CN117105092B - 激光扫描式吊具姿态检测系统及应用其的调整设备、方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及门式起重机吊具控制技术领域，本发明提出一种激光扫描式吊具姿态检测系统，包括第一标志物、第二标志物、第三标志物、第四标志物、第一3D激光扫描仪、第二3D激光扫描仪、第一2D激光扫描仪、第二2D激光扫描仪和程序控制器；程序控制器分别与第一3D激光扫描仪、第二3D激光扫描仪、第一2D激光扫描仪、第二2D激光扫描仪进行电性连接。本发明又提出一种吊具姿态调整设备，该吊具姿态调整设备包括如上所述的激光扫描式吊具姿态检测系统、吊具推杆电机、编码器和变频器。本发明又提出一种吊具姿态调整方法，适用于如上所述的吊具姿态调整设备，该吊具姿态调整方法包括步骤S1‑S3。本发明满足了对门吊式起重机吊具姿态进行精准定位的要求。

Description

激光扫描式吊具姿态检测系统及应用其的调整设备、方法

技术领域

本发明涉及门式起重机吊具控制技术领域，具体涉及激光扫描式吊具姿态检测系统及应用其的调整设备、方法。

背景技术

如图3所示，目前现有的门式起重机领域的自动化轨道吊(RMG)采用一套具有独立系统协同工作的三维激光器扫描系统，比如目标检测系统(TDS)，以下为相关系统的详细介绍：

该目标检测系统为：自动着箱辅助检测和获知即将进行装卸作业的箱体的精确位置，计算作业位置等功能。通过设置于小车底面的激光器建立激光器三维轮廓数据模型，找出吊具上的参照物与下方箱子的相对位置。然后对比从可编程序控制器(PLC)中拿到的位置参数作比较，进行检测调整，将反馈差值提供给可编程序控制器(PLC)进行一个闭环的自动着箱检测系统。

该目标检测系统的工作原理为自动化轨道吊(RMG)小车运动到目标位置一定范围时，启动激光器检测目标箱位功能，通过旋转伺服电机扫描目标箱位的箱边沿，读取前后两个扫描仪的反馈结果，计算目标箱位的小车位置和大车位置。在小车停止运动时，启动激光器监测堆场轮廓功能，旋转伺服电机扫描整个堆场轮廓；在小车运动时，实时扫描堆场的数据更新堆场轮廓。

上述现有技术具有以下缺点：

1.该系统功能单一；

2.该系统对门式起重机吊具的姿态精准定位不够精确，仅能识别吊具的左右旋转和前后平移姿态；

3.该系统的激光器扫描精度不高，吊具起高后遮挡到激光器；

4.对应该系统的激光器的标志物不足，激光器工作时以吊具为标志，受吊具影响大；

5.该系统的安全性和稳定性差，难以满足作业需求；

6.因检测精度低导致无法有效调整门式起重机吊具的姿态。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提出激光扫描式吊具姿态检测系统及应用其的调整设备、方法，以解决上述背景技术中的缺点，从而解决如何精准且高效率地对门式起重机的吊具进行定位的技术问题。

为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

本发明提出一种激光扫描式吊具姿态检测系统，应用于设有吊具、大车和小车的门吊式起重机，大车的行走方向与小车的行走方向垂直，该检测系统包括第一标志物、第二标志物、第三标志物、第四标志物、第一3D激光扫描仪、第二3D激光扫描仪、第一2D激光扫描仪、第二2D激光扫描仪和程序控制器；程序控制器分别与第一3D激光扫描仪、第二3D激光扫描仪、第一2D激光扫描仪、第二2D激光扫描仪进行电性连接；

所述第一标志物设于俯视方向下的吊具顶面的右前方，所述第二标志物设于吊具顶面的左后方，所述第三标志物设于吊具顶面的右后方，所述第四标志物设于吊具顶面的左前方；

所述第一3D激光扫描仪设于俯视方向下的小车底面的小车行走方向前侧的中部，第二3D激光扫描仪设于俯视方向下的小车底面的小车行走方向后侧的中部，第一2D激光扫描仪设于俯视方向下的小车底面的小车行走方向前侧的右部，第二2D激光扫描仪设于俯视方向下的小车底面的小车行走方向后侧的左部；

所述第一3D激光扫描仪用于对第四标志物进行3D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；

所述第二3D激光扫描仪用于对第三标志物进行3D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；

所述第一2D激光扫描仪用于对第一标记物进行实时的2D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；

所述第二2D激光扫描仪用于对第二标志物进行实时的2D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；

所述程序控制器用于从各个激光扫描仪获取并分析各个标志物的位置信息，从而进行吊具姿态检测。

进一步地，所述第一3D激光扫描仪与所述第二3D激光扫描仪的虚拟连接线与小车行走方向平行。

进一步地，所述第一3D激光扫描仪与第一2D激光扫描仪的虚拟连接线与大车行走方向平行，第一2D激光扫描仪位于第一3D激光扫描仪的右旁侧；所述第二3D激光扫描仪与第二2D激光扫描仪的虚拟连接线与大车行走方向平行，第二2D激光扫描仪位于第二3D激光扫描仪的左旁侧。

进一步地，第一3D激光扫描仪包括第三2D激光扫描仪和第一伺服电机；第二3D激光扫描仪包括第四2D激光扫描仪和第二伺服电机；该系统还包括伺服驱动装置；伺服驱动装置分别与第一伺服电机、第二伺服电机进行电性连接；程序控制器分别与伺服驱动装置、第三2D激光扫描仪、第四2D激光扫描仪进行电性连接；

