一种三维自动控制的吊车及控制方法
【专利摘要】本发明提供一种三维自动控制的吊车及控制方法。所述设备包括控制系统、左右主轨道，左右主轨道上架设有横梁，横梁上设有横向轨道，其特征在于所述横梁上设有主方向电机，横向轨道上设有横向行走机构，横向行走机构设有横向电机和垂直电机，所述垂直电机与升降机构相连，所述横梁设有与之对应的主方向测距仪，所述横向行走机构设有与之对应的横向测距仪和垂直测距仪，所述左右主轨道由若干标准行程段构成，每个标准形成段的两端为预设停止点；所述控制系统包括设于横梁上的通讯模块和远程控制中心。本发明具有结构简单，操作方便，测量精确，自动化程度高等优点，满足现代化吊车需求。
【专利说明】一种三维自动控制的吊车及控制方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明属于物料搬运机械领域，具体涉及一种三维自动控制的吊车及控制方法。
【背景技术】
[0003]吊车是起重机的俗称，起重机是起重机械的一种，是一种作循环、间歇运动的机械。一个工作循环包括:取物装置从取物地把物品提起，然后水平移动到指定地点降下物品，接着进行反向运动，使取物装置返回原位，以便进行下一次循环。即在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械称为吊车。目前市场常用吊车均为人工操作，靠操作工人来判断物品位置，估算距离，然后操作吊车提取物品，由于受个人主观因素影响，这种测量方式不够精确；另外这种工作方式受自然气候影响较大，可能由于工作环境条件恶劣发生不必要的事故。
[0004]在集装箱吊车设备中为了装载和卸载，必须十分精确地定位集装箱吊车下的牵引车，由此物品能够通过集装箱吊车安全地放到牵引车的挂车上或从那里被提起。但是现有技术中对牵引车的引导甚至还经常由监督人员手动进行。这不仅常常不精确，并且对于监督人员、吊车驾驶员和牵引车引导员来说绝对极其危险。目前市场上只存在非常少的用于将三维自动控制设备引入吊车设备中的自动化解决方案。不能满足现代化操作特别是在集装箱吊车设备中对确定三维对象的位置和方位的方法的精确引导要求较高的要求。
[0005]本发明所要解决的技术问题在于，传统吊车靠人工操作来判断物品位置、提取物品，精确度不高，受环境因素影响较大的问题，提供一种用于确定吊车三维自动控制设备和方法，有利于自动化操作，满足现代化要求。
【发明内容】
[0006]本发明主要是解决现有技术所存在的问题，提供一种结构简单、测量精确、自动化程度高的一种三维自动控制的吊车及控制方法。
[0007]本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:一种三维自动控制的吊车，包括控制系统、左右主轨道，左右主轨道上架设有横梁，横梁上设有横向轨道，其特征在于所述横梁上设有主方向电机，横向轨道上设有横向行走机构，横向行走机构设有横向电机和垂直电机，所述垂直电机与升降机构相连，所述横梁设有与之对应的主方向测距仪，所述横向行走机构设有与之对应的横向测距仪和垂直测距仪，所述左右主轨道由若干标准行程段构成，每个标准形成段的两端为预设停止点；所述控制系统包括设于横梁上的通讯模块和远程控制中心。
[0008]作为优选，所述主方向测距仪包括相对的主方向激光测距仪和主方向反射板；所述主方向反射板设置在左右主轨道一端，所述主方向激光测距仪设在横梁上。
[0009]作为优选，所述横向测距仪包括相对的横向激光测距仪和横向反射板；所述横向反射板设置在横向轨道一端，所述横向激光测距仪设在横向行走机构上。
[0010]作为优选，所述垂直测距仪为垂直激光测距仪。
[0011]作为优选，所述升降机构设有一取物装置，取物装置上设有可读取的RFID读卡器，所述RFID读卡器与控制系统相连。
[0012]本发明还公开了一种三维自动控制的吊车的控制方法，包括如下步骤:
(O向控制系统输入目标库位和卸货位置，控制系统根据吊车主方向测距仪和横向测距仪读取当前横向行走机构的位置；
(2)控制系统根据当前横向行走机构的位置和目标库位计算在主方向和横向需行走的距离；
(3 )控制系统控制电机开始行走，主方向测距仪和横向测距仪实时反馈横向行走机构当前位置；当横向行走机构位置在主方向上离目标的距离小于设定误差时，在主方向停止运行；当横向行走机构位置在横向上离目标的距离小于设定误差时，在横向停止运行；
