[发明专利]一种吊车负载空间摆角检测技术及装置

说明书

技术领域

本发明属于仪器仪表、自动控制领域，具体涉及一种吊车负载的空间姿态测量技术与装置。

背景技术

起重机作为一种运载工具，广泛应用于建筑施工现场、散货码头以及仓库调度作业。它是利用连在活动架上的缆绳来提升和移动重物的。用绳索一类的柔体替代刚体工作使得起重机机构轻便，工作效率高。但是，采用柔体吊运也带来一些负面影响，由于运载车的加减速和负载的提升动作以及风、摩擦引起的扰动等会引起负载的来回摆动，要对吊钩进行自动防摆控制，首先就要知道负载在空间的摆动信息，这成为制约事故发生的可能性的一个重要因素，而且很大程度影响生产作业效率。

    目前用于吊车的摆角检测装置较少见到，三一汽车制造有限公司申请的发明专利“一种起重机及其吊绳摆角检测装置”包括至少一个角度传感器，还包括同轴地套装于吊绳外的套筒，是对吊绳偏摆角实现的直接测量。山东建筑大学信息与电气工程学院的李伟提出了一种测量起重机负荷摆角的方法，是通过固定的摄像机和图像采集卡采集的载荷数字图像进行实时处理来测量摆角。

但上述装置对测量环境要求较高，有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有汽车起重机作业过程中的自动化防摆技术的不足，提供一种适用于汽车起重机在作业过程中抑制吊钩/负载摆动现象使之迅速衰减甚至消除的技术，通过将整个吊运任务进行分解，采用不同的防摆方法实现各部分吊运过程的高效防摆控制，从而实现汽车起重机整个吊运作业的自动化防摆控制，为各类型汽车起重机产品的技术升级提供这一先进技术，并可大大降低汽车起重机操作员的工作强度与要求。

    本发明采用以下技术方案：一种吊车负载空间摆角检测系统，包括汽车本体、回转机构、俯仰机构、吊绳、负载、吊臂及钓钩，还包括：测量盒和信号处理接收器。

    测量盒包括计算处理模块Ⅰ、传感器模块、A/D转换模块、无线通信模块及电源模块，其中，传感器模块主要包括基于MEMS(Micro Electro-Mechanical System, 微机电系统)技术的三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁强计及温度传感器，传感器测量的信号经过计算处理模块融合可得到吊钩/负载的相对于大地坐标的空间姿态，然后通过无线通信模块和信号接收处理器进行数据交换。

  信号处理接收器包括计算处理模块II、传感器模块、A/D转换模块、无线通信模块、现场总线控制单元、电源模块，其中，传感器模块主要包括基于MEMS技术的轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁强计及温度传感器，传感器测量的信号经过计算处理模块融合可得到吊车本体/吊臂的相对于大地坐标的空间姿态。

  测量盒可安装在吊钩上也可安装在负载上。信号接收处理器可安装在吊车本体上也可安装在吊臂上。

    一种吊车负载空间摆角检测方法，其特征在于以下步骤：

（1）   安装在吊绳末端的吊钩或负载上的测量盒，采用基于MEMS技术的三自由度的磁场计、三自由度的陀螺仪和三自由度的加速度计测量计算得到吊钩或负载的空间姿态参数；

（2）   安装在吊车吊臂底端控制箱中的信号接收处理器，基于MEMS技术的三自由度的磁场计、三自由度的陀螺仪和三自由度的加速度计测量计算得到控制箱的空间姿态参数；

（3）   测量盒测得的吊钩或负载的空间姿态参数通过无线通讯模块传送给信号接收处理器，信号接收处理器通过对吊钩或负载和控制箱两部分的姿态进行标定得到吊车负载的相对于吊车本体或吊臂的空间摆角。

    吊钩或负载的空间姿态参数和控制箱的空间姿态参数根据捷联算法计算出，采用扩展卡尔曼滤波进行误差补偿保证动态环境下的测量精度和可靠性。

为了测得所述吊车负载的空间摆角，采用测量盒检测吊钩/负载相对于大地坐标的空间姿态，采用信号接收处理器测量吊车本体/吊臂相对于大地坐标的空间姿态，通过坐标变换得到吊钩/负载相对于吊车本体/吊臂的纵向偏摆（吊钩/负载在吊臂与其水平面投影所构成的平面内的相对于吊臂的前后方向的摆动）和横向偏摆（吊钩/负载在包含吊绳且与水平面和纵向偏摆平面垂直的平面内相对于吊臂的左右方向的摆动）。