專利名稱：吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置和起重機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種起重機(jī)控制技術(shù)，特別涉及一種吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置，還涉及到包
括上述吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置的起重機(jī)。
背景技術(shù)：
起重機(jī)作為一種起吊搬運(yùn)設(shè)備，大量應(yīng)用于建筑業(yè)、制造業(yè)以及港口運(yùn)輸業(yè)。起重 機(jī)具有多種類型，每種類型的起重機(jī)具有不同結(jié)構(gòu)。對(duì)于汽車起重機(jī)而言，其包括底盤、回 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、起重臂，吊鉤、巻揚(yáng)機(jī)構(gòu)。起重臂下部通過回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與底盤相連，吊鉤通過鋼絲繩懸 掛于起重臂上部，鋼絲繩繞過滑輪組與巻揚(yáng)機(jī)構(gòu)相連；巻揚(yáng)機(jī)構(gòu)通過鋼絲繩驅(qū)動(dòng)吊鉤進(jìn)行 上升、停止和下降等動(dòng)作；同時(shí)，起重臂能夠在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下繞一個(gè)豎軸旋轉(zhuǎn)，使吊鉤 在水平面內(nèi)移動(dòng)。 在進(jìn)行起吊作業(yè)時(shí)，起重機(jī)需要經(jīng)過多個(gè)步驟，一般包括落鉤、起吊、橫移、落鉤等 步驟。在落鉤過程中，巻揚(yáng)機(jī)構(gòu)的巻揚(yáng)筒在一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)，吊鉤在重力作用下，帶動(dòng)鋼絲 繩向下移動(dòng)，一直到達(dá)被起吊貨物上方的適當(dāng)位置，然后，將吊鉤與被起吊貨物固定；在起 吊過程中，巻揚(yáng)機(jī)構(gòu)的巻揚(yáng)筒在另一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，通過鋼絲繩拉動(dòng)吊鉤和貨物一起向上移 動(dòng)，使貨物離開地面；在貨物離開地面后，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)行，進(jìn)入橫移的過程，起重臂橫向旋 轉(zhuǎn)，吊鉤連同貨物橫向移動(dòng)，使貨物到過預(yù)定位置的上方；落鉤，在貨物到達(dá)預(yù)定位置上方 后，巻揚(yáng)筒再進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)，貨物和吊鉤向下移動(dòng)，使貨物到達(dá)預(yù)定位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物的搬 運(yùn)。在起吊過程中，吊鉤不僅要進(jìn)行垂向的移動(dòng)，還要進(jìn)行橫向的移動(dòng)；由于慣性或外力作 用，通過鋼絲繩懸掛在起重臂上部的吊鉤及貨物會(huì)形成相應(yīng)的擺動(dòng)，特別是在吊鉤攜帶貨 物開始橫向移動(dòng)，或者在貨物到過預(yù)定位置停止橫向移動(dòng)時(shí)，吊鉤及貨物的擺動(dòng)幅度也會(huì) 增加。 吊鉤的擺動(dòng)會(huì)影響起重機(jī)的起吊作業(yè)的效率。在落鉤時(shí)，為了使吊鉤與貨物相固 定，并避免吊鉤與貨物碰撞，需要等待適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，以使吊鉤停止擺動(dòng)；在吊運(yùn)貨物橫向移 動(dòng)時(shí)，為了避免貨物擺動(dòng)而造成碰撞，也需要吊鉤和貨物以較小的速度移動(dòng)；在吊運(yùn)的貨物 到達(dá)預(yù)定的位置后，為了將被吊運(yùn)貨物準(zhǔn)確地放置在預(yù)定的位置，還需要等待貨物停止擺 動(dòng)后再落鉤?，F(xiàn)有起重機(jī)領(lǐng)域中，普遍存在由于吊鉤擺動(dòng)而延長(zhǎng)起吊作業(yè)的時(shí)間，進(jìn)而較低 起重機(jī)起吊效率的問題。 上述問題不僅存在于汽車起重機(jī)的起吊作業(yè)過程中，在龍門起重機(jī)或其他起重機(jī) 的起吊過程中，也存在相同的問題。 對(duì)于上述問題，當(dāng)前主要通過反擺動(dòng)的穩(wěn)鉤措施減小吊鉤的擺動(dòng)幅度，使吊鉤更 快的停止擺動(dòng)，以減少吊鉤擺動(dòng)對(duì)起吊作業(yè)效率的不利影響。反擺動(dòng)的穩(wěn)鉤措施一般是根 據(jù)吊鉤擺動(dòng)的幅度、頻率和方向，利用控制裝置，使吊鉤以適當(dāng)頻率、幅度并與擺動(dòng)相反的 方向移動(dòng)，以使吊鉤在較短的時(shí)間內(nèi)靜止。當(dāng)前，反擺動(dòng)的穩(wěn)鉤措施主要依賴于具有較多經(jīng) 驗(yàn)的操作人員對(duì)吊鉤進(jìn)行適當(dāng)控制實(shí)現(xiàn)。 為了減小對(duì)操作人員操作經(jīng)驗(yàn)的依賴性，歐洲專利文獻(xiàn)EP1757554公開了一種起重機(jī)反擺動(dòng)的控制技術(shù)。該專利文獻(xiàn)公開的技術(shù)方案通過預(yù)先設(shè)定模式的方式，預(yù)先確定 吊鉤及貨物的姿態(tài)參數(shù)，并根據(jù)預(yù)先確定的姿態(tài)參數(shù)，控制系統(tǒng)采取適當(dāng)反擺動(dòng)措施減小 擺動(dòng)對(duì)起吊作業(yè)造成的不利影響。