一种力感应提升设备及控制方法与流程

1.本发明涉及起重设备技术领域，具体涉及一种力感应提升设备及控制方法。


背景技术：

2.现有技术中最常见的提升设备是电动葫芦，单人操作时需要一手控制重物，另一只手控制手柄。当需要控制重物进行快速精准的操作时，重物提升运动速度不能无级调速，操作十分不便。例如吊装一根很重的轴，需要将轴插入一个孔里时，很难进行精确操作，还有可能损坏轴和孔。
3.现有技术中另有无级调速手柄的提升设备，使用有线方式连接手柄和电机，还存在诸多缺点：1、电线容易与缆绳碰在一起，影响提升设备的升降运动，且长期的上下运动，电线容易被损坏。2、由于电线的存在，使得操作手柄的自由旋转实现起来比较困难，使得上下操作范围受限，手柄不能运行到太靠近电机的地方，也不能太远离电机。3、采用手柄控制重物的升降必须保证手柄端的工作可靠性以及确保手柄对驱动设备具有更大的操作范围。4、在重物被提升较高的时候不方便操作手柄，缺乏冗余控制设计，从控制系统的角度考虑冗余控制的方法也是增加提升设备系统操作便捷性的重要途径。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
5.一种力感应提升设备，包括卷扬机组件、力感应手柄组件和缆绳，所述缆绳的一端与所述卷扬机组件连接，所述缆绳的另一端与所述力感应手柄组件连接，所述力感应手柄组件上连接有吊持组件，所述卷扬机组件包括卷扬机控制器、卷扬机电机、电机驱动器和第一无线模块，所述卷扬机控制器分别与所述电机驱动器和所述第一无线模块电连接，所述电机驱动器与所述卷扬机电机电连接，所述力感应手柄组件包括手柄控制器、解锁模块、重力传感器、操作力传感器和第二无线模块，所述手柄控制器分别与所述解锁模块、所述重力传感器、所述操作力传感器和所述第二无线模块电连接，所述第一无线模块与所述第二无线模块通信连接。
6.本发明进一步设置为所述力感应手柄组件包括壳体，所述壳体的上下两端分别设置有连接件和连接杆，所述重力传感器连接在所述连接件和所述连接杆之间，所述吊持组件连接在所述连接杆远离所述重力传感器的一端，所述连接杆外部套设有握持部，所述操作力传感器固定在所述壳体内，所述操作力传感器与所述握持部连接，所述解锁模块设置在所述握持部和所述连接杆之间。
7.本发明进一步设置为所述壳体内设置有上基板和外联件，所述重力传感器的上端和所述操作力传感器的上端均连接在所述上基板上，所述握持部和所述连接杆之间还设置有滑套，所述外联件的一端与所述操作力传感器的下端连接，所述外联件的另一端与所述滑套连接。
8.本发明进一步设置为所述滑套的外表面开设有沟槽，所述解锁模块包括设置在所
述沟槽内的电路和导线以及设置在滑套上的电极，所述电极连接到电路上，所述电路、导线和电极构成电容感应传感器。
9.本发明进一步设置为所述力感应手柄组件还包括供电模块、触摸显示屏和急停按钮，所述供电模块设置在所述壳体内，所述触摸显示屏和所述急停按钮分别设置在所述壳体的表面，所述供电模块分别为所述手柄控制器、所述解锁模块、所述重力传感器、所述操作力传感器、所述第二无线模块、所述触摸显示屏和所述急停按钮提供工作电压，所述触摸显示屏和所述急停按钮分别与所述手柄控制器电连接。
10.本发明进一步设置为所述连接件与所述重力传感器之间采用活动转轴连接。
11.本发明进一步设置为所述壳体上还设置有充电接口和数据通讯接口。
12.一种力感应提升设备控制方法，其特征在于，采用上述的提升设备，包括：
13.上电进行初始化，进入低功耗工作状态；
14.获取并响应于手握解锁信号，中断低功耗工作状态，跳转至正常工作状态，接收目标数据；
15.在预设时间内，若获取到手握操作力信号，根据手握操作力信号计算得到操作力方向信号和操作力大小信号，发送操作力方向信号和操作力大小信号至驱动设备控制器，驱动设备控制器根据操作力方向信号和操作力大小信号向驱动设备输出相应的转动方向和转动速度；在预设时间内，未获取到手握操作力信号，中断正常工作状态，跳转至低功耗工作状态，停止接收目标数据；
