CN105480848A - 一种港口吊车起重系统及其堆垛方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及港口机械领域，公开了一种港口吊车起重系统及其堆垛方法。本发明中，港口吊车起重系统包含吊具、用于起吊该吊具的N个吊绳以及L个测距传感器。垂直朝下安装于吊具的底部周边的L个测距传感器将实时检测的距离值发送给港口吊车的控制器；控制器判断L个测距传感器检测到的距离值是否发生跳变；当检测到的距离值是否发生跳变时，控制器根据L个测距传感器检测到的距离值识别出下方集装箱的边缘位置；控制器根据识别到的边缘位置，进行堆垛校准。通过本发明的实施方式无需人为就可以实现高精度堆垛，还可以提高港口堆垛的安全系数，减少事故以及经济损失。

Description

一种港口吊车起重系统及其堆垛方法

技术领域

本发明涉及港口机械领域，特别涉及一种港口吊车起重系统及其堆垛方法。

背景技术

随着经济的发展，港口吞吐量的增加，起重机堆垛的效率与安全越来越受到人们的重视。

目前，起重机进行堆垛需要驾驶员待在驾驶仓内，从高空瞄准集装箱堆垛地点，然后手动操作，此方式对驾驶员的视力、经验要求较高。若驾驶员操作不熟练或者视力不合格或者长时间疲劳驾驶都会无法连续、长时间的进行准确度较高的堆垛。而且，一旦发生失误，就很有可能造成集装箱不稳滚落，不仅造成不必要的经济损失，还很可能砸伤现场人员。另外，原来的手动操作，每台机器需一个人，效率较低，资源浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种港口吊车起重系统及其堆垛方法，使得无需人为操作就可以实现高精度堆垛，还可以提高港口堆垛的安全系数，从而减少事故以及经济损失。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种港口吊车起重系统，包含吊具、用于起吊该吊具的N个吊绳；还包含：L个测距传感器。所述L个测距传感器垂直朝下安装于所述吊具的底部周边；控制器，与所述L个测距传感器通信连接，用于接收各测距传感器检测到的信号，并根据各测距传感器检测到的信号生成驱动信号；滚筒控制机构，与所述控制器通信连接，用于根据所述驱动信号控制所述吊绳的收放；其中，所述L和所述N均为大于1的自然数。

本发明的实施方式还提供了一种港口吊车的堆垛方法，包含以下步骤：垂直朝下安装于吊具的底部周边的L个测距传感器将实时检测的距离值发送给所述港口吊车的控制器；所述控制器判断所述L个测距传感器检测到的距离值是否发生跳变；当所述检测到的距离值是否发生跳变时，所述控制器根据所述L个测距传感器检测到的距离值识别出下方集装箱的边缘位置；所述控制器根据识别到的所述边缘位置，进行堆垛校准。

本发明实施方式相对于现有技术而言，由于本发明实施方式中港口吊车起重系统还包含垂直朝下安装于吊具底部周边的L个测距传感器，从而可以将实时监测的距离值发送给港口吊车的控制器，使控制器可以判断测距传感器检测到距离值是否发生跳变，若发生跳变，控制器可以根据上述距离值识别出下方集装箱的边缘位置，然后根据边缘位置进行堆垛校准，从而使得无需人为操作就可以实现高精度堆垛，还可以提高港口堆垛的安全系数，从而减少事故以及经济损失。

另外，所述测距传感器为激光测距传感器。采用激光测距传感器具有误差小、响应速度快、测量距离远的优点。

另外，每个所述测距传感器的安装位置与所述吊具的顶角的最近距离，小于预设门限。上述结构可以大大提高港口堆垛的精准度。

另外，所述预设门限为所述吊具的长度的四分之一。进一步减小测量误差，提高港口堆垛的精准度。

另外，所述滚筒控制机构的个数和吊绳的个数均为N个，所述N个滚筒控制机构与所述N个吊绳一一对应，所述滚筒控制机构用于控制相应吊绳的收放，所述N为大于1的自然数。上述结构可以使吊绳控制吊具在六个自由度上都能移动，大大提高吊具的灵活性。

