CN103575248B - 臂架目标位置检测设备、方法、系统以及吊装设备、方法和工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种臂架目标位置检测设备、方法、系统以及吊装设备、方法和工程机械。该检测设备包括：接收装置，用于接收所述臂架的仰角、所述臂架的长度、所述臂架的顶端与吊重目标位置之间的距离、所述吊重目标位置、第一夹角、和第二夹角；以及检测装置，用于根据所述臂架的仰角、所述臂架的长度、所述臂架的顶端与吊重目标位置之间的距离、所述吊重目标位置、第一夹角、和第二夹角计算臂架目标位置的仰角以及回转角度。本发明能够实时跟踪吊重目标位置，并得到臂架当前位置与臂架目标位置的仰角和回转角度，有利于实现自动吊装，避免手动操作或操作技术不成熟造成的影响，并且能够将吊重准确送达目标位置。

Description

臂架目标位置检测设备、方法、系统以及吊装设备、方法和工程机械

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种臂架目标位置检测设备、方法、系统以及吊装设备、方法和工程机械。

背景技术

起重机械在吊装作业的过程中，一般由操作人员手动操作控制臂架的运动，将吊重转运至目标位置。但是这种作业方式对于操作人员的操作技术具有较高的要求，并且长时间的作业会使得操作人员感到疲惫，容易发生安全事故。

为了降低对操作人员的要求，现有技术中也提出了一些自动吊装的实现方案，例如通过在吊具上安装摄像头获取集装箱图像，然后对图像进行特征识别，并根据视觉定位原理得到集装箱位置，通过控制系统控制大车、小车运动以及吊具升降，并由条码定位器实时地反馈大车、小车和吊具的位置，从而完成吊装作业。但是，这种实现方案需要采用很多的摄像头，使得图像处理变得困难，并且仅针对集装箱特征进行识别，而并没有对目标位置实时校正。

发明内容

本发明的目的是提供一种臂架目标位置检测设备、方法、系统以及吊装设备、方法和工程机械以检测目标位置和吊装吊重。

为了实现上述目的，本发明提供了一种臂架目标位置检测设备，该检测设备包括：接收装置，用于接收所述臂架的仰角、所述臂架的长度、吊重目标位置、所述臂架的顶端与所述吊重目标位置之间的距离、第一夹角、和第二夹角；其中以所述臂架的回转中心为中心建立空间直角坐标系OXYZ，XOY平面为所述臂架回转基座水平面，YOZ平面为臂架所在竖直平面，所述第一夹角为所述臂架顶端与所述吊重目标位置在XOZ平行平面的投影点所在直线和经过所述臂架顶端的竖直线之间的夹角，所述第二夹角为所述臂架顶端与所述吊重目标位置所在直线和所述臂架顶端与所述吊重目标位置在XOZ平行平面的投影点所在直线之间的夹角；以及检测装置，用于根据所述臂架的仰角、所述臂架的长度、所述臂架的顶端与吊重目标位置之间的距离、所述吊重目标位置、第一夹角、和第二夹角计算臂架目标位置的仰角以及回转角度。

相应地，本发明提供了一种臂架目标位置检测方法，该方法包括：接收所述臂架的仰角、所述臂架的长度、吊重目标位置、所述臂架的顶端与所述吊重目标位置之间的距离、第一夹角、和第二夹角；其中以所述臂架的回转中心为中心建立空间直角坐标系OXYZ，XOY平面为所述臂架回转基座水平面，YOZ平面为臂架所在竖直平面，所述第一夹角为所述臂架顶端与所述吊重目标位置在XOZ平行平面的投影点所在直线和经过所述臂架顶端的竖直线之间的夹角，所述第二夹角为所述臂架顶端与所述吊重目标位置所在直线和所述臂架顶端与所述目标位置在XOZ平行平面的投影点所在直线之间的夹角；以及根据所述臂架的仰角、所述臂架的长度、所述臂架的顶端与吊重目标位置之间的距离、所述吊重目标位置、第一夹角、和第二夹角计算臂架目标位置的仰角以及回转角度。

