集装箱起重机的自动化路径规划详解

      山东菏泽集装箱起重机生产厂家指出集装箱起重机的自动化路径规划是实现高效、安全作业的关键技术，涉及多个系统和算法协同工作，以下从规划原理、技术手段、辅助系统等方面进行详解：

      规划原理

      自动化作业的前提是让控制系统知道目标箱的起点位置、终点位置和起重机当前位置。为此需要为堆区建立统一的公制三维坐标系，普遍做法是把坐标系原点定在海侧或陆侧的大车轨道缓冲器上，坐标系中各坐标轴按起重机三大机构运行方向进行定义。其中小车运行方向定义为X轴，大车运行方向定义为Y轴，起升机构运行方向定义为Z轴。一般情况下，自动化作业通过码头物流操作系统（TOS）发送指令启动，指令中包含集装箱的源位置和目标位置，集装箱码头一般用Block（箱区）、Bay或Slot（贝位）、Row（行位）和Tier（层位）来描述一个集装箱的位置。起重机控制系统在收到位置信息后进行解算，随后启动起重机的大车、小车和起升机构，控制系统对位置传感器反馈回来的数值和目标位置进行比较，直到差值为0，将吊具大致运行到目标位置上。

      技术手段

      路径规划算法：学者们针对起重机的路径规划给出了一些有效的规划算法，如人工势场法、概率路标算法、快速随机生成树算法、遗传算法、蚁群算法等。以基于随机采样的起重机吊装路径规划算法为例，其核心思想是在位形空间中采用某种随机采样策略及相应的树扩展策略生成一棵无碰撞的树，若树中包含起吊位形和就位位形，则吊装路径找到。

      动态路径规划：当环境中的障碍物不能事前确认或多台起重机混合作业时，需求选用动态路径规划的办法在线实时得到安全的途径。

      防摇晃控制：在作业进程中，大、小车加减速以及负载的提升都会使负载呈现来回摇晃，不仅影响起重机作业功率，还会引发事端。现在，常用开环和闭环操控技能完成起重机途径规划和防摇晃操控。开环操控办法主要包含根据输入整形的定位防摇晃操控和根据轨迹规划的定位防摇晃操控。完成途径规划和防摇晃的闭环操控办法有许多，如反应线性化、增益调度操控、泪模操控、预测操控、模糊操控、神经网络操控、无源性操控等操控办法。

      辅助系统

      定位系统：

      大车定位：在大车定位过程中，需运用一些技术手段来克服跑偏问题。在轨道吊两侧的大车机构上各安装1套光电传感器和RFID读头，传感器被jing确安置在起重机的中心线上。当传感器每次经过FLAG板时，都会送出信号，控制系统在接到信号后会把绝对位置编码器的读值和FALG板所代表的实际位置进行一次同步，最大程度地保障了绝对位置编码器的可靠性和准确性。FLAG板的另一个作用是目标停车位的确认，当大车机构按照绝对位置编码器告知出目标位停车时，海、陆两侧的传感器应都检测到目标位置的FLAG板并发送信号给控制系统，否则控制系统就会认为出错，这样保证了起重机能够准确停在目标贝位。RFID读头可用来直接读取贝位，从另外一个角度来验证定位的正确性，使用这种技术，大车方向可取得±10mm的定位精度。

      小车定位：堆场在建造完哔后，同一贝位中每个箱位的大小和间隔尺寸理论上是相同的，但结构制造精度、环境温度和小车质量等因素会导致每台机的大梁都有不同的形变，为此需要对ROW尺寸进行修正。修正的首要前提是让大车机构jing确先定位在某一40英尺贝位内，让吊有40英尺重箱的吊具分别悬停在不同ROW位，再记录小车位置传感器的反馈值，计算出理论值和实测值的偏差，并将这些偏差值存储在PLC的数据块中。小车的目标位置按照实测的修正值修正后，就能保证小车基本停在正确的ROW位。

      吊具定位：由于集装箱的质量不对称、钢丝绳长度偏差和大梁制造误差都会导致集装箱在小车方向（X轴）、大车方向（Y轴）、回转方向存在误差。为了准确实现对中，还需要采取技术手段来消除这些误差。在小车架上安装一套角位移探头（SPCS系统）用来探测吊具的实际位置（X轴和Y轴方向）和目标位置的偏差，还需在吊具上架上安装一套微动系统作为执行机构来修正偏差。微动机构由4个电动推杆组成，在大车方向有±250mm的行程的调节能力，在小车方向上有±200mm的行程的调节能力，在回转方向上有±5°调节能力。

      校验系统：SPSS系统（Stack Profile Scanning System）由4个安装在小车架下的二维激光探头组成，这个系统的主要作用是位置（X轴、Y轴和Z轴方向）校验，确保作业的安全。虽然位置信息（贝位、行位、层高、吊具尺寸等）由TOS给出，但堆场真实情况是否和TOS给出的信息一致，靠SPSS系统的测量来校验。SPSS系统测量出同一贝位里所有集装箱高度，反馈的数据和堆场箱区数据库（来自TOS）比较，如果偏差超过100mm，起重机的自动模式将立即停止。在目标实际高度（Z轴数值）得到确认的情况下，吊具就能以最大预置速度下降，操作效率极大提高。此外，SPSS系统还可进行空位确认，由于SPSS探头在X轴和Y轴方向的扫描，目标空位能否容纳集装箱得到了确认。SPSS系统同时能测量目标集装箱长度，以确保目标集装箱长度和吊具伸缩尺寸的匹配，通过另一个角度来确认指令的正确性。吊具着箱前，SPSS还被用来检查邻近2个集装箱之间的间隙，保证了吊具在着箱时不会碰到周围的集装箱。当起重机把集装箱放在堆场地面或交换区时，SPSS系统将用来检查地面是否有障碍物，在有集卡（或跨运车）出入的区域这一点十分重要。

      山东菏泽集装箱起重机销售厂家秉承“懂得更多，做得更好”的企业宗旨，全心致力于为用户提供舒适的安全享受，并本着“同铸诚信，共创辉煌”的原则，与广大新老客户保持良好合作关系。公司产品多年来不断进行新技术、新产品的持续开发，提高产品的科技含量以满足市场对起重设备的需求，全力对单双梁起重，龙门吊进行改型设计。

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