港口集装箱起重机吊具姿态检测系统研究.pdf

文档介绍：分类号: UDC: 密级: 学校代号:1 1845 学号:2111204091 广东工业大学硕士学位论文(学术型工学硕士) 港口集装箱起重机吊具姿态检测系统研究谢雨端指导教师姓名、职称: 学科(专业)或领域名称: 学生所属学院: 论文答辩日期: 万方数据 ADissertation Submitted toGuangdong University ofTechnology for theDegree ofMaster (Master ofEngineering Science) The Research ofAttitude Detection System on Port Container Crane Spreader Candidate: Xie Supervisor:Associate —nan Song May 201 5 School ofAutomation Guangdong University ofTechnology Guangzhou,Guangdong,,51 0006 万方数据摘要摘要随着我国智慧物流行业的飞速发展,极大的促进了港口集装箱的吞吐量。提高港口操作效率的一个关键因素在于起重机在操作吊具的过程中,将吊具锁头精确对准集装箱角件。由于风、冲击及不均匀的负荷可能会引起吊具偏斜的振动,而且, 由于吊具频繁地进行起吊、平移、落吊等动作,不可避免地会存在吊具摆幅过大的现象,从而产生安全隐患。吊具姿态的实时检测,不仅有利于吊具锁头准确快速锁孔,提高港口作业效率;也有利于操作人员随时掌握吊具工作状态,有效防止事故的发生。因此,对集装箱吊具运行状态的检测具有重要的研究价值和实践意义。目前,MEMS惯性传感器的性能已经相当优越,可靠性高、成本低、使用寿命长等,已经广泛用于姿态检测系统。本文所研究的港[21集装箱起重机吊具姿态检测系统,主要用于检测集装箱吊具的姿态。该系统采用LSM303DLHC、L3GD20传感器作为数据采集模块,以STM32F303为微控制器,基于MEMS惯性传感器姿态检测技术,通过上位机显示界面,实现集装箱吊具姿态实时检测及动态监控。首先,详细分析了目前自动化集装箱码头在集装箱装卸上应用的相关自动化技术,以及集装箱吊具姿态检测技术的发展现状,探讨了本课题研究的必要性。其次,在收集、查看相关文献的基础上,基于MEMS惯性传感器的工作原理及误差来源,针对开发板的数据采集模块LSM303DLHC做了性能测试,通过串口调试助手在线调试,分析了其误差范围。在此基础之上,结合姿态解算理论知识,采用基于梯度下降法传感器姿态融合算法,以实现传感器数据误差修正。然后,设计了集装箱吊具检测系统的框架结构,给出在IAR开发平台下下位机软件的设计,实现了下位机通信模块,数据采集模块及数据输出模块。最后,采用Python语言设计了吊具检测系统上位机监控界面,分析了融合算法∥参数对系统性能的影响,以优化融合算法在系统上的应用。通过下位机与上位机的联合通信调试,对比分析融合算法前与融合算法后的数据,验证了本文采用的基于梯度下降法的姿态融合算法的性能,得出了算法的可行性。通过上位机集装箱吊具的3D模型显示,直观、可靠、实时的显示了集装箱吊具姿态。关键词:集装箱吊具、MEMS惯性传感器、姿态检测、四元素、姿态角万方数据广东工业大学硕士学位论文 Abstra ct With therapid development onwisdom logistics ofChina,which greatly promote the throughput ofport key factor toimprove theefficiency ofportoperations is thatthe cranes operate spreader alignment the container wind or shocks and the uneven load may cause deflection spreader skewed vibration of spreader Moreover,due tothefrequently movement oflifting,panning and hanging offspreader, inevitably itwillbe cause big swing ofspreader,resulting insecurity the attitude ofthe spreader real—timely,it not only conducive to spreader lock