專利名稱：一種確定起重機吊鉤位置的測量方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種測量方法，具體地說是涉及一種測量起重機吊鉤所在位置的方 法，并涉及實施該測量方法所采用過的測量系統(tǒng)。
背景技術：
現有裝填起重機中僅能靠手工操作實現機械化裝填，無法實現起吊載荷全自動裝 填，裝填速度受到嚴重影響。所以，精確確定起吊載荷的位置是實現全自動裝卸的關鍵。而在現有的精確測量 中，往往需要測量出大量的參數。如圖1所示，起重機的起重臂一般包括回轉臺、折疊臂和 伸縮臂。所以在實施精確測量吊鉤位置時，一般需要的參數包括①起重臂的工作幅度R ； ②吊鉤高度，即吊高H ；③鋼絲繩長度h ；④伸縮臂長度L ；⑤伸縮臂的長度變化值AL ；⑥折 疊臂的測量幅角α ；⑦回轉臺的回轉角度，即方位角θ等等。同時由于折疊油缸的工況諸 多，每一個工況都需要上述的諸多參數，這更加大了測量參數的復雜性和冗余性。在這種情 況下，就需要在給定的空間內設置繁多的測量機構和傳感器，但是狹小的貯存空間是不允 許布置太多測量機構的。另外，如此多的測量參數，造成了后臺控制系統(tǒng)中傳遞函數的復雜 化，增加了運算量，降低了運算速度；同時由于在測量每個參數時均會引入誤差，這也大大 降低了系統(tǒng)的測量精度和可靠性。因此，如何減少自由度、降低測量傳感器數量是測量系統(tǒng) 所要解決的主要技術問題。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是確定起重機吊鉤位置時需要測量大量參數而導致的 系統(tǒng)復雜性問題，提供一種測量參數少、測量精度高的確定起重機吊鉤位置的測量方法，并 提供實施該方法所涉及的測量系統(tǒng)。為實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案本發(fā)明中的測量方法包括以下步驟①裝填作業(yè)時，折疊油缸只取一個工況，在折疊油缸活塞桿伸至最遠后使之鎖定 不動，最終使折疊臂、折疊油缸和伸縮臂三者構成一個“剛體”；②以折疊臂和回轉臺的鉸點中心為坐標原點0建立球坐標系，以原點0與吊鉤處 定滑輪中心點C連線為坐標半徑ρ ；調整伸縮臂的伸縮方向，使之與坐標半徑ρ平行；該 狀態(tài)為起重機起重臂的初始零狀態(tài)；③在工作時，始終保證伸縮臂的伸縮方向與坐標半徑P平行；同時利用傳感器測 量出伸縮臂的長度變化值AL、鋼絲繩的長度變化值ΔΚ折疊臂的幅角變化值△ α和回轉 臺的回轉角度θ，即可得出起重機吊鉤的位置。將獲取的伸縮臂的長度變化值AL、鋼絲繩的長度變化值ΔΚ折疊臂的幅角變化 值Δ α和回轉臺的回轉角度θ均發(fā)送給后臺控制系統(tǒng)，由后臺控制系統(tǒng)計算得出起重機 吊鉤的位置。
本發(fā)明中的確定起重機吊鉤位置的測量系統(tǒng)包括回轉臺，上述的回轉臺與折疊臂 鉸接，折疊臂與伸縮臂相連接；上述的伸縮臂與伸縮油缸相連接，且伸縮臂的末端與折疊油 缸相鉸接，折疊油缸的另一端與折疊臂鉸接；上述的折疊臂與變幅油缸相鉸接，變幅油缸的 另一端與回轉臺相連接，上述折疊臂、回轉臺鉸接點與吊鉤處定滑輪中心點的連線和伸縮 臂的軸線相平行；在回轉臺上設置回轉編碼器；在折疊臂上設有旋轉編碼器；在伸縮臂上 設有測長儀I和測長儀II。上述的旋轉編碼器位于折疊臂與回轉臺的鉸接處。上述的回轉編碼器、旋轉編碼器、測長儀I和測長儀II均與控制系統(tǒng)相連接。上述的回轉編碼器、旋轉編碼器均為光電編碼器。采用上述技術方案的本發(fā)明，通過伸縮臂伸縮方向的設置和折疊油缸活塞桿的設 置，將吊鉤的位置轉換為一球坐標。這樣，需要測量的參數僅包括伸縮臂的長度變化值 AL、鋼絲繩的長度變化值ΔΚ折疊臂的幅角變化值Δ α和回轉臺的回轉角度θ共四個參 數，減少了確定其位置所需測量的輸入參數，從而簡化了控制系統(tǒng)傳遞函數，減少了控制系 統(tǒng)的運算量，提高了運算速度；同時，由于自由度的減少，也降低了測量傳感器的數量，從而 解決了裝填起重機自動快速裝卸的問題。需要指出的是，在本發(fā)明的測量方法中，四個參數 均是以變化量的形式出現的，當折疊油缸的初始工況確定了之后，只需根據四個參數的變 化值即可在球坐標系下確定出吊鉤的位置，大大降低了運算的難度。
