一种起重机吊钩摆动的监控系统及方法
【专利摘要】本发明属于起重机控制系统领域，具体涉及一种起重机吊钩摆动的监控系统及方法，控制器实时读取回转编码器检测的回转角度信号，计算出当前回转速度及加速度，结合当前车身姿态参数计算出吊钩摆动角度、幅度，并发送给显示器，显示器将吊钩摆动角度、幅度在人机界面上进行显示；控制器通过读取力矩限制器发送的吊重量信息，结合吊钩摆动角度、吊钩摆动幅度、绳长信息，实时计算出吊钩摆动引起的臂架侧向载荷力，并发送给显示器进行显示。本发明将吊钩摆动系统相关的动态数据在人机交互界面上形象化展示，当摆角及臂架侧向力过大时，进行智能报警提醒，对手柄操作快慢智能评价并提醒，引导操作者安全作业。
【专利说明】一种起重机吊钩摆动的监控系统及方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于起重机控制系统领域，具体涉及一种起重机吊钩摆动的监控系统及方法。
【背景技术】
[0003]随着技术的不断发展，起重机智能化水平及安全性能提升的需求越来越强烈。在起重机吊重作业过程中，由于惯性的存在，会引起起重臂臂头和被吊重物的运动不同步，导致吊钩摆动现象发生。吊钩摆动现象会增加产品操作难度、降低转运效率，摆动引起的侧向力对液压元件、机械结构有非常严重的损害，甚至吊钩摆动现象会导致转运工作难以控制、增加倾翻的危险，所以重物在转运过程中的吊钩摆动程度和动作的平顺性无疑是产品性能的体现。
[0004]起重机吊装作业过程中，当出现吊钩摆动时，经验丰富的吊车司机会根据视觉输入利用已有经验进行稳钩操作，但为了提高吊装效率，吊车司机会忽视主观认识上较小的摆动现象，而对手柄的操纵不加以控制，从而导致吊钩摆动现象恶化、摆动幅度加剧，甚至出现碰撞、损坏周围物体的现象发生。另外，随着吊重量、摆角的增大，吊钩摆动现象对臂架的侧向拉力也越大，如果不及时对吊钩摆动现象加以控制，将会减少结构件的寿命，甚至出现臂架折断、车辆倾翻的危险。
[0005]针对起重机吊钩摆动系统的监控与预警，现有技术中有两种解决方案:
a、在起重机吊钩上安装角度传感器或摄像头，用来测量或分析起重机运动时的吊钩摆动角度，从而实现吊钩摆动角度数据的监控与预警；
b、根据回转马达进出油口的压力差及其他参数计算出起重机工作时的侧向载荷力矩，实现对侧向载荷力的监控与控制。
[0006]对应以上两种现有技术，其缺点分别是:
a、通过在吊钩上安装角度传感器或摄像头来实现对吊钩摆动角度的监控，需要额外增加检测装置，提高整车设计成本，而且由于安装位置的差异，会增大数据解析的难度；
b、根据回转马达进出油口的压力差计算侧向载荷力矩，需要增加进油口和出油口的压力传感器，额外增加成本。
【发明内容】
[0007]为了克服上述缺陷，本发明的目的是提供一种起重机吊钩摆动的监控系统及方法，在吊装作业过程中对吊钩摆动系统相关的数据实时监控，当吊钩摆角或臂架所受侧向力较大时进行智能报警提醒，同时对操作输入信号智能评价，当操作者操作过快时进行智能提醒，指导操作者安全作业，从而提高起重机作业的效率、安全性能及智能化水平。
[0008]为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是:一种起重机吊钩摆动的监控方法，其特征在于:控制器实时读取回转编码器检测的回转角度信号，计算出当前回转速度及加速度，结合当前车身姿态参数计算出吊钩摆动角度、摆动幅度;通过绳长传感器检测吊臂绳长，通过力矩限制器检测吊重量信息，并发送给控制器;当前车身姿态参数包括吊臂幅度Ra，吊臂绳长L，吊臂回转角度Rw;
控制器通过读取吊重量信息、吊臂绳长，结合吊钩摆动角度，实时计算出吊钩摆动引起的臂架侧向载荷力，并发送给显示器进行显示，使操作人员对吊钩摆动系统的数据进行实时监控。
