CN103640991B - 一种起重机智能臂头灯装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种起重机智能臂头灯装置及控制方法，包括灯头、连接支架、执行电机、支撑座、倾角检测装置、主控制器和选择控制器；倾角检测装置、执行电机、选择控制器分别与主控制器电连接；其控制方法包括以下步骤：自动模式下，倾角检测装置检测灯头姿态，主控制器对姿态信号处理，闭环控制执行电机，使灯头照射方向竖直向下；手动模式下，主控制器检测选择控制器信号，闭环控制执行电机，使灯头照射方向满足实际要求。本发明采用主动控制，结构简单，能抵御外力影响，实现安全稳定照明；电气安装空间密闭，保证使用安全和寿命；两种模式自由切换，既能保证及时跟踪吊重位置，又能任意控制灯头照射方向，满足工况现场复杂的灯光照明需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种照明装置及控制方法，尤其是一种起重机臂头装置及控制方法。
背景技术
起重机臂头灯是保证起重机夜间正常安全工作的照明装置。传统起重机臂头灯都是固定安装在大臂上,灯光只能沿着固定的方向照射,不能随着起重臂的变幅和伸缩及时的跟踪吊重的位置。当在夜间或在光线不足的环境中作业时，操作人员很难判断起吊处的实际情况以及吊重在空中的具体位置，增加了工作的危险性和难度，也降低了工作效率。
针对上述问题，专利ZL201120439286.5设计了一种纯机械的臂头灯机构，采用配重物保持灯头照射方向竖直向下，采用密封硅油阻尼装置阻止配重物晃动。这种设计虽然简单易行，但是存在一些不足。首先，阻尼装置的阻尼过大，易造成配重物运动的卡滞，阻尼装置的阻尼过小，配重物易晃动，从而引起臂头灯的晃动。其次，这种设计，难以抵御来自高空风力以及车体震动的影响，难以在各种工况下取得较佳的预期设计效果。再者，灯光始终竖直向下，不能任意控制灯头照射方向来时时跟踪吊重位置，难以满足工况现场复杂的灯光照明需求，夜间施工危险系数较高。
发明内容
技术问题：发明目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种既能保证及时跟踪吊重位置、又能任意控制灯头照射方向、满足工况现场复杂的灯光照明需求的起重机智能臂头灯装置及控制方法。
技术方案：本发明的起重机智能臂头灯装置，包括安装在起重臂的臂头处的支撑座、控制器装置、执行电机、联轴器、连接支架、倾角检测装置和灯头；所述支撑座为一整体结构，包括控制器空腔座和电机安装座；所述控制器装置密封安装在所述控制器空腔座内，所述执行电机安装在电机安装座内，所述执行电机的转轴端穿出电机安装座右侧端口，再通过联轴器与连接支架连接，在所述连接支架的内部空腔结构内安装有倾角检测装置,所述连接支架的竖直方向的下端连接有灯头。
所述起重机智能臂头灯装置，通过联轴器使执行电机的转轴和连接支架连接，使得执行电机可以控制灯头。所述执行电机和倾角检测装置分别与控制器装置连接，倾角检测装置安装在连接支架内部，用来检测灯头的实际位置，再通过所述执行电机的轴转动使灯头到达预定位置。
更进一步的，所述的控制器装置包括主控制器和选择控制装置，所述选择控制装置包括模式选择开关和旋转电位器，所述主控制器与选择控制装置连接，用来检测选择控制器的模式选择开关状态和读取旋转电位器的输出电压。
更进一步的，执行电机的转轴方向与连接支架竖直方向垂直。所述执行电机通过设置在电机安装座右侧端口处的电机座盖板安装在电机安装座内，防止轴向移动和径向转动。所述电机座盖板为同心圆环板，所述同心圆环板的内圆设有凹槽，凹槽内设置有防尘密封圈，可以让安装空间密闭，保证使用安全和寿命。
