CN103863948A - 一种起重机协同载运的导航控制装置与导航控制的方法 - Google Patents

Abstract

针对现有起重机协同载运存在的问题，本发明提供一种适用于大型重载、复杂工况、性能可靠、适应性强、基于网络的多起重机协同载运导航系统及方法。本发明系统包括网络运算监控服务器、载物箱下位机、四轴航拍飞行器、载物箱状态监测模块、无线通讯装置、载物箱位置指示灯、起重机状态监测模块和起重机下位机。本发明的导航控制方法，通过对起重机下位机和载物箱下位机反馈的数据结合GPS信息、天气信息进行综合路线规划和具体单个起重机的动作和方向监控，确保整个起重机队列有序、精确的协作。有益的技术效果：本发明所述的设备与方法，可以有效地抑制载运过程中由于复杂路况造成的重物的摆动，适用于精密贵重大型负载的载运。

Description

一种起重机协同载运的导航控制装置与导航控制的方法

技术领域

本发明涉及多起重机协同作业领域，尤其是一种适用于大型重载远距离载运的基于网络的多起重机协同载运导航系统及方法。

背景技术

起重吊装设备是工厂、铁路、港口及其他部门实现物料搬运机械化的重要工具，其中起重机因其良好的机动性能和较大的负载能力得到了广泛的应用。近年随着制造业的快速发展，重载化大型化的负载和日益复杂的吊装作业环境，对起重机提出了更高的要求。受到协调能力，负载能力等方面的限制，单台起重机已不能完全满足当前的要求。

随着计算机技术和控制理论的飞速发展，起重机的自动化程度大大提高，多起重机协同作业得以实现并因其具有负载能力强、吊装过程平稳、性价比高等优点，在大型重载复杂工况的实际工程中得到了越来越多的应用。目前对于大型重载的吊装运输，普遍采用分解成多个部件分别运输，然后进行组装并调试的方法，费时费力，而且运输过程中不可避免的会出现剧烈振动，不适用与一些精密或者大型负载的载运，多台起重机协同作业运载可以很好的解决这个问题，即不需将重物分解即可将重物整体运送至目的地，而且起重机的钢丝绳的柔索特性可以一定程度上抵消运输过程中的剧烈振动，但是由于传统多起重机协同载运一般采用现场指挥，手动控制，完全依靠操作者经验，自动化程度低，无法对起重机动作进行协调的控制和重物的状态进行实时精确的监测，不能有效抑制重物的摆动，无法保证重物的水平，不适于贵重物品的载运，并且会由于重物的摇摆而发生事故从而造成不可挽回的损失。另外由于传统多起重机协同载运无法对环境进行实时有效的感知，因此对载运的外部环境，比如风力、雨雪、路况等要求比较高，同时对外部环境的变化抵抗力较差，载运效率低且存在一定的风险性，这也使得多起重机协同载运无法得到广泛的应用。因此，目前尚无安全可靠的导航控制方法，导致多起重机的协同运载的应用局限于短距离低速小型轻载的搬运，还未能广泛地应用于大型重载复杂工况的远距离吊装载运作业。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在的问题，提供一种适用于大型重载复杂工况、性能可靠、适应性强、基于网络的多起重机协同载运导航系统及方法。

一种起重机协同载运的导航控制装置，针对由四台起重机共同吊运一个载物箱5的操作环境。所述的四台起重机，依次记为第一起重机10、第二起重机20、第三起重机30和第四起重机40。四台起重机内均配有起重机控制系统，用以控制起重机的运动，依次为第一起重机控制系统11、第二起重机控制系统21、第三起重机控制系统31和第四起重机控制系统41，此外，设有网络运算监控服务器1、载物箱下位机3、四轴航拍飞行器4、载物箱状态监测模块6、无线通讯装置、载物箱位置指示灯2、四台起重机状态监测模块和四台起重机下位机。

无线通讯装置由第一起重机网络通信模块71、第二起重机网络通信模块72、第三起重机网络通信模块73、第四起重机网络通信模块74、服务器网络通信模块75、飞行器无线射频模块76、载物箱无线射频模块77和载物箱网络通信模块78组成。

四台起重机下位机依次记为第一起重机下位机12、第二起重机下位机22、第三起重机下位机32和第四起重机下位机42；四台起重机状态监测模块依次记为第一起重机状态监测模块13、第二起重机状态监测模块23、第三起重机状态监测模块33和第四起重机状态监测模块43。

网络运算监控服务器1与服务器网络通信模块75相连接，第一起重机下位机12与第一起重机网络通信模块71相连接，第二起重机下位机22与第二起重机网络通信模块72相连接，第三起重机下位机32与第三起重机网络通信模块73相连接，第四起重机下位机42与第四起重机网络通信模块74相连接，四轴航拍飞行器4与飞行器无线射频模块76相连接，载物箱下位机3同时连接有载物箱无线射频模块77和载物箱网络通信模块78。通过第一起重机网络通信模块71、第二起重机网络通信模块72、第三起重机网络通信模块73、第四起重机网络通信模块74、服务器网络通信模块75和载物箱网络通信模块78实现网络运算监控服务器1与第一起重机下位机12、第二起重机下位机22、第三起重机下位机32、第四起重机下位机42和载物箱下位机3的一对一通讯，通过飞行器无线射频模块76和载物箱无线射频模块77实现载物箱下位机3与四轴航拍飞行器4之间的一对一通讯。

第一起重机下位机12安置在第一起重机10内，第一起重机下位机12分别与第一起重机控制系统11、第一起重机状态监测模块13相连接。第一起重机状态监测模块13实时采集第一起重机10的第一起重机转台转角θ _起重机1 、第一起重机变幅角φ _起重机1 、第一起重机钢丝绳长度l _起重机1 和第一起重机环境图像参数fig _起重机1 ，并向第一起重机下位机12传输；再由第一起重机下位机12将接收到的信息打包并依次通过第一起重机网络通信模块71和服务器网络通信模块75传输至网络运算监控服务器1。

第二起重机下位机22安置在第二起重机20内，第二起重机下位机22分别与第二起重机控制系统21、第二起重机状态监测模块23相连接。第二起重机状态监测模块23实时采集第二起重机20的第二起重机转台转角θ _起重机2 、第二起重机变幅角φ _起重机2 、第二起重机钢丝绳长度l _起重机2 和第二起重机环境图像参数fig _起重机2 ，并向第二起重机下位机22传输；再由第二起重机下位机22将接收到的信息打包并依次通过第二起重机网络通信模块72和服务器网络通信模块75传输至网络运算监控服务器1。

