基于IMU与编码器融合的岸桥小车车轮监测系统及方法与流程

本发明属于港口起重设备智能监控，涉及基于imu与编码器融合的岸桥小车车轮监测系统及方法。

背景技术：

1、港口集装箱码头中，岸桥是装卸作业的核心设备；随着智能化、无人化趋势推进，岸桥小车逐步实现远程控制和自动运行；牵引式岸桥的小车的有效行程长达120米，运行速度高达240米/分钟，岸桥小车车轮长期处于高速运行状态，极易出现跑偏、啃轨现象，严重时会造成岸桥小车车轮轮缘异常磨损、轨道变形甚至设备脱轨事故；

2、目前行业内普遍缺乏对岸桥的小车运行状态进行实时有效监测的技术手段，传统做法主要依赖人工定期巡检或停机测量车轮磨损量，存在诸多突出问题：一是滞后性强，通常故障显现后才处理，无法实现事前预警；二是人工测量精度低，难以捕捉岸桥小车车轮与轨道之间的微小夹角变化；三是检测需占用作业线停机，影响码头整体作业效率；四是随着无人化运行模式的普及，现场无操作人员值守，更缺乏有效的自动感知和联锁保护手段；

3、现有岸桥小车虽已配置行走驱动电机尾部速度编码器与卷筒尾部绝对值编码器，能够准确获取小车位置与速度信息，但此类传感器无法直接采集车轮的姿态参数，无法反映车轮与轨道的相对位姿状态；

4、因此，行业内亟需一套能够实时监测岸桥的车轮与轨道相对位姿，并在参数超限时自动实现降速或停机的系统，以填补技术空白，保障无人化作业模式下的设备运行安全。

技术实现思路

1、有鉴于此，有必要针对现有技术中存在的若干缺陷和不足，提出基于imu与编码器融合的岸桥小车车轮监测系统及方法，从而旨在基于牵引式岸桥小车的拖拽钢丝绳与小车车轮姿态的监控信息，实现对牵引式岸桥小车监控过程的预警与报警智能联动，从而保障无人化作业模式下的港口设备运行安全。

2、为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

3、本发明提出一种基于imu与编码器融合的岸桥小车车轮监测系统，应用于港口牵引式岸桥上，港口牵引式岸桥包括大车、小车、卷筒和吊具，所述卷筒用于缠绕钢丝绳以实现吊具的升降运动，该岸桥小车车轮监测系统包括：

4、imu传感器组，安装于小车的车轮上，用于采集所述车轮的姿态信息；

5、编码器组合，用于采集所述小车的运行速度和位移数据，包括设置在所述小车的行走驱动电机检测端的速度编码器‌和卷筒检测端的绝对值编码器；

6、数据处理单元，用于基于所述imu传感器组和编码器组合采集的数据，并通过一智能检测模型计算小车车轮的侧倾角和冲角，以实现对所述岸桥小车的实时姿态监测；

7、预警与联动执行子系统，用于基于至少三级预警机制，根据所述侧倾角、冲角以及车轮运行速度数据，触发相应的报警信号，并通过预设的安全联动逻辑实现对岸桥小车的制动或调整操作；数据处理单元分别与预警与联动执行子系统、编码器组合进行通信连接。

