CN104627840A - 一种起重机力反馈系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种起重机力反馈系统，用于解决现有技术中起重机易操作性差，起重工作效率和安全性较低的技术问题，所述系统包括：称重传感器，与所述起重机的起升机构连接；力反馈控制器，与所述称重传感器连接；操纵杆，与所述力反馈控制器连接；其中，所述称重传感器用于获取所述起升机构所要移动的货物的重量信号，并将所述重量信号转换为第一信号；所述力反馈控制器用于接收所述第一信号，并基于第一转换方式将所述第一信号转换为所述起重机的操作员能够识别的反馈作用力，以及通过所述反馈作用力驱动所述操纵杆，以使所述操作员能够在手持所述操纵杆时感知所述货物的重量。

Description

一种起重机力反馈系统

技术领域

本发明涉及起重机技术领域，尤其涉及一种起重机力反馈系统。

背景技术

起重机利用机械原理，能够帮助人类移动平常人类力量不足以移动的物件，在工业发展中得到了广泛的应用，如在货运业中，被用于移动货物；在建造业中，被用于移动大型设备；在航海科技中，用于升高或降低物品，可见，起重机是人类社会发展不可或缺的好帮手。

起重机工作的主要流程包括：定位货物吊起(或下放)的位置、控制吊起(或下放)货物的力度、以及控制货物移动的速度。在定位货物位置方面，目前通过起重机操作员和指挥员互相配合反复沟通完成货物定位，或者在起重机起升机构的吊钩等处安装监视装置等实现货物定位；但是在控制吊起(或下放)货物的力度、以及控制货物移动的速度方面，由于货物通常距离操作员比较远，并且重量较大，操作员无法直接感知货物，主要依赖操作员的操作经验控制起重机的起升机构完成相关操作，并且为了保证吊装工作的安全性，在进行每一次吊装操作时操作员都需要反复尝试，这样大大降低了工作效率，另外，由于起重工作强度较大，起重机操作员无法时时准确把握吊起(或下放)货物的力度和速度，有时可能出现误操作而造成伤亡事故。可见，在现有技术中存在起重机易操作性差，起重工作效率和安全性较低的技术问题。

发明内容

本申请实施例通过提供一种起重机力反馈系统，解决了现有技术中起重机易操作性差，起重工作效率和安全性较低的技术问题，在起重机工作系统中设置了力反馈系统，通过称重传感器和力反馈控制器的转换处理，将起重货物的重量转换为操作员能够识别的反馈作用力，并以该反馈作用力驱动起重机的操纵杆，以使操作员能够在手持操纵杆时感知起重货物的重量，并能够准确地把握吊起(或下放)货物的力度和速度，从而提高起重工作的效率和安全性。

本申请实施例提供了一种起重机力反馈系统，所述系统包括：

称重传感器，与所述起重机的起升机构连接；

力反馈控制器，与所述称重传感器连接；

操纵杆，与所述力反馈控制器连接；

其中，所述称重传感器用于获取所述起升机构所要移动的货物的重量信号，并将所述重量信号转换为第一信号；所述力反馈控制器用于接收所述第一信号，并基于第一转换方式将所述第一信号转换为所述起重机的操作员能够识别的反馈作用力，以及通过所述反馈作用力驱动所述操纵杆，以使所述操作员能够在手持所述操纵杆时感知所述货物的重量。

可选的，所述力反馈控制器，具体包括：

与所述称重传感器连接的控制装置，用于接收所述第一信号，并基于所述第一转换方式将所述第一信号转换为与所述第一信号不同的第二信号；

与所述控制装置连接的力反馈装置，用于接收所述第二信号，并基于所述第二信号生成所述反馈作用力。

可选的，所述控制装置具体包括：

与所述称重传感器连接的侦测模块，用于接收所述第一信号；

分别与所述侦测模块和所述力反馈装置连接的控制模块，用于基于所述第一转换方式将所述第一信号转化为所述第二信号，并控制所述力反馈装置将所述第二信号转换为所述反馈作用力。

