CN110510521A - 自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测方法、装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动化集装箱码头轨道吊吊具检测方法、装置和系统，采用陀螺仪和加速度传感器获取轨道吊吊具的角速度和加速度计算得知轨道吊吊具在提升过程中的旋转角度和倾斜角度，根据旋转角度和倾斜角度判断轨道吊吊具的姿态，也即判断了轨道吊吊具抓取的集装箱的姿态，若集装箱与集卡托盘存在锁销未打开或锁销损坏的情况，导致轨道吊吊具单角倾斜或单侧倾斜，则轨道吊吊具会发生旋转和/或倾斜，产生姿态异常，基于此，在姿态异常时发出提示信息，以使得轨道吊吊具控制模块控制轨道吊吊具停止工作，避免轨道吊吊具继续提升集装箱，从而避免集卡被一起吊起的情况发生，解决现有轨道吊收/发箱作业中存在安全隐患的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于自动化码头技术领域，具体地说，是涉及一种自动化集装箱码头吊具姿态检测方法、装置和系统。
背景技术
自动化集装箱码头轨道吊在陆侧交互区与集卡进行集装箱装卸作业时，需要对收/发箱作业进行实时安全检测。当轨道吊吊取集卡车托盘上的集装箱时，由于存在集卡司机未将托盘上的锁销打开、或者锁销损坏等情况，在轨道吊起吊集装箱时会造成集装箱挂连集卡车托盘后，将集卡一起吊起的情况，给装卸生产造成安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测方法、装置和系统，解决现有轨道吊收/发箱作业中存在安全隐患的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
提出一种自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测方法，包括：获取陀螺仪的角速度数据；获取加速度传感器的加速度数据；基于所述角速度数据和所述加速度数据计算轨道吊吊具的旋转角度和倾斜角度；基于所述旋转角度和所述倾斜角度判断轨道吊吊具的姿态，在姿态异常时发出提示信息。
进一步的，基于所述旋转角度和所述倾斜角度判断轨道吊吊具的姿态，具体包括：在所述旋转角度大于第一预设旋转角度，且倾斜角度大于预设倾斜角度时，所述轨道吊吊具发生单角倾斜。
进一步的，基于所述旋转角度和所述倾斜角度判断轨道吊吊具的姿态，具体包括：在所述旋转角度小于第二预设旋转角度，且倾斜角度大于所述预设倾斜角度时，所述轨道吊吊具发生单侧倾斜。
进一步的，所述方法还包括：检测所述轨道吊吊具的状态；在所述轨道吊吊具开始上升后的预设距离范围内，基于所述旋转角度和所述倾斜角度判断轨道吊吊具的姿态，并在姿态异常时发出提示信息。
提出一种自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测装置，包括：陀螺仪，安装于轨道吊吊具上，用于检测轨道吊吊具的角速度数据；加速度传感器，安装于轨道吊吊具上，用于检测轨道吊吊具的角速度数据；姿态判断器，用于获取并基于所述角速度数据和所述加速度数据计算轨道吊吊具的旋转角度和倾斜角度；以及，基于所述旋转角度和所述倾斜角度判断轨道吊吊具的姿态；报警模块，用于在姿态异常时发出提示信息。
进一步的，所述姿态判断器包括：单角倾斜姿态判断单元，用于在所述旋转角度大于第一预设旋转角度，且倾斜角度大于预设倾斜角度时，判断所述轨道吊吊具发生单角倾斜。
进一步的，所述姿态判断器包括：单侧倾斜姿态判断单元，用于在所述旋转角度小于第二预设旋转角度，且倾斜角度大于所述预设倾斜角度时，判断所述轨道吊吊具发生单侧倾斜。
进一步的，所述装置还包括：轨道吊吊具状态检测器，用于检测所述轨道吊吊具的状态；姿态判断限定模块，用于限定所述姿态判断器在所述轨道吊吊具开始上升后的预设距离范围内工作。
提出一种自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测系统，包括轨道吊吊具控制模块，用于控制轨道吊吊具；还包括上述的自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测装置；所述提示信息发送给所述轨道吊吊具控制模块，以使得所述轨道吊吊具控制模块基于所述提示信息控制轨道吊吊具停止工作。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明提出的自动化集装箱码头轨道吊吊具检测方法、装置和系统，采用陀螺仪和加速度传感器获取轨道吊吊具的角速度和加速度，从而计算得知轨道吊吊具在提升过程中的旋转角度和倾斜角度，进而根据旋转角度和倾斜角度判断轨道吊吊具的姿态，也即判断了轨道吊吊具抓取的集装箱的姿态，若集装箱与集卡托盘存在锁销未打开或锁销损坏的情况，导致轨道吊吊具单角倾斜或单侧倾斜，则轨道吊吊具会发生旋转和/或倾斜，产生姿态异常，则基于此，在姿态异常时，发出提示信息，以使得轨道吊吊具控制模块控制轨道吊吊具停止工作，避免轨道吊吊具继续提升集装箱，从而避免集卡被一起吊起的情况发生，解决现有轨道吊收/发箱作业中存在安全隐患的技术问题。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1 为本发明提出的自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测方法的流程图；
