RU2727325C2 - Method for three-dimensional track navigation in automated assistance by control of cargo handling equipment - Google Patents

Method for three-dimensional track navigation in automated assistance by control of cargo handling equipment Download PDF

Info

Publication number
RU2727325C2
RU2727325C2 RU2018127051A RU2018127051A RU2727325C2 RU 2727325 C2 RU2727325 C2 RU 2727325C2 RU 2018127051 A RU2018127051 A RU 2018127051A RU 2018127051 A RU2018127051 A RU 2018127051A RU 2727325 C2 RU2727325 C2 RU 2727325C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
markers
crane
marker
route
radar
Prior art date
Application number
RU2018127051A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2018127051A3 (en
RU2018127051A (en
Inventor
Алексей Андреевич Калмыков
Андрей Алексеевич Калмыков
Original Assignee
Алексей Андреевич Калмыков
Андрей Алексеевич Калмыков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Алексей Андреевич Калмыков, Андрей Алексеевич Калмыков filed Critical Алексей Андреевич Калмыков
Priority to RU2018127051A priority Critical patent/RU2727325C2/en
Publication of RU2018127051A publication Critical patent/RU2018127051A/en
Publication of RU2018127051A3 publication Critical patent/RU2018127051A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2727325C2 publication Critical patent/RU2727325C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66CCRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00Other constructional features or details
    • B66C13/18Control systems or devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66CCRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/88Safety gear
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot

Abstract

FIELD: transportation; computer engineering.SUBSTANCE: disclosed is a method for three-dimensional navigation in automated assistance by control of cargo-handling mechanisms—CHM based on application of radar. CHM path is followed by markers based on nonlinear scatterers—electromagnetic waves NS, and to identify the markers, nonlinear radiolocation stations are used, arranged on a mechanism with a directional pattern oriented in series as each marker moves. At that, the nonlinear radiolocation station transmits to the markers probing signals of one high frequency f, and from the markers, reflected and reformatted signals are received at frequency 2 fand 3 f, according to which, after the pulse or frequency processing with the probing signal f, the nonlinear radiolocation station determines the direction to the marker, distance to it and calculates instantaneous speed of mechanism. These data are continuously transmitted to the central control processor of the mechanism, which by means of software controls movement of mechanism along path and lifting/lowering of cargo in assigned points of route, taking into account wind speed for regulation of all types of movement, reducing speed at strong wind to stop.EFFECT: higher level of automation of loading and unloading operations.3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, точнее к нелинейной радиолокации (НРЛС), и может быть использовано для управления движением грузоподъемных транспортных механизмов (ГПТМ) от места принятия груза до места назначения и обратно, например, домобашенных строительных кранов, портовых грузопогрузочных и грузоприемных кранов, автопогрузчиков, козловых кранов и т.д.The invention relates to radio engineering, more precisely to nonlinear radar (NRL), and can be used to control the movement of lifting transport mechanisms (GPTM) from the place of acceptance of cargo to the destination and back, for example, home-tower construction cranes, port cargo-loading and cargo-receiving cranes, forklifts, gantry cranes, etc.

Далее, способ может быть использован для оптимального управления (движения по рельсам) башенных кранов с грузом: скорость, ускорение, место остановки для подъема груза на заданную высоту/этаж: для контроля подъема грузов на высоту строительным краном при ветровых нагрузках, т.е. возможного раскачивания и даже вращения груза вместе с подъемной платформой.Further, the method can be used for optimal control (movement on rails) of tower cranes with a load: speed, acceleration, stopping place for lifting the load to a given height / floor: to control the lifting of loads to a height by a construction crane under wind loads, i.e. possible rocking and even rotation of the load with the lifting platform.

В общем случае навигация - это нахождение оптимального маршрута, определение местонахождения, направления и значения скорости и других параметров движения объекта. В нашем случае это движение крана по заданному маршруту с заданной скоростью, остановка в нужном месте и доставка груза в заданную точку и возвращение в исходный пункт.In general, navigation is finding the optimal route, determining the location, direction and values of speed and other parameters of the object's movement. In our case, this is the movement of the crane along a given route at a given speed, stopping in the right place and delivering the cargo to a given point and returning to the starting point.

Интересно применение данной системы для погрузки и разгрузки грузов на морских и речных судах портовыми кранами: автоматическое управление движением крана во времени с грузом: начало приема груза, начало движения, остановка в нужном месте с высокой точностью возле нужного трюма (спуск в него или прием груза), обратное движение и т.д. Это сулит большие экономические выгоды, т.к. простой судна в порту (время выгрузки и загрузки) оценивается в несколько тысяч долларов в час.It is interesting to use this system for loading and unloading cargo on sea and river vessels by port cranes: automatic control of the movement of the crane in time with the cargo: starting to receive cargo, starting to move, stopping at the right place with high accuracy near the desired hold (lowering or receiving cargo ), reverse movement, etc. This promises great economic benefits, since demurrage of a vessel in port (time of unloading and loading) is estimated at several thousand dollars per hour.

Также предлагаемое техническое решение может быть использовано для оптимального управления с/х машинами: тракторами для вспашки, различными уборочными машинами: комбайнами, маципурами, сенокосилками и пр., когда, перефразируя пословицу, «каждый день год кормит».Also, the proposed technical solution can be used for optimal control of agricultural machines: tractors for plowing, various harvesting machines: combines, matsipurs, hay mowers, etc., when, to paraphrase the proverb, “feeds every day”.

