UA107545C2 - Система та спосіб для визначення положення й перекосу вантажозахватного пристрою крана - Google Patents

Abstract

Винахід стосується системи й способу для визначення горизонтального положення й перекосу вантажозахватного пристрою (2) крана. Система містить відбивачі (5, 6) щонайменше двох типів, які розташовані на вантажозахватному пристрої (2) і мають відомі відносні положення і форми; щонайменше один сканувальний датчик (7) відстаней, установлений на крані (10) для вимірювання відстані (R) і напрямку (а) від крана до відбивачів; і пристрій обробки даних, виконаний з можливістю зберігання в його пам'яті даних про відносні положення й форми відбивачів; і визначення горизонтального положення й перекосу вантажозахватного пристрою (2) на основі щонайменше даних про відносні положення й просторові форми відбивачів, а також вимірюваних відстаней і напрямків від крана до відбивачів.

Description

Розкриття винаходу

Таким чином, завдання винаходу полягає в створенні системи й способу, які дозволяють частково або повністю вирішити щонайменше одну з вищезгаданих проблем. Поставлене завдання вирішене шляхом створення системи й способу, які характеризуються ознаками, розкритими в пунктах 1 і 10 формули винаходу. Кращі варіанти винаходу розкриті в залежних пунктах.

Запропонована система визначення положення контейнерного захвата заснована на використанні сканувального датчика відстаней, установленого на контейнерному крані, і відбивачів, установлених на захваті. Датчик відстаней - це звичайно датчик на основі лазера, зокрема, датчик, що вимірює час проходження лазерного променя, однак, система за винаходом може бути також реалізована на основі датчику іншого типу, який надає відповідні вимірювані величини. У контексті винаходу, відбивач - це об'єкт, що установлений на захваті й має чітко заданий набір характеристик, які дозволяють відрізняти відбивач від інших об'єктів, що знаходяться у полі зору сканувального датчика відстаней.

Такий набір характеристик містить у собі щонайменше форму й/або відносне положення відбивача.

Форма об'єкта в полі зору датчика відстаней може бути визначена, наприклад, шляхом вимірювання відстані до об'єкта у множині напрямків за інтервали часу, досить короткі, щоб можна було зневажити переміщенням (розгойдуванням) захвата в процесі зазначеного виміру. Якщо форма об'єкта, яка встановлена на основі вимірювань у множині напрямків і відстані, відповідає формі відбивача, що записана в пам'яті пристрою обробки даних, то можна вважати, що виявлений об'єкт є відбивачем. В альтернативному випадку, визначити, що конкретний об'єкт є відбивачем, можна на основі його відносного положення. Як доповнення до зазначених форми й відносного положення, набір характеристик відбивача може також містити в собі, наприклад, колір.

Винахід і кращі варіанти його здійснення дозволяють використовувати той самий датчик для визначення як горизонтального положення й розміщення (х 5ргі, у 5рг, 5Кем/) захвата, так і вертикального положення й нахилу (Пп 5рг, іт) захвата. За рахунок використання тільки одного датчика для декількох різних цілей можна домогтися значної економії витрат і полегшити калібрування встаткування.

Короткий опис креслень

Далі винахід описаний більш докладно на прикладі його кращого варіанта, розкритого з посиланням на додані креслення, на яких:

Фіг. 1 зображує вигляд збоку контейнерного крану, контейнерного захвату й встановлених на ньому відбивачів в той час, як контейнерний кран ставить один контейнер на дах іншого,

Фіг. 2 зображує вигляд зверху захвата контейнерного крана й установлених на ньому відбивачів,

Фіг. З зображує кращі форми відбивачів і змінні величини, які використовуються при виявленні відбивачів.

Здійснення винаходу

Нижче винахід розкритий на ілюстративному, не обмежувальному прикладі, що стосується випадку контейнерного крана 10, у якому вантажозахватний пристрій, у цьому випадку - захват 2, підвішений до крана 10 (звичайно до спеціального візка) за допомогою спеціальних піднімальних канатів 4 і шківів

З (Фіг. 1). Шляхом обертання піднімальних барабанів 11 можна змінювати довжину піднімальних канатів 4 і, отже, піднімати або опускати контейнерний захват 2. За рахунок збільшення або зменшення довжини піднімальних канатів 4 з передньої й задньої сторони контейнера можна змінювати поздовжній нахил захвата 2. Це може бути необхідно, коли переміщуваний контейнер 1 ставлять на дах нижнього контейнера 1" так, щоб передня й задня сторони верхнього контейнера торкнулися нижнього контейнера (або землі) одночасно. Ця функція найбільш краща при необхідності точного позиціонування контейнера.