相应地，本发明提供了一种臂架目标位置检测系统，该系统包括所述的检测设备；该系统还包括：安装底座、托架、相机、倾角仪、外旋转架、内旋转架、内旋转电机、外旋转电机；所述安装底座与所述臂架顶端相连，所述安装底座的两个相对的侧面与所述臂架所在竖直平面平行，所述托架与所述安装底座相连，所述外旋转架与所述托架铰接，所述外旋转架可绕所述托架转动，所述外旋转架的转轴与所述臂架所在竖直平面垂直，所述外旋转架的转动由外旋转电机驱动，所述内旋转架与所述外旋转架铰接，所述内旋转架可绕外旋转架转动，所述内旋转架的转轴与所述外旋转架的转轴垂直，所述内旋转架的转动由所述内旋转电机驱动。

相应地，本发明提供了一种臂架吊装方法，该方法包括：计算臂架加速运动、减速运动和匀速运动的时间历程；相机跟踪目标位置；计算臂架目标位置的仰角以及回转角度；臂架根据所述时间历程开始吊装作业，直至所计算的臂架目标位置的仰角与臂架当前位置仰角相同，并且所计算的臂架目标位置的回转角度为0。

相应地，本发明提供了一种臂架吊装设备，该臂架吊装设备包括所述的系统；该臂架吊装设备还包括控制装置，用于计算臂架加速运动、减速运动和匀速运动的时间历程；控制臂架根据所述时间历程开始吊装作业，直至所计算的臂架目标位置的仰角与臂架当前位置仰角相同，并且所计算的臂架目标位置的回转角度为0。

相应地，本发明提供了一种工程机械，该工程机械包括所述的臂架吊装设备。

本发明能够实时跟踪目标位置，并得到臂架当前位置与目标位置的仰角和回转角度，有利于实现自动吊装，避免手动操作或操作技术不成熟造成的影响，并且能够将吊重准确送达目标位置。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明提供的臂架目标位置检测设备示意图；

图2是本发明提供的臂架目标位置检测原理示意图；

图3是本发明提供的臂架目标位置检测系统示意图；

图4A-4C是本发明提供的臂架目标位置检测系统的主视图、左视图和俯视图；

图5是本发明提供的吊装方法流程图；

图6是本发明提供的吊装设备示意图。

附图标记说明

1安装底座2托架

3相机4标定光源

5外旋转架6内旋转架

7外旋转电机8内旋转电机

9倾角仪100接收装置

200检测装置300控制装置

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

为了实现自动吊装，首先需要能够实时地确定吊重目标位置。因此，本发明提供了一种臂架目标位置检测设备，如图1所示，包括接收装置100，用于接收所述臂架的仰角、所述臂架的长度、所述臂架的顶端与吊重目标位置之间的距离、吊重目标位置、第一夹角、和第二夹角；其中以所述臂架的回转中心为中心建立空间直角坐标系OXYZ，XOY平面为所述臂架回转基座水平面，YOZ平面为臂架所在竖直平面，所述第一夹角为所述臂架顶端与所述吊重目标位置在XOZ平行平面的投影点所在直线和经过所述臂架顶端的竖直线之间的夹角，所述第二夹角为所述臂架顶端与所述吊重目标位置所在直线和所述臂架顶端与所述吊重目标位置在XOZ平行平面的投影点所在直线之间的夹角；以及检测装置200，用于根据所述臂架的仰角、所述臂架的长度、吊重目标位置、所述臂架的顶端与所述吊重目标位置之间的距离、第一夹角、和第二夹角计算臂架目标位置的仰角以及回转角度。通过上述的技术方案，可以得到臂架当前位置与臂架目标位置间的参数，从而可以根据该参数来实时地控制整个吊装作业过程。