更进一步的，所述连接支架为方形管的上部与连接板连接和方形管的下部与联轴器连接的空腔结构，它还包括支架盖板，用于固定安装倾角检测装置并将其密封在空腔结构内。安装形成的空间密闭且结构简单，保证使用安全和寿命。
起重机智能臂头灯装置的控制方法，包括自动模式步骤和手动模式步骤，具体步骤如下：
步骤1：主控制器检测选择控制装置的模式状态，在自动模式状态下，执行步骤2至步骤5，在手动模式状态下，执行步骤6至9；
步骤2：在自动模式下，设置目标位置值为0，倾角检测装置检测到灯头照射方向与重力方向的夹角信号为A，将信号A传输到主控制器；
步骤3：主控制器对信号A进行转换及滤波算法处理得到竖直方向夹角偏差信号B；
步骤4：主控制器对大于设定值的偏差信号B进行闭环控制运算，得到执行电机控制信号C；
步骤5:主控制器按执行电机控制信号C控制执行电机转动，带动连接支架转动到目标位置，使灯头照射方向始终保持竖直向下；
步骤6:在手动模式下，接收选择控制器角度控制值D，并将值D设置为目标位置值，倾角检测装置检测夹角信号E，将信号E传输到主控制器；
步骤7：主控制器对信号E进行转换及滤波算法处理得到竖直方向夹角偏差信号F；
步骤8:主控制器对大于设定值的偏差信号F进行闭环控制运算，得到执行电机控制信号G；
步骤9:主控制器按执行电机控制信号G控制执行电机转动,带动连接支架转动到预定位置，使灯头照射方向符合操作人员的预期方向；
步骤10:时延后，循环步骤1至步骤9。
所述的步骤3和步骤7中的滤波算法包括卡尔曼滤波算法，均值滤波算法和中值滤波算法。所述的步骤4和步骤8中的闭环控制算法为PID算法，且步骤4和步骤8中设定值角度范围在-1～1°之间。
有益效果：本发明的相较于纯机械结构的臂头灯装置，通过电机闭环控制，具有主动控制优势，能抵御来自车体振动和高空风力带来的影响，更好更稳定的实现照明效果；电气安装空间密闭且简单，保证使用安全和寿命；本发明选择模式和手动模式的自由切换，既能保证及时跟踪吊重位置，又能任意控制灯头照射方向，满足工况现场复杂的灯光照明需求；整个装置结构和控制简单，成本较低，独立工作，便于模块化和移植。
附图说明
图1是本发明结构主视图。
图2是本发明结构的俯视图。
图3是本发明结构的侧视图。
图4是连接支架的示意图。
图5是本发明控制系统结构示意框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的说明：
如附图1、2和3所示，本发明包括安装在起重臂的臂头处的支撑座1、控制器装置、执行电机4、联轴器7、连接支架8、倾角检测装置10和灯头11；所述支撑座1为一整体结构，包括控制器空腔座和电机安装座。
所述控制器装置密封安装在所述控制器空腔座内，所述执行电机4安装在电机安装座内，所述执行电机4的转轴端穿出电机安装座右侧端口，再通过联轴器7与连接支架8连接，执行电机4的转轴方向与连接支架8竖直方向垂直，在所述连接支架8的内部空腔结构内安装有倾角检测装置10,所述连接支架8的竖直方向的下端连接有灯头11。
如附图5所示，所述起重机智能臂头灯装置，通过联轴器7使执行电机4的转轴和连接支架8连接，使得执行电机4可以控制灯头11。所述执行电机4和倾角检测装置10分别与控制器装置连接，倾角检测装置10安装在连接支架8内部，用来检测灯头11的实际位置，再通过所述执行电机4的轴转动使灯头11到达预定位置。
