專利名稱：吊車全自動控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及吊車的一種全自動控制系統(tǒng)，特別是包含一個全方位重物運(yùn)輸?shù)淖詣涌刂葡到y(tǒng)。
背景技術(shù)：
吊車作為一種重物運(yùn)輸工具，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于車間、碼頭、倉庫、建筑工地等場所。吊繩作為懸掛重物的工具，有利于重物的提升和下放，提高了運(yùn)輸速度，然而卻帶來了一些問題加速、減速以及外部干擾都會引起重物擺動，在運(yùn)輸過程中可能會引起重物與其他設(shè)備的碰撞，造成不必要的損失。這就要求操作工人具有相當(dāng)熟練的工作經(jīng)驗(yàn)以減小運(yùn)輸過程中重物的擺動，同時在目標(biāo)位置必須有工人進(jìn)行人為消擺，并將重物放于期望的目標(biāo)位置。
傳統(tǒng)吊車控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，W1為操作工人，P1為控制面板，A1為驅(qū)動器，C1為吊車系統(tǒng)，O1為位于吊車運(yùn)行空間中的障礙物(如車間中的設(shè)備，碼頭上的貨物等等)。這種控制系統(tǒng)的原理是操作工人W1通過眼睛觀察處于運(yùn)行空間內(nèi)的障礙物，根據(jù)重物的當(dāng)前位置、重物的擺動角度，然后通過控制面板P1上的“前進(jìn)”、“后退”和“停止”鍵經(jīng)過控制器A1對吊車C1進(jìn)行重物的升降和兩個方向的運(yùn)輸控制。這種控制系統(tǒng)主要依靠操作工人W1的操作經(jīng)驗(yàn)，并且只是通過操作工人的視覺構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，精度很低；吊車系統(tǒng)需要控制的量較多重物的提升、下放和停止，兩個方向運(yùn)輸?shù)那斑M(jìn)、后退和停止，操作工人難以綜合各種因素選擇出一種較好的運(yùn)輸路線。所以，當(dāng)前吊車的運(yùn)輸通常采用以下控制方式首先將重物提高到足夠的高度，然后進(jìn)行一個方向的運(yùn)輸控制，再進(jìn)行另一個方向的運(yùn)輸控制，最后才放下重物；當(dāng)運(yùn)輸途中遇到過高的障礙物時需經(jīng)過多次折線運(yùn)輸才能繞過。
傳統(tǒng)的吊車控制系統(tǒng)還存在許多不完善之處往往僅靠重物的提升避過障礙物，這樣運(yùn)輸過程消耗能量過多；多個運(yùn)輸方向難以同時運(yùn)行，大大增加了運(yùn)輸時間；運(yùn)輸過程難以抑制重物的擺動，增加了運(yùn)輸過程的不安全因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是克服上述缺陷，綜合考慮重物的升降、運(yùn)輸、防擺和避障等控制問題，提供一種能減小能量消耗、縮短運(yùn)輸時間的全自動吊車安全控制系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，一種吊車全自動控制系統(tǒng)，包括控制面板、驅(qū)動器、吊車系統(tǒng)，其特征在于還包括計算機(jī)，用于規(guī)劃重物的運(yùn)行路線，并控制吊車沿規(guī)劃好的路徑運(yùn)行；安裝在重物升降電機(jī)上的重物高度傳感器，用于測量重物的高度和升降速度；位置傳感器，用于測量吊車的位置和運(yùn)行速度；角度測量裝置，用于測量兩個運(yùn)輸方向的擺動角度和角速度。
本發(fā)明大大減小了操作工人的工作量，只需輸入需運(yùn)送重物的信息及其目標(biāo)位置即可，主要工作由計算機(jī)完成——路徑規(guī)劃、運(yùn)輸控制以及防擺控制，大大增加了吊車運(yùn)輸系統(tǒng)的安全性，降低了能量消耗，縮短了運(yùn)輸時間。計算機(jī)綜合了障礙物、重物擺動、能量消耗以及具體控制等所有因素，保證了全局最優(yōu)或近似最優(yōu)運(yùn)輸控制，增加了吊車系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，如可以使之完成危險(輻射)工作場合重物的運(yùn)輸任務(wù)，并可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制。


圖1為傳統(tǒng)的吊車控制系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖；
圖2為新型吊車全自動控制系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
首先把位于吊車運(yùn)行空間內(nèi)的各種設(shè)備和物品(包含要運(yùn)輸?shù)闹匚?作為障礙物，將這些障礙物的信息輸入存儲到計算機(jī)中。計算機(jī)自動將要運(yùn)輸?shù)闹匚飶恼系K物中刪除，根據(jù)其他障礙物位置等信息、及重物的當(dāng)前位置和目標(biāo)位置規(guī)劃出一條最佳的運(yùn)行路線。通過計算機(jī)內(nèi)部的控制算法使重物跟蹤規(guī)劃好的路徑，達(dá)到最短時間運(yùn)輸、耗能最低目的，并在運(yùn)輸過程中實(shí)現(xiàn)重物的精確防擺和定位控制。當(dāng)運(yùn)輸任務(wù)完成后，計算機(jī)再自動將重物作為障礙物，保存其位置等信息。