第三起重机下位机32安置在第三起重机30内，第三起重机下位机32分别与第三起重机控制系统31、第三起重机状态监测模块33相连接。第三起重机状态监测模块33实时采集第三起重机30的第三起重机转台转角θ _起重机3 、第三起重机变幅角φ _起重机3 、第三起重机钢丝绳长度l _起重机3 和第三起重机环境图像参数fig _起重机3 ，并向第三起重机下位机32传输；再由第三起重机下位机32将接收到的信息打包并依次通过第三起重机网络通信模块73和服务器网络通信模块75传输至网络运算监控服务器1。

第四起重机下位机42安置在第四起重机40内，第四起重机下位机42分别与第四起重机控制系统41、第四起重机状态监测模块43相连接。第四起重机状态监测模块43实时采集第四起重机40的第四起重机转台转角θ _起重机4 、第四起重机变幅角φ _起重机4 、第四起重机钢丝绳长度l _起重机4 和第四起重机环境图像参数fig _起重机4 ，并向第四起重机下位机42传输；再由第四起重机下位机42将接收到的信息打包并通过第四起重机网络通信模块74和服务器网络通信模块75传输至网络运算监控服务器1。

在载物箱5上设有载物箱下位机3，在载物箱5的顶壳外侧的中央设有载物箱位置指示灯2，在载物箱5顶壳内侧的中央设有载物箱状态监测模块6。载物箱下位机3与载物箱状态监测模块6相连接；载物箱状态监测模块6内含GPS传感器监测模块、三轴加速度传感器监测模块和电子指南针监测模块，分别采集载物箱的坐标（X、Y、Z） _载物箱 、载物箱姿态（α、β、γ） _载物箱 和载物箱的运动方向 i _载物箱 。载物箱状态监测模块6将收集到的数据依次经过载物箱下位机3、载物箱网络通信模块器77和服务器网络通信模块75后传输至网络运算监控服务器1。

四轴航拍飞行器4悬停在载物箱的上空，以载物箱顶部的载物箱位置指示灯2为基准，对第一起重机10、第二起重机20、第三起重机30和第四起重机40之间的位置实时监控，并拍摄成起重机编队的俯视图像fig_航拍且依次通过飞行器无线射频模块76和载物箱无线射频模块77后传输至载物箱下位机3，再由载物箱下位机3依次通过载物箱网络通信模块77和服务器网络通信模块75传输至网络运算监控服务器1。

网络运算监控服务器1将接收到的第一起重机转台转角θ _起重机1 、第一起重机变幅角φ _起重机1 、第一起重机钢丝绳长度l _起重机1 和第一起重机环境图像参数fig _起重机1 、第二起重机转台转角θ _起重机2 、第二起重机变幅角φ _起重机2 、第二起重机钢丝绳长度l _起重机2 、第二起重机环境图像参数fig _起重机2 、第三起重机转台转角θ _起重机3 、第三起重机变幅角φ _起重机3 、第三起重机钢丝绳长度l _起重机3 、第三起重机环境图像参数fig _起重机3 、第四起重机转台转角θ _起重机4 、第四起重机变幅角φ _起重机4 、第四起重机钢丝绳长度l _起重机4 、第四起重机环境图像参数fig _起重机4 、载物箱的坐标（X、Y、Z） _载物箱 、载物箱姿态（α、β、γ） _载物箱 、载物箱的运动方向 i _载物箱 以及起重机编队的俯视图像fig_航拍进行信息的融合和特征提取，获得四台起重机的位姿（P ₁、P ₂、P ₃、P ₄，）、载物箱的位姿P _载物箱，并采用三维栅格法绘制栅格环境地形；通过服务器网络通信模块75分别与第一起重机网络通信模块71、第二起重机网络通信模块器72、第三起重机网络通信模块73和第四起重机网络通信模块74之间的无线连接，网络运算监控服务器1分别向第一起重机下位机12、第二起重机下位机22、第三起重机下位机32、第四起重机下位机42下传控制指令，再由第一起重机控制系统11、第二起重机控制系统21、第三起重机控制系统31和第四起重机控制系统41分别执行。

采用本发明所述一种起重机协同载运的导航控制装置的导航控制方法，按如下步骤进行：

步骤一：进行系统的初始化；

将网络运算监控服务器1分别与第一起重机下位机12、第二起重机下位机22、第三起重机下位机32、第四起重机下位机42和载物箱下位机3建立通信联接，将四轴航拍飞行器4与载物箱下位机3建立通信联接。人工输入出发地与目的地的信息，网络运算监控服务器1根据目的地坐标进行全局路径规划；

步骤二：载物箱下位机3分别从载物箱状态监测模块6和四轴航拍飞行器4获取的载物箱的坐标（X、Y、Z） _载物箱 、载物箱姿态（α、β、γ） _载物箱 、载物箱的运动方向 i _载物箱 和起重机编队的俯视图像fig_航拍，并传递至网络运算监控服务器1；

步骤三：网络运算监控服务器1自第一起重机下位机12处调取第一起重机转台转角θ _起重机1 、第一起重机变幅角φ _起重机1 、第一起重机钢丝绳长度l _起重机1 和第一起重机环境图像参数fig _起重机1 ，从第二起重机下位机22处调取第二起重机转台转角θ _起重机2 、第二起重机变幅角φ _起重机2 、第二起重机钢丝绳长度l _起重机2 和第二起重机环境图像参数fig _起重机2 ，从第三起重机下位机32处调取第三起重机转台转角θ _起重机3 、第三起重机变幅角φ _起重机3 、第三起重机钢丝绳长度l _起重机3 和第三起重机环境图像参数fig _起重机3 ，从第四起重机下位机42调取第四起重机转台转角θ _起重机4 、第四起重机变幅角φ _起重机4 、第四起重机钢丝绳长度l _起重机4 和第四起重机环境图像参数fig _起重机4 ；

步骤四：网络运算监控服务器1根据载物箱的坐标（X、Y、Z） _载物箱 ，并结合GPS导航和气象预报信息，得到多起重机协同载运编队所处区域的地形、天气和路况信息，当GPS导航提示出现较恶劣地形或气象预报恶劣气候时，网络运算监控服务器1重新进行全局路径规划并及时向操作者发出预警信号，提前改变编队航线以保证安全载运；

步骤五：网络运算监控服务器1对载物箱下位机3反馈的起重机编队的俯视图像fig_航拍中的各台起重机俯视图像进行特征提取分析，得到起重机的实时位姿（P ₁、P ₂、P ₃、P ₄）；

步骤六：网络运算监控服务器1将步骤二中获得的起重机编队的俯视图像fig_航拍与步骤四中获得的第一起重机环境图像参数fig _起重机1 、第二起重机环境图像参数fig _起重机2 、第三起重机环境图像参数fig _起重机3 和第四起重机环境图像参数fig _起重机4 进行融合，并采用三维栅格法绘制多起重机协同载运编队的栅格环境地图；

