CN214456312U - 一种智能控制桥臂的起重机防摇系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种智能控制桥臂的起重机防摇系统，包括线性滑杆龙门结构，还包括电源、数据采集端、数据处理端、指令发送端和显示屏，所述数据采集端包括蓝牙姿态传感器，所述数据处理端包括单片机、蓝牙接收模块、继电器和步进电机驱动器，数据采集端对货箱摇摆角度、速度大小进行测量，并将每次测量的姿态数据通过串口传输到数据处理端，数据处理端接收到数据采集端发来的数据，经数据整合、PID运算，将计算的数值转化为步进电机的运行速度发送给步进电机驱动器，控制步进电机的转速、转向，并将数据显示在显示屏上。本实用新型能够解决起重机在启动、停止，以及行进的过程中的晃动问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种起重机防摇系统技术领域，具体为一种智能控制桥臂的起重机防摇系统。
背景技术
近年来，随着世界各国贸易互通往来频繁，货箱的运输成为了重要的一环。在货物的装箱、搬运过程中，起重机起着重要作用。桥式、门式起重机广泛用于机场、码头、工厂等大型运输场所。由于起重机的位移装置和货物之间的连接多以钢丝绳为媒介，操作熟练度、钢丝绳的柔性、风力等多方面因素导致货物在运送过程中产生摇摆。摇摆会极大拖慢运输进程，解决摇摆也就成了一个热点问题。起重机防摇就是使吊重货物快速消除摆动，尽快达到竖直状态，以加快货物运输的准确性、快速性，从而提高货物的装卸效率，减轻工作人员的劳动。 国内当前采用的电子防摇技术可以实现对吊具摆动的控制，但是由于需要经常变化绳的长度，再加上车上电动机在运行过程中会产生一定的摩擦，因此实际应用中会出现调整小车运行速度太频繁、司机不舒服的现象，导致某些装备了电子防摇系统的集装箱起重机后来又被拆除。并且起重机系统的数学模型具有非线性特性和不确定性，常规的控制方法往往难以奏效，因此只有不依赖数学模型且能适应不确定性的智能控制方法才适合应用到这类控制中来。一个好的防摇装置，可以避免碰撞等一系列事故的发生，大大提高起重机的操作效率和起重机操作过程的安全性。据不完全统计，起重机运输时长大约30%浪费在消除摇摆的问题上，所以起重机防摇问题的解决就意义极大。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型提供了一种智能控制桥臂的起重机防摇系统，能够解决起重机在启动、停止，以及行进的过程中的晃动问题。
本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种智能控制桥臂的起重机防摇系统，包括线性滑杆龙门结构，所述线性滑杆龙门结构包括带动货箱移动的滑台、驱动滑台在X轴上运动的第一步进电机、驱动滑台在Y轴上运动的第二步进电机和吸附货箱的吸盘，所述吸盘与滑台通过桥臂相连，还包括电源、数据采集端、数据处理端、指令发送端和显示屏，所述数据采集端包括采集桥臂姿态信息的蓝牙姿态传感器，蓝牙姿态传感器设于桥臂上，所述数据处理端包括单片机、蓝牙接收模块、继电器和两个步进电机驱动器，所述单片机分别与蓝牙接收模块、蓝牙姿态传感器、继电器、步进电机驱动器和显示屏有线电性连接，蓝牙接收模块与指令发送端蓝牙无线连接接收指令，蓝牙姿态传感器通过USB-HID与电脑上位机蓝牙无线连接，所述继电器与气泵电性连接，气泵与吸盘之间通过气管连接，两个所述步进电机驱动器分别驱动第一步进电机和第二步进电机。
优选地，所述电源包括电源A、电源B和电源C，电源A与步进电机驱动器和气泵电性连接，电源A为7.4V锂离子电池；电源B与单片机电性连接，电源B为3.3V锂离子电池；电源C与步进电机电性连接，电源C为22.4V电池。
优选地，蓝牙姿态传感器的型号为BWT61P，所述单片机的型号为STM32F429IGT6，所述步进电机型号为57BYG250B，所述步进电机驱动器的型号为TB6600，所述显示屏采用OLED模块。
