CN102331296B - 检测工程机械的臂架振动的方法、装置、系统及工程机械 - Google Patents

检测工程机械的臂架振动的方法、装置、系统及工程机械 Download PDF

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Abstract

本发明披露了一种检测工程机械的臂架振动的方法、装置、系统及工程机械，该方法包括：在多个时刻读取臂架的水平面内的旋转角度和竖直面内的旋转角度；根据臂架的长度、各个时刻所读取的水平面内的旋转角度和竖直面内的旋转角度计算出臂架的端部在各个时刻的三维坐标；根据计算得到的各个时刻的三维坐标，得到三维坐标随时间变化的情况。该方法实现了方便地检测臂架在不同姿态下分别在三维方向上的振动情况。另外，此方法更加智能化、自动化，避免了人工记录臂架端部坐标的工作，并且检测结果更精确。

Description

检测工程机械的臂架振动的方法、装置、系统及工程机械
技术领域
本发明涉及一种振动参数测量技术领域，尤其涉及一种检测工程机械的臂架振动的方法、装置、系统及工程机械。
背景技术
在具有臂架的工程机械的相关的研究工作中，往往需要研究臂架的振动情况，即臂架的稳定性。以混凝土泵车的臂架的振动为例，对于臂架的振动参数(主要包括振动位移和振动频率)的检测，现有技术中的检测方法主要有人工测量、采用拉线传感器或加速度传感器或红外测距传感器等方法。其中，人工测量的方法一般是在所测臂架的端部悬挂一条作为标志的绳子，通过人工测量记录绳子与地面距离的变化，检测出臂架端点的振动情况；使用拉线传感器和红外测距传感器测量臂架振动的方法类似，都是通过安装在臂架端部的传感器感测臂架端部与地面的距离，进而得到臂架末端的实际位移，从而得到臂架的振动位移和频率；加速度传感器用于感测臂架末端的振动加速力，根据该加速力最终得到臂架端部的振动位移和频率。
上述的检测方法中的人工测量的方法费时费力，耗费的人力成本大，工作量大，采集数据困难，且精确度低，无法做到对臂架振动参数的实时监测，不利于分析。而其他的使用拉线传感器、红外传感器和加速度传感器等的方法也仅能检测到臂架端部振动位移的情况，无法记录和分析臂架姿态对臂架振动的影响。具体地，例如使用加速度传感器时，如使用单轴加速度传感器，则只能检测到一个方向上的振动情况，且不易确定所测点的位置，从而不利于记录和分析臂架姿态对臂架振动的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种检测臂架振动参数的方法、装置、系统及工程机械，该方法、装置及系统能够提供对工程机械的臂架在不同姿态下的振动情况的检测。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种检测工程机械的臂架振动的方法，该方法包括：在多个时刻读取臂架的水平面内的旋转角度和竖直面内的旋转角度，其中，水平面内的旋转角度为臂架在三维坐标系的XOY面上的投影与三维坐标系的X轴之间的夹角；竖直面内的旋转角度为臂架与三维坐标系的XOY面之间的夹角；三维坐标系的坐标原点为臂架的一个端部，三维坐标系的XOY面位于水平面内，XOZ面位于竖直面内；根据臂架的长度、各个时刻所读取的水平面内的旋转角度和竖直面内的旋转角度计算出臂架的端部在各个时刻的三维坐标；根据计算得到的各个时刻的三维坐标，得到三维坐标随时间变化的情况。
进一步地，臂架的水平面内的旋转角度由设置在工程机械上的编码器感测；竖直面内的旋转角度由设置在臂架上的倾角传感器感测。
