集装箱正面吊运机吊具智能辅助系统的研究

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摘要：本文从实际出发，对于集装箱正面吊运机吊具的控制提出了一种辅助智能控制系统。它能辅助操作者智能化地自动完成集装箱尺寸判定、自动控制吊具对准集装箱完成卡位、上锁等功能。大幅降低操作者的劳动强度，提高工作效率。

关键词：智能控制；区域检测；激光测距；吊具；集装箱正面吊运机

Abstract: this article from the practice, positive for container hoisting machine sling control puts forward a kind of auxiliary intelligent control system. It can be assisted the operator to be finished container size intelligent judgement, automatic control sling container holding on to complete, unlocked, and other functions. To significantly reduce the labor intensity of the operator, improve the work efficiency.

Keywords: intelligent control; Regional detection; Laser range; Sling; Container positive hoisting machine

中图分类号：TN915.5文献标识码：A 文章编号：

1前言

集装箱正面吊运机机动灵活稳定性好，可隔排吊箱，也可沿一定角度吊销，能适应狭窄通道作业，场地利用率高。 因此，它非常适合在中小港口、铁路中转站、公路中间站，以及大型集装箱码头作为辅助设备使用。在其使用中，常常利用集装箱正面吊运机对高垛多排集装箱进行操作。

为了解决可视化问题，通用做法是在吊具对角线上安装两个摄像头，通过显示器辅助操作者观察工作状态。此方法虽在一定程度上解决了可视化问题，但具有一定的局限性。如视角有一定限制，不能全方位观察；与操作者的日常视界习惯不同，造成实际操作困难；吊具对位、卡位这一过程需要较长时间操作，降低了利用率。

本文提出一种智能辅助系统用于吊具的自动对位自动卡位功能，可有效提高工作效率、降低操作人员的劳动强度。

2 工作原理

在吊具上方正中安装两个区域扫描传感器，利用该传感器实时扫描吊具下方的集装箱，并将扫描信息传输至车辆控制器中。利用控制器编程对数据进行一定处理，完成对集装箱与吊具之间相对位置的判定。进一步控制吊具进行左右移动、前后移动、下降及旋转等相应动作，最终使得吊具对准集装箱并完成卡位动作。

2.1 区域扫描原理

如图1所示，利用区域扫描传感器扫描集装箱（假设此面为正面），并将扫描过程中的实时数据（如角度、距离等信息）传输至控制器。

图1正面检测示意图

2.2 位移控制原理

通过建立坐标系绘制图线（如图2），可以有关集装箱的数据。通过几何原理计算可得此时吊具中心位置距离集装箱中心位置的距离M值，如图3所示。

图2扫描结果示意图

图3几何关系示意图

控制器可根据M值，控制吊具向集装箱中心位置移动，直到吊具中心位置与集装箱中心位置重合。这时，就可以认为在此方向上运动到位。

同理利用区域扫描传感器扫描集装箱侧面，并将扫描过程中的实时数据传输至控制器。重复上面所述步骤，使此方向上运动到位。

2.3 旋转控制原理

如图4所示，吊具中心与集装箱中心重合后，通过几何关系的计算，计算出X、Y值，并与标准集装的外形尺寸进行对比。当误差较大时，可认为吊具与集装箱之间有一定夹角。控制器控制吊具旋转使得吊具吊点完全对准正确的位置，并完成卡位、锁紧等工作。

图4吊具旋转示意图

3 程序流程图

在实际工作中，控制器按照如图5所示的流程图进行工作。其中，要注意对控制精度的要求。不宜将控制精度制定得很小，这样将大大延长动作时间，容易进入不断微小动作的死循环状态。并且，根据实际情况，也不需要将控制精度制定的很小。在一定范围内的误差，是完全可以由吊具本身机械结构所能消除的，并不影响使用。

图5程序流程图

4 硬件配置

4.1 控制器

使用吊具本身自带的控制器，需要模拟量输入点2个、开关量输入点2个。

4.2 传感器

区域激光扫描器2个，激光类型为远红外线。使用远红外线可以避免可增强其抗干扰性，同时也可增强其夜间使用的性能。适合本文要求的此类区域激光扫描器较少，也可按照其工作原理自行制作。其原理为激光测距仪（模拟量输出）配加步进电机，即可实现扇形区域扫描检测，此时控制器通过CAN总线与步进电机执行器进行通讯完成对步进电机的控制。

5 结语

通过该套系统的，在一定范围之内可自动完成吊具对于集装箱的对位、卡位工作，并在此基础上控制锁具自动锁紧。在此过程中，吊具的左右位移、前后位移、下降及旋转均为智能化全自动完成。并且可根据检测信号自动控制吊具的伸缩使之符合当前工作状态下的集装箱尺寸。配合此套系统辅助操作者操作集装箱正面吊运机，能大幅降低操作者的劳动强度，提高工作效率。

此系统还有不完善之处可进行改进，如对复杂环境下的适应能力及智能话程度方面还有不足。在越野集装箱正面吊运机上，因其系统自身问题，不能很好的解决大斜坡等复杂地形条件下系统工作性问题。

参考文献：

1、周润景，郝晓霞.传感器与检测技术[M].北京：电子工业出版社，2009.04.

2、师黎.智能控制理论及应用[M].北京：清华大学出版社，2009.4.

3、蔡自兴.智能控制导论[M].北京：中国水利水电出版社，2007.

4、吕广明.工程机械智能化技术[M].北京：中国电力出版社，2007

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。