专利名称：一种确定起重机吊钩位置的测量方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明属于一种测量方法，具体地说是涉及一种测量起重机吊钩所在位置的方 法，并涉及实施该测量方法所采用过的测量系统。
背景技术：
现有装填起重机中仅能靠手工操作实现机械化装填，无法实现起吊载荷全自动装 填，装填速度受到严重影响。所以，精确确定起吊载荷的位置是实现全自动装卸的关键。而在现有的精确测量 中，往往需要测量出大量的参数。如图1所示，起重机的起重臂一般包括回转台、折叠臂和 伸缩臂。所以在实施精确测量吊钩位置时，一般需要的参数包括①起重臂的工作幅度R ； ②吊钩高度，即吊高H ；③钢丝绳长度h ；④伸缩臂长度L ；⑤伸缩臂的长度变化值AL ；⑥折 叠臂的测量幅角α ；⑦回转台的回转角度，即方位角θ等等。同时由于折叠油缸的工况诸 多，每一个工况都需要上述的诸多参数，这更加大了测量参数的复杂性和冗余性。在这种情 况下，就需要在给定的空间内设置繁多的测量机构和传感器，但是狭小的贮存空间是不允 许布置太多测量机构的。另外，如此多的测量参数，造成了后台控制系统中传递函数的复杂 化，增加了运算量，降低了运算速度；同时由于在测量每个参数时均会引入误差，这也大大 降低了系统的测量精度和可靠性。因此，如何减少自由度、降低测量传感器数量是测量系统 所要解决的主要技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是确定起重机吊钩位置时需要测量大量参数而导致的 系统复杂性问题，提供一种测量参数少、测量精度高的确定起重机吊钩位置的测量方法，并 提供实施该方法所涉及的测量系统。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案本发明中的测量方法包括以下步骤①装填作业时，折叠油缸只取一个工况，在折叠油缸活塞杆伸至最远后使之锁定 不动，最终使折叠臂、折叠油缸和伸缩臂三者构成一个“刚体”；②以折叠臂和回转台的铰点中心为坐标原点0建立球坐标系，以原点0与吊钩处 定滑轮中心点C连线为坐标半径ρ ；调整伸缩臂的伸缩方向，使之与坐标半径ρ平行；该 状态为起重机起重臂的初始零状态；③在工作时，始终保证伸缩臂的伸缩方向与坐标半径P平行；同时利用传感器测 量出伸缩臂的长度变化值AL、钢丝绳的长度变化值ΔΚ折叠臂的幅角变化值△ α和回转 台的回转角度θ，即可得出起重机吊钩的位置。将获取的伸缩臂的长度变化值AL、钢丝绳的长度变化值ΔΚ折叠臂的幅角变化 值Δ α和回转台的回转角度θ均发送给后台控制系统，由后台控制系统计算得出起重机 吊钩的位置。
本发明中的确定起重机吊钩位置的测量系统包括回转台，上述的回转台与折叠臂 铰接，折叠臂与伸缩臂相连接；上述的伸缩臂与伸缩油缸相连接，且伸缩臂的末端与折叠油 缸相铰接，折叠油缸的另一端与折叠臂铰接；上述的折叠臂与变幅油缸相铰接，变幅油缸的 另一端与回转台相连接，上述折叠臂、回转台铰接点与吊钩处定滑轮中心点的连线和伸缩 臂的轴线相平行；在回转台上设置回转编码器；在折叠臂上设有旋转编码器；在伸缩臂上 设有测长仪I和测长仪II。上述的旋转编码器位于折叠臂与回转台的铰接处。上述的回转编码器、旋转编码器、测长仪I和测长仪II均与控制系统相连接。上述的回转编码器、旋转编码器均为光电编码器。采用上述技术方案的本发明，通过伸缩臂伸缩方向的设置和折叠油缸活塞杆的设 置，将吊钩的位置转换为一球坐标。这样，需要测量的参数仅包括伸缩臂的长度变化值 AL、钢丝绳的长度变化值ΔΚ折叠臂的幅角变化值Δ α和回转台的回转角度θ共四个参 数，减少了确定其位置所需测量的输入参数，从而简化了控制系统传递函数，减少了控制系 统的运算量，提高了运算速度；同时，由于自由度的减少，也降低了测量传感器的数量，从而 解决了装填起重机自动快速装卸的问题。需要指出的是，在本发明的测量方法中，四个参数 均是以变化量的形式出现的，当折叠油缸的初始工况确定了之后，只需根据四个参数的变 化值即可在球坐标系下确定出吊钩的位置，大大降低了运算的难度。
