专利名称：一种起重机遥控系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种起重机控制技术，尤其涉及一种起重机遥控系统及其控制方法。
背景技术：
物料搬运在整个国民经济中起着十分重要的作用，提高起重运输机械的生产效率，确保运行的安全性、可靠性，提高自动化水平，降低物料搬运成本是非常重要的。现有起重机遥控器的操作者工作时首先要分辨出吊件的目标方位和起重机机构的相对位置关系，再在自己的头脑中解析对应出摇杆方向或按键，需要专门的操作人员，且效率低、容易误判出错；尤其对于使用频繁和工作量很大的起重机或方向性不强的核环吊设备，使操作者的劳动强度增大，更增加了误操作的可能性，国内外每年都发生大量因误操作造成的起重机设备损坏甚至机械事故。中国专利CN200820042427.8公开了《一种基于陀螺仪的空间遥控器》，该空间遥控器只是把遥控器基于感知轴方向上的位置信息通过光标反应在屏幕上，实现屏幕光标的移动、定位和选择，类似于空间鼠标，仅适用于对电脑、电视机等的显示终端进行控制，无法实现根据遥控器和受控对象的姿态信息自动解析方向控制指令，因此该遥控器无法对起重机实现所指即所行的方向控制。中国专利CN201110096680.8公开了《一种电动滑板车陀螺仪遥控器》，该遥控器内置陀螺仪，以倾斜角度控制滑板车前进、后退、刹车、转向、速度，受控滑板车上不安装姿态检测装置，无法实现根据遥控器和受控对象的姿态信息自动解析方向控制指令，操作者要分辨滑板车的行进方向后再进行操作，因此无法对受控装置实现所指即所行。中国专利CN201110329178.7公开了《整合式遥控器》，该遥控器的第一种工作模式是根据三轴加速度传感器、陀螺仪感应的遥控器的移动速度、方向参数产生相应的控制信号控制受控装置，没有对受控装置进行姿态检测，无法实现根据遥控器和受控对象的姿态信息自动解析方向控制指令，因此该遥控器无法对起重机实现所指即所行的方向控制。因此开发一种能减轻操作者劳动强度的起重机智能遥控系统成为亟待解决的技术难题。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能根据遥控器和受控对象的姿态信息自动解析方向控制指令，即可控制起重机按照所指方向以给定速度运行的起重机遥控系统及其控制方法。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:一种起重机遥控系统,包括本机遥控单元和手持遥控单元；所述的手持遥控单元包括微控制器、速度信号给定单元、手持遥控单元姿态检测装置和手持遥控单元无线收发装置，所述的微控制器分别与速度信号给定单元、手持遥控单元姿态检测装置和手持遥控单元无线收发装置连接 ；所述的本机遥控单元包括本机姿态检测装置和本机无线收发装置，所述的本机遥控单元安装在起重机大车的机构上；所述的本机姿态检测装置的输出端与本机无线收发装置连接，所述的本机无线收发装置与本机控制器连接；所述的手持遥控单元无线收发装置通过无线网络与本机无线收发装置连接；所述的手持遥控单元姿态检测装置包括微机电传感器陀螺仪、加速度计和磁强计，所述的微机电传感器陀螺仪、加速度计和磁强计分别通过IC总线与微控制器进行通信；所述的微机电传感器陀螺仪用于获取手持遥控单元的实时姿态信息，通过对微机电传感器陀螺仪的角速度数据进行姿态解算得到手持遥控单元的姿态角:航向角Ψ、滚转角Y和俯仰角Θ，手持遥控单元的航向角Ψ用于指示起重机吊件的目标方向，手持遥控单元的滚转角Y用于控制小车的运行方向，手持遥控单元的俯仰角Θ用于指示吊件的垂直升降方向，同理，通过本机姿态检测装置可获得大车的姿态信息。