(4)横向行走机构准确到达目标库位上方后，计算在垂直方向需行走的距离，控制系统控制升降机构开始运行，到达取物位置提取货物；
(5)控制系统根据当前横向行走机构的位置和卸货位置计算在主方向和横向需行走的距离；
(6)控制系统控制电机开始行走，主方向测距仪和横向测距仪实时反馈横向行走机构当前位置；当横向行走机构位置在主方向上离卸货位置小于设定误差时，在主方向停止运行；当横向行走机构位置在横向上离卸货位置小于设定误差时，在横向停止运行；
(7)横向行走机构准确到达卸货位置上方后，计算在垂直方向需行走的距离，控制系统控制升降机构开始运行，放下货物。
[0013]作为优选，步骤(3)和步骤(6)设定误差为标准行程段的1/20长度；标准行程段为相邻库位取物点之间的距离。
[0014]作为优选，横向行走机构在主方向离目标的距离大于标准行程段时，横向行走机构在主方向上高速运行，横向行走机构在横向离目标的距离大于标准行程段时，横向行走机构在横向上高速运行；当横向行走机构在主方向离目标的距离小于标准行程段时，横向行走机构在主方向上低速运行，当横向行走机构在横向离目标的距离小于标准行程段时，横向行走机构在横向上低速运行。
[0015]作为优选，当取物装置上的RFID读取器到达库位上的RFID标识读取范围内时，获取RFID标识信息，将其传输给控制系统。
[0016]本发明的带来的有益效果是:
1.轨道上设置了标准行程段，当横向行走机构离目标位置大于标准行程段距离时可以高速运行，对精度要求较低；而当距离小于标准行程段时，对精度要求较高，这时吊车低速运行。
[0017]2.通过设置三维方向测距仪，可以精确确定物品位置和吊车所需行走的距离，从而来操作吊车行走和提取物品，本发明结构简单、可以实现自动化操作。
[0018]因此，本发明具有结构简单，操作方便，测量精确，自动化程度高等优点，满足现代化吊车需求。吊车工作时，工人不需要去现场指挥，可以确保工人安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]附图1是本发明的结构示意图；
附图2是本发明的原理图；
附图3是本发明的流程图；
附图3是由附图3.1和附图3.2组成。
[0020]
【具体实施方式】
[0021]下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0022]在本发明中，主方向表为X轴方向、横向表不为Y轴方向、垂直方向表不为Z轴方向，其中X轴和Y轴在水平面上，Z轴在竖直面上，三个轴相互垂直且相交于原点。
[0023]在集装箱吊车设备中，各个库位或者吊车所在的水平位置可以表示为(XI，Y1)、(XI，Y2)…(XI，YN) ;(X1，Y1)、(X2，Y1)...(XN，Yl)...(XN, YN)。
[0024]图1为本发明的结构示意图，如图所示，一种三维自动控制的吊车，包括X方向导轨1、Y方向导轨2、X方向激光测距仪3、X方向激光反射板4、Y方向行走机构5、Y方向激光测距仪6、Z方向激光测距仪7、Y方向激光反射板8、吊钩9、无线设备10、方向电机控制器11、Y方向电机控制器12、Z方向电机控制器13、X方向电机14、Y方向电机15、Z方向电机16和控制主机17 ;所述Y方向导轨2可以在X方向导轨I上行走，所述Y方向行走机构5可以在Y方向导轨2上行走。
[0025]所述X方向激光测距仪3和X方向激光反射板4设在X方向导轨I上；所述X方向电机14、Y方向激光反射板8和控制主机17设在Y方向导轨2上；所述Y方向导轨2上还设有Y方向行走机构5，所述Y方向激光测距仪6、Y方向电机15、Z方向电机16设在Y方向行走机构5上。所述X方向激光反射板4和X方向激光测距仪3正对设置；所述Y方向激光反射板8和Y方向激光测距仪6正对设置。所述Y方向行走机构5的下方设有吊钩9。
[0026]图2为本发明的原理图，从图中可以看出:所述X方向激光测距仪3、Y方向激光测距仪6和Z方向激光测距仪7与控制主机17相连；所述X方向电机14通过X方向电机控制器11与控制主机17相连；所述Y方向电机15通过Y方向电机控制器12与控制主机17相连；所述Z方向电机16通过Z方向电机控制器13与控制主机17相连；所述控制主机17通过无线设备10与服务器18通讯。所述控制主机17设有校正装置，控制主机17通过X、Y方向的电机控制器和激光测距仪分别控制X、Y方向的电机行走。
