[发明专利]基于北斗卫星定位系统的门座起重机姿态监测系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于门座式起重机控制技术领域，具体涉及一种基于北斗卫星定位系统的门座起重机姿态监测系统及方法。

背景技术

门座式起重机是港口装卸作业、船舶建造的重要设备，主要用于部件和货物的吊装任务，由于门座式起重机本身具有良好的性能，所以船厂和港口广泛使用。

随着世界航运的快速发展、船舶建造效率的提高，船厂和港口所布置的门座式起重机越来越密集，门座式起重机之间的碰撞、以及门座式起重机与周边建筑物碰撞的频率也随之增高，重大事故时有发生。

为解决上述的碰撞问题，现有技术中，出现了实时监测门座式起重机回转变幅的设计，从而防止事故发生。但是，目前大型门座式起重机中，回转变幅设计主要为：在门座式起重机的塔臂与塔座结合部安装角度传感器或限位器，这是基于机械方式的角度偏转测量，具有安装复杂而且精度要求高，受机械磨损和老化等影响较大的问题。另外，现有技术中还出现了编码器方式测量回转变幅姿态，即：通过编码器测量转速和行程而间接测量角度，由于存在累计误差，还需要磁缸等装置配合清零，具有成本较高的问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于北斗卫星定位系统的门座起重机姿态监测系统及方法，不会受到机械部件磨损、老化等因素的影响，因此，具有使用寿命长的优点。并且，无累计误差，具有测量精度高的优点。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种基于北斗卫星定位系统的门座起重机姿态监测系统，包括：处理器、运动控制系统、北斗信号接收板以及至少一组北斗卫星天线组；各组所述北斗卫星天线组分别固定安装在所述门座起重机臂架系统的各个支臂上，各个所述北斗卫星天线的信号输出端与所述北斗信号接收板的信号输入端连接；所述北斗信号接收板的信号输出端与所述处理器的信号输入端连接，所述处理器的信号输出端与所述运动控制系统的信号输入端连接。

优选的，所述门座起重机的臂架系统包括第一支臂、第二支臂、第三支臂和第四支臂；所述第一支臂、所述第二支臂、所述第三支臂和所述第四支臂顺次连接形成四连杆结构；每组所述北斗卫星天线组固定安装在所述第一支臂、第二支臂、第三支臂和第四支臂中的任意一个支臂上。

优选的，每组所述北斗卫星天线组包括至少两个北斗卫星天线。

优选的，每组所述北斗卫星天线组包括两个北斗卫星天线，即：第一北斗卫星天线和第二北斗卫星天线；所述第一北斗卫星天线和所述第二北斗卫星天线分别固定安装在所述臂架系统任意一个支臂的两端。

优选的，所述第一北斗卫星天线与所述支臂的接触点为第一测试点，所述第二北斗卫星天线与所述支臂的接触点为第二测试点；所述第一测试点与所述第二测试点之间的连线与所述支臂的轴线之间的夹角为0-90度。

优选的，还包括供电电源；所述供电电源分别与所述处理器和所述北斗信号接收板连接。

本发明还提供一种应用上述基于北斗卫星定位系统的门座起重机姿态监测系统的方法，包括以下步骤：

S1，在所述门座起重机的臂架系统中，第一支臂AB的长度为a，第二支臂BC的长度为d，第三支臂CE的长度为m，第三支臂CE与第四支臂DA相交于D点，臂CD的长度为c，第四支臂DA的长度为b，第一支臂AB与水平线的夹角为ε；

其中，a、d、m、c、b、ε均为已知值；

在所述门座起重机移动过程中，通过所述北斗卫星定位系统获得以下夹角中的一种或几种：所述第一支臂AB与水平线的夹角θ1、所述第二支臂BC与水平线的夹角θ2、所述第三支臂CE与水平线的夹角θ3和所述第四支臂DA与水平线的夹角θ4；

S2，所述处理器以所述a、d、m、c、b、ε为输入，同时，以θ1、θ2、θ3和θ4中的一项或几项为输入，通过余弦定理计算得出所述门座起重机的回转幅度值；

S3，所述处理器判断所述回转幅度值是否超过设定最大值，如果超过，则向所述运动控制系统发出控制信号，进而调整所述门座起重机的运动状态。

优选的，通过所述北斗卫星定位系统获得θ1、θ2、θ3和θ4的方法相同。

优选的，第四支臂DA与水平线的夹角θ4通过以下方法获得：

S1-1，将北斗卫星天线组P固定安装在第四支臂DA上；其中，北斗卫星天线组P包括至少两个北斗卫星天线；所述北斗卫星天线与所述第四支臂DA的接触点为测试点；

S1-2，在所述门座起重机移动的过程中，各个所述北斗卫星天线接收与其对应的测试点的当前位置信息，并将所述当前位置信息发送给所述北斗信号接收板；