集装箱吊具的定位辅助板的制作方法

本实用新型涉及物流运输的技术领域，具体涉及一种集装箱吊具的定位辅助板。

背景技术：

集装箱最大的成功在于其产品的标准化以及由此建立的一整套运输体系。能够让一个载重几十吨的庞然大物实现标准化，并且以此为基础逐步实现全球范围内的船舶、港口、航线、公路、中转站、桥梁、隧道、多式联运相配套的物流系统，这的确堪称人类有史以来创造的伟大奇迹之一。

随着集装箱在物流中的作用日益提高。码头都有针对集装箱的吊机用于集装箱的吊装运输。吊机的吊钩下发挂设有集装箱专用吊具可以快速地将集装箱进行吊装，即固定式吊具（也称整体式吊具），它通过其端梁四角的转锁与集装箱的连接来实现起吊集装箱。它只能装卸一种规格的集装箱，通过钢丝绳的升降带动棘轮机构驱动旋锁转动，从而以钢丝绳机械运动的方式实现自动开闭旋锁。

但是在集装箱的吊装过程中，该吊具一般有导向装置，用于在吊具接近集装箱时起定位作用，常用的为导向板式，其末端是用钢板做成的角锥形包角，在使用时可旋转180°而向下，正好套在集装箱的四个角上，不工作时可向上翻转，导向板的动作通常由液压系统控制。但实际工作时由于诸如风的作用、或者吊机操作工程中吊具的惯性导致吊具会与吊机的行动并不同时等多种原因使得吊具与集装箱的定位很难快速准确。为了使吊具四角的锁头准确地插入集装箱的锁孔内,需要将吊具的旋锁对准四个锁孔后，吊机操作吊具降落并将吊具的四个旋锁插入集装箱顶面的四个锁孔内锁定，作业工人再爬下集装箱后，吊机起升吊起集装箱至船上放置位置。整个过程操作时间较长，而且需要额外的劳动力进行辅助。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种集装箱吊具的定位辅助板，在吊具本体远离需要吊装的集装箱通过超声波发射模块和超声波接收模块的作用可以直接找到需要吊装的集装箱、从而向需要吊装的集装箱快速移动；当吊具本体位于需要吊装的集装箱上方时，通过定位辅助板可以将吊具本体与需要吊装的集装箱高效定位；当吊具本体与需要吊装的集装箱定位完成后，通过电磁铁B可以使旋锁与锁孔同轴定位；实现了吊具的自动进行粗定位、细定位和精准定位的连续性和快速性，提高了吊装精度和效率；吊机驾驶员通过驾驶室内的显示器可以做到无需观察外面状况便能将集装箱进行准确的定位并进行自动吊装；吊装的时候通过定位辅助板的结构以及多个定位辅助板的先后动作顺序，从而保证了定位过程中，由集装箱其中一边实现定位后，能够快速实现该边所在平面上的定位，并最终实现水平方向的定位和最终的固定；通过旋锁底部的电磁铁B，从而可以在吊具与集装箱完成定位后，使旋锁能够与锁孔保证同轴心的情况下进入锁孔并锁定，避免旋锁进入锁孔时发生磕碰、提高了旋锁进入锁孔并锁定的效率，延长了旋锁的使用寿命；每一组吊装绳包括多根吊装绳，不仅能够降低每根吊装绳的承受力、从而延长吊装绳的使用寿命，而且当其中一根吊装绳断掉而失效之后仍然能够保持吊具本体的有效吊装状态，保证吊具本体的继续吊装。

本实用新型所采取的技术方案是：

集装箱吊具的定位辅助板，包括吊具本体，所述吊具本体的长度和宽度与集装箱匹配，所述吊具本体的顶部与吊机的吊绳固定，所述吊具本体的侧壁四角处分别上下活动连接有定位辅助板，所述定位辅助板为“L”形结构的立板，所述吊具本体的底部四角处还分别设有旋锁和超声波接收模块，所述吊具本体的底部中心设有激光测距模块，所述吊具本体上还设有温度传感器，还包括集装箱顶部所设的超声波发射模块和吊机驾驶舱内的控制器和显示器，所述激光测距模块、超声波接收模块、温度传感器和显示器与控制器通过信号或电连接，所述超声波发射模块通过信号与控制器连接。

