■机器人技术
ROBOTTECHNOLOGY
轮胎出人乍足位的技术方案
青岛海西重机有限责任公司陈鹏元
摘要
在当前世界智能码头建设这一趋势下，性能优良、质量可靠、自动化程度高的港机产
品需求量日益增加，国内集装箱码头堆场大多采用轮胎起重机（RTG）和轨道起重机
（RMG）装卸集装箱，RTG与RMG机型最大的区别就在于RTG的大车运行机构采用
的是轮胎，而轮胎存在的气压等因素造成的不确定性给整机的精确定位增加了困难。
针对这种情况，分析多种大车定位的方案，对比目前采用的各种技术，总体对大车的
定位方案进行探讨。
关键词
RTG；轮胎；定位
1前言
自动化集装箱码头的运作模式，对系统规划、科学布局和高效安全提出了更高的要求，安全智能的设备及自动化系统的重要性与日俱增。轮胎吊的运行较为灵活，可跨堆场进行作业，因此RTG在国内外各集装箱码头的使用率较大。轮胎吊随着自动化码头的不断发展，也需进行一系列自动化改造，而改造最棘手的问题就是大车的定位。
由于轮胎吊本身的特点，多种定位技术无法使用，但对空间绝对位置的精确程度有较高要求。结合目前使用的各种技术，采用BTG磁钉天线定位技术、Flag板定位技术、编码器多点校验控制、格雷母线定位技术（本来主要针对磁钉定位技术进行探讨），配合轮胎吊转场时的GPS定位技术，可有效解决轮胎吊定位困难、精度低的问题。
2技术要求
RTG大车定位系统需保证大车自动定位功能的可靠性、稳定性、耐久性、大车运行的平稳性，满足全天候作业要求。在合适位置加装适应使用现场户外条件的可实时采集大车机构实际所在位置的电子装
置，且该装置采集的位置数据需精确到毫米。
大车定位系统向自动控制系统反馈RTG大车在堆场内的精确位置信息，并接收自动控制系统提供的作业任务指令信息的大车目标位置信息。
该系统应能实现自动控制，RTG接收到系统发送的作业任务指令信息后，大车自动运行到目标位置，并精确定位。由于大车较大的重量和惯性，大车在到达目标位置前，应有"智能减速系统”保证大车精度和平稳性。大车运行时应自动控制保证两侧支腿的同步性，防止RTG两侧门腿出现相对歪斜。
3BTG磁钉天线定位技术
大车定位天线如图1所示，该系统主要由定位天线、大车磁钉及相关通讯设备组成，每一台RTG配置两套定位天线（此处采用的是BTG的RFM220定位天线），分别安装在
50I 智能机器人
INTELLGENTROBOT nz?
《智能机器人》June,2019K 附表电气房侧部分磁钉编码及间距
磁钉序号X轴坐标
(mm)
Y轴坐标
(mm)
磁钉编码
(HEX)
Y轴间距
轮胎101网
(mm)
1100010000000003E800002710 2100011427000003E800002CA31427 3100012796000003E8000031FC1369 4100014203000003E800003*77B1407 5100015610000003E800003CFA1407 6100017010000003E8000042721400RTG的两侧门腿位置，两排磁钉分别安装在两侧的定位天线中心线的地面下。RFM220是基于无线射频技术的双轴绝对位置测量系统，是指天线能够同时测量X和Y轴的位置坐标，即满足大车定位的同时，还可对大车运行的轨迹进行纠偏。
测量天线使用频率为134kHz的可编程磁钉，磁钉安装地点的位置坐标被储存在该磁钉里。RFM220系统的天线能对其测量范围内的磁钉进行充电，读出磁钉里储存的绝对位置编码并且计算出磁钉在天线下面的位置，磁钉的绝对位置和磁钉在天线下面的相对位置能够计算出系统的绝对位置，并且这些数据被送至RTG的主控制器。
天线有效感应区域内始终有磁钉的存在，最多允许同时有两个磁钉。在这种方式下，一旦系统在失电又恢复状况下，天线能够立即给出有效的绝对值位置。每个磁钉间距为1400mm，磁钉安装时对其周边的金属物体距离有一定的要求，通常磁钉安装方式包括如下几种：
