一種起重機吊鉤擺動的監控系統及方法
【專利摘要】本發明屬于起重機控制系統領域，具體涉及一種起重機吊鉤擺動的監控系統及方法，控制器實時讀取回轉編碼器檢測的回轉角度信號，計算出當前回轉速度及加速度，結合當前車身姿態參數計算出吊鉤擺動角度、幅度，并發送給顯示器，顯示器將吊鉤擺動角度、幅度在人機界面上進行顯示；控制器通過讀取力矩限制器發送的吊重量信息，結合吊鉤擺動角度、吊鉤擺動幅度、繩長信息，實時計算出吊鉤擺動引起的臂架側向載荷力，并發送給顯示器進行顯示。本發明將吊鉤擺動系統相關的動態數據在人機交互界面上形象化展示，當擺角及臂架側向力過大時，進行智能報警提醒，對手柄操作快慢智能評價并提醒，引導操作者安全作業。
【專利說明】一種起重機吊鉤擺動的監控系統及方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明屬于起重機控制系統領域，具體涉及一種起重機吊鉤擺動的監控系統及方法。
【背景技術】
[0003]隨著技術的不斷發展，起重機智能化水平及安全性能提升的需求越來越強烈。在起重機吊重作業過程中，由于慣性的存在，會引起起重臂臂頭和被吊重物的運動不同步，導致吊鉤擺動現象發生。吊鉤擺動現象會增加產品操作難度、降低轉運效率，擺動引起的側向力對液壓元件、機械結構有非常嚴重的損害，甚至吊鉤擺動現象會導致轉運工作難以控制、增加傾翻的危險，所以重物在轉運過程中的吊鉤擺動程度和動作的平順性無疑是產品性能的體現。
[0004]起重機吊裝作業過程中，當出現吊鉤擺動時，經驗豐富的吊車司機會根據視覺輸入利用已有經驗進行穩鉤操作，但為了提高吊裝效率，吊車司機會忽視主觀認識上較小的擺動現象，而對手柄的操縱不加以控制，從而導致吊鉤擺動現象惡化、擺動幅度加劇，甚至出現碰撞、損壞周圍物體的現象發生。另外，隨著吊重量、擺角的增大，吊鉤擺動現象對臂架的側向拉力也越大，如果不及時對吊鉤擺動現象加以控制，將會減少結構件的壽命，甚至出現臂架折斷、車輛傾翻的危險。
[0005]針對起重機吊鉤擺動系統的監控與預警，現有技術中有兩種解決方案:
a、在起重機吊鉤上安裝角度傳感器或攝像頭，用來測量或分析起重機運動時的吊鉤擺動角度，從而實現吊鉤擺動角度數據的監控與預警；
b、根據回轉馬達進出油口的壓力差及其他參數計算出起重機工作時的側向載荷力矩，實現對側向載荷力的監控與控制。
[0006]對應以上兩種現有技術，其缺點分別是:
a、通過在吊鉤上安裝角度傳感器或攝像頭來實現對吊鉤擺動角度的監控，需要額外增加檢測裝置，提高整車設計成本，而且由于安裝位置的差異，會增大數據解析的難度；
b、根據回轉馬達進出油口的壓力差計算側向載荷力矩，需要增加進油口和出油口的壓力傳感器，額外增加成本。
【發明內容】
[0007]為了克服上述缺陷，本發明的目的是提供一種起重機吊鉤擺動的監控系統及方法，在吊裝作業過程中對吊鉤擺動系統相關的數據實時監控，當吊鉤擺角或臂架所受側向力較大時進行智能報警提醒，同時對操作輸入信號智能評價，當操作者操作過快時進行智能提醒，指導操作者安全作業，從而提高起重機作業的效率、安全性能及智能化水平。
[0008]為了實現上述目的，本發明所采取的技術方案是:一種起重機吊鉤擺動的監控方法，其特征在于:控制器實時讀取回轉編碼器檢測的回轉角度信號，計算出當前回轉速度及加速度，結合當前車身姿態參數計算出吊鉤擺動角度、擺動幅度;通過繩長傳感器檢測吊臂繩長，通過力矩限制器檢測吊重量信息，并發送給控制器;當前車身姿態參數包括吊臂幅度Ra，吊臂繩長L，吊臂回轉角度Rw;
控制器通過讀取吊重量信息、吊臂繩長，結合吊鉤擺動角度，實時計算出吊鉤擺動引起的臂架側向載荷力，并發送給顯示器進行顯示，使操作人員對吊鉤擺動系統的數據進行實時監控。
