CN115180516A - 一种岸桥吊具平衡点在小车方向上的位移补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岸桥吊具平衡点在小车方向上的位移补偿方法，包括以下步骤：S1、获取岸桥吊具的机械参数；S2、选取岸桥吊具的高度

使得

为基于钢丝绳混合卷绕模型的岸桥吊具在小车方向上的平衡点位置；S3、计算岸桥吊具左、右侧滑轮组中的钢丝绳总长度s_l和s_r的偏差Δs＝s_r‑s_l；S4、通过随机采样，进行数值求解得到点对集合{(x_E,y_E)_i}(i＝1,2,…,n)；S5、对点对集合(i＝1,2,…,n){(x_E,y_E)_i}进行多项式拟合，得到岸桥吊具任意高度y_E处的吊具平衡点在小车方向上的位移补偿量x_E＝g(y_E)。本发明通过计算吊具在不同起升高度时对应的水平偏移值，给出吊具平衡点在小车方向上的位移补偿量，消除其对水平偏移的影响。

Description

一种岸桥吊具平衡点在小车方向上的位移补偿方法

技术领域

本发明涉及港口集装箱码头自动化装备系统，更具体地说，涉及一种岸桥吊具平衡点在小车方向上的位移补偿方法，特别涉及一种基于钢丝绳混合卷绕的岸桥吊具平衡点在小车方向上的位移补偿方法。

背景技术

集装箱岸边起重机(简称岸桥)是集装箱码头沿岸应用最广泛的集装箱起重机。它的主要功能是在海侧与陆侧之间装卸和运输标准集装箱，即按照码头制定的规则将陆侧运输车辆上的作业箱堆放到海侧集装箱船舶中的指定位置，或是将海侧集装箱船舶的作业箱装载到陆侧的运输车辆上，进而完成海侧和陆侧之间的集装箱运输。随着集装箱码头的吞吐量急剧增加，集装箱运输船舶的不断增大，劳动力成本的不断上升，以及环境保护理念的不断增强，码头对岸桥的自动化程度要求越来越强烈。自动化岸桥已成为实现集装箱码头无人化的关键技术装备之一，其自动化作业水平直接影响到自动化码头的作业效率。

在集装箱码头的自动运输集装箱环节中，自动化岸桥的作业主要包括自动抓箱、自动运行和自动着箱。在自动抓箱过程中，自动化控制器通过调整岸桥吊具，使吊具对准并贴紧集装箱的上表面，然后将集装箱提起。在自动运行过程中，自动化控制器通过移动岸桥上的小车和调整吊具钢丝绳的长度来运送空吊具或带载吊具，使其按照预定的轨迹运行。在自动放箱过程中，自动化控制器通过调整岸桥吊具，使吊具所带的集装箱对准并贴紧目标集装箱箱位，然后将集装箱放下。调整吊具位姿使其对准并贴紧集装箱的上表面，或者使其所带集装箱对准并贴紧目标集装箱箱位都是难度较高的动作。

在自动化岸桥的作业过程中，吊具是通过钢丝绳连接到岸桥上的小车，具有单摆的摇摆特性，因此需要知道岸桥吊具的精确的平衡点在小车方向上的位置，即单摆的摇摆中心点位置。

岸桥吊具平衡点的获取方法通常固定小车位置，缓慢变动起升，建立吊具平衡点与小车位置和起升高度的关系表，通过查表和插值的方法获得当前吊具的平衡点位置。然而，当自动化岸桥执行自动抓箱或自动着箱时，需要精确的吊具平衡点位置，而依据传统建表和查表的方式，获得的岸桥吊具在小车方向上的平衡点位置误差过大，降低了抓箱或着箱的成功率和装卸效率。虽然增加建表时的小车位置数量，增加起升高度位置的数量，可以提高吊具平衡点位置的准确度，但该方法增加了关系表的数量，且关系表越大，查表越耗时，关系表的维护也越复杂。因此，如何获取岸桥吊具的平衡点位置是岸桥自动装卸的关键技术之一。