Общей проблемой эксплуатации ГПТМ, в частности строительных кранов является:A common problem in the operation of GPTM, in particular construction cranes, is:

- ограничены действия в условиях плохой видимости (туман, дождь, снег, темное время суток);- limited actions in poor visibility conditions (fog, rain, snow, nighttime);

- неудовлетворительные эксплуатационно-экономические показатели;- unsatisfactory operational and economic indicators;

- пресловутый человеческий фактор (самочувствие и настроение машиниста-оператора, его опыт) вообще ограниченность человеческих возможностей в определении расстояния, реакции на изменении ситуации и пр.- the notorious human factor (the well-being and mood of the driver-operator, his experience) in general, the limited human capabilities in determining the distance, reaction to changing situations, etc.

Далее, проблемой погрузо-разгрузочных работ является производительность труда, а именно опыт и навыки машиниста-оператора, которые в большинстве случаев находятся на усредненном уровне.Further, the problem of loading and unloading operations is labor productivity, namely the experience and skills of the operator-operator, which in most cases are at an average level.

Пример. Современная стройка: все операции по монтажу здания должны производиться строго по графику, вплоть до минут. Машинист подъемно-строительного крана резко взял груз стрелой крана и быстро взял с места, а груз на длинном тросе, и он начинает качаться взад/вперед и даже может вращаться, приходится остановиться и ждать успокоения груза, а это время и простой других рабочих, следовательно, убытки и задержка сроков строительства.Example. Modern construction: all building assembly operations must be carried out strictly on schedule, up to minutes. The operator of the construction crane abruptly took the load with the boom of the crane and quickly took it from its place, and the load on a long cable, and it begins to swing back / forth and even can rotate, you have to stop and wait for the load to calm down, and this time and idle time for other workers, therefore , losses and delays in construction.

Второй пример. Разгрузка-погрузка в порту морского транспорта. Морской портовый кран должен подъехать на причале к трюму, принять груз, отъехать с ним к ожидаемой машине, разгрузиться, снова подъехать к трюму и т.д. Требуется непрерывная четкая работа, т.к. время разгрузки и/или погрузки в порту стоит очень дорого. Значит, все опять зависит от опыта-навыка машиниста. Напрашивается автоматизация этих процессов.Second example. Unloading and loading at the port of sea transport. A seaport crane must drive up to the hold at the berth, accept the cargo, drive with it to the expected car, unload, drive up to the hold again, etc. Requires continuous clear work, because unloading and / or loading time at the port is very expensive. This means that everything again depends on the experience-skill of the driver. Automation of these processes suggests itself.

В настоящее время известны попытки автоматизации подобных работ, но они находятся в зачаточном состоянии, например, роботизированные автопогрузчики в складских помещениях, но они не нашли широкого применения в силу очень сложных технических решений, а, значит, очень дороги и не оправдывают себя.At present, attempts are known to automate such work, but they are in their infancy, for example, robotic lift trucks in warehouses, but they have not found widespread use due to very complex technical solutions, and, therefore, are very expensive and do not justify themselves.

Из истории строительства известен пример очень ускоренного строительства с применением механизации и частичной автоматизации. Это решение начала 60-х годов президента де Голля о выходе из НАТО, тогда штаб-квартиру которой перенесли из Парижа в Брюссель, для чего была построена новая штаб-квартира всего за пол года не под крышу, а под ключ со всеми коммуникациями, оборудованием, узлами связи. Это был гигантский объем работ, очень сложный и очень быстрый. График строительства был расписан буквально по минутам на целые сутки и выполнялся неукоснительно.An example of a very accelerated construction with the use of mechanization and partial automation is known from the history of construction. This is the decision of the early 60s of President de Gaulle to leave NATO, then the headquarters of which was moved from Paris to Brussels, for which a new headquarters was built in just half a year, not under a roof, but on a turnkey basis with all communications and equipment , communication nodes. It was a huge amount of work, very difficult and very fast. The construction schedule was scheduled literally by the minute for the whole day and was strictly followed.

Полностью интересных и экономически оправданных решений авторами в доступных источниках неизвестны.Completely interesting and economically justified solutions are not known by the authors in the available sources.

Технической задачей изобретения является повышение уровня автоматизации различных погрузочно-разгрузочных работ, монотонных технологических операций типа вспашка, жатва и др.The technical objective of the invention is to increase the level of automation of various loading and unloading operations, monotonous technological operations such as plowing, harvesting, etc.

Технический результат достигается за счет использования нелинейных РЛС в предлагаемой области применения, позволяющих на примере строительного крана определять:The technical result is achieved through the use of nonlinear radars in the proposed field of application, which, using the example of a construction crane, determine:

- непрерывные координаты нахождения строительного крана на его ж/д пути и остановки в нужном месте;- continuous coordinates of finding a construction crane on its railway track and stopping at the right place;

- задание и определение непрерывных координат гака стрелы крана;- assignment and determination of continuous coordinates of the crane boom hook;

- задание и определение непрерывных координат тележки стрелы крана от его мачты;- assignment and determination of continuous coordinates of the crane boom trolley from its mast;

- определение и задание высоты гака стрелы крана с грузом относительно уровня земли;- determination and setting the height of the hook of the crane boom with a load relative to the ground level;

- учет скорости ветра при работах крана;- taking into account the wind speed during crane operations;

- уменьшение временных затрат, а следовательно и экономических затрат;- reduction in time costs, and hence economic costs;

- повышение производительности труда.- increasing labor productivity.

