基於北鬥衛星定位系統的龍門起重機自動糾偏系統及方法
2023-12-02 16:17:21
專利名稱：基於北鬥衛星定位系統的龍門起重機自動糾偏系統及方法
技術領域：
本發明屬於龍門起重機控制技術領域，具體涉及一種基於北鬥衛星定位系統的龍門起重機自動糾偏系統及方法。
背景技術：
龍門起重機，尤其是大跨度軌道式龍門起重機廣泛應用於船廠、碼頭、鋼廠等工業現場，最高載荷可達1600噸，最大跨度超過200米。常見龍門起重機結構通常由走行輪組、龍門架、起重小車、吊具、動力系統和控制系統等部分組成。其中，龍門架是整個龍門起重機的承載機構，也是其他部件安裝的基礎。龍門架由水平設置的主梁以及分別安裝在主梁兩端的剛性支腿和柔性支腿組成；在剛性支腿的底端和柔性支腿的底端分別安裝走行輪組，走行輪組的車輪在軌道上行走從而帶動整個龍門起重機行走。
在實際應用中，由於眾多因素的影響，例如走輪直徑的偏差和電動機轉速偏差等，常常會導致龍門起重機偏斜運行，當偏差過大時，會導致以下故障(I)發生「啃軌」事故，從而對軌道產生嚴重的磨損、破壞，而更換軌道成本非常高；(2)嚴重時，會導致主梁斷裂或龍門起重機倒塌等嚴重事故。因此，現有技術中，為避免龍門起重機偏斜運行，保障龍門起重機運行的安全性，龍門起重機需要配置自動糾偏系統。目前，龍門起重機採用的自動糾偏系統主要包括兩種(一)在大車兩側主輪上安裝編碼器；(二)在柔性支腿與主梁結合部安裝角度傳感器或限位器。上述自動糾偏系統均是基於機械方式的偏斜測量，對安裝精度要求較高，所以具有安裝複雜和成本高的缺陷，並且，受機械磨損和老化等影響較大，從而降低了使用壽命。並且，對於編碼器方式，由於是通過測量轉速和行程間接測量偏斜，存在累計誤差，從而降低了測量精度。
發明內容
針對現有技術存在的缺陷，本發明提供一種基於北鬥衛星定位系統的龍門起重機自動糾偏系統及方法，不會受到機械部件磨損、老化等因素的影響，因此，具有使用壽命長的優點。並且，無累計誤差，具有測量精度高的優點。本發明採用的技術方案如下本發明提供一種基於北鬥衛星定位系統的龍門起重機自動糾偏系統，應用於龍門起重機中，包括處理器、控制器、北鬥衛星信號接收板以及至少兩個北鬥衛星天線；各個所述北鬥衛星天線固定安裝在所述龍門起重機的主梁上，各個所述北鬥衛星天線的信號輸出端與所述北鬥衛星信號接收板的信號輸入端連接；所述北鬥衛星信號接收板的信號輸出端與所述處理器的信號輸入端連接，所述處理器的信號輸出端與所述控制器的信號輸入端連接。優選的，各個所述北鬥衛星天線均固定安裝在所述主梁的上表面。
優選的，所述北鬥衛星天線的數量為兩個，包括第一北鬥衛星天線和第二北鬥衛
星天線。優選的，所述第一北鬥衛星天線和所述第二北鬥衛星天線分別固定安裝在所述主梁的兩端。優選的，所述第一北鬥衛星天線與所述主梁的接觸點為第一測試點，所述第二北鬥衛星天線與所述主梁的接觸點為第二測試點；所述第一測試點與所述第二測試點之間的連線與所述主梁的軸線之間的夾角為0-90度。優選的，所述第一測試點與所述第二測試點之間的連線與所述主梁的軸線平行。優選的，所述控制器具有第一信號輸出端與第二信號輸出端；所述龍門起重機具有驅動柔性支腿運動的第一驅動電機和驅動剛性支腿運動的第二驅動電機；所述第一信號輸出端通過變頻器與所述第一驅動電機連接，所述第二信號輸出端通過所述變頻器與所述 第二驅動電機連接。