CN113896105A - 一种起重机状态监控*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种起重机状态监控***，包括基准定位设备、移动定位设备1、移动定位设备2、移动定位设备3、移动定位设备4、数据处理设备、控制器；基准定位设备、移动定位设备1、移动定位设备2、移动定位设备3、移动定位设备4分别负责基准定位设备安装位置、超起1、超起2、伸臂头部和吊钩的空间定位，输出对应的空间三维坐标信息；数据处理设备分别与各定位设备相连，接收各定位设备发送的空间三维坐标信息，计算出空间距离或角度信息；控制器接收数据处理设备发送的计算结果，并进行处理后在显示器显示。本发明能够避免间接计算带来的检测偏差，避免结构变形等因素对检测结果的影响。
Description
技术领域
本发明属于起重机械领域，具体涉及一种起重机状态监控***。
背景技术
如图1所示为起重机的简图，起重机操纵人员在操作起重机时，需要实施监控起重机 的作业状态，包括伸臂长度、回转角度、超起展开角度、吊钩位置等。通常需要根据监控内容在车身对应位置布置相关传感器，然后通过控制器直接或间接结算，并将计算结果在显示器进行显示，来辅助操作人员进行起重作业。
传统的起重机状态监控***主要包含三部分：传感器、控制器、显示器等，其中为实 现起重机伸臂、变幅、回转、卷扬等作业状态的实时监控，通常布置相应的传感器进行信号采集，传感器布置如图2所示。如图3所示，所述传感器主要包括：伸臂长度传感器、 伸臂角度传感器、回转角度传感器、卷扬旋转计数器、超起展开角度传感器；
所述伸臂长度传感器(安装在伸臂上)负责起重机作业过程中对吊臂的伸缩长度进行 实时检测，产生的有效信号在控制器中被有效处理后得出伸臂的实际长度。
所述伸臂角度传感器(安装在伸臂上)负责起重机作业过程中对吊臂的变幅角度进行 实时检测，产生的有效信号在控制器中被有效处理后得出伸臂的实际变幅角度。
所述回转角度传感器(安装在回转中心位置或回转马达)负责起重机作业过程中对回 转角度进行实时检测，当安装于回转中心位置时，可直接测量回转角度值，产生的有效信 号在控制器中被有效处理后得出实际回转角度；当安装于回转马达时，需要通过马达齿轮 数及回转支承齿轮数的匹配关系，在控制器中进行间接计算得出实际回转角度。
所述卷扬旋转计数器(安装在卷扬马达或卷扬减速机)负责起重机作业过程中对卷扬 旋转圈数进行计数，通过单圈的钢丝绳收放量，可计算当前钢丝绳的收放长度，进而可间 接得到吊钩的实时位置。
所述超起展开角度传感器(安装在超起与主臂连接的铰点处，通常左右各一个)负责 超起工况时对超起展开的角度进行实时检测，产生的有效信号在控制器中被有效处理后得 出实际展开角度。
所述控制器负责对外部各传感器产生的有效信号进行实时采集和处理，并把处理后的 信息传送到显示器。
所述显示器负责接收控制器发送的有效信息，并实时显示供操作者参考。
可见，传统的起重机状态监控***监控状态量采用的是传感器信号间接计算得到，如 卷扬计数来计算吊钩位置，回转马达传感器计算回转角度等，中间变量的误差会导计算结 果与实际状态产生偏差。吊重作业过程中，车架、转台、伸臂、超起等会发生结构变形， 目前采用的传感器对此难以识别，其检测结果与实际状态存在偏差
申请号为CN201911371331.5的中国发明专利申请中，公开了一种起重机吊臂的检测 ***，起重机上包括具有预设尺寸的吊臂，吊臂包括伸缩臂与基本臂；定位***包括定位 子***和车载人机交互子***，定位子***包括至少三个天线和接收器，每个天线分别设 置在基本臂的侧臂的底部、顶部、以及伸缩臂顶部，接收器设置在起重机的内部，每个天线分别和接收器连接；天线将自身所在的天线坐标传输给接收器；接收器根据天线坐标以及吊臂的预设尺寸计算得到吊臂的三维点坐标数据；车载人机交互子***的处理器根据吊臂的位置坐标和方向参数处理得到图形化界面，图形化界面用于表示所吊臂的挠度值和旁弯值。可见，其仅对伸缩的状态进行了检测，包含起重高度、角度幅度，吊臂的旁弯和挠 度值等，但对回转、超起、吊钩等状态没有检测。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种起重机状态监控***，能够避免间接计算带来的检测 偏差，避免结构变形等因素对检测结果的影响。
为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种起重机状态监控***，包括：
