[发明专利]一种起重机协同载运的导航控制装置与导航控制的方法

摘要

针对现有起重机协同载运存在的问题，本发明提供一种适用于大型重载、复杂工况、性能可靠、适应性强、基于网络的多起重机协同载运导航系统及方法。本发明系统包括网络运算监控服务器、载物箱下位机、四轴航拍飞行器、载物箱状态监测模块、无线通讯装置、载物箱位置指示灯、起重机状态监测模块和起重机下位机。本发明的导航控制方法，通过对起重机下位机和载物箱下位机反馈的数据结合GPS信息、天气信息进行综合路线规划和具体单个起重机的动作和方向监控，确保整个起重机队列有序、精确的协作。有益的技术效果：本发明所述的设备与方法，可以有效地抑制载运过程中由于复杂路况造成的重物的摆动，适用于精密贵重大型负载的载运。

主权项

一种起重机协同载运的导航控制装置，针对由四台起重机共同吊运一个载物箱（5）的操作环境；所述的四台起重机，依次记为第一起重机（10）、第二起重机（20）、第三起重机（30）和第四起重机（40）；四台起重机内均配有起重机控制系统，用以控制起重机的运动，依次为第一起重机控制系统（11）、第二起重机控制系统（21）、第三起重机控制系统（31）和第四起重机控制系统（41）；其特征在于：设有网络运算监控服务器（1）、载物箱下位机（3）、四轴航拍飞行器（4）、载物箱状态监测模块（6）、无线通讯装置、载物箱位置指示灯（2）、四台起重机状态监测模块和四台起重机下位机；无线通讯装置由第一起重机网络通信模块（71）、第二起重机网络通信模块（72）、第三起重机网络通信模块（73）、第四起重机网络通信模块（74）、服务器网络通信模块（75）、飞行器无线射频模块（76）、载物箱无线射频模块（77）和载物箱网络通信模块（78）组成；四台起重机下位机依次记为第一起重机下位机（12）、第二起重机下位机（22）、第三起重机下位机（32）和第四起重机下位机（42）；四台起重机状态监测模块依次记为第一起重机状态监测模块（13）、第二起重机状态监测模块（23）、第三起重机状态监测模块（33）和第四起重机状态监测模块（43）；网络运算监控服务器（1）与服务器网络通信模块（75）相连接，第一起重机下位机（12）与第一起重机网络通信模块（71）相连接，第二起重机下位机（22）与第二起重机网络通信模块（72）相连接，第三起重机下位机（32）与第三起重机网络通信模块（73）相连接，第四起重机下位机（42）与第四起重机网络通信模块（74）相连接，四轴航拍飞行器（4）与飞行器无线射频模块（76）相连接，载物箱下位机（3）同时连接有载物箱无线射频模块（77）和载物箱网络通信模块（78）；通过第一起重机网络通信模块（71）、第二起重机网络通信模块（72）、第三起重机网络通信模块（73）、第四起重机网络通信模块（74）、服务器网络通信模块（75）和载物箱网络通信模块（78）实现网络运算监控服务器（1）与第一起重机下位机（12）、第二起重机下位机（22）、第三起重机下位机（32）、第四起重机下位机（42）和载物箱下位机（3）的一对一通讯，通过飞行器无线射频模块（76）和载物箱无线射频模块（77）实现载物箱下位机（3）与四轴航拍飞行器（4）之间的一对一通讯；第一起重机下位机（12）安置在第一起重机（10）内，第一起重机下位机（12）分别与第一起重机控制系统（11）、第一起重机状态监测模块（13）相连接；第一起重机状态监测模块（13）实时采集第一起重机（10）的第一起重机转台转角θ_起重机1、第一起重机变幅角φ_起重机1、第一起重机钢丝绳长度l_起重机1和第一起重机环境图像参数fig_起重机1，并向第一起重机下位机（12）传输；再由第一起重机下位机（12）将接收到的信息打包并依次通过第一起重机网络通信模块（71）和服务器网络通信模块（75）传输至网络运算监控服务器（1）；第二起重机下位机（22）安置在第二起重机（20）内，第二起重机下位机（22）分别与第二起重机控制系统（21）、第二起重机状态监测模块（23）相连接；第二起重机状态监测模块（23）实时采集第二起重机（20）的第二起重机转台转角θ_起重机2、第二起重机变幅角φ_起重机2、第二起重机钢丝绳长度l_起重机2和第二起重机环境