本实用新型进一步改进方案是，所述吊具本体侧壁上固定有与定位辅助板结构匹配的套体，所述定位辅助板在套体内沿着套体上下活动连接。

本实用新型更进一步改进方案是，所述套体通过电磁铁A控制定位辅助板的上下活动，所述电磁铁A与控制器通过信号或电连接。

本实用新型更进一步改进方案是，当定位辅助板位于最高行程处的时候，定位辅助板的底部高于等于吊具本体的底面；当定位辅助板位于最低行程处的时候，定位辅助板的底部低于吊具本体的底面。

本实用新型更进一步改进方案是，当定位辅助板位于最低行程处的时候，定位辅助板的底部低于旋锁的底部。

本实用新型更进一步改进方案是，所述定位辅助板的其中一边的长度与对应于吊具本体侧壁的长度之比大于等于1:6，并且小于1:2。

本实用新型更进一步改进方案是，所述吊具本体的侧壁四角处所设的定位辅助板分别以吊具本体的相对侧壁的对称中心面为对称基准面呈对称设置。

本实用新型更进一步改进方案是，所述旋锁的底部端面设有电磁铁B，所述电磁铁B与控制器通过信号或电连接。

本实用新型更进一步改进方案是，所述吊具本体通过吊装绳与吊绳底部的吊钩固定，所述吊装绳设有四组，每一组吊装绳与吊具本体顶部的其中一角固定，所述每一组吊装绳包括多根吊装绳。

本实用新型更进一步改进方案是，所述吊具本体的顶面中部与吊钩之间还设有旋锁控制拉绳，所述旋锁控制拉绳通过液压机构与旋锁连接。

利用上述的吊具精准定位系统的定位方法，包括以下步骤：

1）控制器控制需要吊装的集装箱上的超声波发射模块发射超声波；

2）当吊具本体距离需要吊装的集装箱较远的时候，吊具本体上的超声波接收模块接收到超声波发射模块所发射的超声波之后，超声波发射模块将超声波的发出时间信号、超声波接收模块将超声波的接收时间信号发送给处理器，处理器计算出各超声波接收模块与超声波发射模块之间的距离，并将吊具本体与需要吊装的集装箱的相对位置显示于显示器上；

3）吊机驾驶员根据显示器上所显示的吊具本体与需要吊装的集装箱的相对位置而对吊机进行操作，使吊具本体向需要吊装的集装箱靠近；

4）当吊具本体靠近至激光测距模块位于需要吊装的集装箱正上方的时候，激光测距模块发出激光信号对吊具本体与需要吊装的集装箱之间测量高度差，并将高度差的信号传送给处理器，处理器通过计算出各超声波接收模块与超声波发射模块之间的距离，并结合吊具本体与需要吊装的集装箱之间的测量高度差，计算出吊具本体与需要吊装的集装箱的相对精确位置，并显示于显示器上；

5）吊机驾驶员根据显示器上所显示的吊具本体与需要吊装的集装箱的相对位置而对吊机进行操作，当控制吊具本体下降至吊具本体底面与需要吊装的集装箱顶面的高度差小于向下伸出的定位辅助板底部边沿与吊具本体底面之间的距离、并且旋锁底部高于需要吊装的集装箱顶面的时候，将吊具本体位于需要吊装的集装箱外侧的相邻两个侧壁所对应的定位辅助板向下伸出；

6）然后吊机驾驶员控制吊具本体移动至该定位辅助板的其中一个边与需要吊装的集装箱侧壁贴合；

7）此时该定位辅助板的另一边仍位于需要吊装的集装箱的外侧，吊机驾驶员将该定位辅助板另一边所对应吊具本体的侧壁上的另一个定位辅助板向下伸出，此时向下伸出的两个定位辅助板使吊具本体只能沿着需要吊装的集装箱与定位辅助板相贴合的边所在平面移动；

8）然后吊机驾驶员控制吊具本体移动至两个定位辅助板的所有边均与需要吊装的集装箱侧壁贴合，接着控制剩下的两个定位辅助板都向下伸出；此时旋锁的位置与需要吊装的集装箱顶部的锁孔对应；

