CN108459543A - 一种起重机多点定位控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种起重机多点定位控制设备，包括读码单元组、L个编码单元组和起重机CPU，读码单元组通过数据线与起重机CPU连接；读码单元组包括M个光电传感器，读码单元组安装于起重机车体上，随起重机平移机构同步移动；编码单元组通过编码片的数量和安装位置定义一个唯一值，编码单元组固定于地面的指定位置，用来定位起重机的定位位置；当读码单元组和编码单元组匹配后，读码单元组读取匹配的编码单元组后的光信号，将光信号转化成电信号传输给起重机CPU，起重机CPU对所得的电信号进行组合运算得到数字信号，该数字信号与起重机CPU中预存的起重机的定位位置信号相同，则起重机即可确定该位置信号，用于进行定位等控制。

Description

一种起重机多点定位控制设备

技术领域

本发明涉及运行机械的定位控制技术领域，更具体地，涉及一种起重机多点定位控制设备。

背景技术

由于国家倡导节能减排、减员增效，所以，全国钢铁企业也纷纷上无人化项目。起重机行业如果要实现无人化，首要条件是实现起重机的三维定位。而目前在起重机的三维定位方面采用的传感器也是多种多样，但都不尽如人意，尤其表现在平移机构。

目前的平移定位传感器通常都采用编码器或激光测距来实现定位。用编码器实现定位主要存在误差大、数据漂移的问题，这是由于大车惯性大，在启动制动过程中存在车轮打滑的情况，而室外起重机在阴雨、冰雪天时更是严重，这时编码器测量误差加大、幅度增加，所以编码器测距定位通常都要配合定位限位来使用，无法独立完成测距定位功能，对于无人化起重机，需要在任意位置精确定位时将无法胜任。而激光测距可以避免编码器的测距弊端，起重机打滑不会对测距产生影响，精度也能得到保证，但是其最大的弊端是无法实现远距离测距，在测量距离大于100m时，激光测距成本将大幅度增加，在大于300m时激光测距就无法胜任了；另，在高粉尘环境、有遮挡的环境下，激光测距将无法使用，而在雨、雪、雾天气下，激光测距将基本失效，所以室外起重机基本就无法选择一款合适的测距定位传感器。

中国专利CN201610538683.5提出了《一种起重机平移位置定位自动测量设备》，该设备的读写头和编码尺需要平行安装，水平安装精度要求较高。由于整个起重机行程需要安装编码尺，故成本很高，而且编码尺周围距离80mm范围内不能存在铁磁材料，否则会影响测量精度，并且编码尺安装距离较长，对于用户后期检修非常麻烦。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种安装简便、成本低、检修方便且使用不受环境影响的起重机多点定位控制设备，用于起重机自动化定位的改造，完成起重机平移机构位移的准确稳定的定位控制。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种起重机多点定位控制设备，其特征在于，包括读码单元组、L个编码单元组和起重机CPU，所述读码单元组通过数据线与所述起重机CPU连接；

所述读码单元组包括M个光电传感器，所述读码单元组安装于起重机车体上，随起重机平移机构同步移动；

所述编码单元组包括M个编码片安装结构和N个编码片，所述编码片安装结构的数量和位置与所述光电传感器的数量和位置匹配，所述编码片为能够阻挡光电传感器的光柱的板片状固体，当光电传感器的光柱被所述编码片阻挡时，触发光电传感器输出信号，当光电传感器的光柱恢复时，光电传感器停止输出信号，所述编码片安装在所述编码片安装结构上，所述编码片的数量小于等于所述编码片安装结构的数量，所述L个编码单元组分别固定于起重机需要定位的不同定位位置处的地面上；其中，所述M、L和N皆为大于等于1的整数；

所述起重机CPU包括信号读取模块、存储模块和位置逻辑控制模块，所述信号读取模块用于读取光电传感器的信号，所述存储模块用于存储从光电传感器读取的信号和存储起重机需要依次定位的定位位置的数字信号，所述位置逻辑控制模块用于对所述信号读取模块读取的光电传感器的信号和光电传感器的位置信息进行组合运算得到代表起重机的定位位置的唯一值的数字信号，并将得到的数字信号和存储模块中存储的起重机需要依次定位的定位位置的数字信号比较，当两者匹配时，控制起重机进行定位制动。