該技術(shù)方案的一個(gè)核心在于，預(yù)先確定起吊過程中，吊鉤 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即吊鉤的姿態(tài)參數(shù)，并根據(jù)預(yù)定確定的吊鉤姿態(tài)參數(shù)確定控制策略，使吊鉤以預(yù) 定的方式運(yùn)動(dòng)，以減小吊鉤擺動(dòng)幅度，使吊鉤較快地停止擺動(dòng)，降低吊鉤擺動(dòng)對(duì)起吊作業(yè)效 率的不利影響。但由于起吊作業(yè)實(shí)際情況的復(fù)雜性，預(yù)先確定的吊鉤姿態(tài)參數(shù)很難與吊鉤 的實(shí)際姿態(tài)參數(shù)相一致，因此，該技術(shù)方案僅能夠滿足起吊作業(yè)環(huán)境較穩(wěn)定的場(chǎng)合，在未預(yù) 先確定吊鉤姿態(tài)參數(shù)的作業(yè)環(huán)境中進(jìn)行起吊作業(yè)時(shí)，上述技術(shù)方案并不能夠?qū)崿F(xiàn)提高起重 機(jī)起吊作業(yè)效率的目的。 在起吊作業(yè)過程中，如何確定吊鉤實(shí)際的姿態(tài)參數(shù)，為控制吊鉤動(dòng)作提供前提，以 提高起重機(jī)起吊作業(yè)的效率是起重機(jī)領(lǐng)域的一個(gè)技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述技術(shù)難題，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于，提供一種吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置，以確 定吊鉤實(shí)際的姿態(tài)參數(shù)，為控制吊鉤動(dòng)作提供前提。 本發(fā)明的第二個(gè)目的在于，提供一種具有上述吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置的起重機(jī)，以根
據(jù)吊鉤的實(shí)際姿態(tài)參數(shù)了解吊鉤運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并實(shí)施穩(wěn)鉤措施，提高起重機(jī)起吊作業(yè)的效率。
為了實(shí)現(xiàn)上述第一個(gè)目的，本發(fā)明提供的吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置包括 角度測(cè)量?jī)x，用于實(shí)時(shí)獲得第二坐標(biāo)系坐標(biāo)軸與第一坐標(biāo)系中相對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸之間
的夾角； 加速度測(cè)量計(jì)，用于實(shí)時(shí)獲得吊鉤在預(yù)定方向的加速度，所述預(yù)定方向與第二坐 標(biāo)系的坐標(biāo)軸之間具有預(yù)定的角度； 處理器，用于建立所述第一坐標(biāo)系和第二坐標(biāo)系，所述第一坐標(biāo)系與預(yù)定位置相 對(duì)固定，所述第二坐標(biāo)系與吊鉤相對(duì)固定，所述第一坐標(biāo)系中的坐標(biāo)軸與第二坐標(biāo)系中的 坐標(biāo)軸相對(duì)應(yīng)；還根據(jù)角度測(cè)量?jī)x獲得的夾角和加速度測(cè)量計(jì)獲得的加速度獲得吊鉤在第 一坐標(biāo)系中的姿態(tài)參數(shù)； 輸出裝置，用于將所述姿態(tài)參數(shù)輸出。 優(yōu)選的，所述第一坐標(biāo)系為具有X1軸、Y1軸和Zl軸的直角坐標(biāo)系，所述第二坐標(biāo) 系為具有X2軸、Y2軸和Z2軸的直角坐標(biāo)系，所述XI軸、Yl軸和Zl軸分別與X2軸、Y2軸 和Z2軸相對(duì)應(yīng)。 優(yōu)選的，所述角度測(cè)量?jī)x為三軸角度測(cè)量?jī)x，該三軸角度測(cè)量?jī)x的三個(gè)測(cè)量軸軸 線與第二坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)軸之間分別具有預(yù)定角度。 優(yōu)選的，所述三軸角度測(cè)量?jī)x的三個(gè)測(cè)量軸軸線與第二坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)軸之間 的預(yù)定角度均為0度。 優(yōu)選的，所述加速度測(cè)量計(jì)為三軸加速度測(cè)量計(jì)，該三軸加速度測(cè)量計(jì)的三個(gè)測(cè) 量軸軸線與第二坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)軸之間分別具有預(yù)定角度。 優(yōu)選的，所述加速度測(cè)量計(jì)的三個(gè)測(cè)量軸軸線與第二坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)軸之間的 預(yù)定角度均為0度。 優(yōu)選的，所述輸出裝置包括顯示器，所述顯示器以示意圖的形式顯示所述姿態(tài)參數(shù)。 優(yōu)選的，所述姿態(tài)參數(shù)包括吊鉤在第一坐標(biāo)系中的瞬時(shí)速度、運(yùn)動(dòng)方向及吊鉤位 置中的至少一個(gè)。 優(yōu)選的，所述處理器還能夠?qū)⒆藨B(tài)參數(shù)與預(yù)定參數(shù)閾值進(jìn)行比較，以確定起吊作 業(yè)的安全性，并根據(jù)比較結(jié)果進(jìn)行預(yù)定處理。 為了實(shí)現(xiàn)上述第二個(gè)目的，本發(fā)明提供的起重機(jī)包括起重機(jī)本體、懸掛鋼絲繩和 吊鉤，所述懸掛鋼絲繩下端與吊鉤相連，上端與起重機(jī)本體上的定滑輪相連，與現(xiàn)有技術(shù)的 區(qū)別在于，還包括上述任一種吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置，所述吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置的角度測(cè)量?jī)x和 加速度測(cè)量計(jì)均與懸掛鋼絲繩固定，或均與吊鉤固定。 