专利名称：木材捆扎件自动跟踪系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及跟踪诸如木材捆扎件的大型物体的运动和位置的电子系统，这些大型物体必须由诸如叉车的机动车加以运输。
木材最通常成捆扎件地从最初生产者处转运至批发商处，最后转运至零售商处。这些捆扎件中的木材常常具有相同的厚度，但宽度和长度不同。捆扎件由宽度相同的、称为叠层的木板层互相在顶部垛放构成。每一叠层由若干块侧边挨侧边码入的木板形成。通常，这些捆扎件构造成大致有4尺宽、4尺高和4至20尺长。这些尺寸确保捆扎件可容易地由一般叉车进行运输。在任何时候，木材场特别是批发商都在他们的场地内聚存着许多这样的木材捆扎件。为便于跟踪，就要求将他们的露天料场设置成，这些木材捆扎件是成组地分隔放置。
木材的特性之一是，当它们干燥或暴露于露天中时，在外观和结构两方面都会起变化。这些变化包括脱色、开裂、微裂、翘曲等。主要因为这一原因，木材批发商希望不断“周转”他们的捆扎件，在最老的捆扎件开始失去价值之前，把最老的存货处理掉。解决此问题的方法之一是建造棚子或其它建筑物以贮存木材，不把它们放在露天中。但是。这种做法的成本可能无法接受，且通常要投入大量投资，这些投资可能要长达7年或7年以上才能收回。
除了在捆扎件丧失价值之前，考虑捆扎件的“周转”之外，批发商还面临这样的后勤问题，即一次要跟踪成千上万件捆扎件的踪迹，并在多年时间内接收成千上万件捆扎件，对它们进行再加工、再组装和装运。这些后勤问题，由于批发商要在短短的四至五个月的销售高峰季节内处理他存货的主要部分，而大大地加重。在这些销售高峰月份内，存货清单水平必须像存货移动一样增加。这两个因素对人工跟踪系统施加了很大的压力，这些人工跟踪系统依靠通过至少对木材种类、等级、厚度及捆扎件年限进行分类而得到的料场的严格编排方式。批发商可购买一些悬臂架系统，这样，每一捆扎件可放置在一个可跟踪的“料架”内，从而得以将捆扎件方便地加以编排，但寻找和发现并不是更为容易。而且，这些架系统非常昂贵，并要求购买特殊的侧向加载的叉车，这种叉车的价格为普通叉车的2至4倍。还有，这样的系统必须要，“料架”号码与“捆扎件号码”相符和配合，而人工进行这项工作很为困难，自动化的价格又太贵。
最后，批发商不仅要考虑将年限最长的捆扎件“周转”出去、能在任何给定时刻迅速、高效地找到任何指定的捆扎件，而且从理想角度看，批发商还必须能向他们的顾客详细地提供他们有什么样的木材可出售并准备发运的信息。在大多数木材料场中，根据办公室存货跟踪系统进行销售的销售人员不愿与其它捆扎件进行比较，然后挑选一件捆扎件进行销售，因为他们不知选哪一件捆扎件能更有效地找到和取回。因此，即使批发商已在昂贵的存货管理软件上进行了投资，这种软件可使他确切知道那些捆扎件目前在料场中，以及它们有多长的年限，但如果没有一种料场跟踪系统，他仍无法知道，从时间花费角度来看，“拉出”一件年限可能长一些的捆扎件是否比“拉出”另一件更容易找到的捆扎件会更合算。这一基本无能导至更高的存货水平，它们起“安全库存”的作用，以确保永远有一定数量能容易取到的捆扎件可供出售。当然，较高的存货水平会对利润起反面作用，并恶化前述问题。相反，从销售员和顾客的观点来看，这问题趋于缩小批发商的存货清单范围，和/或提高“挑选和拉出”的总体成本，降低了利润值。