基准定位设备，安装在起重机转台或伸臂后铰点位置，负责基准定位设备安装位置的 空间定位，输出对应的空间三维坐标信息；
移动定位设备1，负责超起1的空间定位，输出对应的空间三维坐标信息；
移动定位设备2，负责超起2的空间定位，输出对应的空间三维坐标信息；
移动定位设备3，负责伸臂头部的空间定位，输出对应的空间三维坐标信息；
移动定位设备4，负责进行吊钩的空间定位，输出对应的空间三维坐标信息；
数据处理设备，分别与所述基准定位设备、移动定位设备1、移动定位设备2、移动定位设备3、移动定位设备4相连，接收各定位设备发送的空间三维坐标信息，并根据预 设的公式计算出相应的空间距离或角度信息；
显示器；
控制器，分别与所述数据处理设备和显示器相连，接收数据处理设备发送的计算结果， 并进行处理后在显示器显示。
可选地，所述移动定位设备1安装在超起1远离伸臂的端部。
可选地，所述移动定位设备2安装在超起2远离伸臂的端部。
可选地，所述移动定位设备3安装在伸臂上远离起重机转台的端点。
可选地，所述移动定位设备4安装在吊钩位置。
可选地，所述基准定位设备、移动定位设备1、移动定位设备2、移动定位设备3、移动定位设备4均设有无线通信模块，用于与数据处理设备进行通信。
可选地，所述根据预设的公式计算出相应的空间距离或角度信息，具体为：
定义起重机转台或伸臂后铰点位置为A点，伸臂头部位置为D点；
基于A点和D点的空间三维坐标信息，计算出伸臂长度和伸臂角度，其中：
所述伸臂长度的计算公式为：
其中，
为伸臂空间向量，
为对应向量模值；
所述伸臂角度的计算公式为：
其中，
为水平面法向量。
可选地，所述根据预设的公式计算出相应的空间距离或角度信息，具体为：
定义起重机转台或伸臂后铰点位置为A点，超起1远离伸臂的端部位置为B点，超起2远离伸臂的端部位置为C，超起1与伸臂相连的端部位置为F点；
基于A点和B点的空间三维坐标信息，获得A点和B点空间三维坐标，进而计算出 AB长度,BF为已知的超起1长度，通过空间向量
与
共线，且
可得F点的 空间三维坐标，从而得到超起展开角度∠BFC的值，具体计算公式为：
其中，
为超起2和超起1的空间向量，
为对应向量模值。
可选地，所述根据预设的公式计算出相应的空间距离或角度信息，具体为：
定义起重机转台或伸臂后铰点位置为A点，伸臂头部位置为D点，吊钩位置为E点；
基于D点和E点的空间三维坐标信息，获得D点和E点空间三维坐标，进而计算出吊钩到伸臂臂头的垂直距离，计算公式为：
其中，
为臂头到吊钩空间向量，
为对应向量模值。
基于A点和E点的空间三维坐标信息，获得A点和E点空间三维坐标，进而计算出 AE的垂向距离EK,再加上A点到地面的距离l，即可得到吊钩到地面的垂直距离，具体计 算公式为：
其中，
为吊钩到A点水平面的垂直空间向量，
为对应向量模值；
为伸臂空间向量，
为对应向量模值；
为臂头到吊钩空间向量，
为对应向量模值；l为 吊钩到地面的垂直距离。
可选地，定义起重机转台或伸臂后铰点位置为A点，所述基准定位设备测量A点的方 位角，在回转动作之前记录方位角初始值，回转过程实时监控方位角变化值，即为起重机 的回转角度变化，其中，所述方位角为从某定位设备的指北方向起，依顺时针方向到目标 方向之间的水平夹角。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1)本发明在监控***中增加了空间定位单元，可直接对伸臂、变幅、回转、卷扬等作业状态进行实时监控，无需通过传感器进行间接计算，提升了测量精度。
2)本发明由于将定位设备直接安装于执行机构的终端，其计算结果不受车架、转台、 伸臂、超起等结构变形的影响，进而提升了测量精度。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发 明作进一步详细的说明，其中：
图1为起重机简图；
图2为传统方案传感器布置示意图；
图3为现有技术中硬件构成关系图；
图4为本发明空间定位***硬件构成；
图5为本发明硬件构成关系图；
图6为简化图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进 行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
如图4-6所示，本发明中提供了一种起重机状态监控***，包括：基准定位设备、移动定位设备1、移动定位设备2、移动定位设备3、移动定位设备4、数据处理设备、显示 器和控制器；
所述基准定位设备安装在起重机转台或伸臂后铰点位置，负责基准定位设备安装位置 的空间定位，输出对应的空间三维坐标信息及方向角；