本發(fā)明提供的吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置中，處理器在空間內(nèi)建立第一坐標(biāo)系和第二坐標(biāo) 系，以兩個(gè)坐標(biāo)系為基礎(chǔ)獲得吊鉤的姿態(tài)參數(shù)，了解吊鉤的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；其中，第一坐標(biāo)系與 預(yù)定位置固定，預(yù)定位置可以與起重機(jī)相關(guān)部件固定，第二坐標(biāo)系與吊鉤的運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)，以 使吊鉤的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)能夠反映在兩個(gè)坐標(biāo)系的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)上；角度測(cè)量?jī)x用于獲得第二坐 標(biāo)系與第一坐標(biāo)系相對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸之間夾角；加速度測(cè)量計(jì)用于獲得吊鉤在預(yù)定方向上的加 速度，而且預(yù)定方向相對(duì)于第二坐標(biāo)系固定，并與第二坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸之間具有預(yù)定的角 度，以為獲得吊鉤在第二坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸方向上的加速度提供基礎(chǔ)。處理器還能夠根據(jù)加 速度測(cè)量計(jì)獲得的加速度及角度測(cè)量?jī)x獲得的夾角，獲得吊鉤在第一坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸上的 加速度；根據(jù)吊鉤在第一坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸上的加速度，處理器能夠獲得吊鉤的姿態(tài)參數(shù)，確 定吊鉤的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；然后，輸出裝置能夠?qū)⑻幚砥鳙@得的姿態(tài)參數(shù)以合適的方式輸出。本發(fā) 明提供上述吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置能夠提供吊鉤的姿態(tài)參數(shù)，從而使起重機(jī)的控制系統(tǒng)或操作 人員能夠根據(jù)輸出裝置輸出的姿態(tài)參數(shù)精確地了解吊鉤的位置、運(yùn)轉(zhuǎn)速度，擺動(dòng)幅度等方 面的信息，以確定吊鉤的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；并根據(jù)吊鉤的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)采取適當(dāng)?shù)姆€(wěn)鉤措施，減少起吊 作業(yè)所需要的時(shí)間，提高起吊作業(yè)的效率。 在進(jìn)一步的技術(shù)方案中，所述第一坐標(biāo)系和第二坐標(biāo)系分別為包括三個(gè)坐標(biāo)軸的 直角坐標(biāo)系；該技術(shù)方案通過三個(gè)坐標(biāo)軸能夠獲得吊鉤更全面的姿態(tài)參數(shù)；進(jìn)一步地，能 夠使起重機(jī)的控制系統(tǒng)或操作人員更準(zhǔn)確地確定吊鉤在立體空間內(nèi)的信息，更好地實(shí)施穩(wěn) 鉤措施。 在進(jìn)一步的技術(shù)方案中，用三軸角度測(cè)量?jī)x獲得兩個(gè)坐標(biāo)系中相對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸之間 的夾角；這樣一方面能夠提高測(cè)量的準(zhǔn)確性；另一方面能夠較快地獲得夾角數(shù)據(jù)，提高吊 鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置的反應(yīng)速度。在優(yōu)選的技術(shù)方案中，使三軸角度測(cè)量?jī)x的三個(gè)測(cè)量軸軸線 分別與第二坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)軸之間保持平行，這樣能夠減少角度測(cè)量?jī)x的處理步驟，提 高角度測(cè)量?jī)x的處理速度。 同樣，在進(jìn)一步的技術(shù)方案中，用三軸加速度測(cè)量計(jì)獲得吊鉤在各方向的加速度， 能夠提高測(cè)量準(zhǔn)確性和吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置的反應(yīng)速度。在優(yōu)選的技術(shù)方案中，使三軸加速 度測(cè)量計(jì)的三個(gè)測(cè)量軸軸線分別與第二坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)軸之間保持平行，這樣能夠減少 加速度測(cè)量計(jì)的處理步驟，提高加速度測(cè)量計(jì)的處理速度。 在進(jìn)一步的技術(shù)方案中，所述輸出裝置包括顯示器，通過顯示器能夠?qū)⒌蹉^的姿 態(tài)參數(shù)以示意圖的形式表達(dá)；該技術(shù)方案能夠?yàn)椴僮魅藛T提供直觀的操作信息，從而使操 作人員能夠更好地實(shí)施穩(wěn)鉤措施，為起吊作業(yè)效率的提高提供便利。