步骤七：网络运算监控服务器1根据步骤六中得到的融合数据以及栅格环境地图进行局部路径规划，结合步骤三中得到各起重机的转台转角、变幅角、钢丝绳长度信息以及步骤五得到的起重机的实时位姿（P ₁、P ₂、P ₃、P ₄），运用虚拟现实技术，在网络运算监控服务器1的可视化界面上实时显示多起重机协同载运编队的三维动态模型，同时，网络运算监控服务器1判断载物箱是否处于水平状态并对其摆动进行预测，并向第一起重机下位机12、第二起重机下位机22、第三起重机下位机32、第四起重机下位机42下达微调指令，由对应的第一起重机控制系统11、第二起重机控制系统21、第三起重机控制系统31、第四起重机控制系统41做相应的机械吊运动作以实现姿态调整，同时保持队形整齐。

步骤八：当载运编队到达目的地点时，网络运算监控服务器1通过服务器网络通信模块75分别向第一起重机网络通信模块71、第二起重机网络通信模块72、第三起重机网络通信模块73和第四起重机网络通信模块74和载物箱网络通信模块78发送终止信号，四台起重机下位机和载物箱下位机接收到终止信号后结束协同载运。

有益的技术效果：

由于采用了本发明所述的设备与方法，起重机协同载运的导航控制方法根据需要选择了多种传感器，并通过对多传感器采集信息的融合，实现了载运过程中多起重机动作的协调控制和负载状态的实时监测和调整，可以有效地抑制载运过程中由于复杂路况造成的重物的摆动，适用于精密贵重大型负载的载运。起重机协同载运的导航控制方法采用无线通讯方式，所有移动数据网络信号覆盖的地方都可以实现下位机和网络运算监控服务器的通信；网络运算监控服务器运算能力强，速度快，能够保证对多起重机协同载运编队的实时性；对起重机和载物箱5的监控装置采用模块化的设计，可以根据负载的大小增减协同载运编队中起重机的数量，同时根据实际情况扩展不同的传感器模块，具有良好的扩展性；系统利用四轴航拍无人机跟踪载物箱位置指示灯2的方式可以有效地实时采集载运编队的俯视图像，不受空间的限制，性价比高；系统融合多台起重机全景视觉传感器和四轴航拍无人机所采集到的图像，采用三维栅格法进行环境地图建模，模型准确，可以实时准确地感知周围环境，结合对起重机的动作和方向的实时监控，提高了载运编队对恶劣环境的适应性和安全性，使得复杂环境下的载运成为可能；通过载运导航系统及方法，与传统依靠经验相比较，自动化程度提高，可实现大型重载的整体载运，无需分解，通过全局路径规划和局部路径规划结合的方式，可以有效避免载运过程中的各种不利因素，比如大风、雨雪及复杂地形等，显著提高大型重载远程载运的效率。

附图说明

图1为本发明产品的组装示意图。

图2为图1中电路硬件连接关系简示图。

图3为本发明方法的流程图。

图4为本发明产品中的载物箱下位机及载物箱状态监测模块的电路图。

图5为本发明产品中的起重机下位机及起重机状态监测模块的电路图。

图6为图2中传感器网络的组成与功能示意图。

图中的序号为：网络运算监控服务器1、载物箱位置指示灯2、载物箱下位机3、四轴航拍飞行器4、载物箱5、载物箱状态监测模块6、第一起重机10、第一起重机控制系统11、第一起重机下位机12、第一起重机状态监测模块13、第二起重机20、第二起重机控制系统21、第二起重机下位机22、第二起重机状态监测模块23、第三起重机30、第三起重机控制系统31、第三起重机下位机32、第三起重机状态监测模块33、第四起重机40、第四起重机控制系统41、第四起重机下位机42、第四起重机状态监测模块43、第一起重机网络通信模块71、第二起重机网络通信模块72、第三起重机网络通信模块73、第四起重机网络通信模块74、服务器网络通信模块75、飞行器无线射频模块76、载物箱无线射频模块77、载物箱网络通信模块78。

具体实施方式

现结合附图详细说明本发明的结构特点。

参见图1，一种起重机协同载运的导航控制装置，针对由四台起重机共同吊运一个载物箱5的操作环境。所述的四台起重机，依次记为第一起重机10、第二起重机20、第三起重机30和第四起重机40。参见图2，四台起重机内均配有起重机控制系统，用以控制起重机的运动，依次为第一起重机控制系统11、第二起重机控制系统21、第三起重机控制系统31和第四起重机控制系统41，此外，参见图2，设有网络运算监控服务器1、载物箱下位机3、四轴航拍飞行器4、载物箱状态监测模块6、无线通讯装置、载物箱位置指示灯2、四台起重机状态监测模块和四台起重机下位机。无线通讯装置由第一起重机网络通信模块71、第二起重机网络通信模块72、第三起重机网络通信模块73、第四起重机网络通信模块74、服务器网络通信模块75、飞行器无线射频模块76、载物箱无线射频模块77和载物箱网络通信模块78组成。

参见图2，四台起重机下位机依次记为第一起重机下位机12、第二起重机下位机22、第三起重机下位机32和第四起重机下位机42。

参见图2，四台起重机状态监测模块依次记为第一起重机状态监测模块13、第二起重机状态监测模块23、第三起重机状态监测模块33和第四起重机状态监测模块43。

参见图2，网络运算监控服务器1与服务器网络通信模块75相连接，第一起重机下位机12与第一起重机网络通信模块71相连接，第二起重机下位机22与第二起重机网络通信模块72相连接，第三起重机下位机32与第三起重机网络通信模块73相连接，第四起重机下位机42与第四起重机网络通信模块74相连接，四轴航拍飞行器4与飞行器无线射频模块76相连接，载物箱下位机3同时连接有载物箱无线射频模块77和载物箱网络通信模块78。通过第一起重机网络通信模块71、第二起重机网络通信模块72、第三起重机网络通信模块73、第四起重机网络通信模块74、服务器网络通信模块75和载物箱网络通信模块78实现网络运算监控服务器1与第一起重机下位机12、第二起重机下位机22、第三起重机下位机32、第四起重机下位机42和载物箱下位机3的一对一通讯，通过飞行器无线射频模块76和载物箱无线射频模块77实现载物箱下位机3与四轴航拍飞行器4之间的一对一通讯，如图6所示。