(1)直接埋设在地面下；
(2)使用蘑菇头安装件埋设在地面上(可以承受轮胎的碾压)；
(3)特殊设计的塑料安装件(用于安装在金属件或其他结构件上)。
为了加强大车定位的精准度，同时考虑到施工等方面存在的误差，在磁钉安装完毕之后，会对磁钉的绝对位置进行一次精准测量，如附表所示。
该定位系统准确度较高，对堆场环境的要求较小，但由于其工作原理为电磁波与射频技术，故其周围不能有金属材料或强电压的电磁干扰，且因为对地面的改造较多，故不适用于RTG转场的定位及纠偏。
4GPS定位技术
在堆场中，可以在地面预置磁钉，整机采用磁钉天线的方式进行大车的定位，但在RTG转场过程中，这一方案就无法使用，但考虑到轮胎吊在转场时对精度的要求并没有在堆场作业时那么高，故此处可采用GPS定位系统，其包含多系统多天线技术与惯性导航技术。GPS定位天线如图2所示。
4.1多系统多天线技术
该定位技术可以全天候的运行，不受天气情况的影响，不需要依赖场内参照物。双频RTK差分定位的实现模
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式是在一个已知精确位置点上架设GNSS的基准站，连续跟踪所有可见卫星，生成载波相位(RTK)差分改正数据并播发，移动站的GNSS接收机接收到基准站的载波相位(RTK)差分改正数据，与自观测卫星信号数据进行解算处理，从而得到移动站的8mm+lppm(RMS)精度的实时位置。
本系统采用了多卫星导航系统融合定位技术，包括北斗、GPS、GLONASS等卫星导航定位系统，极大的提升了卫星定位的稳定性和连续性。同时系统采用4个GNSS天线融合定位，可获得高精度的位置、航向、姿态等信息，且4个天线互为校验互为融合，确保2个天线正常工作时，系统可稳定连续工作，提高系统的鲁棒性。
4.2惯性导航技术
惯性测量单元(IMU)由三轴陀螺仪和三轴加速度构成，能够实时测量载体的角速度和加速度信息，经积分运算得到载体的速度、位置和姿态等导航信息。惯性导航技术的特点是，组成惯性导航系统的设备都安装在运载体内，工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰，是一种自主式导航系统。
惯性导航系统能够在短时间内提供稳定的高精度速度、位置和姿态信息。因此在GNSS信号短暂失效时，能够连续输出RTG的位置和航向信息，从而提高RTG自动行走和纠偏的连续性。
利用多系统多天线与惯性导航数据融合技术，确保在RTG大车遮挡或者其他卫星信号阻塞情况下，能够进行自动行走和纠偏；同时实时估计场地的起伏和沉降信息，通过自适应算法补偿由地形起伏引起的定位误差。提高了自动行走和纠偏功能的有效性和环境适用性。
5结语
结合以上分析可知，针对轮胎吊本身的特点，在堆场等对精度要求大的场合中，可以使用BTG磁钉天线定位等方式，对环境要求较小且精度较高，为自动化堆场及自动化作业提供保障。在RTG转场等对精度要求并不是很严格的环境中，可以使用GPS定位的方式，对场地改造较小，满足使用需求，且可以作为磁钉天线定位的一套冗余方案。通过我司在天津港RTG自动化改造的项目实施的情况来看，这种组合的技术方案效果较为理想，是一种针对RTG大车定位的行之有效的解决方案。
参考文献：
[1]黄矩源，王黎明，吴尚.自动化集装箱码头桥式起重机大车定位系统[J].水运工程.2016,9:111-115.
[2]陈幸，郝传龙，单佳.基于图像识别和电磁感应技术的RTG大车自动纠偏和定位系统[J].港口科技.20
18,5:1-4.
[3]周春华.自动化码头发展趋势探究[J].科技创新与应用.2017,16:64-65.
作者简介：
陈鹏元(1994.9-)男，工学学士，青岛海西重机有限责任公司，工程师，研究方向：为港口起重机械、自动化码头
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