CN116969334A - 一种多天车协同作业*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多天车协同作业***，机构三用传统多台天车并行，将多台天车钢缆结于同一吊载点，构成协同作业基本形式。在协同作业时，使用天车手柄遥控操作多台天车同步纵向与横向移动，通过吊装手柄实现吊载物体在多台升降电机位置构成的三角形区域内的三自由度移动。多台天车在不协同作业时，可通过对应的天车遥控恢复传统单独作业模式，控制与传统天车一致。此外，需多台天车协同作业情况时，传统天车存在操作难度大、风险高、效率低、以及灵活性差的问题。

Description

一种多天车协同作业***

技术领域

本发明涉及桥式起重机技术领域，具体涉及一种多天车协同作业***。

背景技术

天车（也称桥式起重机）是一种常见的起重设备，广泛应用于工厂、仓库、港口、物流中心等场所；它通过横梁跨越顶部支架或支柱，并沿轨道移动，用于提升和搬运重物。

当前，传统天车采用桥式结构，横梁（也称为大臂）跨越支架或支柱，形成一座桥，横梁配备了卷扬机构，实现吊钩升降及左右运动，并天车上安装了驱动装置、行走轨道，可以沿着轨道进行前后移动。天车由工作人员使用操纵杆、按钮或遥控器进行遥控作业，在作业过程中经常出现单台天车有效负载不足，需多台天车协同作业情况，在此过程中，需要多名操作人员依据经验与现场情况协调操作完成，整个作业过程存在操作难度大、风险高、效率低、以及灵活性差的问题。

有鉴于此，提出本申请。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多天车协同作业***，能够有效解决现有技术中的传统天车在面对需多台天车协同作业情况时，需要多名操作人员依据经验与现场情况协调操作完成，整个作业过程存在操作难度大、风险高、效率低、以及灵活性差的问题。

本发明公开了一种多天车协同作业***, 包括：控制器、天车手柄、吊装手柄、驱动组件、以及配置在天车横梁上的电机组件和光电组件；

其中，所述天车手柄的输出端、所述吊装手柄的输出端、所述光电组件的输出端与所述控制器的输入端电气连接，所述控制器的输出端与所述驱动组件的输入端电气连接，所述驱动组件的输出端与所述电机组件的输入端电气连接，吊装物体通过钢索配置在所述电机组件上，将多台天车通过钢缆配置于同一吊载点；

其中，所述控制器被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤：

在接收到协同作业信号后，分别获取所述天车手柄、所述吊装手柄发送的第一控制信号和第二控制信号；

获取由所述光电组件采集到的所述电机组件的升降电机实时的位置坐标；

对所述第一控制信号和所述实时的位置坐标进行计算处理，生成所述电机组件升降电机的下一时刻电机位置；

校正所述吊载点的位置，存入***寄存器中，并对所述第二控制信号和所述实时的位置坐标进行计算处理，生成所述吊载点的下一时刻位置/>；

对所述电机组件升降电机的下一时刻电机位置和所述吊载点的下一时刻位置进行转制处理，生成横纵向电机转速信号/>和升降电机转速信号/>；

将所述横纵向电机转速信号和所述升降电机转速信号/>发送给所述驱动组件，以驱动所述电机组件进行相应的转动。

优选地，所述天车手柄为双轴电压型模拟量型电手柄，所述吊装手柄为三轴电压型模拟量型电手柄。

优选地，所述光电组件包括多个激光测距模块，每一激光测距模块分别配置在天车的横梁上，其中，每一所述激光测距模块的输出端与所述控制器的输入端电气连接。

优选地，所述驱动组件包括多台变频器，每一所述变频器的输入端与所述控制器的输出端电气连接，每一所述变频器的输出端与所述电机组件的输入端电气连接。

优选地，所述电机组件包括配置在天车横梁上的多个升降电机、多个横向电机和多个纵向电机，其中，每一所述升降电机的输入端、每一所述横向电机的输入端、每一所述纵向电机的输入端与所述驱动组件的输出端电气连接。