圖1為傳統(tǒng)測量起重機吊鉤位置的方法原理框圖；圖2為本發(fā)明測量起重機吊鉤位置的方法原理框圖；圖3為本發(fā)明中球坐標系的原理圖；圖4為本發(fā)明中測量系統(tǒng)的結構圖。
具體實施例方式如圖1所示，為實現準確跟蹤測量起吊載荷的位置，一般來說必須確定吊鉤的實 時工作幅度R、吊高H和回轉臺的回轉角度θ。以折疊臂和回轉臺的鉸點中心為坐標原點 0建立球坐標系，以原點0與吊鉤處定滑輪中心點C連線為坐標半徑P，坐標半徑P與水 平面的夾角為測量幅角α，起重機儲存狀態(tài)為方位零角，其回轉角度為方位角Θ，控制這 三個參量即可控制吊鉤使之位于指定的位置正上方。而動滑輪上下移動的位移h則表示了 吊鉤的高度，控制h即可控制起吊載荷的裝入或吊出到位。在所要控制的這幾個參量中，工作幅度R和吊高H都與坐標半徑P有關，而P則 隨著變量α、Z AOC、Z OAC、Z OCA和Δ L的變化而改變，如果對這五個變量都加以測量，不 但要在給定的結構空間內配置繁多的測量機構和傳感器，但是狹小的貯存空間不允許布置 太多的測量機構，控制系統(tǒng)的傳遞函數計算也比較復雜，同時由于輸入量多使得誤差積累 增加，也降低了控制精度。因此如何減少自由度、降低測量傳感器數量是測量系統(tǒng)所要解決 的主要技術問題。為此，如圖2所示，本發(fā)明中的測量方法包括以下步驟①裝填作業(yè)時，折疊油缸只取一個工況，在折疊油缸活塞桿伸至最遠后使之鎖定不動，最終使折疊臂、折疊油缸和伸縮臂三者構成一個“剛體”，從而使得折疊角為一固定 值，從而減少了一個變量參數Z OAC ；②以折疊臂9和回轉臺8的鉸點中心為坐標原點0建立球坐標系，以原點0與吊 鉤處定滑輪中心點C連線為坐標半徑P ；通過調整折疊油缸4行程和支撐鉸點位置，從而 確定伸縮臂10的伸縮方向，使之與坐標半徑P平行，則角Z AOC和Z OCA均為定值，減少 了兩個變量參數；將該狀態(tài)設定為起重機起重臂的初始零狀態(tài)；需要指出的是，初始零狀 態(tài)下吊鉤的位置是確定的；③在工作時，要始終保證伸縮臂的伸縮方向與坐標半徑P平行，即使得坐標半徑 P值僅隨著伸縮臂伸縮量的變化而改變，這樣確定吊鉤的工作幅度R和高度H只需要測量 幅角變化值△ α和伸縮量AL兩個參數即可。故，在工作時利用傳感器測量出伸縮臂的長 度變化值AL、鋼絲繩的長度變化值ΔΚ折疊臂的幅角變化值△ α和回轉臺的回轉角度 θ，并將獲取的四個參數值均發(fā)送給后臺控制系統(tǒng)，由后臺控制系統(tǒng)計算得出起重機吊鉤 的位置。需要指出的是，后臺控制系統(tǒng)根據獲取的伸縮臂的長度變化值AL、鋼絲繩的長度 變化值ΔΚ折疊臂的幅角變化值△ α，利用三角形余弦定理，可計算出吊鉤工作幅度變化 值AR和吊高變化值ΔΗ;然后根據回轉臺的回轉角度θ，可確定出吊鉤的周向位置。由 于初始零狀態(tài)下吊鉤的位置是確定的，所以根據該變化值即可完成起重機的全自動裝卸作 業(yè)，當然也即能確定出當前時刻吊鉤的具體位置。另外，上述給出的只是后臺控制系統(tǒng)的一種算法，當然也可以根據獲取的參數值 采用其他的算法計算出吊鉤的位置。如圖4所示，本發(fā)明中的測量系統(tǒng)包括回轉臺8，回轉臺8與折疊臂9鉸接，折疊 臂9與伸縮臂10相連接。另外，伸縮臂10與伸縮油缸3相連接，且伸縮臂10的末端與折 疊油缸4相鉸接，折疊油缸4的另一端與折疊臂9鉸接；折疊臂9與變幅油缸5相鉸接，變 幅油缸5的另一端與回轉臺8相連接。這樣，起重機的起重臂能完成各種伸縮折疊工作。為實現本發(fā)明中的測量方法，對折疊油缸4只取一個工況，在折疊油缸4活塞桿伸 至最遠后使之鎖定不動，最終使折疊臂9、折疊油缸4和伸縮臂10三者構成一個“剛體”，并 且，使折疊臂9、回轉臺8鉸接點與吊鉤11處定滑輪中心點的連線和伸縮臂10的軸線相平 行。在保證起重臂外形結構的情況下，在回轉臺8上設置回轉編碼器7 ；在折疊臂9上設有 旋轉編碼器6;在伸縮臂10上設有測長儀I 1和測長儀II 2。其中，旋轉編碼器6位于折 疊臂9與回轉臺8的鉸接處為最佳的實施方式。