一种基于UWB的起重机无线定位控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及起重机控制领域，涉及一种基于UWB的起重机无线定位控制系统及方法。该方法通过无线标签、无线传感器、位置计算基站以及起重机控制器的联合作用，解决了当前起重机定位控制时面临的精度较低、施工难、成本高以及长时间使用性能差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于UWB的起重机无线定位控制系统及方法
本专利技术涉及起重机控制领域，采用超宽带无线技术(即UWB技术)，检测行车的位置信息，实现起重机的无线定位控制。
技术介绍
在工业现场，起重机被广泛的应用于调度的生产作业当中，然而在起重机运输过程中，重物的摆动以及人工操作目标位置不准确，使得工作效率很低，安全性也无法保证。所以，起重机自动定位系统解决了上述问题，能够自动消除摆动，自动精确定位，无需人工操作来回运行寻找目标位置点。起重机自动定位系统离不开位置传感器，市面上位置传感器多种多样，不是每一种都适合起重机定位系统。目前，起重机采用的位置传感器一般分为四种，一种为旋转编码器，使用旋转编码器进行定位时，旋转编码器需要安装在起重机上各执行机构的旋转部位，这样就可能出现打滑现象，从而导致累计误差，从而会引起测量偏差，导致定位精度降低。另外两种传感器分别为：激光传感器和条码传感器，这样形式虽然避免了打滑带来的测量误差，但是这样种传感器的适应性不强，在一些工况比较差的地方，这两种传感器会也会出现测量偏差，导致定位精度降低。最后一种是位置标尺，例如格雷母线，此传感器环境适应性强，但是位置精度较差，并且成本很高，此传感器需要重新铺设轨道，每一米都需要支架固定，施工困难，成本高，适应性较差。
技术实现思路
为解决
技术介绍
中关于起重机定位精度较低、施工难、成本高以及长时间使用性能差的问题，本专利技术提出一种定位精度高、适应性强、并且安装简单方便的基于UWB的起重机无线定位系统及方法。本专利技术解决技术问题的具体技术方案是：一种基于UWB的起重机无线定位控制系统，包括无线操作手柄、触摸屏以及起重机智能控制器；所述无线操作手柄与起重机智能控制器无线通讯；其改进之处是：还包括无线标签、无线传感器组以及位置计算基站；所述无线标签为二个，二个无线标签分别粘贴在起重机的主吊钩、副吊钩；所述无线传感器组有至少n个无线传感器，所述n≥2，且安装在起重机周边的任意不同位置用于分别获取主吊钩与无线传感器组的主吊钩距离值序列、副吊钩与无线传感器组的副吊钩距离值序列；所述位置计算基站接收无线传感器组传输的主吊钩距离值序列和副吊钩距离值序列并通过无线定位方法分别将主吊钩距离值序列、副吊钩距离值序列转换为主吊钩三维坐标值、副吊钩的三维坐标值；所述触摸屏与起重机智能控制器连接用于配置起重机智能控制器的参数；所述参数包括重物的重量、重物的当前位置点三维坐标值、目标位置点三维坐标值和起重机的行走路径；所述起重机智能控制器用于接收到位置计算基站传输的主吊钩三维坐标值以及副吊钩的三维坐标值，结合设置的参数控制起重机的主吊钩变频器、副吊钩变频器、大车变频器、小车变频器运行。依据上述定位控制系统，现对其定位方法进行说明：1)系统初始准备；A、在起重机的主吊钩、副吊钩上粘贴无线标签，同时安装无线传感器组；所述无线传感器组有至少二个无线传感器，两个无线传感器分别安装在起重机周边的任意不同位置；B、系统上电，直接采用触摸屏对起重机智能控制器进行参数配置；所述参数包括重物的重量、重物的当前位置点坐标(X0,Y0,Z0)和目标位置点坐标(X3,Y3,Z3)、起重机的行走路径；2)通过UWB技术对主吊钩、副吊钩进行定位；2.1)无线传感器组检测到粘贴在主吊钩和副吊钩上的无线标签；获取在起重机的主吊钩与无线传感器组中每一个传感器的主吊钩距离值序列(E1，E2，…，En)以及起重机的副吊钩与无线传感器组中每一个传感器的副吊钩距离值序列(F1，F2，…，Fn)，并将主吊钩距离值序列和副吊钩距离值序列发送给位置计算基站；2.2)位置计算基站分别通过无线定位方法将主吊钩距离值序列(E1，E2，…，En)、副吊钩距离值序列(F1，F2，…，Fn)转换为主吊钩的三维坐标值(X1,Y1,Z1)、副吊钩的三维坐标值(X2,Y2,Z2)，并将主吊钩和副吊钩的三维坐标值发送