一种卸船机大车行走机构防撞装置及控制方法与流程

1.本发明涉及卸船机技术领域，尤其是涉及一种卸船机大车行走机构防撞装置及控制方法。


背景技术：

2.卸船机是在港口、码头、岸边进行卸船的设备，一个卸船机大车配有4个大车行走机构，卸船机运行时，通过大车行走机构沿轨道的运动带动卸船机大车运动。卸船机大车在钢轨上水平移动过程中为避免与钢轨两侧端部相碰或与侵入大车装置运动区域范围内的物体相碰撞或脱离钢轨侧端，如图2所示，在钢轨两侧端部常采用限位开关(行程开关)限制大车行走机构的运动范围。行程开关串联接入大车行走机构的驱动电动机的控制回路中，位于大车行走机构的前侧和后侧，在钢轨两端设置限位柱，限位柱上设有与行程开关相配合的静止部件，当大车行走机构运动到钢轨的两端时，限位柱上静止部件会接触行程开关，行程开关动作，切断大车行走机构驱动电动机的电路使大车行走机构停止运动。
3.在实际运用过程中，这样的限位柱-行程开关结构虽然可以防止卸船机大船行走机构越界，但存在以下问题：
4.1、行程开关及控制回路简单。行程开关结构简单，存在接触不良或进水短路的隐患。如发生接触不良，将导致行程开关应通不通，不能起到防越界或防撞的作用。如发生进水短路，则会引起在正常位置上导致大车行走机构闭锁、大车行走机构驱动电机不通电、卸船机大车不动的故障。
5.2、现有技术中，仅在大车行走机构上外侧设置行程开关，如图2所示。限位信号仅能通过设置在a1、b2侧(大车机构两个支脚外侧)的两个行程开关与限位柱上特定的触碰点碰撞的方式发出，对于轨道外侧的人或物，没有防护。即：可以防止大车运动越限，但防撞功能不完善。
6.3、如图2所示，在大车行走机构的a2侧至b1侧之间的十几米范围内，轨道附近的人和物没有防护。而司机在高处作业存在视觉盲区，存在大车机构运动中与周边发生碰撞的风险，对安全生产造成很大威胁。


技术实现要素：

7.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种卸船机大车行走机构防撞装置及控制方法。
8.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
9.一种卸船机大车行走机构防撞装置，包括测距模块、图像模块和主控制器；
10.所述测距模块包括距离显示器和多个测距传感器，所述距离显示器安装在驾驶室，所述测距传感器安装在各个大车行走机构的前侧和后侧；
11.所述图像模块包括图像显示器和多个图像传感器，所述图像显示器安装在驾驶室，所述图像传感器安装在各个大车行走机构的前侧和后侧；
12.所述主控制器与距离显示器、测距传感器、图像显示器和图像传感器通信连接，基于测距传感器的测量信号得到大车行走机构与运动方向上的物体的实时距离并发送至距离显示器，基于图像传感器的测量信号得到大车行走机构运动方向上的实时图像并发送至图像显示器；
13.所述主控制器与操作摇杆和变频器连接，所述变频器与行走电机连接，用于驱动行走电机工作。
14.优选的，所述测距传感器的数量为n
×
8个，n》0，安装在4个大车行走机构上，每个大车行走机构的前侧和后侧分别安装有n个测距传感器。
15.优选的，所述图像传感器的数量为8个，安装在4个大车行走机构上，每个大车行走机构的前侧和后侧分别安装有一个图像传感器。
16.优选的，所述测距传感器为超声波测距传感器。
17.优选的，所述图像传感器为摄像机。
18.优选的，还包括声光警示模块，所述声光警示模块包括多个声光警示器，各个大车行走机构的前侧和后侧均安装有声光警示器，主控制器与声光警示器通信连接。
19.优选的，所述声光警示器包括led灯和蜂鸣器。
20.优选的，所述声光警示器的数量为8个，安装在4个大车行走机构上，每个大车行走机构的前侧和后侧分别安装有一个声光警示器。
21.优选的，所述操作摇杆包括前、中、后三个位置，分别对应前进操作、停车操作、倒车操作，在对应前进操作的位置上，设有三个调节档，分别为一档、二档和三挡，这三个调节档对应的操作为启动声光警示、慢进和快进，所述启动声光警示为启动大车行走机构上位于运动方向一侧的声光警示器，提醒卸船机附近的人员注意，同理，在对应倒车操作的位置上，设有三个调节档，分别为一档、二档和三挡，这三个调节档对应的操作为启动声光警示、慢退和快退，所述启动声光警示为启动大车行走机构上位于运动方向一侧的声光警示器，提醒卸船机附近的人员注意。
22.优选的，还包括语音播报器，所述语音播报器安装在驾驶室，主控制器与语音播报器通信连接。
