CN110703780A - 船用胎架移动底盘运动控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船用胎架移动底盘运动控制系统及其控制方法，该控制系统包括运动控制模块、感应模块、通讯模块、避障模块、故障监测模块、重心监测模块、路径规划模块及控制面板；该控制方法包括：通讯模块接收胎架的点位坐标信息后，运动控制模块从胎架库中调出胎架，运动控制模块驱动各胎架胎架在轨道上移动，在其他各模块的配合下最终到达指定点位坐标。本发明所述的控制系统及控制方法，可对船用胎架移动过程进行精准与定位控制，使胎架准确移动至指定点位坐标，大大提高船舶分段建造过程中胎架的布置效率与精度，降低工人的劳动强度。

Description

船用胎架移动底盘运动控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及船舶建造领域，具体涉及一种船用胎架移动底盘的运动控制系统及其控制方法。

背景技术

船用胎架经历了由模板式、支柱式、支点式到数控胎架以及柔性胎架的发展历程，胎架的智能化及其定位精准化在船舶分段建造过程中起着重要的作用。目前船厂所使用的胎架均为固定式，或者采用人工推拉的方式进行定位；但胎架质量大，搬运较困难，导致在船舶建造过程中，胎架的布置效率较低，胎架在移动过程中存在较大误差，定位精度低，工人的劳动强度较大，存在较大安全隐患。且目前对胎架的运动控制技术研究存在一些缺陷，如中国实用新型专利“船体用胎架内管的移动胎架”(申请号：201620480263.1)，其通过气动扳手调整支架带动气动扳手进行移动，虽然通过气动扳手有效代替了手工拧螺丝的方式，但是其自动化程度较低，搬运效率较低；中国实用新型专利“一种用于船体分段制造的支柱式胎架”(申请号：201320325026.4)，其通过滚轮和固定板实现胎架的移动，固定板与滚轮支架之间通过锁紧装置活动连接，虽然可实现胎架的移动，但是其移动过程需要人工进行推拉，定位精度及工作效率较低。因此亟需设计一种船用胎架移动底盘的运动控制系统及控制方法，突破固定式胎架的障碍。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种船用胎架移动底盘运动控制系统及其控制方法，以克服目前船舶建造过程中船用胎架移动困难、定位精度低、自动化程度低的问题，克服在胎架移动过程中需要人工推拉或者手动调节的困难，提高船舶分段建造过程中胎架的布置效率与精度，降低工人的劳动强度。

技术方案：本发明所述的一种船用胎架移动底盘运动控制系统，该系统包括：运动控制模块、通讯模块、路径规划模块及控制面板；通讯模块、路径规划模块及控制面板均与运动控制模块相连接；通讯模块设置在移动底盘的侧面，用于接收胎架的点位坐标信息，并实现与控制面板以及其他胎架之间的通信；当通讯模块接收到目标地点的点位坐标信息后，所述的路径规划模块根据各个胎架的初始位置信息和所述目标地点信息规划路径信息；运动控制模块根据通讯模块获得的胎架点位坐标信息、路径规划模块对胎架移动路径的规划情况，控制胎架在其轨道上移动。

进一步的，该系统还包括感应模块以及重心监测模块；感应模块及重心监测模块分别与运动控制模块相连；所述感应模块用于实时感应胎架移动距离，包括电磁导线、电磁导引传感器、位移传感器以及姿态检测器件；所述重心监测模块用于监测胎架在移动过程中重心的变化情况，包括传感器与报警装置，传感器选用方向传感器；位移传感器选择激光式位移传感器；姿态检测器件选用惯性导航传感器

进一步的，还包括避障模块，所述避障模块选用红外避障传感器，与运动控制模块相连；各个移动底盘上分别布置两个红外避障传感器，且其分别布置于移动底盘的前端和后端，与位移传感器相邻。