优选地，对所述第一控制信号和所述实时的位置坐标进行计算处理，生成所述电机组件升降电机的下一时刻电机位置，具体为：

根据公式计算与所述第一控制信号相对应的第一增量/>，其中，/>为所述天车手柄的手柄电压，/>为天车纵向或横向的最大工作速度，为第一增量系数；

根据公式计算所述电机组件升降电机的下一时刻电机位置/>，其中，/>为所述电机组件升降电机的当前电机位置；

当判断到所述电机组件升降电机的下一时刻电机位置超出预设位置限制时，/>。

优选地，校正所述吊载点的位置，存入***寄存器中，并对所述第二控制信号和所述实时的位置坐标进行计算处理，生成所述吊载点的下一时刻位置/>，具体为：

根据公式计算与所述第二控制信号相对应的第二增量/>，其中，/>为所述吊装手柄的手柄电压，/>为所述升降电机纵向、横向、垂直方向的最大工作速度，/>为第二增量系数；

根据公式计算所述吊载点的下一时刻位置/>，其中，/>为所述吊载点的当前位置；

当判断到所述吊载点的下一时刻电机位置超出预设位置限制/>时，。

优选地，对所述电机组件升降电机的下一时刻电机位置和所述吊载点的下一时刻位置/>进行转制处理，生成横纵向电机转速信号/>和升降电机转速信号/>，具体为：

根据公式对所述电机组件升降电机的下一时刻电机位置/>进行计算，生成横纵向电机转速信号/>，其中，/>为天车轨道轮半径，/>为天车移动减速电机传动比，/>为所述电机组件升降电机的下一时刻电机位置/>的导数，/>，/>为数据采样周期；

根据公式对所述吊载点的下一时刻位置/>进行计算，生成升降电机转速信号/>，其中，/>，吊装物体的绳长/>，绳长的导数，/>为雅可比矩阵，/>，/>为升降减速卷扬机减速比，/>为吊载点轨道轮半径，/>为下一时刻吊载平台速度，/>，/>为数据采样周期。

优选地，还包括天车遥控组件，所述天车遥控组件的输出端与所述控制器的输入端电气连接。

优选地，还包括：

在接收到不协同作业信号后，获取所述天车遥控组件发送的第三控制信号；

当判断到所述第三控制信号为升降信号时，将所述第三控制信号发送给对应的所述升降电机；

当判断到所述第三控制信号为横向信号时，将所述第三控制信号发送给对应的所述横向电机；

当判断到所述第三控制信号为纵向信号时，将所述第三控制信号发送给对应的所述纵向电机。

综上所述，本实施例提供的一种多天车协同作业***，机构三用传统多台天车并行，将多台天车钢缆结于同一吊载点，构成协同作业基本形式。在协同作业时，使用天车手柄遥控操作多台天车同步纵向与横向移动，通过吊装手柄实现吊载物体在多台升降电机位置构成的三角形区域内的三自由度移动。多台天车在不协同作业时，可通过对应的天车遥控恢复传统单独作业模式，控制与传统天车一致；从而解决现有技术中的传统天车在面对需多台天车协同作业情况时，需要多名操作人员依据经验与现场情况协调操作完成，整个作业过程存在操作难度大、风险高、效率低、以及灵活性差的问题。

附图说明

图1是本发明第一方面提供的一种多天车协同作业***的结构示意图。

图2是本发明第二方面提供的一种多天车协同作业***的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

请参阅图1至图2，本发明的第一实施例提供了一种多天车协同作业***, 包括：控制器、天车手柄、吊装手柄、驱动组件、以及配置在天车横梁上的电机组件和光电组件；

其中，所述天车手柄的输出端、所述吊装手柄的输出端、所述光电组件的输出端与所述控制器的输入端电气连接，所述控制器的输出端与所述驱动组件的输入端电气连接，所述驱动组件的输出端与所述电机组件的输入端电气连接，吊装物体通过钢索配置在所述电机组件上，将多台天车通过钢缆配置于同一吊载点；

