CN103848344A - 一种天车精确定位方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天车精确定位方法及装置。其方法是在天车的吊钩上安装一个垂直红外探头和两个水平红外探头，通过垂直红外探头确定高度位置，通过两个水平红外探头确定水平位置，由单片机自动计算出天车吊钩中心至铝包吊环中心的横向距离X1和纵向距离Y1；并由单片机引导天车吊钩中心移动至铝包吊环中心。本发明是在天车吊钩上安装基于红外测距，以单片机为控制核心的定位装置，实现了天车与铝包之间的快速精确定位。具有成本低，实用性强，易于升级和改造的特点。与现有未设精确定位的天车相比，无需在温度很高，环境恶劣的吊装现场设置指挥人员，能简化天车操作，减轻工人劳动强度，降低人员伤亡事故发生的机率，提高工作效率，降低生产成本。

Description

一种天车精确定位方法及装置
技术领域
本发明涉及一种天车精确定位方法及装置，属于天车自动定位技术领域，特别是属于铝铸造车间天车吊装铝包的定位技术领域。
背景技术
天车是现代预焙阳极铝电解生产的关键设备，适用预焙阳极铝电解工艺生产，能满足铝电解、铸造车间等电解工艺中的恶劣工作环境。铸造车间中的天车多用于吊装铝包，在吊装时需要操作人员准确的定位铝包。由于现有天车上无精确定位装置，定位时需要工人在现场指挥天车驾驶员进行定位操作，由于铸造车间温度很高，工作环境非常恶劣，工人劳动强度很大，如不慎出现铝包倾翻事故，还有可能造成人员伤亡事故。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种天车精确定位方法及装置。采用红外探头测距，并由单片机作为分析计算机元件，通过屏显和语音提示天车驾驶员进行定位操作，无需人员现场指挥，以克服现有技术的不足。
本发明的技术方案： 
一种天车精确定位方法，该方法是在天车的吊钩上安装一个垂直红外探头和两个水平红外探头，先通过垂直红外探头测量天车吊钩中心距铝包吊环中心的垂直距离Z、并使天车吊钩中心下降至铝包吊环中心的同等高度；然后再通过X向水平红外探头测量天车吊钩中心距铝包侧厂房墙壁的水平垂线距离X，非定向水平红外探头测量天车吊钩中心距铝包吊环中心的水平直线距离S1和天车吊钩中心经过铝包吊环中心延伸至厂房墙壁的水平斜线距离S，并将测量结果输入单片机；同时通过键盘将红外探头修正系数d、铝包高度h、铝包半径R、铝包吊环半径r输入单片机；由单片机自动计算出天车吊钩中心至铝包吊环中心的横向距离X1和纵向距离Y1；并由单片机引导天车吊钩中心移动至铝包吊环中心。
前述方法中，所述红外探头修正系数d是指红外探头偏离天车吊钩中心的距离。
前述方法中，所述单片机通过显示屏显示键盘输入的数据和定位过程及运行结果。
前述方法中，所述单片机通过语音模块提示键盘输入数据和定位过程及运行结果。
前述方法中，所述单片机引导天车吊钩中心移动至铝包吊环中心是通过与单片机连接的屏显和语音提示天车操作人员将天车吊钩中心移动至铝包吊环中心。
前述方法中，所述垂直红外探头测量天车吊钩中心距离铝包吊环中心的垂直距离Z时，以地面为测量基准，先测得红外探头距地面的高度H，然后通过单片机按公式                                               
Figure 2012105119323100002DEST_PATH_IMAGE002
计算出天车吊钩中心距铝包吊环中心的垂直距离Z；计算结果Z＞0时表示吊钩中心高于吊环中心，Z＜0时表示吊钩中心低于吊环中心。
前述方法中，所述测量吊钩中心距铝包吊环中心的水平直线距离S1是将天车吊钩下降至铝包中部高度，通过非定向水平红外探头测量天车吊钩中心至铝包外壁的距离D，通过单片机按公式
Figure 2012105119323100002DEST_PATH_IMAGE004
计算出吊钩中心距铝包吊环中心的水平直线距离S1的值。
前述方法中，所述横向距离X1和纵向距离Y1的计算是由单片机先按公式
Figure 2012105119323100002DEST_PATH_IMAGE006
计算距离X与距离S之间的角度θ值；再通过距离S1和角度θ由单片机按公式
Figure 2012105119323100002DEST_PATH_IMAGE008
和计算吊钩中心至吊环中心的横向距离X1和纵向距离Y1。
按前述方法构成的装置，包括单片机，单片机的信号输入端与安装在天车吊钩上的红外测距装置连接，单片机的数据输入端与键盘连接，单片机的信号输出端与显示屏和语音模块连接。
前述装置中，所述红外测距装置包括垂直红外探头、X向水平红外探头和非定向水平红外探头。