图2示出了本发明提供的臂架目标位置检测原理示意图。O为臂架的回转中心，D为臂架顶端，OD为臂架起吊位置，W点为吊重起吊点，建立坐标系OXYZ，其中XOY平面为臂架回转基座水平面，YOZ平面为臂架起吊位置所在的竖直平面。设S点为吊重目标位置，则需将臂架运转至OD’处，其中D’点位于S点的正上方。将D点及S点在XOY平面投影，分别为D_XOY点及S_XOY。臂架目标位置检测系统安装在臂架顶端D点处，吊重与吊钩或吊具连接并起升离地后，操作人员控制外旋转架电机及内旋转架电机，使标定光源的发射光束对准吊重目标位置S点，作S点的投影点S₁及S₀，其中SS₁垂直于XOZ平面，SS₀垂直于YOZ平面，则偏移角度α₁即内旋转架平面相对于外旋转架平面的夹角，偏移角度α₂即外旋转架平面相对于安装底座平面的夹角与倾角仪补偿角的矢量和，设D点至S点的测量距离为L_s，臂架当前测量仰角为θ₀，臂架长度为L_b，则可由检测装置200计算出臂架目标位置的仰角θ₁及回转角度β，其中α₁为所述第一夹角，α₂为所述第二夹角。臂架目标位置的仰角θ₁及回转角度β具体可以根据下式计算：

${\mathrm{\θ}}_1=\arccos \frac{\sqrt{{(L_b{\cos \mathrm{\θ}}_0+L_s{\sin \mathrm{\α}}_2)}^2+{\left(L_s{\cos \mathrm{\α}}_2{\sin \mathrm{\α}}_1\right)}^2}}{L_b};$

$\begin{array}{c}\mathrm{\β}=\arccos \{\frac{{\left(L_b{\cos \mathrm{\θ}}_0\right)}^2+[{(L_b{\cos \mathrm{\θ}}_0+L_s{\sin \mathrm{\α}}_2)}^2+{\left(L_s{\cos \mathrm{\α}}_2{\sin \mathrm{\α}}_1\right)}^2]}{{2L}_b{\cos \mathrm{\θ}}_0\sqrt{{(L_b{\cos \mathrm{\θ}}_0+L_s{\sin \mathrm{\α}}_2)}^2+{\left(L_s{\cos \mathrm{\α}}_2{\sin \mathrm{\α}}_1\right)}^2}}\\ -\frac{[{\left(L_s{\sin \mathrm{\α}}_2\right)}^2+{\left(L_s{\cos \mathrm{\α}}_2{\sin \mathrm{\α}}_1\right)}^2]}{{2L}_b{\cos \mathrm{\θ}}_0\sqrt{{(L_b{\cos \mathrm{\θ}}_0+L_s{\sin \mathrm{\α}}_2)}^2+{\left(L_s{\cos \mathrm{\α}}_2{\sin \mathrm{\α}}_1\right)}^2}}\}\end{array};$

图3示出了本发明提供的臂架目标位置检测系统示意图，需要说明的是其中主要示出了机械部件而未显示接收装置100和检测装置200。从图3中可以看出，该系统包括安装底座1、托架2、相机3、倾角仪9、外旋转架5、内旋转架6、内旋转电机8、外旋转电机7；所述安装底座1与所述臂架顶端相连，所述安装底座的两个相对的侧面与所述臂架所在竖直平面平行，所述托架2与所述安装底座1相连，所述外旋转架5与所述托架2铰接，所述外旋转架5可绕所述托架2转动，所述外旋转架5的转轴与所述臂架所在竖直平面垂直，所述外旋转架5的转动由外旋转电机驱动7，所述内旋转架6与所述外旋转架5铰接，所述内旋转架6可绕外旋转架5转动，所述内旋转架6的转轴与所述外旋转架5的转轴垂直，所述内旋转架6的转动由所述内旋转电机8驱动。标定光源4可以用来帮助现场的工作人员目测吊重目标位置，本发明中也可以不使用该标定光源，只需要在初始的时候，操作人员通过手动操作拍摄吊重目标位置的图片或者通过其他途径，例如操作人员现场拍摄然后存入该系统中作为参考图片，以便随后相机能够跟踪吊重目标位置。所述臂架的顶端与吊重目标位置之间的距离通过相机的测距功能得到；所述内旋转电机通过对相机拍摄的吊重目标位置的图像进行图像处理驱动所述内旋转架转动；所述外旋转电机通过对相机拍摄的吊重目标位置的图像进行图像处理驱动所述外旋转架转动。对于相机跟踪吊重目标位置的实现方案而言，可以通过获取相邻时刻的两帧吊重目标位置的图像后，提取图像中心目标区域的像素值，根据相关跟踪算法、波门跟踪算法等方法，可计算出两帧图像的像素偏移值，已知像素偏移值及目标距离后，即可计算出相机视轴需要旋转的角度，从而控制内旋转电机和外旋转电机旋转，使相机中心重新对准吊重目标位置。