第一伺服电机用于驱动第三2D激光扫描仪绕大车行走方向旋转；

第三2D激光扫描仪安装于第一伺服电机上，用于朝向第四标志物进行扫描；

第二伺服电机用于驱动第四2D激光扫描仪绕大车行走方向旋转；

第四2D激光扫描仪安装于第二伺服电机上，用于且朝向第三标志物进行扫描。

本发明又提出一种吊具姿态调整设备，该吊具姿态调整设备包括如上任一项所述的激光扫描式吊具姿态检测系统、吊具推杆电机、编码器和变频器；所述的激光扫描式吊具姿态检测系统的程序控制器又分别与编码器、变频器进行电性连接；编码器又与吊具推杆电机进行连接；变频器又与吊具推杆电机进行电性连接；

吊具推杆电机用于推动调节吊具姿态；

编码器用于检测吊具推杆电机的动作变化从而形成传送给所述程序控制器的编码信号；

变频器用于根据程序控制器的控制信号对吊具推杆电机进行变频驱动。

本发明又提出一种吊具姿态调整方法，适用于如上所述的吊具姿态调整设备，该吊具姿态调整方法包括以下步骤：

S1，第一3D激光扫描仪、第二3D激光扫描仪分别对应地对第四标志物、第三标志物进行3D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；同时，第一2D激光扫描仪、第二2D激光扫描仪分别对应地对第一标记物、第二标志物进行实时的2D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；然后执行S2；

S2，程序控制器通过所获得的标志物位置信息判断出吊具的左右偏移姿态、左右旋转幅度姿态、前后偏移姿态、前后倾斜姿态及左右倾斜幅度姿态；然后执行S3；

S3，程序控制器根据S2所判断的吊具姿态结果并通过编码器和变频器闭环控制吊具推杆电机动作，从而调整吊具的姿态，直至吊具的姿态保持水平对中状态。

进一步地，于S1之前，还包括以下步骤：

S1000，对激光扫描式吊具姿态检测系统进行位置纠正，以保证各个激光扫描仪的扫描线中心到吊具中心线距离、各个标志物几何中心到吊具中心线距离和各个激光扫描仪的扫描线中心到标志物几何中心的实际距离一致；所述的各个激光扫描仪的扫描线中心到标志物几何中心的实际距离，等于对应的激光扫描仪的扫描线中心到吊具中心线距离与标志物几何中心到吊具中心线之差的绝对值；然后执行S1。

进一步地，于S2中，各个激光扫描仪实时扫描对应的标志物，并计算该激光扫描仪扫描线中心到标志物几何中心的第一实际距离；于S3中，当该第一实际距离过大时，程序控制器启动一吊具姿态调整控制过程，以保证吊具中心与小车的车架平台中心重合；所述的吊具姿态调整控制过程为：程序控制器控制吊具推杆电机使吊具推杆动作，从而使吊具前后移动、左右移动、左右旋转，直至吊具实时姿态数据接近标定数据，即使吊具趋向正常姿态。

进一步地，S2包括以下步骤：

S21，建立以小车的车架平台中心为原点S0(0，0，0)的空间直角坐标系，并通过四个所述标志物的坐标数据计算出吊具的实时姿态数据；然后执行S22；

S22，计算出吊具的前后方向偏移量、左右方向偏移量、前后方向倾斜量、左右方向倾斜量、左右方向旋转量；然后执行S23；

S23，获取吊具实时姿态数据，并且预设正常吊具姿态下的标定数据；然后执行S24；

S24，通过比较标定数据和吊具实时姿态数据的大小关系，在标定数据与吊具实时姿态数据的差值落入一标准范围，则判断出此时吊具前后方向偏移量过大、左右方向偏移量过大和/或左右方向旋转量过大；然后执行S25；

S25，吊具姿态调整设备控制吊具姿态调整。

本发明又提出一种吊具姿态调整方法，适用于如上任一项所述的吊具姿态检测系统，该吊具姿态调整方法包括以下步骤：

S100，第一3D激光扫描仪、第二3D激光扫描仪分别对应地对第四标志物、第三标志物进行3D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；同时，第一2D激光扫描仪、第二2D激光扫描仪分别对应地对第一标记物、第二标志物进行实时的2D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；然后执行S200；

S200，程序控制器通过所获得的标志物位置信息判断出吊具的左右偏移姿态、左右旋转幅度姿态、前后偏移姿态、前后倾斜姿态及左右倾斜幅度姿态；然后执行S300；

S300，根据吊具的左右偏移姿态、左右旋转幅度姿态、前后偏移姿态、前后倾斜姿态及左右倾斜幅度姿态的判断信息，通过人工或自动化控制方式调节吊具姿态。

本发明的有益效果为：

本发明满足了对门吊式起重机吊具姿态进行精准定位的要求，可以识别出吊具的左右旋转、前后平移姿态，左右平移和左右倾斜、前后倾斜等全部工况；本发明的检测精度及控制过程还不会受到吊具震动的影响，且具有稳定性高、效率高的优点。

附图说明

包含附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了本发明的示例性实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。这些图仅用于说明，因此并不是对本发明的限制。

图1为本发明涉及的激光扫描式吊具姿态检测系统于门吊式起重机小车上的俯视向的安装结构示意图；

图2为本发明涉及的激光扫描式吊具姿态检测系统于门吊式起重机吊具上的俯视向的安装结构示意图；

图3为本发明涉及的门吊式起重机的立体结构示意图；

图4为本发明涉及的吊具姿态调整设备的电气原理图；

图5为本发明涉及的一种吊具姿态调整方法于实施例1的控制流程图；

图6为本发明涉及的一种吊具姿态调整方法于实施例2的控制流程图；

附图标记说明：

第一标志物1；第二标志物2；第三标志物3；第四标志物4；第一3D激光扫描仪5；第二3D激光扫描仪6；第一2D激光扫描仪7；第二2D激光扫描仪8；程序控制器9；第三2D激光扫描仪51；第一伺服电机52；第四2D激光扫描仪61；第二伺服电机62；伺服驱动装置10；吊具推杆电机100；编码器200；变频器300；吊具400；大车500；小车600。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