可选的，所述系统还包括：

分别与所述力反馈控制器和所述操纵杆连接的档位调节装置，用于提供多种档位，并根据操作员对档位的选择指令控制所述力反馈控制器向所述操纵杆施加相应档位的反馈作用力。

可选的，所述系统还包括：

与所述操纵杆连接的检测装置，用于检测操作员在所述操纵杆上施加的操控作用力，并将所述操控作用力转换为第三信号输出至所述力反馈控制器，以使所述力反馈控制器将所述第三信号转换为用于提升货物的提升作用力或者将施加于所述操纵杆的反馈作用力清零。

可选的，所述货物的重力与所述反馈作用力成正比关系。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

(1)由于在本申请实施例中，在起重机工作系统中设置了力反馈系统，包括：与所述起重机的起升机构连接的称重传感器、与所述称重传感器连接的力反馈控制器，以及与所述力反馈控制器连接的操纵杆；其中，所述称重传感器用于获取所述起升机构所要移动的货物的重量信号，并将所述重量信号转换为第一信号；所述力反馈控制器用于接收所述第一信号，并基于第一转换方式将所述第一信号转换为所述起重机的操作员能够识别的反馈作用力，以及通过所述反馈作用力驱动所述操纵杆，以使所述操作员能够在手持所述操纵杆时感知所述货物的重量。也就是说，通过称重传感器和力反馈控制器的转换处理，将起重货物的重量转换为操作员能够识别的反馈作用力，并以该反馈作用力驱动起重机的操纵杆，以使操作员能够在手持操纵杆时感知起重货物的重量，解决了现有技术中起重机易操作性差，起重工作效率和安全性较低的技术问题，使得起重机操作员能够准确地把握吊起(或下放)货物的力度和速度，从而提高起重工作的效率和安全性。

(2)由于在本申请实施例中，力反馈系统还包括：分别与所述力反馈控制器和所述操纵杆连接的档位调节装置，用于提供多种档位，并根据操作员对档位的选择指令控制所述力反馈控制器向所述操纵杆施加相应档位的反馈作用力，也就是说，本系统的操纵杆设有不同的档位，并且在不同的档位操纵杆上的作用力也会不同，实现了根据实际操作需要向操纵杆施加作用力，以使操作员感受到不同大小的作用力的技术效果。

(3)由于在本申请实施例中，力反馈系统还包括：与所述操纵杆连接的检测装置，用于检测操作员在所述操纵杆上施加的操控作用力，并将所述操控作用力转换为第三信号输出至所述力反馈控制器，以使所述力反馈控制器将所述第三信号转换为用于提升货物的提升作用力或者将施加于操纵杆的反馈作用力清零，实现了基于操作员的操控作用力来控制起重机的起重机构进行起重操作，或控制将操纵杆上的反馈作用力清零的技术效果。

(4)由于在本申请实施例中，所述货物的重力与所述反馈作用力成正比关系，也就是说，当起重货物较重时，操作员能够根据操纵杆上感受到较大的反馈力，当起重货物较轻时，操作员能够感受到较小的反馈力，实现了操作员能够根据反馈作用力的大小判断出起重货物的轻重，并控制起重机采取合适的力度和速度移动货物的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种起重机力反馈系统的结构框图；

图2为本申请实施例提供的具有档位调节功能的起重机力反馈系统的结构框图；

图3为本申请实施例提供的具有人为操作检测功能的起重机力反馈系统的结构框图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种起重机力反馈系统，解决了现有技术中存在的起重机易操作性差，起重工作效率和安全性较低的技术问题，在起重机工作系统中设置了力反馈系统，通过称重传感器和力反馈控制器的转换处理，将起重货物的重量转换为操作员能够识别的反馈作用力，并以该反馈作用力驱动起重机的操纵杆，以使操作员能够在手持操纵杆时感知起重货物的重量，并能够准确地把握吊起(或下放)货物的力度和速度，从而提高起重工作的效率和安全性。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