具体地，在本实施例中，所述天车手柄可以为双轴电压型模拟量型电手柄，所述吊装手柄可以为三轴电压型模拟量型电手柄。

在本实施例中，所述天车手柄为双轴电压型模拟量型电手柄，手柄有X与Y轴两向电压模拟信号，分别对应手柄的前后与左右掰动，单个方向掰动的开度越大，则该轴输出的电压值越高，电压区间为-2.5V至+2.5V。所述吊装双手柄为三轴电压型模拟量型电手柄，手柄有X、Y、Z轴三向电压模拟信号，分别对应手柄的前后、左右掰动和上下拨动。手柄单个方向掰动或拨动的开度越大，则该轴输出的电压值越高，电压区间为-2.5V至+2.5V。

具体地，在本实施例中，所述光电组件包括多个激光测距模块，每一激光测距模块分别配置在天车的横梁上，其中，每一所述激光测距模块的输出端与所述控制器的输入端电气连接。

在本实施例中，所述光电组件用于检测多台天车升降电机实时的位置。在天车轨道起点设有坐标原点，每台天车横梁上都拥有激光测距模块，检测当前天车纵向与原点距离与升降电机与原点横向距离，即天车X,Y坐标，因天车桥架高度一定，因此Z坐标值固定。至此，每台天车升降电机位置可有光电***实时反馈(X,Y,Z)坐标于所述控制器中。

具体地，在本实施例中，所述驱动组件包括多台变频器，每一所述变频器的输入端与所述控制器的输出端电气连接，每一所述变频器的输出端与所述电机组件的输入端电气连接。

在本实施例中，以三台天车为例，相应的有三个升降电机、三个横向电机、三个纵向电机、以及九台变频器，此时，所述驱动组件由九台变频器组成，分别为第一升降电机变频器、第一横向电机变频器、第一纵向电机变频器、第二升降电机变频器、第二横向电机变频器、第二纵向电机变频器、第三升降电机变频器、第三横向电机变频器、第三纵向电机变频器。所述驱动组件接收来自所述控制器发送的九台电机转速信号，可实现对应电机驱动并实现转速控制。

具体地，在本实施例中，所述电机组件包括配置在天车横梁上的多个升降电机、多个横向电机和多个纵向电机，其中，每一所述升降电机的输入端、每一所述横向电机的输入端、每一所述纵向电机的输入端与所述驱动组件的输出端电气连接。

其中，所述控制器被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤：

S101，在接收到协同作业信号后，分别获取所述天车手柄、所述吊装手柄发送的第一控制信号和第二控制信号；

S102，获取由所述光电组件采集到的所述电机组件的升降电机实时的位置坐标；

S103，对所述第一控制信号和所述实时的位置坐标进行计算处理，生成所述电机组件升降电机的下一时刻电机位置；

具体地，步骤S103包括：根据公式计算与所述第一控制信号相对应的第一增量/>，其中，/>为所述天车手柄的手柄电压，/>为天车纵向或横向的最大工作速度，/>为第一增量系数；

根据公式计算所述电机组件升降电机的下一时刻电机位置/>，其中，/>为所述电机组件升降电机的当前电机位置；

当判断到所述电机组件升降电机的下一时刻电机位置超出预设位置限制时，/>。

具体地，在本实施例中，以三台天车为例，相应的有三个升降电机、三个横向电机、三个纵向电机、以及九台变频器，升降电机位置计算，即所述天车手柄电压信号处理；所述天车手柄的电压信号为-2.5V至+2.5V，设置±0.5V的安全死区，即有效工作电压区间为[-2.5，-0.5]与[0.5，2.5]。建立增量与天车手柄电压/>函数，如下：，其中，/>为天车纵向、横向最大工作速度，/>为增量系数，可调节天车手柄工作灵敏度。将此时光电***反馈天车升降电机当前位置/>与增量相加可得下一时刻天车升降电机位置