16.获取重力信号，根据重力信号计算得到重物的重量信息。
17.本发明进一步设置为还包括：
18.在正常工作状态下，获取重物的第一重力信号，获取悬浮控制指令，实时获取重物的第二重力信号，根据第一重力信号与第二重力信号的差值得到重物被施加力信号，根据重物被施加力信号计算得到重物被施加力方向信号和重物被施加力大小信号，发送重物被施加力方向信号和重物被施加力大小信号至驱动设备控制器，驱动设备控制器根据重物被施加力方向信号和重物被施加力大小信号向驱动设备输出相应的转动方向和转动速度。
19.本发明进一步设置为还包括：
20.在正常工作状态下，获取紧急停止信号，并发送紧急停止信号至驱动设备控制器，驱动设备控制器向驱动设备输出停止控制信号。
21.采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
22.1.本发明力感应提升设备控制方法采用手握唤醒的方式，手柄在未收到手握信号时，处于低功耗工作状态，此状态下停止接收其他目标数据；手柄在收到手握信号时被唤醒，中断低功耗工作状态，跳转至正常工作状态，接收目标数据，当目标数据停止输入且手握信号消失一定时间后，手柄会再次从正常工作状态进入低功耗工作状态。手柄采用这样的运行方式能大大提高手柄的续航能力，操作者能即拿即用，提高提升设备的操作便捷性。
23.2.手柄通过手握操作力信号实现重物的运动趋势与操作意图一致以外，由于操作要求或环境限制导致不方便采用手握操作力信号来控制重物的运动，还设置有悬浮控制的方法，将重物吊起以后，测得重物本身的重量，主动选择或自动进入悬浮控制模式，当外界向重物上施加向上或向下的作用力会导致重力信号的改变，重物本身的重量与受力后重力的实测值之差可以得出对重物所施加力的大小和方向，以此施加力的大小和方向信号作为
操作意图，实现对重物运动趋势的掌控，这种悬浮控制在重物提升高度较高使用者不便触碰到手柄时非常实用，操作员可以把注意力放在被控物体上，双手也都解放出来，两只手可以协调动作，控制重物的旋转姿态和俯仰姿态，能够方便的进行把轴插入孔这样的精细操作，且由自带的重力传感器就能实现重物被施加力的检测，无须多设置其他器件。两种操作方式都实现对重物运动趋势与操作意图一致，从控制系统的角度考虑了冗余控制的方法，提高了提升设备系统操作便捷性。
24.3.提升设备具体实现重物运动趋势与操作意图一致的控制信号传递为：力感应手柄组件在被唤醒后，使用者通过操作握持部向其施加一个向上/向下的作用力，操作力传感器检测到握持部上的作用力，将其转换成手握操作力信号并发送给手柄控制器，手柄控制器计算得到操作力方向信号和操作力大小信号，并通过第二无线模块和第一无线模块将操作力方向信号和操作力大小信号无线发送至卷扬机控制器，卷扬机控制器根据操作力方向信号和操作力大小信号使卷扬机电机输出相应的转动方向和转动速度；同理，悬浮控制是使用者通过对悬浮后的重物本身施加作用力，手柄控制器根据重力传感器前后重力信号的变化值得出使用者对重物所施加力的大小和方向，手柄控制器对重物所施加力的大小和方向信号通过第二无线模块和第一无线模块无线发送至卷扬机控制器，卷扬机控制器根据对重物所施加力的大小和方向信号使卷扬机电机输出相应的转动方向和转动速度。重物运动趋势与操作意图一致可以实现精准高效的装配；对贵重物品的轻拿轻放；需快速升降时可以加快重物的升降，需缓慢升降时可以减缓重物的升降，操作十分流畅便捷。
25.4.重力传感器通过连接杆与下端的吊持组件相连，从而测得重物的重量，重力传感器的上端与连接件采用转轴连接，手柄可以相对于连接件自由旋转，方便实际操作；而操作力传感器通过外联件与握持部相连，从而测得操作力的大小与方向，操作力传感器测操作力时不会产生位移，使手柄内部结构处于稳态，使力感应手柄组件具有更好的可靠性，保证提升设备操作的安全性；重力传感器和操作力传感器相互之间不会影响，保证提升设备对重物的精准计量以及力感应手柄组件对使用者操作力的采集精度。