至起重机智能控制器；3)系统控制起重机运行；3.1)起重机智能控制器通过步骤1)中设置的重物的重量以及起重机主吊钩和副吊钩的承载临界值判断采用主吊钩工作或者副吊钩工作；3.2)若选定主吊钩工作，起重机智能控制器根据主吊钩的三维坐标值(X1，Y1,Z1)、步骤1)中设置重物的当前位置点坐标(X0,Y0,Z0)以及重物目标位置点的三维坐标值(X3,Y3,Z3)控制起重机的主吊钩变频器、大车变频器、小车变频器工作，从而完成重物的起吊工作；若选定副吊钩工作，起重机智能控制器根据副吊钩的三维坐标值(X2，Y2,Z2)、步骤1)中设置重物的当前位置点坐标(X0,Y0,Z0)以及重物目标位置点的三维坐标值(X3,Y3,Z3)控制起重机的副吊钩变频器、大车变频器、小车变频器工作，从而完成重物的起吊工作。在实际的工作中，经常会遇到各种障碍物，而无法直接设定起重机的行走路径，因此，本专利技术该提出了另外一种基于UWB的起重机无线定位控制系统，包括无线操作手柄、触摸屏以及起重机智能控制器；所述无线操作手柄与起重机智能控制器无线通讯；其改进之处是：还包括无线标签、无线传感器组以及位置计算基站；所述无线标签为三个，三个无线标签分别粘贴在起重机的主吊钩、副吊钩、无线操作手柄上；所述无线传感器组有至少n个无线传感器，所述n≥2，且安装在起重机周边的任意不同位置用于分别获取主吊钩与无线传感器组的主吊钩距离值序列、副吊钩与无线传感器组的副吊钩距离值序列以及重物的目标点距离值序列以及无线操作手柄的行走路径；所述无线操作手柄的行走路径为起重机的行走路径；所述位置计算基站接收无线传感器组传输的主吊钩距离值序列、副吊钩距离值序列以及以及重物的目标点距离值序列后通过无线定位方法分别将主吊钩距离值序列、副吊钩距离值序列以及无线操作手柄距离值序列转换为主吊钩三维坐标值、副吊钩的三维坐标值以及重物的目标点的三维坐标值；所述触摸屏与起重机智能控制器连接用于配置起重机智能控制器的参数；所述参数包括重物的重量、重物的当前位置点三维坐标值；所述起重机智能控制器用于接收到位置计算基站传输的主吊钩三维坐标值、副吊钩的三维坐标值、重物的目标点的三维坐标值以及起重机的行走路径后结合设置的参数控制起重机的主吊钩变频器、副吊钩变频器、大车变频器、小车变频器运行。依据上述定位控制系统，现对其定位方法进行说明：1)系统初始准备；A、在起重机的主吊钩、副吊钩以及无线操作手柄上粘贴无线标签，同时安装无线传感器组；所述无线传感器组有至少二个无线传感器，两个无线传感器分别安装在起重机周边的任意不同位置；B、系统上电，直接采用触摸屏对起重机智能控制器进行参数配置；所述参数包括重物的重量、重物的当前位置点坐标(X0,Y0,Z0)；2)通过UWB技术获取重物的目标位置点以及起重机的行走路径；2.1)操作人员手持无线操作手柄移动到重物的目标位置点后按下无线操作手柄的位置确认按钮，无线传感器组获取到重物的目标位置点距离值序列(G1，G2，…，Gn)以及无线操作手柄的行走路径，并将重物的目标位置点距离值序列以及无线操作手柄的行走路径发送给位置计算基站；2.2)位置计算基站通过无线定位方法将重物的目标位置点距离值序列(G1，G2，…，Gn)转换为重物的目标位置点的三维坐标值(X3,Y3,Z3)、并将重物的目标位置点的三维坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于UWB的起重机无线定位控制系统，包括无线操作手柄、触摸屏以及起重机智能控制器；所述无线操作手柄与起重机智能控制器无线通讯；其特征在于：还包括无线标签、无线传感器组以及位置计算基站；所述无线标签为二个，二个无线标签分别粘贴在起重机的主吊钩、副吊钩；所述无线传感器组有至少n个无线传感器，所述n≥2，且安装在起重机周边的任意不同位置用于分别获取主吊钩与无线传感器组的主吊钩距离值序列、副吊钩与无线传感器组的副吊钩距离值序列；所述位置计算基站接收无线传感器组传输的主吊钩距离值序列和副吊钩距离值序列并通过无线定位方法分别将主吊钩距离值序列、副吊钩距离值序列转换为主吊钩三维坐标值、副吊钩的三维坐标值；所述触摸屏与起重机智能控制器连接用于配置起重机智能控制器的参数以及；所述参数包括重物的重量、重物的当前位置点三维坐标值、目标位置点三维坐标值和以及起重机的行走路径；所述起重机智能控制器用于接收到位置计算基站传输的主吊钩三维坐标值以及副吊钩的三维坐标值，结合设置的参数控制起重机的主吊钩变频器、副吊钩变频器、大车变频器、小车变频器运行。

