CN105865401B - 用于可伸缩臂架的形变量检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于可伸缩臂架的形变量检测方法和装置。所述可伸缩臂架包括多节臂架，所述方法包括：分别获取所述多节臂架中的每节臂架的伸出长度；分别获取所述每节臂架与水平面的夹角；根据所述每节臂架的伸出长度、所述每节臂架与水平面的夹角确定所述可伸缩臂架的形变量。这样，能够提高形变量检测结果的准确性，从而提高臂架承重计算的准确性，有助于改善臂架承重性能，并且简单方便。

Description

用于可伸缩臂架的形变量检测方法和装置

技术领域

本发明涉及机械设备的控制领域，具体地，涉及一种用于可伸缩臂架的形变量检测方法和装置。

背景技术

随着机械产品的不断开发，可伸缩臂架越来越广泛地被应用在各个行业。由于重力作用，可伸缩臂架的结构会有所形变，随着载重的增加，形变会越来越大。形变量增大的结果，将使臂架轴向力引起的弯矩成为一个无法忽略的因素。通常需要应用一些算法对可伸缩臂架的形变量进行检测，在考虑臂架的形变量的情况下对臂架的载重进行计算。

以挠度为例，传统的挠度检测可以采用百分表或位移计直接测量。直接测量方法存在很多不足，该方法需要在各个测点拉钢丝或者搭设架子，所以有时无法进行直接测量。并且，采用直接方法进行挠度测量时，无论布设还是撤消仪表，工作都比较繁杂，且耗时较长，不适用于工况复杂、姿态多样的设备。另外，还可以用传统的挠度公式进行计算，对于特定姿态的臂架才有足够的精度，并且，根据挠度公式及迭代计算的结果往往需要反复验证。对于伸缩较为随意、加工误差不一的产品不可能有统一的计算标准，因此，无法消除设备加工差异及老化变形等带来的误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单、方便的用于可伸缩臂架的形变量检测方法和装置。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于可伸缩臂架的形变量检测方法。所述可伸缩臂架包括多节臂架，所述方法包括：分别获取所述多节臂架中的每节臂架的伸出长度；分别获取所述每节臂架与水平面的夹角；根据所述每节臂架的伸出长度、所述每节臂架与水平面的夹角确定所述可伸缩臂架的形变量。

可选地，所述形变量包括挠度，所述可伸缩臂架包括第一节臂架和第二节臂架；所述根据所述每节臂架的伸出长度、所述每节臂架与水平面的夹角确定所述可伸缩臂架的形变量的步骤通过以下方式执行：

Y＝k₁·((AB+BC₁)·sinα-AB·sin((α+β)/2)-BC₁·sinβ)

其中，Y为所述可伸缩臂架的挠度；AB为所述第一节臂架的伸出长度；BC₁为所述第二节臂架的伸出长度；α为所述第一节臂架与水平面的夹角；β为所述第二节臂架与水平面的夹角；k₁为系数。

可选地，所述形变量包括理论幅度和实际幅度的差值。

可选地，所述可伸缩臂架包括第一节臂架和第二节臂架；所述根据所述每节臂架的伸出长度、所述每节臂架与水平面的夹角确定所述可伸缩臂架的形变量的步骤通过以下方式执行：

X₁＝(AB+BC₁)·cosα

X＝AB·cosα+k₂·BC₁·cosβ

其中，X₁为所述可伸缩臂架的理论幅度；X为所述可伸缩臂架的实际幅度；AB为所述第一节臂架的伸出长度；BC₁为所述第二节臂架的伸出长度；α为所述第一节臂架与水平面的夹角；β为所述第二节臂架与水平面的夹角；k₂为系数。

本发明还一种用于可伸缩臂架的形变量检测装置，所述可伸缩臂架包括多节臂架，所述装置包括：长度获取模块，用于分别获取所述多节臂架中的每节臂架的伸出长度；夹角获取模块，用于分别获取所述每节臂架与水平面的夹角；形变量确定模块，分别与所述长度获取模块和所述夹角获取模块连接，用于根据所述每节臂架的伸出长度、所述每节臂架与水平面的夹角确定所述可伸缩臂架的形变量。

可选地，所述形变量包括挠度，所述可伸缩臂架包括第一节臂架和第二节臂架；所述形变量确定模块包括挠度确定子模块，所述挠度确定子模块用于通过以下方式确定所述可伸缩臂架的挠度：