[0009]控制器将计算出的吊钩摆动角度、臂架侧向载荷力分别与预设报警阈值作比较，若实际吊钩摆动角度接近报警阈值时，向显示器发送摆角过大报警信号，显示器接收到报警信号后在人机界面上进行光学报警，并提醒操作人员减速操作;若臂架侧向载荷力接近报警阈值时，显示器进行臂架侧向拉力过大光学报警，并提醒操作人员停止当前动作。
[0010]控制器实时读取操纵手柄操作信号，通过智能评价模块对操纵手柄操作信号进行分析判断，输出以下两种结果:操作速度正常和操作速度过快;结合吊钩摆动角度及臂架侧向载荷力信息综合判断，若手柄的操作有使吊钩摆动角度增大或使臂架侧向载荷力增大的趋势时，向显示器发送报警信号，提醒操作人员减速操作。智能评价模块根据操纵手柄的操作速度及方向识别操作者的操作意图，智能判断此操作是否会使吊钩摆角增大或使臂架侧向受力增大，若是，则输出操作速度过快的光学预警，并提醒操作者减速操作;若不是，则输出操作速度正常提示或不提示。
[0011]对操纵手柄的控制采用操作手柄AD值J、操作速度V的车辆操作参数;控制器实时计算手柄操作速度:V = f(J，t);并将操作速度与预设报警阈值比较，超过阈值时将报警信号发送给显示器进行“手柄操作速度过快”预警提示，否则，提示“手柄操作速度正常”。操作手柄AD值J为操纵手柄推动多少的物理量，t为操纵时间。
[0012]一种起重机吊钩摆动的监控系统，由车载控制单元和人机交互单元组成，其特征在于:车载控制单元包括车载控制器、力矩限制器、回转编码器、绳长传感器、手柄，人机交互单元包括显示器；吊钩摆动角度和幅度、臂架侧向载荷力的计算由车身控制器完成，车载控制器分别与力矩限制器、回转编码器、绳长传感器、操纵手柄、显示器均相连。控制器实时读取回转编码器检测的回转角度信号，计算出当前回转速度及加速度，结合当前车身姿态参数计算出吊钩摆动角度、摆动幅度;通过绳长传感器检测吊臂绳长，通过力矩限制器检测吊重量信息，并发送给控制器；当前车身姿态参数包括吊臂幅度Ra，吊臂绳长L，吊臂回转角度Rw ；
控制器通过读取吊重量信息、吊臂绳长，结合吊钩摆动角度，实时计算出吊钩摆动引起的臂架侧向载荷力，并发送给显示器进行显示，使操作人员对吊钩摆动系统的数据进行实时监控。
[0013]控制器将计算出的吊钩摆动角度、臂架侧向载荷力分别与预设报警阈值作比较，若实际吊钩摆动角度接近报警阈值时，向显示器发送摆角过大报警信号，显示器接收到报警信号后在人机界面上进行光学报警，并提醒操作人员减速操作;若臂架侧向载荷力接近报警阈值时，显示器进行臂架侧向拉力过大光学报警，并提醒操作人员停止当前动作。
[0014]本发明的技术关键点在于:
1.可由操作人员手动选择是否激活吊钩摆动系统的监控功能； 2.对吊钩摆角、臂架侧向受力数据运用三色图形块进行监控，降低操作人员的认知难度；
3.对手柄操作信号进行智能评价，判断操作速度过快时在人机界面上进行提醒。
[0015]相对于现有技术，本发明主要有以下优点:
1.通过现有的控制器、力矩限制器、显示器及车身传感器，可实现对吊钩摆动系统的监控，成本低，便于实现；
2.吊装作业过程中，吊钩摆动角度过大或臂架侧向受力过大时操作人员可通过观察人机界面上的报警提醒，及时进行稳钩操作或减速操作，延长结构件的寿命，提高起重机作业的安全性能；
3.通过对手柄操作速度快慢的评价与提醒，操作人员可以及时修正操作速度，提前抑制吊钩摆动现象的加剧，减少稳钩及消摆的时间，提高起重机的转运效率及智能化水平。
【附图说明】
[0016]图1系统硬件组成图；
图2信息处理流程图；
图3吊钩摆动监控界面示意图；