图像参数fig_起重机2，并向第二起重机下位机（22）传输；再由第二起重机下位机（22）将接收到的信息打包并依次通过第二起重机网络通信模块（72）和服务器网络通信模块（75）传输至网络运算监控服务器（1）；第三起重机下位机（32）安置在第三起重机（30）内，第三起重机下位机（32）分别与第三起重机控制系统（31）、第三起重机状态监测模块（33）相连接；第三起重机状态监测模块（33）实时采集第三起重机（30）的第三起重机转台转角θ_起重机3、第三起重机变幅角φ_起重机3、第三起重机钢丝绳长度l_起重机3和第三起重机环境图像参数fig_起重机3，并向第三起重机下位机（32）传输；再由第三起重机下位机（32）将接收到的信息打包并依次通过第三起重机网络通信模块（73）和服务器网络通信模块（75）传输至网络运算监控服务器（1）；第四起重机下位机（42）安置在第四起重机（40）内，第四起重机下位机（42）分别与第四起重机控制系统（41）、第四起重机状态监测模块（43）相连接；第四起重机状态监测模块（43）实时采集第四起重机（40）的第四起重机转台转角θ_起重机4、第四起重机变幅角φ_起重机4、第四起重机钢丝绳长度l_起重机4和第四起重机环境图像参数fig_起重机4，并向第四起重机下位机（42）传输；再由第四起重机下位机（42）将接收到的信息打包依次并通过第四起重机网络通信模块（74）和服务器网络通信模块（75）传输至网络运算监控服务器（1）；在载物箱（5）上设有载物箱下位机（3），在载物箱（5）的顶壳外侧的中央设有载物箱位置指示灯（2），在载物箱（5）顶壳内侧的中央设有载物箱状态监测模块（6）；载物箱下位机（3）与载物箱状态监测模块（6）相连接；载物箱状态监测模块（6）内含GPS传感器监测模块、三轴加速度传感器监测模块和电子指南针监测模块，分别采集载物箱坐标（X、Y、Z）_载物箱、载物箱姿态（α、β、γ）_载物箱和载物箱运动方向i_载物箱；载物箱状态监测模块（6）将收集到的数据依次通过载物箱下位机（3）、载物箱网络通信模块（78）和服务器网络通信模块（75）后传输至网络运算监控服务器（1）；四轴航拍飞行器（4）悬停在载物箱（5）的上空，以载物箱（5）顶部的载物箱位置指示灯（2）为基准，对第一起重机（10）、第二起重机（20）、第三起重机（30）和第四起重机（40）之间的位置实时监控，并拍摄成起重机编队的俯视图像fig_航拍且依次通过飞行器无线射频模块（76）和载物箱无线射频模块（77）传输至载物箱下位机（3），再由载物箱下位机（3）依次通过载物箱网络通信模块（78）和服务器网络通信模块（75）传输至网络运算监控服务器（1）；网络运算监控服务器（1）将接收到的第一起重机转台转角θ_起重机1、第一起重机变幅角φ_起重机1、第一起重机钢丝绳长度l_起重机1和第一起重机环境图像参数fig_起重机1、第二起重机转台转角θ_起重机2、第二起重机变幅角φ_起重机2、第二起重机钢丝绳长度l_起重机2、第二起重机环境图像参数fig_起重机2、第三起重机转台转角θ_起重机3、第三起重机变幅角φ_起重机3、第三起重机钢丝绳长度l_起重机3、第三起重机环境图像参数fig_起重机3、第四起重机转台转角θ_起重机4、第四起重机变幅角φ_起重机4、第四起重机钢丝绳长度l_起重机4、第四起重机环境图像参数fig_起重机4、载物箱坐标（X、Y、Z）_载物箱、载物箱姿态（α、β、γ）_载物箱、载物箱运动方向i_载物箱以及起重机编队的俯视图像fig_航拍进行信息的融合和特征提取，获得四台起重机的位姿（P₁、P₂、P₃、P₄，）、载物箱位姿P_载物箱，并采用三维栅格法绘制栅格环境地形；通过服务器网络通信模块（75）分别与第一起重机网络通信模块（71）、第二起重机网络通信模块（72）、第三起重机网络通信模块（73）和第四起重机网络通信模块（74）之间的无线连接，网络运算监控服务器（1）分别向第一起重机下位机（12）、第二起重机下位机（22）、第三起重机下位机（32）、第四起重机下位机（42）下传控制指令，再由第一起重机控制系统（11）、第二起重机控制系统（21）、第三起重机控制系统（31）和第四起重机控制系统（41）分别执行。