专利名称：载荷定位的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种载荷定位的设备和方法，借助它们可以制止载荷和/或载荷承接装置的旋转摆动。这种旋转摆动尤其出现在起重机中，例如吊车中。
在起重机中，尤其在例如装卸集装箱的吊车设备中，出自于成本的原因，力图迅速、精确和安全地传送货物。因此，有必要修正尤其由于大的干扰因素，例如风或例如集装箱不均匀装载所引起的旋转摆动。
由DE 10006486A1已知一种起重机，在这里是吊车，它有一个吊运小车和两个各包括两个卷绳筒的筒式提升机构，其中，每个筒式提升机构有一个驱动器，在驱动器两侧各安装一个卷绳筒。这种设计的缺点可认为在于，采用两个筒式提升机构只能修正沿吊运小车运动方向的旋转摆动。
由德国专利申请公开文件DE 2053590已知另一种尤其用于装卸集装箱的起重机。这种起重机有一个抓框和一个升降装置以及一个控制器和一个测量装置。升降装置本身有三个提升机构，每个提升机构有一个卷绳筒和一个自己的驱动器。采用此设备可以在装上或摘下集装箱之前抑制抓框的倾斜位置。此设备的缺点可认为是，尽管校正了倾斜位置，然而并不能同时修正旋转摆动。
通过以上所述的任何一种起重机，都不能修正相对于载荷和/或载荷承接装置沿升降方向的轴线的旋转摆动。这尤其也包括不能满足附加的有关载荷和/或载荷承接装置调整定位的要求。一个附加的要求例如是水平地定位载荷和/或载荷承接装置。所述的定位既涉及静态也涉及动态，亦即运动状态。
本发明的目的是改进载荷和/或载荷承接装置的定位。
例如一个目的是要制止载荷承接装置和/或载荷尤其绕沿升降方向的轴线的旋转摆动或对这种旋转摆动加以补偿，以便能精确、快速和安全地传送货物。
借助具有权利要求1特征的方法和借助按权利要求7所述的设备成功地达到上述目的。
在从属权利要求2-6中记载了本发明方法的有利的设计。从属权利要求8-12是关于权利要求7所述设备的有利扩展设计。
采用按本发明的在起重机中位置准确地定位载荷和/或载荷承接位置的方法，可以快速、安全和精确的货物装卸，所述的起重机有一个吊运小车和一个升降装置，升降装置包括至少四个提升机构，它们各有一个卷绳筒和各有一个自己的驱动器，其中，每个卷绳筒通过钢绳与载荷承接装置和/或载荷连接，其中，检测载荷和/或载荷承接装置的位置，以及在载荷和/或载荷承接装置旋转摆动时，通过改变至少单根钢绳的长度制止这种旋转摆动。
由一个识别载荷和/或载荷承接装置位置的系统识别的旋转摆动，可以针对笛卡儿坐标系进行描述，它包括X坐标或轴、Y坐标或轴以及Z坐标或轴，坐标系的原点例如处于载荷中心。旋转摆动也可以描述为绕一根旋转轴线的运动。旋转摆动的特征在于，载荷和/或载荷承接装置在其重新返回静止位置前至少一次从静止位置偏转到一个返向点。载荷或载荷承接装置同样也可以多次通过静止位置摆动直至它返回静止位置。旋转摆动的第一种可能性是例如绕Z轴旋转摆动。在起重机中，Z轴例如对应于载荷或载荷承接装置的升降轴线，在这种情况下，Z轴例如通过载荷中心延伸。在扭摆时，载荷或载荷承接装置绕升降轴线或绕一条平行于升降轴线的轴线摆动。旋转摆动的第二种可能性是，载荷或载荷承接装置沿Y方向从零位偏转。旋转摆动的第三种可能性是，载荷和/或载荷承接装置沿X方向从零位偏转。若X方向是吊运小车可能的运动方向，则发生例如沿此方向的旋转摆动。零位指的是当载荷和/或载荷承接装置在一个静态的静止位置时所处的位置。除了沿笛卡儿坐标系一个轴的方向旋转摆动外，还可以规定另一些旋转摆动绕其进行的轴。绕另一个轴旋转摆动的一个例子，例如是绕载荷和/或载荷承接装置对角线的旋转摆动。此外还有可能组合地，亦即同时出现上述那些旋转摆动。