本發明還提供一種應用上述基於北鬥衛星定位系統的龍門起重機自動糾偏系統的方法，包括以下步驟SI，將至少兩個所述北鬥衛星天線固定安裝在所述主梁上，所述北鬥衛星天線與所述主梁的接觸點為測試點；S2，在所述龍門起重機移動的過程中，各個所述北鬥衛星天線接收與其對應的測試點的當前位置信息，並將所述當前位置信息發送給所述北鬥衛星信號接收板；S3，所述北鬥衛星信號接收板接收與各個所述測試點對應的所述當前位置信息，並將接收到的所述當前位置信息發送給所述處理器；S4，所述處理器基於姿態解算算法分析與各個所述測試點對應的所述當前位置信息，得到各個所述測量基線的當前方位角；其中，所述測量基線為任意兩個所述測試點之間的連線；所述處理器建立三維靜止坐標系，通過分析各個所述測試點以及所述主梁的軸線在所述三維靜止坐標系的靜止位置，得到各個所述測量基線與所述主梁之間的固定夾角；S5，針對每一條所述測量基線，所述處理器對與所述測量基線對應的所述固定夾角與所述當前方位角進行綜合計算，得到與所述測量基線對應的所述主梁的偏斜角度；S6，所述處理器判斷與任意一條所述測量基線對應的所述偏斜角度是否超過規定值，如果判斷結果為是，則執行S7 ；S7，所述處理器將所述偏斜角度發送給所述控制器，所述控制器生成與所述偏斜角度對應的控制信號；S8，所述控制器通過發送所述控制信號控制所述龍門起重機的運動狀態。優選的，S5之後、S8之前還包括S-1，所述處理器計算得到與各條所述測量基線分別對應的所述主梁的偏斜角度；S-2，所述處理器將S-I得到的各個所述主梁的偏斜角度求平均值，得到所述主梁的偏斜角度的平均值；S-3，所述處理器判斷所述偏斜角度的平均值是否超過規定值，如果判斷結果為是，則執行S-4 ；
S-4，所述處理器將所述偏斜角度的平均值發送給所述控制器，所述控制器生成與所述偏斜角度的平均值對應的控制信號；然後執行S8。優選的，S8具體為當所述偏斜角度處於預設極小值與預設極大值之間時，所述控制器通過所述變頻器向所述第一驅動電機或所述第二驅動電機發送減速信號，進而調整所述主梁的偏斜度；當所述偏斜角度大於所述預設極大值時，所述控制器向所述第一驅動電機和所述第二驅動電機發送停止運行信號。本發明的有益效果如下本發明提供一種基於北鬥衛星定位系統的龍門起重機自動糾偏系統及方法，基於北鬥衛星測量龍門起重機主梁的偏斜角度，完全獨立於運動部件和控制系統，不會受到機械部件磨損、老化等因素的影響，因此，具有使用壽命長的優點。並且，通過測量主梁與地理南北之間的角度，可直接計算出主梁偏斜角度，無累計誤差，具有測量精度高的優點。
圖I為本發明提供的基於北鬥衛星定位系統的龍門起重機自動糾偏系統的一種結構示意圖；圖2為本發明提供的基於北鬥衛星定位系統的龍門起重機自動糾偏系統的另一種結構意圖；其中，I—主梁；2-—第一北鬥衛星天線；3-—第二北鬥衛星天線；4-一左導軌；5—右導軌；6—測量基線。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明提供的基於北鬥衛星定位系統的龍門起重機自動糾偏系統及方法進行詳細介紹如圖I所示，本發明提供的基於北鬥衛星定位系統的龍門起重機自動糾偏系統，應用於龍門起重機中，包括處理器、控制器、北鬥衛星信號接收板以及至少兩個北鬥衛星天線；各個所述北鬥衛星天線固定安裝在所述龍門起重機的主梁上，各個所述北鬥衛星天線的信號輸出端與所述北鬥衛星信號接收板的信號輸入端連接；所述北鬥衛星信號接收板的信號輸出端與所述處理器的信號輸入端連接，所述處理器的信號輸出端與所述控制器的信號輸入端連接。其中，為保證各個北鬥衛星天線能夠接收到衛星信號，北鬥衛星天線需要固定安裝在主梁的上表面，並且，北鬥衛星天線的一端固定在主梁的上表面，北鬥衛星天線的另一端朝向天空設置。本發明中，北鬥衛星天線的數量根據測量精度進行調整，北鬥衛星天線設置的數量越多，其測量精度越高。但是，北鬥衛星天線的數量至少為2個，才能實現主梁傾斜角度測量的目的，當設置的北鬥衛星天線的數量為兩個時，這兩個北鬥衛星天線之間的距離越遠，主梁傾斜角度測量的精度越高，因此，當這兩個北鬥衛星天線分別固定安裝在所述主梁的兩端時，主梁傾斜角度測量的精度較高。