器10,与所述起重机的起升机构100连接；
[0038] 力反馈控制器11，与所述称重传感器10连接；
[0039] 操纵杆12,与所述力反馈控制器11连接；
[0040] 其中，所述称重传感器10用于获取所述起升机构100所要移动的货物的重量信 号，并将所述重量信号转换为第一信号；所述力反馈控制器11用于接收所述第一信号，并 基于第一转换方式将所述第一信号转换为所述起重机的操作员能够识别的反馈作用力，以 及通过所述反馈作用力驱动所述操纵杆12,以使所述操作员能够在手持所述操纵杆12时 感知所述货物的重量。
[0041] 在具体实施过程中，请继续参考图1，所述力反馈控制器11，具体包括：
[0042] 与所述称重传感器10连接的控制装置111，用于接收所述第一信号，并基于所述 第一转换方式将所述第一信号转换为与所述第一信号不同的第二信号；
[0043] 与所述控制装置111连接的力反馈装置112,用于接收所述第二信号，并基于所述 第二信号生成所述反馈作用力。
[0044] 进一步，所述控制装置111具体包括：
[0045] 与所述称重传感器10连接的侦测模块111-1，用于接收所述第一信号；
[0046] 分别与所述侦测模块111-1和所述力反馈装置112连接的控制模块111-2,用于将 所述第一信号转化为所述第二信号，并控制所述力反馈装置112将所述第二信号转换为所 述反馈作用力。
[0047] 在实际吊装过程中，称重传感器10直接或间接与起重货物相连，具体的，称重传 感器10设置在起重机的吊钩上，并能够在吊起货物的过程中与起重货物直接接触，或设置 在起重机的铁索上，并能够通过检测起重货物给铁索施加的作用力，从而获取起重货物的 重力大小。
[0048] 当起重机开始吊装工作时，称重传感器10采集获取起重货物的重量信号，将重量 信号转换成可测量的第一信号，具体可以为电信号，包括：电流信号或者电压信号，当然也 可为电磁信号等，并将第一信号发送至力反馈控制器11，力反馈控制器11接收所述第一信 号，将其以一定的对应关系（即第一转换方式）转换成第二信号，并基于第二信号产生反馈 作用力来驱动与反馈控制器11相连的操纵杆12,操纵杆12上的反馈作用力能够直接被起 重机操作员感受到。
[0049] 例如，当起重机吊装一质量为1吨（重力为9800牛顿）的货物时，称重传感器10 获得该货物的质量值或重力值。具体的，在称重传感器10中设置有一力传感器，能够在外 力的作用下产生重量信号（具体为电压信号或电流信号），在本实施例中，将9800牛顿的 转换为30V电压信号；力反馈控制器11中设置有一变压器（设定其电压比为40)，将30V 的输入电压信号转换为〇. 75V的输出电压信号，力反馈控制器11中还设置有电压传感器将 〇· 75V的输出电压信号转换为245牛顿（即25千克货物的重力大小）的反馈作用力，进而 来驱动所述操纵杆12。也就是说，在操作员操控起重机吊装1吨的货物时，操作员能够通 过握持操纵杆12感知到25千克的货物重量。这里考虑到人体能够承受的最大安全电压值 为36V，在本实施例中设定中间过程涉及到的转换电压信号大小均为36V以内，同理，若中 间过程中涉及电流信号，也应是人体能够承受的安全电流，并且在力反馈控制器11中对应 设置有电流传感器能够将电流信号转换为作用力；当然，在实际应用中，如果起重设备的安 全措施较好，中间过程涉及的电压信号或电流信号也可分别大于安全电压或安全电流，这 里不做具体限定。另外，在本实施例中涉及到的数值只为解释本方案，并不对本方案进行限 定。
[0050] 在具体实施过程中，为了使得操作员能够根据反馈作用力的大小判断出起重货物 的轻重，并控制起重机采取合适的力度和速度移动货物，所述货物的重力与所述反馈作用 力成正比关系。即当起重货物较重时，操作员能够根据操纵杆12上感受到较大的反馈作用 力，当起重货物较轻时，操作员能够感受到较小的反馈力。
[0051] 例如，起重机能够吊起的最大货物重量为1吨（相当于9800牛顿），其转换为操作 员能够感受到的反馈力为25千克（相当于245牛顿），也就是说，货物实际重量是力反馈重 量的40倍。1吨是人类无法承受的重量，但是通过力反馈系统处理后，反馈给操作员的是其 能够承受和感知的力，那么只要起重机吊起的起重货物重量在1吨内，当货物重量较大时， 操作员能够通过操纵杆12感受到较大的作用力，并向操纵杆12施加较大的反作用力，来操 控起重机提升起重货物，通常操作员向操纵杆12施加的操控作用力要稍大于所述反馈作 用力，才能控制起升机构20提起货物，其工作原理与我们在日常生活中通过手臂提起负载 的原理是相同的；相对的，操作员向操纵杆12施加克服反馈力的反作用力（即操作员施加 于操纵杆12的操控作用力）时，操纵杆12将操控作用力传递到力反馈装置11，力反馈装置 11将所述操控作用力转换为第三信号，并传递给控制装置111，控制装置111以与第一转换 方式相逆（即对应关系相同，但是转换相反）的第二转换方式将第三信号转换为第四信号， 并以第四信号驱动起重机的起升机构100吊起（或放下）起重货物。