26.5.解锁模块包括设置在沟槽内的电路和导线以及设置在滑套上的电极，电极连接到电路上，电极、电路、线缆整体构成电容感应传感器，解锁模块解锁必须人手操作形成与大地之间的电容，电容感应传感器才会生成手握解锁信号，避免了其他物体误碰到握持部造成力感应手柄组件的误解锁。
附图说明
27.图1为本发明实施例卷扬机组件电气方框图。
28.图2为本发明实施例力感应手柄组件电气方框图。
29.图3为本发明实施例力感应提升设备主视图。
30.图4为本发明实施例力感应手柄组件立体图。
31.图5为本发明实施例力感应手柄组件内部结构立体图。
32.图6为本发明实施例力感应手柄组件剖视图。
33.图7为本发明实施例部分力感应手柄组件爆炸图。
34.图8为本发明实施例力感应提升设备控制方法流程图。
35.图9为本发明实施例力感应提升设备控制方法进入悬浮控制后流程图。
36.图10为本发明实施例力感应提升设备控制方法紧急停止流程图。
具体实施方式
37.为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
38.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
39.实施例1
40.结合附图1至附图7，本发明技术方案是一种力感应提升设备，包括卷扬机组件100、力感应手柄组件200和缆绳300，所述缆绳300的一端与所述卷扬机组件100连接，所述缆绳300的另一端与所述力感应手柄组件200连接，所述力感应手柄组件200上连接有吊持组件400，所述卷扬机组件100包括卷扬机控制器101、卷扬机电机102、电机驱动器103和第一无线模块104，所述卷扬机控制器101分别与所述电机驱动器103和所述第一无线模块104电连接，所述电机驱动器103与所述卷扬机电机102电连接，所述力感应手柄组件200包括手柄控制器201、解锁模块202、重力传感器203、操作力传感器204和第二无线模块205，所述手柄控制器201分别与所述解锁模块202、所述重力传感器203、所述操作力传感器204和所述第二无线模块205电连接，所述第一无线模块104与所述第二无线模块205通信连接。
41.在本实施例中，所述卷扬机控制器101通过所述电机驱动器103向所述卷扬机电机102输出控制信号，具体包括电机转速信号和电机转向信号；所述卷扬机组件100还包括显示屏106和按键输入模块105，所述卷扬机控制器101的输出端连接所述显示屏106，所述按键输入模块105的输出端连接所述卷扬机控制器101的输入端。
42.在本实施例中，力感应手柄组件200在低功耗状态时，手柄控制器201接收解锁模块202的输出唤醒信号，除了解锁模块202的输出唤醒信号外的其他信号均属于实施例2中所述的目标数据；力感应手柄组件200在正常工作状态时，手柄控制器201能接收重力传感器203和操作力传感器204的输出的信号。
43.在本实施例中，所述第一无线模块104与所述第二无线模块205采用2.4g无线模块。
44.在本实施例中，所述卷扬机电机102通过绞盘与所述缆绳300连接，所述电机驱动器103为调速器或变频器，实现所述卷扬机电机102的无级调速。
45.在本实施例中，所述力感应手柄组件包括壳体206，所述壳体206的上下两端分别设置有连接件207和连接杆208，所述重力传感器203连接在所述连接件207和所述连接杆208之间，所述吊持组件400连接在所述连接杆208远离所述重力传感器203的一端，所述连接杆208外部套设有握持部209，所述操作力传感器204固定在所述壳体206内，所述操作力传感器204与所述握持部209连接，所述解锁模块202设置在所述握持部209和所述连接杆208之间。重力传感器203通过连接杆208与下端的吊持组件400直接相连，从而测得重物的重量。
