不会存在舵轮81卡死的风险，此种情况与前一种不同，更加倾向于降低运动体5在方向
调整过程中的运动稳定性，后端的动力可在一定程度上限制运动体5后端的波动幅度。

[0094] 作为上述实施例的优选，如图8所示，压力检测单元6包括：固定座61，与运动体5固定连接；挤压结构62，与平面二3或平面三4接触，相对于固定座61进行靠近或远离的直线运
动；导向结构63，对固定座61与挤压结构62之间的直线运动进行导向，且为弹性压缩结构；
电子探针64，两端分别与固定座61和挤压结构62连接，通过自身长度变化对挤压结构62和
平面二3或平面三4之间的压力进行感知，且将感知结果传输至控制单元9，电子探针64的长
度变化方向与导向结构63的导向方向平行。

[0095] 针对本实施例中具体的压力检测单元6一方面可实现电子器件的保护，通过固定座61、挤压结构62和导向结构63的设置，使得电子探针64得到稳定的工作环境，避免了不稳
定受力下所造成的寿命降低的情况，其中，为弹性压缩结构的导向结构63可保证挤压结构
62始终与平面二3和平面三4建立稳定的接触关系，通过压缩及复位动作的灵敏执行，使得
电子探针64的感知结果也更加稳定。

[0096] 作为本实施例的优选，如图9所示，挤压结构62包括：座体62a，与导向结构63固定连接；滚轮62b，安装于座体62a上，且在运动体5运动过程中沿平面二3或平面三4运动。通过
滚轮62b的设置，有效的降低了挤压结构62与平面二3或者平面三4之间的摩擦力，从而降低
了对运动体5的运动影响。

[0097] 实施例三

[0098] 如图10所示，物流码垛设备，用于集装箱11内货物码垛操作，包括：码垛结构10，作为运动体5往复进出集装箱11进行货物转移及码垛；如实施例二所述的基于压力检测的直
线运动控制系统，用于对码垛结构10进行运动控制；其中，将集装箱11在码垛结构10进出方
向两侧的平行两内壁作为平面二3和平面三4，将集装箱11的底板作为平面一1。

[0099] 通过基于压力检测的直线运动控制系统的使用，可保证码垛结构10在集装箱11内的工作精度提高，保证码垛位置的准确性，上述控制系统的使用可大幅度改善物流行业内
高强度且恶劣工作环境下的人员操作难度，提升高精准的自动化操作，有提高生产效率。

[0100] 以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例展示如上，但并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不
脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变
化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实
施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。