对此问题的目前解决方案趋于聚焦在传统的暂存仓库和“料架”跟踪措施上，但它们的价格令人却步，且对诸如木材捆扎件的大尺寸物体难于完成。存在一些局部解决方案，它们要求对每一捆扎件添加一个独特的带状编码标牌，然后，可由电子扫描器容易地加以识别，这对置于地面若干尺以上的捆扎年是可以进行的，不然就不容易达到。但是，捆扎件常常垛放得很高、很深，特别在地价很贵的棚子里。在这些条件下，添加的标牌经常读不到。还有，签条很容易掉下，并经常遭受风吹雨淋，时间一长就变得看不清了。因而，绝大多数批发商简单地求助于采用识别编码对捆扎件进行涂色和标记，并试图尽可能将料场保持于有序状态。
还有一些外国的解决方案，它们要对每件捆扎件装备所谓表面声学波形(“SAW”)签条。这些签条是陶瓷小片，当它们受一定能量，诸如可由手持电子装置发射的一定能量的冲击，就会在一个可识别特定频率下共振。但是，这些签条目前要值一美元以上，并必须装备在每一捆扎件上，而这也要花费劳动力成本。这些签条也可能丢掉或从捆扎件上碰丢。基于这些解决方案的系统还要求有一个单独的位置收集方法以便永远有效地记住每一捆扎件放置的位置。这可由一种手持装置来完成，它简单地记录下捆扎件与其“SAW”签条独特编码相匹配的最终位置。因而这种方法要求人工干预并易于发生误差，假如“听”到的是错的捆扎件签条，并与目前放置的捆扎件有关的话。
给出全位物体跟踪技术的现有状态后，现在有可能建造一种全自动木材捆扎件跟踪系统，它能总是保有每一捆扎件在料场和其棚子这两个地方中的踪迹，而不需对捆扎件固定任何形式的装置或物体，从而提供了实时捆扎件位置信息，大大增加批发商“周转”和以其它方式管理其存货的能力。
因此，本发明的目的和优点是1、提供一种系统，用于跟踪位于木材料场或其棚子内的所有木材捆扎件的三维坐标，而无需人工帮助；
2、提供这样一种系统，它不要求用任何形式的“签条”装备或以其它方式与每一单个捆扎件相联系；3、提供一种高精度的系统，它不易于混淆捆扎件；4、提供一种系统，它不要求建造任何辅助结构物进行“料架”贮存或用于任何其它目的；以及5、提供一种系统，它能持久、实时地供给每一和多个捆扎件的位置，即使在任何给定时刻由多台叉车对多捆捆扎件进行接收、移动和发运。
进一步的目的和优点是提供一种系统，它具有最少的运动部件，能经受周围条件的各种变化。本发明的再进一步目的和优点将由附图及随后的说明而变得更为清晰。
图1是提议的木材捆扎件自动跟踪系统的立体图，其基础是对叉车的运动及其叉形臂提升组合件的高度进行电子跟踪。
图2是所提议的发明的运转流程图。
图3是木材捆扎件自动跟踪系统替代实施例的立体图，它应用GPS技术帮助跟踪叉车的运动，而所有其它方面则与最佳实施例相同。
请参看图1，它展示了木材捆扎件自动跟踪系统最佳实施例的立体图，该自动跟踪系统包括叉车100、固定高架定位模块件74a和74b、捆扎件跟踪计算机系统80、以及办公室计算机系统84。(在此通篇讨论及附图中，对所述装置所必须的电源既未讨论也未说明，而假定它们对此技艺来说是常规的)。叉车100还包括机动支架10、叉形臂提升导轨20以及可竖直移动的叉形臂提升组合件30。叉形臂提升组合件30还包括叉形臂32a和32b，在其上将放置需搬动的木材捆扎件。固定在叉形臂32a和32b上的是相应的负载传感器组合件40a和40b。
负载传感器组合件40a和40b测量任一放置在相应叉形臂32a和32b上的木材捆扎件的重量。叉车100也可替换地装配一个重量测量系统，它应用液压力相对叉形臂提升导轨20竖直移动叉形臂提升组合件30以测量木材捆扎件的重量。
负载传感器组合件40a和40b各自通过电线42a和42b与IR发送器44连接，IR发送器44装备在叉形臂提升组合件30的侧面。IR发送器44与相配合的IR接收器48一直处于联系中，而IR接收器48则装备在机动支架10的侧面。IR接收器由电线50与固定在机动支架10侧面的叉车计算机52连接。