进一步地，在读取水平面内的旋转角度和竖直面内的旋转角度之前，该方法还包括：设定水平面内的旋转角度的基准点；设定竖直面内的旋转角度的基准点。
进一步地，根据计算得到的各个时刻的三维坐标，得到三维坐标随时间变化的情况的步骤包括：分别制作出臂架的端部的三维坐标中的每一个随时间变化的时间-坐标曲线。
进一步地，在分别制作出臂架的端部的三维坐标中的每一个随时间变化的时间-坐标曲线后，该方法还包括：根据每条时间-坐标曲线计算出相应的时间-振动位移曲线和时间-振动频率曲线。
进一步地，臂架为多节，各节臂架之间的水平面内的旋转角度相同，编码器设置在工程机械的转台上，感测与转台连接的第一节臂架的水平面内的旋转角度。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种检测工程机械的臂架振动的装置，该装置包括：接收设备，用于在多个时刻读取臂架的水平面内的旋转角度和竖直面内的旋转角度，其中，水平面内的旋转角度为臂架在三维坐标系的XOY面上的投影与三维坐标系的X轴之间的夹角；竖直面内的旋转角度为臂架与三维坐标系的XOY面之间的夹角；三维坐标系的坐标原点为臂架的一个端部，三维坐标系的XOY面位于水平面内，XOZ面位于竖直面内；计算设备，用于根据臂架的长度、各个时刻所读取的水平面内的旋转角度和竖直面内的旋转角度计算出臂架的端部在各个时刻的三维坐标；获取设备，用于根据计算得到的各个时刻的三维坐标，得到三维坐标随时间变化的情况。
进一步地，该装置还包括：第一设定设备，用于在读取水平面内的旋转角度和竖直面内的旋转角度之前，根据编码器的安装位置设定水平面内的旋转角度的基准点；第二设定设备，用于根据倾角传感器的安装位置设定竖直面内的旋转角度的基准点。
根据本发明的又一个方面，还提供了一种检测工程机械的臂架振动的系统，该系统包括上述的任何一种检测工程机械的臂架振动的装置。
根据本发明的又一个方面，还提供了一种工程机械，该工程机械包括上述的检测工程机械的臂架振动的系统。
本发明具有以下有益效果：
本发明的检测工程机械的臂架振动的方法获得臂架的水平面内的旋转角度以及竖直面内的旋转角度，本领域技术人员可以理解，对于一节臂架来说，根据其长度、水平面内的旋转角度和竖直面内的旋转角度，可以计算出该节臂架端部的三维坐标，并可以根据臂架端部各个时刻的三维坐标得到三维坐标变化的情况。由于使用此方法和相应的检测装置以及检测系统能够获得各节(包括一节的情况)臂架端部在多个时刻的三维坐标，从而可以记录所检测端点在各个时刻的空间位置，以得到臂架在各个时刻的姿态；再通过三维坐标随时间的变化，可以直接检测到端点在各个时刻在不同方向上的振动位移，所以实现了方便地检测臂架在不同姿态下分别在三维方向上的振动情况。另外，此方法更加智能化、自动化，避免了人工记录臂架端部坐标的工作，并且检测结果更精确。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明的第一实施例的检测工程机械的臂架振动的方法的示意图；
图2是根据本发明的第二实施例的检测工程机械的臂架振动的方法中所建立的三维坐标系与被检测的臂架之间位置关系的示意图；
图3是根据本发明的第二实施例的检测工程机械的臂架振动的方法的示意图；
图4是根据本发明的第三实施例的检测工程机械的臂架振动的装置的组成示意图；
图5是根据本发明的第四实施例的检测工程机械的臂架振动的装置的组成示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1所示，在根据本发明的第一实施例中，被检测的工程机械为混凝土泵车的臂架，检测混凝土泵车的臂架振动的方法包括：