进一步地，所述起重机CPU还包括信号有效性判断模块，所述信号有效性判断模块用于对从光电传感器读取的信号进行有效性判断，当每个光电传感器的信号的持续时间大于等于时间t，且经组合运算得到的当次代表起重机的定位位置的唯一值的数字信号和上一次定位制动时的代表起重机的定位位置的唯一值的数字信号的顺序，与起重机CPU中预存的起重机的定位位置的数字信号的顺序相同时，判断为有效信号；其中，所述时间t＝起重机最大车速/编码片宽度。

进一步地，还包括信号防抖动处理装置或所述起重机CPU还包括信号防抖动处理模块。

进一步地，所述光电传感器通过传感器安装附件固定于起重机车体上，所述传感器安装附件与起重机运动方向垂直，光电传感器依次并列分布于所述传感器安装附件上。

进一步地，所述编码片安装结构通过编码片安装附件固定于地面。

进一步地，当所述光电传感器的光柱被所述编码片阻挡50％时，光电传感器开始输出信号，当所述光电传感器的光柱被所述编码片阻挡小于50％时，光电传感器停止输出信号。

进一步地，所述光电传感器为对射型光电传感器。

进一步地，所述对射型光电传感器为U型光电开关，所述U型光电开关的U型槽开口部向下，所述U型光电开关的发射器和接收器分别位于U型槽的两边，所述编码片垂直于地面放置，且与所述U型光电开关的U型槽开口连线垂直。

进一步地，所述光电传感器的数量M与所述编码单元组的数量L之间的关系满足：2^(M-1)-1<L<2^M。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过读码单元与编码单元实现了起重机多点定位控制，读码单元由光电传感器组成，编码单元仅是不透明硬质片如普通铁片组成，有效防止灰尘、电磁等对检测的影响，降低了系统的设计要求，比如组网通讯等要求，以开关量的二进制组合简单有效地实现了对位置的检测，提高了起重机平移位置定位的可靠性和稳定性，大大降低了起重机自动化定位成本。

2、本发明的起重机CPU具有信号有效性判断模块，可以有效保证信号的准确性，进一步提高了起重机平移位置定位的可靠性和稳定性。

3、本发明还增加了传感器安装附件和编码片安装附件，使传感器和编码片的安装、定位和维修更方便。

综上所述，从上述技术方案的整体考虑，本发明的定位装置具有反应速度快、定位准确性高、抗干扰能力强、不受周边铁磁材料影响、可直接与逻辑电路和光电耦器连接、分辨率高、灵敏度高等优点。

附图说明

图1是本发明的一种起重机多点定位控制设备的示意图；

图2是本发明的一种起重机多点定位控制设备中的光电传感器的工作示意图；

图3是本发明的起重机多点定位控制设备中的编码单元组对定位位置的编码示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。

在以下本发明的具体实施方式中，请参阅图1，图1是本发明的一种起重机多点定位控制设备的示意图。如图1所示，一种起重机多点定位控制设备，包括读码单元组01、L个编码单元组02和起重机CPU 03，读码单元组01通过数据线与起重机CPU 03连接。

读码单元组01包括M个光电传感器011，光电传感器011可以通过直接固定或间接固定的方式固定于起重机车体上，使其能够随起重机平移机构04同步移动。在本实施例中，起重机的平移结构04(轨道轮)在轨道05上移动，光电传感器011通过传感器安装附件012起重机车体上。为了提高定位装置的响应速度，优选地，各光电传感器在与起重机运行方向垂直的方向上依次并列排列，使各光电传感器同时检测信号。传感器安装附件012的使用，还便于传感器的安装、维护和定位。

当然，光电传感器也可以分前后多排安装于起重机车体上，则编码片也分前后多排，此时，要求每排都至少有一个编码片，当检测时，需要待多排传感器都检测到信号时，认为信号有效。

