本發(fā)明涉及雙吊具橋吊擺角測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于無(wú)源rfid標(biāo)簽測(cè)距的雙吊具橋吊擺角測(cè)量裝置及其方法。

背景技術(shù)：

生活中，我們常常可以在碼頭、施工工地等地方看到一輛輛橋式吊車把重物從一個(gè)地方搬運(yùn)到另一個(gè)地方，可以說(shuō)橋式吊車是一個(gè)十分重要的用于重物搬運(yùn)的機(jī)械裝置。而在港口碼頭中的集裝箱貨物，由于十分沉重，大多采用橋式吊車來(lái)完成搬運(yùn)的工作。由于世界各國(guó)間貿(mào)易的日益頻繁，海運(yùn)事業(yè)的不斷發(fā)展，港口碼頭處理的集裝箱數(shù)量日益增長(zhǎng)，而雙吊具橋式吊車的兩個(gè)吊具可以同時(shí)工作，無(wú)疑提高了橋式吊車的工作效率，近年來(lái)越來(lái)越多地被投入使用。但是，橋吊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中因?yàn)榇嬖谀Σ?、風(fēng)吹等因素，難免會(huì)產(chǎn)生搖晃，而橋式吊車搬運(yùn)的集裝箱貨物重量十分沉重，若擺角過(guò)大，將是一件十分危險(xiǎn)的事情。并且多吊具同時(shí)工作時(shí)，吊具的搖晃可能會(huì)使兩個(gè)集裝箱發(fā)生碰撞，如果發(fā)生后果十分嚴(yán)重。所以，橋吊的防搖成為近年來(lái)熱門(mén)的研究課題。

想要更好地控制吊具不要搖晃，首先就得知道吊具實(shí)時(shí)的準(zhǔn)確的擺角大小?，F(xiàn)在的橋式吊車上，多采用接觸式物理的檢測(cè)裝置來(lái)測(cè)量擺角值，例如光電碼盤(pán)、電壓傳感器等。這些裝置雖然可以在一定程度上測(cè)量吊具的擺角，但是都具有不少的缺點(diǎn)，它們結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)不方便、檢測(cè)有死區(qū)、久用之后摩擦增大給測(cè)量帶來(lái)誤差。另外這些裝置都只針對(duì)單一吊具進(jìn)行擺角檢測(cè)，無(wú)法同時(shí)檢測(cè)多個(gè)吊具的擺角，為雙吊具的引入帶來(lái)了不便。更嚴(yán)重的情況的是，不少碼頭的現(xiàn)場(chǎng)集裝箱起重機(jī)操作人員直接根據(jù)目測(cè)或感官上擺角的大小來(lái)操作橋吊，這樣不僅控制的效果不穩(wěn)定，更是給工作帶來(lái)很大的隱患，影響工作的效率與質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)，測(cè)量沒(méi)有死區(qū)，準(zhǔn)確性高的基于無(wú)源rfid標(biāo)簽測(cè)距的雙吊具橋吊擺角測(cè)量裝置及其方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種基于無(wú)源rfid標(biāo)簽測(cè)距的雙吊具橋吊擺角測(cè)量裝置，該擺角測(cè)量裝置設(shè)置在小車機(jī)構(gòu)上，所述小車機(jī)構(gòu)設(shè)置在大車機(jī)構(gòu)上，所述小車機(jī)構(gòu)的底部設(shè)置有第一吊具和第二吊具，所述大車機(jī)構(gòu)上設(shè)有橋吊駕駛室，其特征在于，該擺角測(cè)量裝置包括擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)、射頻發(fā)射器、第一射頻接收器、第二射頻接收器、第三射頻接收器、第四射頻接收器、第一rfid標(biāo)簽、第二rfid標(biāo)簽和顯示器；所述小車機(jī)構(gòu)的頂部設(shè)置有擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)，小車機(jī)構(gòu)的底部設(shè)置有射頻發(fā)射器；小車機(jī)構(gòu)的一側(cè)壁上設(shè)置有第一射頻接收器，小車機(jī)構(gòu)的另一側(cè)壁上設(shè)置有第二射頻接收器；所述第一吊具的頂部設(shè)置有第三射頻接收器，第一吊具的底部設(shè)置有第一rfid標(biāo)簽；所述第二吊具的頂部設(shè)置有第四射頻接收器，第二吊具的底部設(shè)置有第二rfid標(biāo)簽；所述橋吊駕駛室設(shè)置有顯示器，顯示器與擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)相連接；所述擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)分別與射頻發(fā)射器、第一射頻接收器、第二射頻接收器、第三射頻接收器、第四射頻接收器相連接，擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)向射頻發(fā)射器發(fā)送信號(hào)，擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)接收第一射頻接收器、第二射頻接收器、第三射頻接收器、第四射頻接收器傳輸來(lái)的信號(hào)；所述射頻發(fā)射器分別與第一rfid標(biāo)簽、第二rfid標(biāo)簽相連接，第一rfid標(biāo)簽和第二rfid標(biāo)簽均與第一射頻接收器、第二射頻接收器、第三射頻接收器、第四射頻接收器相連接；所述射頻發(fā)射器分別向第一rfid標(biāo)簽和第二rfid標(biāo)簽發(fā)送信號(hào)，第一rfid標(biāo)簽和第二rfid標(biāo)簽向第一射頻接收器、第二射頻接收器、第三射頻接收器、第四射頻接收器發(fā)送信號(hào)。

