CN111966014B - 工业支架车自动对中的检测控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请揭示了一种工业支架车自动对中的检测控制装置及方法，该检测装置包括位置检测设备和主控单元，其中：位置检测设备包括间隔120°安装在对接环上的三个测距仪、间隔180°安装在对接环上的两个相机，以及圆柱型载荷对接端面上间隔180°布置的两个目标靶；主控单元根据三个测距仪测量的距离以及目标靶的位置，计算圆柱型载荷的方位角、俯仰角以及滚转角；根据方位角、俯仰角以及滚动角控制对应的支架进行升降、水平移动以及轴向转动。本申请实现了圆柱型载荷的自动调整对中，姿态控制精度高，调整周期较短的效果。

Description

工业支架车自动对中的检测控制装置及方法

技术领域

本发明属于工业支架车控制设备自动姿态控制领域，涉及一种工业支架车自动对中的检测控制装置及方法。

背景技术

对接环在空间位置上保持不动，前、中、后三辆支架车上承载着圆柱型载荷，每辆支架车在空间位置上可在三个维度自由调整位置，从而使圆柱型载荷与对接环对齐，即完成对中过程。对中过程是工业对中设备完成作业的准备工作，也是整个作业过程中最费时费力的环节。支架车的姿态调整往往是根据经验人为调整三个维度对应的丝杠的运动位置，从而改变整个圆柱型载荷的姿态。

支架车的三个维度运动，分别为上下举升、左右横移、轴向滚转。圆柱型载荷在单一维度的姿态调整时，由于位置耦合的原因往往难以实现预定的效果。通过手动机械传动的方式调整丝杠位置，需先后调整前、中、后三个支架车，效率低下，姿态调整过程易反复，且需借助其他空间位置测量仪器检验对中效果。

支架车相对其他装备来说，可操作性差、自动化程度低、姿态控制精度差，不具备较为良好的人机交互功能。

发明内容

为了解决相关技术中对支架车所承载的载荷对中调整时，可操作性差、自动化程度低、姿态控制精度差的问题，本申请提供了一种工业支架车自动对中的检测控制装置及方法，可以通过对支架车的自动调整，以实现支架车所承载的载荷的对中。具体技术方案如下：

第一方面，本申请提供了一种工业支架车自动对中的检测控制装置，所述检测控制装置控制三个支架车共同承载的一圆柱型载荷的对接端面与对接环对中，所述对接环竖向放置，所述检测控制装置包括位置检测设备和主控单元，其中：所述位置检测设备包括间隔120°安装在所述对接环上的三个测距仪、间隔180°安装在所述对接环上的两个相机，以及所述圆柱型载荷对接端面上间隔180°布置的两个目标靶；每个测距仪用于测量所述对接环与所述圆柱型载荷对接端面之间的距离，两个相机分别拍摄获取两个目标靶的位置；所述主控单元根据所述三个测距仪测量的距离，计算所述圆柱型载荷对接端面与竖直面之间形成的方位角，以及与水平面之间形成的俯仰角；所述主控单元还根据拍摄获取的两个目标靶的位置，计算所述圆柱型载荷轴向的滚转角；所述主控单元根据所述方位角控制对应的支架进行水平运动，根据所述俯仰角控制对应的支架进行升降移动，根据所述滚转角控制对应的支架进行轴向转动。

可选的，所述测距仪为激光测距仪，所述激光测距仪向所述圆柱型载荷对接端面发射激光，并接收从所述对接端面发射回的激光，根据激光的发射时刻和接收时刻，计算所述圆柱型载荷对接端面与所述激光测距仪之间的距离。

可选的，所述检测控制装置还包括与每辆支架车对应的控制器，所述控制器与对应的支架车的电机驱动器电性连接，所述控制器通过向所述电机驱动器发送驱动指令，以控制对应支架车的升降运动、水平移动以及轴向转动。

可选的，每辆支架车的所述控制器均与所述主控单元通过无线通信方式进行通信连接，所述主控单元通过无线通信网络向各个所述控制器下发移动控制指令，所述控制器将所述移动控制指令转化为可被对应的电机驱动器识别的驱动指令，所述电机驱动器根据所述驱动指令驱动对应支架车执行相应动作。