當採用兩個北鬥衛星天線時，兩個北鬥衛星天線的布置方式可以為第一北鬥衛星天線與主梁的接觸點為第一測試點，第二北鬥衛星天線與主梁的接觸點為第二測試點；所述第一測試點與所述第二測試點之間的連線與所述主梁的軸線之間的夾角為0-90度。優選為第一測試點與所述第二測試點之間的連線與所述主梁的軸線平行。本發明提供的應用上述基於北鬥衛星定位系統的龍門起重機自動糾偏系統的方法，包括以下步驟SI，將至少 兩個所述北鬥衛星天線固定安裝在所述主梁上，所述北鬥衛星天線與所述主梁的接觸點為測試點；S2，在所述龍門起重機移動的過程中，各個所述北鬥衛星天線接收與其對應的測試點的當前位置信息，並將所述當前位置信息發送給所述北鬥衛星信號接收板；本步驟中，由於龍門起重機在不斷的移動，所以，各個北鬥衛星天線接收到的與其對應的測試點的當前位置信息也是不斷發生變化的。例如如圖2所示，當採用兩個北鬥衛星天線時，第一北鬥衛星天線與主梁的接觸點為a，第二北鬥衛星天線與主梁的接觸點為b，則第一北鬥衛星天線接收到的接觸點a的位置是不斷變化的，同樣的，第二北鬥衛星天線接收到的接觸點b的位置是不斷變化的。本發明中，接觸點的當前位置信息可以為地理經緯度坐標。S3，所述北鬥衛星信號接收板接收與各個所述測試點對應的所述當前位置信息，並將接收到的所述當前位置信息發送給所述處理器；本發明中，北鬥衛星信號接收板的數量可以為一個也可以為多個。當採用一個北鬥衛星信號接收板時，該北鬥衛星信號接收板設置有不同的輸入接口和輸出接口，各個輸入接口分別連接不同的北鬥衛星天線。當北鬥衛星信號接收板的數量為多個時，例如可以設置北鬥衛星信號接收板的數量與北鬥衛星接收天線的數量相同，即北鬥衛星信號接收板與北鬥衛星接收天線一一對應，則每一個北鬥衛星信號接收板僅接收與其對應的北鬥衛星接收天線發送的信號。S4，所述處理器基於姿態解算算法分析與各個所述測試點對應的所述當前位置信息，得到各個所述測量基線的當前方位角；其中，所述測量基線為任意兩個所述測試點之間的連線；任意兩個測試點之間的連線即得到一條測量基線，如圖2中的ab即為一條測量基線，通過對一條測量基線上的兩個測試點的位置坐標進行分析，即可得到該測量基線的方位角，例如北偏東5度或北偏西20度等。圖2中的0即為測量基線ab的方位角。當龍門起重機直線運動時，測量基線的當前方位角是固定值；而當龍門起重機偏斜運動時，則測量基線的當前方位角會發生相應的變化。所述處理器建立三維靜止坐標系，通過分析各個所述測試點以及所述主梁的軸線在所述三維靜止坐標系的靜止位置，得到各個所述測量基線與所述主梁之間的固定夾角；本步驟中，固定夾角為固定值，與龍門起重機是否發生偏斜運動無關。圖2中，測量基線ab與主梁軸線重合，固定夾角為0度。S5，針對每一條所述測量基線，所述處理器對與所述測量基線對應的所述固定夾角與所述當前方位角進行綜合計算，得到與所述測量基線對應的所述主梁的偏斜角度；圖2中，由於固定夾角為0度，所以，當前方位角0即為與測量基線ab對應的主梁的偏斜角度。S6，所述處理器判斷與任意一條所述測量基線對應的所述偏斜角度是否超過規定值，如果判斷結果為是，則執行S7 ；S7，所述處理器將所述偏斜角度發送給所述控制器，所述控制器生成與所述偏斜角度對應的控制信號；S8，所述控制器通過發送所述控制信號控制所述龍門起重機的運動狀態。具體的，控制器具有第一信號輸出端與第二信號輸出端；所述龍門起重機具有驅動柔性支腿運動的第一驅動電機和驅動剛性支腿運動的第二驅動電機；所述第一信號輸出端通過變頻器與所述第一驅動電機連接，所述第二信號輸出端通過所述變頻器與所述第二驅動電機連接。本步驟中，當所述偏斜角度處於預設極小值與預設極大值之間時，所述控制器通過所述變頻器向所述第一驅動電機或所述第二驅動電機發送減速信號，進而調整所述主梁 的偏斜度；當所述偏斜角度大於所述預設極大值時，所述控制器向所述第一驅動電機和所述第二驅動電機發送停止運行信號，對龍門起重機進行制動。例如當偏斜角度處於預設極小值與預設極大值之間時，並且，當龍門起重機朝北運動時，主梁傾斜角度為北偏東135度時，則向驅動左側支腿運動的驅動電機發出減速信號，實現調整主梁傾斜的目的。而當偏斜角度大於所述預設極大值時，表明主梁傾斜嚴重，需要立即停機維修。在上述步驟中，S5-S7為針對任意一條測量基線計算得到的主梁偏斜角度，為提高測量精度，也可以將各條測量基線對應的主梁偏斜角度求平均值。具體的，包括以下步驟S-1，所述處理器計算得到與各條所述測量基線分別對應的所述主梁的偏斜角度；當採用三個以上北鬥衛星天線時，會得到多條測量基線，處理器計算得到與各條測量基線分別對應的主梁的偏斜角度；S-2，所述處理器將S-I得到的各個所述主梁的偏斜角度求平均值，得到所述主梁的偏斜角度的平均值；S-3，所述處理器判斷所述偏斜角度的平均值是否超過規定值，如果判斷結果為是，則執行S-4 ；S-4，所述處理器將所述偏斜角度的平均值發送給所述控制器，所述控制器生成與所述偏斜角度的平均值對應的控制信號；然後執行S8。例如當採用3個北鬥衛星天線時，即北鬥衛星天線m、北鬥衛星天線n和北鬥衛星天線P，其與主梁的接觸點分別為m、n和p ;則將得到三條測量基線，分別為測量基線mn、測量基線mp和測量基線np。通過計算，獲得與測量基線mn對應的主梁的偏斜角度為a，與測量基線mp對應的主梁的偏斜角度為P，與測量基線np對應的主梁的偏斜角度為Y ;則主梁的偏斜角度的平均值=(a + y )/30本發明提供一種基於北鬥衛星定位系統的龍門起重機自動糾偏系統及方法，基於北鬥衛星測量龍門起重機主梁的偏斜角度，完全獨立於運動部件和控制系統，不會受到機械部件磨損、老化等因素的影響，因此，具有使用壽命長的優點。並且，通過測量主梁與地理南北之間的角度，可直接計算出主梁偏斜角度，無累計誤差，具有測量精度高的優點。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種基於北鬥衛星定位系統的龍門起重機自動糾偏系統，應用於龍門起重機中，其特徵在於，包括處理器、控制器、北鬥衛星信號接收板以及至少兩個北鬥衛星天線；各個所述北鬥衛星天線固定安裝在所述龍門起重機的主梁上，各個所述北鬥衛星天線的信號輸出端與所述北鬥衛星信號接收板的信號輸入端連接；所述北鬥衛星信號接收板的信號輸出端與所述處理器的信號輸入端連接，所述處理器的信號輸出端與所述控制器的信號輸入端連接。
2.根據權利要求I所述的基於北鬥衛星定位系統的龍門起重機自動糾偏系統，其特徵在於，各個所述北鬥衛星天線均固定安裝在所述主梁的上表面。
3.根據權利要求I或2所述的基於北鬥衛星定位系統的龍門起重機自動糾偏系統，其特徵在於，所述北鬥衛星天線的數量為兩個，包括第一北鬥衛星天線和第二北鬥衛星天線。
4.根據權利要求3所述的基於北鬥衛星定位系統的龍門起重機自動糾偏系統，其特徵在於，所述第一北鬥衛星天線和所述第二北鬥衛星天線分別固定安裝在所述主梁的兩端。
5.根據權利要求3所述的基於北鬥衛星定位系統的龍門起重機自動糾偏系統，其特徵在於，所述第一北鬥衛星天線與所述主梁的接觸點為第一測試點，所述第二北鬥衛星天線與所述主梁的接觸點為第二測試點；所述第一測試點與所述第二測試點之間的連線與所述主梁的軸線之間的夾角為0-90度。
6.根據權利要求5所述的基於北鬥衛星定位系統的龍門起重機自動糾偏系統，其特徵在於，所述第一測試點與所述第二測試點之間的連線與所述主梁的軸線平行。
7.根據權利要求I所述的基於北鬥衛星定位系統的龍門起重機自動糾偏系統，其特徵在於，所述控制器具有第一信號輸出端與第二信號輸出端；所述龍門起重機具有驅動柔性支腿運動的第一驅動電機和驅動剛性支腿運動的第二驅動電機；所述第一信號輸出端通過變頻器與所述第一驅動電機連接，所述第二信號輸出端通過所述變頻器與所述第二驅動電機連接。
8.一種應用權利要求1-7任一項所述基於北鬥衛星定位系統的龍門起重機自動糾偏系統的方法，其特徵在於，包括以下步驟 SI，將至少兩個所述北鬥衛星天線固定安裝在所述主梁上，所述北鬥衛星天線與所述主梁的接觸點為測試點； S2，在所述龍門起重機移動的過程中，各個所述北鬥衛星天線接收與其對應的測試點的當前位置信息，並將所述當前位置信息發送給所述北鬥衛星信號接收板； S3，所述北鬥衛星信號接收板接收與各個所述測試點對應的所述當前位置信息，並將接收到的所述當前位置信息發送給所述處理器； S4，所述處理器基於姿態解算算法分析與各個所述測試點對應的所述當前位置信息，得到各個所述測量基線的當前方位角；其中，所述測量基線為任意兩個所述測試點之間的連線； 所述處理器建立三維靜止坐標系，通過分析各個所述測試點以及所述主梁的軸線在所述三維靜止坐標系的靜止位置，得到各個所述測量基線與所述主梁之間的固定夾角； S5，針對每一條所述測量基線，所述處理器對與所述測量基線對應的所述固定夾角與所述當前方位角進行綜合計算，得到與所述測量基線對應的所述主梁的偏斜角度； S6，所述處理器判斷與任意一條所述測量基線對應的所述偏斜角度是否超過規定值，如果判斷結果為是，則執行S7; S7，所述處理器將所述偏斜角度發送給所述控制器，所述控制器生成與所述偏斜角度對應的控制信號； S8，所述控制器通過發送所述控制信號控制所述龍門起重機的運動狀態。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，S5之後、S8之前還包括 S-1，所述處理器計算得到與各條所述測量基線分別對應的所述主梁的偏斜角度； S-2，所述處理器將S-I得到的各個所述主梁的偏斜角度求平均值，得到所述主梁的偏斜角度的平均值； S-3,所述處理器判斷所述偏斜角度的平均值是否超過規定值，如果判斷結果為是，則執行S-4 ； S-4，所述處理器將所述偏斜角度的平均值發送給所述控制器，所述控制器生成與所述偏斜角度的平均值對應的控制信號；然後執行S8。
10.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，S8具體為 當所述偏斜角度處於預設極小值與預設極大值之間時，所述控制器通過所述變頻器向所述第一驅動電機或所述第二驅動電機發送減速信號，進而調整所述主梁的偏斜度；當所述偏斜角度大於所述預設極大值時，所述控制器向所述第一驅動電機和所述第二驅動電機發送停止運行信號。
全文摘要
本發明提供一種基於北鬥衛星定位系統的龍門起重機自動糾偏系統及方法，該系統應用於龍門起重機中，包括處理器、控制器、北鬥衛星信號接收板以及至少兩個北鬥衛星天線；各個所述北鬥衛星天線固定安裝在所述龍門起重機的主梁上，各個所述北鬥衛星天線的信號輸出端與所述北鬥衛星信號接收板的信號輸入端連接；所述北鬥衛星信號接收板的信號輸出端與所述處理器的信號輸入端連接，所述處理器的信號輸出端與所述控制器的信號輸入端連接。本系統不會受到機械部件磨損、老化等因素的影響，因此，具有使用壽命長的優點。並且，無累計誤差，具有測量精度高的優點。
文檔編號B66C13/16GK102774752SQ20121028362
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月10日 優先權日2012年8月10日
發明者孫梁, 陳煒 申請人:北京中船信息科技有限公司