Для решения поставленной задачи предлагается способ трехмерной навигации в автоматизированной помощи управлением грузо-подъмно-транспортными механизмами - ГПТМ на основе применения радиолокации, характеризующийся тем, что на пути следования ГПТМ используются маркеры на основе нелинейных рассеивателей - HP электромагнитных волн, а для распознавания маркеров применены нелинейные РЛС - НРЛС, расположенные на механизме с диаграммой направленности, ориентированной последовательно по мере перемещения на каждый маркер; причем НРЛС передает на маркеры зондирующие сигналы одной высокой частоты f0, а от маркеров принимаются отраженные и переформатированные сигналы на частота 2 f0 и 3 f0, по которым НРЛС после фазовой импульсной или частотной обработки с зондирующим сигналом f0 определяет направление на маркер, расстояние до него и вычисляет мгновенную скорость механизма, эти данные непрерывно передаются на центральный процессор управления механизма, который по СПО управляет движением механизма по пути следования и подъемом/спуском груза в назначенных пунктах маршрута, также учитывая скорость ветра для регулирования всех видов движения: уменьшая их скорость при сильном ветре до остановки при очень больших значениях.To solve the problem, a method of three-dimensional navigation in automated assistance with the control of cargo-lifting and transport mechanisms is proposed - GPTM based on the use of radar, characterized by the fact that markers based on nonlinear scatterers - HP electromagnetic waves are used on the route of the GPTM, and nonlinear markers are used to recognize markers Radar - navigation radar, located on the mechanism with a directional diagram, oriented sequentially as you move to each marker; moreover, the navigation radar transmits probing signals of one high frequency f0 to the markers, and reflected and reformatted signals are received from the markers at a frequency of 2 f0 and 3 f0, according to which the navigation radar after phase pulse or frequency processing with a probing signal f0 determines the direction to the marker, the distance to it and calculates the instantaneous speed of the mechanism, this data is continuously transmitted to the central control processor of the mechanism, which, according to the tripping system, controls the movement of the mechanism along the route and the lifting / lowering of the load at the designated points of the route, also taking into account the wind speed to regulate all types of movement: reducing their speed in strong winds before stopping at very high values.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема устройства по данному способу, на которой показано;FIG. 1 shows a structural electrical diagram of the device according to this method, which is shown;

1 - пульт управления краном (ПУ) с жидкокристаллическим дисплеем (ЖКИ) с клавиатурой типа на смартфоне;1 - crane control panel (PU) with a liquid crystal display (LCD) with a keyboard type on a smartphone;

2 - модем (приемник-преобразователь команд с пульта управления);2 - modem (receiver-converter of commands from the control panel);

3 - центральный процессор (ЦП) схемы;3 - central processing unit (CPU) of the circuit;

4 - специализированное программное обеспечение (СПО);4 - specialized software (SPO);

5 - первая нелинейная РЛС (НРЛС);5 - the first non-linear radar (navigation radar);

6 - маркеры М (нелинейные рассеиватели - HP) на пути следования крана;6 - markers M (nonlinear scatterers - HP) on the route of the crane;

7 - анемометр (определитель скорости ветра;)7 - anemometer (wind speed detector;)

8 - исполнительные механизмы;8 - executive mechanisms;

9 - кран с тележкой;9 - crane with a cart;

10 - блок приемо-передающих антенн НРЛС 5;10 - block of transmitting and receiving antennas for navigation radar 5;

РК - радиоканал;RK - radio channel;

f0 - зондирующий сигнал от НРЛС;f 0 - probing signal from the navigation radar;

2f0 и 3f0 - принятые сигналы от HP (вторая гармоника от f0 и третья от f0).2f 0 and 3f 0 - received signals from HP (second harmonic from f 0 and third from f 0 ).

11 - вторая НРЛС;11 - second navigation radar;

12-третья НРЛС.12th navigation radar.

На фиг. 2 изображена структурная схема расположения составных частей способа, на которой показано:FIG. 2 shows a block diagram of the arrangement of the constituent parts of the method, which shows:

13 - мачта и стрела крана (расположены поперек ж/д пути);13 - crane mast and boom (located across the railway track);

14 - грузовая площадка;14 - cargo area;

15 - строящееся здание;15 - building under construction;

16 - ж/д колея;16 - railway track;

M1 - MN - маркеры (HP), расположенные вдоль грузовых площадок строящегося здания.M1 - MN - markers (HP) located along the cargo areas of the building under construction.

Схема на фиг. 1 имеет следующие соединения: пульт управления 1 радиоканалом РК через модем 2 соединен двунаправленной шиной А с управляющим входом ЦП 3, первая НРЛС 5 зондирующим сигналом частоты f0 последовательно соединена с нелинейными рассеивателями маркеров 6, выходы которых второй 2 f0 и третьей гармоникой 3 f0 этой частоты также последовательно соединены с блоком приемо-передающих антенн 10, выход которого двунаправленной шиной Б соединен с сигнальным входом ЦП 3, в памяти которого введено СПО 4; выходы ЦП 3 соединены с силовыми механизмами 8 крана 9; вторая НРЛС 11 двунаправленной шиной В соединена с ЦП 3, а двунаправленной шиной Г - с нелинейными рассеивателями 12; выход анемометра 7 соединен с сигнальным входом ЦП 3.The diagram in Fig. 1 has the following connections: the control panel 1 by the radio channel RK through modem 2 is connected by a bidirectional bus A to the control input of the CPU 3, the first navigation radar 5 by a probing signal of frequency f 0 is connected in series with nonlinear scatterers of markers 6, the outputs of which are the second 2 f 0 and the third harmonic 3 f 0 of this frequency is also connected in series with the unit of receiving and transmitting antennas 10, the output of which is connected by a bidirectional bus B to the signal input of the CPU 3, in the memory of which the SPO 4 is entered; the outputs of the CPU 3 are connected to the power mechanisms 8 of the crane 9; the second NRLS 11 bidirectional bus B is connected to the CPU 3, and the bidirectional bus G - with nonlinear diffusers 12; the output of the anemometer 7 is connected to the signal input of the CPU 3.

Выбор нелинейных РЛС в данной заявке обусловлен следующим.The choice of non-linear radar in this application is due to the following.

