[发明专利]六自由度起重吊装协作柔索并联构型装备控制装置及方法

说明书

技术领域

       本发明涉及一种起重吊装控制装置及方法，六自由度起重吊装协作柔索并联构型装备控制装置及方法。

背景技术

起重吊装设备是工厂、铁路、港口及其他部门实现物料搬运机械化的重要工具。近年来受世界经济快速增长和世界贸易不断扩大的影响，被搬运物料装置朝着规模化、重载大型化发展，吊装环境日趋恶劣、复杂，同时对起重吊装技术和吊装设备的要求也越来越高。然而由于受到协调能力和负载能力等方面的限制，单台起重设备并不能完全满足当前的要求。多台起重设备协作吊装作业是通过各台起重设备控制柔索索长的协调变化完成物料的操作任务，可以很好地弥补单台起重设备协调能力和负载能力的限制，装备操作作业特点类似并联机构，因此可以被看作一种空间协作柔索并联构型装备。

空间六自由度起重吊装协作柔索并联构型装备具有重要的应用价值，尤其是在机场、道路桥梁等建设中的大型设备组件吊装领域。但该协作柔索并联构型装备系统具有大惯性、多输入多输出、非线性等特点，并且受系统模型的参数扰动以及重物在运动中随机风等外界干扰的影响，使得协作过程中，物体运动灵活性、稳定性和精确性还不够完善。

发明内容

本发明的目的是要提供一种六自由度起重吊装协作柔索并联构型装备控制装置及方法，解决多台起重吊装机械协作过程中，物体运动灵活性、稳定性和精确性还不够完善的问题。

本发明的目的是这样实现的：该六自由度起重吊装协作柔索并联构型装备控制装置，包括起重吊装协作柔索并联构型装备、主控工控机、测量工控机、通信装置、可编程逻辑控制器、传感器和起重设备控制器，主控工控机通过通信装置与可编程逻辑控制器连接，可编程逻辑控制器与各起重设备控制器连接，各起重设备通过吊钩与吊装物连接，吊装物上安装有传感器，传感器与测量工控机连接，测量工控机通过通信装置与主控工控机连接。

所述的起重设备控制器共有三组，每一组结构相同，包括起重设备控制电路、光电编码器，可编程逻辑控制器的输出端与起重设备控制电路连接，光电编码器的输出端与可编程逻辑控制器的输入端连接；所述的起重设备控制电路包括起升控制电路、回转控制电路、变幅控制电路和伸缩控制电路。

所述的传感器包括光电编码器、光栅位移传感器、重力加速度传感器、测力传感器、称重传感器和接近传感器；光电编码器有多个，分别安装在各起重设备的起升回路、回转回路的马达上；光栅位移传感器有多个，分别安装在变幅回路和伸缩回路的油缸上；在吊装物上安装3个光栅位移传感器和1个三轴重力加速度传感器，称重传感器安装在吊装物上，同时在吊装物上安装有接近传感器，在三根柔索上各安装一个相同的测力传感器。

所述的控制方法包括如下步骤：

1、起重吊装协作柔索并联构型装备吊装物体运动时，安装在吊装物上的光栅位移传感器、三轴重力加速度传感器、称重传感器和接近传感器，以及在三根柔索上安装的测力传感器，将测得的数据传送到测量工控机；

2、测量工控机实时处理测量数据并通过通信装置把测量数据发送给主控工控机；

3、主控工控机对接收到的信号进行分析处理，完成人机交互功能和起重吊装协作柔索并联构型装备力学计算，控制系统解算，获得控制指令，控制指令通过通信装置传送给可编程逻辑控制器；安装在起升回路、回转回路的马达上的光电编码器测得转角与转速信号，可编程逻辑控制器对该信号进行处理，并与控制液压马达转速的电液比例调速阀接口构成速度反馈控制以保证液压马达转速恒定；安装在变幅回路、伸缩回路的液压缸上的光栅位移传感器测得位移与速度信号，可编程逻辑控制器对该信号进行处理，并与控制液压缸速度的电液比例调速阀接口构成速度反馈控制以保证液压缸速度恒定；

4、可编程逻辑控制器对接受的控制指令进行分析，计算出控制信号，分别将信号发送给各起重设备起升控制电路、回转控制电路、变幅控制电路和伸缩控制电路，完成实时控制三台起重设备进行回转、变幅、伸缩协调动作和三根柔索进行收绳与放绳协调动作，进而实现空间六自由度起重吊装协作柔索并联构型装备的高精度运动；

5、主控工控机、可编程逻辑控制器、测量工控机之间以串行总线方式进行通信，构成一个通信网络系统。