優(yōu)選地，所述擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)進(jìn)一步與橋吊防搖控制系統(tǒng)連接。

優(yōu)選地，所述第一射頻接收器所在的小車機(jī)構(gòu)側(cè)壁面與第二射頻接收器所在的小車機(jī)構(gòu)另一側(cè)壁面相垂直。

優(yōu)選地，所述小車機(jī)構(gòu)通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在大車機(jī)構(gòu)的頂部。

優(yōu)選地，所述大車機(jī)構(gòu)的底部設(shè)置有第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

一種基于無(wú)源rfid標(biāo)簽測(cè)距的雙吊具橋吊擺角測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)給射頻發(fā)射器發(fā)出工作命令，射頻發(fā)射器接收到工作命令后通過(guò)天線向第一rfid標(biāo)簽、第二rfid標(biāo)簽發(fā)送電磁波信號(hào)；

步驟二：第一rfid標(biāo)簽、第二rfid標(biāo)簽接收到電磁波信號(hào)后，給第一射頻接收器、第二射頻接收器、第三射頻接收器、第四射頻接收器回復(fù)信號(hào)；

步驟三：第一射頻接收器、第二射頻接收器、第三射頻接收器、第四射頻接收器接收到標(biāo)簽回復(fù)的信息后，給擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)一個(gè)信號(hào)，擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)根據(jù)射頻發(fā)射器發(fā)出信號(hào)到各射頻接收器接收到標(biāo)簽回復(fù)信號(hào)的時(shí)間差，計(jì)算出各射頻接收器與回復(fù)標(biāo)簽之間的距離；