叉车计算机52通过电线54与超声远程测量组件56连接，它安装在叉形臂提升导轨20上。超声远程测量组件56发送竖直指向的脉冲入射超声能58a，它被安装在叉形臂提升组合件30上的超声反射器60反射。然后，组件56接收来自超声反射器60的反射超声能58b。
叉车计算机52通过电线62与安装在机动支架10上的常规I/O装置64连接。计算机52还通过电线66与伸缩天线70连接，它装备在叉形臂提升导轨20上。伸缩天线70通过信号72、76a和76b与固定高架定位模块件74a和74b进行双向联系。模块件74a和74b各自通过电线78a和78b与捆扎件跟踪计算机系统80联系。捆扎件跟踪计算机系统80通过电线82进而与办公室计算机系统84联系。
常规运转时，叉车100可在一个面积为5英亩或更多的、通常称为木材料场的区域内来回移动。木材捆扎件按木材料场管理要求根据策划放置在整个料场上。作为正常进货的一部分，这些捆扎件不断送入料场，作为正常再加工的一部分，这些捆扎件不断在料场中移动，而作为正常装运的一部分，这些捆扎件又不断从料场移走。在同一料场内，还可有敞开和封闭的这两种棚子，它们用于贮存经选择的木材捆扎件以免风吹雨淋。这些棚子通常由混凝土和金属构成。若干固定高架定位模块件，诸如74a和74b，将按策划放置在整个木材料场的任一露天或封闭的区域内。这些模块件与所有在料场内运转的叉车一直保持联系。
以下将参考图2列出的步骤，同时返回参考图1进行详细说明，来讨论木材捆扎件自动跟踪系统的运转。请参考步骤102，运转从木材捆扎件未放置在其负载传感器组合件40a和40b上的叉车100移动开始。当叉车100移动时，叉车计算机52在电线66上输送一个编码信号，此信号送往伸缩天线70。伸缩天线70辐射一个全向信号72，此全向信号72然后被许多与74a和74b相似的固定高架定位模块件接收。此编码信号专门识别叉车100。采用常规跟踪技术，与模块件74a和74b通讯着的捆扎件跟踪计算机系统80，如步骤102所示，不断确定移动着的叉车100的目前X-Y坐标。
请参考步骤104，此有意义的事件接着发生于叉车100啮合负载的时刻。此啮合发生于，叉车100正常运转，以其叉形臂提升组合件30提升木材捆扎件之时。当叉形臂提升组合件30啮合木材捆扎件时，负载传感器组合件40a和40b确定此捆扎件的重量，并将此信息各自通过电线42a和42b传送给IR发送器44。IR发送器44再通过IR联线46将重量信息传送给IR接收器48。IR接收器48进而通过电线50将此信息传送给叉车计算机52。在接收到重量信息的同时，计算机52输入来自超声远程测量装置56的叉形臂提升组合件30的目前相对竖直高度信息。装置56采用常规的脉冲入射和反射超声能量远程测量技术确定这一竖直高度信息。这样，如步骤104所示，由捆扎件跟踪系统确定了木材捆扎件的重量及在啮合时刻的目前X-Y-Z坐标。
请参考步骤106，叉车计算机52通过在电线66上输送一个编码信号，发送先前已确定的重量和高度信息，此信号传向伸缩天线70。天线发射包含此信息的全位信号72，接着，此全位信号72被大量与74a和74b相似的固定高架定位模块件所接收。捆扎件跟踪计算机系统80将这一重量和初始相对竖直高度信息与相通讯的叉车100的目前确定的X-Y坐标相结合。如步骤106所示，此综合信息被捆扎件跟踪计算机系统80通过双向通讯线路82发送至办公室计算机系统84。