另外，為實現起重機的遠程控制，上述的回 轉編碼器7、旋轉編碼器6、測長儀I 1和測長儀II 2均與控制系統(tǒng)相連接，由控制系統(tǒng)最 終確定吊鉤的位置。采取上述結構設計后，在伸縮臂10上配置兩個測長儀，其中測長儀I 1實現伸縮 臂10長度變化值AL的讀出，另一個測長儀II 2實現吊鉤鋼絲繩長度變化值Ah的讀出； 在回轉臺上設計了授信儀，在授信儀上配置回轉編碼器7來實現回轉角度θ的讀出，它可 直接測量回轉方位角度；在折疊臂9與回轉臺8的鉸接處設置旋轉編碼器6，實現折疊臂的 幅角變化值△ α的讀出。其中，回轉編碼器7和旋轉編碼器6采用光電編碼器為最佳的實 施方式。
權利要求
一種確定起重機吊鉤位置的測量方法，其特征在于，它包括以下步驟①裝填作業(yè)時，折疊油缸只取一個工況，在折疊油缸活塞桿伸至最遠后使之鎖定不動，最終使折疊臂、折疊油缸和伸縮臂三者構成一個“剛體”；②以折疊臂和回轉臺的鉸點中心為坐標原點O建立球坐標系，以原點O與吊鉤處定滑輪中心點C連線為坐標半徑ρ；調整伸縮臂的伸縮方向，使之與坐標半徑ρ平行；該狀態(tài)為起重機起重臂的初始零狀態(tài)；③在工作時，始終保證伸縮臂的伸縮方向與坐標半徑ρ平行；同時利用傳感器測量出伸縮臂的長度變化值ΔL、鋼絲繩的長度變化值Δh、折疊臂的幅角變化值Δα和回轉臺的回轉角度θ，即可得出起重機吊鉤的位置。
2.根據權利要求1所述的確定起重機吊鉤位置的測量方法，其特征在于將獲取的伸 縮臂的長度變化值AL、鋼絲繩的長度變化值ΔΚ折疊臂的幅角變化值△ α和回轉臺的回 轉角度θ均發(fā)送給后臺控制系統(tǒng)，由后臺控制系統(tǒng)計算得出起重機吊鉤的位置。
3.一種采用權利要求1所述方法的確定起重機吊鉤位置的測量系統(tǒng)，它包括回轉臺 (8)，所述的回轉臺⑶與折疊臂(9)鉸接，折疊臂(9)與伸縮臂(10)相連接；所述的伸縮臂 (10)與伸縮油缸(3)相連接，且伸縮臂(10)的末端與折疊油缸(4)相鉸接，折疊油缸(4) 的另一端與折疊臂(9)鉸接；所述的折疊臂(9)與變幅油缸(5)相鉸接，變幅油缸(5)的另 一端與回轉臺⑶相連接，其特征在于所述折疊臂(9)、回轉臺⑶鉸接點與吊鉤(11)處 定滑輪中心點的連線和伸縮臂(10)的軸線相平行；在所述的回轉臺(8)上設置回轉編碼 器(7)；在折疊臂(9)上設有旋轉編碼器(6)；在伸縮臂(10)上設有測長儀I(I)和測長儀 11(2)。
4.根據權利要求3所述確定起重機吊鉤位置的測量系統(tǒng)，其特征在于所述的旋轉編 碼器(6)位于折疊臂(9)與回轉臺⑶的鉸接處。
5.根據權利要求4所述確定起重機吊鉤位置的測量系統(tǒng)，其特征在于所述的回轉編 碼器(7)、旋轉編碼器(6)、測長儀I(I)和測長儀II (2)均與控制系統(tǒng)相連接。
6.根據權利要求5所述確定起重機吊鉤位置的測量系統(tǒng)，其特征在于所述的回轉編 碼器(7)、旋轉編碼器(6)均為光電編碼器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種確定起重機吊鉤位置的測量方法，它包括以下步驟①裝填作業(yè)時，折疊油缸只取一個工況，在折疊油缸活塞桿伸至最遠后使之鎖定不動，最終使折疊臂、折疊油缸和伸縮臂三者構成一個“剛體”；②以折疊臂和回轉臺的鉸點中心為坐標原點O建立球坐標系，以原點O與吊鉤處定滑輪中心點C連線為坐標半徑ρ；調整伸縮臂的伸縮方向，使之與坐標半徑ρ平行；該狀態(tài)為起重機起重臂的初始零狀態(tài)；③在工作時，始終保證伸縮臂的伸縮方向與坐標半徑ρ平行；同時利用傳感器測量出伸縮臂的長度變化值ΔL、鋼絲繩的長度變化值Δh、折疊臂的幅角變化值Δα和回轉臺的回轉角度θ，即可得出起重機吊鉤的位置。本發(fā)明減少了確定位置所需的參數。
文檔編號G01B11/26GK101993008SQ20091006575
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月12日 優(yōu)先權日2009年8月12日
發(fā)明者李文, 汪朝虹, 陶若奇 申請人:中國船舶重工集團公司第七一三研究所