本申请实施例提供了一种起重机力反馈系统，所述系统包括：称重传感器，与所述起重机的起升机构连接；力反馈控制器，与所述称重传感器连接；操纵杆，与所述力反馈控制器连接；其中，所述称重传感器用于获取所述起升机构所要移动的货物的重量信号，并将所述重量信号转换为第一信号；所述力反馈控制器用于接收所述第一信号，并基于第一转换方式将所述第一信号转换为所述起重机的操作员能够识别的反馈作用力，以及通过所述反馈作用力驱动所述操纵杆，以使所述操作员能够在手持所述操纵杆时感知所述货物的重量。

可见，在本申请实施例中，通过力反馈系统的称重传感器和力反馈控制器的转换处理，将起重货物的重量转换为操作员能够识别的反馈作用力，并以该反馈作用力驱动起重机的操纵杆，以使操作员能够在手持操纵杆时感知起重货物的重量，解决了现有技术中起重机易操作性差，起重工作效率和安全性较低的技术问题，使得起重机操作员能够准确地把握吊起(或下放)货物的力度和速度，从而提高起重工作的效率和安全性。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例一

请参考图1，本申请实施例提供了一种起重机力反馈系统，所述系统包括：

称重传感器10，与所述起重机的起升机构100连接；

力反馈控制器11，与所述称重传感器10连接；

操纵杆12，与所述力反馈控制器11连接；

其中，所述称重传感器10用于获取所述起升机构100所要移动的货物的重量信号，并将所述重量信号转换为第一信号；所述力反馈控制器11用于接收所述第一信号，并基于第一转换方式将所述第一信号转换为所述起重机的操作员能够识别的反馈作用力，以及通过所述反馈作用力驱动所述操纵杆12，以使所述操作员能够在手持所述操纵杆12时感知所述货物的重量。

在具体实施过程中，请继续参考图1，所述力反馈控制器11，具体包括：

与所述称重传感器10连接的控制装置111，用于接收所述第一信号，并基于所述第一转换方式将所述第一信号转换为与所述第一信号不同的第二信号；

与所述控制装置111连接的力反馈装置112，用于接收所述第二信号，并基于所述第二信号生成所述反馈作用力。

进一步，所述控制装置111具体包括：

与所述称重传感器10连接的侦测模块111-1，用于接收所述第一信号；

分别与所述侦测模块111-1和所述力反馈装置112连接的控制模块111-2，用于将所述第一信号转化为所述第二信号，并控制所述力反馈装置112将所述第二信号转换为所述反馈作用力。

在实际吊装过程中，称重传感器10直接或间接与起重货物相连，具体的，称重传感器10设置在起重机的吊钩上，并能够在吊起货物的过程中与起重货物直接接触，或设置在起重机的铁索上，并能够通过检测起重货物给铁索施加的作用力，从而获取起重货物的重力大小。

当起重机开始吊装工作时，称重传感器10采集获取起重货物的重量信号，将重量信号转换成可测量的第一信号，具体可以为电信号，包括：电流信号或者电压信号，当然也可为电磁信号等，并将第一信号发送至力反馈控制器11，力反馈控制器11接收所述第一信号，将其以一定的对应关系(即第一转换方式)转换成第二信号，并基于第二信号产生反馈作用力来驱动与反馈控制器11相连的操纵杆12，操纵杆12上的反馈作用力能够直接被起重机操作员感受到。

