轮胎吊直线行走的自动纠偏方法及其系统与流程

本发明涉及港口机械领域，特别涉及一种轮胎吊直线行走的自动纠偏方法及其系统。

背景技术：

集装箱龙门起重机是专门用于集装箱堆场进行堆垛和装卸作业的机械，有轮胎式集装箱龙门起重机和轨道式集装箱龙门起重机两种。轮胎式集装箱龙门起重机又称为轮胎吊(Rubber-Tyred Gantry Crane，RTG)，轨道式集装箱龙门起重机又称为轨道吊(Rail-Mounted Gantry Crane，RMG)。但是轨道吊需要铺设轨道导致机动性差、不能跨区转场、基础设施投资成本高且受电力供应限制。相反，轮胎吊具有有效利用堆场，基础投资低，机动性高操作简单以及混合动力供应等优点使其易于推广。

但是本发明的发明人发现，轮胎吊在正常行走过程中要求控制其偏移角在极小的范围内，约正负5°左右，这就要求轮胎吊的驾驶员具有极高的驾驶技术，时刻对大车进行纠偏。长此以往，驾驶员工作强度太大，容易产生疲劳，存在较大的安全隐患。

技术实现要素：

本发明实施方式的目的在于提供一种轮胎吊直线行走的自动纠偏方法及其系统，使得轮胎吊可以实现自动纠偏，从而减轻轮胎吊工作人员的劳动强度，并有效减小事故发生的概率。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种轮胎吊直线行走的自动纠偏方法，包含：在轮胎吊的行走过程中，周期性地利用安装于所述轮胎吊上的电罗经检测所述轮胎吊的行走方向，并根据所述轮胎吊的行走方向检测轮胎吊的行走偏差，获取偏差角度；

如果所述偏差角度不为零，则根据所述偏差角度生成控制信号，并将所述控制信号发送至轮胎吊驱动轮的驱动器。

本发明的实施方式还提供了一种轮胎吊直线行走的自动纠偏系统，包含：电罗经和控制器；

所述电罗经安装于轮胎吊上，用于在轮胎吊的行走过程中，周期性地检测所述轮胎吊的行走方向，并根据所述轮胎吊的行走方向检测轮胎吊的行走偏差，获取偏差角度；

所述控制器用于在所述偏差角度不为零时，根据所述偏差角度生成控制信号，并将所述控制信号发送至轮胎吊驱动轮的驱动器。

本发明实施方式相对于现有技术而言，在轮胎吊的行走过程中，周期性地利用安装于所述轮胎吊上的电罗经检测所述轮胎吊的行走方向，并根据所述轮胎吊的行走方向检测轮胎吊的行走偏差，获取偏差角度；如果所述偏差角度不为零，则根据所述偏差角度生成控制信号，并将所述控制信号发送至轮胎吊驱动轮的驱动器。由于电罗经是利用陀螺仪的定轴性和进动性，结合地球自转矢量和重力矢量，通过加入控制力矩和阻尼力矩的共同作用而制成的具有指向性的仪器，因此，所述电罗经不受电磁干扰，在港口码头复杂的环境下也可精确判断出当前轮胎吊正在行走的方向。通过这种轮胎吊直线行走的自动纠偏方法，使得轮胎吊可以实现自动纠偏，从而减轻轮胎吊工作人员的劳动强度，并有效减小事故发生的概率，提升工作效率。

另外，根据轮胎吊的行走方向检测轮胎吊的行走偏差，获取偏差角度，具体包括：获取所述轮胎吊的初始行走方向；获取所述电罗经检测到的当前行走方向；根据所述初始方向与所述当前行走方向的偏差，得到所述偏差角度。从而可以实时监测轮胎吊在行走过程中是否出现偏差。