与现有技术相比，本发明基于红外测距传感器，以单片机为控制核心完成铸造车间内天车吊运铝包时的快速精确定位。具有成本低，实用性强，可以加装于现有天车上，易于升级和改造的特点。与现有未设精确定位的天车相比，无需在温度很高，环境恶劣的吊装现场设置指挥人员，能简化天车操作，减轻工人劳动强度，降低人员伤亡事故发生的机率，提高工作效率，降低生产成本。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图2是本发明平面定位示意图；
图3是本发明垂直定位示意图；
图4是测量吊钩中心距铝包吊环中心的水平直线距离S1的方法示意图。
图5是本发明的工程流程图。
图中的标记为：1-单片机、2-天车吊钩、3-键盘、4-显示屏、5-语音模块、6-垂直红外探头、7-X向水平红外探头、8-非定向水平红外探头、9-铝包、10-铝包吊环。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。
一种天车精确定位方法，如图1和图2所示。该方法是在天车的吊钩上安装一个垂直红外探头和两个水平红外探头，通过垂直红外探头测量天车吊钩中心距铝包吊环中心的垂直距离Z、并使天车吊钩中心下降至铝包吊环中心的同等高度；然后再通过X向水平红外探头（是指探测角度较小，只能探测指定方向范围内物体的距离）测量天车吊钩中心距铝包侧厂房墙壁的水平垂线距离X，非定向水平红外探头（是指探测角度较大，可以探测一定角度范围内物体的距离）测量天车吊钩中心距铝包吊环中心的水平直线距离S1和天车吊钩中心经过铝包吊环中心延伸至厂房墙壁的水平斜线距离S，并将测量结果输入单片机；同时通过键盘将红外探头修正系数d（指红外探头偏离天车吊钩中心的距离）、铝包高度h、铝包半径R、铝包吊环半径r输入单片机；由单片机自动计算出天车吊钩中心至铝包吊环中心的横向距离X1和纵向距离Y1；并由单片机引导天车吊钩中心移动至铝包吊环中心。
所述单片机通过显示屏显示键盘输入的数据和定位过程及运行结果。单片机通过语音模块提示键盘输入数据和定位过程及运行结果。所述单片机引导天车吊钩中心移动至铝包吊环中心是通过与单片机连接的屏显和语音提示天车操作人员将天车吊钩中心移动至铝包吊环中心。
所述垂直红外探头测量天车吊钩中心距离铝包吊环中心的垂直距离Z时，如图3所示，以地面为测量基准，先测得红外探头距地面的高度H，然后通过单片机按公式
Figure DEST_PATH_IMAGE012
计算出天车吊钩中心距铝包吊环中心的垂直距离Z；计算结果Z＞0时表示吊钩中心高于吊环中心，Z＜0时表示吊钩中心低于吊环中心。
所述测量吊钩中心距铝包吊环中心的水平直线距离S1如图4所示，是将天车吊钩下降至铝包中部高度，通过非定向水平红外探头测量天车吊钩中心至铝包外壁的距离D，通过单片机按公式
Figure DEST_PATH_IMAGE014
计算出吊钩中心距铝包吊环中心的水平直线距离S1的值。
所述横向距离X1和纵向距离Y1的计算是由单片机先按公式
Figure DEST_PATH_IMAGE016
计算距离X与距离S之间的角度θ值；再通过距离S1和角度θ由单片机按公式和
Figure DEST_PATH_IMAGE020
计算吊钩中心至吊环中心的横向距离X1和纵向距离Y1。
按前述方法构成的装置，如图1所示。包括单片机1，单片机1的信号输入端与安装在天车吊钩2上的红外测距装置连接，单片机1的数据输入端与键盘3连接，单片机1的信号输出端与显示屏4和语音模块5连接。所述红外测距装置包括垂直红外探头6、X向水平红外探头7和非定向水平红外探头8。
本发明的工作过程及原理
如图5所示。本发明的装置启动后，安装在天车吊钩2上的垂直红外探头6开始探测其距地面的高度H，同时操作人员通过键盘3将一些固定的计算参数（包括修正系数d、铝包高度h、铝包半径R和铝包吊环半径r）输入单片机1，单片机根据测得的高度H和输入的固定参数自动计算出天车吊钩中心至铝包吊环中心的垂直距离Z。单片机根据计算结果，通过语音模块5和显示屏4引导天车吊钩下降或上升，使天车吊钩中心移动至铝包吊环中心所在的水平面上。
当天车吊钩中心移动至铝包吊环10中心所在的水平面上之后，X向水平红外探头7开始测量天车吊钩中心距铝包侧厂房墙壁的水平垂线距离X，非定向水平红外探头8也可以测量天车吊钩中心经过铝包吊环中心延伸至厂房墙壁的水平斜线距离S。但依据距离X和距离S以及通过键盘输入的计算参数仍无法计算出天车吊钩移动所需的横向距离X1和纵向距离Y1，因此还需要测得天车吊钩中心距铝包吊环中心的水平直线距离S1。距离S1的测量是在天车吊钩中心与铝包吊环10中心平齐状态下，将天车吊钩继续下移至铝包中部位置，通过非定向水平红外探头8测得天车吊钩中心至铝包9外壁的最近距离D，将距离D输入单片机，由单片机按公式
Figure DEST_PATH_IMAGE022