参见图2，第一起重机下位机12安置在第一起重机10内，第一起重机下位机12分别与第一起重机控制系统11、第一起重机状态监测模块13相连接；第一起重机状态监测模块13实时采集第一起重机10的第一起重机转台转角θ _起重机1 、第一起重机变幅角φ _起重机1 、第一起重机钢丝绳长度l _起重机1 和第一起重机环境图像参数fig _起重机1 ，并向第一起重机下位机12传输；再由第一起重机下位机12将接收到的信息打包并依次通过第一起重机网络通信模块71和服务器网络通信模块75传输至网络运算监控服务器1。

参见图2，第二起重机下位机22安置在第二起重机20内，第二起重机下位机22分别与第二起重机控制系统21、第二起重机状态监测模块23相连接。第二起重机状态监测模块23实时采集第二起重机20的第二起重机转台转角θ _起重机2 、第二起重机变幅角φ _起重机2 、第二起重机钢丝绳长度l _起重机2 和第二起重机环境图像参数fig _起重机2 ，并向第二起重机下位机22传输；再由第二起重机下位机22将接收到的信息打包并依次通过第二起重机网络通信模块72和服务器网络通信模块75传输至网络运算监控服务器1。

参见图2，第三起重机下位机32安置在第三起重机30内，第三起重机下位机32分别与第三起重机控制系统31、第三起重机状态监测模块33相连接。第三起重机状态监测模块33实时采集第三起重机30的第三起重机转台转角θ _起重机3 、第三起重机变幅角φ _起重机3 、第三起重机钢丝绳长度l _起重机3 和第三起重机环境图像参数fig _起重机3 ，并向第三起重机下位机32传输。再由第三起重机下位机32将接收到的信息打包并依次通过第三起重机网络通信模块73和服务器网络通信模块75传输至网络运算监控服务器1。

参见图2，第四起重机下位机42安置在第四起重机40内，第四起重机下位机42分别与第四起重机控制系统41、第四起重机状态监测模块43相连接；第四起重机状态监测模块43实时采集第四起重机40的第四起重机转台转角θ _起重机4 、第四起重机变幅角φ _起重机4 、第四起重机钢丝绳长度l _起重机4 和第四起重机环境图像参数fig _起重机4 ，并向第四起重机下位机42传输；再由第四起重机下位机42将接收到的信息打包并通过第四起重机网络通信模块74和服务器网络通信模块75传输至网络运算监控服务器1。

参见图1，在载物箱5上设有载物箱下位机3，在载物箱5的顶壳外侧的中央设有载物箱位置指示灯2，在载物箱5顶壳内侧的中央设有载物箱状态监测模块6。参见图2，载物箱下位机3与载物箱状态监测模块6相连接。

参见图6，载物箱状态监测模块6内含GPS传感器监测模块、三轴加速度传感器监测模块和电子指南针监测模块，分别采集载物箱坐标（X、Y、Z） _载物箱 、载物箱姿态（α、β、γ） _载物箱 和载物箱运动方向 i _载物箱 。载物箱状态监测模块6将收集到的数据依次经过载物箱下位机3、载物箱网络通信模块器77和服务器网络通信模块75后传输至网络运算监控服务器1。

参见图1，四轴航拍飞行器4悬停在载物箱5的上空，以载物箱5顶部的载物箱位置指示灯2为基准，对第一起重机10、第二起重机20、第三起重机30和第四起重机40之间的位置实时监控，并拍摄成起重机编队的俯视图像fig_航拍依次通过飞行器无线射频模块76和载物箱无线射频模块77后传输至载物箱下位机3，再由载物箱下位机3依次通过载物箱网络通信模块77和服务器网络通信模块75传输至网络运算监控服务器1。

参见图2及图6，网络运算监控服务器1将接收到的第一起重机转台转角θ _起重机1 、第一起重机变幅角φ _起重机1 、第一起重机钢丝绳长度l _起重机1 和第一起重机环境图像参数fig _起重机1 、第二起重机转台转角θ _起重机2 、第二起重机变幅角φ _起重机2 、第二起重机钢丝绳长度l _起重机2 、第二起重机环境图像参数fig _起重机2 、第三起重机转台转角θ _起重机3 、第三起重机变幅角φ _起重机3 、第三起重机钢丝绳长度l _起重机3 、第三起重机环境图像参数fig _起重机3 、第四起重机转台转角θ _起重机4 、第四起重机变幅角φ _起重机4 、第四起重机钢丝绳长度l _起重机4 、第四起重机环境图像参数fig _起重机4 、载物箱的坐标（X、Y、Z） _载物箱 、载物箱姿态（α、β、γ） _载物箱 、载物箱的运动方向 i _载物箱 以及起重机编队的俯视图像fig_航拍进行信息的融合和特征提取，获得四台起重机的位姿（P ₁、P ₂、P ₃、P ₄，）、载物箱的位姿P _载物箱，并采用三维栅格法绘制栅格环境地形。通过服务器网络通信模块75分别与第一起重机网络通信模块71、第二起重机网络通信模块72、第三起重机网络通信模块73和第四起重机网络通信模块74之间的无线连接，网络运算监控服务器1分别向第一起重机下位机12、第二起重机下位机22、第三起重机下位机32、第四起重机下位机42下传控制指令，再由第一起重机控制系统11、第二起重机控制系统21、第三起重机控制系统31和第四起重机控制系统41分别执行。

进一步地说，第一起重机状态监测模块13、第二起重机状态监测模块23、第三起重机状态监测模块33和第四起重机状态监测模块43均为同结构的起重机状态监测模块，均由三个光电编码器和一个全景视觉传感器组成，其中，三个光电编码器依次装在起重机的转台、吊臂铰点和卷筒转轴上，从而获取相应的转台转角、变幅角和钢丝绳长度；全景视觉传感器安装在起重机驾驶室顶端，采集起重机周围环境的图像信息，如图6所示。第一起重机网络通信模块71、第二起重机网络通信模块72、第三起重机网络通信模块73、第四起重机网络通信模块74、服务器网络通信模块75和载物箱网络通信模块78均为型号为SIM900的GPRS移动网络通信模块。飞行器无线射频模块76和载物箱无线射频模块77的型号均为NRF24L01的无线射频模块，如图4和图5所示。

参见图3，采用本发明装置进行导航控制的方法，按如下步骤进行：

步骤一：进行系统的初始化。

将网络运算监控服务器1分别与第一起重机下位机12、第二起重机下位机22、第三起重机下位机32、第四起重机下位机42和载物箱下位机3建立通信联接，将四轴航拍飞行器4与载物箱下位机3建立通信联接；人工输入出发地与目的地的信息，网络运算监控服务器1根据目的地坐标进行全局路径规划；

步骤二：载物箱下位机3分别从载物箱状态监测模块6和四轴航拍飞行器4获取的载物箱的坐标（X、Y、Z） _载物箱 、载物箱姿态（α、β、γ） _载物箱 、载物箱的运动方向 i _载物箱 和起重机编队的俯视图像fig_航拍，并传递至网络运算监控服务器1。