通过上述安装的一些部件，可以得到一些参数，例如所述α₁为内旋转电机编码器反馈角；α₂为外旋转电机编码器反馈角与倾角仪补偿角的矢量和。

图4A-图4C示出了臂架目标位置检测系统主视图、左视图和俯视图。

相应地，本发明提供了一种臂架目标位置检测方法，该方法包括：接收所述臂架的仰角、所述臂架的长度、吊重目标位置、所述臂架的顶端与所述吊重目标位置之间的距离、第一夹角、和第二夹角；其中以所述臂架的回转中心为中心建立空间直角坐标系OXYZ，XOY平面为所述臂架回转基座水平面，YOZ平面为臂架所在竖直平面，所述第一夹角为所述臂架顶端与所述吊重目标位置在XOZ平行平面的投影点所在直线和经过所述臂架顶端的竖直线之间的夹角，所述第二夹角为所述臂架顶端与所述吊重目标位置所在直线和所述臂架顶端与所述目标位置在XOZ平行平面的投影点所在直线之间的夹角；以及根据所述臂架的仰角、所述臂架的长度、所述臂架的顶端与吊重目标位置之间的距离、所述吊重目标位置、第一夹角、和第二夹角计算臂架目标位置的仰角以及回转角度。同样地，该方法能够确定臂架当前位置与臂架目标位置间的参数，从而使得实时地控制吊装作业成为可能。

本发明提供了一种臂架吊装方法，如图5所示，该方法包括：计算臂架加速运动、减速运动和匀速运动的时间历程（步骤501），这个时间历程主要是便于臂架在一段时间加速运动、在一段时间匀速运动、并在一段时间减速运动，从而完成整个吊装作业过程；相机跟踪吊重目标位置（步骤503），该跟踪为实时跟踪，可以通过图像处理技术计算出相机视轴需要转动的角度，从而可以保证相机总是对准吊重目标位置；计算臂架吊重目标位置的仰角以及回转角度（505），该仰角和回转角度的计算在前面已经做了详细的描述，通过上述的仰角和回转角计算公式可以得到，此处不再赘述；然后比较可以开始作业了（步骤507），在理想的情况下，可以通过计算得到加速运动、匀速运动和减速运动的时间历程完整整个吊装过程，但现有的情况并非理想状态，需要进行调整，例如可以计算出减速运动的行程，以及臂架顶端与目标点之间的剩余行程，在剩余行程小于或等于减速运动行程时开始做减速运动以防止吊装不到位的情况发生；最后要判断所计算的臂架目标位置的仰角与臂架当前位置仰角是否相同，并且所计算的臂架目标位置的回转角度是否为0（步骤509），如果是的话，就结束整个吊装作业过程，否则相机继续跟踪吊重目标位置，进行下一个循环。

为了防止加速运动和减速运动节点的振荡，可以通过若干次加速运动来达到匀速运动的速度。所述加速运动采用二阶输入整形、三阶输入整形或者四阶输入整形；

采用二阶输入整形时，加速度和减速度与时间历程之间的关系为：

$\left[\begin{array}{c}t\\ A\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}0& T/2\\ \±K/(K+1)& \±1/(K+1)\end{array}\right];$ 在加速运动时，该关系可以理解为从加速运动开始到T/2的时间段内，以K/(K+1)的加速度值进行加速运动，在T/2之后以1/(K+1)的加速度值进行加速运动直至匀速运动；在减速运动时，该关系可以理解为从减速速运动开始到T/2的时间段内，以K/(K+1)的加速度值进行减速运动，在T/2之后以1/(K+1)的加速度值进行减速运动直至停止；

