[发明专利]一种幅度限制装置及方法

权利要求书

1.一种幅度限制装置，用于计算并限制伸缩臂架型式工程机械车的伸缩臂的作业幅度，其特征在于，该装置包括ARM控制器模块、旋转编码器模块、倾角传感器模块和测长传感器模块；其中，

所述ARM控制器模块是所述幅度限制装置的核心控制单元，其包括ARM处理器、电源变换模块、CAN总线接口模块、显示屏、输出驱动模块、内部存储器，所述内部存储器中存储有离线计算出的伸缩臂在不同方位角度上的幅度限制临界值的对应表，所述ARM控制器模块还通过其输出驱动模块与外部的声光报警器、开关阀继电器相连；

所述旋转编码器模块用于测得伸缩臂的回转方位角度θ，并将测得的伸缩臂的回转方位角度θ通过CAN总线传送给所述ARM控制器模块；

所述倾角传感器模块用于测得伸缩臂的俯仰角度α，并将测得的伸缩臂的俯仰角度α通过CAN总线传送给所述ARM控制器模块；

所述测长传感器模块用于测得伸缩臂的臂长L，并将测得的伸缩臂的臂长L通过CAN总线传送给所述ARM控制器模块；

所述ARM控制器模块根据所述伸缩臂的结构形式、接收到的俯仰角度α和臂长L计算得到所述伸缩臂的作业幅度R；根据接收到的伸缩臂的回转方位角度θ从所述对应表中查得对应的幅度限制临界值R_H，并根据所述作业幅度R与所述幅度限制临界值R_H的比较来控制所述开关阀继电器的开关和所述声光报警器，以对伸缩臂的工作幅度进行限制或报警。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述ARM控制器模块的显示屏通过数值或曲线的方式实时显示获得的伸缩臂的俯仰角度α、臂长L、回转方位角度θ的值、当前作业幅度R值以及当前到达的幅度限制临界百分比。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旋转编码器模块进一步包括ARM处理器、电源变换模块、CAN总线接口模块、旋转编码器，所述旋转编码器监测工程机械车回转台的旋转运动，产生代表回转台旋转过的角度的一定数量的脉冲，该脉冲由两路正交差分信号表示，两路差分信号的相位差代表了所述回转台的旋转方向，所述ARM处理器还内置有正交双向计数器，用于对所述旋转编码器输出的脉冲进行计数，以得到伸缩臂的回转方位角度θ。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述倾角传感器模块进一步包括ARM处理器、电源变换模块、CAN总线接口模块、二维倾角传感器，所述二维倾角传感器用于采集伸缩臂的俯仰角度α并将其通过SPI总线发送给所述ARM处理器。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测长传感器模块进一步包括ARM处理器、电源变换模块、CAN总线接口模块、双向霍尔传感器、测长钢质齿条，所述ARM处理器内置有正交双向计数器，用于对所述双向霍尔传感器与所述测长钢质齿条运动过程中的脉冲信号进行计数，通过已知的齿条间距，获取伸缩臂的臂长L。

6.根据权利要求2-5中任一所述的装置，其特征在于，所述电源变换模块用于将9～30V直流输入电压转换为内部处理电路所需的5V和3.3V电压，为各个模块的ARM处理器及其他单元供电。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述伸缩臂的作业幅度R按照下式计算：

R＝L^*cosα-R₀，

其中，L为伸缩臂的臂长，α为伸缩臂的俯仰角度，R₀为伸缩臂与工程机械车回转台的铰接点到回转台中心轴线的水平方向的距离。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，如果所述伸缩臂的作业幅度R＞R_H，所述ARM控制器模块通过其输出驱动模块关断所述开关阀继电器，限制伸缩臂的向下变幅运动和主臂伸出运动，否则打开所述开关阀继电器，允许伸缩臂的向下变幅运动和主臂伸出运动；如果R＞90％R_H，则所述ARM控制器模块通过其输出驱动模块点亮所述声光报警器，指示所述伸缩臂即将进入危险工作区域，否则关断所述声光报警器，取消报警指示。