46.在本实施例中，所述壳体206内设置有上基板210和外联件211，所述重力传感器
203的上端和所述操作力传感器204的上端均连接在所述上基板210上，所述握持部209和所述连接杆208之间还设置有滑套212，所述外联件211的一端与所述操作力传感器204的下端连接，所述外联件211的另一端与所述滑套212连接。操作力传感器204通过外联件211与握持部相连，从而测得操作力的大小与方向，操作力传感器204测操作力时不会产生位移，使手柄内部结构处于稳态，使力感应手柄组件200具有更好的可靠性，保证提升设备操作的安全性，重力传感器203和操作力传感器204相互之间不会影响。
47.在本实施例中，所述滑套212的外表面开设有沟槽2121，所述解锁模块202包括设置在所述沟槽2121内的电路2021和导线以及设置在滑套212上的电极2022，所述电极2022连接到电路2021上，所述电路2021、导线和电极2022构成电容感应传感器。解锁模块202解锁必须人手操作形成与大地之间的电容，电容感应传感器才会生成手握解锁信号，避免其他物体误碰到握持部造成力感应手柄组件200的误解锁。
48.在本实施例中，所述力感应手柄组件200还包括供电模块213、触摸显示屏214和急停按钮215，所述供电模块213设置在所述壳体206内，所述触摸显示屏214和所述急停按钮215分别设置在所述壳体206的表面，所述供电模块213分别为所述手柄控制器201、所述解锁模块202、所述重力传感器203、所述操作力传感器204、所述第二无线模块205、所述触摸显示屏214和所述急停按钮215提供工作电压，所述触摸显示屏214和所述急停按钮215分别与所述手柄控制器201电连接。触摸显示屏可以向使用者展示当时重物的信息以及称重历史信息，除此以外触摸显示屏也可以作为输入端，例如实施例1中的进入悬浮控制模式，可以通过触摸显示屏进行操作；急停按钮用于提升设备的紧急制动，按下后急停按钮后停止卷扬机组件的动作。
49.在本实施例中，所述连接件207与所述重力传感器203之间采用活动转轴2071连接。手柄可以相对于连接件207自由旋转，方便实际操作。
50.在本实施例中，所述壳体206上还设置有充电接口和数据通讯接口216，所述充电接口与所述供电模块213电连接，所述数据通讯接口216与所述手柄控制器201电连接。
51.本发明提升设备的工作方式为：力感应手柄组件在被唤醒后，使用者通过操作握持部向其施加一个向上/向下的作用力，操作力传感器检测到握持部上的作用力，将其转换成手握操作力信号并发送给手柄控制器，手柄控制器计算得到操作力方向信号和操作力大小信号，并通过第二无线模块和第一无线模块将操作力方向信号和操作力大小信号无线发送至卷扬机控制器，卷扬机控制器根据操作力方向信号和操作力大小信号使卷扬机电机输出相应的转动方向和转动速度；同理，悬浮控制是使用者通过对悬浮后的重物本身施加作用力，手柄控制器根据重力传感器前后重力信号的变化值得出使用者对重物所施加力的大小和方向，手柄控制器对重物所施加力的大小和方向信号通过第二无线模块和第一无线模块无线发送至卷扬机控制器，卷扬机控制器根据对重物所施加力的大小和方向信号使卷扬机电机输出相应的转动方向和转动速度。
52.在另外的实施例中，提升设备还设置有遥控器，遥控器属于独立的控制终端：遥控器上设置有一个小摇杆来控制卷扬机组件的升降，使用者操作小摇杆，小摇杆底端连接有微型力传感器或位移传感器，通过采集微型力传感器或位移传感器来测量作用力的大小和方向，从而实现对重物运动趋势与操作意图一致，原理与上述手柄控制相同。
53.本发明可以用于重物装配、货物搬运等场景，采用握持部操作力控制、重物悬浮控
