一种智能起重机辅助定位系统及定位方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010941864.9
(22)申请日 2020.09.09
(71)申请人 大连华锐重工起重机有限公司
地址 116000 辽宁省大连市旅顺经济开发
区顺达路29号
申请人 大连华锐重工集团股份有限公司
(72)发明人 蔡昌伟　吴刚　吴庆祺　孙秀军　
方玉琨　王润龙　金宝　
(74)专利代理机构 大连东方专利代理有限责任
公司 21212
代理人 姜威威　李洪福
(51)Int.Cl.
B66C 13/16(2006.01)
B66C 13/46(2006.01)
(54)发明名称一种智能起重机辅助定位系统及定位方法(57)摘要本发明公开了一种智能起重机辅助定位系统，属于起重机电控系统技术领域，该系统包括分别用于标定大车、小车实时位置的定位编码标尺Ⅰ和定位编码标尺Ⅱ；对定位编码标尺Ⅰ的物理地址进行读取和解析，得到大车和小车实时位置的定位读码器Ⅰ和定位读码器Ⅱ；记录起重机大车和起重机小车水平面的偏转角度的陀螺仪；分别进行大车和小车整体大车轨道1#侧、小车轨道1#侧实时距离检测的激光测距传感器Ⅰ、激光测距传感器Ⅱ；PLC控制系统控制吊具的中心点映射在编码标尺坐标系中的实际位置，实现对吊具的中心点定位；该装置具有成本低、设备安装方便的特点；解决智能起重机无法能消除因车轮间隙引起的误差和偏移所导致的定位精度低的问
题。

权利要求书2页 说明书6页 附图5页CN 111994796 A 2020.11.27
C N 111994796
A
1.一种智能起重机辅助定位系统，其特征在于：包括安装在起重机承载梁，靠近大车轨道侧附近，用于标定大车实时位置的定位编码标尺Ⅰ；
安装在起重机大车上，并靠近大车定位编码标尺附近，用于对所述定位编码标尺Ⅰ的物理地址进行读取和解析，得到大车实时位置的定位读码器Ⅰ；
安装在起重机主梁上，靠近小车轨道侧附近，用于标定小车走行的实时位置的定位编码标尺Ⅱ；
安装在起重机小车上，并靠近小车定位编码标尺附近，用于对所述定位编码标尺Ⅱ的物理地址进行读取和解析，得到小车实时位置的定位读码器Ⅱ；
记录起重机大车和起重机小车水平面的偏转角度的陀螺仪；
布置在起重机主梁靠近大车轨道1#处，接近大车轨道1#并垂直于轨道进行大车整体距离大车轨道1#侧实时距离测量的激光测距传感器Ⅰ；
布置在起重机主梁靠近小车轨道1#处，接近小车轨道1#并垂直于轨道进行小车整体距离小车轨道1#侧实时距离测量的激光测距传感器Ⅱ；
接收所述定位读码器Ⅰ传送的大车实时位置、接收所述定位读码器Ⅱ传送的小车实时位置、接收所述陀螺仪传送的起重机大车和起重机小车水平面的偏转角度、接收所述激光测距传感器Ⅰ传送的大车整体距离大车轨道1#侧实时距离、接收所述激光测距传感器Ⅱ传送的小车整体距离小车轨道1#侧实时距离的PLC控制系统；所述PLC控制系统控制吊具的中心点映射在编码标尺坐标系中的实际位置，实现对吊具的中心点定位。

2.根据权利要求1所述的一种智能起重机辅助定位系统，其特征在于：还包括将所述定位读码器Ⅰ传送的大车实时位置、所述定位读码器Ⅱ传送的小车实时位置、所述陀螺仪传送的起重机大车和起重机小车水平面的偏转角度、所述激光测距传感器Ⅰ传送的大车整体距离大车轨道侧实时距离、所述激光测距传感器Ⅱ传送的小车整体距离小车轨道侧实时距离传送给所述PLC控制系统的网络交换机。