在進(jìn)一步的技術(shù)方案中，所述處理器還能夠?qū)@得的吊鉤姿態(tài)參數(shù)與預(yù)定的參數(shù)
閾值相比較，并根據(jù)預(yù)定的策略判斷吊鉤位置、速度是否超出預(yù)定的范圍；然后，根據(jù)判斷
結(jié)果確定是否進(jìn)行相關(guān)處理；如果需要進(jìn)行預(yù)定處理，則輸出預(yù)定指示，以進(jìn)一步的提醒操
作人員，該技術(shù)方案能夠在提高起吊作業(yè)效率的同時(shí)，減小或避免安全事故的發(fā)生。 在提供上述吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置的基礎(chǔ)上，還提供了一種包括上述吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝
置的起重機(jī)；由于吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置具有上述技術(shù)效果，具有該吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置的起重
機(jī)也具有相應(yīng)的技術(shù)效果。


圖1是一種汽車起重機(jī)的總體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例一提供的吊鉤姿態(tài)測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)框圖； 圖3是實(shí)施例一中，角度測(cè)量?jī)x和加速度測(cè)量計(jì)與吊鉤的位置關(guān)系示意圖； 圖4是實(shí)施例一中，第一坐標(biāo)系與第二坐標(biāo)系的對(duì)比關(guān)系示意圖，圖中用實(shí)線示
出了第一坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸，用虛線示出了第二坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸； 圖5是實(shí)施例一中，吊鉤運(yùn)動(dòng)矢量合成示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的核心在于建立第一坐標(biāo)系和第二坐標(biāo)系，其中第二坐標(biāo)系與吊鉤的運(yùn)
動(dòng)相關(guān)，第一坐標(biāo)系與吊鉤的運(yùn)動(dòng)無關(guān)，從而使將吊鉤的姿態(tài)參數(shù)的改變反映在兩個(gè)坐標(biāo)
系之間位置關(guān)系的改變上；然后，再用角度測(cè)量?jī)x獲得兩個(gè)坐標(biāo)系坐標(biāo)軸之間的角度關(guān)系，
用加速度測(cè)量計(jì)獲得吊鉤在第二坐標(biāo)系預(yù)定方向的加速度，根據(jù)角度關(guān)系與加速度獲得吊
鉤在第一坐標(biāo)系相應(yīng)坐標(biāo)軸上的加速度；最后，根據(jù)吊鉤在第一坐標(biāo)系坐標(biāo)軸上的加速度
獲得吊鉤在第一坐標(biāo)系中的姿態(tài)參數(shù)，為進(jìn)一步的控制吊鉤的運(yùn)動(dòng)提供依據(jù)。 以下通過具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行描述，本部分的描述僅是示
范性和解釋性，不應(yīng)對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍有任何的限制作用。 請(qǐng)參考圖l，該圖是一種汽車起重機(jī)的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中的汽車起重機(jī)包括 底盤100，起重臂200、吊鉤400。起重臂200通過回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在底盤100上，以能夠繞一 個(gè)豎軸，相對(duì)于底盤100在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；吊鉤400上具有動(dòng)滑輪組，動(dòng)滑輪組通過懸掛鋼 絲繩410與起重臂200上部的定滑輪組相連，定滑輪組通過牽引鋼絲繩310與起重機(jī)的巻 揚(yáng)筒300相連。在進(jìn)行起吊作業(yè)時(shí)，牽引鋼絲繩310通過定滑輪組使懸掛鋼絲繩410運(yùn)動(dòng)， 從而使吊鉤400在垂向上移動(dòng)，以使被起吊貨物在垂向上移動(dòng)；起重臂200與底盤100之間 的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在適當(dāng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，使起重臂200與底盤100之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)吊 鉤400及被起吊貨物在水平面內(nèi)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)貨物位置的變換。在起重臂200旋轉(zhuǎn)或受到外 力作用時(shí)，通過懸掛鋼絲繩410懸掛在起重臂200上部的吊鉤400會(huì)產(chǎn)生橫向擺動(dòng)，該橫向 擺動(dòng)會(huì)影響起重機(jī)起吊作業(yè)的效率。 請(qǐng)參考圖2，該圖是本發(fā)明實(shí)施例一提供的吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。實(shí)施例 一提供的吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置用于測(cè)量上述起重機(jī)吊鉤的姿態(tài)參數(shù)，該吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置包 括角度測(cè)量?jī)x510，加速度測(cè)量計(jì)520和處理器530及輸出裝置540。 處理器530根據(jù)起重機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸可以確定兩個(gè)坐標(biāo)系；第一坐標(biāo)系01和第二坐