[0027]本发明在工作时:
(O向控制系统输入目标库位和卸货位置，控制系统根据吊车主方向测距仪和横向测距仪读取当前横向行走机构的位置；
(2)控制系统根据当前横向行走机构的位置和目标库位计算在主方向和横向需行走的距离；
(3 )控制系统控制电机开始行走，主方向测距仪和横向测距仪实时反馈横向行走机构当前位置；当横向行走机构位置在主方向上离目标的距离小于设定误差时，在主方向停止运行；当横向行走机构位置在横向上离目标的距离小于设定误差时，在横向停止运行； (4)横向行走机构准确到达目标库位上方后，计算在垂直方向需行走的距离，控制系统控制升降机构开始运行，到达取物位置提取货物；
(5)控制系统根据当前横向行走机构的位置和卸货位置计算在主方向和横向需行走的距离；
(6)控制系统控制电机开始行走，主方向测距仪和横向测距仪实时反馈横向行走机构当前位置；当横向行走机构位置在主方向上离卸货位置小于设定误差时，在主方向停止运行；当横向行走机构位置在横向上离卸货位置小于设定误差时，在横向停止运行；
(7)横向行走机构准确到达卸货位置上方后，计算在垂直方向需行走的距离，控制系统控制升降机构开始运行，放下货物。
[0028]在本实施例中，步骤(3)和步骤(6)设定误差为标准行程段的1/20长度。
[0029]在本实施例中，横向行走机构在主方向离目标的距离大于标准行程段时，横向行走机构在主方向上高速运行，横向行走机构在横向离目标的距离大于标准行程段时，横向行走机构在横向上高速运行；当横向行走机构在主方向离目标的距离小于标准行程段时，横向行走机构在主方向上低速运行，当横向行走机构在横向离目标的距离小于标准行程段时，横向行走机构在横向上低速运行。
[0030]在本实施例中，当取物装置上的RFID读取器到达库位上的RFID标识读取范围内时，获取RFID标识信息，将其传输给控制系统。
[0031]图3为本发明的流程图:第一步:控制主机从服务器接收吊车指令，写入到吊车指令列表，并设置该条指令状态为“待完成”;第二步:吊车指令列表中是否有状态为“待完成”的指令；如果否，返回第一步，如果是，则进行第三步:在待完成的指令中，根据指令接收时间和指令优先级判断将开始执行的指令，判断逻辑为先执行优先级高的指令，在优先级相同的情况下，以指令接收时间按顺序执行；第四步:读取当前吊车位置(XI，Yl);第五步:根据X1、Yl和指令源库位计算吊车在X、Y方向需行走的距离相对值(Λ Χ、Λ Y);第六步:给吊车X、Y方向控制器发送行走指令；
第七步包括两步，a、根据Χ、Υ方向激光测距仪数据实时判断吊车当前位置(xl，yl);b、接收吊车X、Y方向控制器返回的吊车逻辑位置(x2、y2)；
判断xl是否等于x2和yl是否等于12，如果否，给吊车X、Y方向控制器发送行走校正指令，返回第七步；如果是，则第八步:则判断xl是否等于Xl+ Λ X和yl是否等于Yl+ Δ Y，如果否，则吊车继续行走，返回第八步，如果是，则进行第九步:根据Z方向的激光测距仪读取吊钩距离下方货物的距离，以此计算吊钩在Z方向所需要行走距离的相对值Λ Z ;第九步:给吊车Z方向电机控制器发送吊取指令；第十步:读取当前吊车位置(TX1，TY1);第十一步:根据X1、Yl和指令源库位计算吊车在X、Y方向需行走的距离相对值(Λ ΤΧ,ΔΤΥ);第十二步:给吊车Χ、Υ方向控制器发送行走指令；第十三步:a、根据Χ、Υ方向激光测距仪数据实时判断吊车当前位置(txl，tyl);b、接收吊车Χ、Υ方向控制器返回的吊车逻辑位置(tx2，ty2)；
判断tx I是否等于tx 2和ty I是否等于ty 2，如果否，给吊车X、Y方向控制器发送行走校正指令，返回第十三步；如果是，则进行第十四步:判断txl是否等于ΤΧ1+ΛΤΧ和ty I是否等于TYl+ Δ TY,如果否，则吊车继续行走，返回第十四步，如果是，则进行第十五步:根据Z方向的激光测距仪读取吊钩距离下方货物的距离，以此计算吊钩在Z方向所需要行走距离的相对值Λ TZ ;第十六步:给吊车Z方向电机控制器发送吊放指令；第十七步:设定该条吊车指令的状态为“已完成”;第十八步:判断吊车状态是否为正常，如果是，则返回弟一步，如果否，则结束。