优选地，所述吸盘为塑料真空吸盘。
优选地，所述指令发送端为手机APP。
优选地，还包括与单片机串口连接的触摸屏。
根据上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型运用蓝牙姿态传感器对货箱摇摆角度、速度大小进行测量，单片机将数据整合、PID运算，将计算的数值转化为步进电机的运行速度发送给步进电机驱动器，控制步进电机的转速、转向，解决起重机在启动、停止，以及行进的过程中的晃动问题。
2、本实用新型运用显示屏实时显示数据，在进行工作的时候，OLED与上位机中会显示桥臂的实时位置以及货箱的倾斜角，人机交互强，如果出现错误，可以被人为干预停止。
3、本实用新型通过手机APP和触摸屏共同控制单片机进行工作，实现远程和现场的共同控制。
附图说明
图1为本实用新型的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
如图1所示，一种智能控制桥臂的起重机防摇系统，包括线性滑杆龙门结构，所述线性滑杆龙门结构包括带动货箱移动的滑台、驱动滑台在X轴上运动的第一步进电机、驱动滑台在Y轴上运动的第二步进电机和吸附货箱的吸盘，用于吸附货箱来装货卸货的吸盘为塑料真空吸盘。第一步进电机和第二步进电机型号均为57BYG250B，可以将电脉冲信号转换成直线或者角位移的执行元件，所述吸盘与滑台通过桥臂相连。
还包括电源、数据采集端、数据处理端、指令发送端和显示屏，用于显示桥臂参数的显示屏采用OLED模块。
所述数据采集端包括采集桥臂姿态信息的蓝牙姿态传感器，蓝牙姿态传感器的型号为BWT61P，该传感器支持三维加速度，三维陀螺仪，三维欧拉角等，可连接上位机，与手机APP远程连接查看测量数据，蓝牙姿态传感器设于桥臂上，蓝牙姿态传感器对货箱摇摆角度、速度大小进行测量，并将每次测量的姿态数据通过串口传输到数据处理端。
所述数据处理端包括单片机、蓝牙接收模块、继电器和两个步进电机驱动器，所述单片机的型号为STM32F429IGT6，单片机的型号为意法半导体公司的STM32F429IGT6,相较于STM32F407降低了停止模式的电流消耗，可延长便携应用的电池寿命。此外,还增加了TFT-LCD控制器、加快图形处理性能的ST Chrom-ART Accelerator 和 SDRAM 存储器接口。所述步进电机驱动器的型号为TB6600。
所述单片机分别与蓝牙接收模块、蓝牙姿态传感器、继电器、步进电机驱动器和显示屏有线电性连接，蓝牙接收模块与指令发送端蓝牙无线连接接收指令，蓝牙姿态传感器通过USB-HID与电脑上位机蓝牙无线连接，所述继电器与气泵电性连接，气泵与吸盘之间通过气管连接，两个所述步进电机驱动器分别驱动第一步进电机和第二步进电机。数据处理端接收到数据采集端发来的数据，经数据整合、PID运算，将计算的数值转化为步进电机的运行速度发送给步进电机驱动器，控制步进电机的转速、转向，并将数据显示在显示屏上。
所述指令发送端为手机APP，手机APP主要工作是给系统发送指令，蓝牙模块接收指令并发送给单片机处理指令。
还包括与单片机串口连接的触摸屏，触摸屏给单片机发送处理指令。
所述电源包括电源A、电源B和电源C，电源A与步进电机驱动器和气泵电性连接，电源A为7.4V锂离子电池；电源B与单片机电性连接，电源B为3.3V锂离子电池；电源C与步进电机电性连接，电源C为22.4V电池。
系统运行过程中：
首先对系统进行上电，先打开B电源对单片机供电，待其稳定后打开A 电源，然后打开电源C为步进电机供电，此时系统各部分供电正常开始工作；
OLED屏幕闪亮，气泵开始运行，当上位机按下位置A时，线性龙门滑杆开始运行，将桥臂带向指定位置A点，此时蓝牙姿态传感器BWT61P检测数据并将6轴加速度原始数据经过硬件滤波，卡尔曼滤波，最后通过DMP库计算出姿态角，然后传输到数据处理端，数据处理端进行数据校验；
数据处理端数据校验完成后，进行数据解算，然后根据解算结果来分析出货箱的摆角和摇摆速度，利用双环PID算法计算出下个周期步进电机该以哪种速度进行运作最后将数据通过串口DMA发送给上位机。