6標(biāo)系02 ;第一坐標(biāo)系01的坐標(biāo)軸與第二坐標(biāo)系02的坐標(biāo)軸一一對(duì)應(yīng)。第一坐標(biāo)系01和第 二坐標(biāo)系02分別與不同位置固定，其中第二坐標(biāo)系02與吊鉤400固定，第二坐標(biāo)系01與 起重臂200的上部固定，這樣，在吊鉤400相對(duì)于起重臂200擺動(dòng)或上下移動(dòng)時(shí)，兩個(gè)坐標(biāo) 系之間也產(chǎn)生相對(duì)位置變換，從而使吊鉤400的姿態(tài)參數(shù)的變化能夠反映在兩個(gè)坐標(biāo)系之 間的位置關(guān)系變化上，以為確定吊鉤400的姿態(tài)參數(shù)提供前提。第一坐系01不限于與起重 臂200的上部固定，也可以與除吊鉤400之外的起重機(jī)的其他部分固定；在起重機(jī)為其他類 型的起重機(jī)，比如龍門式起重機(jī)時(shí)，處理器530還可以根據(jù)作業(yè)的實(shí)際需要以空間的預(yù)定 位置為基礎(chǔ)立坐標(biāo)系。只要在進(jìn)行起吊作業(yè)時(shí)，吊鉤400的運(yùn)動(dòng)及其姿態(tài)參數(shù)的變化能夠 反映在第一坐標(biāo)系01與第二坐標(biāo)系02之間的位置關(guān)系變化上，就可以為確定吊鉤400的 姿態(tài)參數(shù)提供前提，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。 如圖3所示的實(shí)施例一中，第一坐標(biāo)系與第二坐標(biāo)系對(duì)比關(guān)系示意圖，圖中用實(shí) 線示出了第一坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸，用虛線示出了第二坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸。本例中，第一坐標(biāo)系01 和第二坐標(biāo)系02分別為三維的直角坐標(biāo)系，第一坐標(biāo)系01具有三個(gè)坐標(biāo)軸X1軸、Yl軸 和Zl軸，第二坐標(biāo)系02具有三個(gè)坐標(biāo)軸X2軸、Y2軸和Z2軸；其中，XI軸、Yl軸和Zl軸 分別與X2軸、Y2軸和Z2軸相對(duì)應(yīng)。 角度測(cè)量?jī)x510用于獲得第二坐標(biāo)系02中坐標(biāo)軸與第一坐標(biāo)系01中相對(duì)應(yīng)坐標(biāo) 軸之間的夾角。本例中，角度測(cè)量?jī)x為三軸角度測(cè)量?jī)x，該三軸角度測(cè)量?jī)x具有三個(gè)測(cè)量 軸，三個(gè)測(cè)量軸的軸線分別與第二坐標(biāo)系02的三個(gè)坐標(biāo)軸相平行，即三個(gè)測(cè)量軸的軸線與 第二坐標(biāo)系02的三個(gè)坐標(biāo)軸之間的夾角分別為0度；這樣，在第二坐標(biāo)系02相對(duì)于第一坐 標(biāo)系01的進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)測(cè)量軸能夠獲得第二坐標(biāo)系02坐標(biāo)軸與第一坐標(biāo)系01相應(yīng)坐 標(biāo)軸之間的角度；如圖3所示，角度測(cè)量?jī)x510即能夠獲得Zl軸與Z2軸之間的夾角a， Yl 軸和Y2軸之間的夾角b，Xl軸與X2軸之間夾角c?？梢岳斫猓嵌葴y(cè)量?jī)x也可以包括三個(gè) 角度傳感器，并使每個(gè)角度傳感器測(cè)量一對(duì)坐標(biāo)軸之間的夾角。 加速度測(cè)量計(jì)520用于測(cè)量吊鉤在預(yù)定方向的加速度，所述預(yù)定方向與第二坐標(biāo) 系02的坐標(biāo)軸之間具有預(yù)定的角度。本例中，加速度測(cè)量計(jì)520為三軸加速度測(cè)量計(jì)，該 三軸加速度測(cè)量計(jì)具有三個(gè)測(cè)量軸，三個(gè)測(cè)量軸軸線分別與第二坐標(biāo)系02的三個(gè)坐標(biāo)軸 平行，即三個(gè)測(cè)量軸的軸線與第二坐標(biāo)系02的三個(gè)坐標(biāo)軸之間的角度分別為0度。這樣， 加速度測(cè)量計(jì)520就能夠獲得在第二坐標(biāo)系02各坐標(biāo)軸方向上的加速度；如圖3所示，加 速度測(cè)量計(jì)520能夠獲得X2軸方向的加速度a ^、在Y2軸方向上的加速度a y2和在Z2軸 方向的加速度az2?？梢岳斫?，三軸加速度測(cè)量計(jì)的三個(gè)測(cè)量軸也可以不與第二坐標(biāo)系02 的三個(gè)坐標(biāo)軸相平行，也可以分別與第二坐標(biāo)系02的三個(gè)坐標(biāo)軸之間具有預(yù)定角度，在三 個(gè)測(cè)量軸分別獲得對(duì)應(yīng)軸線方向的加速度之后，再通過運(yùn)算獲得吊鉤400在第二坐標(biāo)系02 各坐標(biāo)軸方向的加速度ax2、 a-和az2。 如圖4所示的角度測(cè)量?jī)x和加速度測(cè)量計(jì)與吊鉤的位置關(guān)系示意圖，本例中，角 度測(cè)量?jī)x510和加速度測(cè)量計(jì)520與吊鉤400固定，以使二者獲得的數(shù)據(jù)與吊鉤400的運(yùn) 動(dòng)狀態(tài)直接相關(guān)。另外，角度測(cè)量?jī)x510和加速度測(cè)量計(jì)520可以與懸掛吊鉤400的懸掛 鋼絲繩410固定，由于懸掛鋼絲繩410與吊鉤400同步運(yùn)動(dòng)，且懸掛鋼絲繩410的姿態(tài)參數(shù) 和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與吊鉤400具有確定的關(guān)系，因此，根據(jù)鋼絲繩410的姿態(tài)參數(shù)也可以確定吊鉤 400的姿態(tài)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