采用三阶输入整形时，加速度和减速度与时间历程之间的关系为：

$\left[\begin{array}{c}t\\ A\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}0& T/2& T\\ \±1/(K^2+2K+1)& \±2K/(K^2+2K+1)& \±K^2/(K^2+2K+1)\end{array}\right];$ 在加速运动时，该关系可以理解为从加速运动开始到T/2的时间段内，以1/(K²+2K+1)的加速度值进行加速运动，在T/2开始到T的时间段内，以2K/(K²+2K+1)的加速度值进行加速运动，在T之后以K²/(K²+2K+1)的加速度值进行加速运动直至匀速运动；在减速运动时，该关系可以理解为从减速运动开始到T/2的时间段内，以1/(K²+2K+1)的加速度值进行减速运动，在T/2开始到T的时间段内，以2K/(K²+2K+1)的加速度值进行减速运动，在T之后以K²/(K²+2K+1)的加速度值进行减速运动直至停止；

采用四阶输入整形时，加速度和减速度与时间历程之间的关系为：

$\left[\begin{array}{c}t\\ A\end{array}\right]=\begin{array}{c}\left[\begin{array}{cccc}0& T/2& T& 3T/2\\ \±1/{(K+1)}^3& \±3K/{(K+1)}^3& \±{3K}^2/{(K+1)}^3& \±K^3/{(K+1)}^3\end{array}\right];\end{array}$ 在加速运动时，从加速运动开始到T/2的时间段内，以1/(K+1)³的加速度值进行加速运动，在T/2开始到T的时间段内，以3K/(K+1)³的加速度值进行加速运动，在T开始到3T/2的时间段内，以3K²/(K+1)³的加速度值进行加速运动，在3T/2之后以K³/(K+1)³的加速度值进行加速运动直至匀速运动；在减速运动时，从减速运动开始到T/2的时间段内，以1/(K+1)³的加速度值进行减速运动，在T/2开始到T的时间段内，以3K/(K+1)³的加速度值进行减速运动，在T开始到3T/2的时间段内，以3K²/(K+1)³的加速度值进行减速运动，在3T/2之后以K³/(K+1)³的加速度值进行减速速运动直至停止；

其中K为已知系数，T为已知时间。t为加速或减速起始时间，A为归一化加速度。当系统为无阻尼自由摆振荡系统时，K=1，其中g为重力加速度，L为吊绳长度。

相应地，本发明提供了一种臂架吊装设备，如图6所示，需要说明的是图6仅示出了该设备的一部分。该设备包括所述的系统，该臂架吊装设备还包括控制装置300，用于计算臂架加速运动、减速运动和匀速运动的时间历程；控制臂架根据所述时间历程开始吊装作业，直至所计算的臂架目标位置的仰角与臂架当前位置仰角相同，并且所计算的臂架目标位置的回转角度为0。

相应地，本发明还提供了一种工程机械，该工程机械包括所述的臂架吊装设备。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (14)

1.一种臂架目标位置检测设备，其特征在于，该检测设备包括：

接收装置，用于接收所述臂架的仰角、所述臂架的长度、吊重目标位置、所述臂架的顶端与所述吊重目标位置之间的距离、第一夹角和第二夹角；其中以所述臂架的回转中心为中心建立空间直角坐标系OXYZ，XOY平面为所述臂架回转基座水平面，YOZ平面为臂架所在竖直平面，所述第一夹角为所述臂架顶端与所述吊重目标位置在XOZ平行平面的投影点所在直线和经过所述臂架顶端的竖直线之间的夹角，所述第二夹角为所述臂架顶端与所述吊重目标位置所在直线和所述臂架顶端与所述吊重目标位置在XOZ平行平面的投影点所在直线之间的夹角；以及

检测装置，用于根据所述臂架的仰角、所述臂架的长度、所述臂架的顶端与吊重目标位置之间的距离、所述吊重目标位置、第一夹角和第二夹角计算臂架目标位置的仰角以及回转角度。

2.根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于，所述检测装置根据下式计算所述臂架目标位置的仰角以及回转角度：

${\mathrm{\θ}}_1=\arccos \frac{\sqrt{{(L_b{\mathrm{cos\θ}}_0+L_s{\mathrm{sin\α}}_2)}^2+{\left(L_s{\mathrm{cos\α}}_2{\mathrm{sin\α}}_1\right)}^2}}{L_b};$