Y＝k₁·((AB+BC₁)·sinα-AB·sin((α+β)/2)-BC₁·sinβ)

其中，Y为所述可伸缩臂架的挠度；AB为所述第一节臂架的伸出长度；BC₁为所述第二节臂架的伸出长度；α为所述第一节臂架与水平面的夹角；β为所述第二节臂架与水平面的夹角；k₁为系数。

可选地，所述形变量确定模块包括幅度差确定子模块，所述幅度差确定子模块用于根据所述每节臂架的伸出长度、所述每节臂架与水平面的夹角确定所述可伸缩臂架的理论幅度和实际幅度的差值。

可选地，所述可伸缩臂架包括第一节臂架和第二节臂架；所述幅度差确定子模块用于通过以下方式确定所述可伸缩臂架的理论幅度和实际幅度的差值：

X₁＝(AB+BC₁)·cosα

X＝AB·cosα+k₂·BC₁·cosβ

其中，X₁为所述可伸缩臂架的理论幅度；X为所述可伸缩臂架的实际幅度；AB为所述第一节臂架的伸出长度；BC₁为所述第二节臂架的伸出长度；α为所述第一节臂架与水平面的夹角；β为所述第二节臂架与水平面的夹角；k₂为系数。

通过上述技术方案，根据实时获取的每节臂架的伸出长度、以及与水平面的夹角，根据几何关系来确定可伸缩臂架的形变量。这样，能够提高形变量检测结果的准确性，从而提高臂架承重计算的准确性，有助于改善臂架承重性能，并且简单方便。

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是一示例性实施例提供的用于可伸缩臂架的形变量检测方法的流程图；

图2是一示例性实施例提供的可伸缩臂架的示意图；

图3是一示例性实施例提供的用于可伸缩臂架的形变量检测装置的框图；

图4是另一示例性实施例提供的用于可伸缩臂架的形变量检测装置的框图；以及

图5是又一示例性实施例提供的用于可伸缩臂架的形变量检测装置的框图。

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。

图1是一示例性实施例提供的用于可伸缩臂架的形变量检测方法的流程图。所述可伸缩臂架包括多节臂架。如图1所示，所述方法可以包括以下步骤。

在步骤S11中，分别获取多节臂架中的每节臂架的伸出长度。

可以通过长度传感器来检测每节臂架的伸出长度。通常，多节臂架中的第一节臂架其伸出长度是第一节臂的固定长度，可以预先检测出来。从第二节臂架开始，其作业时的伸出长度就是受设备操作者的控制而变化的，通过长度传感器的实时检测，可以获取这些臂架的伸出长度。

在步骤S12中，分别获取每节臂架与水平面的夹角。

可以通过角度传感器来检测每节臂架与水平面的夹角。由于臂架自身的重力，任意两节臂架，其与水平面的夹角是有差异的。随着承重的增加，臂架受到的力矩越来越大，其形变量越来越大，相邻的两节臂架的夹角也会越来越大。

上述传感器可以周期性地进行检测，以使每节臂架的伸出长度和每节臂架与水平面的夹角能够被周期性地获取到。另外，可以设置为上述传感器同时进行检测，或者，可以设置为设备同时获取上述传感器所检测的数据，以保证每节臂架的伸出长度和与水平面的夹角在时间上具有一定的对应关系。也就是，所获取的每节臂架的伸出长度和与水平面的夹角可以认为是同一时间点的数据。这样，有助于在以下的步骤当中，根据所获取的数据确定可伸缩臂架的形变量。

在步骤S13中，根据每节臂架的伸出长度、每节臂架与水平面的夹角确定可伸缩臂架的形变量。

也就是，可以实时地检测每节臂架的伸出长度以及与水平面的夹角，根据这些参数计算出可伸缩臂架的形变量。其中，形变量可以包括挠度、理论幅度和实际幅度之差、以及转角等。本领域技术人员可以理解的是，幅度是指可伸缩臂架在作业时的总长度在水平方向上的分量。

下面以两节臂架为例进行详细说明。图2是一示例性实施例提供的可伸缩臂架的示意图。如图2所示，可伸缩臂架包括第一节臂架和第二节臂架。其中，线段AB表示第一节臂架的伸出部分，第二节臂架的伸出部分在形变之前用线段BC₁表示，第二节臂架的伸出部分形变以后用线条BC表示。