處理器530還用于根據(jù)角度測(cè)量?jī)x510獲得的夾角和加速度測(cè)量計(jì)520獲得的加 速度獲得吊鉤400在第一坐標(biāo)系01中的姿態(tài)參數(shù)。姿態(tài)參數(shù)可以包括吊鉤400在第一坐 標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)速度V、運(yùn)動(dòng)方向及位置。 輸出裝置540將處理器530獲得的所述姿態(tài)參數(shù)輸出，以提供給操作人員或起重 機(jī)的操作系統(tǒng)。 以下描述獲得上述姿態(tài)參數(shù)的具體方式 首先，獲得吊鉤400在第一坐標(biāo)系01內(nèi)各坐標(biāo)軸方向的加速度；其中，在第一坐標(biāo) 系Ol中，X1軸方向上的加速度axl = a。Xcosc，Yl軸方向上的加速度ayl = ay2XC0Sb， Zl軸方向上的加速度azl= az2XC0Sa。這樣就可以獲得吊鉤400在第一坐標(biāo)系01中，各 坐標(biāo)軸方向上的加速度。 其次，處理器530以預(yù)定的周期進(jìn)行處理，并根據(jù)獲得的axl、 a yl和a^、獲得吊 鉤在第一坐標(biāo)系01各坐標(biāo)軸方向上的瞬時(shí)速度，具體方式是<formula>formula see original document page 8</formula> 其中，V,為吊鉤400在XI軸方向上的瞬時(shí)速度，Vy為吊鉤400在Y1軸方向上的瞬 時(shí)速度，Vz為吊鉤在Zl軸方向上的瞬時(shí)速度，所述述瞬時(shí)為處理器530獲得的吊鉤400的 實(shí)時(shí)速度；V。x、V。y和V。z分別為在XI軸、Y1軸和Zl軸方向上的初始速度，也就是處理器530 的上一處理周期獲得的速度，dt為處理器530的處理周期。這樣，在第一坐標(biāo)系Ol中，根據(jù) 加速度關(guān)于時(shí)間的離散函數(shù)就可以獲得第一坐標(biāo)系01各坐標(biāo)軸方向上的瞬時(shí)速度。吊鉤 姿態(tài)檢測(cè)裝置可以在起重機(jī)進(jìn)行起吊作業(yè)時(shí)開始運(yùn)行，并根據(jù)開始起吊時(shí)的狀態(tài)，預(yù)置V吣 V。y和V。z的值；使處理器530能夠根據(jù)角度測(cè)量?jī)x510獲得的夾角和加速度測(cè)量計(jì)520獲 得的加速度獲得吊鉤在第一坐標(biāo)系Ol中各坐標(biāo)軸方向上的瞬時(shí)速度，瞬時(shí)速度能夠反映 吊鉤400的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并可以進(jìn)一步確定吊鉤400的實(shí)時(shí)姿態(tài)參數(shù)。
如圖5所示的吊鉤運(yùn)動(dòng)矢量合成示意圖，根據(jù)Vx、Vy和Vz之間的關(guān)系，可以獲得吊 鉤400在第一坐標(biāo)系Ol中的瞬時(shí)速度V，該瞬時(shí)速度為吊鉤400的整體速度，其中， <formula>formula see original document page 8</formula>
再次，可以獲得吊鉤400的運(yùn)動(dòng)位置，運(yùn)動(dòng)位置可以根據(jù)吊鉤400與預(yù)定位置之間 的距離確定，由于吊鉤400的運(yùn)動(dòng)軌跡為非線性運(yùn)動(dòng)軌跡，為了更準(zhǔn)確地獲得吊鉤400與預(yù) 定位置之間的距離，可以先獲得吊鉤400在第一坐標(biāo)系01中各坐標(biāo)軸方向上，相對(duì)于預(yù)定 位置的瞬時(shí)位移，其中 在XI軸方向的瞬時(shí)位移<formula>formula see original document page 8</formula>
在Yl軸方向的瞬時(shí)位移<formula>formula see original document page 8</formula>
在Zl軸方向的瞬時(shí)位移<formula>formula see original document page 8</formula>
上述公式中，S。"S。y和S。z分別為吊鉤400在XI軸、Y1軸和Zl軸方向上與預(yù)定位 置之間的初始距離，也就是處理器530的上一處理周期獲得的瞬時(shí)位移；dt為處理器530 的處理周期；這樣，在第一坐標(biāo)系Ol中，根據(jù)加速度關(guān)于時(shí)間的離散函數(shù)就可以獲得吊鉤 400在第一坐標(biāo)系01各坐標(biāo)軸方向上的瞬時(shí)位移，獲得吊鉤400在各坐標(biāo)軸方向上與預(yù)定位置之間的瞬時(shí)距離。以吊鉤靜止時(shí)的位置為參照，就可以確定吊鉤400在各個(gè)坐標(biāo)軸方 向上的偏移量，確定擺動(dòng)距離及幅度。進(jìn)一步地，還可以再根據(jù)S"SY、Sz獲得吊鉤400在第 一坐標(biāo)系Ol中的瞬時(shí)位移S，該瞬時(shí)位移為吊鉤400的整體位移，以確定吊鉤400的與預(yù)定 位置之間的瞬時(shí)距離。s=VSx +SY +SZ 同樣，以吊鉤400靜止時(shí)位置為參照，就可以確定吊鉤400的位置及擺動(dòng)副度。
