一種用于集裝箱起重機(jī)水平方向輔助制動(dòng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種針對(duì)既有的集裝箱起重設(shè)備的升級(jí)改造方法，主要用于在集裝箱 吊裝的最后階段由計(jì)算機(jī)自動(dòng)輔助完成減速制動(dòng)動(dòng)作。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，相當(dāng)一部分集裝箱搬運(yùn)吊裝作業(yè)仍然需要依賴人工操作完成。操作人員根 據(jù)監(jiān)視器傳回的圖像，或者依賴肉眼，判斷起重設(shè)備吊具與集裝箱箱體以及箱體與箱體之 間的相對(duì)位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，據(jù)此完成搬運(yùn)吊裝動(dòng)作。隨之而來的問題是，起重設(shè)備操作難度 大、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高；駕駛?cè)藛T專業(yè)性強(qiáng)、培訓(xùn)周期長、勞動(dòng)強(qiáng)度大；作業(yè)效率和準(zhǔn)確性受到諸 多限制。此外，一些其他因素，如天氣狀況，駕駛員的疲勞程度甚至情緒狀況都會(huì)時(shí)時(shí)影響 作業(yè)效果。針對(duì)這一缺陷，先后也有一些自動(dòng)化碼頭系統(tǒng)投入使用，但是這些系統(tǒng)需要對(duì)已 有的碼頭設(shè)施、場(chǎng)地進(jìn)行大規(guī)模的改造，涉及巨額資金和專業(yè)化的設(shè)計(jì)與實(shí)施，難以滿足規(guī) 模和資金相對(duì)有限的中小型用戶的需求；此外，在勞動(dòng)力價(jià)格相對(duì)低廉，低水平勞動(dòng)力數(shù)量 充足的地區(qū)，自動(dòng)化碼頭系統(tǒng)在一定時(shí)期內(nèi)也不具有普遍競爭力。而綜合整個(gè)集裝箱起重 設(shè)備搬運(yùn)吊裝的全過程，對(duì)操作人員的最主要考驗(yàn)在于吊裝時(shí)對(duì)制動(dòng)過程的把握。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 技術(shù)問題：本發(fā)明的目標(biāo)在于提供一種用于集裝箱起重機(jī)水平方向輔助制動(dòng)的 方法，在集裝箱裝卸搬運(yùn)的最后階段，由計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制設(shè)備輔助操作人員完成吊具與 目標(biāo)區(qū)域的對(duì)準(zhǔn)和制動(dòng)操作，即吊具及其吊裝的負(fù)載在下方目標(biāo)平面的投影與目標(biāo)區(qū)域重 合。
[0004] 技術(shù)方案：首先就一些將要用到的概念進(jìn)行約定：
[0005] 1.目標(biāo)區(qū)域：集裝箱起重機(jī)吊具需要移向并對(duì)準(zhǔn)的位置的頂視圖。有以下幾情 況：(a)堆場(chǎng)標(biāo)識(shí)線區(qū)域、下層集裝箱頂部輪廓、運(yùn)載拖車平板輪廓，均為矩形區(qū)域。
[0006] 2.頂角：(a)目標(biāo)區(qū)域頂角，目標(biāo)區(qū)域的四個(gè)角或特指其中的一個(gè)；(b)吊具頂角， 集裝箱起重機(jī)吊具的頂視圖輪廓也是矩形，吊具頂角是指該矩形的四個(gè)角或特指其中的一 個(gè)。
[0007] 3.目標(biāo)點(diǎn)：吊具及其吊裝的負(fù)載在下方目標(biāo)平面的投影與目標(biāo)區(qū)域重合時(shí)，目標(biāo) 區(qū)域中與吊具投影對(duì)應(yīng)的點(diǎn)稱為該點(diǎn)的目標(biāo)點(diǎn)。
[0008] 數(shù)據(jù)采集部分：數(shù)據(jù)采集部分由各類傳感設(shè)備接組成，負(fù)責(zé)采集以下參數(shù)：集裝 箱起重機(jī)吊具的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、吊具及所吊裝負(fù)載的總質(zhì)量、工業(yè)相機(jī)與目標(biāo)點(diǎn)之間的位置關(guān) 系、吊具所在平面與下方目標(biāo)區(qū)域所在平面的高度差。
[0009] 數(shù)據(jù)處理部分：負(fù)責(zé)對(duì)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算處理，得到以下結(jié)果：1)集裝箱起重機(jī)吊具 在下方目標(biāo)平面上的投影與對(duì)應(yīng)目標(biāo)點(diǎn)之間的位置關(guān)系，2)根據(jù)當(dāng)前吊具在水平方向上的 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及吊具和其吊裝負(fù)載的總質(zhì)量，生成與目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)并制動(dòng)的操作方案， 3)將操作方案分解為電機(jī)在水平面兩個(gè)坐標(biāo)軸方向上的運(yùn)轉(zhuǎn)指令傳遞給集裝箱起重機(jī)的 電機(jī)控制部分。