进一步的，还包括故障监测模块，用于监测胎架在移动过程中是否发生故障，当胎架在移动过程中发生故障时，胎架会通过通讯模块向控制面板发送指令，同时向同一轨道上的相邻胎架发送故障信号。监测内容为物理参数的诊断，主要包括振动、声学、温度、无损诊断、压力诊断等；

进一步的，所述控制面板设置在移动底盘的侧面，其根据操作人员触发的操作指令，显示与操作指令对应的操作图表，并检测所述操作人员针对所述操作图标触发的触控操作，以及将触控操作对应的触控参数发送至运动控制模块。

进一步的，所述操作指令包括报警参数指令、电量反馈阀值设置指令、状态修改指令、工作参数设置指令。

进一步的，所述运动控制模块包括驱动模块和控制模块，驱动模块包括步进电机、步进电机驱动器以及蓄电池，控制模块包括单片机。

进一步的，规划路径信息的方法包括：最短路径法、跟随规划路径法以及矩形路径法。

本发明基于上述船用胎架移动底盘运动控制系统的控制方法包括以下步骤：

S1:通讯模块接收胎架的点位坐标信息；

S2:运动控制模块根据各胎架移动轨道所需的胎架数目，从胎架库中调出胎架；

S3:路径规划模块根据接收到的胎架点位坐标信息，对各个胎架进行路径规划，使得各胎架准确到达各个轨道上；

S4:运动控制模块驱动各胎架胎架在轨道上移动，在感应模块、避障模块、故障监测模块及重心监测模块的配合下最终到达指定点位坐标。

有益效果：本船用移动胎架控制系统及其控制方法具有以下有益效果：

1、本控制系统采用无线通信模式，供电方式选用蓄电池，使得胎架不需外接其他导线，可以灵活移动，不受限制；

2、故障检测模块可以让工人及时发现胎架移动机构内部的问题，及时清除故障；

3、重心检测模块可以在移动过程中实时监测移动胎架的重心变化，当重心发生变化时，会进行报警；

4、当单个胎架发生故障时，会同时向操作终端以及相邻的胎架进行报警，可以有效避免胎架发生碰撞；

5、采用本控制系统及控制方法，可对船用胎架移动过程进行精准与定位控制，提高控制精度。

附图说明

图1为本发明控制系统的组成示意图；

图2为胎架库、路径规划模块以及轨道的布置示意图；

图3为控制系统各装置在移动底盘上的相对位置关系示意图；

图4为本发明控制方法的流程图。

具体实施方式

如图1-3所示，船用胎架移动底盘运动控制系统包括：运动控制模块1、感应模块2、通讯模块3、避障模块4、故障监测模块5、控制面板6、路径规划模块7、重心监测模块8。

在胎架的移动过程中，感应模块2能够实时感应胎架的移动距离，确保胎架能够准确到达指定点位，避障模块4使得同一轨道上的相邻胎架保持一定的距离，避免相邻胎架在移动过程中发生碰撞，故障监测模块5用来监测胎架在移动过程中是否发生故障，当胎架在移动过程中发生故障时，胎架会通过通讯模块3向控制面板6发送指令，同时向同一轨道上的相邻胎架发送故障信号，避免发生碰撞，重心监测模块8用于监测胎架在移动过程中重心的变化情况，防止胎架发生倾覆现象。

所述的运动控制模块1，用于获取通讯模块3获得的胎架点位坐标信息、避障模块4获得的障碍信息、故障监测模块5获取的故障信息、重心监测模块8对整体重心的监测情况、路径规划模块7对胎架移动路径的规划情况。所述运动控制模块1包括驱动模块11和控制模块12，驱动模块包括步进电机1101、步进电机驱动器1102以及蓄电池1103，控制模块12由单片机1201组成，且单片机的型号为STM32。