图2为本发明提出的自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测装置的装置架构图；
图3为本发明实施例中集装箱方向定义作坐标系示意图；
图4为本发明提出的自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测系统的架构图。
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详细的说明。
本发明提出的自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤S11：获取陀螺仪的角速度数据。
陀螺仪安装于轨道吊吊具上，优选其中心位置上，以轨道吊吊具中心为原点，小车方向为X轴，大车方向为Y轴，起升方向为Z轴。吊具静止时，陀螺仪X、Y、Z轴与吊具X、Y、Z轴重合；用于获取轨道吊吊具吊起集装箱后的角速度信息。
步骤S12：获取加速度传感器的加速度数据。
加速度传感器安装于轨道吊吊具上，优选其中心位置上，以轨道吊吊具中心为原点，小车方向为X轴，大车方向为Y轴，起升方向为Z轴。吊具静止时，加速度传感器X、Y、Z轴与吊具X、Y、Z轴重合；用于获取轨道吊吊具吊起集装箱后的加速度信息。
步骤S11与步骤S12不限定执行顺序。
步骤S13：基于角速度数据和加速度数据计算轨道吊吊具的旋转角度和倾斜角度。
MEMS陀螺仪通常有两个方向的可移动电容板，径向的电容板加震电压迫使物体作径向运动，横向的电容板测量由于横向科里奥利运动带来的电容变化；因为科里奥利力正比与角速度，所以由电容的变化可以计算出角速度。MEMS陀螺仪利用科里奥利力原理，将旋转物体的角速度转换成与角速度成正比的直流电压信号。
加速度传感器本质上时是一个振荡系统，可以用来测量载体的运动加速度；MEMS类加速度计的工作原理是当加速度计连同载体一起作加速运动时，质量块就受到惯性力的作用向相反的方向运动；质量块发生的位移受到弹簧和阻尼器的限制，通过输出电压就能测得外界的加速度大小和方向，通过加速度方向就能获知载体的倾斜方向以及角度。
通过得到的角速度来描述旋转运动，通过得到的加速度来描述直线运动。
步骤S14：基于旋转角度和倾斜角度判断轨道吊吊具的姿态。
在旋转角度大于第一预设旋转角度ω01，且倾斜角度大于预设倾斜角度α时，判断轨道吊吊具发生单角倾斜。
在旋转角度小于第二预设旋转角度ω02，且倾斜角度大于预设倾斜角度α时，判断轨道吊吊具发生单侧倾斜。
下面以几个具体实施例对轨道吊吊具姿态的判断做出详细说明。
如图3所示的实施例中，以集装箱顶部的中心位置为圆心o，以轨道吊小车运动方向为X轴，大车运行方向为Y 轴，以轨道吊吊具吊起方向，也即集装箱吊起方向为Z轴建立坐标系，并定义集装箱a、b两角朝向的为陆侧，c、d两角朝向的为海侧，a、d两角朝向的为近轨道侧，b、c两角朝向的为远轨道侧，则a角定义为近轨道陆侧，b角为远轨道陆侧，c角定义为远轨道海侧，d角定义为近轨道海侧。
实施例一
检测轨道吊吊具的状态，在轨道吊吊具从集卡托盘上抓取集装箱开始上升后的预设距离范围内，例如50厘米范围内，读取陀螺仪和加速度传感器数据，计算得到轨道吊吊具旋转角度ω1和倾斜角度α1，以及根据加速度方向判断向近轨道陆侧a倾斜。
若旋转角度ω1>ω01，且向近轨道陆侧a方向倾斜角度α1>α，则判断近轨道陆侧的集装箱箱角底部发生挂连。
实施例二
检测轨道吊吊具的状态，在轨道吊吊具从集卡托盘上抓取集装箱开始上升后的50厘米范围内，读取陀螺仪和加速度传感器数据，计算得到轨道吊吊具旋转角度ω2和倾斜角度α2，以及根据加速度方向判断向远轨道陆侧b倾斜。
若旋转角度ω2>ω01，且向远轨道陆侧b方向倾斜角度α2>α，则判断远轨道陆侧的集装箱箱角底部发生挂连。
实施例三
检测轨道吊吊具的状态，在轨道吊吊具从集卡托盘上抓取集装箱开始上升后的50厘米范围内，读取陀螺仪和加速度传感器数据，计算得到轨道吊吊具旋转角度ω3和倾斜角度α3，以及根据加速度方向判断向远轨道海侧c倾斜。
若旋转角度ω3>ω01，且向远轨道海侧c方向倾斜角度α3>α，则判断远轨道海侧的集装箱箱角底部发生挂连。
实施例四
检测轨道吊吊具的状态，在轨道吊吊具从集卡托盘上抓取集装箱开始上升后的50厘米范围内，读取陀螺仪和加速度传感器数据，计算得到轨道吊吊具旋转角度ω4和倾斜角度α4，以及根据加速度方向判断向近轨道海侧d倾斜。
若旋转角度ω4>ω01，且向近轨道海侧d方向倾斜角度α4>α，则判断近轨道海侧的集装箱箱角底部发生挂连。
实施例五
检测轨道吊吊具的状态，在轨道吊吊具从集卡托盘上抓取集装箱开始上升后的50厘米范围内，读取陀螺仪和加速度传感器数据，计算得到轨道吊吊具旋转角度ω5和倾斜角度α5，以及根据加速度方向判断向海侧倾斜。