步骤S102：在多个时刻读取臂架的水平面内的旋转角度，和该节臂架的竖直面内的旋转角度；
之后执行的步骤S104：根据臂架的长度、各个时刻所读取的水平面的旋转角度、竖直面内的旋转角度计算出臂架的端部在各个时刻的三维坐标；
之后执行的步骤S106：根据计算得到的各个时刻三维坐标，得到三维坐标随时间变化的情况。
其中，水平面内的旋转角度θ0为臂架在三维坐标系的XOY面上的投影与三维坐标系的X轴之间的夹角；竖直面内的旋转角度θ1为臂架与三维坐标系的XOY面之间的夹角；三维坐标系的坐标原点为臂架的一个端部O，三维坐标系的XOY面位于水平面内，XOZ面位于竖直面内；
由于使用此方法能够获得臂架端部在多个时刻的三维坐标，从而可以记录所检测端点在各个时刻的空间位置，进而可以得到臂架在各个时刻的姿态；再通过臂架端部的三维坐标随时间的变化，可以直接检测到端点在各个时刻在不同方向上的振动位移，从而实现了方便地检测臂架在不同姿态下分别在三维方向上的振动情况。另外，此方法更加智能化、自动化，避免了人工记录臂架端部坐标的工作，并且检测结果更精确。
优选地，臂架的水平面内的旋转角度可以由设置在工程机械上的编码器感测，该编码器可以例如设置在控制臂架在水平面内旋转的电机或减速器上；臂架的竖直面内的旋转角度可以由设置在臂架上的倾角传感器来感测。
如图2所示，在第二实施例中将以具有四节臂架的混凝土泵车为例对本发明进行具体说明，在本实施例中，各节臂架的水平面内的旋转角度均为θ0，而各节臂架的竖直面内的旋转角度依次为θ1、θ2、θ3、θ4，各节臂架的长度依次为d1、d2、d3、d4，并且各节臂架的端部依次为A、B、C、D。
从图2中可以看出，在本实施例中，混凝土泵车上的各节臂架的水平面内的旋转角度相同，也就是，各节臂架之间只在同一个竖直平面内相对旋转，编码器设置在驱动臂架在水平面内旋转的电机上的减速器上。从而编码器所感测到的第一节臂架的水平面内的旋转角度θ0也同时是其他各节臂架的水平面内的旋转角度。当然，本实施例选取了最简单的情况，在实践中，各节臂架之间也可以具有水平面上的相互旋转，从而使各节臂架在水平面内的旋转角度不同。
如图2所示，在本实施例中，该三维坐标系以臂架的一个端部为原点O，包括相互垂直的X轴、Y轴和Z轴，XOY面位于水平面内，XOZ面位于竖直面内。其中，各节臂架的水平面内的旋转角度θ0为各节臂架在三维坐标系的XOY面上的投影与三维坐标系的X轴之间的夹角；各节臂架的竖直面内的旋转角度θ1、θ2、θ3、θ4为各节臂架与三维坐标系的XOY平面之间的夹角。在此三维坐标系中，很容易根据各节臂架的长度以及各节臂架的水平面内的旋转角度和竖直面内的旋转角度而计算出各节臂架的端部A、B、C、D的三维坐标，各节臂架的端部A、B、C、D的三维坐标分别为(XA，YA，ZA)、(XB，YB，ZB)、(XC，YC，ZC)、(XD，YD，ZD)。
如图3所示，在根据本发明的第二实施例中，步骤S202和步骤S204分别与第一实施例中的步骤S102和步骤S104相同，并且在步骤S202之前，还包括：
步骤S201：设定水平面内的旋转角度θ0的基准点，并设定竖直面内的旋转角度θ1、θ2、θ3、θ4的基准点。
其中，当使用编码器检测臂架在水平面内的旋转角度时，将臂架固定在认为规定的合适的旋转位置上，并将来自编码器的脉冲数清零，即设定好了水平面内的旋转角度θ0的基准点。当使用倾角传感器检测臂架在竖直面内的旋转角度时，将臂架固定在规定的合适的竖直面上的位置上，并将来自倾角传感器的电信号定义为零度的电信号，即设定好了水平面内的旋转角度θ0的基准点。
优选地，在步骤204，即计算出各节臂架的端部A、B、C、D在各个时刻的三维坐标之后，还包括：