另外，所述滚筒控制机构包含：滚筒、同步电机和伺服驱动器；所述同步电机设置于所述滚筒上，所述伺服驱动器与所述同步电机连接；所述伺服驱动器用于驱动所述电机。同步电机主要作为电动机运行，且电流和转矩成正比。伺服驱动器通过检测输出给同步电机的电流，获得转矩，具有位置精准度高，响应快的优点，而且通过上述结构能够完善港口吊车起重系统的结构。

另外，所述滚筒控制机构包含：滚筒、异步电机、编码器和伺服驱动器；所述异步电机安装于所述滚筒上，所述编码器安装于所述异步电机上；所述伺服驱动器与所述异步电机连接；所述伺服驱动器用于驱动所述电机。异步电机将机电能量转换为机械能量，编码器可以计算出吊绳的收放距离，从而保证吊绳处于水平位置；而且通过上述结构能够完善港口吊车起重系统的结构。

另外，所述N为8。八绳吊具是当前应用范围最广的防摇装置，采用八绳有利于本发明的推广。

另外，港口吊车的堆垛方法还包含以下步骤：所述控制器在判断所述L个测距传感器检测到的距离值是否发生跳变前，根据检测到的距离值进行地标位置的检测；所述控制器根据对所述地标位置的检测结果，识别箱区和箱位。该步骤能防止控制器将箱区和箱位误判，进一步提高港口堆垛的精准度。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式港口吊车起重系统的结构示意图；

图2是根据本发明第二实施方式港口吊车起重系统的结构示意图；

图3是根据本发明第二实施方式滚筒控制机构的一种方框示意图；

图4是根据本发明第二实施方式滚筒控制机构的另一种方框示意图；

图5是根据本发明第三实施方式港口吊车的堆垛方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种港口吊车起重系统。如图1所示，包含吊具1、用于起吊该吊具的N个吊绳2；还包含：L个测距传感器3。其中，L个测距传感器3垂直朝下安装于吊具1的底部周边；吊绳2一端固定于吊具1，另一端缠绕于滚筒控制机构4，用于起吊吊具1；控制器与L个测距传感器3通信连接，用于接收各测距传感器检测到的信号，并根据各测距传感器检测到的信号生生驱动信号；滚筒控制机构4与控制器通信连接，滚筒控制机构4用于根据驱动信号控制吊绳2的收放。并且，L与N均为大于1的自然数。

具体而言，在本实施方式中，测距传感器可以采用激光测距传感器。N可以为8，L可以为4，即该港口吊车起重系统包含：吊具、8个吊绳以及4个激光测距传感器。在起重过程中，垂直朝下安装于吊具底部周边的4个激光测距传感器发射激光光线，激光光线沿直线传播遇到障碍物(地面或者集装箱)经反射原路返回，激光测距传感器接收反射激光光线，通过计算发射激光光线到接收激光光线的时间差，然后根据时间×光速，可以测出吊具到障碍物(地面或者集装箱)的距离值，激光测距传感器将实时检测的距离值发送给港口吊车的控制器。控制器判断4个激光测距传感器检测到的距离值是否发生跳变，若检测到的距离值没有发生跳变，那么吊具还未到集装箱的边缘位置。若检测到的距离值发生跳变，那么控制器根据4个激光测距传感器检测到的距离值识别出下方集装箱的边缘位置，然后根据该边缘位置进行堆垛校准。比如说：吊具挂载集装箱M向目标集装箱N移动并要落在上面，4个激光测距传感器在上刻检测到的距离值为2米，M向N的方向移动过程中，在下刻激光测距传感器A、B检测到的距离值为1.5米，激光测距传感器C、D检测到的距离值为2米，当M刚好掠过N时，A、B距离值突变为2米，那么控制器就可以判断距离值发生跳变，识别出吊具对应于激光传感器A、B的一侧已进入下方集装箱的边缘位置，然后根据该边缘位置进行校准，也就是说待4个激光传感器检测到距离下方集装箱边缘位置的距离值第二次均为2米时，校准完成。控制器控制各滚筒控制机构，放下吊绳，使吊具向下移动直至放到下方集装箱上为止。

另外，由于大车所处位置的箱区和小车所处位置的箱位都有地标，且地标高度不同，所以控制器可以根据测距传感器检测到的吊具到地标的距离值识别箱区和箱位。比如：箱区地标高1米，箱位地标高1.5米，吊具到地面的高度为5米，那么当吊具经过箱区地标时，测距传感器可以检测到吊具到箱区地标的距离值，为4米，从而可以识别出箱区，同理可以测出吊具到箱位地标的距离值为3.5米，从而可以识别出箱位。此步骤能防止控制器误判，将集装箱放错地方，从而可以进一步提高港口堆垛的精准度。

通过本实施方式，不仅无需人为操作就可以实现高精度堆垛，从而提高港口堆垛的安全系数，减少事故以及经济损失。

本发明的第二实施方式涉及一种港口吊车起重系统。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要改进之处在于：如图2所示，在本发明第二实施方式中，滚筒控制机构的个数和吊绳的个数均为N个，N个滚筒控制机构与N个吊绳一一对应。滚筒控制机构用于控制相应吊绳的收放，N为大于1的自然数。由于滚筒控制机构与吊绳一一对应，所以控制器可以通过控制滚筒控制机构，控制与滚筒控制机构相对应的吊绳，从而实现吊具在六个自由度上的移动来调整校准，而第一实施方式需要外加推杆结构才可以调整校准。

在本实施方式中，还可以通过测距传感器判断吊具是否存在非水平现象。具体而言，如图2所示，L采用4，即有4个测距传感器，且分别安装在吊具的四个边角。在起重过程中，测距传感器发射光线，光线沿直线传播遇到障碍物(地面或者集装箱)经反射原路返回，测距传感器接收反射光线，通过计算发射光线到接收光线的时间差，然后根据时间×光速，可以测出吊具到障碍物(地面或者集装箱)的距离。控制器根据测距传感器测量出的距离是否相同判断吊具是否存在非水平现象，若测距传感器测量出的距离相同，那么吊具不存在非水平现象，若测距传感器测量出的距离不相同，那么吊具存在非水平现象。比如，测距传感器A、D同侧的吊绳为吊绳A、B、C、D，测距传感器E、H同侧的吊绳为吊绳E、F、G、H，测距传感器A、D测出的距离为1米，测距传感器E、H测出的距离为1.1米，那么控制器可以通过调整绳长，调整吊具至水平位置。从而能保证吊具处于水平状态，防止集装箱脱落，从而提高起重过程中的安全系数。

较佳的，每个测距传感器的安装位置与吊具的顶角的最近距离，小于预设门限；预设门限可以为吊具的长度的四分之一。测距传感器尽量安装在小于吊具长度四分之一的地方，这是因为当存在非水平现象时，越是离吊具中心位置远的位置，偏移幅度也就越大，测距传感器可以更为精准的判断是否存在非水平现象，从而可以大大提高港口堆垛的精准度。

也可以利用通过测量滚筒控制机构的转矩判断是否存在非水平现象。如图3所示，滚筒控制机构包含：滚筒、同步电机和伺服驱动器；同步电机设置于滚筒上，伺服驱动器与同步电机连接；伺服驱动器用于驱动同步电机。该滚筒控制机构由于采用的是同步电机，所以输出给电机的电流和转矩成正比，也就是说控制器根据输出给各滚筒控制机构的电流可以测量出该滚筒控制机构的转矩的大小，从而根据判断检测到的各滚筒控制机构的转矩是否相同，判断N个吊绳的吊具是否存在非水平现象，若检测到各滚筒控制机构的转矩相同，那么，该吊具不存在非水平现象即处于水平位置，继续起重工作；若检测到各滚筒控制机构的转矩不相同，那么控制器控制各滚筒控制机构将吊具调整至水平位置，然后继续起重工作。