$\begin{array}{c}\mathrm{\β}=\arccos \{\frac{{\left(L_b{\mathrm{cos\θ}}_0\right)}^2+\[{\left(L_b{\mathrm{cos\θ}}_0+L_s{\mathrm{sin\α}}_2\right)}^2+{\left(L_s{\mathrm{cos\α}}_2{\mathrm{sin\α}}_1\right)}^2\]}{2L_b{\mathrm{cos\θ}}_0\sqrt{{\left(L_b{\mathrm{cos\θ}}_0+L_s{\mathrm{sin\α}}_2\right)}^2+{\left(L_s{\mathrm{cos\α}}_2{\mathrm{sin\α}}_1\right)}^2}}\\ -\frac{\[{\left(L_s{\mathrm{sin\α}}_2\right)}^2+{\left(L_s{\mathrm{cos\α}}_2{\mathrm{sin\α}}_1\right)}^2\]}{2L_b{\mathrm{cos\θ}}_0\sqrt{{\left(L_b{\mathrm{cos\θ}}_0+L_s{\mathrm{sin\α}}_2\right)}^2+{\left(L_s{\mathrm{cos\α}}_2{\mathrm{sin\α}}_1\right)}^2}}\}\end{array};$

其中，θ₁为所述臂架目标位置的仰角，β为所述臂架目标位置的回转角度，L_b为所述臂架的长度，L_s为所述臂架的顶端与吊重目标位置之间的距离，θ₀为臂架当前位置仰角，α₁为所述第一夹角，α₂为所述第二夹角。

3.一种臂架目标位置检测方法，其特征在于，该方法包括：

接收所述臂架的仰角、所述臂架的长度、吊重目标位置、所述臂架的顶端与所述吊重目标位置之间的距离、第一夹角、和第二夹角；其中以所述臂架的回转中心为中心建立空间直角坐标系OXYZ，XOY平面为所述臂架回转基座水平面，YOZ平面为臂架所在竖直平面，所述第一夹角为所述臂架顶端与所述吊重目标位置在XOZ平行平面的投影点所在直线和经过所述臂架顶端的竖直线之间的夹角，所述第二夹角为所述臂架顶端与所述吊重目标位置所在直线和所述臂架顶端与所述目标位置在XOZ平行平面的投影点所在直线之间的夹角；以及

根据所述臂架的仰角、所述臂架的长度、所述臂架的顶端与吊重目标位置之间的距离、所述吊重目标位置、第一夹角、和第二夹角计算臂架目标位置的仰角以及回转角度。

4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，根据下式计算所述臂架目标位置的仰角以及回转角度：

${\mathrm{\θ}}_1=\arccos \frac{\sqrt{{(L_b{\mathrm{cos\θ}}_0+L_s{\mathrm{sin\α}}_2)}^2+{\left(L_s{\mathrm{cos\α}}_2{\mathrm{sin\α}}_1\right)}^2}}{L_b};$

$\begin{array}{c}\mathrm{\β}=\arccos \{\frac{{\left(L_b{\mathrm{cos\θ}}_0\right)}^2+\[{\left(L_b{\mathrm{cos\θ}}_0+L_s{\mathrm{sin\α}}_2\right)}^2+{\left(L_s{\mathrm{cos\α}}_2{\mathrm{sin\α}}_1\right)}^2\]}{2L_b{\mathrm{cos\θ}}_0\sqrt{{\left(L_b{\mathrm{cos\θ}}_0+L_s{\mathrm{sin\α}}_2\right)}^2+{\left(L_s{\mathrm{cos\α}}_2{\mathrm{sin\α}}_1\right)}^2}}\\ -\frac{\[{\left(L_s{\mathrm{sin\α}}_2\right)}^2+{\left(L_s{\mathrm{cos\α}}_2{\mathrm{sin\α}}_1\right)}^2\]}{2L_b{\mathrm{cos\θ}}_0\sqrt{{\left(L_b{\mathrm{cos\θ}}_0+L_s{\mathrm{sin\α}}_2\right)}^2+{\left(L_s{\mathrm{cos\α}}_2{\mathrm{sin\α}}_1\right)}^2}}\}\end{array};$