在一实施例中，形变量包括挠度。根据挠度的定义(杆件轴线在垂直于轴线方向的线位移)，图2中可伸缩臂架的挠度可以近似地用线段Y的长度表示。通常情况下，第一节臂架的伸出长度就是第一节臂架的总长度。当可伸缩臂架处于完全收缩状态时第二节臂架只有极小部分伸出，第二节臂架与水平面的夹角β等于第一节臂架与水平面的夹角α。当第二节臂架逐渐伸出时，可伸缩臂架在重力作用下产生形变，角度值α、β会不断变化，当可伸缩臂架停止伸长开始负重时，臂架的形变会进一步加剧，α、β的值也会跟随臂架形变而发生改变，而β的变化量更大。

根据图2中的几何关系，无形变时的可伸缩臂架的高度(理论高度)为(AB+BC₁)·sinα。考虑到第一节臂架后半段会有部分变形，在计算第一节臂架的末端高度时，将第一节臂架与水平面的夹角近似地认为是(α+β)/2，则第一节臂架的末端对应的实际高度为AB·sin((α+β)/2)。第二节臂架末端的实际高度为第一节臂架的实际高度加上第二节臂架的伸出长度的竖直分量，即

AB·sin((α+β)/2)+BC₁·sinβ

理论高度和实际高度之差为：

(AB+BC₁)·sinα-AB·sin((α+β)/2)-BC₁·sinβ

给上式中加入一个系数k₁，可以得到挠度Y：

Y＝k₁·((AB+BC₁)·sinα-AB·sin((α+β)/2)-BC₁·sinβ)

其中，k₁与可伸缩臂架的材料有关，可以通过实验的方法得到。例如，使可伸缩臂架上承重一定的重量，检测以上各个量，根据上式计算得到k₁的值，可以取使得计算出来的承重误差在例如5％范围内的k₁的值最为最终选定的k₁值。

因此，根据每节臂架的伸出长度、每节臂架与水平面的夹角确定可伸缩臂架的形变量的步骤(步骤S13)可以通过以下方式执行：

Y＝k₁·((AB+BC₁)·sinα-AB·sin((α+β)/2)-BC₁·sinβ)

其中，Y为可伸缩臂架的挠度；AB为第一节臂架的伸出长度；BC₁为第二节臂架的伸出长度；α为第一节臂架与水平面的夹角；β为第二节臂架与水平面的夹角；k₁为系数。

在该实施例中，能够根据每节臂架的伸出长度、与水平面的夹角检测出可伸缩臂架的挠度，使得检测的挠度更准确。这样，力限器能够更准确地控制设备安全运行。并且，检测伸出长度和夹角的传感器都可以直接安装在臂架上，不会影响设备的运行。

在另一实施例中，形变量可以包括理论幅度和实际幅度的差值。

以两节臂架为例，返回到图2。X₁为可伸缩臂架的理论幅度。X为可伸缩臂架的实际幅度。理论幅度为第一节臂架和第二节臂架没有形变时可伸缩臂架的幅度。根据几何关系，有X₁＝(AB+BC₁)·cosα。

而实际上，第一节臂架和第二节臂架都会有一些形变。这里近似认为第一节臂架没有形变，因此，第一节臂架对应的实际幅度为AB·cosα。第二节臂架的伸出部分形变以后对应的实际幅度可以表示为：k₂·BC₁·cosβ。

其中，k₂为系数，与可伸缩臂架的材料有关。k₂可以通过实验的方法得到。例如，使可伸缩臂架上承重一定的重量，检测以上各个量，根据上式计算得到k₂的值，可以取使得计算出来的承重误差在例如5％范围内的k₂的值最为最终选定的k₂值。

因此，整个可伸缩臂架的实际幅度可以近似地表示为：

X＝AB·cosα+k₂·BC₁·cosβ

根据每节臂架的伸出长度、每节臂架与水平面的夹角确定可伸缩臂架的形变量的步骤(步骤S13)可以通过以下方式执行：

X₁＝(AB+BC₁)·cosα

X＝AB·cosα+k₂·BC₁·cosβ

其中，X₁为可伸缩臂架的理论幅度；X为可伸缩臂架的实际幅度；AB为第一节臂架的伸出长度；BC₁为第二节臂架的伸出长度；α为第一节臂架与水平面的夹角；β为第二节臂架与水平面的夹角；k₂为系数。