一种起重机遥控系统的控制方法，包括以下步骤:A、手持遥控单元姿态检测装置将检测到的手持遥控单元上的微机电传感器输出的数据通过手持遥控单元无线收发装置传给微控制器；B、本机姿态检 测装置将检测到的大车上的微机电传感器输出的数据通过本机无线收发装置和手持遥控单元无线收发装置传给微控制器；C、微控制器根据手持遥控单元和大车上的微机电传感器输出数据进行姿态解算得到手持遥控单元的姿态角:航向角Ψ、滚转角Y、俯仰角Θ和大车的姿态角:航向角Ψ、滚转角Y、俯仰角Θ ；D、微控制器将手持遥控单元航向角V与大车航向角Ψ进行比较，得到大车与手持遥控单元所指目标方向的偏差航向角，再根据小车在大车上的具体位置，解析出大车最优的目标方向运行控制指令；小车在大车上的具体位置由小车编码器测出；E、微控制器将大车目标方向控制指令及其行进时的速度指令通过手持遥控单元无线发送装置传送给本机无线接收装置，本机无线接收装置再把控制指令发送给本机控制器，驱动大车向目标方向运行；所述的速度指令由速度信号给定单元给出；F、同时，微控制器通过手持遥控单元的滚转角Y解析出小车在大车上的运行方向指令，行进时通过速度信号给定单元给出小车的行进速度指令，小车运行方向及其行进速度指令通过手持遥控单元无线发送装置传送给本机无线接收装置，本机无线接收装置再把控制指令发送给本机控制器，驱动小车运行使吊件运行到目标位置；G、微控制器通过手持遥控单元的俯仰角Θ解析出起重机起升机构的运行方向指令，行进时通过速度信号给定单元给出起升机构的行进速度指令，起升机构的运行方向和行进速度指令通过手持遥控单元无线发送装置传送给本机无线接收装置，本机无线接收装置再把控制指令发送给本机控制器，驱动起升机构运行调节吊件的升降方向，最终实现所指即所行的起重机控制。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:1、由于本发明的微控制器对手持遥控单元和受控对象姿态信息同时测量并进行对比分析，能够自动解析方向控制指令，实现所指即所行的起重机吊件目标方向控制。2、由于本发明能自动解析手持遥控单元和受控对象的姿态信息进行控制，减少了手持遥控单元的按键数量，操作简单，不需要专业的操作人员。3、本发明的自动解析功能对于使用频繁、工作量较大的起重机或方向性不强的核环吊设备，减小了操作者的劳动强度，减少了误操作，提高了生产效率。4、本发明采用微机电传感器陀螺仪进行实时姿态检测，加速度计与磁强计进行误差修正，提高了检测精度，确保了遥控系统的可靠性和稳定性。5、本发明在同行业内属于填补空白项目，技术含量很高，针对起重机尤其是核环吊很具有市场潜力。
本发明共有附图3张，其中:图1是起重机智能遥控系统结构图。图2是姿态检测装置检测原理。图3是核环吊结构示意图。图中:1、微控制器，2、速度信号给定单元，3、手持遥控单元姿态检测装置，4、手持遥控单元无线收发装置，5、本机姿态检测装置，6、本机无线收发装置，7、环行轨道，8、大车，
9、小车。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1所示,一种起重机遥控系统,包括本机遥控单元和手持遥控单元；所述的手持遥控单元包括微控制器1、速度 信号给定单元2、手持遥控单元姿态检测装置3和手持遥控单元无线收发装置4，所述的微控制器I分别与速度信号给定单元2、手持遥控单元姿态检测装置3和手持遥控单元无线收发装置4连接；所述的本机遥控单元包括本机姿态检测装置5和本机无线收发装置6，所述的本机遥控单元安装在核环吊大车8的机构上；所述的本机姿态检测装置5的输出端与本机无线收发装置6连接，所述的本机无线收发装置6与本机控制器连接；所述的手持遥控单元无线收发装置4通过无线网络与本机无线收发装置6连接；如图2所示，所述的手持遥控单元姿态检测装置3包括微机电传感器陀螺仪、加速度计和磁强计，所述的微机电传感器陀螺仪、加速度计和磁强计分别通过I2C总线与微控制器I进行通信；所述的微机电传感器陀螺仪用于获取手持遥控单元的实时姿态信息，通过对微机电传感器陀螺仪的角速度数据进行姿态解算得到手持遥控单元的姿态角:航向角V1、滚转角^和俯仰角Q1，手持遥控单元的航向角Ψι用于指示起重机吊件的目标方向，手持遥控单元的滚转角Y1用于控制小车9的运行方向，手持遥控单元的俯仰角Q1用于指示吊件的垂直升降方向。