步骤S206：分别制作出各节臂架的端部A、B、C、D的三维坐标中的每一个随时间变化的时间-坐标曲线，也就是对于每节臂架的端部的三个坐标(例如端部A的三个坐标XA、YA、ZA)分别制作出时间-坐标曲线(图中未示出)。有了这些时间-坐标曲线，能更直观地了解各个臂架端部的位置变化情况。
更优选地，在步骤S206后，还包括：
步骤S208：根据每条时间-坐标曲线计算出相应的时间-振动位移曲线和时间-振动频率曲线(或者其他与振动情况相关的曲线)。可以理解，由于如上文所述，每节臂架的端部有三个坐标，所以对于每节臂架的端部都可以相应做出3条时间-振动位移曲线和3条时间-振动频率曲线。在本实施例中，因为共有4节臂架，所以共可以做出12条时间-振动位移曲线和12条时间-振动频率曲线。
另外，如上文所述，优选地，在本实施例中，各节臂架之间的水平面内的旋转角度相同，均为θ0，在此情况中，编码器设置在工程机械的转台上，感测与转台连接的第一节臂架的水平面内的旋转角度即可。
本发明还提供了一种检测工程机械的臂架振动的装置。如图4所示，根据本发明的第三实施例的该装置包括接收设备101、计算设备102和获取设备103。
具体地，接收设备101用于在多个时刻读取臂架的水平面内的旋转角度和该节臂架的竖直面内的旋转角度。其中，水平面内的旋转角度为臂架在三维坐标系的XOY面上的投影与三维坐标系的X轴之间的夹角；竖直面内的旋转角度为臂架与三维坐标系的XOY面之间的夹角；三维坐标系的坐标原点为臂架的一个端部O，三维坐标系的XOY面位于水平面内，XOZ面位于竖直面内。
计算设备102用于根据臂架的长度、各个时刻所读取的水平面内的旋转角度和竖直面内的旋转角度计算出臂架的端部在各个时刻的三维坐标。
获取设备103用于根据计算得到的各个时刻的三维坐标，得到三维坐标随时间变化的情况。
优选地，如图5所示根据本发明的第四实施例的该装置还包括第一设定设备104和第二设定设备105。该第一设定设备104用于在读取水平面内的旋转角度和竖直面内的旋转角度之前，设定水平面内的旋转角度的基准点；该第二设定设备105用于设定竖直面内的旋转角度的基准点。
本发明还提供了一种检测工程机械的臂架振动的系统，该系统包括上述的任何一种检测工程机械的臂架振动的装置。优选地，该系统还可以包括设置在工程机械上的编码器和设置在臂架上的倾角传感器。其中编码器用于感测各节臂架的水平面内的旋转角度，并输出与其对应的信号；倾角传感器用于感测臂架的竖直面内的旋转角度，并输出与其对应的信号。该检测工程机械的臂架振动的装置与编码器和倾角传感器分别连接，接收编码器和倾角传感器输出的信号，根据各节臂架的长度、水平面内的旋转角度和竖直面内的旋转角度计算出各节臂架的端部的三维坐标，并根据计算得到的三维坐标的变化情况，确定各节臂架的振动参数。
由于使用上述装置及系统能够计算获得各节臂架端部在多个时刻的三维坐标，从而可以记录所检测端点在各个时刻的空间位置，进而可以得到臂架在各个时刻的姿态；再通过臂架端部的三维坐标随时间的变化，可以直接检测到端点在各个时刻在不同方向上的振动位移，即实现了方便地检测臂架在不同姿态下分别在三维方向上的振动情况。另外，此方法、装置和系统更加智能化、自动化，避免了人工记录臂架端部坐标的工作，并且检测结果更精确。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种检测工程机械的臂架振动的方法，其特征在于，包括：
在多个时刻读取所述臂架的水平面内的旋转角度（θ0）和竖直面内的旋转角度（θ1），其中，