9）接着吊机驾驶员控制旋锁的电磁铁B启动，通过电磁铁B使旋锁的轴心与锁孔的轴心保证同轴心；

10）吊机驾驶员通过控制吊具本体下降至吊具本体底部与需要吊装的集装箱顶部贴合；

11）吊机驾驶员通过控制液压机构使旋锁控制拉绳将旋锁与锁孔锁合；

12）吊机驾驶员通过电磁铁A将所有定位辅助板升起，并将需要吊装的集装箱吊至指定位置；

13）需要吊装的集装箱完成吊装后，吊机驾驶员通过控制液压机构使旋锁控制拉绳将旋锁与锁孔分离，并准备下一个需要吊装的集装箱进行吊装。

利用上述的吊具精准定位系统的定位算法，包括以下步骤：

步骤a、定义：位于吊具本体的底部四个顶角处的超声波接收模块分别为A点、B点、C点和D点；

步骤b、定义：位于吊具本体底部中心处的激光测距模块为O点；

步骤c、定义：位于需要吊装的集装箱顶部中心处的超声波发射模块为E点；

步骤d、定义：E点面向A点、B点、C点和D点所在的平面内的投影为F点；

步骤e、通过激光测距模块（10）侧得的O点对需要吊装的集装箱顶部所在平面的距离与线段EF的长度相等；

其中，线段AB的长度、线段BC的长度、线段CD的长度和线段DA的长度是已知的；

步骤f、在时刻T，激光测距传感器测得T时刻的吊具本体与需要吊装的集装箱顶面之间的垂直距离，即为线段EF的长度，并传送至控制器；

线段EF的长度即为时刻T、吊具本体需要向下竖直移动的距离；

步骤g、另外，四个超声波接收模块分别接收到超声波发射模块之前发射的超声波，并分别计算出四个超声波接收模块各自的接收到的时间间隔tA、tB、tC、tD；

步骤h、时差信号传送至控制器，控制器通过公式：

s=v*t 米 （Ⅰ），

其中s为距离，v为声音在空气中的速度，t为时间间隔；

并且，声音在空气中的速度采用 ：v = v₀ +Δ* c 米/秒 （Ⅱ），

其中v₀为零摄氏度条件下的声音在空气中的传播速度，Δ为每升高一摄氏度、声音在空气中传播速度的增加量，c为时刻T温度传感器检测到的空气温度；

从而分别计算出线段EA的长度、线段EB的长度、线段EC的长度和线段ED的长度；

步骤i、根据直角三角形BFE、三角形AFE和三角形OEF可以分别计算出：

米 （Ⅲ）、

米 （Ⅳ）

和 米 （Ⅴ）；

步骤j、由三角形知道三边求中线的公式可以计算出：

米 （Ⅵ）；

所以， 米 （Ⅶ）；

线段OF的长度即为时刻T、吊具本体需要向需要吊装的集装箱水平移动的距离。

本实用新型更进一步改进方案是，

步骤k、定义：向下伸出套体后的定位辅助板底部与吊具本体地面的高度差为H；

步骤l、当线段EF的长度小于H的时候，控制器计算出吊具本体各顶角与超声波发射模块之间的距离：即线段EA、线段EB、线段EC和线段ED的长度，并通过算式max{EA EB EC ED} （Ⅷ）；

比较出其中最远的距离，并且控制器控制距离超声波发射模块距离最远的定位辅助板向下伸出；

步骤m、根据直角三角形CFE和三角形DFE可以分别计算出：

米 （Ⅸ）；

米 （Ⅹ）；

步骤n、当线段AF的长度与线段BF的长度相等且线段CF的长度与线段DF的长度相等、或当线段AF的长度与线段DF的长度相等且线段BF的长度与线段CF的长度相等的时候，通过算式max{AF CF} （Ⅺ）；