图4和图5为吊钩摆动监控系统的相应参数示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0018]本方案系统由车载控制单元和人机交互单元组成，其中车载控制单元包括控制器、力矩限制器，人机交互单元包括显示器，各设备之间通过CAN总线连接。系统框图如图1所示，其中I为车载控制单元，2为人机交互单元。
[0019]1.吊钩摆动系统数据的计算与监控
控制器14实时读取回转编码器13检测的回转角度信号，计算出当前回转速度及加速度，结合当前车身姿态参数计算出吊钩摆动角度、幅度，通过CAN总线发送给显示器21，显示器将吊钩摆动角度、幅度在人机界面上进行显示；
控制器通过读取力矩限制器11发送的吊重量信息和绳长传感器15采集的吊臂绳长信息，结合上述计算的吊钩摆动角度，实时计算出吊钩摆动引起的臂架侧向载荷力，并通过CAN总线发送给显示器进行显示，使操作人员对吊钩摆动系统的数据进行实时监控；
2.吊钩摆动角度过大或臂架侧向受力过大报警
控制器将计算出的吊钩摆动角度、臂架侧向载荷力分别与预设报警阈值作比较，若实际吊钩摆动角度接近报警阈值时，向显示器发送摆角过大报警信号，显示器接收到报警信号后在人机界面上进行光学报警，并提醒操作人员减速操作;若臂架侧向载荷力接近报警阈值时，显示器进行臂架侧向拉力过大光学报警，并提醒操作人员停止当前动作。
[0020]3.手柄操作智能评价
控制器实时读取操纵手柄12操作信号，通过智能评价模块对操作信号进行分析判断，输出以下两种结果:操作速度正常和操作速度过快。结合上述计算出的吊钩摆动角度及臂架侧向受力信息综合判断，若操纵手柄12的操作有使吊钩摆动角度增大或使臂架侧向受力增大的趋势时，向显示器发送报警信号，提醒操作人员减速操作。
[0021]本发明的信息处理流程及报警方法如图2所示。
[0022]见图4和图5，车身姿态参数:吊臂幅度Ra，吊臂绳长L，吊臂回转角度Rw;绳长是指吊钩滑轮组中心到臂头滑轮组中心的距离。吊臂幅度Ra指臂头在地面的投影点到车辆回转中心的距离。吊臂回转角度是指臂架在地面上的垂直投影与车头方向的夹角；
车辆载荷参数:吊重量T，臂架侧向载荷力F;
车辆操作参数:操作手柄AD值J，操作速度V ；
吊钩摆动系统相关参数:吊钩摆动角度α，吊钩摆动幅度Rh;吊钩摆动角度α是指吊钩与臂头连成的直线与臂头到地面的垂线的夹角。吊钩摆动幅度Rh是吊钩距离臂头到地面垂线的水平距离。若吊臂绳长为L，吊钩摆动角度为α，吊钩摆动幅度为Rh，则三者之间的关系为:Rh = L.Sina0
[0023]时间参数:时间t 吊钩摆动数据的计算:
吊钩摆动角度:a = f(Ra，L，Rw，t);
吊钩摆动幅度:Rh = f(a，L);
臂架侧向载荷力:F = f(T，L，a);
吊钩摆动数据的监控与预警:
车载控制器将计算出的上述参数发送给显示器，在显示器界面上显示；
车载控制器或显示器将吊钩摆动角度α、臂架侧向载荷力的当前值和预设报警阈值相比较，若超出阈值则在显示器中进行预警并提示用户减速操作手柄操作速度提醒与预警:
车载控制器实时计算手柄操作速度:V = f(J，t);并将操作速度与预设报警阈值比较，超过阈值时将报警信号发送给显示器进行“手柄操作速度过快”预警提示，否则，提示“手柄操作速度正常”
系统监控界面示意图如下图3所示:其中，吊钩摆动角度和臂架侧向载荷力数据使用绿、黄、红三色图形块显示，绿色代表安全，黄色代表提醒操作人员谨慎操作，红色代表数值较大，处于危险状况。
[0024]本技术方案中对吊钩摆动角度、臂架侧向载荷力值的判断以及对手柄操作速度的判断是在控制器中进行的，也可以在显示器中进行处理。