例如，当起重机吊装一质量为1吨(重力为9800牛顿)的货物时，称重传感器10获得该货物的质量值或重力值。具体的，在称重传感器10中设置有一力传感器，能够在外力的作用下产生重量信号(具体为电压信号或电流信号)，在本实施例中，将9800牛顿的转换为30V电压信号；力反馈控制器11中设置有一变压器(设定其电压比为40)，将30V的输入电压信号转换为0.75V的输出电压信号，力反馈控制器11中还设置有电压传感器将0.75V的输出电压信号转换为245牛顿(即25千克货物的重力大小)的反馈作用力，进而来驱动所述操纵杆12。也就是说，在操作员操控起重机吊装1吨的货物时，操作员能够通过握持操纵杆12感知到25千克的货物重量。这里考虑到人体能够承受的最大安全电压值为36V，在本实施例中设定中间过程涉及到的转换电压信号大小均为36V以内，同理，若中间过程中涉及电流信号，也应是人体能够承受的安全电流，并且在力反馈控制器11中对应设置有电流传感器能够将电流信号转换为作用力；当然，在实际应用中，如果起重设备的安全措施较好，中间过程涉及的电压信号或电流信号也可分别大于安全电压或安全电流，这里不做具体限定。另外，在本实施例中涉及到的数值只为解释本方案，并不对本方案进行限定。

在具体实施过程中，为了使得操作员能够根据反馈作用力的大小判断出起重货物的轻重，并控制起重机采取合适的力度和速度移动货物，所述货物的重力与所述反馈作用力成正比关系。即当起重货物较重时，操作员能够根据操纵杆12上感受到较大的反馈作用力，当起重货物较轻时，操作员能够感受到较小的反馈力。

例如，起重机能够吊起的最大货物重量为1吨(相当于9800牛顿)，其转换为操作员能够感受到的反馈力为25千克(相当于245牛顿)，也就是说，货物实际重量是力反馈重量的40倍。1吨是人类无法承受的重量，但是通过力反馈系统处理后，反馈给操作员的是其能够承受和感知的力，那么只要起重机吊起的起重货物重量在1吨内，当货物重量较大时，操作员能够通过操纵杆12感受到较大的作用力，并向操纵杆12施加较大的反作用力，来操控起重机提升起重货物，通常操作员向操纵杆12施加的操控作用力要稍大于所述反馈作用力，才能控制起升机构20提起货物，其工作原理与我们在日常生活中通过手臂提起负载的原理是相同的；相对的，操作员向操纵杆12施加克服反馈力的反作用力(即操作员施加于操纵杆12的操控作用力)时，操纵杆12将操控作用力传递到力反馈装置11，力反馈装置11将所述操控作用力转换为第三信号，并传递给控制装置111，控制装置111以与第一转换方式相逆(即对应关系相同，但是转换相反)的第二转换方式将第三信号转换为第四信号，并以第四信号驱动起重机的起升机构100吊起(或放下)起重货物。

具体的，仍以起重货物为1吨为例，当操作员向操纵杆12施加245牛顿操控作用力时，力反馈控制器11的控制装置111中设置有与称重传感器10中相同工作原理的力传感器，将245牛顿操控作用力转换为0.75V的电压信号；另外，在控制装置111中还设置有电压比为40的变压器以及电压传感器，其中，变压器能够将0.75V的输入电压信号转换为30V的输出电压信号，并通过电压传感器将30V的电压信号转换为9800牛顿的作用力，并以此作用力来驱动起重机的起升机构100吊装1吨的货物。同理，操作员还可通过操作操纵杆12来控制起重机吊装其它重量的货物。

进一步，为了在保证吊装效率的同时确保吊装工作的安全性，当操纵杆12反馈力较大时，操作员可以控制操作杆以较慢的速度移动货物，当操纵杆12反馈力较小时，操作员可以控制操作杆以较快的速度移动货物。具体的，请参考表1，为起重货物的负载力大小、对应负载力施加于操纵杆12上的反馈作用力大小、以及操作员根据反馈作用力大小控制货物吊装的速度大小三者之间的关系表，其中，负载力与反馈作用力成正比关系、与吊装速度成反比关系。