可选的，所述主控单元根据所述方位角、所述俯仰角以及所述滚转角进行解耦计算，得到三个支架车在三个自由度上的移动控制指令，将所述移动控制指令分别对应发送给三个支架车的控制器，所述三个自由度包括竖直面、水平面以及轴向转动面。

可选的，所述控制器包括CAN总线、通讯模块和处理模块，所述通讯模块通过无线通信方式与所述主控单元通信，所述处理模块通过所述通讯模块接收移动控制指令，将所述移动控制指令转换为CAN数据，并通过所述CAN总线将所述CAN数据发送给所述支架车的电机驱动器，以驱动所述支架车执行相应动作。

第二方面，本申请还提供了一种工业支架车自动对中的检测控制方法，采用如第一方面以及第一方面各种可选方式中提供的检测控制装置，所述检测控制方法包括：获取三个测距仪测量的距离以及相机拍摄获取到的目标靶的位置；根据所述三个测距仪测量的距离计算所述圆柱型载荷端面与竖直面之间形成的方位角，以及与水平面之间形成的俯仰角；根据所述两个目标靶的位置，计算所述圆柱型载荷轴向的滚转角；根据所述方位角、俯仰角和所述滚转角控制对应支架执行相应动作。

可选的，所述根据所述方位角、俯仰角和所述滚转角控制对应支架执行相应动作，包括：根据所述方位角、俯仰角和所述滚转角进行解耦计算，得到三个支架车在三个自由度上的移动控制指令，所述三个自由度包括竖直面、水平面以及轴向转动面；根据所述移动控制指令控制所述支架车进行相应动作。

可选的，所述根据所述移动控制指令控制所述支架车进行相应动作，包括：通过无线通信网络向支架车的控制器发送所述移动控制指令，由所述支架车的控制器将所述移动控制指令转换成供电机驱动器识别的驱动指令，将所述驱动指令发送给所述支架车的电机驱动器，以驱动所述支架车执行相应动作。

可选的，所述根据所述方位角、俯仰角和所述滚转角控制对应支架执行相应动作，包括：根据所述方位角控制对应的支架进行水平运动，根据所述俯仰角控制对应的支架进行升降移动，根据所述滚转角控制对应的支架进行轴向转动。

根据上述技术特征，本申请提供的技术方案至少可以实现如下有益效果：

通过位置检测设备获取支架所承载的圆柱型载荷的对接端面的方位角、俯仰角以及滚转角，控制各支架移动或转动以实现圆柱型载荷的自动调整对中，解决相关技术中支架车的自动化程度低、姿态控制精度差、姿态调整周期长的问题，达到了可以实现圆柱型载荷的自动调整对中，姿态控制精度高，调整周期较短的效果。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本申请一个实施例中提供的检测控制装置的安装示意图；

图2是本申请一个实施例中提供的检测控制装置的安装位置的投影示意图；

图3是本申请一个实施例中提供的支架车放置圆柱型载荷的示意图；

图4是本申请一个实施例中提供的检测控制装置的通信系统示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

结合图1-图4所示，本申请提供的工业支架车自动对中的检测控制装置控制三个支架车共同承载的一圆柱型载荷的对接端面10与对接环20对中，所述对接环20竖向放置，所述检测控制装置包括位置检测设备和主控单元30。图3中示出了三个支架车，靠近对接环20的支架车可以称为前支架车，远离对接环20的支架车可以称为后支架车，在前支架车和后支架车之间的支架车可以称为中间支架车。圆柱型载荷的对接端面10形状通常与对接环20相同，以实现与对接环20的对中。比如，对接环20为圆形，圆柱型载荷的对接端面10也为圆形。

所述位置检测设备包括间隔120°安装在所述对接环20上的三个测距仪，如图1和图2 中，三个测距仪C、D、E间隔120°排布于对接环20上，且三个测距仪C、D、E位于同一圆周上，即三个测距仪C、D、E距离对接环20中心O的距离相同。且在实际应用中，三个测距仪之间的间距为已知数值。