23.优选的，各个大车行走机构的侧面还设有急停开关，自锁设计，可就地紧急拍下，从而就地紧急停用大车行走机构。
24.优选的，还包括安装在驾驶室内的语音对讲模块，便于驾驶室内的司机与外界进行对话。
25.一种卸船机大车行走机构防撞控制方法，具体为：
26.基于操作摇杆的状态获取卸船机大车的运动方向和运动档位，启动大车行走机构上位于运动方向一侧的测距传感器和图像传感器，在卸船机大车未动的情况下提前观察大车行走机构运动方向是否存在障碍物；
27.主控制器基于测距传感器的测量信号得到大车行走机构与运动方向上的物体的实时距离并发送至距离显示器，距离显示器显示各个大车行走机构与运动方向上的物体的实时距离；
28.主控制器基于图像传感器的测量信号得到大车行走机构的运动方向上的实时图像并发送至图像显示器，图像显示器显示各个大车行走机构的运动方向上的实时图像；
29.如果某个大车行走机构与运动方向上的物体的实时距离小于当前档位下的距离阈值，则主控制器通过变频器控制行走电机，卸船机大车以低于当前运动档位的速度运动，同时还可以通过语音播报器发出提示对司机进行提醒，否则，主控制器通过变频器控制行走电机，卸船机大车以当前运动档位的速度运动；
30.所述距离阈值是根据经验和当前档位下的运动速度制定的。
31.一方面司机在驾驶室内可以通过距离显示器看到大车行走机构与运动方向上的物体的实时距离，并可以通过图像显示器观察实时图像，从而可以自行调节操作摇杆控制大车行走机构的运动速度，以免发生碰撞；
32.另一方面，通过防撞控制方法进行行驶过程中的安全控制，根据各个大车行走机构与运动方向上的物体的实时距离的最小值，来强制降低运动速度，以免发生碰撞。
33.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
34.(1)通过测距模块获取大车行走机构与障碍物的实时距离，使用图像传感器获取大车行走机构的实时图像，消除了视觉盲区，从而实现防撞，数字化和可视化程度更高，消除了现有的限位柱-行程开关结构接触不良和短路的隐患，防撞功能更加完善，提高了卸船机生产作业的安全性。
35.(2)在大车行走机构的前侧和后侧分别安装声光警示器，从而提醒卸船机周围的人员注意，进一步降低了碰撞风险。
36.(3)各个大车行走机构的前侧和后侧分别有至少一个测距传感器，可靠性更高。
附图说明
37.图1为本发明的结构框图；
38.图2为现有技术中的大车行走机构及限位柱-行程开关结构；
39.图3为本发明的大车行走机构的结构示意图；
40.附图标记：01、钢轨，02、限位柱，02a、a1侧限位柱，02b、b2侧限位柱，ka、a1侧行程开关，kb、b2侧行程开关，03、大车行走机构，04、卸船机大车；
41.1、主控制器，21、距离显示器，22、测距传感器，31、图像显示器，32、图像传感器，41、操作摇杆，42、变频器，43、行走电机，5、声光警示器，6、语音播报器，7、急停开关。
具体实施方式
42.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
43.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件。
44.在本技术实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或
元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
45.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
46.在本技术实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
47.实施例1：
48.现有技术中的大车行走机构及限位柱-行程开关结构如图2所示，在钢轨01的两端设置了a1侧限位柱02a和b2侧限位柱02b，在4个大车行走机构03带动卸船机大车04沿钢轨01向a1侧运动时，a1侧的2个大车行走机构03上的a1侧行程开关ka与a1侧限位柱02a相接触，从而切断大车行走机构03驱动电动机的电路使大车行走机构03停止运动，同理，在4个大车行走机构03带动卸船机大车04沿钢轨01向b2侧运动时，b2侧的2个大车行走机构03上的b2侧行程开关kb与b2侧限位柱02b相接触，从而切断大车行走机构03驱动电动机的电路使大车行走机构03停止运动。