以下是在附图中描绘的本发明的实施例的详细描述。实施例是详细的以便清楚地传达本发明。然而，所提供的细节数量并不旨在限制实施例的预期变化；相反，其目的是涵盖落入由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。

在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明实施例的透彻理解。对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一些的情况下实施本发明的实施例。

本发明的实施例包括各种步骤，下面将对其进行描述。这些步骤可以由硬件组件执行，或者可以包含在机器可执行指令中，其可以用于使用指令编程的通用或专用处理器以执行这些步骤。或者，可以通过硬件、软件和固件的组合和/或人工操作员来执行步骤。

可以通过将包含根据本发明的代码的一个或多个机器可读存储介质与适当的标准计算机硬件组合以执行其中包含的代码来实践本文描述的各种方法。用于实施本发明的各种实施例的装置可以包括一个或多个计算机(或单个计算机内的一个或多个处理器)和包含或具有对根据本文描述的各种方法编码的计算机程序的网络访问的存储系统，并且本发明的方法步骤可以通过计算机程序产品的模块、例程、子例程或子部分来完成。

如果说明书陈述了组件或特征“可以”、“能够”、“可以”或“可能”包括或具有特征，则不需要包括该特定组件或特征或具有该特征。

如本文的说明书和随后的权利要求中所使用的，“一”、“一个”和“该”的含义包括复数指代，除非上下文另有明确说明。此外，如在本文的描述中所使用的，除非上下文另有明确规定，否则“在...中”的含义包括“在...中”和“在......上”。

现将在下文中参考附图更全面地描述示例性实施例，其中示出了示例性实施例。提供这些示例性实施例仅用于说明目的，并且以使得本发明彻底和完整，并且将本发明的范围完全传达给本领域普通技术人员。然而，所公开的发明可以以许多不同的形式实施，并且不应该解释为限于本文中所阐述的实施例。对于本领域技术人员来说，各种修改是显而易见的。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本文定义的一般原理可以应用于其他实施例和应用。此外，本文叙述的本发明的实施例及其具体示例的所有陈述旨在涵盖其结构和功能等同物。另外，这些等同物旨在包括当前已知的等同物以及将来开发的等同物(即，开发的执行相同功能的任何元件，而不管结构如何)。而且，所使用的术语和措辞是出于描述示例性实施例的目的，而不应认为是限制性的。因此，本发明将被赋予最广泛的范围，包括与所公开的原理和特征一致的多种替换、修改和等同物。为了清楚起见，没有详细描述与本发明相关的技术领域中已知的技术材料的细节，以免不必要地模糊本发明。

因此，例如，本领域普通技术人员将理解，示意图、原理图，图示等表示体现本发明的系统和方法的概念视图或过程。可以通过使用专用硬件以及能够执行相关软件的硬件来提供图中所示的各种元件的功能。类似地，图中所示的任何开关仅是概念性的。它们的功能可以通过程序逻辑的操作、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的交互、或甚至手动地执行，特定技术可由实现本发明的实体选择。本领域普通技术人员应进一步理解，本文描述的示例性硬件、软件、过程、方法和/或操作系统是出于说明性目的，因此不旨在限于任何特定的所命名的元件。

本发明的实施例可以提供作为计算机程序产品，其可以包括有形地在其上实现指令的机器可读存储介质，其可以用于对计算机(或其他电子设备)进行编程以执行处理。术语“机器可读存储介质”或“计算机可读存储介质”包括但不限于固定(硬件)驱动器、磁带、软盘、光盘、光盘只读存储器(CD-ROM))和磁光盘、半导体存储器，例如ROM、PROMs、随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(PROMs)、可擦除PROMs(EPROMs)、电可擦除PROMs(EEPROMs)、闪存、磁性或者光学卡，或适用于存储电子指令的其他类型的媒体/机器可读介质(例如，计算机编程代码，例如软件或固件)。机器可读介质可以包括非暂时性介质，其中数据可以存储并且不包括无线或有线连接传播的载波和/或瞬时电子信号。非暂时性介质的示例可以包括但不限于磁盘或磁带，光学存储介质诸如压缩盘(CD)或数字通用盘(DVD)，闪存，存储器或存储器设备。计算机程序产品可以包括代码和/或机器可执行指令，其可以表示过程、功能、子程序、程序、例程、子例程、模块、软件包、类或指令、数据结构或程序语句的任何组合。通过传递和/或接收信息、数据、变量、参数或存储器内容，代码段可以与另一代码段或者硬件电路耦合。信息、变量、参数、数据等可以通过任何合适的手段传递、转发或传输，包括存储器共享、消息传递、令牌传递、网络传输等。

此外，实施例可以通过硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或其任何组合来实现。当在软件、固件、中间件或微代码中实现时，执行必要任务的程序代码或代码段(例如，计算机程序产品)可以存储在机器可读介质中。处理器可以执行必要的任务。

可以以各种配置提供一些附图中描绘的系统。在一些实施例中，系统可以配置为分布式系统，其中系统的一个或多个组件分布在云计算系统中的一个或多个网络上。

所附权利要求中的每一个限定了一项单独的发明，出于侵权目的，该发明认为包括权利要求中指定的各种元件或限制的等同物。根据上下文，以下对“发明”的所有引用在某些情况下可能仅指某些特定实施例。在其他情况下，应该认识到对“发明”的引用将指代一个或多个但不一定是所有权利要求中所述的主题。

除非本文另有说明或上下文明显矛盾，否则本文所述的所有方法可以以任何合适的顺序进行。关于本文的某些实施例提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地说明本发明，而不是对要求保护的本发明的范围构成限制。说明书中的任何语言都不应解释为表示对于本发明的实施必不可少的任何未要求保护的元件。

本文使用的各种术语如下所示。在下面没有定义权利要求中使用的术语的情况下，应该给出最广泛的定义，相关领域的人员已经给出了在提交申请时在印刷出版物和已授权专利中的反映的该术语。