比较出其中较长的长度，并通过控制器控制长度较长的吊具本体顶角处的另一个定位辅助板向下伸出；

步骤o、继续通过算式max{AF CF} （Ⅺ）；

比较线段AF的长度和线段CF的长度，当线段AF的长度等于线段CF的长度的时候，控制器控制其余两个定位辅助板也向下伸出；

步骤p、吊机驾驶员通过控制器依次控制电磁铁B得电使旋锁与锁孔同轴心，然后控制液压机构使旋锁控制拉绳将旋锁与锁孔锁合。

本实用新型的有益效果在于：

第一、本实用新型的集装箱吊具的定位辅助板和吊具精准定位系统，在吊具本体远离需要吊装的集装箱通过超声波发射模块和超声波接收模块的作用可以直接找到需要吊装的集装箱、从而向需要吊装的集装箱快速移动；当吊具本体位于需要吊装的集装箱上方时，通过定位辅助板可以将吊具本体与需要吊装的集装箱高效定位；当吊具本体与需要吊装的集装箱定位完成后，通过电磁铁B可以使旋锁与锁孔同轴定位；实现了吊具的自动进行粗定位、细定位和精准定位的连续性和快速性，提高了吊装精度和效率。

第二、本实用新型的集装箱吊具精准定位系统及其定位方法和定位算法，吊机驾驶员通过驾驶室内的显示器可以做到无需观察外面状况便能将集装箱进行准确的定位并进行自动吊装。

第三、本实用新型的集装箱吊具精准定位系统及其定位方法和定位算法，吊装的时候通过定位辅助板的结构以及多个定位辅助板的先后动作顺序，从而保证了定位过程中，由集装箱其中一边实现定位后，能够快速实现该边所在平面上的定位，并最终实现水平方向的定位和最终的固定。

第四、本实用新型的集装箱吊具精准定位系统及其定位方法和定位算法，通过旋锁底部的电磁铁B，从而可以在吊具与集装箱完成定位后，使旋锁能够与锁孔保证同轴心的情况下进入锁孔并锁定，避免旋锁进入锁孔时发生磕碰、提高了旋锁进入锁孔并锁定的效率，延长了旋锁的使用寿命。

第五、本实用新型的集装箱吊具精准定位系统及其定位方法和定位算法，每一组吊装绳包括多根吊装绳，不仅能够降低每根吊装绳的承受力、从而延长吊装绳的使用寿命，而且当其中一根吊装绳断掉而失效之后仍然能够保持吊具本体的有效吊装状态，保证吊具本体的继续吊装。

附图说明：

图1为本实用新型结构的主视示意图。

图2为本实用新型结构的俯视示意图。

图3为本实用新型结构的仰视示意图。

图4为本实用新型结构定位时的主视示意图。

图5为本实用新型的控制框图。

图6为本实用新型的算法示意图。

图7为本实用新型的显示器的显示效果示意图。

图8为显示器的接线电路图。

图9为超声波接收模块的接线电路图。

图10 为超声波发射模块的接线电路图。

具体实施方式：

结合图1~图4可知，本实用新型包括吊具本体1，所述吊具本体的长度和宽度与集装箱匹配，所述吊具本体1的顶部与吊机的吊绳4固定，所述吊具本体1的侧壁四角处分别上下活动连接有定位辅助板7，所述定位辅助板7为“L”形结构的立板，所述吊具本体1的底部四角处还分别设有旋锁6和超声波接收模块9，所述吊具本体1的底部中心设有激光测距模块10，所述吊具本体1上还设有温度传感器，还包括集装箱顶部所设的超声波发射模块和吊机驾驶舱内的控制器和显示器，所述激光测距模块10、超声波接收模块9、温度传感器和显示器与控制器通过信号或电连接，所述超声波发射模块通过信号与控制器连接。