步驟四：擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)根據(jù)各個(gè)射頻接收器與標(biāo)簽之間的距離關(guān)系計(jì)算出各擺腳值，最后將角度信息顯示在橋吊駕駛室的顯示器上或者直接反饋到擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)的控制器上提供必要的參數(shù)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明雙吊具橋吊擺角測(cè)量裝置中擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)控制射頻發(fā)射器給標(biāo)簽發(fā)信號(hào)，接收到信號(hào)后標(biāo)簽給射頻接收器回復(fù)信號(hào)的時(shí)間差，測(cè)出標(biāo)簽與射頻接收器之間的距離，從而計(jì)算出吊具的擺角；本發(fā)明雙吊具橋吊擺角測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量原理易懂，成本低廉，抗干擾能力良好，維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)，測(cè)量沒(méi)有死區(qū)，可以得到精準(zhǔn)而穩(wěn)定的檢測(cè)結(jié)果；本發(fā)明雙吊具橋吊擺角測(cè)量裝置中無(wú)源rfid標(biāo)簽測(cè)距裝置具有體積小、成本低、功耗小、可靠性較高、壽命高和使用方便等特點(diǎn)，可以工作在物體高速運(yùn)動(dòng)的情況下，并能克服掉外界的惡劣環(huán)境影響；本發(fā)明雙吊具橋吊擺角測(cè)量裝置中射頻接收器可同時(shí)讀取多個(gè)標(biāo)簽，并且可根據(jù)標(biāo)簽的標(biāo)志位信息判斷是哪個(gè)標(biāo)簽傳來(lái)的，從而可對(duì)不同吊具上的標(biāo)簽信息進(jìn)行識(shí)別，更重要的是，現(xiàn)有的擺角測(cè)量裝置都是針對(duì)單吊具橋吊設(shè)計(jì)的，不能檢測(cè)雙吊具橋吊擺角，而本發(fā)明不僅適用于雙吊具橋吊，甚至可以推廣到多吊具橋吊的擺角檢測(cè)上來(lái)。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明雙吊具橋吊及其擺角測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明雙吊具橋吊擺角測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為實(shí)施例1中雙吊具橋吊運(yùn)動(dòng)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明雙吊具橋吊擺角測(cè)量裝置的工作原理圖。

圖5為本發(fā)明雙吊具橋吊擺角測(cè)量裝置的工作流程圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

如圖1所示，一種基于無(wú)源rfid標(biāo)簽測(cè)距的雙吊具橋吊擺角測(cè)量裝置，該擺角測(cè)量裝置設(shè)置在小車機(jī)構(gòu)1上，所述小車機(jī)構(gòu)1通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)14設(shè)置在大車機(jī)構(gòu)2的頂部，所述小車機(jī)構(gòu)1的底部設(shè)置有第一吊具3和第二吊具4，所述大車機(jī)構(gòu)2上設(shè)有橋吊駕駛室5，所述大車機(jī)構(gòu)2的底部設(shè)置有第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)15；所述第一吊具3的底端掛有集裝箱16，所述第二吊具4的底端掛有集裝箱17；

如圖1、圖2和圖3所示，該擺角測(cè)量裝置包括擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)6、射頻發(fā)射器7、第一射頻接收器8、第二射頻接收器9、第三射頻接收器10、第四射頻接收器11、第一rfid標(biāo)簽12、第二rfid標(biāo)簽13和顯示器；所述小車機(jī)構(gòu)1的頂部設(shè)置有擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)6，小車機(jī)構(gòu)1的底部設(shè)置有射頻發(fā)射器7；小車機(jī)構(gòu)1的x-y面上安裝有第一射頻接收器8，小車機(jī)構(gòu)1的y-z面上安裝有第二射頻接收器9，小車機(jī)構(gòu)1的x-y面與小車機(jī)構(gòu)1的y-z面相垂直；所述第一吊具3的頂部設(shè)置有第三射頻接收器10，第一吊具3的底部設(shè)置有第一rfid標(biāo)簽12；所述第二吊具4的頂部設(shè)置有第四射頻接收器11，第二吊具4的底部設(shè)置有第二rfid標(biāo)簽13；所述橋吊駕駛室5設(shè)置有顯示器，顯示器與擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)6相連接；