另外，所述检测轮胎吊与道路中心的距离偏差，生成左右距离控制信号，具体包括：通过安装于所述轮胎吊两侧的距离传感器，分别检测所述轮胎吊与设置在行驶道路两侧的挡板之间的距离；根据所述检测到的轮胎吊与设置在行驶道路两侧的挡板之间的距离，判断所述轮胎吊是否处于行驶道路的中心位置；如果判定不处于所述行驶道路的中心位置，则根据所述轮胎吊与所述中心位置的距离偏差，生成左右距离控制信号，发送至所述轮胎吊驱动轮的驱动器。驱动器接收到距离信号后，输出驱动指令，控制驱动轮进行调整，直到轮胎吊回到道路中心，直线行走，从而保证了轮胎吊在行走过程中在不偏离设定方向的前提下，一直处于道路中心位置行驶，避免与道路中心位置两侧的集装箱碰撞。

另外，所述距离传感器安装于所述轮胎吊两侧的轮胎外侧的侧面上。这样可以分别检测轮胎吊与设置在行驶道路两侧的挡板之间的距离，从而更加精确的检测到轮胎吊当前行走方向是否偏离道理中心位置。

另外，所述周期的取值范围为<10s。通过将检测周期缩短，快速准确的检测轮胎吊的当前行走方向并获取偏差角度，使控制器可以及早将控制信号发送至驱动器，驱动器收到控制信号后，及时作出调整，达到实时纠偏。

另外，电罗经与轮胎吊侧边的距离传感器都可以测出航向的偏差，具有一定的冗余，增加了可靠性。

附图说明

图1是根据第一实施方式轮胎吊直线行走的自动纠偏方法的流程图；

图2是根据第二实施方式轮胎吊直线行走的自动纠偏方法的流程图；

图3是根据第三实施方式轮胎吊直线行走的自动纠偏系统的示意图；

图4是根据第四实施方式轮胎吊直线行走的自动纠偏系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种轮胎吊直线行走的自动纠偏方法，通过电罗经自动判断轮胎吊的行走方向，如果轮胎吊行走方向与原始方向存在偏差，则自动纠偏，具体流程如图1所示。

首先，在步骤101中，启动轮胎吊，电罗经检测轮胎吊的初始方向。将电罗经安装在轮胎吊上，轮胎吊系统启动后，触发电罗经设置初始方向，可将起点与终点之间的直线方向作为初始方向。

具体地说，用户点击轮胎吊系统开关，启动轮台吊系统。系统启动后，用户可在轮胎吊的控制面板上设置起点位置和终点位置以及判断轮胎吊是否到达终点(如当前位置和终点位置之间的距离在正负10厘米左右时，可认定轮胎吊到达终点)。首先输入起点位置(如当前位置)，接着输入终点与起点之间的距离和方向角度(如150米，北偏东30°)。起点终点输入完成后，用户可点击确定按钮来完成设置。在用户完成设置后，电罗经根据设置的起点终点信息获取当前轮胎吊的初始方向信息，即起点指向终点的方向，并生成轮胎吊的初始方向信号。初始方向确定后，轮胎吊按照指定方向开始行走。

接着，在步骤102中，电罗经检测轮胎吊当前的行走方向。轮胎吊开始行走后，电罗经将检测轮胎吊当前的行走方向，并根据当前的行走方向信息，生成轮胎吊当前行走方向信号。电罗经是利用陀螺仪的定轴性和进动性，结合地球自转矢量和重力矢量，通过加入控制力矩和阻尼力矩的共同作用而制成的具有指向性的仪器。因此，电罗经不受电磁干扰，在港口码头复杂的环境下也可精确判断出当前轮胎吊正在行走的方向。

接着，在步骤103中，电罗经判断轮胎吊当前的行走方向与设置的初始方向是否存在一定角度的偏差。如果存在偏差，电罗经根据初始方向与当前行走方向的偏差，得到偏差角度，生成纠偏信号，将当前位置信息和终点位置信息以及携带偏差角度的纠偏信号发送至控制器，控制器执行步骤104，获取纠偏角度；如果不存在偏差，电罗经将当前位置信息和终点位置信息发送至控制器，控制器则直接执行步骤106，检测轮胎吊是否到达终点。