在姿态检测过程中，由于陀螺仪自身的固有特性、温度及积分过程的影响，它会随着工作时间的延长产生漂移误差，而加速度计与磁强计因其静态性能比较优越，所以用来对陀螺仪姿态计算过程中的误差进行修正，可提高姿态信息精度。同理，通过本机姿态检测装置5可获得大车8的姿态信息。如图1-3所示，一种核环吊遥控系统的控制方法，包括以下步骤:Α、手持遥控单元姿态检测装置3将检测到的手持遥控单元上的微机电传感器输出的数据通过手持遥控单元无线收发装置4传给微控制器I ;B、本机姿态检测装置5将检测到的大车8上的微机电传感器输出的数据通过本机无线收发装置6和手持遥控单元无线收发装置4传给微控制器I ;C、以环形轨道7的中心为原点O，正东向为X轴，正北向为Y轴，垂直地面向下为Z轴的地理坐标系为参考坐标系，载体坐标系分别以载体手持遥控单元或大车8重心为原点O，载体的正右向为X轴，载体的正前向为I轴，z轴垂直于oxy平面向下,载体坐标系相对于地理坐标系的角度为载体的姿态角；微控制器I根据手持遥控单元和大车8上的微机电传感器输出数据进行姿态解算得到手持遥控单元的姿态角:航向角V1、滚转角Y1、俯仰角Q1和大车8的姿态角:航向角Ψ2、滚转角Y2、俯仰角θ2;D、微控制器I将手持遥控单元航向角V1与大车8航向角￥2进行比较,得到大车8与手持遥控单元所指目标方向的偏差航向角V1-V2，根据偏差航向角的正负及小车9在大车8的正前向还是相反方向的位置关系判断大车的运行方向，解析出大车8最优的目标方向运行控制指令；小车9在大车8上的具体位置由小车编码器测出；Ε、微控制器I将大车8目标方向控制指令及其行进时的速度指令通过手持遥控单元无线发送装置4传送给本机无线接收装置6，本机无线接收装置6再把控制指令发送给本机控制器，驱动大车8向目标方向运行；所述的速度指令由速度信号给定单元2给出；F、同时，微控制器I通过手持遥控单元的滚转角Y !解析出小车9在大车8上的运行方向指令，行进时通过速度信号给定单元2给出小车9的行进速度指令，小车9运行方向及其行进速度指令通过手持遥控单元无线发送装置4传送给本机无线接收装置6，本机无线接收装置6再把控制指令发送给本机控制器，驱动小车9运行使吊件运行到目标位置；G、微控制器I通过手持遥控单元的俯仰角Θ i解析出起重机起升机构的运行方向指令，行进时通过速度信号给定单元2给出起升机构的行进速度指令，起升机构的运行方向和行进速度指令通过手持遥控单元无线发送装置4传送给本机无线接收装置6，本机无线接收装置6再把控制指令发送给本机控制器，驱动起升机构运行调节吊件的升降方向，最终实现所指即所行的起 重机控制。
权利要求
1.一种起重机遥控系统，其特征在于:包括本机遥控单元和手持遥控单元；所述的手持遥控单元包括微控制器(I)、速度信号给定单元(2)、手持遥控单元姿态检测装置(3)和手持遥控单元无线收发装置(4)，所述的微控制器(I)分别与速度信号给定单元(2)、手持遥控单元姿态检测装置(3)和手持遥控单元无线收发装置(4)连接；所述的本机遥控单元包括本机姿态检测装置(5)和本机无线收发装置(6)，所述的本机遥控单元安装在起重机大车(8)的机构上；所述的本机姿态检测装置(5)的输出端与本机无线收发装置(6)连接，所述的本机无线收发装置(6)与本机控制器连接；所述的手持遥控单元无线收发装置(4)通过无线网络与本机无线收发装置(6)连接； 