【技术特征摘要】
1.一种基于UWB的起重机无线定位控制系统，包括无线操作手柄、触摸屏以及起重机智能控制器；所述无线操作手柄与起重机智能控制器无线通讯；其特征在于：还包括无线标签、无线传感器组以及位置计算基站；所述无线标签为二个，二个无线标签分别粘贴在起重机的主吊钩、副吊钩；所述无线传感器组有至少n个无线传感器，所述n≥2，且安装在起重机周边的任意不同位置用于分别获取主吊钩与无线传感器组的主吊钩距离值序列、副吊钩与无线传感器组的副吊钩距离值序列；所述位置计算基站接收无线传感器组传输的主吊钩距离值序列和副吊钩距离值序列并通过无线定位方法分别将主吊钩距离值序列、副吊钩距离值序列转换为主吊钩三维坐标值、副吊钩的三维坐标值；所述触摸屏与起重机智能控制器连接用于配置起重机智能控制器的参数；所述参数包括重物的重量、重物的当前位置点三维坐标值、目标位置点三维坐标值和起重机的行走路径；所述起重机智能控制器用于接收到位置计算基站传输的主吊钩三维坐标值以及副吊钩的三维坐标值，结合设置的参数控制起重机的主吊钩变频器、副吊钩变频器、大车变频器、小车变频器运行。2.一种基于UWB的起重机无线定位控制系统，包括无线操作手柄、触摸屏以及起重机智能控制器；所述无线操作手柄与起重机智能控制器无线通讯；其特征在于：还包括无线标签、无线传感器组以及位置计算基站；所述无线标签为三个，三个无线标签分别粘贴在起重机的主吊钩、副吊钩、无线操作手柄上；所述无线传感器组有至少n个无线传感器，所述n≥2，且安装在起重机周边的任意不同位置用于分别获取主吊钩与无线传感器组的主吊钩距离值序列、副吊钩与无线传感器组的副吊钩距离值序列、重物的目标点距离值序列以及无线操作手柄的行走路径；所述无线操作手柄的行走路径为起重机的行走路径；所述位置计算基站接收无线传感器组传输的主吊钩距离值序列、副吊钩距离值序列以及重物的目标点距离值序列后通过无线定位方法分别将主吊钩距离值序列、副吊钩距离值序列以及无线操作手柄距离值序列转换为主吊钩三维坐标值、副吊钩的三维坐标值以及重物的目标点的三维坐标值；所述触摸屏与起重机智能控制器连接用于配置起重机智能控制器的参数；所述参数包括重物的重量、重物的当前位置点三维坐标值；所述起重机智能控制器用于接收到位置计算基站传输的主吊钩三维坐标值、副吊钩的三维坐标值、重物的目标点的三维坐标值以及起重机的行走路径后结合设置的参数控制起重机的主吊钩变频器、副吊钩变频器、大车变频器、小车变频器运行。3.根据权利要求1或2所述的基于UWB的起重机无线定位控制系统，其特征在于：所述触摸屏包括通过线缆与起重机智能控制器连接的本地触摸屏以及通过无线网络与起重机智能控制器连接的远程触摸屏。4.根据权利要求1或2所述的基于UWB的起重机无线定位控制系统，其特征在于：所述参数还包括起重机的大车、小车、主吊钩和副吊钩的速度。5.一种基于权利要求1的UWB的起重机无线定位控制方法，其特征在于：包括以下步骤：1)系统初始准备；A、在起重机的主吊钩、副吊钩上粘贴无线标签，同时安装无线传感器组；所述无线传感器组有至少二个无线传感器，两个无线传感器分别安装在起重机周边的任意不同位置；B、系统上电，直接采用触摸屏对起重机智能控制器进行参数配置；所述参数包括重物的重量、重物的当前位置点坐标(X0,Y0,Z0)和目标位置点坐标(X3,Y3,Z3)、起重机的行走路径；2)通过UWB技术对主吊钩、副吊钩进行定位；2.1)无线传感器组检测到粘贴在主吊钩和副吊钩上的无线标签；获取在起重机的主吊钩与无线传感器组中每一个传感器的主吊钩距离值序列(E1，E2，…，En)以及起重机的副吊钩与无线传感器组中每一个传感器的副吊钩距离值序列(F1，F2，…，Fn)，并将主吊钩距离值序列和副吊钩距离值序列发送给位置计算基站；2.2)位置计算基站分别通过无线定位方法将主吊钩距离值序列(E1，E2，…，En)、副吊钩距离值序列(F1，F2，…，Fn)转换为主吊钩的三维坐标值(...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵敏，
申请(专利权)人：西安宝德自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61