所述的感应模块2与所述运动控制模块1相连接，采用电磁导引的引导方式，包括电磁导线21、电磁导引传感器22、位移传感器23以及姿态检测器件24，其中电磁导线21埋设于的地下，作为胎架移动的感应轨道，电磁导引传感器22分布于移动底盘的正下方，用于和电磁导线21进行感应，一个移动底盘包括两个位移传感器23，分别布置于移动底盘的前端和后端；姿态检测器件24用于监测胎架在移动过程中的姿态信息，并将所述姿态信息反馈至运动控制模块，以使运动控制模块1在根据所述姿态信息确定胎架在轨道上的位置，防止胎架偏离轨道，同时当胎架行驶的路面不平坦时，降低胎架的行驶速度；位移传感器23用于感应胎架的移动距离，实行胎架的精度定位。位移传感器23选择激光式位移传感器；姿态检测器件24选用惯性导航传感器。

所述的通讯模块3与所述运动控制模块1相连接且设置在移动底盘的侧面，用于接收胎架的点位坐标信息，以及与控制面板6以及其他胎架之间的通信，其采用无线通信的方式，采用WIFI或者Zigbee的方式进行通信。

所述的避障模块4选用红外避障传感器，其型号为E18-D80NK-N,各个移动底盘上分别布置两个红外避障传感器，所述红外避障传感器与所述运动控制模块1连接，且其分别布置于移动底盘的前端和后端，与位移传感器23相邻；所述红外避障传感器用于检测胎架移动过程中遇到的障碍物，并将用于表示检测到所述障碍物的监测结果反馈至运动控制模块，以使所述运动控制模块1调整胎架的移动速度，当所述红外避障传感器探测到胎架行进方向存在障碍物或者与其距离较近的胎架时，且与障碍物或者胎架的距离在预设范围内时，所述的移动胎架开始减速，随着距离的减小，速度逐渐变小。

所述的故障监测模块5，与运动控制模块1相连接，且设置于胎架移动底盘的表面或内部，用于检测胎架在移动过程中各部件是否正常运行，当某一个或者多个部件出现故障时，故障监测模块5通过通讯模块3向控制面板6发送故障点名称以及自身进行故障报警。监测内容为物理参数的诊断，主要包括振动、声学、温度、无损诊断、压力诊断等.

所述的重心监测模块8与所述运动控制模块1连接，其设置于移动底盘的下方，包括传感器81与报警装置82；传感器选择方向传感器，型号为YIS300-U；当移动底盘的重心发生变化时，重心监测模块通过通讯模块3向操作终端发送报警信息，同时报警装置会发出报警声音。

所述的控制面板6与所述运动控制模块1连接且设置在移动底盘的左侧或者右侧。所述控制面板6用于根据操作人员触发的操作指令，显示与所述操作指令对应的操作图表，并检测所述操作人员针对所述操作图标触发的触控操作，以及将所述触控操作对应的触控参数发送至所述运动控制模块，以便所述运动控制模块1根据所述触控参数控制其他模块执行相应的操作；其中，所述的操作指令包括报警参数指令、电量反馈阀值设置指令、状态修改指令、工作参数设置指令等。

当通讯模块3接收到目标地点的点位坐标信息后，所述的路径规划模块7根据各个胎架的初始位置信息和所述目标地点信息规划路径信息，其中规划路径信息的方法包括：最短路径法、跟随规划路径法以及矩形路径法。

所述的胎架移动底盘控制系统及其控制方法需和移动底盘结合使用，但是移动底盘的设计方法不做局限，只要能够满足控制系统及其控制方法可以实现的条件即可。

如图4所示，基于上述船用胎架移动底盘运动控制系统的控制流程为：

S1:通讯模块3接收胎架的点位坐标信息；

S2:运动控制模块1根据各胎架移动轨道所需的胎架数目，从胎架库中调出胎架；

S3:路径规划模块7根据接收到的胎架点位坐标信息，对各个胎架进行路径规划，使得各胎架准确到达各个轨道上；

S4:运动控制模块1驱动各胎架在轨道上移动，避障模块4、故障监测模块5、重心检测模块8分别对障碍信息、故障信息及整体重心位置进行实时监测；感应模块2对胎架在轨道上移动时的姿态进行实时监测；在移动过程中，如果遇到障碍、部件出现故障、重心发生变化等情况中的一种或者几种或者同时发生，控制面板6会在同一时间进行警报，然后通过运动控制模块1使得胎架停止移动，对故障进行维修；当姿态发生变化时，通过姿态调整与运动控制模块1对移动底盘的姿态进行调整，同时实时监测移动胎架的位移是否到达指定点位，当胎架到达指定点位后，胎架停止。