通常岸桥吊具的平衡点在小车方向上的位置处于吊装(小车架)的正中心，但由于吊具钢丝绳的不同卷绕方式，使得吊具平衡点在小车方向上的位置随起升高度的不同而不同，即不处于小车架的正中心，产生了不同的平移现象。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种岸桥吊具平衡点在小车方向上的位移补偿方法，在不计吊具偏载引起的吊具旋转的情况下，利用钢丝绳混合卷绕的特点，建立了基于钢丝绳混合卷绕的岸桥吊具平衡点位移计算模型，通过计算吊具在不同起升高度时对应的水平偏移值，给出吊具平衡点在小车方向上的位移补偿量，消除其对水平偏移的影响。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种岸桥吊具平衡点在小车方向上的位移补偿方法，包括以下步骤：

S1、获取岸桥吊具的机械参数；

S2、选取岸桥吊具的高度

使得

为基于钢丝绳混合卷绕模型的岸桥吊具在小车方向上的平衡点位置；

S3、计算岸桥吊具左、右侧滑轮组中的钢丝绳总长度s_l和s_r的偏差Δs＝s_r-s_l；

S4、通过随机采样，进行数值求解得到点对集合{(x_E,y_E)_i}(i＝1,2,…,n)；

S5、对点对集合(i＝1,2,…,n){(x_E,y_E)_i}进行多项式拟合，得到岸桥吊具任意高度y_E处的吊具平衡点在小车方向上的位移补偿量x_E＝g(y_E)。

较佳的，所述步骤S1中，岸桥吊具的机械参数包括小车定滑轮的半径R、吊具动滑轮的半径r、两个小车定滑轮的中心点之间的距离L、两个吊具动滑轮的中心点之间的距离l。

较佳的，所述步骤S3中，计算过程如下：

较佳的，所述步骤S4中，点对集合{(x_E,y_E)_i}(i＝1,2,…,n)需满足：

本发明所提供的一种岸桥吊具平衡点在小车方向上的位移补偿方法，在不计吊具偏载引起的吊具旋转的情况下，利用钢丝绳混合卷绕的特点，建立了基于钢丝绳混合卷绕的岸桥吊具平衡点位移计算模型，通过计算吊具在不同起升高度时对应的水平偏移值，给出吊具平衡点在小车方向上的位移补偿量，消除其对水平偏移的影响。针对因为岸桥吊具钢丝绳的混合卷绕方式而导致的吊具平衡点并不处在小车架中心位置，提出了基于钢丝绳混合卷绕的岸桥吊具平衡点位移计算模型，并给出了岸桥吊具平衡点在小车方向上的位移补偿量，为岸桥吊具的自动化作业提供依据。

附图说明

图1是岸桥起升系统的结构示意图；

图2是图1中岸桥起升系统中的钢丝绳卷绕方式示意图，其中，(a)为平行卷绕，(b)为交叉卷绕，(c)为混合卷绕；

图3是本发明位移补偿方法中各计算量的示意图；

图4是本发明位移补偿方法的流程示意图。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

本发明所提供的一种岸桥吊具平衡点在小车方向上的位移补偿方法主要针对的岸桥起升结构如图1所示，岸桥起升结构包括岸桥小车1、岸桥吊具2，岸桥前大梁定滑轮5，钢丝绳锚点6，钢丝绳7和卷筒8组成。其中，岸桥小车1上有4个小车定滑轮3，岸桥吊具上有4个吊具动滑轮4。4个吊具动滑轮4分别与4个小车定滑轮3直接卷绕。钢丝绳7从钢丝绳锚点6出发，依次经过岸桥前大梁定滑轮5，小车定滑轮3，吊具动滑轮4，小车定滑轮3，到达卷筒8。岸桥通过卷筒8的卷绕，改变钢丝绳7的有效长度，进而改变岸桥吊具2的高度。