实施例1

如图1-图5所示：

本实施例提出一种激光扫描式吊具姿态检测系统，应用于设有吊具400、大车500和小车600的门吊式起重机，大车500的行走方向与小车600的行走方向垂直，该检测系统包括第一标志物1、第二标志物2、第三标志物3、第四标志物4、第一3D激光扫描仪5、第二3D激光扫描仪6、第一2D激光扫描仪7、第二2D激光扫描仪8和程序控制器9；程序控制器9分别与第一3D激光扫描仪5、第二3D激光扫描仪6、第一2D激光扫描仪7、第二2D激光扫描仪8进行电性连接；

所述第一标志物1设于俯视方向下的吊具400(具体可以为吊具400上架)顶面的右前方，所述第二标志物2设于吊具400(具体可以为吊具400上架)顶面的左后方，所述第三标志物3设于吊具400(具体可以为吊具400上架)顶面的右后方，所述第四标志物4设于吊具400(具体可以为吊具400上架)顶面的左前方；

所述第一3D激光扫描仪5设于俯视方向下的小车600底面的小车600行走方向前侧的中部，第二3D激光扫描仪6设于俯视方向下的小车600底面的小车600行走方向后侧的中部，第一2D激光扫描仪7设于俯视方向下的小车600底面的小车600行走方向前侧的右部，第二2D激光扫描仪8设于俯视方向下的小车600底面的小车600行走方向后侧的左部；

所述第一3D激光扫描仪5用于对第四标志物4进行3D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；具体地，第一3D激光扫描仪5朝向大车500行走一个方向对第四标志物4进行3D扫描；

所述第二3D激光扫描仪6用于对第三标志物3进行3D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；具体地，第二3D激光扫描仪6朝向大车500行走另一个方向对第三标志物3进行3D扫描

所述第一2D激光扫描仪7用于对第一标记物1进行实时的2D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；

所述第二2D激光扫描仪8用于对第二标志物2进行实时的2D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；

所述程序控制器9用于从各个激光扫描仪获取并分析各个标志物的位置信息，从而进行吊具400姿态检测。

于本实施例进一步地，所述第一3D激光扫描仪5与所述第二3D激光扫描仪6的虚拟连接线与小车600行走方向平行。

于本实施例进一步地，所述第一3D激光扫描仪5与第一2D激光扫描仪7的虚拟连接线与大车500行走方向平行，第一2D激光扫描仪7位于第一3D激光扫描仪5的右旁侧；所述第二3D激光扫描仪6与第二2D激光扫描仪8的虚拟连接线与大车500行走方向平行，第二2D激光扫描仪8位于第二3D激光扫描仪6的左旁侧。

于本实施例进一步地，第一3D激光扫描仪5包括第三2D激光扫描仪51和第一伺服电机52；第二3D激光扫描仪6包括第四2D激光扫描仪61和第二伺服电机62；该系统还包括伺服驱动装置10；伺服驱动装置10分别与第一伺服电机52、第二伺服电机62进行电性连接；程序控制器9分别与伺服驱动装置10、第三2D激光扫描仪51、第四2D激光扫描仪61进行电性连接；

第一伺服电机52用于驱动第三2D激光扫描仪51绕大车500行走方向旋转；

第三2D激光扫描仪51安装于第一伺服电机52上，用于朝向第四标志物4进行扫描；优选地，第三2D激光扫描仪51平行于大车500方向的平面；

第二伺服电机62用于驱动第四2D激光扫描仪61绕大车500行走方向旋转；

第四2D激光扫描仪61安装于第二伺服电机62上，用于且朝向第三标志物3进行扫描；优选地，第四2D激光扫描仪61平行于大车500方向的平面。

本实施例又提出一种吊具姿态调整设备，该吊具姿态调整设备包括如上任一项所述的激光扫描式吊具姿态检测系统、吊具推杆电机100、编码器200和变频器300；所述的激光扫描式吊具姿态检测系统的程序控制器9又分别与编码器200、变频器300进行电性连接；编码器200又与吊具推杆电机100进行连接；变频器300又与吊具推杆电机100进行电性连接；

吊具推杆电机100用于推动调节吊具400姿态；

编码器200用于检测吊具推杆电机100的动作变化从而形成传送给所述程序控制器9的编码信号；

变频器300用于根据程序控制器9的控制信号对吊具推杆电机100进行变频驱动。

本实施例又提出一种吊具姿态调整方法，其适用于如上所述的吊具姿态调整设备，该吊具姿态调整方法包括以下步骤：

S1，第一3D激光扫描仪5、第二3D激光扫描仪6分别对应地对第四标志物4、第三标志物3进行3D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；同时，第一2D激光扫描仪7、第二2D激光扫描仪8分别对应地对第一标记物1、第二标志物2进行实时的2D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；然后执行S2；

S2，程序控制器9通过所获得的标志物位置信息判断出吊具400的左右偏移姿态、左右旋转幅度姿态、前后偏移姿态、前后倾斜姿态及左右倾斜幅度姿态；然后执行S3；

S3，程序控制器9根据S2所判断的吊具400姿态结果并通过编码器200和变频器300闭环控制吊具推杆电机100动作，从而调整吊具400的姿态，直至吊具400的姿态保持水平对中状态。

于本实施例进一步地，于S1之前，还包括以下步骤：

S1000，对激光扫描式吊具姿态检测系统进行位置矫正，以保证各个激光扫描仪的扫描线中心到吊具400中心线距离、各个标志物几何中心到吊具400中心线距离和各个激光扫描仪的扫描线中心到标志物几何中心的实际距离一致(确保扫描仪扫描线与吊具或标志物平行或在同一平面)；所述的各个激光扫描仪的扫描线中心到标志物几何中心的实际距离，等于对应的激光扫描仪的扫描线中心到吊具400中心线距离与标志物几何中心到吊具400中心线之差的绝对值；然后执行S1；如此可以控制吊具推杆电机转动，使吊具姿态保持水平对中状态，或者在吊具姿态在不水平对中状态时警告提醒。