例如集装箱吊钩用作载荷承接装置。为了检测载荷和/或载荷承接装置的位置，有利的方式是可以采用一个位置识别系统。此系统可例如由先有技术已知的那样由一个摄像机系统和一个固定在载荷承接装置或载荷上的反射器组成，其中，光学地检测载荷或载荷承接装置的位置。除了光学的位置识别外，同样可以为位置识别采用声学或其他的测量装置。若所述的系统确定存在旋转摆动，则通过改变至少一根钢绳的绳长来制止旋转摆动。通过使卷绳筒分别借助一个自己的驱动器，优选地电机，例如有附属的变流器的电动机进行控制，可以沿至少一个方向修正至少一个旋转摆动，在这里，为调整载荷和/或载荷承接装置所需要化费的时间，与人们不采用按本发明的定位方法让载荷简单停止摆动相比要少得多。此外，采用电动机作为驱动器带来一些优点。电动机例如价廉和能精确调节。还有，采用电动机的设计能非常简单地实现。
取决于载荷的重心和旋转摆动的类型，一根或两根钢绳与静止位置相比不再张紧或至少减小紧度。也就是说，不是在所有的钢绳上作用相同的力。因旋转运动导致其紧度减小或不再张紧的钢绳由卷绳筒的电机驱动器缩短为能使载荷定位。这种情况也尤其涉及一种扭摆。
作为相应的替代措施，也可以加长在扭摆时被绷紧的两根或三根钢绳，实现载荷的定位。载荷或载荷承接装置的定位，不仅在钢绳加长而且在钢绳缩短时均应如此实施，即，减小载荷的加速度并因而减小摆动的摆幅，直至它为零度或使载荷处于静止位置。
钢绳是否张紧或减小了紧度，例如由电机的调节器通过相互比较电机的扭矩测定。
对于载荷的重心处于载荷对角线交点内的情况，应加长或缩短两根对角对置的钢绳。
基于有四根钢绳和各自驱动的提升机构，所以有可能在升和降或在旋转摆动时保持载荷处于水平位置，为此只要改变相应的钢绳长度。
此外，有可能通过改变至少一个钢绳长度影响由于绕提升机构轴线的旋转运动造成的歪扭角，从而补偿或消除旋转摆动。歪扭角指的是载荷或载荷承接装置沿轴向绕例如被提升的载荷的载荷重心的转角。
以有利的方式实施此方法的设备有一个吊运小车和一个升降装置，其中，升降装置有至少四个提升机构，它们各有一个自己的驱动器和各有一个卷绳筒，其中，卷绳筒通过钢绳与载荷承接装置连接。提升机构的这样一种设计，可以在使用上面已经说明的方法的情况下使载荷定位。
按一项有利的设计，设备有一个用于位置识别或调整的系统。例如，它可以识别载荷从零位或静止位置的偏离并在必要时相应地制止所述的偏离。
按升降装置的一种有利的设计，钢绳斜拉，亦即相对于升降方向倾斜地安置，以加强沿歪扭角方向力的作用，用于平衡转动或旋转摆动。相对于升降方向斜置指的是钢绳呈梯形地安置，在这种情况下优选的方式是，在钢绳与载荷承接装置或载荷朝向载荷中心的方向之间有至少一个大于90度的夹角。
按另一项有利的设计，位置识别系统和驱动器是自动化的，因为这样设计可以精确地检测位置和平衡至少一个旋转摆动。这种设计的优点可例如认为在于，一方面可以减轻吊车司机的负担，因为不再必须由他自己来使载荷定位，以及另一方面可以平衡多种不同的旋转摆动，或也可以更快速地完成定位。载荷的定位尤其在承接载荷时以及在放下载荷时有很大的意义。