本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖中W2為操作工人，I1為計算機(jī)，A2為驅(qū)動器，D1為攝像頭，C2為吊車系統(tǒng)，O2為吊車運(yùn)輸空間內(nèi)的障礙物。與傳統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)圖1相比，本發(fā)明具有以下不同之處 增加了外接的計算機(jī)I1，操作工人通過I1的輸入設(shè)備輸入重物的目標(biāo)位置，其他任務(wù)由系統(tǒng)自動運(yùn)行，最終達(dá)到安全、快速運(yùn)輸重物的目的；同時用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際需要編制或修改路徑規(guī)劃和控制程序； 在吊車運(yùn)輸電機(jī)上配置了吊車位置測量裝置，實(shí)時測量吊車的位置和運(yùn)行速度；在吊車重物升降電機(jī)上配置了重物高度測量裝置，實(shí)時測量重物的高度和升降速度； 配置了兩個角度測量裝置，實(shí)時測量重物兩個運(yùn)輸方向的擺動角度和角速度； 配置了1個CCD攝像頭D1，使之隨著吊車移動，重物始終處于其可視范圍之內(nèi)，視頻圖像傳送到計算機(jī)顯示，供操作工人觀看重物運(yùn)輸狀況，以避免出現(xiàn)緊急情況； 計算機(jī)端具有微調(diào)運(yùn)輸控制功能，防止控制中可能出現(xiàn)的位置誤差，或者目標(biāo)位置的輸入偏差。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
本發(fā)明如圖2所示當(dāng)有物品進(jìn)入吊車的運(yùn)輸空間時，操作工人W2將該物品作為障礙物，輸入其信息到計算機(jī)I1中。出現(xiàn)運(yùn)輸任務(wù)時，操作工人W2將需要運(yùn)輸?shù)闹匚镄畔⒓捌淠繕?biāo)位置傳送給計算機(jī)I1，或者根據(jù)計算機(jī)I1內(nèi)部編制的規(guī)劃程序得到要運(yùn)送重物的信息及其目標(biāo)位置，計算機(jī)I1自動將要運(yùn)輸?shù)闹匚飶恼系K物中刪除。然后，計算機(jī)I1根據(jù)其內(nèi)部其余障礙物位置以及重物當(dāng)前位置和目標(biāo)位置等信息進(jìn)行路徑規(guī)劃；使規(guī)劃出的路徑在運(yùn)輸能量、路徑距離以及安全方面達(dá)到最優(yōu)組合即在保證安全的前提下運(yùn)輸需要的能量盡量小，距離盡量短。路徑規(guī)劃完畢后，計算機(jī)I1自動調(diào)用全自動路徑跟蹤控制程序，使吊車C2所吊重物沿規(guī)劃的路徑運(yùn)輸。計算機(jī)通過兩個角度測量裝置實(shí)時檢測重物擺動角度和角速度，通過吊車位置測量裝置實(shí)時測量吊車位置和運(yùn)行速度，通過吊車高度測量裝置實(shí)時測量重物高度和及其升降速度。在計算機(jī)I1得到以上系統(tǒng)狀態(tài)量后，根據(jù)控制算法計算出吊車C2中運(yùn)輸電機(jī)所需的控制量，通過驅(qū)動器A2對吊車C2進(jìn)行控制，使重物沿著規(guī)劃好的路徑運(yùn)輸?shù)耐瑫r，減小重物的擺動角度。在重物到達(dá)控制目標(biāo)后，若與實(shí)際目標(biāo)還有偏差，操作工人可以通過微調(diào)控制加以調(diào)節(jié)。重物放下后，計算機(jī)I2自動將此重物作為障礙物，保存其信息，為下一次路徑規(guī)劃做好準(zhǔn)備。在重物運(yùn)輸?shù)耐瑫r，操作工人可以通過攝像頭D1采集的視頻信號，通過計算機(jī)屏幕實(shí)時地監(jiān)視重物的運(yùn)輸狀況，萬一出現(xiàn)緊急情況，操作工人可以停止吊車系統(tǒng)的運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種吊車自動控制系統(tǒng)，包括控制面板、驅(qū)動器、吊車系統(tǒng)，其特征在于還包括計算機(jī)，用于規(guī)劃重物的運(yùn)行路線，并控制吊車沿規(guī)劃好的路徑運(yùn)行；安裝在重物升降電機(jī)上的重物高度傳感器，用于測量重物的高度和升降速度；位置傳感器，用于測量吊車的位置和運(yùn)行速度；角度測量裝置，用于測量兩個運(yùn)輸方向的擺動角度和角速度。
2.按權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述所述位置傳感器為2個。
3.按權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述角度測量裝置為2個。
4.按權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述計算機(jī)控制吊車的運(yùn)動和消除重物的擺動。
5.按權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括CCD攝像機(jī)，用于攝取運(yùn)行的重物，并將攝取的圖像信息傳送到計算機(jī)。
全文摘要
一種吊車全自動控制系統(tǒng)，包括控制面板、驅(qū)動器、吊車系統(tǒng)，還包括計算機(jī)，用于規(guī)劃重物的運(yùn)行路線，并控制吊車沿規(guī)劃好的路徑運(yùn)行；安裝在重物升降電機(jī)上的重物高度傳感器，用于測量重物的高度和升降速度；位置傳感器，用于測量吊車的位置和運(yùn)行速度；角度測量裝置，用于測量兩個運(yùn)輸方向的擺動角度和角速度。本發(fā)明大大減小了操作工人的工作量，只需輸入需運(yùn)送重物的信息及其目標(biāo)位置即可，主要工作由計算機(jī)完成——路徑規(guī)劃、運(yùn)輸控制以及防擺控制。大大增加了吊車運(yùn)輸系統(tǒng)的安全性，降低了能量消耗，縮短了運(yùn)輸時間，計算機(jī)綜合了障礙物、重物擺動、能量消耗以及具體控制等所有因素，保證了全局最優(yōu)或近似最優(yōu)運(yùn)輸控制。
文檔編號B66C13/48GK1613747SQ20031011380
公開日2005年5月11日 申請日期2003年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月4日
發(fā)明者易建強(qiáng), 劉殿通, 趙冬斌 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所