于本实施例进一步地，于S2中，各个激光扫描仪实时扫描对应的标志物，并计算该激光扫描仪扫描线中心到标志物几何中心的第一实际距离；于S3中，当该第一实际距离过大时，程序控制器9启动一吊具400姿态调整控制过程，以保证吊具400中心与小车600的车架平台中心重合，从而使吊具400左右/前后中心线与小车600的车架平台左右/前后中心线重合，即吊具400中心点与小车600的车架平台中心点在X轴和Z轴上重合；所述的吊具400姿态调整控制过程为：程序控制器9控制吊具推杆电机100使吊具400推杆动作，从而使吊具400前后移动、左右移动、左右旋转，直至吊具400实时姿态数据接近标定数据，即使吊具400趋向正常姿态。

于本实施例进一步地，S2包括以下步骤：

S21，建立以小车600的车架平台中心为原点S0(0，0，0)的空间直角坐标系，并通过四个所述标志物的坐标数据计算出吊具400的实时姿态数据；以小车600行走方向建立空间直角坐标系X轴，以垂直地面方向建立空间直角坐标系Y轴，以大车500行走方向建立为空间直角坐标系Z轴；四个所述标志物的坐标数据分别为P1(X5，Y5，Z5)、P2(X6，Y6，Z6)、P3(X7，Y7，Z7)、P4(X8，Y8，Z8)；；

S22，计算出吊具400的前后方向偏移量、左右方向偏移量、前后方向倾斜量、左右方向倾斜量、左右方向旋转量；然后执行S23；

S23，获取吊具400实时姿态数据，并且预设正常吊具400姿态下的标定数据；然后执行S24；

S24，通过比较标定数据和吊具400实时姿态数据的大小关系，在标定数据与吊具400实时姿态数据的差值落入一标准范围，则判断出此时吊具400前后方向偏移量过大、左右方向偏移量过大和/或左右方向旋转量过大；然后执行S25；

S25，吊具姿态调整设备控制吊具400姿态调整。

于本实施例进一步地，于S21中，通过四个标志物的坐标数据，计算出吊具的实时姿态数据，计算过程如下：

吊具的前后方向偏移量为：(X5+X6+X7+X8)÷4；

吊具的左右方向偏移量为：(Z7+Z8)÷2；

吊具的前后方向倾斜量为：(Y5+Y7)÷2；

吊具的左右方向倾斜量为：(Y5+Y6)÷2；

吊具的左右方向旋转量：

实施例2

如图1-图4、图6所示：

本实施例提出一种激光扫描式吊具姿态检测系统，应用于设有吊具400、大车500和小车600的门吊式起重机，大车500的行走方向与小车600的行走方向垂直，该检测系统包括第一标志物1、第二标志物2、第三标志物3、第四标志物4、第一3D激光扫描仪5、第二3D激光扫描仪6、第一2D激光扫描仪7、第二2D激光扫描仪8和程序控制器9；程序控制器9分别与第一3D激光扫描仪5、第二3D激光扫描仪6、第一2D激光扫描仪7、第二2D激光扫描仪8进行电性连接；

所述第一标志物1设于俯视方向下的吊具400(具体可以为吊具400上架)顶面的右前方，所述第二标志物2设于吊具400(具体可以为吊具400上架)顶面的左后方，所述第三标志物3设于吊具400(具体可以为吊具400上架)顶面的右后方，所述第四标志物4设于吊具400(具体可以为吊具400上架)顶面的左前方；

所述第一3D激光扫描仪5设于俯视方向下的小车600底面的小车600行走方向前侧的中部，第二3D激光扫描仪6设于俯视方向下的小车600底面的小车600行走方向后侧的中部，第一2D激光扫描仪7设于俯视方向下的小车600底面的小车600行走方向前侧的右部，第二2D激光扫描仪8设于俯视方向下的小车600底面的小车600行走方向后侧的左部；

所述第一3D激光扫描仪5用于对第四标志物4进行3D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；具体地，第一3D激光扫描仪5朝向大车500行走一个方向对第四标志物4进行3D扫描；

所述第二3D激光扫描仪6用于对第三标志物3进行3D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；具体地，第二3D激光扫描仪6朝向大车500行走另一个方向对第三标志物3进行3D扫描；

所述第一2D激光扫描仪7用于对第一标记物1进行实时的2D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；

所述第二2D激光扫描仪8用于对第二标志物2进行实时的2D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；

所述程序控制器9用于从各个激光扫描仪获取并分析各个标志物的位置信息，从而进行吊具400姿态检测。

于本实施例进一步地，所述第一3D激光扫描仪5与所述第二3D激光扫描仪6的虚拟连接线与小车600行走方向平行。

于本实施例进一步地，所述第一3D激光扫描仪5与第一2D激光扫描仪7的虚拟连接线与大车500行走方向平行，第一2D激光扫描仪7位于第一3D激光扫描仪5的右旁侧；所述第二3D激光扫描仪6与第二2D激光扫描仪8的虚拟连接线与大车500行走方向平行，第二2D激光扫描仪8位于第二3D激光扫描仪6的左旁侧。

于本实施例进一步地，第一3D激光扫描仪5包括第三2D激光扫描仪51和第一伺服电机52；第二3D激光扫描仪6包括第四2D激光扫描仪61和第二伺服电机62；该系统还包括伺服驱动装置10；伺服驱动装置10分别与第一伺服电机52、第二伺服电机62进行电性连接；程序控制器9分别与伺服驱动装置10、第三2D激光扫描仪51、第四2D激光扫描仪61进行电性连接；