Традиционная активная радиолокация использует линейное отражение (рассеяние) электромагнитных колебаний от различных объектов. При этом приемник РЛС воспринимает отраженные колебания той же частоты (с учетом поправки на доплеровский сдвиг), что и излученное колебание. Извлекаемая из принятого сигнала информация обычно закодирована либо во временном запаздывании, либо в величине фазового набега, либо в запаздывании закона модуляции (например, по частоте) принятого сигнала относительно зондирующего, либо в разности временных сдвигов или фазовых набегов сигналов, принятых несколькими приемными трактами, либо в различии их амплитуд. Обработка сигналов в активных РЛС позволяет обнаруживать различные объекты (радиолокационные цели), измерять их координаты, распознавать цели, осуществлять их поиск, автоматическое сопровождение и решать другие задачи.Traditional active radar uses linear reflection (scattering) of electromagnetic waves from various objects. In this case, the radar receiver perceives the reflected oscillations of the same frequency (taking into account the correction for the Doppler shift) as the radiated oscillation. The information extracted from the received signal is usually encoded either in the time lag, or in the value of the phase incursion, or in the lag of the modulation law (for example, in frequency) of the received signal relative to the sounding signal, or in the difference between the time shifts or phase incursions of the signals received by several receiving paths, or in the difference in their amplitudes. Signal processing in active radars allows detecting various objects (radar targets), measuring their coordinates, recognizing targets, searching for them, automatic tracking, and other tasks.

Во многих случаях радиолокационные цели находятся на фоне других предметов естественного или искусственного происхождения (например, на фоне подстилающей поверхности земли). При этом на вход приемного устройства РЛС поступает сигнал не только от цели (полезный сигнал), но и от всех предметов, попадающих в диаграмму направленности антенной системы РЛС и диффузно рассеивающих электромагнитные волны. Эти колебания образуют внешнюю помеху, которая затрудняет обнаружение и наблюдение полезного сигнала от цели. Маскирующее действие внешних помех является одной из основных проблем современной активной линейной радиолокации.In many cases, radar targets are located against the background of other objects of natural or artificial origin (for example, against the background of the underlying surface of the earth). In this case, the input of the radar receiver receives a signal not only from the target (useful signal), but also from all objects falling into the directional diagram of the radar antenna system and diffusely scattering electromagnetic waves. These vibrations form external interference, which makes it difficult to detect and observe the desired signal from the target. The masking effect of external interference is one of the main problems of modern active linear radar.

Альтернативой традиционной радиолокации служит нелинейная радиолокация, которая представляет собой зондирование электромагнитными волнами сред с нелинейными включениями - нелинейными рассеивателями (HP) - это, как правило, рукотворный объект, способный преобразовать спектр падающих на него радиоволн в волны более высоких частот, кратных зондирующей. Это приводит к появлению новых свойств: повышение уровня сигнал/шум, повышенной избирательности, вообще помехозащищенность.An alternative to traditional radar is nonlinear radar, which is the sensing by electromagnetic waves of media with nonlinear inclusions - nonlinear scatterers (HP) - this is, as a rule, a man-made object capable of converting the spectrum of radio waves incident on it into waves of higher frequencies, multiple of the sounding one. This leads to the emergence of new properties: an increase in the signal / noise level, increased selectivity, and generally noise immunity.

Схема на фиг. 2 имеет следующие составные узлы и их расположение относительно друг друга;The diagram in Fig. 2 has the following components and their location relative to each other;

На ж/д колее 16 расположен строительный кран 9, сам кран содержит мачту и стрелу 13; с одной стороны ж/д пути 16 расположено строящееся здание 15, а с другой - маркеры 6 - M1 - MN, рядом с ж/д колее 16 расположена грузовая площадка 14 для принятия груза строительным краном 9; блок приемопередающих антенн 10 НРЛС 5 расположен на противовесе тележки 21 крана таким образом, что его диаграмма направленности ориентирована на маркеры M1 - MN последовательно по мере движения крана 9 по ж/д колее 16.On the railway track 16 there is a construction crane 9, the crane itself contains a mast and a boom 13; on one side of the railway track 16 there is a building 15 under construction, and on the other - markers 6 - M1 - MN, next to the railway track 16 there is a loading platform 14 for receiving cargo by a construction crane 9; the unit of transmit-receive antennas 10 of the navigation radar 5 is located on the counterweight of the crane bogie 21 in such a way that its directional pattern is oriented to the markers M1 - MN sequentially as the crane 9 moves along the railway track 16.

На фиг. 3, 4 изображена упрощенная схема крана 9,, на которых изображено:FIG. 3, 4 depicts a simplified diagram of the crane 9, which shows:

17 - тележка крана;17 - crane trolley;

18 - тележка стрелы крана;18 - crane boom cart;

19 - груз на тросе стрелы крана;19 - load on the crane boom cable;

20 - трос стрелы крана;20 - crane boom cable;

21 - противовес;21 - counterweight;

М - расстояние от стрелы крана до уровня земли = const;M - distance from the crane boom to ground level = const;

H1 - расстояние от стрелы крана до груза = var;H1 - distance from the crane boom to the load = var;

DH1 - поправка к H1 на высоту груза;DH1 - correction to H1 for the height of the load;

S1 - измеренное расстояние от НРЛС 2 до тележки крана = var;S1 - measured distance from navigation radar 2 to crane trolley = var;

S2 - измеренное расстояние от НРЛС 2 до груза 19 на тросе 20 = var.S2 - measured distance from navigation radar 2 to load 19 on cable 20 = var.

Схема имеет следующие соединения.The circuit has the following connections.

Кран 9 расположен на тележке 17 с противовесом 21, на котором расположена первая НРЛС 5; на тележке стрелы крана расположен первый HP 12, а на гаке (не показан) троса 20 (по существу на верху груза 19) расположен второй HP 12, в месте стыка мачты крана и стрелы расположена вторая НРЛС 11.The crane 9 is located on a trolley 17 with a counterweight 21, on which the first navigation radar 5 is located; the first HP 12 is located on the crane boom trolley, and the second HP 12 is located on the hook (not shown) of the cable 20 (essentially on the top of the load 19), at the junction of the crane mast and the boom there is a second navigation radar 11.