[0052] 具体的，仍以起重货物为1吨为例，当操作员向操纵杆12施加245牛顿操控作用 力时，力反馈控制器11的控制装置111中设置有与称重传感器10中相同工作原理的力传 感器，将245牛顿操控作用力转换为0. 75V的电压信号；另外，在控制装置111中还设置有 电压比为40的变压器以及电压传感器，其中，变压器能够将0. 75V的输入电压信号转换为 30V的输出电压信号，并通过电压传感器将30V的电压信号转换为9800牛顿的作用力，并以 此作用力来驱动起重机的起升机构100吊装1吨的货物。同理，操作员还可通过操作操纵 杆12来控制起重机吊装其它重量的货物。
[0053] 进一步，为了在保证吊装效率的同时确保吊装工作的安全性，当操纵杆12反馈力 较大时，操作员可以控制操作杆以较慢的速度移动货物，当操纵杆12反馈力较小时，操作 员可以控制操作杆以较快的速度移动货物。具体的，请参考表1，为起重货物的负载力大小、 对应负载力施加于操纵杆12上的反馈作用力大小、以及操作员根据反馈作用力大小控制 货物吊装的速度大小三者之间的关系表，其中，负载力与反馈作用力成正比关系、与吊装速 度成反比关系。
[0054] 表 1
[0055]
【主权项】
1. 一种起重机力反馈系统，其特征在于，所述系统包括： 称重传感器，与所述起重机的起升机构连接； 力反馈控制器，与所述称重传感器连接； 操纵杆，与所述力反馈控制器连接； 其中，所述称重传感器用于获取所述起升机构所要移动的货物的重量信号，并将所述 重量信号转换为第一信号；所述力反馈控制器用于接收所述第一信号，并基于第一转换方 式将所述第一信号转换为所述起重机的操作员能够识别的反馈作用力，以及通过所述反馈 作用力驱动所述操纵杆，以使所述操作员能够在手持所述操纵杆时感知所述货物的重量。
2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述力反馈控制器，具体包括： 与所述称重传感器连接的控制装置，用于接收所述第一信号，并基于所述第一转换方 式将所述第一信号转换为与所述第一信号不同的第二信号； 与所述控制装置连接的力反馈装置，用于接收所述第二信号，并基于所述第二信号生 成所述反馈作用力。
3. 如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制装置具体包括： 与所述称重传感器连接的侦测模块，用于接收所述第一信号； 分别与所述侦测模块和所述力反馈装置连接的控制模块，用于基于所述第一转换方式 将所述第一信号转化为所述第二信号，并控制所述力反馈装置将所述第二信号转换为所述 反馈作用力。
4. 如权利要求1~3任一权项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括： 分别与所述力反馈控制器和所述操纵杆连接的档位调节装置，用于提供多种档位，并 根据操作员对档位的选择指令控制所述力反馈控制器向所述操纵杆施加相应档位的反馈 作用力。
5. 如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括： 与所述操纵杆连接的检测装置，用于检测操作员在所述操纵杆上施加的操控作用力， 并将所述操控作用力转换为第三信号输出至所述力反馈控制器，以使所述力反馈控制器将 所述第三信号转换为用于提升货物的提升作用力或者将施加于所述操纵杆的反馈作用力 清零。
6. 如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述货物的重力与所述反馈作用力成正比 关系。
【专利摘要】本发明公开了一种起重机力反馈系统，用于解决现有技术中起重机易操作性差，起重工作效率和安全性较低的技术问题，所述系统包括：称重传感器，与所述起重机的起升机构连接；力反馈控制器，与所述称重传感器连接；操纵杆，与所述力反馈控制器连接；其中，所述称重传感器用于获取所述起升机构所要移动的货物的重量信号，并将所述重量信号转换为第一信号；所述力反馈控制器用于接收所述第一信号，并基于第一转换方式将所述第一信号转换为所述起重机的操作员能够识别的反馈作用力，以及通过所述反馈作用力驱动所述操纵杆，以使所述操作员能够在手持所述操纵杆时感知所述货物的重量。
【IPC分类】B66C13-56, B66C15-00
【公开号】CN104627840
【申请号】CN201510013037
【发明人】李朝, 张伟
【申请人】深圳市正弦电气股份有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月9日