每个测距仪用于测量所述对接环20与所述圆柱型载荷对接端面10之间的距离。

所述主控单元30根据所述三个测距仪测量的距离，计算所述圆柱型载荷对接端面10与竖直面之间形成的方位角，以及与水平面之间形成的俯仰角。

所述位置检测设备还包括间隔180°安装在所述对接环20上的两个相机，如图1和图2 中，两个相机A、B间隔180°安装在所述对接环20上，且两个相机A、B间位于同一圆周上，即两个相机A、B距离对接环20中心O的距离相同。且在实际应用中，两个相机A、B 之间的间距为已知数值。

所述位置检测设备还包括所述圆柱型载荷对接端面10上间隔180°布置的两个目标靶，如图1和图2中的目标靶A’和B’。两个相机A、B分别拍摄获取两个目标靶A’和B’的位置。

所述主控单元30还根据拍摄获取的两个目标靶的位置，计算所述圆柱型载荷轴向的滚转角。在实际计算时，可以计算两个目标靶所在的直线与对接端面10中心点所在的竖直直线之间的夹角，将该夹角作为圆柱型载荷轴向的滚转角。

图1和图2中，Y轴经过对接环20中心且与圆柱型载荷的中心轴同轴，X轴为经过对接环20中心的水平轴，Z轴为经过对接环20中心的竖直轴，X轴、Y轴和Z轴相互垂直。Y’轴为圆柱型载荷的中心轴，X’轴为经过圆柱型载荷对接端面10中心的水平轴，Z’轴为经过圆柱型载荷对接端面10中心的竖直轴。圆柱型载荷对接端面10与竖直面(X轴和Y轴形成的平面，也可以理解为竖向放置的对接环20所在的平面)之间形成方位角，圆柱型载荷对接端面10与水平面(X轴和Y轴形成的平面)之间形成的俯仰角β，两个目标靶所在的直线与对接端面10中心点所在的竖直直线之间的夹角，将该夹角作为圆柱型载荷轴向的滚转角γ。

所述主控单元30根据所述方位角控制对应的支架进行水平移动，根据所述俯仰角控制对应的支架进行升降运动，根据所述滚转角控制对应的支架进行轴向转动。

可选的，所述测距仪为激光测距仪，所述激光测距仪向所述圆柱型载荷对接端面10发射激光，并接收从所述对接端面10发射回的激光，根据激光的发射时刻和接收时刻，计算所述圆柱型载荷对接端面10与所述激光测距仪之间的距离。

可选的，所述检测控制装置还包括与每辆支架车对应的控制器，所述控制器与对应的支架车的电机驱动器电性连接，所述控制器通过向所述电机驱动器发送驱动指令，以控制对应支架车的升降运动、水平移动以及轴向转动。请结合图3和图4所示，每辆支架车均对应配置一个控制器，图3中的支架车包括三个，分别记为前支架车、中支架车和后支架车，对应的控制器分别记为前支架车控制器、中支架车控制器和后支架车控制器，每个支架车的控制器均通过CAN总线与对应的电机驱动器电性连接。

可选的，每辆支架车的控制器均与所述主控单元30通过无线通信方式进行通信连接，所述主控单元30通过无线通信网络向各个所述控制器下发移动控制指令，所述控制器将所述移动控制指令转化为可被对应的电机驱动器识别的驱动指令，所述电机驱动器根据所述驱动指令驱动对应支架车执行相应动作。

可选的，所述主控单元30根据所述方位角、所述俯仰角以及所述滚转角进行解耦计算，得到三个支架车在三个自由度上的移动控制指令，将所述移动控制指令分别对应发送给三个支架车的控制器，所述三个自由度包括竖直面、水平面以及轴向转动面。

举例来讲，对于竖直面上的升降运动，主控单元30根据俯仰角进行解耦计算，在计算过程中可能还涉及到三个支架的间距等已知信息，得到三个支架车在竖直面上的升降位移，从而分别为三个支架车生成在竖直面上的移动控制指令，该移动控制指令至少用于指示控制支架根据计算出来的预定升降位移进行升降。