Стрела крана 13 при движении по ж/д колее находится в походном положении строго вдоль ж/д колеи, а при остановке у нужного маркера поворачивается строго перпендикулярно в сторону строящегося здания.When moving along the railway track, the boom of the crane 13 is in the stowed position strictly along the railway track, and when it stops at the desired marker it turns strictly perpendicular to the side of the building under construction.

Перед началом работы оператором грузовой площадки 14 с ПУ1 заносятся следующие операции: начало движения, остановка крана у нужного маркера, нужная высота подъема груза также заносится высота груза от гака до дна груза, координаты груза по высоте и координаты разгрузочной площадки. После снятия груза оператором-приемщиком груза с ПУ1 подается команда на обратный путьBefore starting work, the operator of the cargo platform 14 from PU1 records the following operations: starting the movement, stopping the crane at the desired marker, the required height of lifting the cargo, the height of the cargo from the hook to the bottom of the cargo, the coordinates of the cargo in height and the coordinates of the unloading platform are also entered. After the cargo has been removed by the operator-receiver of the cargo from PU1, a command is sent to the return journey

(пульт управления ездит вместе с краном: например, в специальном чехле на мачте 12).(the control panel travels with the crane: for example, in a special case on the mast 12).

Работа способа по фиг. 2 происходит следующим образом. Операции приема грузов с площадки 14 и их разгрузка на крыше строящегося здания 15 происходят вручную, а доставка грузов происходит в автоматическом режиме. Для этого около ж/д пути 16 через определенные интервалы между ними, начиная с грузовой площадки, ставятся маркеры M1 - MN. Число маркеров напрямую зависит от длины здания и расположения разгрузочных площадок. В центральный процессор 3 в специальное программное обеспечение (СПО) заносится последовательность действий крана: подъем груза на заданную высоту начало движения, скорость движения, остановка у определенного маркера, угол поворота стрелы с грузом, опускание груза в заданное место. После разгрузки происходит подъем люльки (гака) крана 9, возвращение на первоначальное место и опять все сначала.The operation of the method of FIG. 2 occurs as follows. The operations of receiving goods from the site 14 and their unloading on the roof of the building 15 under construction are carried out manually, and the delivery of goods occurs in automatic mode. For this, markers M1 - MN are placed near the railway track 16 at certain intervals between them, starting from the cargo area. The number of markers directly depends on the length of the building and the location of the unloading areas. The sequence of crane actions is entered into the central processor 3 in the special software (SPO): lifting the load to a given height, starting the movement, moving speed, stopping at a certain marker, the angle of rotation of the boom with the load, lowering the load to a predetermined place. After unloading, the cradle (hook) of the crane 9 is lifted, returned to its original place and all over again.

ПримерыExamples of

1. Башенный кран.1. Tower crane.

- Маркировка пути (M1 - MN).- Track marking (M1 - MN).

- В СПО ПУ1 заносится последовательность действий крана.- The sequence of actions of the crane is entered in the STR PU1.

- Остановка крана в нужном месте у маркера 1 грузовой площадки 14.- Stop the crane in the right place at the marker 1 of the load area 14.

- Принятие груза.- Acceptance of cargo.

- Следование по маршруту с заданной скоростью.- Following a route at a given speed.

- Остановка у нужного маркера.- Stop at the desired marker.

- Подъем груза на верх здания, разгрузка.- Lifting cargo to the top of the building, unloading.

- Обратный маршрут до грузовой платформы.- Return route to the loading platform.

2. Портовый кран (погрузка в трюмы и/или на палубу).2. Port crane (loading into holds and / or on deck).

- Принятие груза в нужном месте.- Acceptance of cargo in the right place.

- Следование по маршруту.- Following the route.

- Остановка в нужном месте (например, в 1й, 2й или N трюм, или место у палубы).- Stop at the desired place (for example, in the 1st, 2nd or Nth hold, or a place near the deck).

- Погрузка.- Loading.

- Обратный маршрут.- Return route.

3. Портовый кран (разгрузка).3. Port crane (unloading).

- Следование к месту.- Following to the place.

- Остановка в нужном месте (1, 2, 3 трюмы, место около палубы).- Stop at the desired place (1, 2, 3 holds, a place near the deck).

- Подъем груза.- Lifting the load.

- Следование к месту разгрузки.- Following to the place of unloading.

- Разгрузка.- Unloading.

- Обратный маршрут.- Return route.

В обоих примерах выдерживаются заданные параметры движения: ускорение, скорость движения, величина тормозного пути, скорость подъема/спуска грузов, угловая скорость поворота стрелы крана и пр.In both examples, the given movement parameters are maintained: acceleration, movement speed, braking distance, speed of lifting / lowering of loads, angular speed of rotation of the crane boom, etc.

Следует заметить, что это не полная автоматизация, а, по большому счету, автоматизированная система помощи управления технологическими процессами при использовании грузо-подъемно-транспортными механизмами. Это позволяет:It should be noted that this is not complete automation, but, by and large, an automated system for helping to control technological processes when using load-lifting and transport mechanisms. This allows:

- значительно повысить качество движения и доставки грузов на место назначения вне зависимости от погонных условий (дождь, снег, туман, ночь);- significantly improve the quality of movement and delivery of goods to the destination, regardless of running conditions (rain, snow, fog, night);

- минимизировать время доставки (экономия времени);- to minimize the delivery time (saving time);

- следовательно, снизить себестоимость строительных и погрузочно-разгрузочных работ.- therefore, to reduce the cost of construction and handling operations.

Работа по определению нужного маркера по фиг. 1 происходит следующим образом.The work of determining the desired marker of FIG. 1 happens as follows.