49.为了克服现有技术中存在的不足，本技术提供了一种卸船机大车行走机构防撞装置，如图1和图3所示，包括测距模块、图像模块、主控制器1、声光警示模块5和语音播报器6；
50.测距模块包括距离显示器21和多个测距传感器22，距离显示器21安装在驾驶室，测距传感器22安装在各个大车行走机构03的前侧和后侧；
51.图像模块包括图像显示器31和多个图像传感器32，图像显示器31安装在驾驶室，图像传感器32安装在各个大车行走机构03的前侧和后侧；
52.声光警示模块包括多个声光警示器5，各个大车行走机构03的前侧和后侧均安装有声光警示器5，主控制器1与通信连接。具体的，声光警示器5包括led灯和蜂鸣器。
53.语音播报器6安装在驾驶室，提供常规播报功能，如语音播报器6可以将4个大车行走机构03与运动方向上的物体的实时距离进行播报，也可以播报4个大车行走机构03与运动方向上的物体的实时距离的最小值，以提醒司机保持安全距离。也可以设置警报功能，如当某个大车行走机构03与障碍物的距离过小时，发出警报提醒，提示司机进行相应操作，以免发生碰撞。
54.主控制器1与距离显示器21、测距传感器22、图像显示器31、图像传感器32、声光警示器5和语音播报器6通信连接，基于测距传感器22的测量信号得到大车行走机构03与运动方向上的物体的实时距离并发送至距离显示器21，基于图像传感器32的测量信号得到大车行走机构03运动方向上的实时图像并发送至图像显示器31，可以在主控制器1内置一个切换矩阵，实现图像传感器32在图像显示器31上的切换；
55.主控制器1与操作摇杆41和变频器42连接，变频器42与行走电机43连接，用于驱动行走电机43工作。行走电机43为大车行走机构03的执行器，将变频器42输出的电能转换为机械能，经减速箱驱动大车行走机构03前进、后退。
56.此外，还可以在驾驶室内安装语音对讲模块，便于驾驶室内的司机与外界工作人员进行对话。
57.测距传感器22的数量为n
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8个，n》0，安装在4个大车行走机构03上，每个大车行走机构03的前侧和后侧分别安装有n个测距传感器22；本实施例中，测距传感器22的数量为8个，其他实施方式中，也可在一个大车行走机构03的前侧和后侧各安装2个甚至更多测距传感器22，以免其中一个测距传感器22出现故障带来安全隐患，多个测距传感器22也能更准确的检测运动方向上的障碍物。
58.本实施例中，测距传感器22为超声波测距传感器，测量范围可近似看出一个圆锥体，因为，在大车行走机构03的前侧和后侧均安装测距传感器22，可以对一个较大范围进行障碍物检测，满足大车行走机构03防撞的障碍物检测需要。
59.图像传感器32的数量为8个，安装在4个大车行走机构03上，每个大车行走机构03的前侧和后侧分别安装有一个图像传感器32。
60.本实施例中，图像传感器32为摄像机，实时图像以视频的形式在图像显示器31上进行显示。
61.声光警示器5的数量为8个，安装在4个大车行走机构03上，每个大车行走机构03的前侧和后侧分别安装有一个声光警示器5。
62.各个大车行走机构03的侧面还设有急停开关7，自锁设计，可就地紧急拍下，从而就地紧急停用大车行走机构03。
63.本技术的技术方案中，在钢轨01的两端保留了限位柱02，这样一定程度上可以起到物理防止大车行走机构03越界的作用，为钢轨01周围的人和物提供了防护，也起到了警示作用。
64.一种卸船机大车行走机构防撞控制方法，具体为：
65.基于操作摇杆41的状态获取卸船机大车04的运动方向和运动档位，启动大车行走机构03上位于运动方向一侧的测距传感器22和图像传感器32，在卸船机大车04未动的情况下提前观察大车行走机构03运动方向是否存在障碍物；
66.主控制器1基于测距传感器22的测量信号得到大车行走机构03与运动方向上的物体的实时距离并发送至距离显示器21，距离显示器21显示各个大车行走机构03与运动方向上的物体的实时距离；
67.主控制器1基于图像传感器32的测量信号得到大车行走机构03的运动方向上的实时图像并发送至图像显示器31，图像显示器31显示各个大车行走机构03的运动方向上的实时图像；