请参考步骤108，办公室计算机系统84将此信息与其已有的类似信息数据库进行比较，并确定叉车100现在啮合的是否是先前已识别的，即已知的木材捆扎件，或是未识别的，即未知的木材捆扎件。该确定过程如步骤110和112所示。假如办公室计算机系统84确定这是一件已知捆扎件，则如步骤114所示，它然后将相关的特定捆扎件号码通过双向通讯线路82传送给捆扎件跟踪计算机系统80。计算机系统80再通过线路78a和78b将相关的特定捆扎件号码传至相应的固定高架定位模块件74a和74b而传送至叉车100。模块件74a和74b再通过相应的发射信号76a和76b将此信息传送给伸缩天线70。天线70接收这些信号，再将此信息通过线路66传送给叉车计算机52。
请参考步骤116，叉车计算机52再将此特定捆扎件号码通过线路62传送给I/O装置64，以便叉车司机验证。当叉车100装着啮合的木材捆扎件在整个木材料场中不断来回移动时，固定高架定位模块件74a和74b从伸缩天线70不断接收全位信号72，从而如步骤116所示，捆扎件跟踪计算机系统80不断确定叉车100的X-Y坐标。
当叉车100到达木材捆扎件将放置的最后预定的终点时，如步骤118所示，叉形臂提升组合件30释放捆扎件。此释放发生于叉车100正常运转将木材捆扎件放置于预定位置的时刻。当叉形臂提升组合件30释放木材捆扎件后，负载传感器组合件40a和40b现在开始将检测到的零重量信息通过线路42a和42b、IR发送器44和接收器48，以及线路50发送给叉车计算机52。随着零重量检测信息的接收，计算机52输入来自超声远程测量装置56的叉形臂提升组合件30的目前相对竖直高度信息。叉车计算机52将先前已确定的零重量和竖直高度信息通过线路66、天线70、信号72、定位模块件74a和74b，以及线路78a和78b发送给捆扎件跟踪计算机系统80。如步骤118所示，捆扎件跟踪计算机系统80将此重量和最终相对竖直高度信息与通讯中的叉车100目前确定的X-Y坐标结合。此综合信息如步骤120所示由捆扎件跟踪计算机系统80通过双向通讯线路82发送给办公室计算机系统84。
如步骤122所示，办公室计算机系统84将此信息加入至已有的类似信息的数据库。假如现已被运输的木材捆扎件被确定为先前已知的，则系统84修改其目前坐标。假如此捆扎件是先前未知的，则系统84将此信息与一个新的特定捆扎件号码以及新确定的重量和最终的X-Y-Z坐标发生联系。
现请参考图3，图中展示了上述发明的替代实施例101。显然，只对那些有显著差异的部分进行了展示，而那些对最佳实施例和替代实施例都为共同的部件则采用与最佳实施例中相同的标号。在替代实施例101中，叉车10还包括了全球定位卫星(GPS)天线71，它装备在叉车10的天线70的附近。GPS天线71能接收由头顶上部卫星(未表示)发送的GPS信号77。天线71还能将接收到的GPS信号77通过线路67发送给GPS接收器49。GPS接收器49能将GPS信号77转换成叉车10的连续的目前X-Y坐标。接收器49还通过线路55与计算机52进行通讯。计算机52能沿着线路66将信号发送至天线70，然后作为全位信号72加以发送，并可被接收模块件74c和74d中任一个接收，接收模块件74c和74d各自替代了最佳实施例中的定位模块件74a和74b。接收模块件74c和74d再沿线路78a与捆扎件跟踪计算机系统80进行联系。