制多种冗余控制方式，以及可结合遥控器进行远程控制，从而提高提升设备的场景应用能力。
54.实施例2
55.结合附图8至附图10，本发明技术方案是一种力感应提升设备控制方法，采用上述实施例1所述的力感应提升设备，包括：
56.手柄控制器上电进行初始化，并进入低功耗工作状态；
57.手柄控制器获取并响应于手握解锁信号，中断低功耗工作状态，跳转至正常工作状态，接收目标数据；
58.在预设时间内，若手柄控制器获取到手握操作力信号，手柄控制器根据手握操作力信号计算得到操作力方向信号和操作力大小信号，手柄控制器发送操作力方向信号和操作力大小信号至驱动设备控制器，驱动设备控制器根据操作力方向信号和操作力大小信号向驱动设备输出相应的转动方向和转动速度；在预设时间内，手柄控制器未获取到手握操作力信号，手柄控制器中断正常工作状态，并跳转至低功耗工作状态，停止接收目标数据；
59.手柄控制器获取重力信号，手柄控制器根据重力信号计算得到重物的重量信息并进行显示。
60.在本实施例中，还包括：在正常工作状态下，手柄控制器获取重物的第一重力信号，手柄控制器获取悬浮控制指令，手柄控制器实时获取重物的第二重力信号，手柄控制器根据第一重力信号与第二重力信号的差值得到重物被施加力信号，根据重物被施加力信号计算得到重物被施加力方向信号和重物被施加力大小信号，手柄控制器发送重物被施加力方向信号和重物被施加力大小信号至驱动设备控制器，驱动设备控制器根据重物被施加力方向信号和重物被施加力大小信号向驱动设备输出相应的转动方向和转动速度。
61.在本实施例中，还包括：在正常工作状态下，手柄控制器获取紧急停止信号，并发送紧急停止信号至驱动设备控制器，驱动设备控制器停止向驱动设备输出控制信号。
62.在本实施例中，所述手握解锁信号通过外部使用者触发解锁传感器来实现信号输出；所述手握操作力信号通过外部使用者触发操作力传感器来实现信号输出；所述重力信号通过外部重物吊持在重力传感器上来实现信号输出的。
63.在本实施例中，所述悬浮控制指令可以是在重物被吊起悬浮之后，通过手柄上的触摸显示屏进入的；也可以是基于重力信号通过算法感知到重物悬浮后，自动进入悬浮控制模式。
64.上述的悬浮控制原理为：当重物被吊至半空时，此时重物被重力传感器测得重物的第一重力为f1，进入悬浮控制模式后，使用者向重物本身施加作用力，使重力传感器测的信号发生变化，此时重物被重力传感器测得重物的第二重力为f2，通过计算第一重力为f1与第二重力为f2的差值重物施加作用力f，重物施加作用力f＝第一重力f1-第二重力f2，若重物施加作用力f为正值，说明使用者有按压操作，并根据重物施加作用力f的大小驱使驱动设备动作，让重物下行，下行速度与重物施加作用力f的大小关联；若重物施加作用力f为负值，说明使用者有抬举操作，并根据重物施加作用力f的大小驱使驱动设备动作，让重物上行，上行速度与重物施加作用力f的大小关联。其中重物施加作用力f的绝对值满足设定阈值条件，才会启动控制电机运转；阈值下门限避免微小扰动导致电机频繁正反转；阈值上门限避免误操作产生的危险状况。
65.上述悬浮悬浮控制方法过程中，操作员控制重物落地时，拉力会突然变小，甚至变为0，手柄控制器检测识别到落地事件，退出悬浮模式，避免落地后反跳运动。
66.在本实施例中，所述目标数据包括但不限于上述的手握解锁信号、手握操作力信号、重力信号及悬浮控制指令。
67.在本实施例中，进入悬浮控制模式后对重物施加力的操作意图并不影响通过对手柄施加操作力的操作意图，即在进入悬浮控制模式后仍可以通过手柄施加操作力来实现，两种操作方式可以同时实现对重物运动趋势与操作意图一致，从控制系统的角度考虑了冗余控制的方法，提高了提升设备系统操作便捷性。
68.以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。