Нелинейный радиолокатор (НРЛС) представляет собой радиотехническую систему, решающую задачу обнаружения заданного маркера.Nonlinear radar (NRL) is a radio engineering system that solves the problem of detecting a given marker.

НРЛС состоит из передающего устройства, осуществляющего одно- или многочастотное зондирование пространства, настроенного на одну из гармоник зондирующего сигнала или на одну из комбинационных частот, и схемы обработки принятых сигналов.The navigation radar consists of a transmitting device that performs single or multifrequency sounding of the space, tuned to one of the harmonics of the sounding signal or to one of the combination frequencies, and a circuit for processing the received signals.

Таким образом, НРЛС при движении крана последовательно определяет точное местонахождение каждого маркера, а по сигналу ЦП по СПО выдает команды на торможение у нужного маркера и подъем груза на заданную верхнюю грузовую площадку строящегося здания.Thus, the navigation radar, when the crane is moving, sequentially determines the exact location of each marker, and, upon the signal from the CPU, through the trip, it issues commands to brake at the desired marker and lift the load to the specified upper cargo area of the building under construction.

В качестве HP каждого маркера применен р-n переход, например, на основе диода Шоттки, включенный между точками возбуждения простейшего излучателя и помещенный в радиопрозрачный экран на мачте высотой порядка одного метра.As the HP of each marker, a pn junction is used, for example, based on a Schottky diode, connected between the excitation points of the simplest emitter and placed in a radio-transparent screen on a mast with a height of about one meter.

На фиг. 5 изображен ход лучей для измерения ординат крана при приближении к остановочному маркеру, на которой показано: HP - нелинейный рассеиватель; НРЛС - нелинейная радиолокационная станция;FIG. 5 shows the path of the rays for measuring the ordinates of the crane when approaching the stop marker, which shows: HP - nonlinear diffuser; NRLS - non-linear radar station;

1 - расстояние между HP и серединой ж/д пути прохождения крана на высоте HP - НРЛС = const;1 - distance between HP and the middle of the railway path of the crane at the height of HP - NRL = const;

1' - измеренное расстояние между HP и РЛС в текущий момент времени, равное var;1 '- the measured distance between HP and the radar at the current time, equal to var;

(а - б) - вычисленное расстояние от крана до начала остановочного маркера.(a - b) - calculated distance from the crane to the start of the stop marker.

Работа системы при измерении ординат крана до остановочного маркера происходит следующим образом. С частотой запросного зондирующего сигнала с НРЛС происходит измерение дальности до HP. При каждом запросе и ответном отраженном сигнале вычисляется в ЦП расстояние от крана до начала остановочного маркера по теореме Пифагора, равное

Figure 00000001
The work of the system when measuring the ordinates of the crane to the stop marker is as follows. With the frequency of the interrogated sounding signal from the navigation radar, the range is measured to HP. For each request and return signal, the CPU calculates the distance from the tap to the start of the stop marker according to the Pythagorean theorem, equal to
Figure 00000001

На фиг. 6 изображен ход лучей для измерения мгновенной скорости крана, на которой показано:FIG. 6 shows the beam path for measuring the instantaneous speed of the crane, which shows:

HP - нелинейный рассеиватель;HP - nonlinear scatterer;

НРЛС - нелинейная радиолокационная станция;NRLS - non-linear radar station;

А - Г - условные положения НРЛС по времени приближения к остановочному маркеру;A - D - conventional navigation radar positions in terms of the time of approach to the stop marker;

R - расстояние между HP и серединой ж/д пути прохождения крана на высоте HP - НРЛС = const;R is the distance between HP and the middle of the railway path of the crane at a height of HP - NRL = const;

R1 - R3 - измеренные расстояния между НРЛС и HP в каждый момент времени, равные var;R1 - R3 - measured distances between navigation radar and HP at each moment of time, equal to var;

ΔS1 - ΔSN, вычисленные расстояния прохождения крана за промежутки времени Δt1 - ΔtN.ΔS 1 - ΔS N , calculated distances of passage of the crane for time intervals Δt 1 - Δt N.

Измерение мгновенной скорости происходит следующим образом. С частотой запросного зондирующего сигнала с НРЛС происходит измерение дальности до HP и засекается время между двумя запросами, тогда эта мгновенная скорость измеряется по формуле:

Figure 00000002
в нашем случае
Figure 00000003
причем ΔS вычисляется как на фиг.3 путем вычитания расстояния от крана до остановочного маркера между двумя соседними запросами, т.е. ΔS1=S1-S2 и т.д. Измерение скорости нужно для управления движением крана с целью точной остановки и нужного маркера по сигналам на исполнительные механизмы с ЦП.The instantaneous speed is measured as follows. With the frequency of the interrogated sounding signal from the navigation radar, the range to HP is measured and the time between two inquiries is recorded, then this instantaneous speed is measured by the formula:
Figure 00000002
in our case
Figure 00000003
and ΔS is calculated as in Fig. 3 by subtracting the distance from the crane to the stop marker between two adjacent requests, i.e. ΔS 1 = S 1 -S 2 , etc. The speed measurement is necessary to control the movement of the crane in order to accurately stop and the desired marker according to signals to the actuators from the CPU.

Т.к. время между запросами составляет несколько миллисекунд, то скорость можно усреднить за несколько запросов.Because the time between requests is a few milliseconds, the speed can be averaged over several requests.