68.如果某个大车行走机构03与运动方向上的物体的实时距离小于当前档位下的距离阈值，则主控制器1通过变频器42控制行走电机43，卸船机大车04以低于当前运动档位的速度运动，同时，主控制器1控制语音播报器6发出警报提醒，提示司机降速等以避免发生碰撞，否则，主控制器1通过变频器42控制行走电机43，卸船机大车04以当前运动档位的速度运动；
69.距离阈值是根据经验和当前档位下的运动速度制定的。
70.一方面司机在驾驶室内可以通过距离显示器21看到大车行走机构03与运动方向上的物体的实时距离，并可以通过图像显示器31观察实时图像，从而可以自行调节操作摇杆41控制大车行走机构03的运动速度，以免发生碰撞；
71.另一方面，通过防撞控制方法进行行驶过程中的安全控制，根据各个大车行走机
构03与运动方向上的物体的实时距离的最小值，来强制降低运动速度，以免发生碰撞。
72.具体的，本实施例中，操作摇杆41包括前、中、后三个移动位置，分别对应前进操作、停车操作、倒车操作，在对应前进操作的移动位置上，设有三个调节档，分别为一档、二档和三挡，这三个调节档对应的操作为启动声光警示操作、慢进操作和快进操作，启动声光警示操作为启动大车行走机构03上位于运动方向一侧的声光警示器5，同理，在对应倒车操作的位置上，设有三个调节档，分别为一档、二档和三挡，这三个调节档对应的操作为启动声光警示操作、慢退操作和快退操作，启动声光警示操作为启动大车行走机构03上位于运动方向一侧的声光警示器5。
73.以卸船机大车04前进为例，根据各个大车行走机构03与运动方向上的物体的实时距离控制大车行走机构03的运动速度：
74.司机推拉操作摇杆41，经过第一档(启动声光警示操作)时，主控制器1根据操作摇杆41所在位置，得到运动方向，从而将四个大车行走机构03上位于运动方向一侧的声光警示器5，提醒卸船机附近的人员注意。同时，启动四个大车行走机构03上位于运动方向一侧的测距传感器22和图像传感器32，以运动方向为前方，则靠前的两个大车行走机构03上的测距传感器22和图像传感器32获取到卸船机与前方的障碍物的距离以及卸船机前方的图像，靠后的两个大车行走机构03上的测距传感器22和图像传感器32用于监测卸船机的主体部分，即图2中a2侧至b1侧范围内，得到靠后的两个大车行走机构03与a2侧至b1侧范围内的障碍物的距离以及a2侧至b1侧范围内的图像，如果a2侧至b1侧范围内不存在障碍物，测距传感器22检测到的距离应该为前后两个大车行走机构03之间的距离。
75.当操作摇杆41继续推至第二档(慢进操作)时，检查距离显示器21上各个大车行走机构03与运动方向上的物体的实时距离，如果某个大车行走机构03与运动方向上的物体的实时距离小于0.5m，即这个大车行走机构03前方0.5m内存在障碍物，则由司机控制或由主控制器1自行控制大车行走机构03降速行驶，语音播报器6发出警报提醒，否则，正常行驶，主控制器1控制变频器42以25赫兹的频率驱动行走电机43，此为低速前进模式。本实施例中，降速行驶是将大车行走机构03的速度降至下一档，当前为第二档，降为第一档后即停止变频器42输出，大车行走机构03不再运动。在其他实施方式中，也可以根据需要自行设定降速行驶的速度。
76.当操作摇杆41继续推至第三档(快进操作)时，检查距离显示器21上各个大车行走机构03与运动方向上的物体的实时距离，如果某个大车行走机构03与运动方向上的物体的实时距离小于1m，即这个大车行走机构03前方1m内存在障碍物，则由司机控制或由主控制器1自行控制大车行走机构03降速行驶，语音播报器6发出警报提醒，否则，正常行驶，主控制器1控制变频器42以50赫兹的频率驱动行走电机43，此为高速前进模式。本实施例中，降速行驶是将大车行走机构03的速度降至下一档，当前为第三档，降为第二档后即停止变频器42以25赫兹的频率驱动行走电机43。在其他实施方式中，也可以根据需要自行设定降速行驶的速度。
77.在上述行驶过程中，司机可以通过图像显示器31实时查看四个大车行走机构03运动方向上的实时图像，以了解障碍物的具体类型，便于司机进行判断，语音播报器6进行常规播报。
78.卸船机大车04的倒车与前进类似，只是主控制器1控制变频器42驱动行走电机43
的转向与前进方向相反，同时，启动大车行走机构03后退方向一侧的声光警示器5、测距传感器22和图像传感器32。
79.在其他实施方式中，也可以设置单独的开关来启动声光警示器5，操作摇杆41与常规的摇杆一致即可。
80.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。