钢丝绳7的卷绕方式主要有三种：平行卷绕(如图2中(a)所示)、交叉卷绕(如图2中(b)所示)和混合卷绕(如图2中(c)所示)。由于平行卷绕和交叉卷绕都是左右对称的关系，在不计吊具偏载引起的吊具旋转的情况下，岸桥吊具2的平衡点始终位于小车架中心位置，不会随着岸桥吊具2的高度变化而变化。但是，当钢丝绳7采用混合卷绕方式时，随岸桥吊具2的起升高度不同，在小车方向上会产生位移现象。

钢丝绳7的混合缠绕方式如图2中(c)所示，左侧一组小车定滑轮3和吊具动滑轮4采用了平行卷绕，右侧一组小车定滑轮3和吊具动滑轮4采用了交叉卷绕，不失一般性，只考虑岸桥小车1和岸桥吊具2的同一侧的小车定滑轮3和吊具动滑轮4，得到了钢丝绳7的混合卷绕计算模型。

结合图3所示，本发明位移补偿方法中，假设小车定滑轮3的半径均为R，两个小车定滑轮3的中心点A和点B处在同一水平高度，其中心点为O，点A和点B之间的距离为L；吊具动滑轮4的半径均为r，它们的中心点C和点D处在同一水平高度，其中心点为E，点C和点D之间的距离为l。

本发明位移补偿方法中定义了直角坐标系OXY，以点O为原点，点O指向点B为OX轴，垂直向上为OY轴。记左侧小车定滑轮3与吊具动滑轮4的中心连线与切线之间的夹角为θ_l，右侧小车定滑轮3与吊具动滑轮4的中心连线与切线之间的夹角为θ_r。

点A的坐标为：

y_A＝0；点B的坐标为：

y_B＝0；点C的坐标为：

y_C＝y_E；点D的坐标为：

y_D＝y_E。

线段AC和BD的长度分别表示为：

夹角θ_l和θ_r分别表示为：

那么，左、右侧滑轮组中的钢丝绳总长度s_l和s_r分别表示为：

当岸桥吊具的平衡点位于小车架中心时，即在x_E≡0的情况下，点C的坐标可简化为：

y_C＝y_E；点D的坐标可简化为：

y_D＝y_E；线段AC和线段BD的长度可简化为：

夹角θ_l和θ_r可简化为：

当滑轮之间的距离L和l，滑轮半径R和r为常数时，就可以得到保持岸桥吊具平衡点始终位于小车架中心时，左、右侧滑轮组中的钢丝绳总长度s_l和s_r，以及它们的偏差Δs＝s_r-s_l。然而，在岸桥吊具升降运动过程中，假设两侧缠绕的钢丝绳总长度的差值Δs₀保持不变，即有关系式s_r-s_l≡Δs₀恒成立。那么：

s_r-s_l

＝R(π+2θ_r)+r(π+2θ_r)+2|BD|cosθ_r-R(π+2θ_l)-r(π-2θ_l)-2|AC|cosθ_l

＝2(R+r)θ_r-2(R-r)θ_l+2|BD|cosθ_r-2|AC|cosθ_l

＝Δs₀

即

将

代入可得：

即：

当滑轮之间的距离L和l，滑轮半径R和r为常数时，通过求解上述方程，可以求得岸桥吊具在任意高度y_E处，基于钢丝绳混合卷绕模型的岸桥吊具在小车方向上的平衡点位置x_E，即位移补偿量：x_E＝f(y_E)。