比如说，如果轮胎吊的初始方向为北偏东30°，而电罗经检测到当前时刻轮胎吊的行走方向为北偏东35°，电罗经会将北偏东30°的初始方向信号与北偏东35°的当前行走方向信号进行比对。由于北偏东35°与北偏东30°不相同，所以电罗经会生成初始方向与当前行走方向不相同的纠偏信号，并对轮胎吊当前行走方向和初始方向进行减法运算，获得二者之间的数值差(如35°-30°＝5°)。计算出轮胎吊需要调整的角度信息后，将纠偏角度通过纠偏信号发送至与之相连的控制器，说明轮胎吊的行走方向已偏离初始方向，需要对其进行调整。

如果轮胎吊的初始方向为北偏东30°，而电罗经检测到当前时刻轮胎吊的行走方向仍然为北偏东30°，电罗经会将北偏东30°的初始方向信号与北偏东30°的当前行走方向信号进行比对。由于北偏东30°与北偏东30°相同，说明轮胎吊未偏离直线行走方向，所以直接通过控制器检测轮胎吊是否到达终点，决定轮胎吊是否继续前行。

另外，如果控制器使用数字信号进行传输，则电罗经与控制器之间的连接可通过数模转换器来实现。电罗经将纠偏的模拟信号发送至数模转换器，数模转换器对纠偏信息进行数模转换之后，再将纠偏信息的数字信号发送至控制器，待控制器处理。

在步骤104中，控制器获取纠偏角度。当控制器接收到电罗经通过纠偏信号携带的纠偏角度(如向东偏移5°)后，根据获取的纠偏角度生成控制信号(如向西转5°)，并执行步骤105，将控制信号发送至控制轮胎吊驱动轮方向的驱动器。

在步骤105中，控制器输出控制信号到轮胎驱动器，控制驱动轮方向的驱动器接收到控制信号后，根据控制信号对驱动轮进行方向的调整。比如说，首先，降低驱动轮电机的转速，进而降低轮胎吊的行走速度，以保证轮胎吊在转向过程中的安全；接着，将当前行走方向向西转动5°，使得轮胎吊回到初始方向行走；最后，增加驱动轮电机的转速，使其回到原速度继续向前行走，从而实现了轮胎吊直线行走的自动纠偏。

接着，在步骤106中，控制器在完成角度纠偏后，或者轮胎吊未偏离直线行走方向时，控制器判断轮胎吊是否已经到达指定终点，如果已到达终点，则结束整个流程；如果没有到达终点，则执行步骤107，电罗经判断是否到达下一检测周期。

具体地说，控制器获取当前位置信息和终点位置信息，并根据当前位置与终点位置之间的距离，判断是否达到终点。如果当前位置与终点之间的距离在预先设定的距离取值范围内，则表示轮胎吊已经达到终点；如果当前位置与终点之间的距离不在预先设定的距离取值范围内，则表示轮胎吊还在行走过程中，需要继续进行自动纠偏。

需要说明的是，由于轮胎吊在行驶过程中，纠偏时的行驶速度和正常行驶的速度存在差异，所以电罗经的检测周期一般为<10s。

当检测到没有到达终点时，进入步骤107，电罗经判断是否到达下一检测周期，如果已经到达下一检测周期，则执行步骤102，电罗经继续获取当前时刻的行走方向信息，重复上述角度纠偏过程，从而实现对轮胎吊行走方向的实时纠偏，直到轮胎吊行走至终点，结束整个流程；如果没有到达下一检测周期，则重新执行步骤107，电罗经继续判断是否到达下一检测周期，直到进入下一检测周期，返回直行步骤102为止。

另外，值得一提的是，在本实施方式中，偏差角度是由电罗经根据当前行走方向和初始行走方向进行对比，计算得出，然后直接发送给控制器，控制器直接获取偏差角度，给驱动器发送控制信号，完成自动纠偏，但在实际应用中，电罗经也可以不计算偏差角度，而是直接将检测到的当前行走方向信息和初始行走方向信息发送给控制器，控制器在获取到电罗经发来的当前行走方向信息和初始行走方向信息后，通过对比，计算得出偏差角度，然后生成控制信号，将控制信号发送到驱动器。