其中，θ₁为所述臂架目标位置的仰角，β为所述臂架目标位置的回转角度，L_b为所述臂架的长度，L_s为所述臂架的顶端与吊重目标位置之间的距离，θ₀为臂架当前位置仰角，α₁为所述第一夹角，α₂为所述第二夹角。

5.一种臂架目标位置检测系统，其特征在于，该系统包括根据权利要求1或2所述的检测设备；该系统还包括：安装底座、托架、相机、倾角仪、外旋转架、内旋转架、内旋转电机、外旋转电机；所述安装底座与所述臂架顶端相连，所述安装底座的两个相对的侧面与所述臂架所在竖直平面平行，所述托架与所述安装底座相连，所述外旋转架与所述托架铰接，所述外旋转架可绕所述托架转动，所述外旋转架的转轴与所述臂架所在竖直平面垂直，所述外旋转架的转动由外旋转电机驱动，所述内旋转架与所述外旋转架铰接，所述内旋转架可绕外旋转架转动，所述内旋转架的转轴与所述外旋转架的转轴垂直，所述内旋转架的转动由所述内旋转电机驱动。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述臂架的顶端与吊重目标位置之间的距离通过相机的测距功能得到；所述内旋转电机通过对相机拍摄的所述吊重目标位置的图像进行图像处理驱动所述内旋转架转动；所述外旋转电机通过对相机拍摄的所述吊重目标位置的图像进行图像处理驱动所述外旋转架转动；所述第一夹角为内旋转电机编码器反馈角；所述第二夹角为外旋转电机编码器反馈角与倾角仪补偿角的矢量和。

7.一种臂架吊装方法，其特征在于，该方法包括：

计算臂架加速运动、减速运动和匀速运动的时间历程；

相机跟踪吊重目标位置；

计算臂架目标位置的仰角以及回转角度；

臂架根据所述时间历程开始吊装作业，直至所计算的臂架目标位置的仰角与臂架当前位置仰角相同，并且所计算的臂架目标位置的回转角度为0。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据下式计算所述臂架目标位置的仰角以及回转角度：

${\mathrm{\θ}}_1=\arccos \frac{\sqrt{{(L_b{\mathrm{cos\θ}}_0+L_s{\mathrm{sin\α}}_2)}^2+{\left(L_s{\mathrm{cos\α}}_2{\mathrm{sin\α}}_1\right)}^2}}{L_b};$

$\begin{array}{c}\mathrm{\β}=\arccos \{\frac{{\left(L_b{\mathrm{cos\θ}}_0\right)}^2+\[{\left(L_b{\mathrm{cos\θ}}_0+L_s{\mathrm{sin\α}}_2\right)}^2+{\left(L_s{\mathrm{cos\α}}_2{\mathrm{sin\α}}_1\right)}^2\]}{2L_b{\mathrm{cos\θ}}_0\sqrt{{\left(L_b{\mathrm{cos\θ}}_0+L_s{\mathrm{sin\α}}_2\right)}^2+{\left(L_s{\mathrm{cos\α}}_2{\mathrm{sin\α}}_1\right)}^2}}\\ -\frac{\[{\left(L_s{\mathrm{sin\α}}_2\right)}^2+{\left(L_s{\mathrm{cos\α}}_2{\mathrm{sin\α}}_1\right)}^2\]}{2L_b{\mathrm{cos\θ}}_0\sqrt{{\left(L_b{\mathrm{cos\θ}}_0+L_s{\mathrm{sin\α}}_2\right)}^2+{\left(L_s{\mathrm{cos\α}}_2{\mathrm{sin\α}}_1\right)}^2}}\}\end{array};$