第一伺服电机52用于驱动第三2D激光扫描仪51绕大车500行走方向旋转；

第三2D激光扫描仪51安装于第一伺服电机52上，用于朝向第四标志物4进行扫描；优选地，第三2D激光扫描仪51平行于大车500方向的平面；

第二伺服电机62用于驱动第四2D激光扫描仪61绕大车500行走方向旋转；

第四2D激光扫描仪61安装于第二伺服电机62上，用于且朝向第三标志物3进行扫描；优选地，第四2D激光扫描仪61平行于大车500方向的平面。

本实施例又提出一种吊具姿态调整方法，适用于如实施例2中任一项所述的吊具姿态检测系统，该吊具姿态调整方法包括以下步骤：

S100，第一3D激光扫描仪5、第二3D激光扫描仪6分别对应地对第四标志物4、第三标志物3进行3D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；同时，第一2D激光扫描仪7、第二2D激光扫描仪8分别对应地对第一标记物1、第二标志物2进行实时的2D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；然后执行S200；

S200，程序控制器9通过所获得的标志物位置信息判断出吊具400的左右偏移姿态、左右旋转幅度姿态、前后偏移姿态、前后倾斜姿态及左右倾斜幅度姿态；然后执行S300；

S300，根据吊具400的左右偏移姿态、左右旋转幅度姿态、前后偏移姿态、前后倾斜姿态及左右倾斜幅度姿态的判断信息，通过人工或自动化控制方式调节吊具400姿态。

于本实施例进一步地，于S100之前，还包括以下步骤：

S1000，对激光扫描式吊具姿态检测系统进行位置矫正，以保证各个激光扫描仪的扫描线中心到吊具400中心线距离、各个标志物几何中心到吊具400中心线距离和各个激光扫描仪的扫描线中心到标志物几何中心的实际距离一致(确保扫描仪扫描线与吊具或标志物平行或在同一平面)；所述的各个激光扫描仪的扫描线中心到标志物几何中心的实际距离，等于对应的激光扫描仪的扫描线中心到吊具400中心线距离与标志物几何中心到吊具400中心线之差的绝对值；然后执行S100。

于本实施例进一步地，于S200中，各个激光扫描仪实时扫描对应的标志物，并计算该激光扫描仪扫描线中心到标志物几何中心的第一实际距离；根据标志物的位置信息可以判断出吊具的左右偏移姿态、左右旋转幅度姿态、前后偏移姿态、前后倾斜姿态及左右倾斜幅度姿态，用于判断第一实际距离是否过大；

于S3中，当该第一实际距离过大时，程序控制器9启动一吊具400姿态调整控制过程，以保证吊具400中心与小车600的车架平台中心重合，从而使吊具400左右/前后中心线与小车600的车架平台左右/前后中心线重合，即吊具400中心点与小车600的车架平台中心点在X轴和Z轴上重合；所述的吊具400姿态调整控制过程为：程序控制器9控制吊具推杆电机100使吊具400推杆动作，从而使吊具400前后移动、左右移动、左右旋转，直至吊具400实时姿态数据接近标定数据，即使吊具400趋向正常姿态。

于本实施例进一步地，S200包括以下步骤：

S201，建立以小车600的车架平台中心为原点S0(0，0，0)的空间直角坐标系，并通过四个所述标志物的坐标数据计算出吊具400的实时姿态数据；以小车600行走方向建立空间直角坐标系X轴，以垂直地面方向建立空间直角坐标系Y轴，以大车500行走方向建立为空间直角坐标系Z轴；四个所述标志物的坐标数据分别为P1(X5，Y5，Z5)、P2(X6，Y6，Z6)、P3(X7，Y7，Z7)、P4(X8，Y8，Z8)；；然后执行S202；

S202，计算出吊具400的前后方向偏移量、左右方向偏移量、前后方向倾斜量、左右方向倾斜量、左右方向旋转量；然后执行S203；

S203，获取吊具400实时姿态数据，并且预设正常吊具400姿态下的标定数据；然后执行S204；

S204，通过比较标定数据和吊具400实时姿态数据的大小关系，在标定数据与吊具400实时姿态数据的差值落入一标准范围，则判断出此时吊具400前后方向偏移量过大、左右方向偏移量过大和/或左右方向旋转量过大；然后执行S205；