再举例来讲，对于水平面上的平移运动，主控单元30根据方位角进行解耦计算，在计算过程中可能还涉及到三个支架的间距等已知信息，得到三个支架车在水平面上的位移，从而分别为三个支架车生成在水平面上的移动控制指令，该移动控制指令至少用于指示控制支架车根据计算出的预定水平位移进行水平方向上的移动。

再举例来讲，对于轴向转动面上的转动，主控单元30根据滚转角进行解耦计算，在计算过程中可能还涉及到三个支架的间距等已知信息，得到三个支架车在轴向转动面上的转动方向和转动角度，从而分别为三个支架车生成在轴向转动面上的移动控制指令，该移动控制指令至少用于指示控制支架车根据计算出的转动方向和转动角度进行转动。

在一种可能的实现方式中，为了实现与主控单元30之间的无线通信以及与支架车的电机驱动器之间的通信，本申请中提供的支架车的控制器可以包括CAN总线、通讯模块和处理模块，所述通讯模块通过无线通信方式与所述主控单元30通信，所述处理模块通过所述通讯模块接收移动控制指令，将所述移动控制指令转换为CAN数据，并通过所述CAN总线将所述 CAN数据发送给所述支架车的电机驱动器，以驱动所述支架车执行相应动作。本申请中所讲的无线通信可以为WiFi、NFC等无线通信方式。

综上所述，本申请提供的工业支架车自动对中的检测控制装置，通过位置检测设备获取支架所承载的圆柱型载荷的对接端面的方位角、俯仰角以及滚转角，控制各支架移动或转动以实现圆柱型载荷的自动调整对中，解决相关技术中支架车的自动化程度低、姿态控制精度差、姿态调整周期长的问题，达到了可以实现圆柱型载荷的自动调整对中，姿态控制精度高，调整周期较短的效果。

另外，本申请还提供了一种工业支架车自动对中的检测控制方法，采用如图1至图4中所提供的检测控制装置，所述检测控制方法包括：获取三个测距仪测量的距离以及相机拍摄获取到的目标靶的位置；根据所述三个测距仪测量的距离计算所述圆柱型载荷端面与竖直面之间形成的方位角，以及与水平面之间形成的俯仰角；根据所述两个目标靶的位置，计算所述圆柱型载荷轴向的滚转角；根据所述方位角、俯仰角和所述滚转角控制对应支架执行相应动作。

可选的，所述根据所述方位角、俯仰角和所述滚转角控制对应支架执行相应动作，包括：根据所述方位角、俯仰角和所述滚转角进行解耦计算，得到三个支架车在三个自由度上的移动控制指令，所述三个自由度包括竖直面、水平面以及轴向转动面；根据所述移动控制指令控制所述支架车进行相应动作。

可选的，所述根据所述移动控制指令控制所述支架车进行相应动作，包括：通过无线通信网络向支架车的控制器发送所述移动控制指令，由所述支架车的控制器将所述移动控制指令转换成供电机驱动器识别的驱动指令，将所述驱动指令发送给所述支架车的电机驱动器，以驱动所述支架车执行相应动作。

可选的，所述根据所述方位角、俯仰角和所述滚转角控制对应支架执行相应动作，包括：根据所述方位角控制对应的支架进行水平移动，根据所述俯仰角控制对应的支架进行升降运动，根据所述滚转角控制对应的支架进行轴向转动。

本申请提供的工业支架车自动对中的检测控制方法是与工业支架车自动对中的检测控制装置对应的方法类技术方案，其具体技术特征可以参见对图1-图4中的描述，这里就不再赘述。

综上所述，本申请提供的工业支架车自动对中的检测控制方法，通过获取支架所承载的圆柱型载荷的对接端面的方位角、俯仰角以及滚转角，控制各支架移动或转动以实现圆柱型载荷的自动调整对中，解决相关技术中支架车的自动化程度低、姿态控制精度差、姿态调整周期长的问题，达到了可以实现圆柱型载荷的自动调整对中，姿态控制精度高，调整周期较短的效果。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种工业支架车自动对中的检测控制装置，其特征在于，所述检测控制装置控制三个支架车共同承载的一圆柱型载荷的对接端面与对接环对中，所述对接环竖向放置，所述检测控制装置包括位置检测设备和主控单元，其中：