[0009]控制器將計算出的吊鉤擺動角度、臂架側向載荷力分別與預設報警閾值作比較，若實際吊鉤擺動角度接近報警閾值時，向顯示器發送擺角過大報警信號，顯示器接收到報警信號后在人機界面上進行光學報警，并提醒操作人員減速操作;若臂架側向載荷力接近報警閾值時，顯示器進行臂架側向拉力過大光學報警，并提醒操作人員停止當前動作。
[0010]控制器實時讀取操縱手柄操作信號，通過智能評價模塊對操縱手柄操作信號進行分析判斷，輸出以下兩種結果:操作速度正常和操作速度過快;結合吊鉤擺動角度及臂架側向載荷力信息綜合判斷，若手柄的操作有使吊鉤擺動角度增大或使臂架側向載荷力增大的趨勢時，向顯示器發送報警信號，提醒操作人員減速操作。智能評價模塊根據操縱手柄的操作速度及方向識別操作者的操作意圖，智能判斷此操作是否會使吊鉤擺角增大或使臂架側向受力增大，若是，則輸出操作速度過快的光學預警，并提醒操作者減速操作;若不是，則輸出操作速度正常提示或不提示。
[0011]對操縱手柄的控制采用操作手柄AD值J、操作速度V的車輛操作參數;控制器實時計算手柄操作速度:V = f(J，t);并將操作速度與預設報警閾值比較，超過閾值時將報警信號發送給顯示器進行“手柄操作速度過快”預警提示，否則，提示“手柄操作速度正常”。操作手柄AD值J為操縱手柄推動多少的物理量，t為操縱時間。
[0012]一種起重機吊鉤擺動的監控系統，由車載控制單元和人機交互單元組成，其特征在于:車載控制單元包括車載控制器、力矩限制器、回轉編碼器、繩長傳感器、手柄，人機交互單元包括顯示器；吊鉤擺動角度和幅度、臂架側向載荷力的計算由車身控制器完成，車載控制器分別與力矩限制器、回轉編碼器、繩長傳感器、操縱手柄、顯示器均相連。控制器實時讀取回轉編碼器檢測的回轉角度信號，計算出當前回轉速度及加速度，結合當前車身姿態參數計算出吊鉤擺動角度、擺動幅度;通過繩長傳感器檢測吊臂繩長，通過力矩限制器檢測吊重量信息，并發送給控制器；當前車身姿態參數包括吊臂幅度Ra，吊臂繩長L，吊臂回轉角度Rw ；
控制器通過讀取吊重量信息、吊臂繩長，結合吊鉤擺動角度，實時計算出吊鉤擺動引起的臂架側向載荷力，并發送給顯示器進行顯示，使操作人員對吊鉤擺動系統的數據進行實時監控。
[0013]控制器將計算出的吊鉤擺動角度、臂架側向載荷力分別與預設報警閾值作比較，若實際吊鉤擺動角度接近報警閾值時，向顯示器發送擺角過大報警信號，顯示器接收到報警信號后在人機界面上進行光學報警，并提醒操作人員減速操作;若臂架側向載荷力接近報警閾值時，顯示器進行臂架側向拉力過大光學報警，并提醒操作人員停止當前動作。
[0014]本發明的技術關鍵點在于:
1.可由操作人員手動選擇是否激活吊鉤擺動系統的監控功能； 2.對吊鉤擺角、臂架側向受力數據運用三色圖形塊進行監控，降低操作人員的認知難度；
3.對手柄操作信號進行智能評價，判斷操作速度過快時在人機界面上進行提醒。
[0015]相對于現有技術，本發明主要有以下優點:
1.通過現有的控制器、力矩限制器、顯示器及車身傳感器，可實現對吊鉤擺動系統的監控，成本低，便于實現；
2.吊裝作業過程中，吊鉤擺動角度過大或臂架側向受力過大時操作人員可通過觀察人機界面上的報警提醒，及時進行穩鉤操作或減速操作，延長結構件的壽命，提高起重機作業的安全性能；
3.通過對手柄操作速度快慢的評價與提醒，操作人員可以及時修正操作速度，提前抑制吊鉤擺動現象的加劇，減少穩鉤及消擺的時間，提高起重機的轉運效率及智能化水平。
【附圖說明】
[0016]圖1系統硬件組成圖；
圖2信息處理流程圖；
圖3吊鉤擺動監控界面示意圖；