所述吊具本体1侧壁上固定有与定位辅助板7结构匹配的套体8，所述定位辅助板7在套体8内沿着套体8上下活动连接。

所述套体8通过电磁铁A控制定位辅助板7的上下活动，所述电磁铁A与控制器通过信号或电连接。

当定位辅助板7位于最高行程处的时候，定位辅助板7的底部高于等于吊具本体1的底面；当定位辅助板7位于最低行程处的时候，定位辅助板7的底部低于吊具本体1的底面。

当定位辅助板7位于最低行程处的时候，定位辅助板7的底部低于旋锁6的底部。

所述定位辅助板7的其中一边的长度与对应于吊具本体1侧壁的长度之比大于等于1:6，并且小于1:2。

所述吊具本体1的侧壁四角处所设的定位辅助板7分别以吊具本体1的相对侧壁的对称中心面为对称基准面呈对称设置。

所述旋锁6的底部端面设有电磁铁B11，所述电磁铁B11与控制器通过信号或电连接。

所述吊具本体1通过吊装绳2与吊绳4底部的吊钩3固定，所述吊装绳2设有四组，每一组吊装绳2与吊具本体1顶部的其中一角固定，所述每一组吊装绳2包括多根吊装绳2。

所述吊具本体1的顶面中部与吊钩3之间还设有旋锁控制拉绳5，所述旋锁控制拉绳5通过液压机构与旋锁6连接。

结合图1~图5可知，利用上述的吊具精准定位系统的定位方法，包括以下步骤：

1）控制器控制需要吊装的集装箱上的超声波发射模块发射超声波；

2）当吊具本体1距离需要吊装的集装箱较远的时候，吊具本体1上的超声波接收模块9接收到超声波发射模块所发射的超声波之后，超声波发射模块将超声波的发出时间信号、超声波接收模块9将超声波的接收时间信号发送给处理器，处理器计算出各超声波接收模块9与超声波发射模块之间的距离，并将吊具本体1与需要吊装的集装箱的相对位置显示于显示器上；

3）吊机驾驶员根据显示器上所显示的吊具本体1与需要吊装的集装箱的相对位置而对吊机进行操作，使吊具本体1向需要吊装的集装箱靠近；

4）当吊具本体1靠近至激光测距模块10位于需要吊装的集装箱正上方的时候，激光测距模块10发出激光信号对吊具本体1与需要吊装的集装箱之间测量高度差，并将高度差的信号传送给处理器，处理器通过计算出各超声波接收模块9与超声波发射模块之间的距离，并结合吊具本体1与需要吊装的集装箱之间的测量高度差，计算出吊具本体1与需要吊装的集装箱的相对精确位置，并显示于显示器上；

5）吊机驾驶员根据显示器上所显示的吊具本体1与需要吊装的集装箱的相对位置而对吊机进行操作，当控制吊具本体1下降至吊具本体1底面与需要吊装的集装箱顶面的高度差小于向下伸出的定位辅助板7底部边沿与吊具本体1底面之间的距离、并且旋锁6底部高于需要吊装的集装箱顶面的时候，将吊具本体1位于需要吊装的集装箱外侧的相邻两个侧壁所对应的定位辅助板7向下伸出；

6）然后吊机驾驶员控制吊具本体1移动至该定位辅助板7的其中一个边与需要吊装的集装箱侧壁贴合；

7）此时该定位辅助板7的另一边仍位于需要吊装的集装箱的外侧，吊机驾驶员将该定位辅助板7另一边所对应吊具本体1的侧壁上的另一个定位辅助板7向下伸出，此时向下伸出的两个定位辅助板7使吊具本体1只能沿着需要吊装的集装箱与定位辅助板7相贴合的边所在平面移动；

8）然后吊机驾驶员控制吊具本体1移动至两个定位辅助板7的所有边均与需要吊装的集装箱侧壁贴合，接着控制剩下的两个定位辅助板7都向下伸出；此时旋锁6的位置与需要吊装的集装箱顶部的锁孔对应；