步骤三：网络运算监控服务器1自第一起重机下位机12处调取第一起重机转台转角θ _起重机1 、第一起重机变幅角φ _起重机1 、第一起重机钢丝绳长度l _起重机1 和第一起重机环境图像参数fig _起重机1 ，从第二起重机下位机22处调取第二起重机转台转角θ _起重机2 、第二起重机变幅角φ _起重机2 、第二起重机钢丝绳长度l _起重机2 和第二起重机环境图像参数fig _起重机2 ，从第三起重机下位机32处调取第三起重机转台转角θ _起重机3 、第三起重机变幅角φ _起重机3 、第三起重机钢丝绳长度l _起重机3 和第三起重机环境图像参数fig _起重机3 ，从第四起重机下位机42调取第四起重机转台转角θ _起重机4 、第四起重机变幅角φ _起重机4 、第四起重机钢丝绳长度l _起重机4 和第四起重机环境图像参数fig _起重机4 ；

步骤四：网络运算监控服务器1根据载物箱的坐标（X、Y、Z） _载物箱 ，并结合GPS导航和气象预报信息，得到多起重机协同载运编队所处区域的地形、天气和路况信息，当GPS导航提示出现较恶劣地形或气象预报恶劣气候时，网络运算监控服务器1重新进行全局路径规划并及时向操作者发出预警信号，提前改变编队航线以保证安全载运；

步骤五：网络运算监控服务器1对载物箱下位机3反馈的起重机编队的俯视图像fig_航拍中的各台起重机俯视图像进行特征提取分析，得到起重机的实时位姿（P ₁、P ₂、P ₃、P ₄）；

步骤六：网络运算监控服务器1将步骤二中获得的起重机编队的俯视图像fig_航拍与步骤四中获得的第一起重机环境图像参数fig _起重机1 、第二起重机环境图像参数fig _起重机2 、第三起重机环境图像参数fig _起重机3 和第四起重机环境图像参数fig _起重机4 进行融合，并采用三维栅格法绘制多起重机协同载运编队的栅格环境地图；

步骤七：网络运算监控服务器1根据步骤六中得到的融合数据以及栅格环境地图进行局部路径规划，结合步骤三中得到各起重机的转台转角、变幅角、钢丝绳长度信息以及步骤五得到的起重机的实时位姿（P ₁、P ₂、P ₃、P ₄），运用虚拟现实技术，在网络运算监控服务器1的可视化界面上实时显示多起重机协同载运编队的三维动态模型，同时，判断载物箱5是否处于水平状态并对其摆动进行预测，并向第一起重机下位机12、第二起重机下位机22、第三起重机下位机32、第四起重机下位机42下达微调指令，由对应的第一起重机控制系统11、第二起重机控制系统21、第三起重机控制系统31、第四起重机控制系统41做相应的机械吊运动作以实现姿态调整，同时保持队形整齐。

步骤八：当载运编队到达目的地点时，网络运算监控服务器1通过服务器网络通信模块75分别向第一起重机网络通信模块71、第二起重机网络通信模块72、第三起重机网络通信模块73、第四起重机网络通信模块74和载物箱网络通信模块78发送终止信号，四台起重机下位机和载物箱下位机接收到终止信号后结束协同载运。

进一步地说，由于全局路径规划中无法精确预知路径中的路况细节，所以需要根据具体路况实时调整。具体地说，网络运算监控服务器1根据起重机协同载运编队的栅格环境地图，判断前方路况为直行、障碍、转弯还是上下坡，从而进行局部路径规划对步骤一和步骤四规划的全局路径进行调整，选择最合适的路径，并通过改变起重机行驶方向和动作的方式应对具体的路况，局部路径规划是对全局路径规划的调整和修正。

进一步地说，网络运算监控服务器1根据起重机协同载运编队的栅格环境地图和起重机的实时位姿P ₁、P ₂、P ₃、P ₄，进行起重机队形的控制：网络运算监控服务器1将队形变换信号分别发送给第一起重机下位机12、第二起重机下位机22、第三起重机下位机32、第四起重机下位机42，通过CAN总线将微调指令下传至对应的第一起重机控制系统11、第二起重机控制系统21、第三起重机控制系统31或第四起重机控制系统41进行具体的动作调整，通过改变起重机的位姿（P ₁、P ₂、P ₃、P ₄）改变协同载运编队的行进方向，行进过程中保持队形整齐。

进一步地说，起重机的位姿（P ₁、P ₂、P ₃、P ₄）的控制方法是：第一起重机10与第二起重机20位于起重机队列的前排，第三起重机30和第四起重机40位于起重机队列的后排；第一起重机10与第二起重机20在行进过程中的间距保持不变且车头对齐；第三起重机30和第四起重机40在行进过程中的间距保持不变且车头对齐。第一起重机10与第二起重机20之间连线的中点为前排中点，第三起重机30和第四起重机40之间连线的中点为后排中点，在起重机队列的行进过程中，前排中点与后排中点之间的距离保持不变，降低上车的动作幅度，增加协同载运过程的稳定性。

进一步地说，网络运算监控服务器1下传的微调指令为第一起重机转台转角θ _起重机1 、第一起重机变幅角φ _起重机1 、第一起重机钢丝绳长度l _起重机1 和第一起重机环境图像参数fig _起重机1 、第二起重机转台转角θ _起重机2 、第二起重机变幅角φ _起重机2 、第二起重机钢丝绳长度l _起重机2 、第二起重机环境图像参数fig _起重机2 、第三起重机转台转角θ _起重机3 、第三起重机变幅角φ _起重机3 、第三起重机钢丝绳长度l _起重机3 、第三起重机环境图像参数fig _起重机3 、第四起重机转台转角θ _起重机4 、第四起重机变幅角φ _起重机4 、第四起重机钢丝绳长度l _起重机4 、第四起重机环境图像参数fig _起重机4 的调整指令。通过改变起重机的上述动作参数，校正载物箱的坐标（X、Y、Z） _载物箱 、载物箱姿态（α、β、γ） _载物箱 和载物箱的运动方向 i _载物箱 ，使得起重机的前排中点与起重机的后排中点之间连线的中点在地面的投影同载物箱5重心在地面的投影相互重合，确保载物箱5保持水平且载物箱的运动方向 i _载物箱 与起重机协同载运编队方向保持一致，从而实现将载物箱5和载物箱5内重物的载荷均匀的分配到四台起重机上，提高协同载运的安全性。