S205，吊具姿态调整设备控制吊具400姿态调整。

实施例3

实施例3是基于实施例1的进一步优化改进；

小车的前方、后方底部激光扫描仪安装要求如下：

1)激光扫描仪扫描方向为大车方向，伺服旋转方向为小车方向，3D激光扫描仪2个；

2)两3D激光扫描仪需要满足对称安装条件：以小车架中心为0点，小车方向上长度相同且为1520mm；同时在起升方向上安装高度尽量相同，高度偏差±0.3米；

3)两3D激光扫描仪位置相对中心等距。

4)激光扫描仪下方扫描范围内不能有遮挡物。

5)所有的位置中心均以激光扫描仪扫描点为基准。

6)务必需要保证激光扫描仪安装稳定性，激光扫描仪应安装在主结构上，避免在动车时激光扫描仪因安装位置抖动的情况影响扫描效果。

7)前激光扫描仪向前摆动74°-76°保证扫描方向无遮挡，后激光扫描仪向后摆动74°-76°保证扫描方向无遮挡。

小车的左后方、右前方底部激光扫描仪安装要求如下：

1)激光扫描仪扫描方向为小车方向2D扫描仪2个；

2)两2D激光扫描仪需要满足对称安装条件：以小车架中心为0点，小车方向上长度相同且为1500mm；同时在起升方向上安装高度尽量相同，高度偏差±0.3米；

3)两2D激光扫描仪位置相对中心等距；

4)2D激光扫描仪下方扫描范围内不能有遮挡物；

5)所有的位置中心均以激光扫描仪扫描点为基准；

6)务必需要保证2D激光扫描仪安装稳定性，2D激光扫描仪应安装在小车主结构上，避免在动车时激光扫描仪因安装位置抖动的情况影响扫描效果；

7)2D激光扫描仪安装位置尺寸精度要求较高，务必需要保证小车方向上长度相同且为1500mm；

9)2D激光扫描仪的安装位置需考虑便于维修以及保养；激光扫描仪附近需有维修平台，激光扫描仪的插头需面向维修平台。

激光扫描式吊具姿态检测系统的概述及工作原理如下：

1.1、激光扫描式吊具姿态检测系统的概述

在门座式起重机小车的前方、后方底部各安装一套3D激光扫描仪，每套3D激光扫描仪包括一个用于旋转的伺服电机和一个2D激光扫描仪，伺服电机绕大车方向旋转，激光扫描仪在平行于大车方向的平面内进行扫描；在扫描仪安装完成后，需要测量计算扫描仪的安装偏转角度和安装位置，这些参数会通过配置文件的方式输入到系统中。

在门座式起重机小车的左后方、右前方底部分别安装一套2D激光扫描仪，激光扫描仪在平行于小车方向的平面内进行扫描。在扫描仪安装完成后，需要测量计算扫描仪的安装偏转角度和安装位置，这些参数会通过配置文件的方式输入到系统中。

1.2、激光扫描式吊具姿态检测系统的工作原理

1.2.1、吊具左右移、左右旋幅度检测功能

通过小车架前方、后方底部安装的3D激光扫描仪，旋转的伺服电机带动激光器，扫描吊具上架右后标志物、左前标志物的位置，从而计算出吊具上架右后标志物、左前标志物的左右方向偏移距离和左右旋转角度，推断出吊具左右移幅度和左右旋转幅度。

1.2.2、吊具前后移幅度检测功能如下：

通过小车架左后方、右前方底部分别安装一套2D激光扫描仪，2D激光器实时扫描吊具上架右前标志物、左后标志物的位置，从而计算出吊具上架右前标志物、左后标志物的前后方向偏移距离，推断出吊具前后移幅度。

1.2.3、吊具前后倾斜、左右倾斜幅度检测功能如下：

通过小车架左后方、右前方底部分别安装一套2D激光扫描仪，激光器实时扫描吊具上架右前标志物、左后标志物的高度；通过小车架前方、后方底部安装的3D激光扫描仪，旋转的伺服电机带动激光器，扫描吊具上架右后标志物、左前标志物的高度，从而计算出吊具上架右前标志物、左后标志物、右后标志物、左前标志物的高度，根据安装在吊具上架四个角的标志物高度数据，推断出吊具前后倾斜、左右倾斜的幅度。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光扫描式吊具姿态检测系统，应用于设有吊具（400）、大车（500）和小车（600）的门吊式起重机，大车（500）的行走方向与小车（600）的行走方向垂直，其特征在于，该检测系统包括第一标志物（1）、第二标志物（2）、第三标志物（3）、第四标志物（4）、第一3D激光扫描仪（5）、第二3D激光扫描仪（6）、第一2D激光扫描仪（7）、第二2D激光扫描仪（8）和程序控制器（9）；程序控制器（9）分别与第一3D激光扫描仪（5）、第二3D激光扫描仪（6）、第一2D激光扫描仪（7）、第二2D激光扫描仪（8）进行电性连接；

所述第一标志物（1）设于俯视方向下的吊具（400）顶面的右前方，所述第二标志物（2）设于吊具（400）顶面的左后方，所述第三标志物（3）设于吊具（400）顶面的右后方，所述第四标志物（4）设于吊具（400）顶面的左前方；

所述第一3D激光扫描仪（5）设于俯视方向下的小车（600）底面的小车（600）行走方向前侧的中部，第二3D激光扫描仪（6）设于俯视方向下的小车（600）底面的小车（600）行走方向后侧的中部，第一2D激光扫描仪（7）设于俯视方向下的小车（600）底面的小车（600）行走方向前侧的右部，第二2D激光扫描仪（8）设于俯视方向下的小车（600）底面的小车（600）行走方向后侧的左部；

所述第一3D激光扫描仪（5）用于对第四标志物（4）进行3D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；

所述第二3D激光扫描仪（6）用于对第三标志物（3）进行3D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；

所述第一2D激光扫描仪（7）用于对第一标志物（1）进行实时的2D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；

所述第二2D激光扫描仪（8）用于对第二标志物（2）进行实时的2D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；

所述程序控制器（9）用于从各个激光扫描仪获取并分析各个标志物的位置信息，从而进行吊具（400）姿态检测，判断出吊具（400）的左右偏移姿态、左右旋转幅度姿态、前后偏移姿态、前后倾斜姿态及左右倾斜幅度姿态。

2.根据权利要求1所述的激光扫描式吊具姿态检测系统，其特征在于，所述第一3D激光扫描仪（5）与所述第二3D激光扫描仪（6）的虚拟连接线与小车（600）行走方向平行。

3.根据权利要求1所述的激光扫描式吊具姿态检测系统，其特征在于，所述第一3D激光扫描仪（5）与第一2D激光扫描仪（7）的虚拟连接线与大车（500）行走方向平行，第一2D激光扫描仪（7）位于第一3D激光扫描仪（5）的右旁侧；所述第二3D激光扫描仪（6）与第二2D激光扫描仪（8）的虚拟连接线与大车（500）行走方向平行，第二2D激光扫描仪（8）位于第二3D激光扫描仪（6）的左旁侧。

4.根据权利要求1-3任一项所述的激光扫描式吊具姿态检测系统，其特征在于，第一3D激光扫描仪（5）包括第三2D激光扫描仪（51）和第一伺服电机（52）；第二3D激光扫描仪（6）包括第四2D激光扫描仪（61）和第二伺服电机（62）；该吊具姿态检测系统还包括伺服驱动装置（10）；伺服驱动装置（10）分别与第一伺服电机（52）、第二伺服电机（62）进行电性连接；程序控制器（9）分别与伺服驱动装置（10）、第三2D激光扫描仪（51）、第四2D激光扫描仪（61）进行电性连接；