所述移动定位设备1安装在超起1远离伸臂的端部，负责超起1的空间定位，输出对应的空间三维坐标信息；
所述移动定位设备2安装在超起2远离伸臂的端部，负责超起2的空间定位，输出对应的空间三维坐标信息；
所述移动定位设备3安装在伸臂上远离起重机转台的端点，负责伸臂头部的空间定位， 输出对应的空间三维坐标信息；
所述移动定位设备4安装在吊钩位置，负责进行吊钩的空间定位，输出对应的空间三 维坐标信息；
所述数据处理设备分别与所述基准定位设备、移动定位设备1、移动定位设备2、移动定位设备3、移动定位设备4相连，接收各定位设备发送的空间三维坐标信息，并根据 预设的公式计算出相应的空间距离或角度信息；
所述控制器分别与所述数据处理设备和显示器相连，接收数据处理设备发送的计算结 果，并进行处理后在显示器显示。
在具体实施过程中，所述基准定位设备、移动定位设备1、移动定位设备2、移动定位设备3、移动定位设备4可以采用差分GPS定位技术获取空间位置，实现空间定位；也 可使用其他定位手段获取空间位置，实现空间定位。
如图4-5所示，定义起重机转台或伸臂后铰点位置为A点，超起1远离伸臂的端部位置为B点，超起2远离伸臂的端部位置为C点，伸臂头部位置为D点；吊钩位置为E点； 超起1与伸臂相连的端部位置为F点；
所述根据预设的公式计算出相应的空间距离或角度信息，具体为：
(1)基于A点和D点的空间三维坐标信息及方位角，计算出伸臂长度和伸臂角度，其中：
所述伸臂长度的计算公式为：
其中，
为伸臂空间向量，
为对应向量模值；
所述伸臂角度的计算公式为：
其中，
为水平面法向量；
(2)测量A点的方位角，在回转动作之前记录方位角初始值，回转过程实时监控方位角变化值，即为起重机的回转角度变化。其中，所述方位角指的是从某定位设备的指北方向起，依顺时针方向到目标方向之间的水平夹角。
(3)基于A点和B点的空间三维坐标信息及方位角，获得A点和B点空间三维坐标，进而计算出AB长度,BF为已知的超起1长度，通过空间向量
与
共线，且
可得F点的空间三维坐标，从而得到超起展开角度∠BFC的值，具体计算公式为：
其中，
为超起2和超起1空间向量，
为对应向量模值。
(4)基于D点和E点的空间三维坐标信息及方位角，获得D点和E点空间三维坐标，进而计算出吊钩到伸臂臂头的垂直距离，计算公式为：
其中，
为臂头到 吊钩空间向量，
为对应向量模值。
基于A点和E点的空间三维坐标信息及方位角，获得A点和E点空间三维坐标，进而计算出AE的垂向距离EK,再加上A点到地面的距离l，即可得到吊钩到地面的垂直距离， 具体计算公式为：
其中，
为吊钩到A点水平面的 垂直空间向量，
为对应向量模值；
为伸臂空间向量，
为对应向量模值；
为 臂头到吊钩空间向量，
为对应向量模值；l为吊钩到地面的垂直距离。
在具体实施过程中，本发明实施例中的数据处理设备可以作为独立硬件，与基准定位 设备、移动定位设备1、移动定位设备2、移动定位设备3、移动定位设备4或是控制器进行硬件集成，功能相同。
本发明实施例中基准定位设备、移动定位设备1、移动定位设备2、移动定位设备3、移动定位设备4允许与方案中的安装位置有偏差，实际应用时可在控制器的控制程序中进行修正。
本发明实施例中采用了5个定位设备(基准定位设备、移动定位设备1、移动定位设备2、移动定位设备3、移动定位设备4)实现了状态检测，也可使用更多个定位设备实现。
本发明实施例中基准定位模块安装位置可与移动定位模块(移动定位设备1、移动定 位设备2、移动定位设备3、移动定位设备4)安装位置互换。
本发明实施例中的基准定位设备、移动定位设备1、移动定位设备2、移动定位设备3、 移动定位设备4也可与目前传统的传感器检测方案冗余使用。
实施例2
在本发明实施例的一种具体实施方式中，为了所述基准定位设备、移动定位设备1、 移动定位设备2、移动定位设备3、移动定位设备4均设有无线通信模块，用于与数据处理设备进行通信。在具体实施过程中，所述无线通信模块可以使用局域网、无线电台、4G 通信、蓝牙等无线数据等传输方式；所述基准定位设备、移动定位设备1、移动定位设备 2、移动定位设备3、移动定位设备4与数据处理设备之间还可以采用有线数据传输方式进 行通信。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员 应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明 的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化 和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等 效物界定。