设置工作空间，当下一时刻天车升降电机位置超出位置限制/>时，则。

S104，校正所述吊载点的位置，存入***寄存器中，并对所述第二控制信号和所述实时的位置坐标进行计算处理，生成所述吊载点的下一时刻位置/>；

具体地，步骤S104包括：根据公式计算与所述第二控制信号相对应的第二增量/>，其中，/>为所述吊装手柄的手柄电压，/>为所述升降电机纵向、横向、垂直方向的最大工作速度，/>为第二增量系数；

根据公式计算所述吊载点的下一时刻位置/>，其中，/>为所述吊载点的当前位置；

当判断到所述吊载点的下一时刻电机位置超出预设位置限制/>时，。

以三台天车为例，相应的有三个升降电机、三个横向电机、三个纵向电机、以及九台变频器，将采集到的所述天车手柄和所述吊装手柄的电压信号接入所述控制器中，所述控制器的程序可分为位置计算与控制计算两个部分。将所述天车手柄和所述吊装手柄的电压信号接入所述控制器中的位置计算部分，位置计算部分除接收所述天车手柄和所述吊装手柄的电压信号，同时也将接收来自光电组件检测的三台天车升降电机位置的数字信号。位置计算需根据所述天车手柄和所述吊装手柄输入的电压信号大小计算出下一时刻要到的坐标点。首先，需计算出所述天车手柄和所述吊装手柄的电压信号大小所对应的增量，将当前位置与增量相加即为下一时刻位置坐标。

具体地，吊载点位置计算，即所述吊装手柄电压信号处理；吊载点需在开始协同组合完成开始作业前，校正其位置，而后记入***寄存器。所述吊装手柄电压信号为-2.5至+2.5，将设置±0.5V的安全死区，即有效工作电压区间为[-2.5，-0.5]与[0.5，2.5]。建立增量/>与吊装手柄电压/>函数，如下：/>，其中，/>为升降电机纵向、横向、垂直方向最大工作速度，/>为增量系数，可调节吊装手柄工作灵敏度。

将此时***内寄存器存放的吊载点当前位置与增量/>相加可得下一时刻吊载点位置

设置工作空间，当下一时刻吊载点位置超出位置限制/>时，则。通过以上计算方式可分别得出，吊载点下一时刻位置坐标/>与天车升降机位置/>。

S105，对所述电机组件升降电机的下一时刻电机位置和所述吊载点的下一时刻位置/>进行转制处理，生成横纵向电机转速信号/>和升降电机转速信号/>；

具体地，步骤S105包括：根据公式对所述电机组件升降电机的下一时刻电机位置/>进行计算，生成横纵向电机转速信号/>，其中，/>为天车轨道轮半径，/>为天车移动减速电机传动比，/>为所述电机组件升降电机的下一时刻电机位置/>的导数，/>，/>为数据采样周期；

根据公式对所述吊载点的下一时刻位置/>进行计算，生成升降电机转速信号/>，其中，/>，吊装物体的绳长/>，绳长的导数，/>为雅可比矩阵，/>，/>为升降减速卷扬机减速比，/>为吊载点轨道轮半径，/>为下一时刻吊载平台速度，/>，/>为数据采样周期。

具体地，在本实施例中，控制器程序控制计算部分将接收来自位置计算的所述电机组件升降电机的下一时刻电机位置、所述吊载点的下一时刻电机位置/>，处理位置信息转制成九台电机的转速信号，发送于驱动***。

在本实施例中，协同作业时，将天车信号转制成转速/>，如下，其中，/>为天车轨道轮半径，/>为天车移动减速电机传动比，/>为/>的导数，即/>，/>为数据采样周期。以上计算可同时计算三台天车横向、纵向电机转速信号。