[0032]本发明控制主机通过设置X方向激光测距仪和X方向激光反射板来控制吊车在X方向的行走距离，通过Y方向激光测距仪和Y方向激光反射板来控制吊车在Y方向的行走距离，通过Z方向激光测距仪和Z方向激光反射板来控制吊车在Z方向的行走距离，通过校正装置校正吊车的位置来进一步提高吊车行走的精确性。本发明结构简单易操作，测量精确，自动化程度高。
[0033]上述【具体实施方式】用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种三维自动控制的吊车，包括控制系统、左右主轨道，左右主轨道上架设有横梁，横梁上设有横向轨道，其特征在于所述横梁上设有主方向电机(14)，横向轨道上设有横向行走机构(5 )，横向行走机构(5 )设有横向电机(15 )和垂直电机(16 )，所述垂直电机(16 )与升降机构相连，所述横梁设有与之对应的主方向测距仪，所述横向行走机构(5)设有与之对应的横向测距仪和垂直测距仪，所述左右主轨道由若干标准行程段构成，每个标准形成段的两端为预设停止点；所述控制系统包括设于横梁上的通讯模块和远程控制中心。
2.根据权利要求1所述一种三维自动控制的吊车，其特征在于所述主方向测距仪包括相对的主方向激光测距仪(3)和主方向反射板(4);所述主方向反射板(4)设置在左右主轨道一端，所述主方向激光测距仪(3)设在横梁上。
3.根据权利要求1所述一种三维自动控制的吊车，其特征在于所述横向测距仪包括相对的横向激光测距仪(6)和横向反射板(8);所述横向反射板(8)设置在横向轨道一端,所述横向激光测距仪(6)设在横向行走机构(5)上。
4.根据权利要求1所述一种三维自动控制的吊车，其特征在于所述垂直测距仪为垂直激光测距仪。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种三维自动控制的吊车，其特征在于所述升降机构设有一取物装置，取物装置上设有可读取的RFID读卡器，所述RFID读卡器与控制系统相连。
6.一种三维自动控制的吊车的控制方法，其特征在于包括如下步骤: (O向控制系统输入目标库位和卸货位置，控制系统根据吊车主方向测距仪和横向测距仪读取当前横向行走机构的位置； (2)控制系统根据当前横向行走机构的位置和目标库位计算在主方向和横向需行走的距离； (3)控制系统控制电机开始行走，主方向测距仪和横向测距仪实时反馈横向行走机构当前位置；当横向行走机构位置在主方向上离目标的距离小于设定误差时，在主方向停止运行；当横向行走机构位置在横向上离目标的距离小于设定误差时，在横向停止运行； (4)横向行走机构准确到达目标库位上方后，计算在垂直方向需行走的距离，控制系统控制升降机构开始运行，到达取物位置提取货物； (5)控制系统根据当前横向行走机构的位置和卸货位置计算在主方向和横向需行走的距离； (6)控制系统控制电机开始行走，主方向测距仪和横向测距仪实时反馈横向行走机构当前位置；当横向行走机构位置在主方向上离卸货位置小于设定误差时，在主方向停止运行；当横向行走机构位置在横向上离卸货位置小于设定误差时，在横向停止运行； (7)横向行走机构准确到达卸货位置上方后，计算在垂直方向需行走的距离，控制系统控制升降机构开始运行，放下货物。
7.根据权利要求6所述的一种三维自动控制的吊车的控制方法，其特征在于步骤(3)和步骤(6)设定误差为标准行程段的1/20长度。
8.根据权利要求6所述的一种三维自动控制的吊车的控制方法，其特征在于横向行走机构在主方向离目标的距离大于标准行程段时，横向行走机构在主方向上高速运行，横向行走机构在横向离目标的距离大于标准行程段时，横向行走机构在横向上高速运行；当横向行走机构在主方向离目标的距离小于标准行程段时，横向行走机构在主方向上低速运行，当横向行走机构在横向离目标的距离小于标准行程段时，横向行走机构在横向上低速运行。
9.根据权利要求6所述的一种三维自动控制的吊车的控制方法，其特征在于:当取物装置上的RFID读取器到达库位上的RFID标识读取范围内时，获取RFID标识信息，将其传输给控制系统。
【文档编号】B66C11/00GK104444800SQ201410696361
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】翁卫兵, 张云, 李强 申请人:浙江科技学院, 翁卫兵