根據(jù)處理器530獲得的上述姿態(tài)參數(shù)，操作人員就可以精確地了解吊鉤400的位 置、瞬時(shí)速度，擺動(dòng)幅度等方面的信息，以確定吊鉤400的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；從而能夠采取更適當(dāng) 的穩(wěn)鉤措施，減少起吊作業(yè)所需要的時(shí)間，提高起吊作業(yè)的效率。 在實(shí)際起吊作業(yè)時(shí)，也可以通過兩個(gè)二維的坐標(biāo)系實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，另外，第一 坐標(biāo)系01和第二坐標(biāo)系02不限于為直角度坐標(biāo)系，也可以是極坐標(biāo)系或其他坐標(biāo)系。在 第一坐標(biāo)系01和第二坐標(biāo)系02分別具有一個(gè)坐標(biāo)軸或兩個(gè)坐標(biāo)軸時(shí)，角度測(cè)量?jī)x510可 以具有一個(gè)測(cè)量軸和二個(gè)測(cè)量軸，并使測(cè)量軸的軸線與第二坐標(biāo)系02的坐標(biāo)軸平行或具 有預(yù)定的角度；同樣，根據(jù)上述方式，也可以獲得兩個(gè)坐標(biāo)系中相對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸之間的夾角， 并進(jìn)一步地根據(jù)夾角和加速度測(cè)量計(jì)520獲得的加速度獲得吊鉤400在第一坐標(biāo)系01相 應(yīng)坐標(biāo)軸方向的加速度，進(jìn)一步地獲得吊鉤400的姿態(tài)參數(shù)。 同樣，在第一坐系01和第二坐標(biāo)系02為其他坐標(biāo)系時(shí)，加速度計(jì)測(cè)量?jī)x520也 可以具有一個(gè)或兩個(gè)測(cè)量軸，并使測(cè)量軸軸線與第二坐標(biāo)系02的坐標(biāo)軸平行或具有預(yù)定 的夾角，也能夠根據(jù)上述方式獲得吊鉤400在第二坐標(biāo)系02相應(yīng)坐標(biāo)軸方向上的加速度， 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。為了更準(zhǔn)確地獲得吊鉤400的加速度，優(yōu)選的技術(shù)方案是加速度測(cè)量 計(jì)具有能夠測(cè)量三維方向加速度的功能，以更準(zhǔn)確地獲得在預(yù)定坐標(biāo)軸方向上加速度的分 為了使操作人員更直觀地確定吊鉤400的姿態(tài)，輸出裝置540可以是指示燈，在吊 鉤400預(yù)定的姿態(tài)參數(shù)達(dá)到預(yù)定數(shù)值時(shí)，使預(yù)定的指示燈發(fā)出預(yù)定的指示；也可以是顯示 器，通過顯示器將吊鉤的姿態(tài)參數(shù)以合適的方式示出，比如，對(duì)于吊鉤400的位置及運(yùn)動(dòng)軌 跡可以用示意圖的形式顯示在顯示器上，這樣，操作人員就能夠通過顯示器顯示的示意圖 了解吊鉤400的位置，確定吊鉤400擺動(dòng)的幅度；另外，處理器530還可以根據(jù)起吊作業(yè)的 實(shí)際需要及起吊400實(shí)際情況預(yù)設(shè)參數(shù)閾值，并將獲得的吊鉤400的預(yù)定姿態(tài)參數(shù)與預(yù)設(shè) 參數(shù)閾值進(jìn)行比較，以確定吊鉤400的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否影響起吊作業(yè)的正常進(jìn)行，然后根據(jù) 比較結(jié)果進(jìn)行預(yù)定處理。比如說可以預(yù)設(shè)吊鉤400的速度閥值，以在吊鉤400的速度過大 時(shí)，進(jìn)行相應(yīng)處理；也可以設(shè)置擺動(dòng)幅度閾值，以在吊鉤400的位置超出擺動(dòng)幅度閾值時(shí)， 進(jìn)行相預(yù)定處理。預(yù)定處理可以是發(fā)出合適的警報(bào)、產(chǎn)生合適的訊號(hào)等等，還可以在具有很 大的安全風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，通過起重機(jī)的控制系統(tǒng)強(qiáng)行使起重機(jī)停止作業(yè)。 由于本發(fā)明提供的吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置具有上述技術(shù)效果，包括上述吊鉤姿態(tài)檢測(cè) 裝置的起重機(jī)也具有相對(duì)應(yīng)的技術(shù)效果。為了方便信息通訊，并方便操作人員對(duì)吊鉤400 狀態(tài)的了解，可以使處理器530與角度測(cè)量?jī)x510同時(shí)固定在吊鉤400，或同時(shí)固定在懸掛 鋼絲繩410上，將輸出裝置540安裝在起重機(jī)的控制室內(nèi)，并使輸出裝置540與處理器530 之間通過無線傳輸方式通訊。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，比如角度測(cè)量?jī)x 510可以為角度傳感器、磁強(qiáng)計(jì)、陀螺儀等等，處理器530中還可以具有濾波裝置及AD轉(zhuǎn)換 裝置等等，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置，其特征在于，包括角度測(cè)量?jī)x(510)，用于實(shí)時(shí)獲得第二坐標(biāo)系(O1)坐標(biāo)軸與第一坐標(biāo)系(O2)中相對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸之間的夾角；加速度測(cè)量計(jì)(520)，用于實(shí)時(shí)獲得吊鉤(400)在預(yù)定方向的加速度，所述預(yù)定方向與第二坐標(biāo)系(O2)的坐標(biāo)軸之間具有預(yù)定的角度；處理器(530)，用于建立所述第一坐標(biāo)系(O1)和第二坐標(biāo)系(O2)，所述第一坐標(biāo)系(O1)與預(yù)定位置相對(duì)固定，所述第二坐標(biāo)系(O2)與吊鉤(400)相對(duì)固定，所述第一坐標(biāo)系(O1)中的坐標(biāo)軸與第二坐標(biāo)系(O2)中的坐標(biāo)軸相對(duì)應(yīng)；還根據(jù)角度測(cè)量?jī)x(510)獲得的夾角和加速度測(cè)量計(jì)(520)獲得的加速度獲得吊鉤(400)在第一坐標(biāo)系(O1)中的姿態(tài)參數(shù)；輸出裝置(540)，用于將所述姿態(tài)參數(shù)輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置，其特征在于，所述第一坐標(biāo)系(01)為具 