在运转时期，天线71不断接受GPS信号77，然后它将信号77沿线路67发送给GPS接收器49。接着，GPS接收器49不断转换信号77中包含的经度和纬度信息以确定叉车10的X-Y坐标。然后，计算机52将目前的X-Y坐标信息与目前叉形臂的高度和负载重量信息结合，接着沿线路66将此综合信息发送至天线70，以便作为全位信号72不断往外发射。然后信号72由接收器74c和74d之一或两个接收器74c和74d同时接收，接收器74c和74d将包含的信息沿线路78a和发送给捆扎件跟踪计算机系统80。计算机系统80不须对发送的信号72进行任何特殊的计算以确定叉车10的目前X-Y坐标，因为信号72在被GPS接收器49自GPS信号加以转换时，信号72已经包含了这一信息。
这样，读者将看到木材捆扎件自动跟踪系统是这样的一种系统，它能跟踪位于木材料场或其棚子内的所有木材捆扎件，而不须人工帮助或对每一捆扎件装备任何形式的“签条”。此外，读者将注意到，此系统不容易混淆各个捆扎件或它们的位置，不要求建造任何特殊的“料架”贮存结构物。这样，此系统能持续、实时地保持每一和各个捆扎件的位置，甚至在任一给定瞬间由多台叉车接收、移动和发送多件捆扎件。
虽然上述说明书包含了许多详述，但不应把它们认作对发明范围的限制，而是其最佳实施例的举例。许多其它变化都是可能的。这从木材捆扎件自动跟踪系统的说明书中可明显看出。
系统的适用性超过对木材捆扎件位置的跟踪。例如，木材料场也要处理大量原木和监造木制品梁，它们也可由叉车移动，并按此处说明的相似方法进行跟踪。其它诸如金属的工业也要处理大量产品，它们也必须由叉车围绕地区区域进行运输。金属工字梁、挤压杆束、薄板捆、钢盘圈、板等都是这些产品的实例。因此认为，总体讲，木材捆扎件自动跟踪系统能自动跟踪所有产品的三维坐标和重量，只要这些产品尺寸大得要求采用叉车对其进行移动。
对此领域中那些普通技术人员来说很清楚，对诸如单件工具钢的较小物体来说，它们主要由人手进行移动，可将此精密系统加以复制，通过对人手装备特殊压力敏感手套以注意啮合和松开，并能发射能被固定高架定位模块件跟踪的全位信号。
此外，建立于办公室计算机系统，它包含在给定地区区域内所有目前产品的有价值的数据，与叉车输入/输出装置之间的线路，使办公室计算机不仅能记录，而且还能指挥诸如木材捆扎件的产品的运动。还显然，假定编码最好由办公室计算机自动赋予，则办公室计算机可由叉车司机指导进行特定物体识别编码，它应与目前啮合的但至今仍为未知的物体相联系。这就可能出现这样的情况，即假如负载是先前未知的，而在对其进行最近的处理时，发现例如在一杆形编码签条上已赋予了一个编码。因此，本发明的范围不确定于所示的实施例，而确定于所附的权利要求及它们的法定等效物。
由本发明的前述详细说明可看到，本发明的木材捆扎件自动跟踪系统显然具有许多优点，有些优点已在上述说明中加以描述，而另一些则内涵于发明之中。此外，还很清楚，即在不偏离本发明的思想下，也能对木材捆扎自动跟踪系统进行很多修改。因此本发明的范围仅受限于所附权利要求的规定。
权利要求
1.一种自动全位物体跟踪系统，它可在一个预定区域内运转，该系统包括一种啮合/释放所述物体的装置；一种将所述被啮合的物体从初始啮合位置运送至最终释放位置的装置；和一种响应所述运送装置确定所述物体的所述初始和最终位置的装置。
2.如权利要求1的系统，其特征在于，所述啮合/释放装置还包括一种确定所述物体的所述啮合和所述释放时刻的装置；和一种响应所述时刻确定装置确定所述物体的Z坐标的装置。
3.如权利要求2的系统，其特征在于，所述运送装置还包括一种连续发送全位信号的装置；一种接收来自所述啮合/释放装置的所述物体的所述Z坐标的装置；和一种将在所述啮合和释放时刻的所述Z坐标与所述全位信号相结合的装置。
