本發(fā)明一種三維坐標(biāo)定位系統(tǒng)，尤其涉及一種用于起重機(jī)的三維坐標(biāo)定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

海工折臂式起重機(jī)是海洋工程機(jī)械中一種非常重要的起重機(jī)械。其中，海工折臂式起重機(jī)的三維坐標(biāo)定位是實(shí)現(xiàn)精確的波浪補(bǔ)償技術(shù)的基礎(chǔ)，也是實(shí)時(shí)監(jiān)控海工折臂式起重機(jī)運(yùn)行狀況的重要參數(shù)。通過對海工折臂式起重機(jī)三維坐標(biāo)的精確定位，能夠得到吊鉤的高度以及臂展的長度，從而通過計(jì)算得出海工折臂式起重機(jī)當(dāng)前的最大負(fù)載，對運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控和診斷有重要的意義。

在現(xiàn)有技術(shù)中缺乏用于海工折臂式起重機(jī)的三維坐標(biāo)定位系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于海工折臂式起重機(jī)的三維坐標(biāo)定位系統(tǒng)。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種用于起重機(jī)的三維坐標(biāo)定位系統(tǒng)，系統(tǒng)包括至少一組編碼器、可編程邏輯控制器(PLC)以及上位機(jī)，其中：

至少一組編碼器中的每一組包括位于起重機(jī)塔身上的第一編碼器、位于主絞車上的第二編碼器以及位于副臂滑輪上的第三編碼器；第一編碼器用于測量塔身在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，第二編碼器用于測量起重機(jī)主臂的俯仰角度，第三編碼器用于測量副臂的俯仰角度；

多個(gè)編碼器與可編程邏輯控制器通信；

可編程邏輯控制器還與上位機(jī)通信。

進(jìn)一步地，編碼器為絕對值編碼器。

進(jìn)一步地，絕對值編碼器為單圈絕對值編碼器。

進(jìn)一步地，絕對值編碼器是基于Profibus-DP現(xiàn)場通信總線的編碼器。

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)實(shí)現(xiàn)方式簡單，通過使用三個(gè)單圈絕對值編碼器分別對塔身、主臂和副臂進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，所得數(shù)據(jù)通過PLC處理后得到臂展三維空間坐標(biāo)；

(2)精度較高，本發(fā)明在計(jì)算起重機(jī)三維坐標(biāo)時(shí)利用已知的結(jié)構(gòu)參數(shù)建立對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，所采用的數(shù)學(xué)模型是建立在對稱及質(zhì)量均勻分布的基礎(chǔ)上的，和海工折臂式起重機(jī)實(shí)際結(jié)構(gòu)差距不大，故具有較高精度；

(3)所得數(shù)據(jù)后續(xù)作用大，本發(fā)明對海工折臂式起重機(jī)進(jìn)行工作區(qū)間三維坐標(biāo)定位，可以為后續(xù)的吊鉤定位技術(shù)、波浪補(bǔ)償技術(shù)提供良好的數(shù)據(jù)支持。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于海工折臂式起重機(jī)的三維坐標(biāo)定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于海工折臂式起重機(jī)的三維坐標(biāo)定位系統(tǒng)的通信結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的塔身編碼器檢測角度示意圖；

圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的副臂俯仰角度示意圖；以及

圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的海工折臂式起重機(jī)結(jié)構(gòu)模型及主臂和副臂俯仰角度示意圖。

具體實(shí)施方式

海工折臂式起重機(jī)半徑較大，主副臂作業(yè)半徑實(shí)時(shí)變化，起重機(jī)頂點(diǎn)坐標(biāo)也隨工作狀況實(shí)時(shí)變化。起重機(jī)負(fù)載能力與起重機(jī)臂頂點(diǎn)位置直接相關(guān)，且鋼絲繩收放長度也與頂點(diǎn)位置直接關(guān)聯(lián)，為正確判定起重機(jī)安全工作范圍，監(jiān)控鋼絲繩收放長度，需要增設(shè)一套海工折臂式起重機(jī)三維定位系統(tǒng)。