9）接着吊机驾驶员控制旋锁6的电磁铁B11启动，通过电磁铁B11使旋锁6的轴心与锁孔的轴心保证同轴心；

10）吊机驾驶员通过控制吊具本体1下降至吊具本体1底部与需要吊装的集装箱顶部贴合；

11）吊机驾驶员通过控制液压机构使旋锁控制拉绳5将旋锁6与锁孔锁合；

12）吊机驾驶员通过电磁铁A将所有定位辅助板7升起，并将需要吊装的集装箱吊至指定位置；

13）需要吊装的集装箱完成吊装后，吊机驾驶员通过控制液压机构使旋锁控制拉绳5将旋锁6与锁孔分离，并准备下一个需要吊装的集装箱进行吊装。

结合图1~图4、以及图6和图7可知、利用上述的吊具精准定位系统的定位算法，包括以下步骤：

步骤a、定义：位于吊具本体1的底部四个顶角处的超声波接收模块9分别为A点、B点、C点和D点；

步骤b、定义：位于吊具本体1底部中心处的激光测距模块10为O点；

步骤c、定义：位于需要吊装的集装箱顶部中心处的超声波发射模块为E点；

步骤d、定义：E点面向A点、B点、C点和D点所在的平面内的投影为F点；

步骤e、通过激光测距模块10侧得的O点对需要吊装的集装箱顶部所在平面的距离与线段EF的长度相等；

其中，线段AB的长度、线段BC的长度、线段CD的长度和线段DA的长度是已知的；

步骤f、在时刻T，激光测距传感器测得T时刻的吊具本体1与需要吊装的集装箱顶面之间的垂直距离，即为线段EF的长度，并传送至控制器；

线段EF的长度即为时刻T、吊具本体1需要向下竖直移动的距离；

步骤g、另外，四个超声波接收模块10分别接收到超声波发射模块之前发射的超声波，并分别计算出四个超声波接收模块10各自的接收到的时间间隔tA、tB、tC、tD；

步骤h、时差信号传送至控制器，控制器通过公式：

s=v*t 米 （Ⅰ），

其中s为距离，v为声音在空气中的速度，t为时间间隔；

并且，声音在空气中的速度采用 ：v = v₀ +Δ* c 米/秒 （Ⅱ），

其中v₀为零摄氏度条件下的声音在空气中的传播速度，Δ为每升高一摄氏度、声音在空气中传播速度的增加量，c为时刻T温度传感器检测到的空气温度；

从而分别计算出线段EA的长度、线段EB的长度、线段EC的长度和线段ED的长度；

步骤i、根据直角三角形BFE、三角形AFE和三角形OEF可以分别计算出：

米 （Ⅲ）、

米 （Ⅳ）

和 米 （Ⅴ）；

步骤j、由三角形知道三边求中线的公式可以计算出：

米 （Ⅵ）；

所以， 米 （Ⅶ）；

线段OF的长度即为时刻T、吊具本体1需要向需要吊装的集装箱水平移动的距离。

步骤k、定义：向下伸出套体8后的定位辅助板7底部与吊具本体1地面的高度差为H；

步骤l、当线段EF的长度小于H的时候，控制器计算出吊具本体1各顶角与超声波发射模块之间的距离：即线段EA、线段EB、线段EC和线段ED的长度，并通过算式max{EA EB EC ED} （Ⅷ）；

比较出其中最远的距离，并且控制器控制距离超声波发射模块距离最远的定位辅助板7向下伸出；

步骤m、根据直角三角形CFE和三角形DFE可以分别计算出：

米 （Ⅸ）；

米 （Ⅹ）；

步骤n、当线段AF的长度与线段BF的长度相等且线段CF的长度与线段DF的长度相等、或当线段AF的长度与线段DF的长度相等且线段BF的长度与线段CF的长度相等的时候，通过算式max{AF CF} （Ⅺ）；

比较出其中较长的长度，并通过控制器控制长度较长的吊具本体1顶角处的另一个定位辅助板7向下伸出；

步骤o、继续通过算式max{AF CF} （Ⅺ）；

比较线段AF的长度和线段CF的长度，当线段AF的长度等于线段CF的长度的时候，控制器控制其余两个定位辅助板7也向下伸出；

步骤p、吊机驾驶员通过控制器依次控制电磁铁B11得电使旋锁6与锁孔同轴心，然后控制液压机构使旋锁控制拉绳5将旋锁6与锁孔锁合。

结合图8~图10可知，本实用新型中，激光测距模块的型号为VL53L0X V2；超声波接收模块9和超声波发射模块分别对应采用型号为HC-SR04的接收模块和发射模块；本实用新型通过型号为nRF24LE1D的无线收发模块进行信号传送；控制器的型号为51单片机，显示器上安装具有无线接收功能的型号为12864的显示模块，用于矫正声速的温度传感器型号为DS18B20。