上位机接收到数据，先进行校验分类，然后通过3D图片控件显示到主界面，并在副界面显示货箱的姿态数据。
当货箱到达A点时，货箱因为桥臂的停止而受到自身惯性的影响摆动，蓝牙姿态传感器BWT61P检测数据将货箱姿态数据上传至数据处理端进行解算，因为数据采集周期10ms左右，在每帧数据处理完成之后进行PID运算，输出值直接作为步进电机的输入频率，更改步进电机的速度及转向，进而进行调整货箱姿态，最后使得货箱稳定。
在实际运用过程中，起重机防摇系统的防摇效果因为风力，货箱的重力等因素无法同实验数据一般，这样就增大了防摇的复杂度，为了实现更高效的搬运策略，本实用新型采用以下算法思想：对于多种的影响因素以及影响力度的不同，采用了分类管理的方式，利用SWTICH语句，规划出影响较大的影响因素与影响较小的影响因素，当影响较大的影响因素发生时，使用双闭环串级PID控制，当影响较小的影响因素发生时，使用单闭环PID控制。这样，当影响小的时候系统可以快速的响应并调整，影响大时可以进行效果较好的调节，不仅提高了防摇的效率，也降低了防摇的成本，减少了电源的损耗。
需要说明的是，上述实施例仅用来说明本实用新型，但本实用新型并不局限于上述实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型的保护范围内。
Claims (6)
1.一种智能控制桥臂的起重机防摇系统，包括线性滑杆龙门结构，所述线性滑杆龙门结构包括带动货箱移动的滑台、驱动滑台在X轴上运动的第一步进电机、驱动滑台在Y轴上运动的第二步进电机和吸附货箱的吸盘，所述吸盘与滑台通过桥臂相连，其特征在于：还包括电源、数据采集端、数据处理端、指令发送端和显示屏，所述数据采集端包括采集桥臂姿态信息的蓝牙姿态传感器，蓝牙姿态传感器设于桥臂上，所述数据处理端包括单片机、蓝牙接收模块、继电器和两个步进电机驱动器，所述单片机分别与蓝牙接收模块、蓝牙姿态传感器、继电器、步进电机驱动器和显示屏有线电性连接，蓝牙接收模块与指令发送端蓝牙无线连接接收指令，蓝牙姿态传感器通过USB-HID与电脑上位机蓝牙无线连接，所述继电器与气泵电性连接，气泵与吸盘之间通过气管连接，两个所述步进电机驱动器分别驱动第一步进电机和第二步进电机。
2.根据权利要求1所述的一种智能控制桥臂的起重机防摇系统，其特征在于：所述电源包括电源A、电源B和电源C，电源A与步进电机驱动器和气泵电性连接，电源A为7.4V锂离子电池；电源B与单片机电性连接，电源B为3.3V锂离子电池；电源C与步进电机电性连接，电源C为22.4V电池。
3.根据权利要求1或2所述的一种智能控制桥臂的起重机防摇系统，其特征在于：蓝牙姿态传感器的型号为BWT61P，所述单片机的型号为STM32F429IGT6，所述步进电机型号为57BYG250B，所述步进电机驱动器的型号为TB6600，所述显示屏采用OLED模块。
4.根据权利要求1所述的一种智能控制桥臂的起重机防摇系统，其特征在于：所述吸盘为塑料真空吸盘。
5.根据权利要求1所述的一种智能控制桥臂的起重机防摇系统，其特征在于：所述指令发送端为手机APP。
6.根据权利要求1所述的一种智能控制桥臂的起重机防摇系统，其特征在于：还包括与单片机串口连接的触摸屏。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115849200A (zh) * | 2022-12-09 | 2023-03-28 | 广东粤水电新能源装备有限公司 | 一种具有防偏移功能的龙门吊平衡吊装系统 |
-
2021
- 2021-02-04 CN CN202120318074.5U patent/CN214456312U/zh not_active Expired - Fee Related
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