在该实施例中，能够根据每节臂架的伸出长度、与水平面的夹角检测出可伸缩臂架的理论幅度和实际幅度的差值，使得所检测的差值更准确。这样，力限器能够更准确地控制设备安全运行。并且，检测伸出长度和夹角的传感器都可以直接安装在臂架上，不会影响设备的运行。

另外，还可以根据每节臂架与水平面的夹角来确定任意两节相邻臂架的转角。所述转角为刚体弯曲形变时，横截面相对于原来的位置转过的角度。相邻两节臂架之间的转角可以是两节臂架的水平夹角(与水平面的夹角)之差。

以两节臂架为例，返回到图2。检测到第一节臂架和第二节臂架与水平面的夹角之后，根据几何关系，可以通过以下方式来确定第一节臂架和第二节臂架的转角：

θ＝α-β

其中，θ为第一节臂架和第二节臂架的转角；α为第一节臂架与水平面的夹角；β为第二节臂架与水平面的夹角。

可以理解的是，在可伸缩臂架包括多节臂架时，可以检测出任意两节相邻臂架的转角。在该实施例中，能够根据每节臂架与水平面的夹角检测出可伸缩臂架的转角，使得检测的转角更准确。这样，力限器能够更准确地控制设备安全运行。

通过上述技术方案，根据实时获取的每节臂架的伸出长度、以及与水平面的夹角，根据几何关系来确定可伸缩臂架的形变量。这样，能够提高形变量检测结果的准确性，从而提高臂架承重计算的准确性，有助于改善臂架承重性能，并且简单方便。

本发明还提供一种用于可伸缩臂架的形变量检测装置，可伸缩臂架可以包括多节臂架。图3是一示例性实施例提供的用于可伸缩臂架的形变量检测装置的框图。如图3所示，所述形变量检测装置10可以包括长度获取模块11、夹角获取模块12和形变量确定模块13。

长度获取模块11用于分别获取多节臂架中的每节臂架的伸出长度。

夹角获取模块12用于分别获取每节臂架与水平面的夹角。

形变量确定模块13分别与长度获取模块11和夹角获取模块12连接，用于根据每节臂架的伸出长度、每节臂架与水平面的夹角确定可伸缩臂架的形变量。

在一实施例中，形变量包括挠度。可伸缩臂架包括第一节臂架和第二节臂架。图4是另一示例性实施例提供的用于可伸缩臂架的形变量检测装置的框图。如图4所示，在图3的基础上，形变量确定模块13可以包括挠度确定子模块131，所述挠度确定子模块131可以用于通过以下方式确定可伸缩臂架的挠度：

Y＝k₁·((AB+BC₁)·sinα-AB·sin((α+β)/2)-BC₁·sinβ)

其中，Y为可伸缩臂架的挠度；AB为第一节臂架的伸出长度；BC₁为第二节臂架的伸出长度；α为第一节臂架与水平面的夹角；β为第二节臂架与水平面的夹角；k₁为系数。

图5是又一示例性实施例提供的用于可伸缩臂架的形变量检测装置的框图。如图5所示，在图3的基础上，形变量确定模块13包括幅度差确定子模块132，幅度差确定子模块132用于根据每节臂架的伸出长度、每节臂架与水平面的夹角确定可伸缩臂架的理论幅度和实际幅度的差值。

在一实施例中，可伸缩臂架包括第一节臂架和第二节臂架。

幅度差确定子模块132用于通过以下方式确定可伸缩臂架的理论幅度和实际幅度的差值：

X₁＝(AB+BC₁)·cosα

X＝AB·cosα+k₂·BC₁·cosβ

其中，X₁为可伸缩臂架的理论幅度；X为可伸缩臂架的实际幅度；AB为第一节臂架的伸出长度；BC₁为第二节臂架的伸出长度；α为第一节臂架与水平面的夹角；β为第二节臂架与水平面的夹角；k₂为系数。