所述的控制器装置包括主控制器3和选择控制装置12，所述主控制器3和选择控制装置12密封安装在所述控制器空腔座内，所述支撑座盖板2将主控制器3和选择控制装置12密封安装在控制器空腔座内。所述选择控制装置12包括模式选择开关和旋转电位器，所述主控制器3与选择控制装置12连接，用来检测选择控制器的模式选择开关状态和读取旋转电位器的输出电压。
所述执行电机4通过设置在电机安装座右侧端口处的电机座盖板5安装在电机安装座内，所述电机座盖板5为同心圆环板，所述同心圆环板的内圆设有凹槽，凹槽内设置有防尘密封圈。如附图4所示，所述连接支架8为方形管81的上部与连接板82连接和方形管81的下部与联轴器7连接的空腔结构，还包括支架盖板9，用于固定安装倾角检测装置10并将其密封在空腔结构内。
本发明中，主控制器3包括单片机，本实施例单片机具体选用ATMEL公司ATmega16L单片机。执行电机4包括直流减速电机、舵机和步进电机，本实施例具体选用的执行电机4为SMS8166M33kg大扭矩舵机。所述选择控制装置12包括模式选择开关和旋转电位器，本实施例具体选用5KΩ旋转电位器。所述倾角检测装置10选用的是基于VTI公司SCA60CN1000060单轴倾角传感器的检测模块。
本发明起重机智能臂头灯装置的控制方法，包括自动模式步骤和手动模式步骤，在自动模式下，倾角检测装置10检测灯头11姿态，主控制器3对姿态信号处理，闭环控制执行电机4，使灯头11照射方向竖直向下；在手动模式下，主控制器3检测选择控制器信号，闭环控制执行电机4，使灯头11照射方向满足实际要求。操作人员根据实际情况，通过切换设在选择控制装置12上的选择开关来确定模式状态。例如：在夜间起吊前，需要观察周围情况时，驾驶员就可使用手动模式，控制灯头照射方向，便于观察；在夜间起吊时，驾驶员由于要操作机器动作，就可以切换到自动模式，让灯头始终朝下照射，方便观察重物起吊高度等。具体步骤如下：
步骤1：主控制器检测选择控制装置的模式状态，在自动模式状态下，执行步骤2至步骤5，在手动模式状态下，执行步骤6至9；
步骤2：模式选择开关检测到自动模式状态，设置目标位置值为0，倾角检测装置10检测到灯头照射方向与重力方向的夹角信号为A，主控制器通过自身的AD转换模块对信号A进行采集读入，将信号A传输到主控制器；
步骤3：主控制器3对信号A进行转换及滤波算法处理，以避免震动及干扰信号干扰处理结果，得到竖直方向夹角偏差信号B；
步骤4：主控制器3对大于设定值的偏差信号B进行闭环控制运算，为防止反应过于灵敏和调节的不稳定，设置一死区反应角度，这里设定值B取0.5°，得到执行电机控制信号C，主控制器3对大于0.5°的偏差信号B进行PID闭环控制运算，得到执行电机控制信号C；
步骤5:主控制器3按执行电机控制信号C控制执行电机转动，带动连接支架转动到目标位置，使灯头11照射方向始终保持竖直向下；
步骤6:模式选择开关检测到手动模式状态，主控制器3利用AD转换模块读取选择控制器12的旋转电位器的输出电压，并转换成角度控制值D，接收角度控制值D，并将值D设置为目标位置值，倾角检测装置10检测夹角信号E，将信号E传输到主控制器3；
步骤7：主控制器3对信号E进行转换及卡尔曼滤波算法，处理得到竖直方向夹角偏差信号F；
步骤8:主控制器3对大于设定值0.5°的偏差信号F进行闭环PID控制运算，得到执行电机控制信号G；
步骤9:主控制器3按执行电机控制信号G控制执行电机4转动,带动连接支架9转动到预定位置，使灯头11照射方向符合操作人员的预期方向，以满足实际现场的照射需求；
步骤10:时延后，循环步骤1至步骤9。
上述步骤4和步骤9中设定值角度范围在-1～1°之间，本发明优选0.5°。