若旋转角度ω5<ω02，且向海侧方向倾斜角度α5>α，则判断海侧的集装箱箱角底部都发生挂连。
实施例六
检测轨道吊吊具的状态，在轨道吊吊具从集卡托盘上抓取集装箱开始上升后的50厘米范围内，读取陀螺仪和加速度传感器数据，计算得到轨道吊吊具旋转角度ω6和倾斜角度α6，以及根据加速度方向判断向陆侧倾斜。
若旋转角度ω6<ω02，且向陆侧方向倾斜角度α6>α，则判断陆侧的集装箱箱角底部都发生挂连。
实施例七
检测轨道吊吊具的状态，在轨道吊吊具从集卡托盘上抓取集装箱开始上升后的50厘米范围内，读取陀螺仪和加速度传感器数据，计算得到轨道吊吊具旋转角度ω7和倾斜角度α7，以及根据加速度方向判断向近轨道侧倾斜。
若旋转角度ω7<ω02，且向近轨道侧方向倾斜角度α7>α，则判断近轨道侧的集装箱箱角底部都发生挂连。
实施例八
检测轨道吊吊具的状态，在轨道吊吊具从集卡托盘上抓取集装箱开始上升后的50厘米范围内，读取陀螺仪和加速度传感器数据，计算得到轨道吊吊具旋转角度ω8和倾斜角度α8，以及根据加速度方向判断向远轨道侧倾斜。
若旋转角度ω8<ω02，且向远轨道侧方向倾斜角度α8>α，则判断远轨道侧的集装箱箱角底部都发生挂连。
实施例九
检测轨道吊吊具的状态，在轨道吊吊具从集卡托盘上抓取集装箱开始上升后的50厘米范围内，读取陀螺仪和加速度传感器数据，计算得到轨道吊吊具旋转角度ω9和倾斜角度α9，以及根据加速度方向判断向陆侧倾斜。
若旋转角度ω9<ω02，且向陆侧方向倾斜角度α9>α，则判断集装箱四个或对角箱角底部都发生挂连。
上述实施例中，第一预设旋转角度ω01、第二预设旋转角度ω02、预设倾斜角度α根据实际情况设定，本申请不予限定。
步骤S15：在姿态异常时发出提示信息。
上述实施例中，在发生集装箱箱角挂连集卡托盘的情况下，轨道吊吊具姿态判断为发生异常，则发出提示信息，便于远程操作人员介入处理，轨道吊吊具控制模块在接收到提示信息后，控制轨道吊吊具停止工作，也即停止对集装箱的提升，避免由于挂连将集卡吊起的情况发生；或者，轨道吊吊具控制模块在接收到提示信息后，一方面停止轨道吊吊具停止工作，另一方面，控制轨道吊吊具下降，将集装箱放回集卡托盘，等待操作人员处理。
本发明还提出一种自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测装置，如图2所示，包括陀螺仪21、加速度传感器22、姿态判断器23和报警模块24；陀螺仪21安装于轨道吊吊具上，用于检测轨道吊吊具的角速度数据；加速度传感器22安装于轨道吊吊具上，用于检测轨道吊吊具的角速度数据；姿态判断器23用于获取并基于角速度数据和加速度数据计算轨道吊吊具的旋转角度和倾斜角度；以及，基于旋转角度和倾斜角度判断轨道吊吊具的姿态；报警模块24用于在姿态异常时发出提示信息。
具体的，姿态判断器23包括单角倾斜姿态判断单元231和单侧倾斜姿态判断单元232；单角倾斜姿态判断单元231用于在旋转角度大于第一预设旋转角度，且倾斜角度大于预设倾斜角度时，判断轨道吊吊具发生单角倾斜；单侧倾斜姿态判断单元232用于在旋转角度小于第二预设旋转角度，且倾斜角度大于预设倾斜角度时，判断轨道吊吊具发生单侧倾斜。
本发明提出的自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测装置还包括轨道吊吊具状态检测器25和姿态判断限定模块26；轨道吊吊具状态检测器25用于检测轨道吊吊具的状态；姿态判断限定模块26用于限定姿态判断器在轨道吊吊具开始上升后的预设距离范围内工作。
具体的自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测装置的检测方式，已经在上述提出的自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测方法中详述，此处不予赘述。
基于上述提出的自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测装置，本发明还提出一种自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测系统，如图4所示，包括用于控制轨道吊吊具的轨道吊吊具控制模块4和上述提出的自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测装置2；装置2产生的提示信息发送给轨道吊吊具控制模块4，以使得轨道吊吊具控制模块4基于提示信息控制轨道吊吊具停止工作，或者在控制轨道吊吊具停止工作后控制其下降，使集装箱放回集卡托盘。
轨道吊吊具控制模块4与自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测装置2通过网线、光纤、现场总线等通讯手段实现数据通信，自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测装置2从轨道吊吊具控制模块4获取吊具起升高度、作业箱重等信息，轨道吊吊具控制模块4从自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测装置2接收提示信息，并基于提示信息控制轨道吊吊具的工作或停止，从而避免集卡被一起吊起的情况发生，解决现有轨道吊收/发箱作业中存在安全隐患的技术问题。