图4为本发明产品中的载物箱下位机3及载物箱状态监测模块6的电路图。载物箱下位机3包括一个集成了CAN总线模块的核心处理器MC9S12XS128AA、SD存储模块、基于NRF24L01芯片的无线射频模块和基于SIM900的GPRS移动网络通信模块。其中SD存储模块的1、2、6、8引脚分别与核心处理器的PA7、PM4、PA6、PM2引脚连接。无线射频模块中NRF24L01芯片的1~5引脚分别与核心处理器的PP5、PP7、PM5、PM4、PM2引脚连接。GPRS移动网络通信模块的SIM900芯片的1、2引脚分别与核心处理器的TXD0和RXD0引脚连接。

载物箱状态监测模块6包括基于LEA-5A芯片的GPS导航模块、基于7260芯片的加速度传感器模块、基于HMC1022芯片的电子指南针模块。其中GPS导航模块中LEA-5A芯片的3、4引脚分别与核心处理器的TXD1和RXD1引脚连接。加速度传感器模块中7260芯片的13、14、15引脚分别与核心处理器的AD3、AD4和AD5引脚连接。电子指南针模块中HMC1022芯片2、4和5、12引脚的两组输出信号经两组AD620放大电路放大后传递给核心处理器，其中第一组放大电路中AD620芯片的电压输出引脚6与核心处理器的PT1引脚连接，第二组放大电路中AD620芯片的电压输出引脚6与核心处理器的PT0引脚连接。

图5为本发明产品中的起重机下位机第一起重机下位机12、第二起重机下位机22、第三起重机下位机32和第四起重机下位机42及起重机状态监测模块第一起重机状态监测模块13、第二起重机状态监测模块23、第三起重机状态监测模块33和第四起重机状态监测模块43的电路图。起重机下位机包括一个集成了CAN总线模块的核心处理器MC9S12XS128AA、SD存储模块和基于SIM900的GPRS移动网络通信模块。其中SD存储模块的1、2、6、8引脚分别与核心处理器的PA7、PM4、PA6、PM2引脚连接。GPRS移动网络通信模块的SIM900芯片的1、2引脚分别与核心处理器的TXD0和RXD0引脚连接。

起重机状态监测模块包括3组光电编码器，一个PWM伺服电机驱动模块和基于OV7620CCD芯片的图像采集模块。其中三组光电编码器的输出引脚分别与核心处理器的PAD7、PP1和PP0连接。PWM伺服电机驱动模块的PWM0引脚与核心处理器的PP2引脚连接。图像采集模块中OV7620CCD芯片的D0~D7引脚分别与FIFO存储芯片AL422B的D10~D17连接，FIFO存储芯片AL422B的DO0~DO7引脚分别与核心处理器的PT0~PT7连接。

本发明的载物箱下位机和起重机下位机的核心处理器均选择MC9S12XS128AA芯片，该芯片功能强大，运算速度快，配合SD存储模块和SIM900 GPRS移动网络通信模块，能够满足起重机协同载运过程中高速大量的信息采集和传输的要求。同时载物箱状态检测模块和起重机状态监测模块均采用模块化设计，可以根据实际要求扩展其他传感器模块。

Claims (7)

1.一种起重机协同载运的导航控制装置，针对由四台起重机共同吊运一个载物箱（5）的操作环境；所述的四台起重机，依次记为第一起重机（10）、第二起重机（20）、第三起重机（30）和第四起重机（40）；四台起重机内均配有起重机控制系统，用以控制起重机的运动，依次为第一起重机控制系统（11）、第二起重机控制系统（21）、第三起重机控制系统（31）和第四起重机控制系统（41）；其特征在于：设有网络运算监控服务器（1）、载物箱下位机（3）、四轴航拍飞行器（4）、载物箱状态监测模块（6）、无线通讯装置、载物箱位置指示灯（2）、四台起重机状态监测模块和四台起重机下位机；无线通讯装置由第一起重机网络通信模块（71）、第二起重机网络通信模块（72）、第三起重机网络通信模块（73）、第四起重机网络通信模块（74）、服务器网络通信模块（75）、飞行器无线射频模块（76）、载物箱无线射频模块（77）和载物箱网络通信模块（78）组成；

四台起重机下位机依次记为第一起重机下位机（12）、第二起重机下位机（22）、第三起重机下位机（32）和第四起重机下位机（42）；四台起重机状态监测模块依次记为第一起重机状态监测模块（13）、第二起重机状态监测模块（23）、第三起重机状态监测模块（33）和第四起重机状态监测模块（43）；

网络运算监控服务器（1）与服务器网络通信模块（75）相连接，第一起重机下位机（12）与第一起重机网络通信模块（71）相连接，第二起重机下位机（22）与第二起重机网络通信模块（72）相连接，第三起重机下位机（32）与第三起重机网络通信模块（73）相连接，第四起重机下位机（42）与第四起重机网络通信模块（74）相连接，四轴航拍飞行器（4）与飞行器无线射频模块（76）相连接，载物箱下位机（3）同时连接有载物箱无线射频模块（77）和载物箱网络通信模块（78）；通过第一起重机网络通信模块（71）、第二起重机网络通信模块（72）、第三起重机网络通信模块（73）、第四起重机网络通信模块（74）、服务器网络通信模块（75）和载物箱网络通信模块（78）实现网络运算监控服务器（1）与第一起重机下位机（12）、第二起重机下位机（22）、第三起重机下位机（32）、第四起重机下位机（42）和载物箱下位机（3）的一对一通讯，通过飞行器无线射频模块（76）和载物箱无线射频模块（77）实现载物箱下位机（3）与四轴航拍飞行器（4）之间的一对一通讯；

第一起重机下位机（12）安置在第一起重机（10）内，第一起重机下位机（12）分别与第一起重机控制系统（11）、第一起重机状态监测模块（13）相连接；第一起重机状态监测模块（13）实时采集第一起重机（10）的第一起重机转台转角θ _起重机1 、第一起重机变幅角φ _起重机1 、第一起重机钢丝绳长度l _起重机1 和第一起重机环境图像参数fig _起重机1 ，并向第一起重机下位机（12）传输；再由第一起重机下位机（12）将接收到的信息打包并依次通过第一起重机网络通信模块（71）和服务器网络通信模块（75）传输至网络运算监控服务器（1）；

第二起重机下位机（22）安置在第二起重机（20）内，第二起重机下位机（22）分别与第二起重机控制系统（21）、第二起重机状态监测模块（23）相连接；第二起重机状态监测模块（23）实时采集第二起重机（20）的第二起重机转台转角θ _起重机2 、第二起重机变幅角φ _起重机2 、第二起重机钢丝绳长度l _起重机2 和第二起重机环境图像参数fig _起重机2 ，并向第二起重机下位机（22）传输；再由第二起重机下位机（22）将接收到的信息打包并依次通过第二起重机网络通信模块（72）和服务器网络通信模块（75）传输至网络运算监控服务器（1）；