Claims (9)

1.一种船用胎架移动底盘运动控制系统，其特征在于，该系统包括：运动控制模块、通讯模块、路径规划模块及控制面板；通讯模块、路径规划模块及控制面板均与运动控制模块相连接；通讯模块设置在移动底盘的侧面，用于接收胎架的点位坐标信息，并实现与控制面板以及其他胎架之间的通信；当通讯模块接收到目标地点的点位坐标信息后，所述的路径规划模块根据各个胎架的初始位置信息和所述目标地点信息规划路径信息；运动控制模块根据通讯模块获得的胎架点位坐标信息、路径规划模块对胎架移动路径的规划情况，控制胎架在其轨道上移动。

2.根据权利要求1所述的船用胎架移动底盘控制系统，其特征在于：该系统还包括感应模块以及重心监测模块；感应模块及重心监测模块分别与运动控制模块相连；所述感应模块用于实时感应胎架移动距离，包括电磁导线、电磁导引传感器、位移传感器以及姿态检测器件；所述重心监测模块包括传感器与报警装置，用于监测胎架在移动过程中重心的变化情况；传感器选用方向传感器，位移传感器选用激光式位移传感器，姿态检测器件选用惯性导航传感器。

3.根据权利要求1所述的船用胎架移动底盘控制系统，其特征在于：还包括避障模块，所述避障模块选用红外避障传感器，与运动控制模块相连；各个移动底盘上分别布置两个红外避障传感器，且其分别布置于移动底盘的前端和后端，与位移传感器相邻。

4.根据权利要求1所述的船用胎架移动底盘控制系统，其特征在于：还包括故障监测模块，用于监测胎架在移动过程中是否发生故障，当胎架在移动过程中发生故障时，胎架会通过通讯模块向控制面板发送指令，同时向同一轨道上的相邻胎架发送故障信号；故障监测模块对包括振动、声学、温度、无损诊断、压力诊断的物理参数进行诊断监测。

5.根据权利要求1所述的船用胎架移动底盘控制系统，其特征在于：所述控制面板设置在移动底盘的侧面，其根据操作人员触发的操作指令，显示与操作指令对应的操作图表，并检测所述操作人员针对所述操作图标触发的触控操作，以及将触控操作对应的触控参数发送至运动控制模块。

6.根据权利要求5所述的船用胎架移动底盘控制系统，其特征在于：所述操作指令包括报警参数指令、电量反馈阀值设置指令、状态修改指令、工作参数设置指令。

7.根据权利要求1所述的船用胎架移动底盘控制系统，其特征在于：所述运动控制模块包括驱动模块和控制模块，驱动模块包括步进电机、步进电机驱动器以及蓄电池，控制模块包括单片机。

8.根据权利要求1所述的船用胎架移动底盘控制系统，其特征在于：规划路径信息的方法包括：最短路径法、跟随规划路径法以及矩形路径法。

9.基于权利要求1-8中任一项所述的船用胎架移动底盘运动控制系统的控制方法，其特征在于：所述的控制方法包括以下步骤：

S1:通讯模块接收胎架的点位坐标信息；

S2:运动控制模块根据各胎架移动轨道所需的胎架数目，从胎架库中调出胎架；

S3:路径规划模块根据接收到的胎架点位坐标信息，对各个胎架进行路径规划，使得各胎架准确到达各个轨道上；

S4:运动控制模块驱动各胎架胎架在轨道上移动，在感应模块、避障模块、故障监测模块及重心监测模块的配合下最终到达指定点位坐标。

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