图1为传统测量起重机吊钩位置的方法原理框图；图2为本发明测量起重机吊钩位置的方法原理框图；图3为本发明中球坐标系的原理图；图4为本发明中测量系统的结构图。
具体实施例方式如图1所示，为实现准确跟踪测量起吊载荷的位置，一般来说必须确定吊钩的实 时工作幅度R、吊高H和回转台的回转角度θ。以折叠臂和回转台的铰点中心为坐标原点 0建立球坐标系，以原点0与吊钩处定滑轮中心点C连线为坐标半径P，坐标半径P与水 平面的夹角为测量幅角α，起重机储存状态为方位零角，其回转角度为方位角Θ，控制这 三个参量即可控制吊钩使之位于指定的位置正上方。而动滑轮上下移动的位移h则表示了 吊钩的高度，控制h即可控制起吊载荷的装入或吊出到位。在所要控制的这几个参量中，工作幅度R和吊高H都与坐标半径P有关，而P则 随着变量α、Z AOC、Z OAC、Z OCA和Δ L的变化而改变，如果对这五个变量都加以测量，不 但要在给定的结构空间内配置繁多的测量机构和传感器，但是狭小的贮存空间不允许布置 太多的测量机构，控制系统的传递函数计算也比较复杂，同时由于输入量多使得误差积累 增加，也降低了控制精度。因此如何减少自由度、降低测量传感器数量是测量系统所要解决 的主要技术问题。为此，如图2所示，本发明中的测量方法包括以下步骤①装填作业时，折叠油缸只取一个工况，在折叠油缸活塞杆伸至最远后使之锁定不动，最终使折叠臂、折叠油缸和伸缩臂三者构成一个“刚体”，从而使得折叠角为一固定 值，从而减少了一个变量参数Z OAC ；②以折叠臂9和回转台8的铰点中心为坐标原点0建立球坐标系，以原点0与吊 钩处定滑轮中心点C连线为坐标半径P ；通过调整折叠油缸4行程和支撑铰点位置，从而 确定伸缩臂10的伸缩方向，使之与坐标半径P平行，则角Z AOC和Z OCA均为定值，减少 了两个变量参数；将该状态设定为起重机起重臂的初始零状态；需要指出的是，初始零状 态下吊钩的位置是确定的；③在工作时，要始终保证伸缩臂的伸缩方向与坐标半径P平行，即使得坐标半径 P值仅随着伸缩臂伸缩量的变化而改变，这样确定吊钩的工作幅度R和高度H只需要测量 幅角变化值△ α和伸缩量AL两个参数即可。故，在工作时利用传感器测量出伸缩臂的长 度变化值AL、钢丝绳的长度变化值ΔΚ折叠臂的幅角变化值△ α和回转台的回转角度 θ，并将获取的四个参数值均发送给后台控制系统，由后台控制系统计算得出起重机吊钩 的位置。需要指出的是，后台控制系统根据获取的伸缩臂的长度变化值AL、钢丝绳的长度 变化值ΔΚ折叠臂的幅角变化值△ α，利用三角形余弦定理，可计算出吊钩工作幅度变化 值AR和吊高变化值ΔΗ;然后根据回转台的回转角度θ，可确定出吊钩的周向位置。由 于初始零状态下吊钩的位置是确定的，所以根据该变化值即可完成起重机的全自动装卸作 业，当然也即能确定出当前时刻吊钩的具体位置。另外，上述给出的只是后台控制系统的一种算法，当然也可以根据获取的参数值 采用其他的算法计算出吊钩的位置。如图4所示，本发明中的测量系统包括回转台8，回转台8与折叠臂9铰接，折叠 臂9与伸缩臂10相连接。另外，伸缩臂10与伸缩油缸3相连接，且伸缩臂10的末端与折 叠油缸4相铰接，折叠油缸4的另一端与折叠臂9铰接；折叠臂9与变幅油缸5相铰接，变 幅油缸5的另一端与回转台8相连接。这样，起重机的起重臂能完成各种伸缩折叠工作。为实现本发明中的测量方法，对折叠油缸4只取一个工况，在折叠油缸4活塞杆伸 至最远后使之锁定不动，最终使折叠臂9、折叠油缸4和伸缩臂10三者构成一个“刚体”，并 且，使折叠臂9、回转台8铰接点与吊钩11处定滑轮中心点的连线和伸缩臂10的轴线相平 行。在保证起重臂外形结构的情况下，在回转台8上设置回转编码器7 ；在折叠臂9上设有 旋转编码器6;在伸缩臂10上设有测长仪I 1和测长仪II 2。