专利名称：吊车全自动控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及吊车的一种全自动控制系统，特别是包含一个全方位重物运输的自动控制系统。
背景技术：
吊车作为一种重物运输工具，已经广泛地应用于车间、码头、仓库、建筑工地等场所。吊绳作为悬挂重物的工具，有利于重物的提升和下放，提高了运输速度，然而却带来了一些问题加速、减速以及外部干扰都会引起重物摆动，在运输过程中可能会引起重物与其他设备的碰撞，造成不必要的损失。这就要求操作工人具有相当熟练的工作经验以减小运输过程中重物的摆动，同时在目标位置必须有工人进行人为消摆，并将重物放于期望的目标位置。
传统吊车控制系统的基本结构如图1所示，W1为操作工人，P1为控制面板，A1为驱动器，C1为吊车系统，O1为位于吊车运行空间中的障碍物(如车间中的设备，码头上的货物等等)。这种控制系统的原理是操作工人W1通过眼睛观察处于运行空间内的障碍物，根据重物的当前位置、重物的摆动角度，然后通过控制面板P1上的“前进”、“后退”和“停止”键经过控制器A1对吊车C1进行重物的升降和两个方向的运输控制。这种控制系统主要依靠操作工人W1的操作经验，并且只是通过操作工人的视觉构成闭环控制系统，精度很低；吊车系统需要控制的量较多重物的提升、下放和停止，两个方向运输的前进、后退和停止，操作工人难以综合各种因素选择出一种较好的运输路线。所以，当前吊车的运输通常采用以下控制方式首先将重物提高到足够的高度，然后进行一个方向的运输控制，再进行另一个方向的运输控制，最后才放下重物；当运输途中遇到过高的障碍物时需经过多次折线运输才能绕过。
传统的吊车控制系统还存在许多不完善之处往往仅靠重物的提升避过障碍物，这样运输过程消耗能量过多；多个运输方向难以同时运行，大大增加了运输时间；运输过程难以抑制重物的摆动，增加了运输过程的不安全因素。
实用新型内容本实用新型的目的就是克服上述缺陷，综合考虑重物的升降、运输、防摆和避障等控制问题，提供一种能减小能量消耗、缩短运输时间的全自动吊车安全控制系统。
为实现上述目的，一种吊车全自动控制系统，包括控制面板、驱动器、吊车系统，其特征在于还包括计算机，用于规划重物的运行路线，并控制吊车沿规划好的路径运行；安装在重物升降电机上的重物高度传感器，用于测量重物的高度和升降速度；位置传感器，用于测量吊车的位置和运行速度；角度测量装置，用于测量两个运输方向的摆动角度和角速度。
本实用新型大大减小了操作工人的工作量，只需输入需运送重物的信息及其目标位置即可，主要工作由计算机完成——路径规划、运输控制以及防摆控制，大大增加了吊车运输系统的安全性，降低了能量消耗，缩短了运输时间。计算机综合了障碍物、重物摆动、能量消耗以及具体控制等所有因素，保证了全局最优或近似最优运输控制，增加了吊车系统的应用范围，如可以使之完成危险(辐射)工作场合重物的运输任务，并可以实现远程网络控制。
图1为传统的吊车控制系统功能结构图；
图2为新型吊车全自动控制系统功能结构图。
具体实施方式
首先把位于吊车运行空间内的各种设备和物品(包含要运输的重物)作为障碍物，将这些障碍物的信息输入存储到计算机中。计算机自动将要运输的重物从障碍物中删除，根据其他障碍物位置等信息、及重物的当前位置和目标位置规划出一条最佳的运行路线。通过计算机内部的控制算法使重物跟踪规划好的路径，达到最短时间运输、耗能最低目的，并在运输过程中实现重物的精确防摆和定位控制。当运输任务完成后，计算机再自动将重物作为障碍物，保存其位置等信息。
本实用新型的系统结构如图2所示，图中W2为操作工人，I1为计算机，A2为驱动器，D1为摄像头，C2为吊车系统，O2为吊车运输空间内的障碍物。与传统的控制结构图1相比，本实用新型具有以下不同之处 增加了外接的计算机I1，操作工人通过I1的输入设备输入重物的目标位置，其他任务由系统自动运行，最终达到安全、快速运输重物的目的；同时用户可以根据自己的实际需要编制或修改路径规划和控制程序； 在吊车运输电机上配置了吊车位置测量装置，实时测量吊车的位置和运行速度；在吊车重物升降电机上配置了重物高度测量装置，实时测量重物的高度和升降速度； 配置了两个角度测量装置，实时测量重物两个运输方向的摆动角度和角速度； 配置了1个CCD摄像头D1，使之随着吊车移动，重物始终处于其可视范围之内，视频图像传送到计算机显示，供操作工人观看重物运输状况，以避免出现紧急情况； 计算机端具有微调运输控制功能，防止控制中可能出现的位置误差，或者目标位置的输入偏差。
以下结合附图对本实用新型做进一步的描述。
本实用新型如图2所示当有物品进入吊车的运输空间时，操作工人W2将该物品作为障碍物，输入其信息到计算机I1中。出现运输任务时，操作工人W2将需要运输的重物信息及其目标位置传送给计算机I1，或者根据计算机I1内部编制的规划程序得到要运送重物的信息及其目标位置，计算机I1自动将要运输的重物从障碍物中删除。然后，计算机I1根据其内部其余障碍物位置以及重物当前位置和目标位置等信息进行路径规划；使规划出的路径在运输能量、路径距离以及安全方面达到最优组合即在保证安全的前提下运输需要的能量尽量小，距离尽量短。路径规划完毕后，计算机I1自动调用全自动路径跟踪控制程序，使吊车C2所吊重物沿规划的路径运输。计算机通过两个角度测量装置实时检测重物摆动角度和角速度，通过吊车位置测量装置实时测量吊车位置和运行速度，通过吊车高度测量装置实时测量重物高度和及其升降速度。在计算机11得到以上系统状态量后，根据控制算法计算出吊车C2中运输电机所需的控制量，通过驱动器A2对吊车C2进行控制，使重物沿着规划好的路径运输的同时，减小重物的摆动角度。在重物到达控制目标后，若与实际目标还有偏差，操作工人可以通过微调控制加以调节。重物放下后，计算机I2自动将此重物作为障碍物，保存其信息，为下一次路径规划做好准备。在重物运输的同时，操作工人可以通过摄像头D1采集的视频信号，通过计算机屏幕实时地监视重物的运输状况，万一出现紧急情况，操作工人可以停止吊车系统的运行。
权利要求1.一种吊车自动控制系统，包括控制面板、驱动器、吊车系统，其特征在于还包括计算机，用于规划重物的运行路线，并控制吊车沿规划好的路径运行；安装在重物升降电机上的重物高度传感器，用于测量重物的高度和升降速度；位置传感器，用于测量吊车的位置和运行速度；角度测量装置，用于测量两个运输方向的摆动角度和角速度。
2.按权利要求1所述的系统，其特征在于所述所述位置传感器为2个。
3.按权利要求1所述的系统，其特征在于所述角度测量装置为2个。
4.按权利要求1所述的系统，其特征在于所述计算机控制吊车的运动和消除重物的摆动。
5.按权利要求1所述的系统，其特征在于还包括CCD摄像机，用于摄取运行的重物，并将摄取的图像信息传送到计算机。
专利摘要一种吊车全自动控制系统，包括控制面板、驱动器、吊车系统，还包括计算机，用于规划重物的运行路线，并控制吊车沿规划好的路径运行；安装在重物升降电机上的重物高度传感器，用于测量重物的高度和升降速度；位置传感器，用于测量吊车的位置和运行速度；角度测量装置，用于测量两个运输方向的摆动角度和角速度。本实用新型大大减小了操作工人的工作量，只需输入需运送重物的信息及其目标位置即可，主要工作由计算机完成——路径规划、运输控制以及防摆控制。大大增加了吊车运输系统的安全性，降低了能量消耗，缩短了运输时间，计算机综合了障碍物、重物摆动、能量消耗以及具体控制等所有因素，保证了全局最优或近似最优的运输控制。
文档编号B66C13/22GK2663387SQ20032010389
公开日2004年12月15日 申请日期2003年11月4日 优先权日2003年11月4日
发明者易建强, 刘殿通, 赵冬斌 申请人:中国科学院自动化研究所