[0025]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。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。
【主权项】
1.一种起重机吊钩摆动的监控方法，其特征在于:控制器实时读取回转编码器检测的回转角度信号，计算出当前回转速度及加速度，结合当前车身姿态参数计算出吊钩摆动角度、摆动幅度;通过绳长传感器检测吊臂绳长，通过力矩限制器检测吊重量信息，并发送给控制器;当前车身姿态参数包括吊臂幅度Ra，吊臂绳长L，吊臂回转角度Rw; 控制器通过读取吊重量信息、吊臂绳长，结合吊钩摆动角度，实时计算出吊钩摆动引起的臂架侧向载荷力，并发送给显示器进行显示，使操作人员对吊钩摆动系统的数据进行实时监控。2.根据权利要求1所述的一种起重机吊钩摆动的监控方法，其特征在于:控制器将计算出的吊钩摆动角度、臂架侧向载荷力分别与预设报警阈值作比较，若实际吊钩摆动角度接近报警阈值时，向显示器发送摆角过大报警信号，显示器接收到报警信号后在人机界面上进行光学报警，并提醒操作人员减速操作;若臂架侧向载荷力接近报警阈值时，显示器进行臂架侧向拉力过大光学报警，并提醒操作人员停止当前动作。3.根据权利要求2所述的一种起重机吊钩摆动的监控方法，其特征在于:控制器实时读取操纵手柄操作信号，通过智能评价模块对操纵手柄操作信号进行分析判断，输出以下两种结果:操作速度正常和操作速度过快;结合吊钩摆动角度及臂架侧向载荷力信息综合判断，若手柄的操作有使吊钩摆动角度增大或使臂架侧向载荷力增大的趋势时，向显示器发送报警信号，提醒操作人员减速操作。4.根据权利要求2所述的一种起重机吊钩摆动的监控方法，其特征在于:对操纵手柄的控制采用操作手柄AD值J、操作速度V的车辆操作参数;控制器实时计算手柄操作速度:V=f(J，t);并将操作速度与预设报警阈值比较，超过阈值时将报警信号发送给显示器进行“手柄操作速度过快”预警提示，否则，提示“手柄操作速度正常”。5.—种起重机吊钩摆动的监控系统，由车载控制单元和人机交互单元组成，其特征在于:车载控制单元包括车载控制器、力矩限制器、回转编码器、绳长传感器、手柄，人机交互单元包括显示器；吊钩摆动角度和幅度、臂架侧向载荷力的计算由车身控制器完成，车载控制器分别与力矩限制器、回转编码器、绳长传感器、操纵手柄、显示器均相连。6.根据权利要求5所述的一种起重机吊钩摆动的监控系统，其特征在于:控制器实时读取回转编码器检测的回转角度信号，计算出当前回转速度及加速度，结合当前车身姿态参数计算出吊钩摆动角度、摆动幅度;通过绳长传感器检测吊臂绳长，通过力矩限制器检测吊重量信息，并发送给控制器;当前车身姿态参数包括吊臂幅度Ra，吊臂绳长L，吊臂回转角度Rw; 控制器通过读取吊重量信息、吊臂绳长，结合吊钩摆动角度，实时计算出吊钩摆动引起的臂架侧向载荷力，并发送给显示器进行显示，使操作人员对吊钩摆动系统的数据进行实时监控。7.根据权利要求5所述的一种起重机吊钩摆动的监控系统，其特征在于:控制器将计算出的吊钩摆动角度、臂架侧向载荷力分别与预设报警阈值作比较，若实际吊钩摆动角度接近报警阈值时，向显示器发送摆角过大报警信号，显示器接收到报警信号后在人机界面上进行光学报警，并提醒操作人员减速操作;若臂架侧向载荷力接近报警阈值时，显示器进行臂架侧向拉力过大光学报警，并提醒操作人员停止当前动作。
【文档编号】B66C23/86GK106006417SQ201610679199
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月17日
【发明人】单增海, 张程, 朱长建, 时鲲鹏, 杨艳, 陈伟
【申请人】徐州重型机械有限公司