第一伺服电机（52）用于驱动第三2D激光扫描仪（51）绕大车（500）行走方向旋转；

第三2D激光扫描仪（51）安装于第一伺服电机（52）上，用于朝向第四标志物（4）进行扫描；

第二伺服电机（62）用于驱动第四2D激光扫描仪（61）绕大车（500）行走方向旋转；

第四2D激光扫描仪（61）安装于第二伺服电机（62）上，用于且朝向第三标志物（3）进行扫描。

5.一种吊具姿态调整设备，其特征在于，该吊具姿态调整设备包括如权利要求1-4任一项所述的激光扫描式吊具姿态检测系统、吊具推杆电机（100）、编码器（200）和变频器（300）；所述的激光扫描式吊具姿态检测系统的程序控制器（9）又分别与编码器（200）、变频器（300）进行电性连接；编码器（200）又与吊具推杆电机（100）进行连接；变频器（300）又与吊具推杆电机（100）进行电性连接；

吊具推杆电机（100）用于推动调节吊具（400）姿态；

编码器（200）用于检测吊具推杆电机（100）的动作变化从而形成传送给所述程序控制器（9）的编码信号；

变频器（300）用于根据程序控制器（9）的控制信号对吊具推杆电机（100）进行变频驱动。

6.一种吊具姿态调整方法，其特征在于，适用于如权利要求5所述的吊具姿态调整设备，该吊具姿态调整方法包括以下步骤：

S1，第一3D激光扫描仪（5）、第二3D激光扫描仪（6）分别对应地对第四标志物（4）、第三标志物（3）进行3D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；同时，第一2D激光扫描仪（7）、第二2D激光扫描仪（8）分别对应地对第一标志物（1）、第二标志物（2）进行实时的2D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；然后执行S2；

S2，程序控制器（9）通过所获得的标志物位置信息判断出吊具（400）的左右偏移姿态、左右旋转幅度姿态、前后偏移姿态、前后倾斜姿态及左右倾斜幅度姿态；然后执行S3；

S3，程序控制器（9）根据S2所判断的吊具（400）姿态结果并通过编码器（200）和变频器（300）闭环控制吊具推杆电机（100）动作，从而调整吊具（400）的姿态，直至吊具（400）的姿态保持水平对中状态。

7.根据权利要求6所述的吊具姿态调整方法，其特征在于，于S1之前，还包括以下步骤：

S1000，对激光扫描式吊具姿态检测系统进行位置矫正，以保证各个激光扫描仪的扫描线中心到吊具（400）中心线距离、各个标志物几何中心到吊具（400）中心线距离和各个激光扫描仪的扫描线中心到标志物几何中心的实际距离一致；所述的各个激光扫描仪的扫描线中心到标志物几何中心的实际距离，等于对应的激光扫描仪的扫描线中心到吊具（400）中心线距离与标志物几何中心到吊具（400）中心线之差的绝对值；然后执行S1。

8.根据权利要求6所述的吊具姿态调整方法，其特征在于，于S2中，各个激光扫描仪实时扫描对应的标志物，并计算该激光扫描仪扫描线中心到标志物几何中心的第一实际距离；于S3中，当该第一实际距离过大时，程序控制器（9）启动一吊具（400）姿态调整控制过程，以保证吊具（400）中心与小车（600）的车架平台中心重合；所述的吊具（400）姿态调整控制过程为：程序控制器（9）控制吊具推杆电机（100）使吊具（400）推杆动作，从而使吊具（400）前后移动、左右移动、左右旋转，直至吊具（400）实时姿态数据接近标定数据，即使吊具（400）趋向正常姿态。

9.根据权利要求6所述的吊具姿态调整方法，其特征在于， S2包括以下步骤：

S21，建立以小车（600）的车架平台中心为原点S0(0，0，0)的空间直角坐标系，并通过四个所述标志物的坐标数据计算出吊具（400）的实时姿态数据；然后执行S22；

S22，计算出吊具（400）的前后方向偏移量、左右方向偏移量、前后方向倾斜量、左右方向倾斜量、左右方向旋转量；然后执行S23；

S23，获取吊具（400）实时姿态数据，并且预设正常吊具（400）姿态下的标定数据；然后执行S24；

S24，通过比较标定数据和吊具（400）实时姿态数据的大小关系，在标定数据与吊具（400）实时姿态数据的差值落入一标准范围，则判断出此时吊具（400）前后方向偏移量过大、左右方向偏移量过大和/或左右方向旋转量过大；然后执行S25；

S25，吊具姿态调整设备控制吊具（400）姿态调整。

10.一种吊具姿态调整方法，其特征在于，适用于如权利要求1-4任一项所述的吊具姿态检测系统，该吊具姿态调整方法包括以下步骤：

S100，第一3D激光扫描仪（5）、第二3D激光扫描仪（6）分别对应地对第四标志物（4）、第三标志物（3）进行3D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；同时，第一2D激光扫描仪（7）、第二2D激光扫描仪（8）分别对应地对第一标志物（1）、第二标志物（2）进行实时的2D扫描，从而获得对应的标志物位置信息；然后执行S200；

S200，程序控制器（9）通过所获得的标志物位置信息判断出吊具（400）的左右偏移姿态、左右旋转幅度姿态、前后偏移姿态、前后倾斜姿态及左右倾斜幅度姿态；然后执行S300；

S300，根据吊具（400）的左右偏移姿态、左右旋转幅度姿态、前后偏移姿态、前后倾斜姿态及左右倾斜幅度姿态的判断信息，通过人工或自动化控制方式调节吊具（400）姿态。