操作人员根据实际情况，通过切换设在选择控制装置12上的选择开关来确定模式状态。例如：在夜间起吊前，需要观察周围情况时，驾驶员就可使用手动模式，控制灯头照射方向，便于观察；在夜间起吊时，驾驶员由于要操作机器动作，就可以切换到自动模式，让灯头始终朝下照射，方便观察重物起吊高度等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种起重机智能臂头灯装置，其特征在于：包括安装在起重臂的臂头处的支撑座(1)、控制器装置、执行电机(4)、联轴器(7)、连接支架(8)、倾角检测装置(10)和灯头(11)；所述支撑座(1)为一整体结构，包括控制器空腔座和电机安装座；
所述控制器装置密封安装在所述控制器空腔座内，所述执行电机(4)安装在电机安装座内，所述执行电机(4)的转轴端穿出电机安装座右侧端口，再通过联轴器(7)与连接支架(8)连接，在所述连接支架(8)的内部空腔结构内安装有倾角检测装置(10),所述连接支架(8)的竖直方向的下端连接有灯头(11)；
所述的控制器装置包括主控制器(3)和选择控制装置(12)，所述选择控制装置(12)包括模式选择开关和旋转电位器，所述主控制器(3)与选择控制装置(12)连接。
2.根据权利要求1所述的一种起重机智能臂头灯装置，其特征在于：所述执行电机(4)的转轴方向与连接支架(8)竖直方向垂直。
3.根据权利要求1所述的一种起重机智能臂头灯装置，其特征在于：所述执行电机(4)通过设置在电机安装座右侧端口处的电机座盖板(5)安装在电机安装座内，所述电机座盖板(5)为同心圆环板，所述同心圆环板的内圆设有凹槽，凹槽内设置有防尘密封圈。
4.根据权利要求1所述的一种起重机智能臂头灯装置，其特征在于：所述连接支架(8)为方形管(81)的上部与连接板(82)连接和方形管(81)的下部与联轴器(7)连接的空腔结构，还包括支架盖板(9)，用于固定安装倾角检测装置(10)并将其密封在空腔结构内。
5.基于权利要求1所述的起重机智能臂头灯装置的控制方法，其特征在于：包括自动模式步骤和手动模式步骤，具体步骤如下：
步骤1：主控制器检测选择控制装置的模式状态，在自动模式状态下，执行步骤2至步骤5，在手动模式状态下，执行步骤6至9；
步骤2：在自动模式下，设置目标位置值为0，倾角检测装置检测到灯头照射方向与重力方向的夹角信号为A，将信号A传输到主控制器；
步骤3：主控制器对信号A进行转换及滤波算法处理得到竖直方向夹角偏差信号B；
步骤4：主控制器对大于设定值的偏差信号B进行闭环控制运算，得到执行电机控制信号C；
步骤5:主控制器按执行电机控制信号C控制执行电机转动，带动连接支架转动到目标位置，使灯头照射方向始终保持竖直向下；
步骤6:在手动模式下，接收选择控制器角度控制值D，并将值D设置为目标位置值，倾角检测装置检测夹角信号E，将信号E传输到主控制器；
步骤7：主控制器对信号E进行转换及滤波算法处理得到竖直方向夹角偏差信号F；
步骤8:主控制器对大于设定值的偏差信号F进行闭环控制运算，得到执行电机控制信号G；
步骤9:主控制器按执行电机控制信号G控制执行电机转动,带动连接支架转动到预定位置，使灯头照射方向符合操作人员的预期方向；
步骤10:时延后，循环步骤1至步骤9。
6.根据权利要求5所述起重机智能臂头灯装置的控制方法，其特征在于：所述的步骤3和步骤7中的滤波算法包括卡尔曼滤波算法，均值滤波算法和中值滤波算法。
7.根据权利要求5所述起重机智能臂头灯装置的控制方法，其特征在于：所述的步骤4和步骤8中的闭环控制算法为PID算法，且步骤4和步骤8中设定值角度范围在-1～1°之间。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |