CN104909273B - 抓斗卸船机及其驱动方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种抓斗卸船机的驱动方法和装置，其中，用于驱动抓斗驱动机构的驱动方法包括：获取卸料位置和抓斗的起始位置；规划从抓斗的起始位置至卸料位置的移动轨迹；获取抓斗的摆长；根据抓斗的摆长和预设的抓斗移动速度计算抓斗起步的加速度；根据计算的加速度向抓斗驱动机构输出抓斗起步的加速度指令；根据规划的移动轨迹向抓斗驱动机构输出移动指令。实现了抓斗的自动移动的效果，从而降低了操作工的劳动强度，降低抓斗的摇摆。还公开了一种抓斗卸船机。

Description

抓斗卸船机及其驱动方法和装置

技术领域

本发明涉及卸船机领域，具体涉及一种抓斗卸船机及其驱动方法和装置。

背景技术

抓斗卸船机是一种应用在大型散料码头上的专用卸船设备。由于它具有对物料及船型的适应性强、故障率低、清舱量小等优点而被广泛用。例如，用抓斗卸船机的抓斗抓取由散装船输送的散装装货物(例如煤料)，而后抓斗在卷筒等的驱动下，移动至陆地侧的卸料位(例如煤斗)的上方，并打开抓斗以将抓斗抓取的货物释放至陆地侧的卸料位中，将该货物经由带式输送机或车辆搬送至目的地。

现有技术中，常需要经验丰富的操作工调整抓斗的升降、平动及其移动的速度，还需要调整起升绳索、开闭绳索的松紧度，并掌握抓斗开启的合适时机。在通过人工操作的过程中，如果操作不当或失误，如抓斗开闭绳索太松，容易造成抓斗漏料；若起升绳索太松，则抓斗的开闭卷筒单独受力过载，容易引起开闭卷筒的动力源损坏或开闭绳索的断裂而引发事故。人工操作不仅需要丰富的经验和操作技巧，并且在移动、开闭抓斗时需要操作工精神集中，劳动强度大。

此外，抓斗卸船机的工作环境复杂，容易引起磕碰，甚至撞向货船或码头上的人，引发事故。如何安全、可靠地驱动抓斗卸船机成为亟待解决的问题。

发明内容

为此，为实现抓斗卸船机的自动驱动，能够按照安全的路线搬运货物，本申请提供一种抓斗卸船机及其驱动方法和装置，以实现抓斗按照安全的路线移动。

根据第一方面，本发明提供一种用于驱动抓斗驱动机构的驱动方法，包括：

获取卸料位置和抓斗的起始位置；规划从抓斗的起始位置至卸料位置的移动轨迹；获取抓斗的摆长；根据抓斗的摆长和预设的抓斗移动速度计算抓斗起步的加速度；根据计算的加速度向抓斗驱动机构输出抓斗起步的加速度指令；根据规划的移动轨迹向抓斗驱动机构输出移动指令。

根据第二方面，本发明提供一种用于驱动抓斗驱动机构的驱动装置，包括：

位置获取模块，用于获取卸料位置和抓斗的起始位置；轨迹规划模块，用于规划从抓斗的起始位置至卸料位置的移动轨迹；摆长获取模块，用于获取抓斗的摆长；加速计算模块，用于根据抓斗的摆长和预设的抓斗移动速度计算抓斗起步的加速度；加速指令输出模块，用于根据计算的加速度向抓斗驱动机构输出抓斗起步的加速度指令；移动指令输出模块，用于根据规划的移动轨迹向抓斗驱动机构输出移动指令。

根据第三方面，本发明提供一种抓斗卸船机，包括：

抓斗；用于带动抓斗移动的小车；用于驱动抓斗和/或小车的抓斗驱动机构；和上述的驱动装置。

依据本发明的抓斗卸船机的驱动方法及装置，根据获取的卸料位置和抓斗的起始位置规划抓斗的移动轨迹，可通过抓斗驱动机构驱动抓斗按照规划的移动轨迹自动地从抓斗的起始位置移动至卸料位置，实现了抓斗的自动移动的效果，从而降低了操作工的劳动强度。通过获取抓斗的摆长来计算抓斗的起步加速度，由此可以给予抓斗以合适的起步加速，能够降低抓斗移动过程中的摇摆现象。

此外，根据获取的船舱边缘宽度值、抓斗作业的安全高度和/或接料板保护位置规划抓斗的移动轨迹，能够进一步降低抓斗与障碍物发生碰撞的概率，提高抓斗作业的安全性。

附图说明

图1为本实施例公开的一种抓斗卸船机整机结构示意图；

图2为本实施例公开的一种抓斗驱动机构的系统框图；

图3为本实施例公开的一种抓斗卸船机的驱动装置结构图；

图4为本实施例公开的一种抓斗卸船机的驱动方法流程图；

图5为本实施抓斗卸船机卸料过程一种示例示意图；

图6为本实施抓斗起步多次加速流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

请参考图1，为本实施例公开的一种抓斗卸船机整机结构示意图，包括：抓斗驱动机构D1、抓斗D3和运载抓斗D3的小车D2，小车D2用于带动抓斗D3移动，其中，抓斗D3通过起升绳索D4依次连接至小车D2和抓斗驱动机构D1中的起升卷筒；抓斗D3还通过开闭绳索D5依次连接至小车D2和抓斗驱动机构D1中的开闭卷筒。在具体实施例中，抓斗驱动机构D1中的起升卷筒通过卷绕/释放起升绳索D4来实现小车的移动，从而带动抓斗D3移动；抓斗驱动机构D1中的开闭卷筒通过卷绕/释放开闭绳索D5来实现抓斗D3的开启和闭合。

请参考图2，为本实施例抓斗驱动机构的系统框图，本实施例公开的抓斗驱动机构中，各卷筒优选采用独立的动力源来提供动力驱动。具体地，动力源包括：第一动力源410、第二动力源420、第三动力源430和第四动力源440，第一动力源410、第二动力源420、第三动力源430和第四动力源440分别连接至第一开闭卷筒110、第二开闭卷筒120、第一起升卷筒210和第二起升卷筒220，用于分别向各卷筒独立地提供动力。在具体实施例中，第一动力源410、第二动力源420、第三动力源430和第四动力源440与控制器300信号连接，控制器300向各动力源输出控制指令，以使动力源驱动相应的卷筒执行相应的作业动作。

本实施例的改进之处在于控制器300，请参考图3，为本实施例公开的一种用于驱动抓斗机构的驱动装置，包括：位置获取模块10、轨迹规划模块20、摆长获取模块60、加速计算模块70、加速指令输出模块80和移动指令输出模块30，其中，位置获取模块10用于获取卸料位置和抓斗的起始位置；轨迹规划模块20用于规划从抓斗的起始位置至卸料位置的移动轨迹；摆长获取模块60用于获取抓斗的摆长；加速计算模块70用于根据所述抓斗的摆长和预设的抓斗移动速度计算抓斗起步的加速度；加速指令输出模块80用于根据计算的加速度向抓斗驱动机构输出抓斗起步的加速度指令，以使抓斗驱动机构驱动小车和/或抓斗按照计算的加速度加速起步；移动指令输出模块30用于根据规划的移动轨迹向抓斗驱动机构输出移动指令，以使抓斗驱动机构驱动小车和/或抓斗按照规划的移动轨迹移动至卸料位置。

在优选的实施例中，位置获取模块10还用于获取船舱边缘宽度值、抓斗作业的安全高度和/或接料板保护位置；轨迹规划模块20还用于根据获取的船舱边缘宽度值、抓斗作业的安全高度和/或接料板保护位置规划抓斗的移动轨迹。具体地，根据船舱边缘宽度值规划抓斗在起始位置的水平移动距离；根据安全高度规划抓斗移动过程中的垂直高度；根据接料板保护位置规划抓斗的移动轨迹避开该保护位置。

为控制抓斗的卸料方式，在优选的实施例中，还包括抓斗位置获取模块41和卸料指令输出模块40，抓斗位置获取模块41用于获取抓斗的位置；卸料指令输出模块40用于当抓斗位置等于卸料位置时，向抓斗驱动机构输出卸料指令，以使抓斗驱动机构驱动开启抓斗完成卸料。

更进一步地，还包括卸料完成信号接收模块51和返回指令输出模块50，卸料完成信号接收模块51用于接收抓斗完成卸料作业的信号；返回指令输出模块50用于在抓斗完成卸料作业时，向抓斗驱动机构输出返回指令，以使抓斗驱动机构驱动抓斗按照规划的移动轨迹移动返回抓斗的起始位置。

基于上述实施例提供的用于驱动抓斗机构的驱动装置，本实施例还公开了一种用于驱动抓斗机构的驱动方法，请参考图4，为该驱动方法流程图，具体驱动过程包括如下步骤：

步骤S10，获取卸料位置和抓斗的起始位置。请参考图5，为本实施抓斗卸船机卸料过程示意图。抓斗D3在起升绳索D4和开闭绳索D5的牵引下，从船舱1移动至卸料位置4，并将抓取的货物卸载在该位置。本实施例中，需要获取抓斗D3的卸料位置4和抓斗D3的起始位置，在具体实施例中，卸料位置4通常位于陆侧，例如煤斗的中心位置；抓斗D3的起始位置通常位于海测，例如船舱1的储货区。

在优选的实施例中，还应获取船舱1边缘宽度值AB、抓斗作业的安全高度C和/或接料板6保护位置，具体地，可以获取船舱1边缘宽度值AB、抓斗作业的安全高度C和接料板6保护位置三个参数中的任意一个参数，或者该三个参数的任意组合。

步骤S20，规划从抓斗的起始位置至卸料位置的移动轨迹。一种实施例中，可先将抓斗D3从其起始位置提升，而后水平移动至卸料位置4；另一种实施例中，也可以在提升抓斗D3的同时水平向卸料位置4移动。请参考图5，粗实线x0-x1-x2为本实施例抓斗D3移动轨迹的一种示例，在具体实施例中，抓斗D3移动轨迹可根据路径最短原则规划，即抓斗D3从起始位置移动至卸料位置的位置最短；当然也应优选考虑到安全要素，即在抓斗D3移动的过程中，应确保其不碰触到其它障碍物/人。在具体实施例中，可采用常规的控制算法来规划路径，例如模糊控制、PID算法、神经网络等。

在优选的实施例中，当获取船舱1边缘宽度值AB、抓斗作业的安全高度C和/或接料板6保护位置时，还应将这些参数作为抓斗D3移动轨迹规划的参考要素，这些参数可以是这三者中的任意一个，也可以是这三者的任意组合。具体地，根据船舱1边缘宽度值AB规划抓斗在起始位置的水平移动距离，该距离不超过船舱1边缘宽度值AB，从而可以避免抓斗在起始位置移动至船舱1的外侧；根据抓斗作业的安全高度C规划抓斗移动过程中的垂直高度，从而能够确保抓斗安全作业，一方面能够避免碰到障碍物，另一方面也能够避免撞向在船舱的工作人员，提高安全性；根据接料板6保护位置规划抓斗的移动轨迹避开该保护位置，即抓斗的移动轨迹不经过该保护位置，从而能够避免抓斗与接料板6的碰撞。

步骤S30，根据规划的移动轨迹向抓斗驱动机构输出移动指令，以使抓斗驱动机构驱动小车和/或抓斗按照规划的移动轨迹移动至卸料位置。在根据步骤S20规划出的抓斗移动轨迹后，向抓斗驱动机构输出移动指令，触发驱动机构中的驱动单元(例如各卷筒)执行相应的运转，从而使得抓斗驱动机构驱动小车和/或抓斗按照规划的移动轨迹移动至卸料位置。需要说明的是，由于本实施例中，各卷筒采用独立的动力源提供动力，因此，各卷筒可以协同同步运转，也可以分别独立运转，进而能够更好地完成协调驱动的作业。

在优选的实施例中，在执行完步骤S30移动指令输出之后，抓斗卸船机的驱动方法还执行步骤包括：

步骤S41，获取抓斗的位置。在具体实施例中，可以通过采集传感器的信号来获取抓斗的位置，例如，采集设置在各卷筒中的编码器旋转的角度，继而转化得到抓斗的位置。当然，也可以通过小车移动的导轨上设置传感器，而后采集导轨上传感器的信号，也能获得抓斗的位置。

步骤S40，当抓斗的位置等于卸料位置时，向抓斗驱动机构输出卸料指令，以使抓斗驱动机构驱动开启抓斗完成卸料。需要说明的是，抓斗的位置等于卸料位置允许存在一定的误差，该误差可以根据经验确定。在一种实施例中，抓斗驱动机构开启抓斗的方式可以是静态的，即抓斗移动至卸料位置上方，保持抓斗静止不动，直接开启抓斗的萼瓣，使得物料在重力的作用下自由落体至卸料区域。在另一种实施例中，抓斗驱动机构开启抓斗的方式也可以是动态的，即抓斗移动至卸料位置上方，通过控制各卷筒的运转方向和运转速度大小，来抖动/甩动抓斗，从而使得抓斗卸料更彻底、更快速。

在抓斗卸料之后，还优选包括：

步骤S51，接收抓斗完成卸料作业的信号。在具体实施例中，完成卸料作业的信号可以通过按钮的方式触发给予，也可以通过定时器的方式中断触发给予。

步骤S50，向抓斗驱动机构输出返回抓斗的起始位置的指令。在抓斗完成卸料作业时，向抓斗驱动机构输出返回抓斗的起始位置的指令，以使抓斗驱动机构驱动抓斗按照规划的移动轨迹移动返回抓斗的起始位置。在具体实施例中，抓斗可以按照步骤S20规划的移动轨迹反向移动，从而使抓斗返回其初始位置。

由于抓斗是通过绳索牵引，因此，在其起步移动时，会出现摇摆的状况，为减小抓斗摇摆所带来的安全隐患，本实施例公开的驱动方法还包括：

步骤S60，获取抓斗的摆长。请参考图5，抓斗在起始位置起步时，由于绳索软质的属性，若小车水平移动，抓斗存在滞后移动的情况。由此导致了抓斗的前后摇摆现象，即单摆现象，在起始位置，抓斗的摆长l为抓斗至小车的绳索长度；当然，在抓斗移动的过程中，由于绳索被卷筒卷绕，抓斗的摆长l可能会发生变化，此时的摆长可以根据被卷筒卷绕绳索的长度来确定，具体地，可以通过采集卷筒中的角度传感器(例如编码器)获取各卷筒的运转的速度和被卷绕的绳索长度，继而可以实时获取抓斗的摆长l。

步骤S70，根据所述抓斗的摆长和预设的抓斗移动速度计算抓斗起步的加速度。在具体实施例中，可以基于获取的摆长l，并根据单摆原理实时计算抓斗的摇摆周期，而后依据预设的抓斗移动速度可调整给定抓斗移动的加速度和加速持续时间，以此来消除摇摆。

步骤S80，根据计算的加速度向抓斗驱动机构输出抓斗起步的加速度指令，以使抓斗驱动机构驱动小车和/或抓斗按照计算的加速度加速起步。

需要说明的是，在本实施例中，并不限制步骤S80和步骤S10的执行先后顺序。

需要说明的是，在优选的实施例中，计算抓斗起步的加速度时，应至少分两次加速，在加速指令输出步骤中，输出计算出的每次加速起止时间，以使小车和/或抓斗至少两次加速起步达到预设的抓斗移动速度。

具体地，输出计算出的每次加速起止时间包括：

优选地，每次输出的加速度大小相等，即向抓斗提供一次加速，保持匀速一段时间后，再次以相同的加速度对抓斗进行加速，而后在保持匀速，以此类推。在本实施例中，请参考图6，输出计算出的至少两次加速度中，当前次加速起止时间计算包括：

步骤S71，获取前一次加速后抓斗的移动速度，不妨设前一次为第N次，N为正整数，在第N次加速后抓斗的移动速度达到了V_N。在具体实施例中，可以通过采集传感器的信号来获取抓斗的移动速度，例如，采集设置在各卷筒中的编码器得到各卷筒旋转的角速度，继而转化得到抓斗的移动速度。当然，也可以通过小车移动的导轨上设置传感器，而后采集导轨上传感器的信号，也能获得抓斗的移动速度。

步骤S72，根据抓斗的摆长和前一次加速后抓斗的移动速度确定抓斗当前的摇摆周期。在具体实施例中，可以根据单摆原理来求得抓斗当前的摇摆周期T。

步骤S73，在前一次加速后的时输出当前次的加速度，从而开始对抓斗进行当前次的加速；而后，持续加速到时结束当前次的加速，其中，n为自然数，T为抓斗当前的摇摆周期。即在第N次加速后，抓斗的移动速度达到了V_N，而后抓斗保持该移动速度V_N运行了时长时，向抓斗输出当前次的加速度。由于在每次抓斗加速后，根据单摆原理，抓斗在时长时向前摆动到最大位置，而在此时向抓斗提供相同的加速度，并持续了T/2的时间加速，从而能够消除抓斗因前一次加速所出现的摇摆现象。

需要说明的是，输出的至少两次加速度，应优选为偶数次，由此，可以通过第偶数次的加速来消除由于其前一次加速所带来的摇摆现象。

本实施例公开的抓斗卸船机的驱动方法，由于根据获取的卸料位置和抓斗的起始位置规划抓斗的移动轨迹，可通过抓斗驱动机构驱动抓斗按照规划的移动轨迹自动地从抓斗的起始位置移动至卸料位置，实现了抓斗的自动移动的效果，从而降低了操作工的劳动强度，提高了抓斗卸船机作业的安全性。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (12)

1.一种用于驱动抓斗驱动机构的驱动方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取卸料位置和抓斗的起始位置；

规划从所述抓斗的起始位置至所述卸料位置的移动轨迹；

获取抓斗的摆长；

根据所述抓斗的摆长和预设的抓斗移动速度计算抓斗起步的加速度；

根据计算的加速度向抓斗驱动机构输出抓斗起步的加速度指令；

根据规划的移动轨迹向抓斗驱动机构输出移动指令。

2.如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于，

所述获取卸料位置和抓斗的起始位置的步骤之后，还包括：

获取船舱边缘宽度值、抓斗作业的安全高度和/或接料板保护位置；

所述规划从所述抓斗的起始位置至所述卸料位置的移动轨迹的步骤，还包括：

根据获取的船舱边缘宽度值、抓斗作业的安全高度和/或接料板保护位置规划抓斗的移动轨迹。

3.如权利要求2所述的驱动方法，其特征在于，所述根据获取的船舱边缘宽度值、抓斗作业的安全高度和/或接料板保护位置规划抓斗的移动轨迹包括：

根据所述船舱边缘宽度值规划抓斗在起始位置的水平移动距离；

根据所述安全高度规划抓斗移动过程中的垂直高度；

和/或，根据所述接料板保护位置规划抓斗的移动轨迹避开该保护位置。

4.如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于，在根据规划的移动轨迹输出移动指令的步骤之后，还包括：

获取抓斗的位置；

当抓斗的位置等于卸料位置时，向抓斗驱动机构输出卸料指令。

5.如权利要求4所述的驱动方法，其特征在于，所述向抓斗驱动机构输出卸料指令的步骤之后，还包括：

接收抓斗完成卸料作业的信号；

向抓斗驱动机构输出返回抓斗的起始位置的指令。

6.如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于，

在所述根据所述抓斗的摆长和预设的抓斗移动速度计算抓斗起步的加速度步骤中，至少分两次加速；

在所述根据计算的加速度向抓斗驱动机构输出抓斗起步的加速度指令步骤中，还包括：输出计算出的每次加速起止时间。

7.如权利要求6所述的驱动方法，其特征在于，

在所述输出计算出的每次加速起止时间中，当前次加速起止时间计算包括：

获取前一次加速后抓斗的移动速度；

根据抓斗的摆长和前一次加速后抓斗的移动速度确定抓斗当前的摇摆周期；

在前一次加速后的时开始输出当前次的加速度，并持续到时结束当前次的加速，其中，n为自然数，T为抓斗当前的摇摆周期。

8.如权利要求6或7所述的驱动方法，其特征在于，各次加速度的大小相等。

9.一种用于驱动抓斗机构的驱动装置，其特征在于，包括：

位置获取模块，用于获取卸料位置和抓斗的起始位置；

轨迹规划模块，用于规划从所述抓斗的起始位置至所述卸料位置的移动轨迹；

摆长获取模块，用于获取抓斗的摆长；

加速计算模块，用于根据所述抓斗的摆长和预设的抓斗移动速度计算抓斗起步的加速度；

加速指令输出模块，用于根据计算的加速度向抓斗驱动机构输出抓斗起步的加速度指令；

移动指令输出模块，用于根据规划的移动轨迹向抓斗驱动机构输出移动指令。

10.如权利要求9所述的驱动装置，其特征在于，还包括：

抓斗位置获取模块，用于获取抓斗的位置；

卸料指令输出模块，用于当抓斗位置等于卸料位置时，向抓斗驱动机构输出卸料指令。

11.如权利要求10所述的驱动装置，其特征在于，还包括：

卸料完成信号接收模块，用于接收抓斗完成卸料作业的信号；

返回指令输出模块，用于在抓斗完成卸料作业时，向抓斗驱动机构输出返回抓斗的起始位置的指令。

12.一种抓斗卸船机，其特征在于，包括：

抓斗；

用于带动抓斗移动的小车；

用于驱动抓斗和/或小车的抓斗驱动机构；

和如权利要求9-11任意一项所述的驱动装置。