所述水平面内的旋转角度（θ0）为所述臂架在三维坐标系的XOY面上的投影与所述三维坐标系的X轴之间的夹角；
所述竖直面内的旋转角度（θ1）为所述臂架与所述三维坐标系的XOY面之间的夹角；
所述三维坐标系的坐标原点为所述臂架的一个端部O，所述三维坐标系的XOY面位于水平面内，XOZ面位于竖直面内；
根据所述臂架的长度（d1）、各个所述时刻所读取的所述水平面内的旋转角度（θ0）和所述竖直面内的旋转角度（θ1）计算出所述臂架的端部A在各个所述时刻的三维坐标；
根据计算得到的各个所述时刻的所述三维坐标，得到所述三维坐标随时间变化的情况。
2.根据权利要求1所述的检测工程机械的臂架振动的方法，其特征在于，
所述臂架的水平面内的旋转角度由设置在所述工程机械上的编码器感测；
所述竖直面内的旋转角度由设置在所述臂架上的倾角传感器感测。
3.根据权利要求1所述的检测工程机械的臂架振动的方法，其特征在于，在读取所述水平面内的旋转角度（θ0）和所述竖直面内的旋转角度（θ1）之前，还包括：
设定所述水平面内的旋转角度（θ0）的基准点；
设定所述竖直面内的旋转角度（θ1）的基准点。
4.根据权利要求1所述的检测工程机械的臂架振动的方法，其特征在于，根据计算得到的各个所述时刻的所述三维坐标，得到所述三维坐标随时间变化的情况的步骤包括：分别制作出臂架的端部A的三维坐标中的每一个随时间变化的时间-坐标曲线。
5.根据权利要求4所述的检测工程机械的臂架振动的方法，其特征在于，在分别制作出所述臂架的端部A的三维坐标中的每一个随时间变化的时间-坐标曲线后，还包括：根据每条所述时间-坐标曲线计算出相应的时间-振动位移曲线和时间-振动频率曲线。
6.根据权利要求2所述的检测工程机械的臂架振动的方法，其特征在于，所述臂架为多节，各节所述臂架之间的水平面内的旋转角度相同，所述编码器设置在所述工程机械的转台上，感测与所述转台连接的第一节臂架的水平面内的旋转角度。
7.一种检测工程机械的臂架振动的装置，其特征在于，包括：
接收设备（101），用于在多个时刻读取臂架的水平面内的旋转角度（θ0）和竖直面内的旋转角度（θ1），其中，
所述水平面内的旋转角度（θ0）为所述臂架在三维坐标系的XOY面上的投影与所述三维坐标系的X轴之间的夹角；
所述竖直面内的旋转角度（θ1）为所述臂架与所述三维坐标系的XOY面之间的夹角；
所述三维坐标系的坐标原点为所述臂架的一个端部O，所述三维坐标系的XOY面位于水平面内，XOZ面位于竖直面内；
计算设备（102），用于根据所述臂架的长度（d1）、各个所述时刻所读取的所述水平面内的旋转角度（θ0）和所述竖直面内的旋转角度（θ1）计算出所述臂架的端部A在各个所述时刻的三维坐标；
获取设备（103），用于根据计算得到的各个所述时刻的所述三维坐标，得到所述三维坐标随时间变化的情况。
8.根据权利要求7所述的检测工程机械的臂架振动的装置，其特征在于，还包括：
第一设定设备（104），用于在读取所述水平面内的旋转角度（θ0）和所述竖直面内的旋转角度（θ1）之前，根据用于感测臂架的水平面内的旋转角度的编码器的安装位置设定所述水平面内的旋转角度（θ0）的基准点；
第二设定设备（105），用于根据用于感测臂架的竖直面内的旋转角度的倾角传感器的安装位置设定所述竖直面内的旋转角度（θ1）的基准点。
9.一种检测工程机械的臂架振动的系统，其特征在于，包括权利要求7或8所述的检测工程机械的臂架振动的装置。
10.一种工程机械，其特征在于，包括权利要求9所述的检测工程机械的臂架振动的系统。
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