应该指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测方法，其特征在于，包括：
获取陀螺仪的角速度数据；
获取加速度传感器的加速度数据；
基于所述角速度数据和所述加速度数据计算轨道吊吊具的旋转角度和倾斜角度；
基于所述旋转角度和所述倾斜角度判断轨道吊吊具的姿态，在姿态异常时发出提示信息。
2.根据权利要求1所述的自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测方法，其特征在于，基于所述旋转角度和所述倾斜角度判断轨道吊吊具的姿态，具体包括：
在所述旋转角度大于第一预设旋转角度，且倾斜角度大于预设倾斜角度时，所述轨道吊吊具发生单角倾斜。
3.根据权利要求1所述的自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测方法，其特征在于，基于所述旋转角度和所述倾斜角度判断轨道吊吊具的姿态，具体包括：
在所述旋转角度小于第二预设旋转角度，且倾斜角度大于所述预设倾斜角度时，所述轨道吊吊具发生单侧倾斜。
4.根据权利要求1所述的自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
检测所述轨道吊吊具的状态；
在所述轨道吊吊具开始上升后的预设距离范围内，基于所述旋转角度和所述倾斜角度判断轨道吊吊具的姿态，并在姿态异常时发出提示信息。
5.自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测装置，其特征在于，包括：
陀螺仪，安装于轨道吊吊具上，用于检测轨道吊吊具的角速度数据；
加速度传感器，安装于轨道吊吊具上，用于检测轨道吊吊具的角速度数据；
姿态判断器，用于获取并基于所述角速度数据和所述加速度数据计算轨道吊吊具的旋转角度和倾斜角度；以及，基于所述旋转角度和所述倾斜角度判断轨道吊吊具的姿态；
报警模块，用于在姿态异常时发出提示信息。
6.根据权利要求5所述的自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测装置，其特征在于，所述姿态判断器包括：
单角倾斜姿态判断单元，用于在所述旋转角度大于第一预设旋转角度，且倾斜角度大于预设倾斜角度时，判断所述轨道吊吊具发生单角倾斜。
7.根据权利要求5所述的自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测装置，其特征在于，所述姿态判断器包括：
单侧倾斜姿态判断单元，用于在所述旋转角度小于第二预设旋转角度，且倾斜角度大于所述预设倾斜角度时，判断所述轨道吊吊具发生单侧倾斜。
8.根据权利要求5所述的自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测装置，其特征在于，所述装置还包括：
轨道吊吊具状态检测器，用于检测所述轨道吊吊具的状态；
姿态判断限定模块，用于限定所述姿态判断器在所述轨道吊吊具开始上升后的预设距离范围内工作。
9.自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测系统，包括：
轨道吊吊具控制模块，用于控制轨道吊吊具；
其特征在于，还包括：
如权利要求4-8任一项所述的自动化集装箱码头轨道吊吊具姿态检测装置；所述提示信息发送给所述轨道吊吊具控制模块，以使得所述轨道吊吊具控制模块基于所述提示信息控制轨道吊吊具停止工作。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: No.12 Jingba Road, Huangdao District, Qingdao City, Shandong Province Applicant after: QINGDAO PORT INTERNATIONAL Co.,Ltd. Applicant after: QINGDAO NEW QIANWAN CONTAINER TERMINAL Co.,Ltd. Address before: The city of north port green road 266011 Shandong city of Qingdao province No. 6 Applicant before: QINGDAO PORT INTERNATIONAL Co.,Ltd. Applicant before: QINGDAO NEW QIANWAN CONTAINER TERMINAL Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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