计算天车吊钩中心距铝包吊环中心的水平直线距离S1。非定向水平红外探头8测完距离D后返回天车吊钩中心与铝包吊环10中心平齐状态。单片机根据距离X、距离S和距离D可以计算出天车吊钩移动所需的横向距离X1和纵向距离Y1。操作人员可以根据显示屏和语音提示完成天车吊钩中心与铝包吊环中心精确定位的操作。
本发明的补充说明
所述的单片机1是以单片机为核心构成的主控单元，用于完成测量数据的检查、分析与计算，、数据的输出与显示等功能。其中，单片机也可以外接程序储存器，用于存储***硬件程序。
所述的键盘3、显示屏4和语音模块5构成人机交互单元，键盘可采用4X4键盘作为单片机控制单元的输入，完成***参数的设定；显示屏4可采用LED液晶屏幕与语音模块共同作为单片机控制单元的输出，完成***数据的显示及播报。
所述红外探头是基于红外信号的红外测距传感器，具有一对发射二极管和接收二极管，利用红外反射原理测定障碍物离传感器的距离，内部处理后，通过数字传感器向处理器输出距离信号。红外探头均带有激光射线，安装于天车吊钩处。
本发明未详细阐述部分属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1. 一种天车精确定位方法，其特征在于：该方法是在天车的吊钩上安装一个垂直红外探头和两个水平红外探头，先通过垂直红外探头测量天车吊钩中心距铝包吊环中心的垂直距离Z、并使天车吊钩中心下降至铝包吊环中心的同等高度；然后再通过X向水平红外探头测量天车吊钩中心距铝包侧厂房墙壁的水平垂线距离X，非定向水平红外探头测量天车吊钩中心距铝包吊环中心的水平直线距离S1和天车吊钩中心经过铝包吊环中心延伸至厂房墙壁的水平斜线距离S，并将测量结果输入单片机；同时通过键盘将红外探头修正系数d、铝包高度h、铝包半径R、铝包吊环半径r输入单片机；由单片机自动计算出天车吊钩中心至铝包吊环中心的横向距离X1和纵向距离Y1；并由单片机引导天车吊钩中心移动至铝包吊环中心。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述红外探头修正系数d是指红外探头偏离天车吊钩中心的距离。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于：所述单片机通过显示屏显示键盘输入的数据和定位过程及运行结果。
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于：所述单片机通过语音模块提示键盘输入数据和定位过程及运行结果。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于：所述单片机引导天车吊钩中心移动至铝包吊环中心是通过与单片机连接的屏显和语音提示天车操作人员将天车吊钩中心移动至铝包吊环中心。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于：所述垂直红外探头测量天车吊钩中心距离铝包吊环中心的垂直距离Z时，以地面为测量基准，先测得红外探头距地面的高度H，然后通过单片机按公式                                               
Figure DEST_PATH_IMAGE002
计算出天车吊钩中心距铝包吊环中心的垂直距离Z；计算结果Z＞0时表示吊钩中心高于吊环中心，Z＜0时表示吊钩中心低于吊环中心。
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于：所述测量吊钩中心距铝包吊环中心的水平直线距离S1是将天车吊钩下降至铝包中部高度，通过非定向水平红外探头测量天车吊钩中心至铝包外壁的距离D，通过单片机按公式
Figure DEST_PATH_IMAGE004
计算出吊钩中心距铝包吊环中心的水平直线距离S1的值。
8.根据权利要求7所述方法，其特征在于：所述横向距离X1和纵向距离Y1的计算是由单片机先按公式计算距离X与距离S之间的角度θ值；再通过距离S1和角度θ由单片机按公式
Figure DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure DEST_PATH_IMAGE010
计算吊钩中心至吊环中心的横向距离X1和纵向距离Y1。
9.一种按权利要求1-8任一权利要求所述方法构成的装置，其特征在于：包括单片机（1），单片机（1）的信号输入端与安装在天车吊钩（2）上的红外测距装置连接，单片机（1）的数据输入端与键盘（3）连接，单片机（1）的信号输出端与显示屏（4）和语音模块（5）连接。
10.根据权利要求8所述装置，其特征在于：所述红外测距装置包括垂直红外探头（6）、X向水平红外探头（7）和非定向水平红外探头（8）。
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