另外，所述形变量检测装置还可以包括转角确定模块。转角确定模块可以与夹角获取模块连接，用于根据每节臂架与水平面的夹角确定可伸缩臂架中任意两节相邻臂架的转角。

在一实施例中，可伸缩臂架包括第一节臂架和第二节臂架。转角确定模块可以通过以下方式确定第一节臂架和第二节臂架的转角：

θ＝α-β

其中，θ为第一节臂架和第二节臂架的转角；α为第一节臂架与水平面的夹角；β为第二节臂架与水平面的夹角。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

通过上述技术方案，根据实时获取的每节臂架的伸出长度、以及与水平面的夹角，根据几何关系来确定可伸缩臂架的形变量。这样，能够提高形变量检测结果的准确性，从而提高臂架承重计算的准确性，有助于改善臂架承重性能，并且简单方便。

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 (6)

1.一种用于可伸缩臂架的形变量检测方法，所述可伸缩臂架包括多节臂架，所述方法包括：

分别获取所述多节臂架中的每节臂架的伸出长度；

分别获取所述每节臂架与水平面的夹角；

根据所述每节臂架的伸出长度、所述每节臂架与水平面的夹角确定所述可伸缩臂架的形变量，

其中，所述形变量包括挠度，所述可伸缩臂架包括第一节臂架和第二节臂架，所述根据所述每节臂架的伸出长度、所述每节臂架与水平面的夹角确定所述可伸缩臂架的形变量的步骤通过以下方式执行：

Y＝k₁·((AB+BC₁)·sinα-AB·sin((α+β)/2)-BC₁·sinβ)

其中，Y为所述可伸缩臂架的挠度；AB为所述第一节臂架的伸出长度；BC₁为所述第二节臂架的伸出长度；α为所述第一节臂架与水平面的夹角；β为所述第二节臂架与水平面的夹角；k₁为系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形变量包括理论幅度和实际幅度的差值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述可伸缩臂架包括第一节臂架和第二节臂架；

所述根据所述每节臂架的伸出长度、所述每节臂架与水平面的夹角确定所述可伸缩臂架的形变量的步骤通过以下方式执行：

X₁＝(AB+BC₁)·cosα

X＝AB·cosα+k₂·BC₁·cosβ

其中，X₁为所述可伸缩臂架的理论幅度；X为所述可伸缩臂架的实际幅度；AB为所述第一节臂架的伸出长度；BC₁为所述第二节臂架的伸出长度；α为所述第一节臂架与水平面的夹角；β为所述第二节臂架与水平面的夹角；k₂为系数。

4.一种用于可伸缩臂架的形变量检测装置，所述可伸缩臂架包括多节臂架，所述装置包括：

长度获取模块，用于分别获取所述多节臂架中的每节臂架的伸出长度；

夹角获取模块，用于分别获取所述每节臂架与水平面的夹角；

形变量确定模块，分别与所述长度获取模块和所述夹角获取模块连接，用于根据所述每节臂架的伸出长度、所述每节臂架与水平面的夹角确定所述可伸缩臂架的形变量，

其中，所述形变量包括挠度，所述可伸缩臂架包括第一节臂架和第二节臂架，所述形变量确定模块包括挠度确定子模块，所述挠度确定子模块用于通过以下方式确定所述可伸缩臂架的挠度：

Y＝k₁·((AB+BC₁)·sinα-AB·sin((α+β)/2)-BC₁·sinβ)

其中，Y为所述可伸缩臂架的挠度；AB为所述第一节臂架的伸出长度；BC₁为所述第二节臂架的伸出长度；α为所述第一节臂架与水平面的夹角；β为所述第二节臂架与水平面的夹角；k₁为系数。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述形变量确定模块包括幅度差确定子模块，所述幅度差确定子模块用于根据所述每节臂架的伸出长度、所述每节臂架与水平面的夹角确定所述可伸缩臂架的理论幅度和实际幅度的差值。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述可伸缩臂架包括第一节臂架和第二节臂架；

所述幅度差确定子模块用于通过以下方式确定所述可伸缩臂架的理论幅度和实际幅度的差值：

X₁＝(AB+BC₁)·cosα

X＝AB·cosα+k₂·BC₁·cosβ

其中，X₁为所述可伸缩臂架的理论幅度；X为所述可伸缩臂架的实际幅度；AB为所述第一节臂架的伸出长度；BC₁为所述第二节臂架的伸出长度；α为所述第一节臂架与水平面的夹角；β为所述第二节臂架与水平面的夹角；k₂为系数。