通过本实施方式，实现了轮胎吊在直线行走的过程中，可以自动、实时纠正偏差角度，从而减轻轮胎吊工作人员的劳动强度，并有效减小事故发生的概率。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明的第二实施方式涉及一种轮胎吊直线行走的自动纠偏方法。第二实施方式在第一实施方式的基础上做了进一步改进，主要改进之处在于：预先在码头道路的两侧边缘设置与轮胎吊轮胎等高的检测板，在轮胎吊两侧的轮胎外侧的侧面上设置距离传感器，根据距离传感器检测到的距离信息判断轮胎吊是否在道路中间行走，如不在中间行走，则将其调整至道路中间行走，具体流程如图2所示。

其中，步骤201至步骤205与图1中的步骤101至步骤105完全相同，旨在通过电罗经检测轮胎吊在行走过程中存在的角度偏差，并对存在的角度偏差进行纠正，这里不再赘述。在检测完轮胎吊的方向角偏差后，系统会对轮胎吊是否在道路中间行走进行检测。

在步骤206中，设置在轮胎吊两侧轮胎外侧的侧面上的距离传感器检测轮胎吊与两侧检测板之间的距离，生成距离信号，并将得到的轮胎吊与检测板之间的距离通过距离信号发送至控制器。例如，在轮胎吊两侧的轮胎外侧的侧面上设置红外距离传感器，在码头道路的两侧设置与轮胎吊轮胎等高的检测板，距离传感器发射的红外光垂直射向检测板。红外光遇到检测板后被检测板反射，距离传感器接收反射红外光信号，并根据接收到反射信号的时间计算出轮胎吊与道路一侧边缘之间的距离。

另外，在实际应用中也可以只在道路的一侧设置与轮胎吊轮胎等高的检测板，同时在设置检测板的这一侧的轮胎吊的前后两个轮胎外侧的侧面上分别安装一个红外距离传感器，这样就可以直接获取到当前道路的宽度，解决在没有预先设定行驶道中心位置的时候，仍然可以获取当前行驶道路的中心位置，通过比较这两个红外距离传感器各自检测到的距离，判断轮胎吊是否处于行驶道路的中心位置，并在判定不处于行驶道路的中心位置时，根据轮胎吊与中心位置的距离偏差，生成左右距离控制信号，发送至轮胎吊驱动轮的驱动器，实现实时纠偏。

在步骤207中，控制器接收到距离信号携带的轮胎吊与检测板之间的距离后，通过比较两个传感器分别检测到的距离来判断轮胎吊是否在道路的中心行走。比如说，如果两个传感器分别检测到的距离相近，即两个传感器分别检测到的距离之差小于预设的门限值，则说明说明轮胎吊在道路中心行走，则控制器继续执行步骤209，根据电罗经之前发送过来的当前位置信息和终点位置信息，检测轮胎吊是否达到终点；如果通过比较两个传感器分别检测到的距离，判定轮胎吊不在道路中心行走，即轮胎吊偏离道路中心行走，则控制器执行步骤208，生成左右距离控制信号，并将左右距离控制信号发送至轮胎的驱动器。

同理，在完成左右距离的纠偏动作后，控制器会检测轮胎吊是否已经到达指定终点，如果已到达终点，则结束整个流程；如果没有到达终点，则执行步骤210，电罗经判断是否到达下一检测周期，如果已经到达下一检测周期，则返回步骤202，向电罗经发送获取方向信息的信号，使得电罗经继续工作，重复上述角度纠偏和距离纠偏的过程；如果没有到达下一检测周期，则重新执行步骤210，判断是否到达下一检测周期，直到进入下一检测周期，返回步骤202为止。