表1

货物负载力	反馈作用力	吊装速度
			大	大	低速
中	中	中速
			小	小	高速

在起升机构吊装货物的过程中，操作员能够直接感知到货物的重力大小，并能够通过向操纵杆12施加用于移动货物的移动控制力来控制起升机构移动货物(包括垂直移动和水平移动)，其中，操作员向操纵杆12施加的用于吊起货物的吊起操控作用力和用于移动货物的移动操控作用力是分别作用的，具体的，当货物没被吊起时，操作员向操纵杆12施加的作用力为吊起操控作用力，用来吊起货物，当货物被吊起后，操作员向操纵杆12施加的作用力为移动操纵作用力，用来上、下、左、右移动货物。

具体的，当货物被吊起后，在货物质量较大时，操作员向操纵杆12施加较小的移动操控作用力，从而控制起重机以较慢的速度移动货物；在货物质量较小时，向操纵杆12施加较大的移动操控作用力，从而控制起重机以较快的速度移动货物，如当货物为1吨时，控制其移动速度为1m/s，当货物为500kg时，控制其移动速度为2m/s等。

另外，在具体实施过程中，起重机还可设置有货物吊装速度控制单元，并根据吊装货物的重量对应记录有针对该重量货物的安全且高效的移动速度。具体的，货物吊装速度控制单元包括多种速度档位，如低速档、中速档、高速档三种速度档位，其中，低速档为1m/s、中速档为2m/s、高速档位3m/s；并且每个速度档位对应有相应的货物重量范围，如低速档对应(800～1000)千克的货物、中速档对应(500～799)千克的货物、高速档对应(0～499)千克的货物，这里称重传感器10的精度为1千克。货物吊装速度控制单元获取吊装货物的重量，并根据上述速度与货物重量的对应关系确定该货物对应的移动速度档位，能够自动选择合适的速度档位以合适的速度吊装该货物；或提示用户选择合适的速度档位来吊装该货物，具体的，在起重机的操作室中设置有面向操作员的速度档位选择按钮，操作员可根据货物吊装速度控制单元的提示信息来触发对应的按钮，从而选取合适的吊装速度。

在本申请方案中，在吊起或下放货物时，对于相同重量的货物，力反馈系统产生的反馈作用力的大小是相同的。

实施例二

请参考图2，在具体实施过程中，为了能够根据实际操作需要向操纵杆施加作用力，以使操作员感受到不同大小的作用力，所述系统还包括：

分别与力反馈控制器21和所述操纵杆23连接的档位调节装置22，用于控制所述力反馈控制器21向所述操纵杆23施加所述反馈作用力。

也就是说，力反馈控制器21通过称重传感器20获取起重货物的重量信号，将其通过所述第一转换方式转换为反馈作用力后，需要根据操纵杆23当前所处的档位来确定向操纵杆23施加的反馈作用力的大小。在实际应用中，操作员可根据自身的身体状况选择不同的档位，设定高档位对应较大的反馈作用力，低档位对应较小的反馈作用力，具体档位数这里不做具体限定，可根据实际情况而定。具体的，对于臂力较大的操作员可以选择较高的控制档位，对于臂力较小的操作员可选择较低的控制档位等。

这里介绍一下档位调节装置22的另一种用途，在实际应用中，操纵杆23设置有至少两个档位，一个是工作档位，一个是非工作档位(即归零位)，工作人员根据工作的需要，当起重货物已经被吊起，并在垂直方向上静止不动时，可将操纵杆23扳回非工作档位，那么工作人员不需要时时刻刻都要对操纵杆23施力；相对的，当需要吊起或放下起重货物时，则将操纵杆23的控制档位定位在工作状态，那么档位调节装置22会将转换后的作用力传递到操纵杆23上，从而使得操作员能够在感知货物重量的过程中，通过力反馈系统来吊起或下放起重货物。其中，力反馈系统的工作原理在实施例一中已介绍，这里不再一一赘述。