[0010] 自動(dòng)控制部分：負(fù)責(zé)運(yùn)轉(zhuǎn)指令的執(zhí)行。
[0011] 本發(fā)明的一種用于集裝箱起重機(jī)水平方向輔助制動(dòng)的方法在既有的集裝箱起重 設(shè)備上加裝的傳感器，用于輔助操作人員在集裝箱吊裝時(shí)完成水平方向減速和制動(dòng)的控 制，具體包括以下幾部分，
[0012] 輔助制動(dòng)模式下，完成制動(dòng)動(dòng)作的方式為：
[0013] 1)操作人員根據(jù)需要吊具繼續(xù)運(yùn)動(dòng)并且減速制動(dòng)的方向，在人機(jī)交互界面上下達(dá) 與上述方向相對(duì)應(yīng)的指令。
[0014] 2)接到指令后，吊具上與所需運(yùn)動(dòng)方向?qū)?yīng)的傳感器組進(jìn)入主控狀態(tài)，稱為主控 傳感器組，其他傳感器組進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。主控傳感器組采集起重機(jī)吊具當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)矢量V、 吊具及其吊裝集裝箱的總質(zhì)量M、吊具所在平面與下方目標(biāo)區(qū)域所在平面的垂直高度差H、 主控傳感器組中心點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)的空間距離S，并傳遞給數(shù)據(jù)處理部分。
[0015] 3)數(shù)據(jù)處理部分對(duì)收到的參數(shù)進(jìn)行處理，得到：
[0016] a.吊具主控傳感器組中心點(diǎn)
[0017] 在下方目標(biāo)區(qū)域所在平面的投影與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離
[0018] b.吊具從當(dāng)前速度減速到0時(shí)制動(dòng)器的工作時(shí)間ttoalre(|V|-〇)/| α I，通過距離 Lbrakex 0. 5 Ct "t brake ? 其中α為在起重機(jī)制動(dòng)器的速度相對(duì)制動(dòng)力特性F作用下的加速度；
[0019] c.吊具在減速制動(dòng)過程中的工作方式是先按照原速度V繼續(xù)運(yùn)行L-LbralJ勺距離， 用時(shí)tranti_= (L-LtoakJ/IV|，然后在制動(dòng)器的作用下進(jìn)行減速。
[0020] 該輔助制動(dòng)的方法能夠在人工與輔助制動(dòng)之間切換，輔助制動(dòng)通過控制面板上與 操作人員需要吊具繼續(xù)運(yùn)行并減速制動(dòng)的方向相對(duì)應(yīng)的按鈕啟動(dòng)。
[0021] 發(fā)明效果：本發(fā)明針對(duì)集裝箱起重機(jī)吊裝作業(yè)中的難點(diǎn)一一水平方向上的減速制 動(dòng)操作，通過提高其自動(dòng)化程度來提高工作效率和可靠性。相對(duì)于自動(dòng)化碼頭系統(tǒng)，本發(fā)明 可以在已有的集裝箱起重設(shè)備上進(jìn)行升級(jí)，無需對(duì)已有設(shè)備進(jìn)行徹底更換，節(jié)約了成本；同 時(shí)，降低了對(duì)操作人員專業(yè)性的要求，縮短了操作人員培訓(xùn)上崗的周期并降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。
【附圖說明】
[0022] 圖1是吊具四個(gè)方位示意圖。
[0023] 圖2是人機(jī)交互界面示意圖。
[0024] 圖3是工業(yè)相機(jī)視野與目標(biāo)區(qū)域的位置圖。
[0025] 圖4是工業(yè)相機(jī)中心與目標(biāo)點(diǎn)的位置圖。
[0026] 圖5是吊具所在平面與下方目標(biāo)區(qū)域所在平面的高度差H圖。
[0027] 圖6是待測(cè)距離L的空間關(guān)系圖。
[0028] 圖7是待測(cè)距離L的平面關(guān)系（操作人員視角）圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 人機(jī)交互方式與界面設(shè)定：
[0030] 如圖1所示，集裝箱起重機(jī)吊具有四個(gè)方位。
[0031] 如圖2所示，人機(jī)交互界面由四個(gè)指令組成，分別控制吊具向2點(diǎn)、4點(diǎn)、8點(diǎn)、10點(diǎn) 方向進(jìn)行制動(dòng)動(dòng)作。系統(tǒng)包含人工和輔助制動(dòng)兩種工作方式。人工模式供系統(tǒng)故障、人員 訓(xùn)練或者在其他特殊情況下使用。在輔助制動(dòng)模式下，系統(tǒng)的工作流程是：
[0032] 如圖3和圖4所示，操作人員首先將吊具手動(dòng)移動(dòng)到目標(biāo)區(qū)域上方的大致位置。這 里的"大致位置"應(yīng)當(dāng)滿足，能夠讓起重機(jī)吊具對(duì)應(yīng)方位上的傳感器組（主控傳感器組）中 的工業(yè)相機(jī)觀測(cè)到對(duì)應(yīng)方向目標(biāo)點(diǎn)這個(gè)條件