编码单元组02包括M个编码片安装结构021和N个编码片022，编码片安装结构021的数量和位置与光电传感器011的数量和位置匹配。编码单元组02固定于地面的指定位置，用来定位起重机的定位位置，所述编码单元组02的个数等于起重机的定位位置的个数。

编码片022为能够阻挡光信号的板片状固体，安装在编码片安装结构021上，编码片022的数量小于等于编码片安装结构021的数量，编码片022的数量和位置组合可以得到一组二进制编码，此二进制编码为唯一值。在本实施例中，编码片安装结构021安装于编码片安装附件023上，且编码片安装结构021的位置和数量与传感器安装附件012上的光电传感器011的位置和数量相对应，编码片安装附件023固定于地面。编码片安装附件023的使用，便于安装、维护和定位。

光电传感器与编码片的作用机理为：当光电传感器011的光柱07被所述编码片阻挡时，触发光电传感器输出信号，当光电传感器的光柱恢复时，光电传感器停止输出信号。光电传感器的信号是被精准定位的编码片阻挡时才有效，其余石子等障碍物的瞬时遮挡而产生的信号为无效信号，为了更精准控制定位，需要严格控制光电传感器的信号输出与停止时机，优选地，当光电传感器的光柱被编码片阻挡50％时，光电传感器开始输出信号，当光电传感器的光柱被编码片阻挡小于50％时，光电传感器停止输出信号，通过严格控制信号的输出和终止，可以增加信号的准确度、一致性和抗干扰能力。

在本实施例中，光电传感器011为对射型光电传感器，优选地，为U型光电开关，U型光电开关的U型槽开口部向下。参阅图2，U型光电开关的发射器和接收器分别位于U型槽的两边，当接通电源时，在U型槽的两边之间形成光柱07。编码片022垂直于地面06放置，且与U型光电开关的U型槽开口连线垂直，即编码片022对应于光柱07的通道上。

优选地，U型光电开关为红外线感应光电开关。

起重机CPU包括信号读取模块、存储模块和位置逻辑控制模块，信号读取模块用于读取光电传感器输出的信号，存储模块用于存储从光电传感器读取的信号和存储起重机需要依次定位的定位位置的数字信号，位置逻辑控制模块用于对信号读取模块读取的光电传感器的信号和光电传感器的位置信息进行组合运算得到代表起重机的定位位置的唯一值的数字信号，并将得到的数字信号和存储模块中存储的起重机需要依次定位的定位位置的数字信号比较，当两者匹配时，控制起重机进行定位制动。

为了提高信号的准确性和抗干扰能力，起重机CPU还包括信号有效性判断模块，用于对从光电传感器读取的信号进行有效性判断。首先，光电传感器的信号是被精准定位的编码片阻挡时才有效，其余石子等障碍物的瞬时遮挡而产生的信号为无效信号，此时，信号的持续时间应大于等于起重机最大车速/编码片宽度，其次，由于起重机需要定位的多个定位位置时间上具有连续性，因此，经组合运算得到的当次代表起重机的定位位置的唯一值的数字信号和上一次定位制动时的代表起重机的定位位置的唯一值的数字信号的顺序，与起重机CPU中预存的起重机的定位位置的数字信号的顺序相同时，判断为有效信号。

进一步地，为了克服信号抖动造成的影响，降低起重机CPU的检测难度，缩短检测时间，提高响应速度，可以在光电传感器和起重机CPU之间增加信号防抖动处理装置，例如滤波器等，或者在起重机CPU中增加信号防抖动处理模块，在信号有效性判断之前通过信号的过滤等方式，进行信号的防抖动处理。

本发明的工作原理如下：

用编码片的数量和位置组合成一个唯一值的二进制编码，当光电传感器经过编码片时会检测到开关信号，起重机CPU将所接收到的开关信号进行运算处理，进行位置定位。本发明利用光电传感器与编码片的组合关系，为起重机进行多点定位，实现起重机自动化的改造。起重机定位位置的数量(等于编码单元组02的数量L)决定了光电传感器的数量，光电传感器的数量M满足以下关系：2^(M-1)-1<L<2^M。