Фіг 1, 2 ії З пояснюють принцип роботи сканувального лазерного датчика 7 і зображують устаткування, яке розміщене на контейнерному крані 10 відповідно до даного винаходу. Лазерний датчик відстані випромінює лазерний світловий імпульс, який відбивається від об'єктів 5, 6, падаючи на них променем 8, при цьому частина лазерного випромінювання вертається до світлоприймача лазерного датчика відстані. Лазерний датчик відстані визначає час проходження світла між моментом випромінювання світлового імпульсу й моментом його прийому й на основі цього часу розраховує дистанцію КА до відбиваючого об'єкта. Лазерний датчик відстані закріплений на роторі, що повертається навколо осі 14, перпендикулярної до лазерного променя, причому випромінювання лазерних світлових імпульсів 8 відбувається з високою частотою. Тоді, звичайно, лазерні промені 8 перекривають один одного, і в такому випадку між лазерними променями не залишається ніяких проміжків, і це дозволяє виявляти навіть невеликі об'єкти. Сканувальний лазерний датчик 7 відстані за допомогою свого внутрішнього сенсора також вимірює кут "а" випромінювання лазерного променя 8.

Як показано на Фіг. 2, у кутах захвата 2 закріплені чотири керуючі відтяжні канати 12 (зображений тільки один канат), при цьому за рахунок зміни відносних довжин зазначених канатів можна переміщати захват 2 у бічних напрямках і повертати його в горизонтальній площині. Управляти канатами 12 можна за допомогою пристрою 13 обробки даних (комп'ютера).

Відповідно до одного з варіантів запропонованого способу, один лазерний датчик 7 установлений на рамі контейнерного крана 10, по можливості безпосередньо над захватом 2, таким чином, щоб шлях руху променів 8 проходив уздовж довжини верхньої поверхні захвата 2 (Фіг. 2) для того, щоб лазерний датчик відстаней виявляв три відбивачі 5, б, які встановлені на верхній поверхні контейнерного вантажозахватного пристрою. Лазерний датчик відстаней виконаний з можливістю надійного виявлення відбивачів, виконаних, наприклад, з металевого листа й пофарбованих у світлий колір, навіть на відстані 30 м. Природно, що відбивачі можуть бути виготовлені й з якогось іншого матеріалу.

У типовому випадку датчик 7 забезпечує при кожному індивідуальному лазерному вимірі дистанції наступну інформацію: кут "а" виміру, вимірювану відстань В і, можливо, інтенсивність | відбитого світла. Як говорилося вище, система за винаходом може бути реалізована з іншими датчиками, що вимірюють величини За, Р) або а, В, І), отже, система не обмежена застосуванням тільки лазерної технології.

Фахівцям даної галузі техніки зрозуміло, що, коли лазерні промені від сканувального лазерного датчика попадають на відбивач, як показано на Фіг. 3, на основі величин кутів "а" і відстаней В, виміряних датчиком 7, можна розрахувати вимірювані координати (НП, у) поверхні відбивача стосовно датчика 7 і контейнерного крана 10 по формулі (1): п-Всов(а) ! (1) у- Нвіп(а)

Нижче більш докладно описане здійснення запропонованого способу. На першому етапі визначають положення (у їаКа) трикутного відбивача б у поздовжньому напрямку щодо датчика 7 і контейнерного крана 10 (див. Фіг. 3). Через те, що діапазон поздовжнього переміщення захвата 2, обумовлений канатами 4, 12, звичайно обмежений величиною ж100 см, перевірку обмежують відбиттями 8 (Ми, ап), які виміряні датчиком 7 відстаней і для яких величина "у", розрахована за формулою (1), становить «100 см від відомого нейтрального положення відбивача 6 у поздовжньому напрямку (коли захват 2 перебуває безпосередньо під краном 10). Припускаючи, що ділянки захвата 2, які оточують відбивач 6, розташовані нижче відбивача 6, положення верхньої точки відбивача 6 можна грубо визначити, вибираючи з послідовних відбиттів (Но, ап) те відбиття, яке при обчисленні за формулою (1) дає максимальне значення висоти п: у така-Н5іп(ан) (2) п-відбиття, при якому значення |В сов(аг)| є максимальним.

Фахівцям має бути зрозуміло, що знайдену в такий спосіб величину у іїаКа при необхідності можна уточнити, перевіряючи кілька відбиттів (Ви, ап) від відбивача 6 і зіставляючи відому форму відбивача 6 з вимірюваними величинами. Фахівцям також зрозуміло, що можливі бічні зсуви (х ей, х їаКа) захвата 2 не впливають на виявлення відбивача 6 такого типу, який показаний на фіг. 3.

Після того як установлене положення у їаКа захвата в поздовжньому напрямку, на другому етапі розраховують теоретичні положення клиноподібних відбивачів 5 у поздовжньому напрямку, виходячи з відносних положень (у1...у4) відбивачів 5, 6 у поздовжньому напрямку (див. Фіг. 3). Потім, з відбиттів, виміряних датчиком 7, вибирають відбиття (ВІ, а! ... Н4, а4), величини "у" яких у поздовжньому напрямку, розраховані за формулою (1), найкраще відповідають теоретичним значенням.

На третьому етапі, на основі зазначених відбиттів (БТ, аї ... В4, а4) за формулою (1) розраховують значення висот П1...14. Якщо для визначення положення захвата використовувати клиноподібні відбивачі 5, показані на Фіг. 3, то різниця між висотами НІ і 2 (і відповідно між НЗ ї Н4) буде лінійно залежати від положення захвата в бічному напрямку відповідно до формул: х еш-А(п1-п2)-8 еїш (3) х ТаКа-А(п3-п4)-8 ака, де А - константа, яку визначають на основі форми відбивачів 5, а В єш і В їаКа - калібрувальні коефіцієнти, які визначають, виходячи з установки відбивачів і датчика 7 відстаней. Фахівцям даної галузі техніки зрозуміло, що якщо поперечне балансування датчика 7 відрізняється від вертикального, калібрувальні коефіцієнти В єйш і В їаКа будуть лінійно залежати від висоти (!) і зажадають окремого калібрування.

Відповідно до одного з варіантів запропонованого способу, точну висоту відбивачів визначають у такий спосіб: х еш-(п1-2)/2 (4) х ТаКа-(п3--па4)/2,

Нарешті, визначають положення центральної точки й положення захвата. Положення захвата 2 у поздовжньому напрямку визначають із вимірюваної величини у ІакКа у такий спосіб: у 5рі-у їаКаєсС, (5) де С - калібрувальна константа, яку визначають відповідно до відомого відносного положення відбивача 6 і установки датчика 7 відстаней. Положення центральної точки й перекіс (5Кему) захвата 2 обчислюють на основі величин х єй іх їакКа у такий спосіб: х 5рі-(х еш-х їаКа)/2 (в) 5Кем-агсіап2|х еїш-х ІакКа, де 0 - відома відстань відбивачів 5.

Відповідно до одного з варіантів запропонованого способу висоту центральної точки й поздовжній нахил захвата 2 можна обчислити, використовуючи величини п ей іп іакКа у такий спосіб: п Т-(п еш-йп їаКа)у2 (7) їіт-агсіата(й еш-п їаКа,О)

Фахівцям у даній галузі зрозуміло, що завдяки розвитку техніки основна ідея даного винаходу може бути реалізована безліччю різних способів. Отже, даний винахід і варіанти його здійснення не повинні обмежуватися розкритими в описі прикладами, вони можуть змінюватися в границях обсягу домагань, обумовленого формулою винаходу. Наприклад, якщо датчик відстаней розмістити на захваті, а поверхні, що відбивають, на крані, то можна реалізувати по суті ті ж самі операції й одержати той самий результат. п у жа вва пе пи -- тк ванни НН лів. у, ях і

І х і

Й Й Її а Її ж. В ї // СИН ная я 5 х У ль 5 1 о ле а поло по про ор ово вин я

ФІГ її ше ще ! і ЕН їі шт з Е і

Я с ї в; ще 4 е : же Д Ух і

Ма ша й зі 13 и вжи ! р ши я ШО ШЕ чННИ ння | шу і -- І зви Я ій вет | Ян піни юки

ОБ і х ер ще риса І у;

ЄМ их ї 7 і

І я Кк і

ЩЕ Фіто ! ! 3 1 1 ; і ї Н і с :

Щ

Ще пе р: чи лин БУ рани ня й

К- ау ша

Ко дк З ота Ге зам не м о Ж в | х я ке ря м м ко

КК 5 - і

А, :. й СО. т

КК з. ж Кому «ач щ- потр, й Н - й г. ОК, -х « жх, в і м й ; й во - Щ р ч ів мен

А - А в Й ! р КЯ я че р. Н не ит ши а мае 5 и ее дека, Ку й ще й Тв, ж а с З НН Б ! Ки рн

Не у а нн ; в Мк їх я н Ж їй в ше че Й с Є, я ва «й ши и у іє х пк ой, МОЖ ра

ЛЮ й о т гу Н ва ря ря р і 1 й І г тк р Вотнка т У

ФІГ, 7