圖1示意性地示出了海工折臂式起重機(jī)的主要機(jī)械機(jī)構(gòu)以及安裝于其上的本發(fā)明的用于海工折臂式起重機(jī)的三維坐標(biāo)定位系統(tǒng)。其中起重機(jī)包括塔身100，主絞車200安裝在塔身上方，主臂300一端可樞轉(zhuǎn)地安裝到塔身的側(cè)方，另一端與副臂500連接，副臂500可以圍繞主臂300端部的樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。副臂500靠近主臂300的一端附近設(shè)置有連桿，連桿上安裝有副臂滑輪400。主絞車200上纏繞有鋼絲繩，鋼絲繩纏繞經(jīng)過副臂滑輪400，并通過本領(lǐng)域已知的方式連接到副臂500的承重端。海工折臂式起重機(jī)還包括駕駛室600。

結(jié)合圖1參照圖2，本發(fā)明的用于海工折臂式起重機(jī)的三維坐標(biāo)定位系統(tǒng)包括位于塔身100上的第一編碼器(也稱作塔身編碼器)110、位于主絞車200上的第二編碼器(也稱作主臂編碼器)210以及位于副臂滑輪400上或位于主臂300與副臂500的連接樞轉(zhuǎn)軸處的第三編碼器(也稱作副臂編碼器)510。本發(fā)明的用于海工折臂式起重機(jī)的三維坐標(biāo)定位系統(tǒng)還包括位于駕駛室600內(nèi)的可編程邏輯控制器(PLC)610，以及與PLC通信的PC上位機(jī)620。各個(gè)編碼器與PLC控制器通過信號線纜通信。其中第一編碼器110、第二編碼器210和第三編碼器510優(yōu)選地采用單圈絕對值編碼器，其通過Profibus-DP現(xiàn)場通信總線與PCL控制器通信。

圖3示意性地示出了由第一編碼器110所測量的塔身的轉(zhuǎn)動(dòng)角度θ。其中以塔身100的初始位置為原點(diǎn)，第一編碼器110根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)后的位置與初始位置的相對關(guān)系來確定塔身的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)角度θ。

參照圖4，圖4示意性地示出了與定位系統(tǒng)計(jì)算相關(guān)的海工折臂式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。其中塔身原點(diǎn)以O(shè)示出，同時(shí)其所處平面也是為海工折臂式起重機(jī)的0米面。塔身100與主臂300的連接點(diǎn)以P表示，主臂300與副臂500的連接點(diǎn)為M，副臂500的承重端為N。其中塔身高度OP為h1，主臂長度PM為L1，副臂長度MN為L2。主臂300最高點(diǎn)相對于過P點(diǎn)的水平面的垂直距離為S1，所成角度為α，由于圖4中的主臂300與水平方向平行，因此，此處S1為0，α也為0。副臂500的最低點(diǎn)與過P點(diǎn)的水平面的垂直距離為S2，主臂300和副臂500之間的夾角為β。在該圖中，N點(diǎn)相對于O點(diǎn)的坐標(biāo)即為所需二維平面上的定位。在該圖中，海工折臂式起重機(jī)處于尚未工作狀態(tài)(即初始狀態(tài))，主臂300處于水平方向，并且副臂500與主臂300合攏，此時(shí)α＝0°，β＝βmin。

參見圖5，該圖示出了海工折臂式起重機(jī)處于工作狀態(tài)時(shí)的示意圖。在此模型中，只需測得角度α與β的值即可得到N點(diǎn)相對于O點(diǎn)的坐標(biāo)。其中角度α即為由第二編碼器210測得的主臂300的俯仰角度，角度β等于副臂的初始角度βmin與第三編碼器510測得的副臂俯仰角度的和。將第一編碼器110測得的角度θ、第二編碼器210測得的角度α以及第三編碼器510測得的角度通過Profibus-DP現(xiàn)場通信總線傳輸?shù)絇LC控制器中，PLC控制器再通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C上位機(jī)中，PC上位機(jī)利用已有的參數(shù)和模型將三個(gè)編碼器測量的角度值帶入計(jì)算，最終獲得臂展三維空間坐標(biāo)。

本發(fā)明利用絕對值編碼器，其在每一個(gè)位置上對應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)值，因此它的輸出值只與初始位置和終止位置有關(guān)，而與中間的測量過程無關(guān)，如此即使是在測量過程中發(fā)生斷電等意外事件也不會(huì)對測量結(jié)果造成影響。此外，本發(fā)明的編碼器和PLC控制器之間采用Profibus-DP通信協(xié)議，其抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，在多個(gè)編碼器集中使用的情況下顯著降低了成本。

在對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)的介紹的同時(shí)，還可以發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明相關(guān)的本領(lǐng)域內(nèi)相似的多種可替代設(shè)計(jì)和由權(quán)利要求限定的實(shí)施例。