所述位置检测设备包括间隔120°安装在所述对接环上的三个测距仪、间隔180°安装在所述对接环上的两个相机，以及所述圆柱型载荷对接端面上间隔180°布置的两个目标靶；

每个测距仪用于测量所述对接环与所述圆柱型载荷对接端面之间的距离，两个相机分别拍摄获取两个目标靶的位置；

所述主控单元根据所述三个测距仪测量的距离，计算所述圆柱型载荷对接端面与竖直面之间形成的方位角，以及与水平面之间形成的俯仰角；所述主控单元还根据拍摄获取的两个目标靶的位置，计算所述圆柱型载荷轴向的滚转角；

所述主控单元根据所述方位角控制对应的支架进行水平运动，根据所述俯仰角控制对应的支架进行升降移动，根据所述滚转角控制对应的支架进行轴向转动；

所述测距仪为激光测距仪，所述激光测距仪向所述圆柱型载荷对接端面发射激光，并接收从所述对接端面发射回的激光，根据激光的发射时刻和接收时刻，计算所述圆柱型载荷对接端面与所述激光测距仪之间的距离；

所述检测控制装置还包括与每辆支架车对应的控制器，所述控制器与对应的支架车的电机驱动器电性连接，所述控制器通过向所述电机驱动器发送驱动指令，以控制对应支架车的升降运动、水平移动以及轴向转动；

所述主控单元根据所述方位角、所述俯仰角以及所述滚转角进行解耦计算，得到三个支架车在三个自由度上的移动控制指令，将所述移动控制指令分别对应发送给三个支架车的控制器，所述三个自由度包括竖直面、水平面以及轴向转动面。

2.根据权利要求1所述的检测控制装置，其特征在于，每辆支架车的控制器均与所述主控单元通过无线通信方式进行通信连接，所述主控单元通过无线通信网络向各个所述控制器下发移动控制指令，所述控制器将所述移动控制指令转化为可被对应的电机驱动器识别的驱动指令，所述电机驱动器根据所述驱动指令驱动对应支架车执行相应动作。

3.根据权利要求1所述的检测控制装置，其特征在于，所述控制器包括CAN总线、通讯模块和处理模块，所述通讯模块通过无线通信方式与所述主控单元通信，所述处理模块通过所述通讯模块接收移动控制指令，将所述移动控制指令转换为CAN数据，并通过所述CAN总线将所述CAN数据发送给所述支架车的电机驱动器，以驱动所述支架车执行相应动作。

4.一种工业支架车自动对中的检测控制方法，其特征在于，采用如权利要求1-3中任一所述的检测控制装置，所述检测控制方法包括：

获取三个测距仪测量的距离以及相机拍摄获取到的目标靶的位置；

根据所述三个测距仪测量的距离计算所述圆柱型载荷端面与竖直面之间形成的方位角，以及与水平面之间形成的俯仰角；根据所述两个目标靶的位置，计算所述圆柱型载荷轴向的滚转角；

根据所述方位角、俯仰角和所述滚转角控制对应支架执行相应动作；其中，所述根据所述方位角、俯仰角和所述滚转角控制对应支架执行相应动作，包括：

根据所述方位角、俯仰角和所述滚转角进行解耦计算，得到三个支架车在三个自由度上的移动控制指令，所述三个自由度包括竖直面、水平面以及轴向转动面；

根据所述移动控制指令控制所述支架车进行相应动作。

5.根据权利要求4所述的检测控制方法，其特征在于，所述根据所述移动控制指令控制所述支架车进行相应动作，包括：

通过无线通信网络向支架车的控制器发送所述移动控制指令，由所述支架车的控制器将所述移动控制指令转换成供电机驱动器识别的驱动指令，将所述驱动指令发送给所述支架车的电机驱动器，以驱动所述支架车执行相应动作。

6.根据权利要求4所述的检测控制方法，其特征在于，所述根据所述方位角、俯仰角和所述滚转角控制对应支架执行相应动作，包括：

根据所述方位角控制对应的支架进行水平运动，根据所述俯仰角控制对应的支架进行升降移动，根据所述滚转角控制对应的支架进行轴向转动。

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