实施例三

为了能够基于操作员的动作来控制起重机的起重机构进行起重操作，所述系统还包括：与所述操纵杆连接的检测装置，用于检测操作员在所述操纵杆上施加的操控作用力，并将所述操控作用力转换为第三信号输出至所述力反馈控制器，以使所述力反馈控制器将所述第三信号转换为用于提升货物的提升作用力或者将施加于操纵杆的反馈作用力清零。

也就是说，请参考图3，在本申请实施例中，力反馈系统包括：称重传感器30，力反馈控制器31，检测装置32和操纵杆33。各组成模块的具体连接关系如图3所示，各模块的工作原理同实施例一中的力反馈系统，这里不再重复介绍，下面具体介绍检测装置32的工作原理：

在力反馈控制器31将所述第二信号转换为反馈力作用到操纵杆33上之后，检测装置32检测操纵杆33是否获得操作员基于所述反馈力而施加的操控作用力，当检测到操控作用力时，将该作用力转化为电信号，并传送到力反馈控制器31，以使力反馈控制器31将该电信号转换为用于提升货物的提升作用力；相对的，当检测到操控作用力为零时，即操作员没有针对操纵杆33进行动作时，将力反馈控制器31施加于操纵杆33的反馈力清零。因为在实际工程应用中，由于力反馈系统在负载重物时会实时向操纵杆33反馈作用力，而当操作员施加操控作用力控制起升机构吊起货物后，起重机只需持续保持这个作用力即可，而不需要操作员持续向操纵杆33施加作用力，因此在起重货物吊起后，检测装置只要检测到操作员不再对力反馈操纵杆33进行相关操作，系统会对操纵杆33上反馈作用力进行清零，以免操纵杆33在重物不需要被移动的过程中持续受力。

本申请方案中的力反馈系统结构简单，操作简便。起重机操作员能直接感受到起重货物重力大小，进而选择合适的吊装速度，减少误操作，提高了起重机易用性和吊装作业效率。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种起重机力反馈系统，其特征在于，所述系统包括：

称重传感器，与所述起重机的起升机构连接；

力反馈控制器，与所述称重传感器连接；

操纵杆，与所述力反馈控制器连接；

其中，所述称重传感器用于获取所述起升机构所要移动的货物的重量信号，并将所述重量信号转换为第一信号；所述力反馈控制器用于接收所述第一信号，并基于第一转换方式将所述第一信号转换为所述起重机的操作员能够识别的反馈作用力，以及通过所述反馈作用力驱动所述操纵杆，以使所述操作员能够在手持所述操纵杆时感知所述货物的重量。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述力反馈控制器，具体包括：

与所述称重传感器连接的控制装置，用于接收所述第一信号，并基于所述第一转换方式将所述第一信号转换为与所述第一信号不同的第二信号；

与所述控制装置连接的力反馈装置，用于接收所述第二信号，并基于所述第二信号生成所述反馈作用力。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制装置具体包括：

与所述称重传感器连接的侦测模块，用于接收所述第一信号；

分别与所述侦测模块和所述力反馈装置连接的控制模块，用于基于所述第一转换方式将所述第一信号转化为所述第二信号，并控制所述力反馈装置将所述第二信号转换为所述反馈作用力。

4.如权利要求1～3任一权项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

分别与所述力反馈控制器和所述操纵杆连接的档位调节装置，用于提供多种档位，并根据操作员对档位的选择指令控制所述力反馈控制器向所述操纵杆施加相应档位的反馈作用力。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

与所述操纵杆连接的检测装置，用于检测操作员在所述操纵杆上施加的操控作用力，并将所述操控作用力转换为第三信号输出至所述力反馈控制器，以使所述力反馈控制器将所述第三信号转换为用于提升货物的提升作用力或者将施加于所述操纵杆的反馈作用力清零。

6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述货物的重力与所述反馈作用力成正比关系。