其中，旋转编码器6位于折 叠臂9与回转台8的铰接处为最佳的实施方式。另外，为实现起重机的远程控制，上述的回 转编码器7、旋转编码器6、测长仪I 1和测长仪II 2均与控制系统相连接，由控制系统最 终确定吊钩的位置。采取上述结构设计后，在伸缩臂10上配置两个测长仪，其中测长仪I 1实现伸缩 臂10长度变化值AL的读出，另一个测长仪II 2实现吊钩钢丝绳长度变化值Ah的读出； 在回转台上设计了授信仪，在授信仪上配置回转编码器7来实现回转角度θ的读出，它可 直接测量回转方位角度；在折叠臂9与回转台8的铰接处设置旋转编码器6，实现折叠臂的 幅角变化值△ α的读出。其中，回转编码器7和旋转编码器6采用光电编码器为最佳的实 施方式。
权利要求
一种确定起重机吊钩位置的测量方法，其特征在于，它包括以下步骤①装填作业时，折叠油缸只取一个工况，在折叠油缸活塞杆伸至最远后使之锁定不动，最终使折叠臂、折叠油缸和伸缩臂三者构成一个“刚体”；②以折叠臂和回转台的铰点中心为坐标原点O建立球坐标系，以原点O与吊钩处定滑轮中心点C连线为坐标半径ρ；调整伸缩臂的伸缩方向，使之与坐标半径ρ平行；该状态为起重机起重臂的初始零状态；③在工作时，始终保证伸缩臂的伸缩方向与坐标半径ρ平行；同时利用传感器测量出伸缩臂的长度变化值ΔL、钢丝绳的长度变化值Δh、折叠臂的幅角变化值Δα和回转台的回转角度θ，即可得出起重机吊钩的位置。
2.根据权利要求1所述的确定起重机吊钩位置的测量方法，其特征在于将获取的伸 缩臂的长度变化值AL、钢丝绳的长度变化值ΔΚ折叠臂的幅角变化值△ α和回转台的回 转角度θ均发送给后台控制系统，由后台控制系统计算得出起重机吊钩的位置。
3.一种采用权利要求1所述方法的确定起重机吊钩位置的测量系统，它包括回转台 (8)，所述的回转台⑶与折叠臂(9)铰接，折叠臂(9)与伸缩臂(10)相连接；所述的伸缩臂 (10)与伸缩油缸(3)相连接，且伸缩臂(10)的末端与折叠油缸(4)相铰接，折叠油缸(4) 的另一端与折叠臂(9)铰接；所述的折叠臂(9)与变幅油缸(5)相铰接，变幅油缸(5)的另 一端与回转台⑶相连接，其特征在于所述折叠臂(9)、回转台⑶铰接点与吊钩(11)处 定滑轮中心点的连线和伸缩臂(10)的轴线相平行；在所述的回转台(8)上设置回转编码 器(7)；在折叠臂(9)上设有旋转编码器(6)；在伸缩臂(10)上设有测长仪I(I)和测长仪 11(2)。
4.根据权利要求3所述确定起重机吊钩位置的测量系统，其特征在于所述的旋转编 码器(6)位于折叠臂(9)与回转台⑶的铰接处。
5.根据权利要求4所述确定起重机吊钩位置的测量系统，其特征在于所述的回转编 码器(7)、旋转编码器(6)、测长仪I(I)和测长仪II (2)均与控制系统相连接。
6.根据权利要求5所述确定起重机吊钩位置的测量系统，其特征在于所述的回转编 码器(7)、旋转编码器(6)均为光电编码器。
全文摘要
本发明公开了一种确定起重机吊钩位置的测量方法，它包括以下步骤①装填作业时，折叠油缸只取一个工况，在折叠油缸活塞杆伸至最远后使之锁定不动，最终使折叠臂、折叠油缸和伸缩臂三者构成一个“刚体”；②以折叠臂和回转台的铰点中心为坐标原点O建立球坐标系，以原点O与吊钩处定滑轮中心点C连线为坐标半径ρ；调整伸缩臂的伸缩方向，使之与坐标半径ρ平行；该状态为起重机起重臂的初始零状态；③在工作时，始终保证伸缩臂的伸缩方向与坐标半径ρ平行；同时利用传感器测量出伸缩臂的长度变化值ΔL、钢丝绳的长度变化值Δh、折叠臂的幅角变化值Δα和回转台的回转角度θ，即可得出起重机吊钩的位置。本发明减少了确定位置所需的参数。
文档编号G01B11/26GK101993008SQ20091006575
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月12日 优先权日2009年8月12日
发明者李文, 汪朝虹, 陶若奇 申请人:中国船舶重工集团公司第七一三研究所