Claims (10)
1.一种起重机状态监控***，其特征在于，包括：
基准定位设备，安装在起重机转台或伸臂后铰点位置，负责基准定位设备安装位置的空间定位，输出对应的空间三维坐标信息；
移动定位设备1，负责超起1的空间定位，输出对应的空间三维坐标信息；
移动定位设备2，负责超起2的空间定位，输出对应的空间三维坐标信息；
移动定位设备3，负责伸臂头部的空间定位，输出对应的空间三维坐标信息；
移动定位设备4，负责进行吊钩的空间定位，输出对应的空间三维坐标信息；
数据处理设备，分别与所述基准定位设备、移动定位设备1、移动定位设备2、移动定位设备3、移动定位设备4相连，接收各定位设备发送的空间三维坐标信息，并根据预设的公式计算出相应的空间距离或角度信息；
显示器；
控制器，分别与所述数据处理设备和显示器相连，接收数据处理设备发送的计算结果，并进行处理后在显示器显示。
2.根据权利要求1所述的一种起重机状态监控***，其特征在于：所述移动定位设备1安装在超起1远离伸臂的端部。
3.根据权利要求1所述的一种起重机状态监控***，其特征在于：所述移动定位设备2安装在超起2远离伸臂的端部。
4.根据权利要求1所述的一种起重机状态监控***，其特征在于：所述移动定位设备3安装在伸臂上远离起重机转台的端点。
5.根据权利要求1所述的一种起重机状态监控***，其特征在于：所述移动定位设备4安装在吊钩位置。
6.根据权利要求1所述的一种起重机状态监控***，其特征在于：所述基准定位设备、移动定位设备1、移动定位设备2、移动定位设备3、移动定位设备4均设有无线通信模块，用于与数据处理设备进行通信。
7.根据权利要求1所述的一种起重机状态监控***，其特征在于：所述根据预设的公式计算出相应的空间距离或角度信息，具体为：
定义起重机转台或伸臂后铰点位置为A点，伸臂头部位置为D点；
基于A点和D点的空间三维坐标信息，计算出伸臂长度和伸臂角度，其中：
所述伸臂长度的计算公式为：
其中，
为伸臂空间向量，
为对应向量模值；
所述伸臂角度的计算公式为：
其中，
为水平面法向量。
8.根据权利要求1所述的一种起重机状态监控***，其特征在于：所述根据预设的公式计算出相应的空间距离或角度信息，具体为：
定义起重机转台或伸臂后铰点位置为A点，超起1远离伸臂的端部位置为B点，超起2远离伸臂的端部位置为C，超起1与伸臂相连的端部位置为F点；
基于A点和B点的空间三维坐标信息，获得A点和B点空间三维坐标，进而计算出AB长度,BF为已知的超起1长度，通过空间向量
与
共线，且
可得F点的空间三维坐标，从而得到超起展开角度∠BFC的值，具体计算公式为：
其中，
为超起2和超起1空间向量，
为对应向量模值。
9.根据权利要求1所述的一种起重机状态监控***，其特征在于：所述根据预设的公式计算出相应的空间距离或角度信息，具体为：
定义起重机转台或伸臂后铰点位置为A点，伸臂头部位置为D点，吊钩位置为E点；基于D点和E点的空间三维坐标信息，获得D点和E点空间三维坐标，进而计算出吊钩到伸臂臂头的垂直距离，计算公式为：
其中，
为臂头到吊钩空间向量，
为对应向量模值。
基于A点和E点的空间三维坐标信息，获得A点和E点空间三维坐标，进而计算出AE的垂向距离EK,再加上A点到地面的距离l，即可得到吊钩到地面的垂直距离，具体计算公式为：
其中，
为吊钩到A点水平面的垂直空间向量，
为对应向量模值；
为伸臂空间向量，
为对应向量模值；
为臂头到吊钩空间向量，
为对应向量模值；l为吊钩到地面的垂直距离。
10.根据权利要求1所述的一种起重机状态监控***，其特征在于：定义起重机转台或伸臂后铰点位置为A点，所述基准定位设备测量A点的方位角，在回转动作之前记录方位角初始值，回转过程实时监控方位角变化值，即为起重机的回转角度变化，其中，所述方位角为从某定位设备的指北方向起，依顺时针方向到目标方向之间的水平夹角。
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| CN202110581484.3A CN113896105A (zh) | 2021-05-27 | 2021-05-27 | 一种起重机状态监控*** |
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