8、优化地，所述imu传感器组为mems-imu传感器。

9、优化地，所述imu传感器组包括温度补偿模块和振动检测模块，温度补偿模块配合振动检测模块用以消除环境因素对所述imu传感器组测量精度的影响。

10、优化地，所述数据处理单元还基于所述岸桥小车的包括钢丝绳拖拽力、小车负载重量和轨道倾斜角度的运行参数对所述侧倾角和冲角进行动态补偿。

11、优化地，所述智能检测模型包括：

12、侧倾角算法引擎，用于基于imu传感器组数据进行重力分量分离及坐标系变换，结合编码器组合的数据对角度解算结果进行动态补偿；

13、冲角算法引擎，用于通过多传感器融合算法，综合分析车轮的运动状态、钢丝绳张力变化以及轨道几何参数，以实现对小车运行过程中横向偏移角度的精确计算。

14、优化地，所述至少三级预警机制包括以下阈值范围：

15、一级预警：当冲角超出第一阈值时触发，同时启动提醒功能；

16、二级预警：当冲角超出第二阈值时触发，同时启动限速功能；

17、三级预警：当冲角超出第三阈值时触发，同时启动紧急制动功能；

18、所述第三阈值大于第二阈值，第二阈值大于第一阈值。

19、优化地，所述至少三级预警机制包括以下阈值范围：

20、一级预警：当侧倾角超出第四阈值时触发，同时启动提醒功能；

21、二级预警：当侧倾角超出第五阈值时触发，同时启动限速功能；

22、三级预警：当侧倾角超出第六阈值时触发，同时启动紧急制动功能；

23、所述第六阈值大于第五阈值，第五阈值大于第四阈值。

24、本发明又提出一种岸桥小车车轮监测方法，基于如上任意一项所述的岸桥小车车轮监测系统进行，该岸桥小车车轮监测方法包括：

25、通过所述imu传感器组和编码器组合采集所述小车的姿态信息、速度信息和位移信息；

26、通过所述智能检测模型实时计算所述岸桥小车的侧倾角和冲角；

27、根据所述侧倾角和冲角数据，结合所述小车的运行速度，触发相应的预警机制，并通过所述安全联动逻辑执行对应的安全操作。

28、本发明又提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的岸桥小车车轮监测方法的步骤。

29、本发明又提出一种电子设备，包括存储器、处理器以及储存在所述存储器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的岸桥小车车轮监测方法的步骤。

30、本发明的有益效果为：

31、本发明通过imu传感器组、编码器组合、数据处理单元与智能检测模型深度融合分析，结合智能检测模型，基于牵引式岸桥小车的拖拽钢丝绳与小车车轮姿态的监控信息，实现对牵引式岸桥小车监控过程的预警与联动执行子系统的预警与报警智能联动，从而保障无人化作业模式下的港口设备运行安全；本发明还实现了设备状态监测从“事后检修”到“事前预警”的跨越，适配无人化码头的全自动监测需求；本发明可有效捕捉车轮的微小姿态变化，满足啃轨、跑偏故障的早期预警需求，系统长时间连续运行无漂移、无卡顿；本发明显著延长设备使用寿命，并有效降低码头运维成本，适配智慧港口建设需求。

1.一种基于imu与编码器融合的岸桥小车车轮监测系统，应用于港口牵引式岸桥上，港口牵引式岸桥包括大车、小车、卷筒和吊具，所述卷筒用于缠绕钢丝绳以实现吊具的升降运动，其特征在于，该岸桥小车车轮监测系统包括：

2.根据权利要求1所述的岸桥小车车轮监测系统，其特征在于，所述imu传感器组为mems-imu传感器。

3.根据权利要求2所述的岸桥小车车轮监测系统，其特征在于，所述imu传感器组包括温度补偿模块和振动检测模块，温度补偿模块配合振动检测模块用以消除环境因素对所述imu传感器组测量精度的影响。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的岸桥小车车轮监测系统，其特征在于， 所述数据处理单元还基于所述岸桥小车的包括钢丝绳拖拽力、小车负载重量和轨道倾斜角度的运行参数对所述侧倾角和冲角进行动态补偿。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的岸桥小车车轮监测系统，其特征在于，所述智能检测模型包括：

6.根据权利要求1所述的岸桥小车车轮监测系统，其特征在于，所述至少三级预警机制包括以下阈值范围：

7.根据权利要求1或6所述的岸桥小车车轮监测系统，其特征在于，所述至少三级预警机制包括以下阈值范围：

8.一种岸桥小车车轮监测方法，其特征在于，基于如权利要求1-6任意一项所述的岸桥小车车轮监测系统进行，该岸桥小车车轮监测方法包括：

9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求8所述的岸桥小车车轮监测方法的步骤。

10.一种电子设备，其特征在于：包括存储器、处理器以及储存在所述存储器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求8所述的岸桥小车车轮监测方法的步骤。