有X1軸、Y1軸和Z1軸的直角坐標(biāo)系，所述第二坐標(biāo)系(02)為具有X2軸、Y2軸和Z2軸的 直角坐標(biāo)系，所述XI軸、Yl軸和Zl軸分別與X2軸、Y2軸和Z2軸相對(duì)應(yīng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置，其特征在于，所述角度測(cè)量?jī)x(510)為三 軸角度測(cè)量?jī)x，該三軸角度測(cè)量?jī)x的三個(gè)測(cè)量軸軸線與第二坐標(biāo)系(02)的三個(gè)坐標(biāo)軸之 間分別具有預(yù)定角度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置，其特征在于，所述角度測(cè)量?jī)x(510)的三 個(gè)測(cè)量軸軸線與第二坐標(biāo)系(02)的三個(gè)坐標(biāo)軸之間的預(yù)定角度均為O度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置，其特征在于，所述加速度測(cè)量計(jì) (520)為三軸加速度測(cè)量計(jì)，該三軸加速度測(cè)量計(jì)的三個(gè)測(cè)量軸軸線與第二坐標(biāo)系(02)的 三個(gè)坐標(biāo)軸之間分別具有預(yù)定角度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置，其特征在于，所述加速度測(cè)量計(jì)(520)的 三個(gè)測(cè)量軸軸線與第二坐標(biāo)系(02)的三個(gè)坐標(biāo)軸之間的預(yù)定角度均為O度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l-6任一項(xiàng)所述的吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置，其特征在于，所述輸出裝置 (540)包括顯示器，所述顯示器以示意圖的形式顯示所述姿態(tài)參數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l-7任一項(xiàng)所述的吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置，其特征在于，所述姿態(tài)參數(shù)包 括吊鉤(400)在第一坐標(biāo)系(01)中的瞬時(shí)速度、運(yùn)動(dòng)方向及吊鉤位置中的至少一個(gè)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l-8任一項(xiàng)所述的吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置，其特征在于，所述處理器(530) 還能夠?qū)⒆藨B(tài)參數(shù)與預(yù)定參數(shù)閾值進(jìn)行比較，以確定起吊作業(yè)的安全性，并根據(jù)比較結(jié)果 進(jìn)行預(yù)定處理。
10. —種起重機(jī)，包括起重臂(200)，懸掛鋼絲繩(410)和吊鉤(400)，所述懸掛鋼絲繩 (410)下端與吊鉤(400)相連，上端與起重臂(200)上的定滑輪相連，其特征在于，還包括權(quán) 利要求1-9任一項(xiàng)所述的吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置，所述吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置的角度測(cè)量?jī)x(510) 和加速度測(cè)量計(jì)(520)均與懸掛鋼絲繩(410)固定，或均與吊鉤(400)固定。
全文摘要
本發(fā)明公開一種吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置和具有該吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置的起重機(jī)。公開的吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置包括用于獲得第二坐標(biāo)系中坐標(biāo)軸與第一坐標(biāo)系中相對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸之間夾角的角度測(cè)量?jī)x，用于獲得吊鉤在預(yù)定方向加速度的加速度測(cè)量計(jì)、建立第一坐標(biāo)系和第二坐標(biāo)系的處理器和輸出裝置；第一坐標(biāo)系與預(yù)定位置相對(duì)固定，第二坐標(biāo)系與吊鉤相對(duì)固定；處理器還根據(jù)角度測(cè)量?jī)x獲得的夾角和加速度測(cè)量計(jì)獲得的加速度獲得吊鉤在第一坐標(biāo)系中的姿態(tài)參數(shù)。本發(fā)明提供的吊鉤姿態(tài)檢測(cè)裝置能夠提供吊鉤的姿態(tài)參數(shù)，使操作人員能夠根據(jù)姿態(tài)參數(shù)采取適當(dāng)?shù)姆€(wěn)鉤措施，進(jìn)而減少由于吊鉤擺動(dòng)對(duì)起吊作業(yè)造成的不利影響，提高起吊作業(yè)的效率。
文檔編號(hào)B66C13/48GK101723239SQ20091022610
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者周斌, 唐修俊, 楊得志 申請(qǐng)人:三一汽車制造有限公司