一个传感器可以通过一个编码片定义一个定位位置，即一个编码片022安装于一个编码片安装结构021，当传感器与编码片相遇时，编码片阻断光柱07，光电传感器能检测到一个光信号。两个传感器对应2个编码片安装结构021，通过设置1～2个编码片可以定义三个定位位置。三个传感器可以通过1～3个编码片定义七个定位位置，以此类推，M个光电传感器可以通过1～M个编码片定义2^M-1个定位位置，因此光电传感器的数量取决于起重机定位位置数量的需求，根据起重机定位位置的不同需求灵活选择光电传感器的数量，相应的编码片数量也是随着定位位置的变化不同做出改变，保证定位位置的精准。

请参阅图3，本发明通过不同的编码单元组02实现对起重机平移机构的定位位置编码，该编码为二进制方式且唯一，读码单元组通过光电转换读取编码单元组的二进制码，且输出该二进制码用于位置检测，可以应用于起重机平移机构的位置定位和校准，从而控制起重机平移机构减速停止，输出的开关量(二进制码0或1)可以方便给起重机CPU或变频器等进行逻辑控制。在本实施例中，编码单元组02由六个编码片安装结构021组成，通过编码片的不同排列可以得到不同位置的编码，该编码为二进制方式且唯一，例如，位置A通过三个编码片022的排列得到二进制编码为“101001”，位置B通过三个编码片022的排列得到二进制编码为“010011”，位置C通过三个编码片的排列得到二进制编码为“101010”，位置D通过四个编码片的排列得到二进制编码为“110110”，位置E通过四个编码片的排列得到二进制编码为“011101”，位置F通过六个编码片的排列得到二进制编码为“111111”，当读码单元到达各位置(A、B、C、D、E、F)处，读码单元通过光电转换读取编码单元组的数值，该值为唯一值，当该值与起重机CPU中预存的数值相同时，起重机CPU发出制动指令，使起重机在定位位置处停止。

本发明的光电传感器固定安装于起重机平移机构车体上，平移机构可以是起重机大车行走机构，也可以是起重机小车行走机构，光电传感器随着平移机构移动而移动，与平移机构同步运行。编码片固定于平移机构轨道的一侧，编码片需按照起重机定位需求精准安装于所需定位位置处，当起重机上的光电传感器经过编码片固定位置，此时编码片阻断了光电传感器光轴，传感器接收到了指定的开关信号，同时起重机也到达了所需定位的固定位置。光电传感器由于数量的不同可以在安装附件上任意摆放，但为了与轨道上的编码片很好的衔接配合，摆放光电传感器时可以依次并排摆放，使光电传感器在同一水平线上，同时与光电传感器对应的编码片也是依次并排摆放在轨道一侧，只是不同定位位置处的编码片摆放数量及位置不同而已，光电传感器与编码片的布局没有过多限制，不局限于任何条件，只是为了安装与检修方便以此形式进行安装放置。

本发明对现有设备进行改造的方法如下：起重机自动化定位的改造，首先需要确定起重机定位需求，起重机在工作中需要在哪些固定位置停车作业，本发明先以起重机大车行走机构做以说明，当大车行走机构确定了它的固定停车作业位置，此时将大车停靠在需要定位停车的固定位置处，然后开始安装读码单元与编码单元，安装位置没有过多限制条件，只需要安装在检修方便的位置即可。本发明优先安装在轨道轮位置处，这样在检修轨道轮同时可以顺便检查读码单元组，当读码单元固定安装完毕后，开始在轨道上安装编码单元组，此时必须确保编码单元组可以完全阻挡读码单元组中的光电传感器，确保读码单元可以接收到指定的开关信号，该信号仅可定义一个位置，在起重机下一个定位位置处安装编码单元组时需要接收到下一个开关信号，编码单元组在轨道上的布局使用二进制法进行定位，当编码片阻挡了光电传感器光轴时，此时光电传感器接收到了开关信号“1”，否则正常没有阻挡时接收到的开关信号为“0”，利用二进制进行编码定位，且编码定位的二进制数据有且仅有一个，当大车行走机构在运行时光电传感器接收到了指定的二进制数据时，读码单元会将该二进制数据传送给起重机CPU，通过起重机CPU运算使大车机构精准停车完成自动化定位需求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种起重机多点定位控制设备，其特征在于，包括读码单元组、L个编码单元组和起重机CPU，所述读码单元组通过数据线与所述起重机CPU连接；

所述读码单元组包括M个光电传感器，所述读码单元组安装于起重机车体上，随起重机平移机构同步移动；

所述编码单元组包括M个编码片安装结构和N个编码片，所述编码片安装结构的数量和位置与所述光电传感器的数量和位置匹配，所述编码片为能够阻挡光电传感器的光柱的板片状固体，当光电传感器的光柱被所述编码片阻挡时，触发光电传感器输出信号，当光电传感器的光柱恢复时，光电传感器停止输出信号，所述编码片安装在所述编码片安装结构上，所述编码片的数量小于等于所述编码片安装结构的数量，所述L个编码单元组分别固定于起重机需要定位的不同定位位置处的地面上；其中，所述M、L和N皆为大于等于1的整数；

所述起重机CPU包括信号读取模块、存储模块和位置逻辑控制模块，所述信号读取模块用于读取光电传感器输出的信号，所述存储模块用于存储从光电传感器读取的信号和存储起重机需要依次定位的定位位置的数字信号，所述位置逻辑控制模块用于对所述信号读取模块读取的光电传感器的信号和光电传感器的位置信息进行组合运算得到代表起重机的定位位置的唯一值的数字信号，并将得到的数字信号和存储模块中存储的起重机需要依次定位的定位位置的数字信号比较，当两者匹配时，控制起重机进行定位制动。

2.根据权利要求1所述的起重机多点定位控制设备，其特征在于，所述起重机CPU还包括信号有效性判断模块，所述信号有效性判断模块用于对从光电传感器读取的信号进行有效性判断，当每个光电传感器的信号的持续时间大于等于时间t，且经组合运算得到的当次代表起重机的定位位置的唯一值的数字信号和上一次定位制动时的代表起重机的定位位置的唯一值的数字信号的顺序，与起重机CPU中预存的起重机的定位位置的数字信号的顺序相同时，判断为有效信号；其中，所述时间t＝起重机最大车速/编码片宽度。

3.根据权利要求1所述的起重机多点定位控制设备，其特征在于，还包括信号防抖动处理装置或所述起重机CPU还包括信号防抖动处理模块。

4.根据权利要求1所述的起重机多点定位控制设备，其特征在于，所述光电传感器通过传感器安装附件固定于起重机车体上，所述传感器安装附件与起重机运动方向垂直，光电传感器依次并列分布于所述传感器安装附件上。

5.根据权利要求1所述的起重机多点定位控制设备，其特征在于，所述编码片安装结构通过编码片安装附件固定于地面。

6.根据权利要求1所述的起重机多点定位控制设备，其特征在于，当所述光电传感器的光柱被所述编码片阻挡50％时，光电传感器开始输出信号，当所述光电传感器的光柱被所述编码片阻挡小于50％时，光电传感器停止输出信号。

7.根据权利要求1所述的起重机多点定位控制设备，其特征在于，所述光电传感器为对射型光电传感器。

8.根据权利要求7所述的起重机多点定位控制设备，其特征在于，所述对射型光电传感器为U型光电开关，所述U型光电开关的U型槽开口部向下，所述U型光电开关的发射器和接收器分别位于U型槽的两边，所述编码片垂直于地面放置，且与所述U型光电开关的U型槽开口连线垂直。

9.根据权利要求1所述的起重机多点定位控制设备，其特征在于，所述光电传感器的数量M与所述编码单元组的数量L之间的关系满足：2^(M-1)-1<L<2^M。