第三起重机下位机（32）安置在第三起重机（30）内，第三起重机下位机（32）分别与第三起重机控制系统（31）、第三起重机状态监测模块（33）相连接；第三起重机状态监测模块（33）实时采集第三起重机（30）的第三起重机转台转角θ _起重机3 、第三起重机变幅角φ _起重机3 、第三起重机钢丝绳长度l _起重机3 和第三起重机环境图像参数fig _起重机3 ，并向第三起重机下位机（32）传输；再由第三起重机下位机（32）将接收到的信息打包并依次通过第三起重机网络通信模块（73）和服务器网络通信模块（75）传输至网络运算监控服务器（1）；

第四起重机下位机（42）安置在第四起重机（40）内，第四起重机下位机（42）分别与第四起重机控制系统（41）、第四起重机状态监测模块（43）相连接；第四起重机状态监测模块（43）实时采集第四起重机（40）的第四起重机转台转角θ _起重机4 、第四起重机变幅角φ _起重机4 、第四起重机钢丝绳长度l _起重机4 和第四起重机环境图像参数fig _起重机4 ，并向第四起重机下位机（42）传输；再由第四起重机下位机（42）将接收到的信息打包依次并通过第四起重机网络通信模块（74）和服务器网络通信模块（75）传输至网络运算监控服务器（1）；

在载物箱（5）上设有载物箱下位机（3），在载物箱（5）的顶壳外侧的中央设有载物箱位置指示灯（2），在载物箱（5）顶壳内侧的中央设有载物箱状态监测模块（6）；载物箱下位机（3）与载物箱状态监测模块（6）相连接；

载物箱状态监测模块（6）内含GPS传感器监测模块、三轴加速度传感器监测模块和电子指南针监测模块，分别采集载物箱坐标（X、Y、Z） _载物箱 、载物箱姿态（α、β、γ） _载物箱 和载物箱运动方向 i _载物箱 ；载物箱状态监测模块（6）将收集到的数据依次通过载物箱下位机（3）、载物箱网络通信模块（78）和服务器网络通信模块（75）后传输至网络运算监控服务器（1）；

四轴航拍飞行器（4）悬停在载物箱（5）的上空，以载物箱（5）顶部的载物箱位置指示灯（2）为基准，对第一起重机（10）、第二起重机（20）、第三起重机（30）和第四起重机（40）之间的位置实时监控，并拍摄成起重机编队的俯视图像fig_航拍且依次通过飞行器无线射频模块（76）和载物箱无线射频模块（77）传输至载物箱下位机（3），再由载物箱下位机（3）依次通过载物箱网络通信模块（78）和服务器网络通信模块（75）传输至网络运算监控服务器（1）；

网络运算监控服务器（1）将接收到的第一起重机转台转角θ _起重机1 、第一起重机变幅角φ _起重机1 、第一起重机钢丝绳长度l _起重机1 和第一起重机环境图像参数fig _起重机1 、第二起重机转台转角θ _起重机2 、第二起重机变幅角φ _起重机2 、第二起重机钢丝绳长度l _起重机2 、第二起重机环境图像参数fig _起重机2 、第三起重机转台转角θ _起重机3 、第三起重机变幅角φ _起重机3 、第三起重机钢丝绳长度l _起重机3 、第三起重机环境图像参数fig _起重机3 、第四起重机转台转角θ _起重机4 、第四起重机变幅角φ _起重机4 、第四起重机钢丝绳长度l _起重机4 、第四起重机环境图像参数fig _起重机4 、载物箱坐标（X、Y、Z） _载物箱 、载物箱姿态（α、β、γ） _载物箱 、载物箱运动方向 i _载物箱 以及起重机编队的俯视图像fig_航拍进行信息的融合和特征提取，获得四台起重机的位姿（P ₁、P ₂、P ₃、P ₄，）、载物箱位姿P _载物箱，并采用三维栅格法绘制栅格环境地形；通过服务器网络通信模块（75）分别与第一起重机网络通信模块（71）、第二起重机网络通信模块（72）、第三起重机网络通信模块（73）和第四起重机网络通信模块（74）之间的无线连接，网络运算监控服务器（1）分别向第一起重机下位机（12）、第二起重机下位机（22）、第三起重机下位机（32）、第四起重机下位机（42）下传控制指令，再由第一起重机控制系统（11）、第二起重机控制系统（21）、第三起重机控制系统（31）和第四起重机控制系统（41）分别执行。

2.如权利要求1所述的一种起重机协同载运的导航控制装置，其特征在于，第一起重机状态监测模块（13）、第二起重机状态监测模块（23）、第三起重机状态监测模块（33）和第四起重机状态监测模块（43）均为同结构的起重机状态监测模块，均由三个光电编码器和一个全景视觉传感器组成，其中，三个光电编码器依次装在起重机的转台、吊臂铰点和卷筒转轴上，从而获取相应的转台转角、变幅角和钢丝绳长度；全景视觉传感器安装在起重机驾驶室顶端，采集起重机周围环境的图像信息；第一起重机网络通信模块（71）、第二起重机网络通信模块（72）、第三起重机网络通信模块（73）、第四起重机网络通信模块（74）、服务器网络通信模块（75）和载物箱网络通信模块（78）均为型号为SIM900的GPRS移动网络通信模块；飞行器无线射频模块（76）和载物箱无线射频模块（77）的型号均为NRF24L01的无线射频模块。

3.采用权利要求1所述的一种起重机协同载运的导航控制装置的导航控制方法，其特征在于，按如下步骤进行：

步骤一：进行系统的初始化；

将网络运算监控服务器（1）分别与第一起重机下位机（12）、第二起重机下位机（22）、第三起重机下位机（32）、第四起重机下位机（42）和载物箱下位机（3）建立通信联接，将四轴航拍飞行器（4）与载物箱下位机（3）建立通信联接；人工输入出发地与目的地的信息，网络运算监控服务器（1）根据目的地坐标进行全局路径规划；

步骤二：载物箱下位机（3）分别从载物箱状态监测模块（6）和四轴航拍飞行器（4）获取载物箱的坐标（X、Y、Z） _载物箱 、载物箱姿态（α、β、γ） _载物箱 、载物箱运动方向 i _载物箱 和起重机编队的俯视图像fig_航拍，并传递至网络运算监控服务器（1）；