此外，按照本发明每个驱动器可以单独控制或调节，并因而可以通过拉紧/缩短或放松/加长各钢绳实现精确的定位。可以单独控制的意思是，每根钢绳可以单个地，亦即与其他钢绳无关地拉紧或放松。基于这种单独控制，还可以在任何时刻，亦即在提升、下降或在摆动运动时，将载荷保持在水平位置。
附图表示本发明的实施例并在下面详细说明。其中
图1示意表示一台吊车；图2表示悬挂有载荷的吊运小车；图3表示沿X方向的旋转摆动；图4表示沿Y方向的旋转摆动；图5表示绕一个与Z轴重合的旋转中心的旋转摆动；图6示意表示一个集装箱装卸桥；图7表示钢绳横向悬吊地悬挂载荷；以及图8表示另一种旋转摆动。
图1示意表示吊车1侧视图。图示的吊车1有起重臂2和可移动的吊运小车3。吊运小车3的运动方向用双向箭头20表示。吊运小车3本身有四个各有一个卷绳筒和各有一个自己的驱动器的提升机构，本图由于是侧视图所以只能看到两个提升机构4和5及附属的卷绳筒8和9，其他的部分被遮挡。图中表示的钢绳12和13通过卷绳筒8和9相对于升降方向21倾斜地朝载荷承接装置23延伸。升降方向21，也就是载荷可沿着它提升或下降的方向，可用一双向箭头21表示。因为在图示的举例中吊运小车3的纵向尺寸比载荷24的长，所以钢绳12和13按一个大于90度的悬挂角32呈梯形地安装在载荷承接装置23的横侧。但钢绳12和13也可以梯形地安置在纵侧。悬挂角23处于每一根钢绳12与载荷承接装置23和/或载荷24之间。悬挂角32除此之外还用字母α表示。
图2表示悬挂有载荷的吊运小车。在这里涉及例如按图1的起重机。图2表示四个提升机构4、5、6和7和为它们配设的四个卷绳筒8、9、10和11。为每个卷绳筒8、9、10、11配设一个自己的驱动器16、17、18和19，亦即电机。为了提升和下降载荷24或载荷承接装置23，如图中示意表示的那样，提升机构4至7定位在吊运小车3的角区内。提升机构4、5、6和7处于一个平面内，但提升机构4-7也可以有其他的布局。卷绳筒8至11分别通过一根钢绳12至15与载荷承接装置23连接。钢绳相对于升降方向斜拉。因为吊运小车3的外部尺寸比载荷承接装置23大，所以在钢绳12至15与载荷承接装置23之间形成一个大于90度的悬挂角32。悬挂角用角度符号α表示。载荷承接装置23例如是一个集装箱吊钩，载荷24装在它上面。其他载荷承接装置23例如抓钳也是可能的，但图中未表示。此外示意表示了一个位置识别系统22。作为位置识别系统22可以使用适合于确定位置的光学、声学或其他测量仪器。在载荷承接装置23上表示了一个坐标系，它有X轴X，Y轴Y和与这两个轴垂直的沿升降方向21的Z轴Z。当吊运小车沿至少其中一个轴运动时，会导致载荷24或载荷承接装置旋转摆动。位置识别系统22因而检测载荷24和/或载荷承接装置23的位置并确定可能的旋转摆动。若识别有旋转摆动，则通过改变至少一根钢绳12-15的长度制止旋转摆动。
例如，由于旋转摆动因而不再张紧或紧度减小的钢绳，由提升机构4-7的驱动器16-19重新张紧。钢绳改变后的紧度可以通过要由驱动器电动机消耗的扭矩确定。通过补偿、消除和/或阻止旋转摆动，可以尤其在摘下载荷24时使载荷24精确和迅速地定位。此外，通过载荷承接装置23承接载荷24也能精确和快速。其结果是可以快速和精确并因而也更安全地传送货物。此外，通过吊车设计有四根钢绳，载荷可以在任何时刻通过调整钢绳长度保持在水平位置。
图3-图5用俯视图表示一些可能的旋转摆动。图中表示了一个笛卡儿坐标系，它有X轴X、Y轴Y和与这些轴垂直的Z轴Z，其中，由于是俯视图，所以Z轴只画为一个点。坐标系的原点在这些实施例中与载荷中心重合。蛇形曲线表示钢绳12至15。