结合图4所示，本发明所提供的一种岸桥吊具平衡点在小车方向上的位移补偿方法，包括以下步骤：

S1、获取岸桥吊具的机械参数，包括小车定滑轮的半径R、吊具动滑轮的半径r、两个小车定滑轮的中心点之间的距离L、两个吊具动滑轮的中心点之间的距离l；

S2、选取岸桥吊具的高度

使得

为基于钢丝绳混合卷绕模型的岸桥吊具在小车方向上的平衡点位置；

S3、计算岸桥吊具左、右侧滑轮组中的钢丝绳总长度s_l和s_r的偏差Δs＝s_r-s_l，计算过程如下：

较佳的，所述步骤S4中，点对集合{(x_E,y_E)_i}(i＝1,2,…,n)需满足：

S4、通过随机采样，进行数值求解得到点对集合{(x_E,y_E)_i}(i＝1,2,…,n)；点对集合{(x_E,y_E)_i}(i＝1,2,…,n)需满足：

S5、对点对集合(i＝1,2,…,n){(x_E,y_E)_i}进行多项式拟合，得到岸桥吊具任意高度y_E处的吊具平衡点在小车方向上的位移补偿量x_E＝g(y_E)。

实施例

参考图1至图3，本实施例应用于岸桥自动化作业中的吊具平衡点检测与计算中，包括以下步骤：

S1、确定岸桥吊具的机械参数，包括小车定滑轮3的半径R＝0.5m，吊具动滑轮4的半径r＝0.3m，两个小车定滑轮3的中心点之间的距离L＝4.0m，两个吊具动滑轮4的中心点之间的距离l＝1.0m；

S2、选择一个岸桥吊具的高度

使得

该过程一般在岸桥吊具调平的过程中，使得吊具平衡点位于小车架正下方时，记录的岸桥吊具高度；

S3、计算左、右侧滑轮组中的钢丝绳总长度s_l和s_r的偏差Δs＝s_r-s_l，即：

计算得Δs₀＝0.0199763m；

S4、通过随机采样，令y_E∈{-10,-20,-30,-40,-50,-60}，利用计算机进行数值求解，得到满足方程：

的点对集合{(x_E,y_E)_i}(i＝1,2,…,6)。点对集合如下：

序号	1	2	3	4	5	6
							x<sub>E</sub>	0.066499	0.033253	0	-0.03327	-0.06655	-0.09983
y<sub>E</sub>	-10	-20	-30	-40	-50	-60

S5、对点对集合{(x_E,y_E)_i}(i＝1,2,…,6)进行多项式拟合，得到岸桥吊具任意高度y_E处的吊具平衡点在小车方向上的位移补偿量：

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (4)

1.一种岸桥吊具平衡点在小车方向上的位移补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取岸桥吊具的机械参数；

S2、选取岸桥吊具的高度

使得

为基于钢丝绳混合卷绕模型的岸桥吊具在小车方向上的平衡点位置；

S3、计算岸桥吊具左、右侧滑轮组中的钢丝绳总长度s_l和s_r的偏差Δs＝s_r-s_l；

S4、通过随机采样，进行数值求解得到点对集合{(x_E,y_E)_i}(i＝1,2,…,n)；

S5、对点对集合(i＝1,2,…,n){(x_E,y_E)_i}进行多项式拟合，得到岸桥吊具任意高度y_E处的吊具平衡点在小车方向上的位移补偿量x_E＝g(y_E)。

2.根据权利要求1所述的岸桥吊具平衡点在小车方向上的位移补偿方法，其特征在于：所述步骤S1中，岸桥吊具的机械参数包括小车定滑轮的半径R、吊具动滑轮的半径r、两个小车定滑轮的中心点之间的距离L、两个吊具动滑轮的中心点之间的距离l。

3.根据权利要求2所述的岸桥吊具平衡点在小车方向上的位移补偿方法，其特征在于，所述步骤S3中，计算过程如下：

4.根据权利要求2所述的岸桥吊具平衡点在小车方向上的位移补偿方法，其特征在于，所述步骤S4中，点对集合{(x_E,y_E)_i}(i＝1,2,…,n)需满足：

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