Определение высоты груза (координаты по высоте) на стреле крана происходит следующим образом. Вторая НРЛС 11 вычисляет расстояние до первого НР1, равное S1, также измеряет расстояние до второго НР2равное S2. Т.к. известна высота от земли до стрелы, то по прямоугольному треугольнику Н2 - S1 - S2 в ЦП3 вычисляется катет Н2 по выражению:Determination of the height of the load (coordinates in height) on the boom of the crane is as follows. The second NRL 11 calculates the distance to the first HP1 equal to S1, and also measures the distance to the second HP2 equal to S2. Because the height from the ground to the arrow is known, then according to the right-angled triangle H2 - S1 - S2 in the CPU3, the leg H2 is calculated by the expression:

Figure 00000004
Figure 00000004

И затем вычисляется высота от земли до гака, равная H1=Н-Н2 и только потом вычисляется полная высота от низа груза до земли, равная H1-ΔН. Т.к. высота груза может быть разной, то для его плавного опускания ее нужно обязательно учитывать.And then the height from the ground to the hook is calculated, equal to H1 = Н-Н2, and only then the total height from the bottom of the load to the ground is calculated, equal to H1-ΔН. Because the height of the load may be different, then for its smooth lowering it must be taken into account.

В заключение следует заметить, что эту задачу: отыскание меток - маркеров и по ним определить скорость и ординату крана можно и обыкновенной РЛС не нелинейной, но это технически очень сложно, т.к. такие локаторы не отличают сигнал маркера от других целей на пути следования крана и вообще от любых отражающих предметов, а их около остановочных маркеров может быть много, как на всякой стройке, следовательно, будет много ложных целей, а, какая из них истинная, не выделяется. Только применение НРЛС однозначно решает эту задачу, причем не менее успешно, причем мощность передатчика НРЛС лежит в пределах микроватт, что соизмеримо с мощностью сотового телефона.In conclusion, it should be noted that this task: finding marks - markers and using them to determine the speed and ordinate of the crane is possible even for an ordinary radar that is not nonlinear, but it is technically very difficult, because such locators do not distinguish the marker signal from other targets on the route of the crane and, in general, from any reflective objects, and there can be many of them near stop markers, as at any construction site, therefore, there will be many false targets, and which one is true is not highlighted ... Only the use of navigation radar uniquely solves this problem, and no less successfully, and the transmitter power of the navigation radar lies within microwatts, which is commensurate with the power of a cell phone.

Нелинейные рассеиватели (метки) в условиях с множеством переотражений из-за наличия большого количества металлических предметов могут быть выполнены в виде активных радиометок с использованием сверхширокополосных радиосигналов, устойчивых к сложным условиям распространения.Nonlinear scatterers (marks) in conditions with multiple reflections due to the presence of a large number of metal objects can be made in the form of active radio tags using ultra-wideband radio signals that are resistant to difficult propagation conditions.

Активные радиометки обладают собственным источником питания и, как следствие, увеличенной дальностью работы, и реализовать дополнительную обработку, например, шифрование.Active RFID tags have their own power source and, as a result, an increased range of operation, and implement additional processing, for example, encryption.

В качестве активных радиометок могут быть и другие варианты, например, параметрические радиометки.Other options can be used as active RFID tags, for example, parametric RFID tags.

Несмотря на ограниченное время службы активной радиометки, оно обычно составляет годы, что более чем остаточно в большинстве случаев применения.Despite the limited service life of an active RFID tag, it is usually years, which is more than remaining in most applications.

В настоящее время разработаны и применяются микробатарейки со сроком службы в несколько лет с большим количеством ампер/часов. При раскодировании кодовой модуляции: порядковый номер маркера заносится на ЖКИ в ПУ по РК, из которого видно, около какого остановочного маркера находится кран, несмотря, например, на плохую видимость: ночь, туман, снежные заряды и пр.Currently, micro batteries with a service life of several years with a large number of amperes / hours have been developed and applied. When decoding code modulation: the serial number of the marker is entered on the LCD in the control panel according to the RK, from which it is visible near which stop marker the crane is located, despite, for example, poor visibility: night, fog, snow charges, etc.

В предлагаемом способе описано применение трех НРЛС и их расположение. В действительности от условий решающих задач по доставке груза их число может быть увеличено и расположение всех НРЛС может быть другим.The proposed method describes the use of three navigation radar and their location. In fact, depending on the conditions of the decisive tasks for the delivery of cargo, their number can be increased and the location of all navigation radars can be different.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении выполняется трехмерная навигация по длине пути, высоте подъема груза и по определению координат разгрузочной площадки - ширина.Thus, in the proposed technical solution, three-dimensional navigation is performed along the length of the track, the height of the load lifting and by determining the coordinates of the unloading platform - the width.

Claims (3)