3.根据权利要求1所述的一种智能起重机辅助定位系统，其特征在于：所述陀螺仪布置在大车上或小车上。

4.根据权利要求1所述的一种智能起重机辅助定位系统的定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1:设定大车方向，以定位编码标尺Ⅰ侧大车轨道中心为Y轴；设定小车方向，以定位编码标尺Ⅱ侧小车轨道中心为X轴，构成编码标尺坐标系，迪编码标尺坐标系左下角为坐标零点；
S2：起重机大车工作运行中，所述陀螺仪测得水平面实时偏转角度α；定位读码器Ⅰ测得大车实际移动距离为Y1；定位读码器Ⅱ得到小车实际距离X1；激光测距传感器Ⅰ测得大车整体距离大车轨道1#侧实时距离为Xp1；所述激光测距传感器Ⅱ测得小车距离小车轨道1#侧实时距离为Yp1；
定义Xp0为起重机安装调试好正常运行前，第一次激光测距传感器Ⅰ测得大车整体距离大车轨道1#侧实际距离，Xp0为标准原点距离；
定义Yp0位起重机安装调试好正常运行前，第一次激光测距传感器Ⅱ测得小车整体距离小车轨道1#侧实际距离，Yp0为标准原点距离；
定义△Xp为大车轮缘与车轮间隙偏移量，为起重机X坐标；定义△Yp为小车轮缘与车轮
间隙偏移量，为起重机Y坐标；
定义L为定位编码标尺Ⅱ零点到原始吊具中心点和偏转吊具中心点形成的等腰三角形底边距离长度；
定义△Xz，△Yz为起重机因走行偏转角度引起的X坐标偏移量，Y坐标偏移量；
得到(X，Y)为吊具中心点实时数值坐标如下。

一种智能起重机辅助定位系统及定位方法
技术领域
[0001]本发明涉及起重机电控系统技术领域，尤其涉及一种智能起重机辅助定位系统及定位方法。

背景技术
[0002]目前智能起重机在水平面上的检测系统，通常采用在大小车上各设置一套定位检测元件(检测元件可能为条形码、绝对值编码器、编码尺、编码电缆、格雷母线或激光测距等线性检测元件)，如附图1，包含大车定位编码标尺(条形码、绝对值编码器、编码尺、编码电缆、格雷母线或激光测距等线性检测元件)、大车定位读码器、小车定位标尺(条形码、绝对值编码器、编码尺、编码电缆、格雷母线或激光测距等线性检测元件)、小车定位读码器、PLC 控制系统，定位读码器将测得数据传入PLC系统，分别转化成吊具距设定零点的距离数据，此数据即标定为吊具坐标(X1,Y1)。

但实际运行中，由于起重机跨度较大，车轮及水平轮与轨道的间隙引起的实际位置偏差不可避免，如附图1的虚线所示，此时吊具的真实坐标为(X,Y)。

因此，吊具位置除检测元件本身的误差外，还要叠加轮缘与车轮间隙，离水平轮最大可偏移的误差，无法满足无人化操作需求。

[0003]“一种起重机吊具定位系统及定位方法”(CN 108946484 A)，提供一种起重机吊具定位系统及定位方法，该技术提供的定位系统和定位方法，通过在传统的定位系统基础上，增加一套与原设计相同的起重机测距传感器和反射板，从而起到能够消除小车车轮及水平轮与轨道的间隙引起的误差对定位精度的影响的效果，但是由于大车走行距离长，对新增一套测距传感器的测量精度和重复精度要求非常高，并且对成本的增加也非常高。

[0004]“一种起重机吊具定位和防摆装置”(CN20473625U)，该技术涉及一种起重机吊具定位和防摇装置，是在机械结构上对起重机吊具本身的定位精度提升。

[0005]随着国内人工智能技术的发展，市场上对于智能化起重机的需求越来越多，对于智能起重机的控制精度要求也越来越高，以上传统的位置检测由于不能消除车轮间隙引起的误差，导致精度低，已经不能够满足智能起重机对控制精度的要求。