如圖4所示，所述擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)6分別與射頻發(fā)射器7、第一射頻接收器8、第二射頻接收器9、第三射頻接收器10、第四射頻接收器11相連接，擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)6向射頻發(fā)射器7發(fā)送信號(hào)，擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)6接收第一射頻接收器8、第二射頻接收器9、第三射頻接收器10、第四射頻接收器11傳輸來(lái)的信號(hào)；所述射頻發(fā)射器7分別與第一rfid標(biāo)簽12、第二rfid標(biāo)簽13相連接，第一rfid標(biāo)簽12和第二rfid標(biāo)簽13均與第一射頻接收器8、第二射頻接收器9、第三射頻接收器10、第四射頻接收器11相連接；所述射頻發(fā)射器7分別向第一rfid標(biāo)簽12和第二rfid標(biāo)簽13發(fā)送信號(hào)，第一rfid標(biāo)簽12和第二rfid標(biāo)簽13向第一射頻接收器8、第二射頻接收器9、第三射頻接收器10、第四射頻接收器11發(fā)送信號(hào)；所述擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)6進(jìn)一步與橋吊防搖控制系統(tǒng)連接；所述擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)6給射頻發(fā)射器7發(fā)出工作命令，射頻發(fā)射器7接收到工作命令后通過(guò)天線向第一rfid標(biāo)簽12和第二rfid標(biāo)簽13發(fā)送電磁波信號(hào)，第一rfid標(biāo)簽12和第二rfid標(biāo)簽13接收到電磁波信號(hào)后，給各射頻接收器回復(fù)信號(hào)，第一射頻接收器8、第二射頻接收器9、第三射頻接收器10、第四射頻接收器11接收到標(biāo)簽回復(fù)的信息后，給擺角計(jì)算控制及控制計(jì)算機(jī)6一個(gè)信號(hào)，擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)6根據(jù)射頻發(fā)射器發(fā)出信號(hào)到各射頻接收器接收到標(biāo)簽回復(fù)信號(hào)的時(shí)間差，計(jì)算出該射頻接收器與回復(fù)標(biāo)簽之間的距離，再根據(jù)各個(gè)射頻接收器與標(biāo)簽之間的距離關(guān)系計(jì)算出x-y面擺角δ和y-z面擺角γ的值，最后將角度信息顯示在橋吊駕駛室5的顯示器上或者直接反饋到擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)6的控制器上提供必要的參數(shù)。

所述擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)6：根據(jù)射頻發(fā)射器發(fā)出信號(hào)到各射頻接收器接收到標(biāo)簽回復(fù)信號(hào)的時(shí)間差，計(jì)算出該射頻接收器與回復(fù)標(biāo)簽之間的距離，再根據(jù)各個(gè)射頻接收器與標(biāo)簽之間的距離關(guān)系計(jì)算出x-y面擺角δ和y-z面擺角γ的值，最后將角度信息顯示在橋吊駕駛室5的顯示器上，幫助操作人控制橋吊，或者直接反饋到擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)6的控制器上提供必要的參數(shù)。

所述射頻發(fā)射器：接收到擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)6的命令后，向rfid標(biāo)簽發(fā)出電磁波信號(hào)。

所述射頻接收器：接收rfid標(biāo)簽回復(fù)的信號(hào)，并在接收到后給擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)14回復(fù)；

所述第一rfid標(biāo)簽12和第二rfid標(biāo)簽13：由耦合元件、芯片及微型天線組成，每個(gè)標(biāo)簽內(nèi)部存在有唯一的電子編碼，用來(lái)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象；當(dāng)收到射頻發(fā)射器發(fā)出的電磁波信號(hào)后，會(huì)馬上給射頻接收器回復(fù)信號(hào)，可以設(shè)定不同的頻率，方便射頻接收器識(shí)別不同的標(biāo)簽。

如圖5所示，一種基于無(wú)源rfid標(biāo)簽測(cè)距的雙吊具橋吊擺角測(cè)量裝置的測(cè)量方法，包括以下步驟：

步驟一：擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)6給射頻發(fā)射器7發(fā)出工作命令，射頻發(fā)射器7接收到工作命令后通過(guò)天線向第一rfid標(biāo)簽12、第二rfid標(biāo)簽13發(fā)送電磁波信號(hào)；

步驟二：第一rfid標(biāo)簽12、第二rfid標(biāo)簽13接收到電磁波信號(hào)后，給第一射頻接收器8、第二射頻接收器9、第三射頻接收器10、第四射頻接收器11回復(fù)信號(hào)；