1. Способ трехмерной навигации в автоматизированной помощи управлением грузо-подъемно-транспортными механизмами - ГПТМ на основе применения радиолокации, характеризующийся тем, что на пути следования ГПТМ используются маркеры на основе нелинейных рассеивателей - HP электромагнитных волн, а для распознавания маркеров применены нелинейные РЛС - НРЛС, расположенные на механизме с диаграммой направленности, ориентированной последовательно по мере перемещения на каждый маркер; причем НРЛС передает на маркеры зондирующие сигналы одной высокой частоты f0, а от маркеров принимаются отраженные и переформатированные сигналы на частоте 2 f0 и 3 f0, по которым НРЛС после фазовой импульсной или частотной обработки с зондирующим сигналом f0 определяет направление на маркер, расстояние до него и вычисляет мгновенную скорость механизма, эти данные непрерывно передаются на центральный процессор управления механизма, который по СПО управляет движением механизма по пути следования и подъемом/спуском груза в назначенных пунктах маршрута, также учитывая скорость ветра для регулирования всех видов движения: уменьшая их скорость при сильном ветре до остановки при очень больших значениях.1. A method of three-dimensional navigation in automated assistance for the control of cargo-lifting and transport mechanisms - GPTM based on the use of radar, characterized by the fact that markers based on nonlinear scatterers - HP of electromagnetic waves are used along the route of the GPTM, and nonlinear radars - navigation radar are used to recognize markers located on the mechanism with a directional pattern, oriented sequentially as you move to each marker; moreover, the navigation radar transmits probing signals of one high frequency f 0 to the markers, and reflected and reformatted signals are received from the markers at a frequency of 2 f 0 and 3 f 0 , according to which the navigation radar after phase pulse or frequency processing with a probing signal f 0 determines the direction to the marker, the distance to it and calculates the instantaneous speed of the mechanism, this data is continuously transmitted to the central control processor of the mechanism, which, according to the trip system, controls the movement of the mechanism along the route and the lifting / lowering of the load at designated points of the route, also taking into account the wind speed to regulate all types of movement: reducing them speed in strong winds before stopping at very high values. 2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что маркеры расположены на ключевых точках маршрута: начало, конец и в определенных местах по пути следования ГПТМ, а также на самом ГПТМ.2. The method according to claim 1, characterized in that the markers are located at key points of the route: the beginning, end and in certain places along the route of the GPTM, as well as on the GPTM itself. 3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что первая НРЛС расположена на балласте тележки крана и ориентирована на маркеры на пути следования ГПТМ, вторая НРЛС расположена в стыке мачты со стрелой крана и ориентирована на маркер НР1, расположенный на гаке троса и на маркер НР2, расположенный внизу тележки мачты крана и ориентирована на маркер, расположенный на геометрическом центре разгрузочной площадки.3. The method according to claim 1, characterized in that the first navigation radar is located on the ballast of the crane trolley and is oriented to markers along the route of the GPTM, the second navigation radar is located at the junction of the mast with the crane boom and is oriented to the HP1 marker located on the rope hook and to the marker HP2 located at the bottom of the crane mast bogie and is oriented towards the marker located at the geometric center of the unloading platform.
RU2018127051A 2018-07-23 2018-07-23 Method for three-dimensional track navigation in automated assistance by control of cargo handling equipment RU2727325C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018127051A RU2727325C2 (en) 2018-07-23 2018-07-23 Method for three-dimensional track navigation in automated assistance by control of cargo handling equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018127051A RU2727325C2 (en) 2018-07-23 2018-07-23 Method for three-dimensional track navigation in automated assistance by control of cargo handling equipment

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018127051A RU2018127051A (en) 2020-01-23
RU2018127051A3 RU2018127051A3 (en) 2020-05-19
RU2727325C2 true RU2727325C2 (en) 2020-07-21

Family

ID=69183938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018127051A RU2727325C2 (en) 2018-07-23 2018-07-23 Method for three-dimensional track navigation in automated assistance by control of cargo handling equipment

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2727325C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2769956C1 (en) * 2021-02-04 2022-04-11 Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ САУТ" (ООО "НПО САУТ") Method and system for determining the speed of a locomotive and the direction of movement

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1429726A (en) * 2003-01-30 2003-07-16 沈湧 Railway communication system of small sized vehicle
DE102011002772A1 (en) * 2011-01-17 2012-07-19 Siemens Aktiengesellschaft Method for operating a tracked vehicle
WO2013032895A1 (en) * 2011-08-26 2013-03-07 Crown Equipment Limited Method and apparatus for using unique landmarks to locate industrial vehicles at start-up

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1429726A (en) * 2003-01-30 2003-07-16 沈湧 Railway communication system of small sized vehicle
DE102011002772A1 (en) * 2011-01-17 2012-07-19 Siemens Aktiengesellschaft Method for operating a tracked vehicle
WO2013032895A1 (en) * 2011-08-26 2013-03-07 Crown Equipment Limited Method and apparatus for using unique landmarks to locate industrial vehicles at start-up

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2769956C1 (en) * 2021-02-04 2022-04-11 Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ САУТ" (ООО "НПО САУТ") Method and system for determining the speed of a locomotive and the direction of movement

Also Published As

Publication number Publication date
RU2018127051A3 (en) 2020-05-19
RU2018127051A (en) 2020-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2021209260C1 (en) Offshore ship-to-ship lifting with target tracking assistance
US9969600B2 (en) Remote-controlled crane
EP2699940B1 (en) Techniques for positioning a vehicle
US8452527B2 (en) Method of automatic positioning for loading and unloading of container ships in container terminals
US7315274B2 (en) Method and system for determining the position of marine vessels and similar objects
CN110615362B (en) Intelligent control system and method for tower crane
US20050033514A1 (en) Mobile station of global position system for rubber-tyred gantry crane
EP0007790A1 (en) Driverless vehicle carrying non-directional detectors auto-guided by light signals
Barnes et al. Indoor industrial machine guidance using Locata: A pilot study at BlueScope Steel
JP2008505311A (en) Laser scanner for mooring robots
RU2727325C2 (en) Method for three-dimensional track navigation in automated assistance by control of cargo handling equipment
CN109711787B (en) Port intelligent control system and related system and device
CN104123855A (en) Safe navigation auxiliary system and method for ship passing ship lock
KR101103719B1 (en) Tower Crane Cargo-Working Target Device
CN105197799A (en) UWB-based crane wireless positioning control system and method
KR101866283B1 (en) Wireless Repeater System for Small Sized Vessel for Providing AIS and Location Information Using Wi-Fi
CN113682965A (en) Automatic safety control system and control method for crane operation
KR101830519B1 (en) a system for preventing collision between tower cranes with an excellent reliability
KR20160133433A (en) Apparatus and Method for managing location of equipment in open storage yard, using rfidtag
RU2345944C1 (en) Method of improvement of safety of work of erecting crane (versions)
KR102318826B1 (en) Radar safety fence system for preventing industrial accident in coal handling system and method thereof
WO2023062267A1 (en) Warning system and method for providing safety at construction site
RU2428713C2 (en) Radar method for preventing collision of aircraft with obstacles in vertical plane and device for realising said method
RU2673314C1 (en) Method of helicopter landing on ship and system for its implementation
Kim et al. Development and evaluation of prototype system for harbor container delivery & cargo work automation