发明内容
[0006]根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种智能起重机辅助定位系统，包括：安装在起重机承载梁，靠近大车轨道侧附近，用于标定大车实时位置的定位编码标尺Ⅰ；[0007]安装在起重机大车上，并靠近大车定位编码标尺附近，用于对所述定位编码标尺Ⅰ的物理地址进行读取和解析，得到大车实时位置的定位读码器Ⅰ；
[0008]安装在起重机主梁上，靠近小车轨道侧附近，用于标定小车走行的实时位置的定位编码标尺Ⅱ；
[0009]安装在起重机小车上，并靠近小车定位编码标尺附近，用于对所述定位编码标尺Ⅱ的物理地址进行读取和解析，得到小车实时位置的定位读码器Ⅱ；
[0010]记录起重机大车和起重机小车水平面的偏转角度的陀螺仪；
[0011]布置在起重机主梁靠近大车轨道1#处，接近大车轨道1#并垂直于轨道进行大车整体距离大车轨道1#侧实时距离测量的激光测距传感器Ⅰ；
[0012]布置在起重机主梁靠近小车轨道1#处，接近小车轨道1#并垂直于轨道进行小车整体距离小车轨道1#侧实时距离测量的激光测距传感器Ⅱ；
[0013]接收所述定位读码器Ⅰ传送的大车实时位置、接收所述定位读码器Ⅱ传送的小车实时位置、接收所述陀螺仪传送的起重机大车和起重机小车水平面的偏转角度、接收所述激光测距传感器Ⅰ传送的大车整体距离大车轨道1#侧实时距离、接收所述激光测距传感器Ⅱ传送的小车整体距离小车轨道1#侧实时距离的PLC控制系统；所述PLC控制系统控制吊具的中心点映射在编码标尺坐标系中的实际位置，实现对吊具的中心点定位。

[0014]进一步地，该系统还包括将所述定位读码器Ⅰ传送的大车实时位置、所述定位读码器Ⅱ传送的小车实时位置、所述陀螺仪传送的起重机大车和起重机小车水平面的偏转角度、所述激光测距传感器Ⅰ传送的大车整体距离大车轨道侧实时距离、所述激光测距传感器Ⅱ传送的小车整体距离小车轨道侧实时距离传送给所述PLC控制系统的网络交换机。

[0015]进一步地，所述陀螺仪布置在大车上或小车上。

[0016]一种智能起重机辅助定位系统的定位方法，包括以下步骤：
[0017]S1:设定大车方向，以定位编码标尺Ⅰ侧大车轨道中心为Y轴；设定小车方向，以定位编码标尺Ⅱ侧小车轨道中心为X轴，构成编码标尺坐标系，迪编码标尺坐标系左下角为坐标零点；
[0018]S2：起重机大车工作运行中，所述陀螺仪测得水平面实时偏转角度α；定位读码器Ⅰ测得大车实际移动距离为Y1；定位读码器Ⅱ得到小车实际距离X1；激光测距传感器Ⅰ测得大车整体距离大车轨道1#侧实时距离为Xp1；所述激光测距传感器Ⅱ测得小车距离小车轨道1#侧实时距离为Yp1；
[0019]定义Xp0为起重机安装调试好正常运行前，第一次激光测距传感器Ⅰ测得大车整体距离大车轨道1#侧实际距离，Xp0为标准原点距离；
[0020]定义Yp0位起重机安装调试好正常运行前，第一次激光测距传感器Ⅱ测得小车整体距离小车轨道1#侧实际距离，Yp0为标准原点距离；
[0021]定义△Xp为大车轮缘与车轮间隙偏移量，为起重机X坐标；定义△Yp为小车轮缘与车轮间隙偏移量，为起重机Y坐标；
[0022]
[0023]定义L为定位编码标尺Ⅱ零点到原始吊具中心点和偏转吊具中心点形成的等腰三角形底边距离长度；
[0024]
[0025]定义△Xz，△Yz为起重机因走行偏转角度引起的X坐标偏移量，Y坐标偏移量；
[0026]
[0027]得到(X，Y)为吊具中心点实时数值坐标如下。

[0028]
[0029]由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种智能起重机辅助定位系统及定位方法，能够精确定位吊具的实际位置，而且具有成本低、设备安装方便的特点；解决现有技术中的智能起重机无法能消除因车轮间隙引起的误差和偏移所导致的定位精度低的技术问题；通过在传统的定位系统基础上，在起重机大车一侧大车轨道横截面中心与大车主梁平行大车中心线交点处设置一台陀螺仪，由于陀螺仪测量角度灵敏，测量精度高，不但能够消除起重机整机系统及轨道间隙引起的误差，精确的定位吊具的实际位置，而且具有成本低、安装方便的特点；另外通过在传统的定位系统基础上，增加两套起重机测距传感器，测量大车整体、小车整体距离各自轨道侧的实时距离与大车、小车初始测量的原点距离进行比较，得出偏移量，起到能够消除车轮及水平轮与轨道的间隙引起的误差和消除整机的系统误差，从而提高实际定位精度。

附图说明
[0030]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0031]图1为现有智能起重机在水平面上的检测系统；
[0032]图2为本发明的结构图；
[0033]图3为本发明的模块图；
[0034]图4为本发明的起重机测量旋转偏差布置图；
[0035]图5为本发明的起重机测量车体轨道偏差布置图；
[0036]图6为本发明的起重机测量旋转角度示意图；
[0037]图7(a)为本发明的测量旋转角度偏差计算示意图；
[0038]图7(b)为本发明的测量大车整体距离大车轨道偏差计算示意图；
[0039]图7(c)为本发明的测量小车整体距离小车轨道偏差计算示意图。

[0040]图中：1、定位编码标尺Ⅰ，2、定位读码器Ⅰ，3、定位编码标尺Ⅱ，4、定位读码器Ⅱ，5、PLC控制系统，6、陀螺仪，7、激光测距传感器Ⅰ，8、激光测距传感器Ⅱ，9、网络交换机。

具体实施方式
[0041]为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本
发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
[0042]图2为本发明的结构图，图3为本发明的模块图；一种智能起重机辅助定位系统，包括定位编码标尺Ⅰ1、定位读码器Ⅰ2、定位编码标尺Ⅱ3、定位读码器Ⅱ4、PLC控制系统5、陀螺仪6、激光测距传感器Ⅰ7、激光测距传感器Ⅱ8和网络交换机9；
[0043]所述定位编码标尺Ⅰ1用于标定大车实时位置，安装在起重机承载梁、靠近大车轨道侧附近；
[0044]所述定位编码标尺Ⅱ3用于标定小车走行的实时位置，安装在起重机主梁上，靠近小车轨道侧附近；
[0045]所述定位编码标尺Ⅰ1和所述定位编码标尺Ⅱ3结构相同，所述定位编码标尺Ⅰ1包括条形码、绝对值编码器、编码尺、编码电缆、格雷母线或激光测距等线性检测元件；[0046]随着大车的移动位置变化，所述定位读码器Ⅰ2用于对所述定位编码标尺Ⅰ1的物理地址进行读取和解析，得到大车实时位置的，安装在起重机大车上，并靠近大车定位编码标尺附近；
[0047]随着小车的移动位置变化，所述定位读码器Ⅱ4用于对所述定位编码标尺Ⅱ3的物理地址进行读取和解析，得到小车实时位置，安装在起重机小车上，并靠近小车定位编码标尺附近；
[0048]图4为本发明的起重机测量旋转偏差布置图；所述陀螺仪6可以布置在起重机大车上任意位置，记录起重机大车和起重机小车水平面的偏转角度；记录第一次安装位置测量的角度α0，并定义此角度α0为初始角度，实时检测起重机大车的角度α1，实际偏转角度为α，α＝α1-α0。

陀螺仪测量角度精度θ，0≤θ≤1，单位°；
[0049]图5为本发明的起重机测量车体轨道偏差布置图；所述激光测距传感器Ⅰ7进行大车整体距离大车轨道1#侧实时测量的距离Xp1，所述激光测距传感器Ⅰ7布置在起重机主梁靠近大车轨道1#处，接近大车轨道1#并垂直于轨道的，激光测距传感器Ⅰ7的精度为βa，0≤βa ≤1，单位mm；
[0050]所述激光测距传感器Ⅱ8进行小车整体距离小车轨道1#侧实时测量的距离Yp1，所述激光测距传感器Ⅱ8布置在起重机主梁靠近小车轨道1#处，接近小车轨道1#并垂直于轨道；激光测距传感器Ⅱ8的精度为βb，0≤βb≤1，单位mm；
[0051]所述激光测距传感器Ⅰ7可以布置在起重机主梁靠近大车轨道2#处，接近大车轨道2#并垂直于轨道处，同时所述激光测距传感器Ⅱ8也可以布置在起重机主梁靠近大车轨道2#处，接近大车轨道2#并垂直于轨道处；
[0052]所述网络交换机9将定位读码器Ⅰ2传送的大车实时位置、所述定位读码器Ⅱ4传送的小车实时位置、所述陀螺仪6传送的起重机大车和起重机小车水平面的偏转角度、所述激光测距传感器Ⅰ7传送的大车整体距离大车轨道1#侧距离、所述激光测距传感器Ⅱ8传送的小车整体距离小车轨道1#侧距离传送给所述PLC控制系统5；所述PLC控制系统5控制吊具的中心点映射在编码标尺坐标系中的实际位置，实现对吊具的中心点定位。

[0053]图6为本发明的起重机测量旋转角度示意图；图7(a)为本发明的测量旋转角度偏差计算示意图；图7(b)为本发明的测量大车整体距离大车轨道偏差计算示意图；图7(c)为本发明的测量小车整体距离小车轨道偏差计算示意图；一种智能起重机辅助定位系统的定位方法，包括以下步骤：
[0054]S1：设定大车方向，以定位编码标尺Ⅰ1侧大车轨道1#中心为Y轴；设定小车方向，以定位编码标尺Ⅱ3侧小车轨道1#中心为X轴，构成迪卡尔坐标系(编码标尺坐标系)，迪卡尔坐标系左下角为坐标零点；
[0055]S2：起重机大车工作运行中，所述陀螺仪6测得水平面实时偏转角度α；所述定位读码器Ⅰ2测得大车实际距离为Y1；所述定位读码器Ⅱ4得到小车实际距离X1；所述激光测距传感器Ⅰ7测得大车整体距离大车轨道1#侧实时距离为Xp1；所述激光测距传感器Ⅱ8测得小车距离小车轨道1#侧实时距离为Yp1；
[0056]定义Xp0为起重机安装调试好正常运行前，第一次激光测距传感器Ⅰ测得大车整体距离大车轨道1#侧实际距离，Xp0为标准原点距离；
[0057]定义Yp0位起重机安装调试好正常运行前，第一次激光测距传感器Ⅱ测得小车整体距离小车轨道1#侧实际距离，Yp0为标准原点距离；
[0058]定义△Xp为大车轮缘与车轮间隙偏移量，为起重机X坐标；定义△Yp为小车轮缘与车轮间隙偏移量，为起重机Y坐标；
[0059]
[0060]定义L为定位编码标尺Ⅱ3零点到原始吊具中心点和偏转吊具中心点形成的等腰三角形底边距离长度；
[0061]
[0062]定义△Xz，△Yz为起重机因走行偏转角度引起的X坐标偏移量，Y坐标偏移量；
[0063]
[0064]得到(X，Y)为吊具中心点实时数值坐标如下：
[0065]
[0066]通过以上方法，可以解决起重机大车因车轮间隙偏转和大小车轮偏移引起的误差所导致的定位精度偏差，同理也可以根据此方法在小车上增加陀螺仪6，从而在整体上提升智能起重机的实际定位精度。

[0067]在起重机大小车机构运行控制时，设定一个精度标准值K，-500≤K≤500，单位为mm。

[0068]当△X＜K时，小车运动停止；
[0069]当Y＜K时，大车运动停止。

[0070]以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其
发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

图1
图2
图3
图4
图5
图6
图7。