圖4和圖5為吊鉤擺動監控系統的相應參數示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0018]本方案系統由車載控制單元和人機交互單元組成，其中車載控制單元包括控制器、力矩限制器，人機交互單元包括顯示器，各設備之間通過CAN總線連接。系統框圖如圖1所示，其中I為車載控制單元，2為人機交互單元。
[0019]1.吊鉤擺動系統數據的計算與監控
控制器14實時讀取回轉編碼器13檢測的回轉角度信號，計算出當前回轉速度及加速度，結合當前車身姿態參數計算出吊鉤擺動角度、幅度，通過CAN總線發送給顯示器21，顯示器將吊鉤擺動角度、幅度在人機界面上進行顯示；
控制器通過讀取力矩限制器11發送的吊重量信息和繩長傳感器15采集的吊臂繩長信息，結合上述計算的吊鉤擺動角度，實時計算出吊鉤擺動引起的臂架側向載荷力，并通過CAN總線發送給顯示器進行顯示，使操作人員對吊鉤擺動系統的數據進行實時監控；
2.吊鉤擺動角度過大或臂架側向受力過大報警
控制器將計算出的吊鉤擺動角度、臂架側向載荷力分別與預設報警閾值作比較，若實際吊鉤擺動角度接近報警閾值時，向顯示器發送擺角過大報警信號，顯示器接收到報警信號后在人機界面上進行光學報警，并提醒操作人員減速操作;若臂架側向載荷力接近報警閾值時，顯示器進行臂架側向拉力過大光學報警，并提醒操作人員停止當前動作。
[0020]3.手柄操作智能評價
控制器實時讀取操縱手柄12操作信號，通過智能評價模塊對操作信號進行分析判斷，輸出以下兩種結果:操作速度正常和操作速度過快。結合上述計算出的吊鉤擺動角度及臂架側向受力信息綜合判斷，若操縱手柄12的操作有使吊鉤擺動角度增大或使臂架側向受力增大的趨勢時，向顯示器發送報警信號，提醒操作人員減速操作。
[0021]本發明的信息處理流程及報警方法如圖2所示。
[0022]見圖4和圖5，車身姿態參數:吊臂幅度Ra，吊臂繩長L，吊臂回轉角度Rw;繩長是指吊鉤滑輪組中心到臂頭滑輪組中心的距離。吊臂幅度Ra指臂頭在地面的投影點到車輛回轉中心的距離。吊臂回轉角度是指臂架在地面上的垂直投影與車頭方向的夾角；
車輛載荷參數:吊重量T，臂架側向載荷力F;
車輛操作參數:操作手柄AD值J，操作速度V ；
吊鉤擺動系統相關參數:吊鉤擺動角度α，吊鉤擺動幅度Rh;吊鉤擺動角度α是指吊鉤與臂頭連成的直線與臂頭到地面的垂線的夾角。吊鉤擺動幅度Rh是吊鉤距離臂頭到地面垂線的水平距離。若吊臂繩長為L，吊鉤擺動角度為α，吊鉤擺動幅度為Rh，則三者之間的關系為:Rh = L.Sina0
[0023]時間參數:時間t 吊鉤擺動數據的計算:
吊鉤擺動角度:a = f(Ra，L，Rw，t);
吊鉤擺動幅度:Rh = f(a，L);
臂架側向載荷力:F = f(T，L，a);
吊鉤擺動數據的監控與預警:
車載控制器將計算出的上述參數發送給顯示器，在顯示器界面上顯示；
車載控制器或顯示器將吊鉤擺動角度α、臂架側向載荷力的當前值和預設報警閾值相比較，若超出閾值則在顯示器中進行預警并提示用戶減速操作手柄操作速度提醒與預警:
車載控制器實時計算手柄操作速度:V = f(J，t);并將操作速度與預設報警閾值比較，超過閾值時將報警信號發送給顯示器進行“手柄操作速度過快”預警提示，否則，提示“手柄操作速度正常”
系統監控界面示意圖如下圖3所示:其中，吊鉤擺動角度和臂架側向載荷力數據使用綠、黃、紅三色圖形塊顯示，綠色代表安全，黃色代表提醒操作人員謹慎操作，紅色代表數值較大，處于危險狀況。
[0024]本技術方案中對吊鉤擺動角度、臂架側向載荷力值的判斷以及對手柄操作速度的判斷是在控制器中進行的，也可以在顯示器中進行處理。