其中，θ₁为所述臂架目标位置的仰角，β为所述臂架目标位置的回转角度，L_b为所述臂架的长度，L_s为所述臂架的顶端与所述吊重目标位置之间的距离，θ₀为臂架当前位置仰角，α₁为第一夹角，α₂为第二夹角，其中以所述臂架的回转中心为中心建立空间直角坐标系OXYZ，XOY平面为所述臂架回转基座水平面，YOZ平面为臂架所在竖直平面，所述第一夹角为所述臂架顶端与所述吊重目标位置在XOZ平行平面的投影点所在直线和经过所述臂架顶端的竖直线之间的夹角，所述第二夹角为所述臂架顶端与所述吊重目标位置所在直线和所述臂架顶端与所述目标位置在XOZ平行平面的投影点所在直线之间的夹角。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述加速运动或减速运动采用二阶输入整形、三阶输入整形或者四阶输入整形；

采用二阶输入整形时，从加速运动或减速运动开始到T/2的时间段内，以K/(K+1)的加速度值进行加速运动或减速运动，在T/2之后以1/(K+1)的加速度值进行加速运动或减速运动直至匀速运动或停止；

采用三阶输入整形时，从加速运动或减速运动开始到T/2的时间段内，以1/(K²+2K+1)的加速度值进行加速运动或减速运动，在T/2开始到T的时间段内，以2K/(K²+2K+1)的加速度值进行加速运动或减速运动，在T之后以K²/(K²+2K+1)的加速度值进行加速运动或减速运动直至匀速运动或停止；

采用四阶输入整形时，从加速运动或减速运动开始到T/2的时间段内，以1/(K+1)³的加速度值进行加速运动或减速运动，在T/2开始到T的时间段内，以3K/(K+1)³的加速度值进行加速运动或减速运动，在T开始到3T/2的时间段内，以3K²/(K+1)³的加速度值进行加速运动或减速运动，在3T/2之后以K³/(K+1)³的加速度值进行加速运动或减速运动直至匀速运动或停止；

其中K＝1，g为重力加速度，L为吊绳长度。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在减速运动时，根据加速度值以及减速运动的时间得到减速运动行程，在所述臂架顶端与所述吊重目标位置之间的行程小于所述减速运动行程时臂架开始减速。

11.一种臂架吊装设备，其特征在于，该臂架吊装设备包括根据权利要求5或6所述的系统；该臂架吊装设备还包括控制装置，用于计算臂架加速运动、减速运动和匀速运动的时间历程；控制臂架根据所述时间历程开始吊装作业，直至所计算的臂架目标位置的仰角与臂架当前位置仰角相同，并且所计算的臂架目标位置的回转角度为0。

12.根据权利要求11所述的臂架吊装设备，其特征在于，所述控制装置还用于对所述加速运动或减速运动采用二阶输入整形、三阶输入整形或者四阶输入整形；

采用二阶输入整形时，从加速运动或减速运动开始到T/2的时间段内，以K/(K+1)的加速度值进行加速运动或减速运动，在T/2之后以1/(K+1)的加速度值进行加速运动或减速运动直至匀速运动或停止；

采用三阶输入整形时，从加速运动或减速运动开始到T/2的时间段内，以1/(K²+2K+1)的加速度值进行加速运动或减速运动，在T/2开始到T的时间段内，以2K/(K²+2K+1)的加速度值进行加速运动或减速运动，在T之后以K²/(K²+2K+1)的加速度值进行加速运动或减速运动直至匀速运动或停止；

采用四阶输入整形时，从加速运动或减速运动开始到T/2的时间段内，以1/(K+1)³的加速度值进行加速运动或减速运动，在T/2开始到T的时间段内，以3K/(K+1)³的加速度值进行加速运动或减速运动，在T开始到3T/2的时间段内，以3K²/(K+1)³的加速度值进行加速运动或减速运动，在3T/2之后以K³/(K+1)³的加速度值进行加速运动或减速运动直至匀速运动或停止；

其中K＝1，g为重力加速度，L为吊绳长度。

13.根据权利要求11所述的臂架吊装设备，其特征在于，在减速运动时，所述控制装置根据加速度值以及减速运动的时间得到减速运动行程，在所述臂架顶端与所述吊重目标位置之间的行程小于所述减速运动行程时控制臂架开始减速。

14.一种工程机械，其特征在于，该工程机械包括根据权利要求11-13中任意一项所述的臂架吊装设备。