当然，空载吊具调水平后，还可以利用测量吊绳的收放距离判断是否存在非水平现象。如图4所示，滚筒控制机构包含：滚筒、异步电机、编码器和伺服驱动器。其中，异步电机安装于滚筒上，编码器安装于异步电机上；伺服驱动器与异步电机连接；伺服驱动器用于驱动电机。具体而言，编码器实时计算吊绳的收放距离，发送信号至控制器，控制器通过编码器计算出的吊绳的收放距离判断吊具是否存在非水平现象。若各吊绳的收放距离相同，那么该吊具不存在非水平现象即处于水平位置，继续起重工作；若各吊绳的收放距离不同，那么控制器通过控制各滚筒控制机构将吊具调整至水平位置，从而提高起重过程中的安全系数。

值得一提的是，由于吊绳的塑性变形不一致，安装在电机上的减速箱会有磨损，滚筒也可能会有磨损，因此随着使用时间的增长，吊绳的收发距离会不一致，在现有技术下，无法调整滚筒以及吊绳的长度，但是本发明的实施方式可以通过找水平的方式消除因绳子的塑性变形或安装问题产生的误差。例如：可以通过控制器检测各滚筒控制机构的转矩，判断吊具是否处于水平位置。也可以通过调整对应于收发不一致吊绳的减速器的减速比，比如，以前对应于某吊绳的滚筒转1圈，电机转10圈，现在调整为该滚筒转1圈，电机转11圈。还可以通过测距传感器来判断吊具是否水平。测距传感器通过检测吊具至障碍物的距离，判断空吊具移动后，是否还保持水平。

通过本实施方式，不仅可以使本发明的实施方式更加灵活多变，还可以防止堆垛过程中吊具非水平，从而进一步提高安全系数。

本发明第三实施方式涉及一种港口吊车的堆垛方法，具体流程如图5所示。

步骤501，L个测距传感器将实时检测的距离值发送给控制器。

具体的说，垂直朝下安装于吊具底部周边的L个测距传感器发射光线，光线沿直线传播遇到障碍物(地面或者集装箱)经反射原路返回，测距传感器接收反射光线，通过计算发射光线到接收光线的时间差，然后根据时间×光速，可以测出吊具到障碍物(地面或者集装箱)的距离值。测距传感器将实时检测的距离值发送给港口吊车的控制器，然后进入步骤502。

步骤502，控制器判断L个测距传感器检测到的距离值是否发生跳变。

具体的说，控制器接收到步骤501测出的距离值，然后判断L个测距传感器检测到的距离值是否发生跳变，若检测到的距离值没有发生跳变，那么吊具还未到集装箱的边缘位置，返回步骤501；若检测到的距离值发生跳变，那么进入步骤503。比如说：4个激光测距传感器在上刻检测到的距离值为2米，在下刻激光测距传感器A、B检测到的距离值为1.5米，激光测距传感器C、D检测到的距离值为2米，那么在移动集装箱并堆垛时，控制器判断距离值第二次发生跳变，进入步骤503。

步骤503，控制器根据L个测距传感器检测到的距离值识别出下方集装箱的边缘位置。

具体的说，在步骤502判断距离值发生跳变后，控制器根据L个测距传感器检测到的距离值识别出下方集装箱的边缘位置。比如：测距传感器A、B检测到的距离值为1.5米，测距传感器C、D检测到的距离值为2米，若吊具离地高度为2米，那么当A、B侧突变为2米时，就可以识别出吊具对应于测距传感器A、B的一侧已进入下方集装箱的边缘位置，下方集装箱的边缘位置距离吊具1.5米。进入步骤504。