图3表示沿正X方向或负X方向的旋转摆动。旋转摆动方向用双向箭头27表示。当沿X方向旋转摆动时，载荷24按双向箭头的方向从静止位置偏转，其中，处于静止位置的载荷用划有阴影线的小框表示。基于所画的旋转摆动，载荷24不再处于水平位置。为了能制止或消除载荷24的旋转摆动和倾斜位置，要相应地改变钢绳12至15的长度。为了使载荷24重新处于水平位置，在沿X方向旋转摆动时应加长或缩矩两根在横侧的钢绳12和13或14和15。
图4表示沿Y方向，亦即沿垂直于X轴X方向的旋转摆动。载荷24的静止位置26与图3一样用画有阴影线的小框表示，以及摆动方向与图3相应用双向箭头27表示。在沿Y方向旋转摆动时，载荷24同样处于一个倾斜位置，这可以通过改变钢绳长度12-15修正。为了将载荷置于水平位置，应加长或缩短两根在纵侧平行的钢绳12和15或13和14。
图5表示绕旋转中心33的在图中夸大表示的旋转摆动，旋转中心33与Z轴Z或例如载荷中心重合。载荷的重心也可以与旋转中心33重合。在X轴X与载荷中心线37之间的夹角表示转角，即所谓的歪扭角28。绕Z轴的旋转运动用弯曲的双向箭头38说明。此旋转摆动的修正仍通过缩短或加长钢绳长度进行，在这里没有表示钢绳。
在钢绳12至15上提升的载荷24，例如集装箱，可能倾向于旋转运动和/或摇摆运动(扭动)。歪扭角28例如通过两个在这里没有表示的有红外探照灯和红外反射器的摄像机系统检测。在载荷24下放过程中，取消载荷24迄今预期的相应的歪扭角和相应的角度，或按期望停止摆动。通过使用四个独立驱动的用于控制歪扭角的卷绳筒可得到各种优点。其一是由于载荷24有一种平稳的特性因而可达到提高工作安全性。另一个优点是可以更快速地传送载荷24，因为取消了例如用于停止摆动的等待时间。采用用于四个卷绳筒的四个各自的驱动器，只引起增加低的机械成本。
图6用侧视图表示用于传送集装箱的起重机，所谓的集装箱吊车，也称集装箱装卸桥36。集装箱装卸桥36是起重机的另一个举例，其中可以使用按本发明的设备和按本发明的方法。集装箱装卸桥36有一个吊运小车3和一个升降装置。升降装置有四个提升机构，它们各有一个卷绳筒和各有一个驱动器，在这里由于是侧视图只能看到两个提升机构4和5以及各一个卷绳筒8和9。按此图，集装箱装卸桥36可以在轨道34上移动。这种可移动性也可以通过无轨装置实现，但图中未表示。由于吊运小车3或集装箱装卸桥36移动或由于载荷24和/或载荷承接装置23沿升降方向21升和降，即使在集装箱装卸桥36的情况下也会出现载荷24和/或载荷承接装置23的旋转摆动。这些旋转摆动可以通过改变各钢绳长度补偿或消除。此外，可以将载荷24或载荷承接装置23保持在水平位置。
图7表示一种载荷悬挂方式的各种示图。三维图40表示载荷24的悬挂装置有四个独立驱动的卷绳筒8-11和各有一个自己的驱动器16-17。在提升机构4-7与载荷24之间的钢绳12-15相对于升降方向21倾斜地延伸。由于卷绳筒8-11各自驱动，所以有可能分别提升或下降载荷24的每个角或一个纵侧41或一个横侧42，并由此例如调整或控制歪扭角。通过载荷悬挂的横侧图50和纵侧图60说明钢绳的横向悬吊。
图8表示载荷承接装置23俯视图，它有两个标记38、39，用于借助位置确定系统确定载荷承接装置23的位置。位置确定系统例如借助摄像机摄录两个标记38和39的位置。在本例中表示了绕标记38具有歪扭角28σ的扭转运动。这些标记例如是红外线的反射器。