步驟三：第一射頻接收器8、第二射頻接收器9、第三射頻接收器10、第四射頻接收器11接收到標(biāo)簽回復(fù)的信息后，給擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)一個(gè)信號(hào)，擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)根據(jù)射頻發(fā)射器發(fā)出信號(hào)到各射頻接收器接收到標(biāo)簽回復(fù)信號(hào)的時(shí)間差，計(jì)算出各射頻接收器與回復(fù)標(biāo)簽之間的距離；

步驟四：擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)6根據(jù)各個(gè)射頻接收器與標(biāo)簽之間的距離關(guān)系計(jì)算出各擺腳值，最后將角度信息顯示在橋吊駕駛室的顯示器上或者直接反饋到擺角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)的控制器上提供必要的參數(shù)。

本發(fā)明基于無(wú)源rfid標(biāo)簽測(cè)距的雙吊具橋吊擺角測(cè)量裝置的具體工作過(guò)程如下：

(1)如圖2和圖3所示，若橋吊沿x方向運(yùn)動(dòng)，橋吊會(huì)在x-y面擺動(dòng)；若吊具的繩長(zhǎng)確定，則我們知道集裝箱的搖晃軌跡必在以吊繩頂點(diǎn)為圓心，繩長(zhǎng)為半徑的圓上；如果不考慮集裝箱搖晃角度大于超過(guò)正負(fù)90度的情況，即當(dāng)擺角-90°<δ<90°時(shí)，y-z面的第二射頻接收器9到第一rfid標(biāo)簽12、第二rfid標(biāo)簽13的距離與擺角δ的大小是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系；那么根據(jù)y-z面的第二射頻接收器9到第一rfid標(biāo)簽12或第二rfid標(biāo)簽13的測(cè)距便可以得到x-y面擺角值δ；以δabc為例分析，線段ab的長(zhǎng)度為吊具頂部第三射頻接收器10或第四射頻接收器11與y-z面的第二射頻接收器9的距離，其在安裝時(shí)就已經(jīng)確定，為已知量，記為d；線段ac的長(zhǎng)度由rfid標(biāo)簽與吊具頂部射頻接收器的測(cè)距確定，為可知量，記為r；線段bc的長(zhǎng)度由y-z面第二射頻接收器9與rfid標(biāo)簽的測(cè)距確定，為可知量，記為f；所以，δabc的三邊都可以確定，則∠bac可以算出來(lái)，記為θ；又因?yàn)椤蟗ac和∠δ為互余關(guān)系，∠abc算出之后，δ值根據(jù)公式(1)可以算出：

當(dāng)δ為正時(shí)，表示吊具在x-y面朝右擺動(dòng)；當(dāng)δ為負(fù)時(shí)，表示吊具在x-y面朝左擺動(dòng)。

(2)如圖2和圖3所示，若橋吊沿z方向運(yùn)動(dòng)，橋吊會(huì)在y-z面擺動(dòng)；則根據(jù)rfid標(biāo)簽到吊具頂部射頻接收器的距離與rfid標(biāo)簽到小車x-y面的第一射頻接收器8的距離，確定出y-z面擺角γ，方法跟(1)中計(jì)算x-y面的擺角δ值同理。

(3)對(duì)另外一個(gè)吊具上做同樣的工作，同樣得到一個(gè)擺角值。當(dāng)兩個(gè)吊具工作在互鎖模式時(shí)，得到的兩個(gè)擺腳值理論上應(yīng)該相同；如果不同，那么將互相作為對(duì)照進(jìn)行擺腳的修訂，此工作在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行。當(dāng)兩個(gè)吊具工作在獨(dú)立模式下時(shí)，兩個(gè)吊具的擺腳互不影響，分別得到一個(gè)角度。

(4)擺角計(jì)算完后，通過(guò)無(wú)線通訊將擺角信息顯示在橋吊駕駛室的顯示屏上，給操作人員提高參考信息；或者通過(guò)串口通訊傳輸?shù)綌[角計(jì)算及控制計(jì)算機(jī)的橋吊防搖控制器上，作為擺角反饋給控制器提供必要的控制參數(shù)。