4.一种自动物体识别系统，它可在贮存一组一个或多个物体的预定区域内运转，其特征在于，该识别系统包括一种在所述物体组内确定任一所述物体初始位置的装置；和一种响应所述初始位置确定装置，在所述初始位置基础上，识别所述任一物体的装置。
5.如权利要求4的系统，其特征在于，所述初始位置确定装置包括一种啮合所述任一物体的装置；一种响应所述啮合装置确定所述任一物体的初始X-Y坐标的装置；和一种响应所述啮合装置确定所述任一物体相对所述X-Y坐标的初始Z坐标的装置。
6.如权利要求4的系统，其特征在于，所述识别装置包括一种将所述任一物体的所述初始位置与所述物体组内所述物体的一组所有最终已知位置进行比较的装置；和一种从所述比较中确定所述任一物体的所述身份的装置。
7.一种方法，用于在一个预定区域内自动和全位跟踪一个物体，其特征在于，该方法包括的步骤有啮合所述物体；确定所述被啮合物体的所述初始位置；将所述被啮合物体从一个初始被啮合位置运送至一个最终释放位置；释放所述物体；和确定所述被释放物体的所述最终位置。
8.如权利要求7的系统，其特征在于，所述啮合和释放所述物体的步骤还包括确定所述物体的所述啮合和释放时刻；和确定所述物体在所述啮合和释放时刻时的Z坐标。
9.如权利要求7的系统，其特征在于，所述运送所述被啮合物体的步骤还包括的步骤有不断发送全位信号；接收所述物体的所述Z坐标；和将所述Z坐标与在所述啮合和释放时刻的所述全位信号相结合。
10.一种在一个包含一组一个或多个物体的预定区域内，自动识别物体的方法，该方法包括的步骤有确定所述物体组内任一所述物体的初始位置；和根据所述初始位置识别所述任一物体。
11.如权利要求10的系统，其特征在于，确定所述初始位置的步骤还包括的步骤有啮合所述任一物体；确定所述被啮合任一物体的初始X-Y坐标；和确定所述任一物体的相对所述X-Y坐标的初始Z坐标。
12.如权利要求10的系统，其特征在于，识别所述任一物体的步骤还包括的步骤有将所述任一物体的所述初始位置与所述物体组内的所述物体的一组所有最终已知位置进行比较；和由所述比较确定所述任一物体的所述识别。
13.一种自动全位物体跟踪系统，它可在一个预定区域内运转，其特征在于，该系统包括一种接收远处发送的坐标信息的装置；一种响应所述接收装置按所述接收到的坐标信息确定所述物体的绝对经度和纬度的装置；和一种响应所述确定装置发送所述物体的所述绝对经度和纬度的装置。
全文摘要
在叉车(100)上,负载传感器组合件(40a和40b)固定在叉形臂(32a和32b)上,并能对任何被叉形臂提升组合件(30)提升的物体进行称重。重量信息被不断地从组合件(40a和40b)通过线路及IR发送器(44)和接收器(48)发送至叉车计算机(52)。重量变化信息被计算机(52)判读为负载的啮合和释放,随此之后,接收来自超声远程测量组件(56)的叉形臂提升组合件(30)的目前相对竖直高度。然后,计算机(52)通过伸缩天线(70)向诸如74a和74b的固定高架定位模块件发送具有重量和高度这两种信息的特定编码信号,所述固定高架定位模块件已按策划布置在叉车(100)运转的整个区域内。然后,此信号由诸如74a和74b的定位模块件发送至捆扎件跟踪计算机系统(80)。计算机(84)能贮存此信息以跟踪移动物体的精确位置和重量。
文档编号G01S3/00GK1209877SQ95198021
公开日1999年3月3日 申请日期1995年12月14日 优先权日1995年12月14日
发明者詹姆斯·A·阿曼, 威廉·R·哈勒 申请人:詹姆斯·A·阿曼, 威廉·R·哈勒