步骤504，控制器根据识别到的边缘位置，进行堆垛校准。

具体而言，控制器根据步骤503识别出的边缘位置，进行堆垛校准，待L个测距传感器检测到的距离值由不等于变为等于地面与吊具的距离值，校准完成，控制器控制各滚筒控制机构，放下吊绳，使吊具向下移动直至放到下方集装箱上为止。比如：下方集装箱的边缘位置距离吊具1.5米，距离地面为2米，那么待L个激光传感器检测到距离下方集装箱边缘位置的距离值再次均为2米时，校准完成。

较佳的，在步骤501之后，步骤502之前，控制器还可以根据检测到的距离值进行地标位置的检测，控制器根据对地标位置的检测结果，识别箱区和箱位。具体而言，由于大车所处位置的箱区和小车所处位置的箱位都有地标，且地标高度不同，所以控制器可以根据测距传感器检测到的吊具到地标的距离值识别箱区和箱位。比如：箱区地标高1米，箱位地标高1.5米，吊具到地面的高度为5米，那么当吊具经过箱区地标时，测距传感器可以检测到吊具到箱区地标的距离值，为4米，从而可以识别出箱区，同理可以测出吊具到箱位地标的距离值为3.5米，从而可以识别出箱位。此步骤能防止控制器误判，将集装箱放错地方，从而可以进一步提高港口堆垛的精准度。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的方法实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种港口吊车起重系统，包含吊具、用于起吊该吊具的N个吊绳，其特征在于，还包含：L个测距传感器；

所述L个测距传感器垂直朝下安装于所述吊具的底部周边；

控制器，与所述L个测距传感器通信连接，用于接收各测距传感器检测到的信号，并根据各测距传感器检测到的信号生成驱动信号；

滚筒控制机构，与所述控制器通信连接，用于根据所述驱动信号控制所述吊绳的收放；

其中，所述L和所述N均为大于1的自然数。

2.根据权利要求1所述的港口吊车起重系统，其特征在于，所述测距传感器为激光测距传感器。

3.根据权利要求1所述的港口吊车起重系统，其特征在于，每个所述测距传感器的安装位置与所述吊具的顶角的最近距离，小于预设门限。

4.根据权利要求3所述的港口吊车起重系统，其特征在于，所述预设门限为所述吊具的长度的四分之一。

5.根据权利要求1所述的港口吊车起重系统，其特征在于，所述滚筒控制机构的个数和吊绳的个数均为N个，所述N个滚筒控制机构与所述N个吊绳一一对应，所述滚筒控制机构用于控制相应吊绳的收放，所述N为大于1的自然数。

6.根据权利要求5所述的港口吊车起重系统，其特征在于，所述滚筒控制机构包含：滚筒、同步电机和伺服驱动器；

所述同步电机设置于所述滚筒上，所述伺服驱动器与所述同步电机连接；所述伺服驱动器用于驱动所述电机。

7.根据权利要求5所述的港口吊车起重系统，其特征在于，所述滚筒控制机构包含：滚筒、异步电机、编码器和伺服驱动器；

所述异步电机安装于所述滚筒上，所述编码器安装于所述异步电机上；

所述伺服驱动器与所述异步电机连接；所述伺服驱动器用于驱动所述电机。

8.根据权利要求5所述的港口吊车起重系统，其特征在于，所述N为8。

9.一种港口吊车的堆垛方法，其特征在于，包含以下步骤：

垂直朝下安装于吊具的底部周边的L个测距传感器将实时检测的距离值发送给所述港口吊车的控制器；

所述控制器判断所述L个测距传感器检测到的距离值是否发生跳变；

当所述检测到的距离值是否发生跳变时，所述控制器根据所述L个测距传感器检测到的距离值识别出下方集装箱的边缘位置；

所述控制器根据识别到的所述边缘位置，进行堆垛校准。

10.根据权利要求9所述的港口吊车的堆垛方法，其特征在于，还包含以下步骤：

所述控制器在判断所述L个测距传感器检测到的距离值是否发生跳变前，根据检测到的距离值进行地标位置的检测；

所述控制器根据对所述地标位置的检测结果，识别箱区和箱位。