专利名称：智能对箱系统及设置有该智能对箱系统的集装箱正面吊的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及集装箱正面吊，更具体地，涉及一种集装箱正面吊的智能对箱 系统及设置有该智能对箱系统的集装箱正面吊。
背景技术：
集装箱正面吊在吊箱作业过程中，均须由设备的操作员通过操控正面吊驾驶室 内的操作手柄控制集装箱正面吊臂架的俯仰、伸缩动作，以及吊具的旋转、侧移、伸缩 动作，来进行正面吊的对箱、堆垛等工作。现有的集装箱正面吊的这种操作一般均采用 前馈开环控制方式，图1示出了现有技术中集装箱正面吊的对箱系统的控制架构框图示 意图，从图1中可以看出，操作手通过操纵控制手柄向主机控制器3’发出控制信号，主 机控制器3’基于接收到的控制信号控制臂架动作控制阀12’以及吊具动作控制阀23’ 的动作，从而对集装箱正面吊的臂架1’的俯仰、伸缩和吊具2’的旋转、侧移、伸缩动 作进行控制，进行对箱作业。这种开环控制架构方式，导致正面吊对箱的工作效率很大程度上依赖于操作手 的操作控制的熟练程度，特别是在正面吊的对箱和堆垛过程中，只有吊具的四个锁头同 时对准集装箱的四个锁孔，或者所吊集装箱的边缘与放置位置的集装箱对准后，才能进 行放箱、解锁或闭锁、起吊动作。这种精细的作业往往需要设备的操作手很精确的控 制。操作手在长时间操作时劳动强度大，尤其是在对箱操作时，往往费时费力。此外，只有操作手有很高的操作熟练程度时才能有较高的作业效率，而且，即 便操作受的熟练程度很高，也较难达到使吊具沿最佳的轨迹运动而达到最佳的操作效 率。具体地，图2示出了现有技术中操作手操作集装箱正面吊的对箱系统时吊具运动轨 迹与最优运动轨迹对比示意图，如图2所示，在正常操作情况下，熟练的操作手往往会 选择采取臂架俯仰、伸缩和吊具的联合动作进行操作，即臂架伸出的同时抬高臂架，这 样吊具的运动轨迹为如图2中轨迹“A”所示的一条类抛物线，而很难达到图2中轨迹
“B”所示的最佳运行路径。因此，如何提高对箱精确度和效率，减少对箱工作对操作手的依赖、降低操作 手的劳动强度成为集装箱正面吊作业操作中急需解决的问题。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能在集装箱正面吊作业过程中实现 精确且高效对箱的集装箱正面吊的智能对箱系统。本实用新型所要解决的另一个技术问题是提供一种能实现精确且高效对箱的集 装箱正面吊。为解决上述至少一个技术问题，根据本实用新型的一个方面，提供了一种集装 箱正面吊的智能对箱系统，包括可伸缩的臂架，其可伸缩；吊具，设置在臂架的头 部，并可沿臂架的头部侧移、旋转和伸缩；主机控制器，控制臂架和吊具的动作，该集
4装箱正面吊的智能对箱系统还包括臂架空间状态传感器，检测臂架的空间状态，并输 出臂架空间状态信号至主机控制器；吊具空间状态传感器，检测吊具的空间状态，并输 出吊具空间状态信号至主机控制器；图形处理传感器，设置在臂架的头部，检测集装箱 外形，并输出集装箱外形信号；测距传感器，设置在臂架头部，检测集装箱位置，并输 出集装箱位置信号；处理单元，接收集装箱外形信号和集装箱位置信号，并与主机控制 器通讯连接，接收来自主机控制器的臂架空间状态信号和吊具空间状态信号，根据上述 各种信号计算吊具上的锁头和集装箱锁孔之间的相对位置，计算吊具的最佳运动路径轨 迹；其中，主机控制器通过与处理单元的通讯连接获取计算得到的最佳运动路径轨迹， 并根据最佳运动路径轨迹控制臂架和吊具的动作。进一步地，处理单元为工控机或嵌入式系统。进一步地，处理单元与主机控制器的通讯连接为CAN总线通讯连接。进一步地，臂架空间状态传感器包括一个或多个长度和俯仰角度传感器，安装 在臂架尾部，检测臂架的伸缩量和俯仰角度。进一步地，吊具空间状态传感器包括角度传感器，安装在吊具的转盘上，检 测吊具的旋转角度；以及位移传感器，安装在吊具的侧移油缸上，检测吊具的侧移量。进一步地，图形处理传感器为一个或多个视频监视器，安装在臂架的头部。进一步地，测距传感器为一个或多个激光扫描测距仪，安装在臂架的头部。进一步地，还包括臂架动作控制阀，控制臂架的俯仰及伸缩动作。进一步地，臂架动作控制阀包括起升控制比例阀、俯下控制比例阀和伸缩控制 比例阀，分别控制臂架的起升、俯下和伸缩。进一步地，还包括吊具动作控制阀，控制吊具的侧移、旋转及伸缩动作。进一步地，吊具动作控制阀包括侧移控制阀、旋转控制阀和伸缩控制阀。本实用新型具有以下有益效果由于本实用新型的集装箱正面吊中，主机控制器接收来自臂架空间状态传感器 和吊具空间状态传感器的臂架空间状态信号和吊具空间状态信号，并通过通讯连接将这 些信号输出至处理单元；该处理单元同时接收所述集装箱外形信号和所述集装箱位置 信号，从而根据上述各种信号计算出吊具上的锁头和集装箱锁孔之间的相对位置，计算 吊具的最佳运动路径轨迹，将该轨迹输出至主机控制器中，因此主机控制器根据该运动 路径轨迹控制臂架和吊具的动作，使吊具按照最佳运动轨迹运动，达到精确而高效的对 箱，减少了对箱工作对操作手的依赖，降低了操作手的劳动强度。
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型 的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在 附图中图1示出了现有技术中集装箱正面吊的对箱系统的控制架构框图示意图；图2示出了现有技术中操作手操作集装箱正面吊的对箱系统时吊具运动轨迹与 最佳运动轨迹对比示意图；图3示出了根据本实用新型的第一实施例的集装箱正面吊的智能对箱系统的架
5构框图示意图；图4示出了根据本实用新型的第一实施例的集装箱正面吊的智能对箱系统，图 中一并示出了整个集装箱正面吊；图5示出了根据本实用新型的第一实施例的集装箱正面吊的智能对箱系统在工 作中的控制流程图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。如图3所示，根据本实用新型的第一实施例的集装箱正面吊的智能对箱系统 中，主机控制器3设置在集装箱正面吊的驾驶室中，接收臂架空间状态传感器输出的臂 架空间状态信号和吊具空间状态传感器输出的吊具空间状态信号，并控制臂架1和吊具2 的动作；处理单元设置在集装箱正面吊的驾驶室中，接收设置在臂架1头部的图形处理 传感器检测到的集装箱外形信号和设置在臂架1头部的测距传感器检测到的集装箱位置 信号，同时与主机控制器3通讯连接，接收来自主机控制器3的臂架空间状态信号和吊具 空间状态信号，根据上述各种信号计算吊具2上的锁头和集装箱锁孔之间的相对位置， 从而规划出吊具2的最佳运动路径轨迹，进而通过与主机控制器3之间的通讯连接将该最 佳运动路径轨迹输出给主机控制器3。主机控制器3根据该最佳运动路径轨迹控制臂架1 和吊具2的动作，而使吊具2沿最佳运动轨迹实现精确而高效的自动对箱，参见图2，可 以看到该最佳运动轨迹B。优选地，该处理单元5为工控机或嵌入式系统，安装在正面吊的驾驶室中，起 到规划吊具2的最佳运动路径轨迹，进而通过与主机控制器3之间的通讯连接将该最佳运 动路径轨迹输出给主机控制器3的作用。更优选地，在本实施例中工控机或嵌入式系统 与主机控制器3之间为CANBUS连接，该通讯方式能实现数据的高可靠性传递。如图4所示，优选地，臂架空间状态传感器包括一个或多个长度和俯仰角度传 感器11，其安装在臂架1尾部，从而该智能对箱系统能够检测该臂架1的伸缩量和俯仰角 度并输出至主机控制器3，用于计算吊具锁头的相对位置。优选地，吊具空间状态传感器 包括角度传感器21和位移传感器22，其中角度传感器21安装在吊具2的转盘上，位移传 感器22安装在吊具2的侧移油缸上，从而该智能对箱系统能够检测吊具2的旋转角度和 侧移量，并输出至主机控制器3，用于计算吊具锁头的相对位置。从图4中还可以看出，优选地，上述图形处理传感器为视频监视器41，安装在 臂架1的头部，从而能够实时对集装箱进行图像采集和识别。优选地，上述测距传感器 为激光扫描测距仪42，安装在臂架1的头部，对集装箱位置进行检测，该激光扫描测距 仪42检测时所受外界干扰很小，从而能够实现精确的距离检测。另外，关于主机控制器3对臂架1的动作的控制，如图4中所示，优选地，本实 施例的智能对箱系统还包括设置在集装箱正面吊主机中的臂架动作控制阀12，实现主机 控制器3对臂架1的俯仰及伸缩等动作的控制。更优选地，该臂架动作控制阀12可以包 括起升控制比例阀、俯下控制比例阀和伸缩控制比例阀，分别实现控制所述臂架1的起 升、俯下和伸缩，臂架动作控制阀12的数量和种类可依集装箱正面吊的具体情况和工作 需要而定。[0033]同样地，关于主机控制器3对吊具2的动作的控制，如图4中所示，优选地，本 实施例的智能对箱系统还包括设置在吊具2上的吊具动作控制阀23，实现主机控制器3对 吊具2的侧移、旋转及伸缩等动作的控制。更优选地，该吊具动作控制阀23可以包括侧 移控制阀、旋转控制阀和伸缩控制阀，分别实现控制吊具2相对与臂架1的侧移、旋转和 伸缩，吊具动作控制阀23的数量和种类可依集装箱正面吊的具体情况和工作需要而定。主机控制器3根据来自工控机或嵌入式系统的最佳运动路径轨迹算法，获取臂 架1的俯仰、伸缩和吊具2的侧移、旋转和伸缩等运动控制算法，进而根据各运动控制算 法控制相应的控制阀(如比例阀或电磁阀)的动作或开度，实现吊具2按最佳路径智能自 动对箱的目的。图5示出了根据本实用新型的第一实施例的集装箱正面吊的智能对箱系统在工 作中的控制流程图。从图5中可以看出，根据本实用新型的第一实施例的集装箱正面吊 的智能对箱系统的工作过程为a)在正面吊靠近目标集装箱时，通过长度和俯仰角度传感器11检测正面吊的臂架 1的俯仰角度、臂架1的伸缩长度，通过位移传感器22检测出吊具2的侧移量，通过角度 传感器21检测出吊具2的旋转角度。综合以上数据计算出吊具的四个锁头的相对位置；b)通过视频监视器41检测所吊集装箱的外形轮廓并在此基础上进而通过激光扫 描测距仪42检测集装箱的相对位置，进而计算出其四个锁孔和吊具2的四个锁头的相对 位置。c)根据吊具2的四个锁头的相对位置和目标集装箱的四个锁孔的相对位置，确 定正面吊对箱的最佳运行路径。d)以C)中计算的正面吊对箱最佳路径为依据，由主机控制器3获取臂架1的俯 仰、伸缩和吊具2的侧移、旋转、伸缩等运动控制算法，并根据个运动控制算法控制相 应的各控制阀的动作开度或开关状态，自动控制吊具的旋转等动作和不同标准尺寸锁头 距的转换动作，以及臂架1的俯仰和伸缩动作，使吊具的运动轨迹按所得的最佳路径轨 迹运行，从而达到正面吊智能自动对箱的目的。其中，在计算出吊具2的四个锁头的相对位置和目标集装箱的四个锁孔的相对 位置之后，若不需要智能对箱，则采用手动控制方式进行对箱，若需智能对箱，则智能 控制系统判断锁头与锁孔的位置关系是否存在最佳路径，若判断出锁头与锁孔的距离无 法实现智能对箱的最佳路径，则系统提示操作手无法自动对箱，操作手返回手动控制方 式，手动操作臂架1及吊具2的动作，调整之后，系统再次检测臂架1的俯仰角度、臂架 1的伸缩长度，吊具2的侧移量、旋转量等，并进行锁头和锁孔之间距离的计算，并重复 此判断过程直至判断存在最佳对箱路径。此外，本使用新型还提供了一种集装箱正面吊，其设置有上文所述的智能对箱 系统。从而能实现精确而高效的自动智能对箱，减少了对箱工作对操作手的依赖，降低 了操作手的劳动强度。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于 本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之 内。
权利要求1.一种集装箱正面吊的智能对箱系统，包括 可伸缩的臂架⑴；吊具(2)，设置在所述臂架(1)的头部，并可沿所述臂架(1)的头部侧移、旋转和伸缩；主机控制器(3)，控制所述臂架(1)和所述吊具(2)的动作， 其特征在于，所述集装箱正面吊的智能对箱系统还包括臂架空间状态传感器，检测所述臂架(1)的空间状态，并输出臂架空间状态信号至 所述主机控制器(3)；吊具空间状态传感器，检测所述吊具(2)的空间状态，并输出吊具空间状态信号至 所述主机控制器(3)；图形处理传感器，设置在所述臂架(1)的头部，检测所述集装箱外形，并输出集装 箱外形信号；测距传感器，设置在所述臂架(1)头部，检测所述集装箱位置，并输出集装箱位置 信号；处理单元(5)，接收所述集装箱外形信号和所述集装箱位置信号，并与所述主机控制 器(3)通讯连接，接收来自所述主机控制器(3)的所述臂架空间状态信号和所述吊具空间 状态信号，根据上述各种信号计算所述吊具(2)上的锁头和所述集装箱锁孔之间的相对 位置，计算所述吊具(2)的最佳运动路径轨迹；其中，所述主机控制器(3)通过与所述处理单元的通讯连接获取计算得到的所述最 佳运动路径轨迹，并根据所述最佳运动路径轨迹控制所述臂架(1)和所述吊具(2)的动 作。
2.根据权利要求1所述的智能对箱系统，其特征在于，所述处理单元(5)为工控机或 嵌入式系统。
3.根据权利要求2所述的智能对箱系统，其特征在于，所述处理单元(5)与所述主机 控制器(3)的通讯连接为CAN总线通讯连接。
4.根据权利要求1所述的智能对箱系统，其特征在于，所述臂架空间状态传感器包括 一个或多个长度和俯仰角度传感器(11)，安装在所述臂架(1)尾部，检测所述臂架(1)的 伸缩量和俯仰角度。
5.根据权利要求1所述的智能对箱系统，其特征在于，所述吊具空间状态传感器包括角度传感器(21)，安装在所述吊具(2)的转盘上，检测所述吊具(2)的旋转角度；以及位移传感器(22)，安装在所述吊具(2)的侧移油缸上，检测所述吊具(2)的侧移量。
6.根据权利要求1所述的智能对箱系统，其特征在于，所述图形处理传感器为一个或 多个视频监视器(41)，安装在所述臂架(1)的头部。
7.根据权利要求1所述的智能对箱系统，其特征在于，所述测距传感器为一个或多个 激光扫描测距仪(42)，安装在所述臂架(1)的头部。
8.根据权利要求1所述的智能对箱系统，其特征在于，还包括臂架动作控制阀 (12)，控制所述臂架(1)的俯仰及伸缩动作。
9.根据权利要求8所述的智能对箱系统，其特征在于，所述臂架动作控制阀(12) 包括起升控制比例阀、俯下控制比例阀和伸缩控制比例阀，分别控制所述臂架(1)的起 升、俯下和伸缩。
10.根据权利要求1所述的智能对箱系统，其特征在于，还包括吊具动作控制阀 (23)，控制所述吊具(2)的侧移、旋转及伸缩动作。
11.根据权利要求10所述的智能对箱系统，其特征在于，所述吊具动作控制阀(23) 包括侧移控制阀、旋转控制阀和伸缩控制阀。
12.—种集装箱正面吊，其特征在于，设置有权利要求1-11中任一项所述的智能对箱 系统。
专利摘要本实用新型公开了一种集装箱正面吊的智能对箱系统，包括臂架空间状态传感器，检测并输出臂架空间状态信号至主机控制器；吊具空间状态传感器，检测并输出吊具空间状态信号至主机控制器；图形处理传感器，检测并输出集装箱外形信号；测距传感器，检测集装箱位置，并输出集装箱位置信号；处理单元，接收集装箱外形信号和集装箱位置信号，并与主机控制器通讯连接，接收来自主机控制器的臂架空间状态信号和吊具空间状态信号，根据上述各种信号计算吊具上的锁头和集装箱锁孔之间的相对位置，计算吊具的最佳运动路径轨迹；主机控制器通过与处理单元的通讯连接获取最佳运动路径轨迹，根据最佳运动路径轨迹控制臂架和吊具的动作。
文档编号B66C23/18GK201793325SQ20102051248
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月1日 优先权日2010年9月1日
发明者刘志刚, 周嵩云, 罗建中 申请人:三一集团有限公司