通过本实施方式，实现了轮胎吊在直线行走的过程中，不仅可以自动、实时的对存在的角度偏差进行角度纠偏，还可以自动、实时的对轮胎吊在道路中心位置的行走作出位置纠偏，保证了轮胎吊在行走方向正确的前提下，一直处于道路中行走，进一步完善了轮胎吊的自动纠偏，实施纠偏，正在做到了智能办公，提高了工作效率。

本发明的第三实施方式涉及一种轮胎吊直线行走的自动纠偏系统，包含：电罗经、控制器。具体功能模块如图3所示：

轮胎吊301具体指轮胎式集装箱龙门起重机，主要用于集装箱堆场进行堆垛和装卸，本实施方式中涉及的功能模块均搭载在轮胎吊上。

电罗经302安装于轮胎吊上，用于在轮胎吊的行走过程中，周期性地检测轮胎吊的行走方向，并根据轮胎吊的行走方向检测轮胎吊的行走偏差，如果存在偏差角度，则生成纠偏信号，计算偏差角度，并将当前位置信息和终点位置信息以及携带偏差角度的纠偏信号发送至控制器303，控制器303通过获取纠偏角度，决定是否发送控制信号给驱动器304，驱动器304根据接收到的控制信号，自动纠偏。

另外，电罗经302还包含存储单元305。由于电罗经是利用陀螺仪的定轴性和进动性，结合地球自转矢量和重力矢量，通过加入控制力矩和阻尼力矩的共同作用而制成的具有指向性的仪器。因此，电罗经不受电磁干扰，在港口码头复杂的环境下也可精确判断出当前轮胎吊正在行走的方向。

控制器303用于在偏差角度不为零时，根据偏差角度生成控制信号，并将生成的控制信号发送至驱动器304。

驱动器304用于接收控制器303发送来的角度纠偏控制信号，根据控制器303发送的角度纠偏控制信号，自动调整轮胎吊的驱动轮，将轮胎吊的当前行走方向调整到与初始行走方向一致的行走方向，从而达到减少碰撞乃至避免碰撞。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明的第四实施方式涉及一种轮胎吊直线行走的自动纠偏系统。本实施方式在第三实施方式的基础上做了进一步改进，主要改进之处在于：在轮胎吊两侧的轮胎外侧的侧面上设置了距离传感器，根据距离传感器检测到的距离信息判断轮胎吊是否在道路中间行走，如不在中间行走，则生成距离信号，并发送到控制器，具体结构如图4所示。

图4所示的轮胎吊直线行走的自动纠偏系统中，不仅包含模块301至模块305，还包括：至少两个分别安装于轮胎吊两侧的距离传感器306，用于分别检测轮胎吊与设置在行驶道路两侧的挡板之间的距离。在本实施方式中，距离传感器安装于轮胎吊两侧的轮胎外侧的侧面上。

设置在轮胎吊两侧的距离传感器306，用于检测轮胎吊与设置在行驶道路两侧的挡板之间的距离。

控制器304还用于根据所述检测到的轮胎吊与设置在行驶道路两侧的挡板之间的距离，判断所述轮胎吊是否处于行驶道路的中心位置，并在判定不处于所述行驶道路的中心位置时，根据所述轮胎吊与中心位置的距离偏差，生成左右距离控制信号，发送至驱动器304。

驱动器304在接收到控制器303发送的左右距离控制信号后，自动调整轮胎吊的驱动轮，将轮胎吊的当前行走位置调整到道路中心位置，从而保证轮胎吊可以一直在道路中心行走。

需要说明的是，在实际应用中，也可以在轮胎吊的同一侧安装至少两个距离传感器，用于分别检测轮胎吊与设置在行驶道路一侧的挡板之间的距离。控制器用于根据安装在轮胎吊同一侧的两个距离传感器各自检测到的距离，判断轮胎吊是否处于行驶道路的中心位置，并在判定不处于行驶道路的中心位置时，根据轮胎吊与中心位置的距离偏差，生成左右距离控制信号，发送至所述轮胎吊驱动轮的驱动器。

不难发现，本实施方式为与第二实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。