所述的手持遥控单元姿态检测装置(3)包括微机电传感器陀螺仪、加速度计和磁强计，所述的微机电传感器陀螺仪、加速度计和磁强计分别通过I2C总线与微控制器(I)进行通信；所述的微机电传感器陀螺仪用于获取手持遥控单元的实时姿态信息，通过对微机电传感器陀螺仪的角速度数据进行姿态解算得到手持遥控单元的姿态角:航向角V1、滚转角^和俯仰角Q1，手持遥控单元的航向角F1用于指示起重机吊件的目标方向，手持遥控单元的滚转角Y1用于控制小车(9)的运行方向，手持遥控单元的俯仰角91用于指示吊件的垂直升降方向，同理，通过本机姿态检测装置(5 )可获得大车(8 )的姿态信息。
2.一种如权利要求所述的起重机遥控系统的控制方法，其特征在于:包括以下步骤: Α、手持遥控单元姿态检测装置(3 )将检测到的手持遥控单元上的微机电传感器输出的数据通过手持遥控单元无线收发装置(4)传给微控制器(I)； B、本机姿态检测装置(5)将检测到的大车(8)上的微机电传感器输出的数据通过本机无线收发装置(6)和手持遥控单元无线收发装置(4)传给微控制器(I)； C、微控制器(I)根据 手持遥控单元和大车(8)上的微机电传感器输出数据进行姿态解算得到手持遥控单元的姿态角:航向角V1、滚转角Y1、俯仰角Q1和大车(8)的姿态角:航向角Ψ2、滚转角Y2、俯仰角θ2; D、微控制器(I)将手持遥控单元航向角V1与大车(8)航向角￥2进行比较，得到大车(8)与手持遥控单元所指目标方向的偏差航向角，再根据小车(9)在大车(8)上的具体位置，解析出大车(8)最优的目标方向运行控制指令；小车(9)在大车(8)上的具体位置由小车编码器测出； E、微控制器(I)将大车(8)目标方向控制指令及其行进时的速度指令通过手持遥控单元无线发送装置(4 )传送给本机无线接收装置(6 )，本机无线接收装置(6 )再把控制指令发送给本机控制器，驱动大车(8)向目标方向运行；所述的速度指令由速度信号给定单元(2)给出； F、同时，微控制器(I)通过手持遥控单元的滚转角Yi解析出小车(9 )在大车(8 )上的运行方向指令，行进时通过速度信号给定单元(2)给出小车(9)的行进速度指令，小车(9)运行方向及其行进速度指令通过手持遥控单元无线发送装置(4)传送给本机无线接收装置(6)，本机无线接收装置(6)再把控制指令发送给本机控制器，驱动小车(9)运行使吊件运行到目标位置； G、微控制器(I)通过手持遥控单元的俯仰角Θi解析出起重机起升机构的运行方向指令，行进时通过速度信号给定单元(2 )给出起升机构的行进速度指令，起升机构的运行方向和行进速度指令通过手持遥控单元无线发送装置(4)传送给本机无线接收装置(6)，本机无线接收装置(6)再把控制指令发送给本机控制器，驱动起升机构运行调节吊件的升降方向，最终实现所指即所行的起·重机控制。
全文摘要
本发明公开了一种起重机遥控系统及其控制方法，所述的系统包括本机遥控单元和手持遥控单元；所述的手持遥控单元包括微控制器、速度信号给定单元、手持遥控单元姿态检测装置和手持遥控单元无线收发装置，所述的本机遥控单元包括本机姿态检测装置和本机无线收发装置；所述的手持遥控单元姿态检测装置包括微机电传感器陀螺仪、加速度计和磁强计。由于本发明的微控制器对手持遥控单元和受控对象姿态信息同时测量并进行对比分析，能够自动解析方向控制指令，实现所指即所行的起重机吊件目标方向控制。由于本发明能自动解析手持遥控单元和受控对象的姿态信息进行控制，减少了手持遥控单元的按键数量，操作简单，不需要专业的操作人员。
文档编号B66C13/08GK103241656SQ20131017245
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月10日 优先权日2013年5月10日
发明者白永昕, 孙凤 申请人:大连华锐重工集团股份有限公司