步骤三：网络运算监控服务器（1）自第一起重机下位机（12）处调取第一起重机转台转角θ _起重机1 、第一起重机变幅角φ _起重机1 、第一起重机钢丝绳长度l _起重机1 和第一起重机环境图像参数fig _起重机1 ，从第二起重机下位机（22）处调取第二起重机转台转角θ _起重机2 、第二起重机变幅角φ _起重机2 、第二起重机钢丝绳长度l _起重机2 和第二起重机环境图像参数fig _起重机2 ，从第三起重机下位机（32）处调取第三起重机转台转角θ _起重机3 、第三起重机变幅角φ _起重机3 、第三起重机钢丝绳长度l _起重机3 和第三起重机环境图像参数fig _起重机3 ，从第四起重机下位机（42）调取第四起重机转台转角θ _起重机4 、第四起重机变幅角φ _起重机4 、第四起重机钢丝绳长度l _起重机4 和第四起重机环境图像参数fig _起重机4 ；

步骤四：网络运算监控服务器（1）根据载物箱坐标（X、Y、Z） _载物箱 ，并结合GPS导航和象预报信息，得到多起重机协同载运编队所处区域的地形、天气和路况信息，网络运算监控服务器（1）通过采集和处理上述数据，实时采取应对措施，如当GPS导航提示出现较恶劣地形或气象预报恶劣气候时，网络运算监控服务器（1）重新进行全局路径规划并及时向操作者发出预警信号，提前改变编队航线同时降低起重机行驶速度，减小起重机动作幅度等以保证安全载运；

步骤五：网络运算监控服务器（1）对载物箱下位机（3）反馈的起重机编队的俯视图像fig_航拍中的各台起重机俯视图像进行特征提取分析，得到起重机的实时位姿（P ₁、P ₂、P ₃、P ₄）；

步骤六：网络运算监控服务器（1）将步骤二中获得的起重机编队的俯视图像fig_航拍与步骤四中获得的第一起重机环境图像参数fig _起重机1 、第二起重机环境图像参数fig _起重机2 、第三起重机环境图像参数fig _起重机3 和第四起重机环境图像参数fig _起重机4 进行融合，并采用三维栅格法绘制多起重机协同载运编队的栅格环境地图；

步骤七：网络运算监控服务器（1）根据步骤六中得到的融合数据以及栅格环境地图进行局部路径规划，同时，结合步骤三中得到各起重机的转台转角、变幅角、钢丝绳长度信息以及步骤五得到的起重机的实时位姿（P ₁、P ₂、P ₃、P ₄），运用虚拟现实技术，在网络运算监控服务器（1）的可视化界面上实时显示多起重机协同载运编队的三维动态模型，同时，判断载物箱（5）是否处于水平状态并对其摆动进行预测，并向第一起重机下位机（12）、第二起重机下位机（22）、第三起重机下位机（32）、第四起重机下位机（42）下达微调指令，由对应的第一起重机控制系统（11）、第二起重机控制系统（21）、第三起重机控制系统（31）、第四起重机控制系统（41）做相应的机械吊运动作以实现姿态调整，同时保持队形整齐；

步骤八：当载运编队到达目的地点时，网络运算监控服务器（1）通过服务器网络通信模块（75）分别向第一起重机网络通信模块（71）、第二起重机网络通信模块（72）、第三起重机网络通信模块（73）和第四起重机网络通信模块（74）和载物箱网络通信模块（78）发送终止信号，四台起重机下位机和载物箱下位机接收到终止信号后结束协同载运。

4.如权利要求3所述的采用起重机协同载运的导航控制装置进行导航控制的方法，其特征在于，网络运算监控服务器（1）根据步骤七中起重机协同载运编队的栅格环境地图，判断前方路况为直行、障碍、转弯还是上下坡，从而进行局部路径规划对步骤一和步骤四规划的全局路径进行调整，选择最合适的路径，并通过改变起重机行驶方向和动作的方式应对具体的路况。

5.如权利要求3所述的采用起重机协同载运的导航控制装置进行导航控制的方法，其特征在于，网络运算监控服务器（1）根据步骤七中起重机协同载运编队的栅格环境地图和起重机的实时位姿（P ₁、P ₂、P ₃、P ₄），进行起重机队形的控制：网络运算监控服务器（1）将队形变换信号分别发送给第一起重机下位机（12）、第二起重机下位机（22）、第三起重机下位机（32）、第四起重机下位机（42），通过CAN总线将微调指令下传至对应的第一起重机控制系统（11）、第二起重机控制系统（21）、第三起重机控制系统（31）或第四起重机控制系统（41）进行具体的动作调整，通过改变起重机的位姿（P ₁、P ₂、P ₃、P ₄）改变协同载运编队的行进方向，行进过程中保持队形整齐。

6.如权利要求5所述的采用起重机协同载运的导航控制装置进行导航控制的方法，其特征在于，起重机的位姿（P ₁、P ₂、P ₃、P ₄）的控制方法是：第一起重机（10）与第二起重机（20）位于起重机队列的前排，第三起重机（30）和第四起重机（40）位于起重机队列的后排；第一起重机（10）与第二起重机（20）在行进过程中的间距保持不变且车头对齐；第三起重机（30）和第四起重机（40）在行进过程中的间距保持不变且车头对齐；第一起重机（10）与第二起重机（20）之间连线的中点为前排中点，第三起重机（30）和第四起重机（40）之间连线的中点为后排中点，在起重机队列的行进过程中，前排中点与后排中点之间的距离保持不变，降低上车的动作幅度，增加协同载运过程的稳定性。

7.如权利要求6所述的采用起重机协同载运的导航控制装置进行导航控制的方法，其特征在于，网络运算监控服务器（1）下传的微调指令为第一起重机转台转角θ _起重机1 、第一起重机变幅角φ _起重机1 、第一起重机钢丝绳长度l _起重机1 和第一起重机环境图像参数fig _起重机1 、第二起重机转台转角θ _起重机2 、第二起重机变幅角φ _起重机2 、第二起重机钢丝绳长度l _起重机2 、第二起重机环境图像参数fig _起重机2 、第三起重机转台转角θ _起重机3 、第三起重机变幅角φ _起重机3 、第三起重机钢丝绳长度l _起重机3 、第三起重机环境图像参数fig _起重机3 、第四起重机转台转角θ _起重机4 、第四起重机变幅角φ _起重机4 、第四起重机钢丝绳长度l _起重机4 、第四起重机环境图像参数fig _起重机4 的调整指令；通过改变起重机的上述动作参数，校正载物箱坐标（X、Y、Z） _载物箱 、载物箱姿态（α、β、γ） _载物箱 和载物箱运动方向 i _载物箱 ，使得起重机的前排中点与起重机的后排中点之间连线的中点在地面的投影同载物箱（5）重心在地面的投影相互重合，确保载物箱（5）保持水平，确保载物箱运动方向 i _载物箱 与起重机协同载运编队方向保持一致，使得载物箱（5）和重物的载荷均匀的分配到四台起重机上，提高协同载运的安全性。

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