吊载点位置信号转制成转速信号/>，如下：

设为未知（X,Y,Z），绳长/>，求导可得/>，其中/>为雅可比矩阵，/>。设升降减速卷扬机减速比为i,半径为/>可得转速，其中，/>为下一时刻吊载平台速度，即/>，其中，/>为数据采样周期。通过以上计算，带入/>实际值，可同时得出三台升降电机转速信号。

S106，将所述横纵向电机转速信号和所述升降电机转速信号/>发送给所述驱动组件，以驱动所述电机组件进行相应的转动。

具体地，在本实施例中，所述驱动组件接收来自所述控制器发送的九台电机转速信号，可实现对应电机驱动并实现转速控制。九台电机分别受各自变频器控制，通过执行元件，实现各自动作。

具体地，在本实施例中，还包括天车遥控组件，所述天车遥控组件的输出端与所述控制器的输入端电气连接。

还包括：在接收到不协同作业信号后，获取所述天车遥控组件发送的第三控制信号；

当判断到所述第三控制信号为升降信号时，将所述第三控制信号发送给对应的所述升降电机；

当判断到所述第三控制信号为横向信号时，将所述第三控制信号发送给对应的所述横向电机；

当判断到所述第三控制信号为纵向信号时，将所述第三控制信号发送给对应的所述纵向电机。

在本实施例中，所述控制器也可接收来自所述天车遥控组件的开关量信号，转制成对应转速信号发送至驱动***。不协同作业时，天车遥控开关量信号处理为，以第一天车遥控上升按钮为例，天车按钮为开关量信号，当按钮按下信号发出并被控制器接收时，控制计算中会向驱动***第一升降电机变频器发送固定的正转速信号。当按钮松开，则信号停止，控制器不再收到第一天车遥控上升开关量信号，则此时控制计算向驱动***第一升降电机变频器发送零转速信号。其他天车遥控按钮，工作原理相同。

综上，所述多天车协同作业***采用双手柄实现多天车协同作业，也可恢复传统单天车作业；具有操作难度低，吊载能力强，灵活度高，风险低，效率高的优点。具体的，机构三用传统三台天车并行，将三台天车钢缆结于同一吊载点，构成协同作业基本形式。在协同作业时，使用天车手柄遥控操作三台天车同步纵向与横向移动，通过吊装手柄实现吊载物体在三台升降电机位置构成的三角形区域内的三自由度移动。三台天车在不协同作业时，可通过对应的天车遥控恢复传统单独作业模式，控制与传统天车一致。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多天车协同作业***, 其特征在于，包括：控制器、天车手柄、吊装手柄、驱动组件、以及配置在天车横梁上的电机组件和光电组件；

其中，所述天车手柄的输出端、所述吊装手柄的输出端、所述光电组件的输出端与所述控制器的输入端电气连接，所述控制器的输出端与所述驱动组件的输入端电气连接，所述驱动组件的输出端与所述电机组件的输入端电气连接，吊装物体通过钢索配置在所述电机组件上，将多台天车通过钢缆配置于同一吊载点；

其中，所述控制器被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤：

在接收到协同作业信号后，分别获取所述天车手柄、所述吊装手柄发送的第一控制信号和第二控制信号；

获取由所述光电组件采集到的所述电机组件的升降电机实时的位置坐标；

对所述第一控制信号和所述实时的位置坐标进行计算处理，生成所述电机组件升降电机的下一时刻电机位置；

校正所述吊载点的位置，存入***寄存器中，并对所述第二控制信号和所述实时的位置坐标进行计算处理，生成所述吊载点的下一时刻位置/>；

对所述电机组件升降电机的下一时刻电机位置和所述吊载点的下一时刻位置/>进行转制处理，生成横纵向电机转速信号/>和升降电机转速信号/>；

将所述横纵向电机转速信号和所述升降电机转速信号/>发送给所述驱动组件，以驱动所述电机组件进行相应的转动。

2.根据权利要求1所述的一种多天车协同作业***，其特征在于，所述天车手柄为双轴电压型模拟量型电手柄，所述吊装手柄为三轴电压型模拟量型电手柄。

3.根据权利要求1所述的一种多天车协同作业***，其特征在于，所述光电组件包括多个激光测距模块，每一激光测距模块分别配置在天车的横梁上，其中，每一所述激光测距模块的输出端与所述控制器的输入端电气连接。