权利要求
1.一种起重机载荷(24)位置准确地定位的方法，该起重机有一个吊运小车(3)和一个升降装置，该升降装置包括至少四个提升机构(4-7)，它们各有一个卷绳筒(8-11)和各有一个自己的驱动器(16-19)，其中，每个卷绳筒(8-11)通过一钢绳(12-15)与一载荷承接装置(23)和/或载荷(24)连接，其中，检测载荷(24)的位置并在载荷(24)旋转摆动时制止这种旋转摆动，在这种情况下分别单独改变至少一根钢绳(12-15)的长度。
2.按照权利要求1所述起重机载荷(24)定位的方法，其特征为识别一根或两根钢绳(12-15)由于旋转摆动所造成的至少紧度减小或不再张紧，并将该根或该两根钢绳(12-15)这样缩短，即，使得所述载荷(24)定位。
3.按照权利要求1所述起重机载荷(24)定位的方法，其特征为将所述两根或三根张紧的钢绳(29)以这样的方式加长，即，使得所述载荷定位。
4.按照上述任一项权利要求所述起重机载荷(24)定位的方法，其特征为加长或缩短两根对角线对置的钢绳(12和14或13和15)。
5.按照上述任一项权利要求所述起重机载荷(24)定位的方法，其特征为钢绳(12-15)以这样的方式退卷或卷取，即，使得所述载荷(24)在升或降或摆动时保持水平位置。
6.按照上述任一项权利要求所述起重机载荷(24)定位的方法，其特征为通过改变至少一根钢绳长度来影响歪扭角(28)。
7.一种用于起重机载荷(24)定位的设备，该起重机有一个吊运小车(3)和一个升降装置，其特征为该升降装置包括至少四个提升机构(4-7)，它们各有一个卷绳筒(8-11)和各有一个自己的驱动器(16-19)，其中，每个卷绳筒(8-11)可通过一钢绳(12-15)与一载荷承接装置(23)和/或载荷(24)连接。
8.按照权利要求7所述用于起重机载荷(24)定位的设备，其特征为所述起重机有一个位置识别系统(22)或调整装置。
9.按照上述任一项权利要求所述用于起重机载荷(24)定位的设备，其特征为在所述载荷承接装置(23)与提升机构(4-7)之间的钢绳(12-15)可相对于升降方向(21)斜向安设。
10.按照上述任一项权利要求所述用于起重机载荷(24)定位的设备，其特征为所述位置识别系统(22)和所述提升机构(4-7)的驱动器(16-19)是自动化的。
11.按照上述任一项权利要求所述用于起重机载荷(24)定位的设备，其特征为提升机构(4-7)的每个驱动器(16-19)可单独控制或调节。
12.按照权利要求7至11之一所述用于起重机载荷(24)定位的设备用于实施按照权利要求1-5中任一项所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种起重机载荷(24)位置准确地定位的方法和相应的设备。起重机有吊运小车(3)和升降装置，后者包括至少四个提升机构(4－7)，它们各有一个卷绳筒(9－11)和自己的驱动器(16－19)，其中，每个卷绳筒(9－11)通过钢绳(12－15)与载荷承接装置(23)和/或载荷(24)连接。可以检测载荷(24)的位置。当载荷(24)旋转摆动时，可通过四个驱动器更好地制止旋转摆动。
文档编号B66C13/04GK1684899SQ03822607
公开日2005年10月19日 申请日期2003年9月24日 优先权日2002年9月30日
发明者彼得·莫勒, 彼得·舒尔特 申请人:西门子公司