[0025]以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征及優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【主權項】
1.一種起重機吊鉤擺動的監控方法，其特征在于:控制器實時讀取回轉編碼器檢測的回轉角度信號，計算出當前回轉速度及加速度，結合當前車身姿態參數計算出吊鉤擺動角度、擺動幅度;通過繩長傳感器檢測吊臂繩長，通過力矩限制器檢測吊重量信息，并發送給控制器;當前車身姿態參數包括吊臂幅度Ra，吊臂繩長L，吊臂回轉角度Rw; 控制器通過讀取吊重量信息、吊臂繩長，結合吊鉤擺動角度，實時計算出吊鉤擺動引起的臂架側向載荷力，并發送給顯示器進行顯示，使操作人員對吊鉤擺動系統的數據進行實時監控。2.根據權利要求1所述的一種起重機吊鉤擺動的監控方法，其特征在于:控制器將計算出的吊鉤擺動角度、臂架側向載荷力分別與預設報警閾值作比較，若實際吊鉤擺動角度接近報警閾值時，向顯示器發送擺角過大報警信號，顯示器接收到報警信號后在人機界面上進行光學報警，并提醒操作人員減速操作;若臂架側向載荷力接近報警閾值時，顯示器進行臂架側向拉力過大光學報警，并提醒操作人員停止當前動作。3.根據權利要求2所述的一種起重機吊鉤擺動的監控方法，其特征在于:控制器實時讀取操縱手柄操作信號，通過智能評價模塊對操縱手柄操作信號進行分析判斷，輸出以下兩種結果:操作速度正常和操作速度過快;結合吊鉤擺動角度及臂架側向載荷力信息綜合判斷，若手柄的操作有使吊鉤擺動角度增大或使臂架側向載荷力增大的趨勢時，向顯示器發送報警信號，提醒操作人員減速操作。4.根據權利要求2所述的一種起重機吊鉤擺動的監控方法，其特征在于:對操縱手柄的控制采用操作手柄AD值J、操作速度V的車輛操作參數;控制器實時計算手柄操作速度:V=f(J，t);并將操作速度與預設報警閾值比較，超過閾值時將報警信號發送給顯示器進行“手柄操作速度過快”預警提示，否則，提示“手柄操作速度正常”。5.—種起重機吊鉤擺動的監控系統，由車載控制單元和人機交互單元組成，其特征在于:車載控制單元包括車載控制器、力矩限制器、回轉編碼器、繩長傳感器、手柄，人機交互單元包括顯示器；吊鉤擺動角度和幅度、臂架側向載荷力的計算由車身控制器完成，車載控制器分別與力矩限制器、回轉編碼器、繩長傳感器、操縱手柄、顯示器均相連。6.根據權利要求5所述的一種起重機吊鉤擺動的監控系統，其特征在于:控制器實時讀取回轉編碼器檢測的回轉角度信號，計算出當前回轉速度及加速度，結合當前車身姿態參數計算出吊鉤擺動角度、擺動幅度;通過繩長傳感器檢測吊臂繩長，通過力矩限制器檢測吊重量信息，并發送給控制器;當前車身姿態參數包括吊臂幅度Ra，吊臂繩長L，吊臂回轉角度Rw; 控制器通過讀取吊重量信息、吊臂繩長，結合吊鉤擺動角度，實時計算出吊鉤擺動引起的臂架側向載荷力，并發送給顯示器進行顯示，使操作人員對吊鉤擺動系統的數據進行實時監控。7.根據權利要求5所述的一種起重機吊鉤擺動的監控系統，其特征在于:控制器將計算出的吊鉤擺動角度、臂架側向載荷力分別與預設報警閾值作比較，若實際吊鉤擺動角度接近報警閾值時，向顯示器發送擺角過大報警信號，顯示器接收到報警信號后在人機界面上進行光學報警，并提醒操作人員減速操作;若臂架側向載荷力接近報警閾值時，顯示器進行臂架側向拉力過大光學報警，并提醒操作人員停止當前動作。
【文檔編號】B66C23/86GK106006417SQ201610679199
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月17日
【發明人】單增海, 張程, 朱長建, 時鯤鵬, 楊艷, 陳偉
【申請人】徐州重型機械有限公司