4.根据权利要求1所述的一种多天车协同作业***，其特征在于，所述驱动组件包括多台变频器，每一所述变频器的输入端与所述控制器的输出端电气连接，每一所述变频器的输出端与所述电机组件的输入端电气连接。

5.根据权利要求1所述的一种多天车协同作业***，其特征在于，所述电机组件包括配置在天车横梁上的多个升降电机、多个横向电机和多个纵向电机，其中，每一所述升降电机的输入端、每一所述横向电机的输入端、每一所述纵向电机的输入端与所述驱动组件的输出端电气连接。

6.根据权利要求5所述的一种多天车协同作业***，其特征在于，对所述第一控制信号和所述实时的位置坐标进行计算处理，生成所述电机组件升降电机的下一时刻电机位置，具体为：

根据公式计算与所述第一控制信号相对应的第一增量，其中，/>为所述天车手柄的手柄电压，/>为天车纵向或横向的最大工作速度，/>为第一增量系数；

根据公式计算所述电机组件升降电机的下一时刻电机位置，其中，/>为所述电机组件升降电机的当前电机位置；

当判断到所述电机组件升降电机的下一时刻电机位置超出预设位置限制/>时，。

7.根据权利要求5所述的一种多天车协同作业***，其特征在于，校正所述吊载点的位置，存入***寄存器中，并对所述第二控制信号和所述实时的位置坐标进行计算处理，生成所述吊载点的下一时刻位置/>，具体为：

根据公式计算与所述第二控制信号相对应的第二增量，其中，/>为所述吊装手柄的手柄电压，/>为所述升降电机纵向、横向、垂直方向的最大工作速度，/>为第二增量系数；

根据公式计算所述吊载点的下一时刻位置/>，其中，/>为所述吊载点的当前位置；

当判断到所述吊载点的下一时刻电机位置超出预设位置限制/>时，。

8.根据权利要求1所述的一种多天车协同作业***，其特征在于，对所述电机组件升降电机的下一时刻电机位置和所述吊载点的下一时刻位置/>进行转制处理，生成横纵向电机转速信号/>和升降电机转速信号/>，具体为：

根据公式对所述电机组件升降电机的下一时刻电机位置/>进行计算，生成横纵向电机转速信号/>，其中，/>为天车轨道轮半径，/>为天车移动减速电机传动比，为所述电机组件升降电机的下一时刻电机位置/>的导数，/>，/>为数据采样周期；

根据公式对所述吊载点的下一时刻位置/>进行计算，生成升降电机转速信号/>，其中，/>，吊装物体的绳长/>，绳长的导数，/>为雅可比矩阵，/>，/>为升降减速卷扬机减速比，/>为吊载点轨道轮半径，/>为下一时刻吊载平台速度，/>，/>为数据采样周期。

9.根据权利要求5所述的一种多天车协同作业***，其特征在于，还包括天车遥控组件，所述天车遥控组件的输出端与所述控制器的输入端电气连接。

10.根据权利要求9所述的一种多天车协同作业***，其特征在于，还包括：

在接收到不协同作业信号后，获取所述天车遥控组件发送的第三控制信号；

当判断到所述第三控制信号为升降信号时，将所述第三控制信号发送给对应的所述升降电机；

当判断到所述第三控制信号为横向信号时，将所述第三控制信号发送给对应的所述横向电机；

当判断到所述第三控制信号为纵向信号时，将所述第三控制信号发送给对应的所述纵向电机。