CN109540074B - 起重机回转角度计算方法、装置、处理器及起重机 - Google Patents

起重机回转角度计算方法、装置、处理器及起重机 Download PDF

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CN109540074B CN201811498067.7A CN201811498067A CN109540074B CN 109540074 B CN109540074 B CN 109540074B CN 201811498067 A CN201811498067 A CN 201811498067A CN 109540074 B CN109540074 B CN 109540074B
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Abstract

本发明提供一种起重机回转角度计算方法、装置、处理器及起重机，属于工程机械领域，起重机包括可以相对转动的上车回转平台和下车，上车回转平台和下车之间安装有角度传感器，该方法包括：采集上车回转平台和下车相对角度变化为90度时角度传感器检测的第一角度、上车回转平台和下车相对角度变化为180度时角度传感器检测的第二角度以及角度传感器检测的当前角度；根据第一角度、第二角度以及回转半径计算角度传感器安装位置的偏心距离；以及根据角度传感器安装位置的偏心距离、回转半径以及角度传感器检测的当前角度计算起重机的回转角度。本发明可以精确地得到回转角度，成本低，且可靠性好。

Description

起重机回转角度计算方法、装置、处理器及起重机
技术领域
本发明涉及工程机械，具体地涉及起重机回转角度计算方法、装置、处理器及起重机。
背景技术
在目前国内外的起重机控制技术上，回转角度的获取，通常是在回转中心安装“角度传感器”，通过机械装置使角度传感器的“固定装置”和“转动装置”分别与转台的转台部分和下车部分连接，当回转时上车转台和下车之间相对角度变化，带动角度传感器转动，获取回转相对角度，如图1所示。
这种检测方法原理简单，但是实施过程中存在一些缺点。在大型起重机上，因为回转支承等结构尺寸较大(回转直径达3米)，难以保证角度传感器的中心完全与回转中心(回转支承)重合，实际上都存在回转角度传感器偏心问题(回转角度传感器中心偏离回转中心)，从而导致在回转过程中，回转系统转动相同角度，但是回转角度传感器检测到的角度不相同。这种偏心检测误差为加工、安装等带来的，在大型回转系统中，需要精确控制回转角度时会导致控制非常困难。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种起重机回转角度计算方法、装置、处理器及起重机，该起重机回转角度计算方法、装置、处理器及起重机可以精确地得到回转角度，成本低，且可靠性好。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种起重机回转角度计算方法，所述起重机包括可以相对转动的上车回转平台和下车，所述上车回转平台和所述下车之间安装有角度传感器，该方法包括：采集所述上车回转平台和所述下车相对角度变化为90度时所述角度传感器检测的第一角度、所述上车回转平台和所述下车相对角度变化为180度时所述角度传感器检测的第二角度以及所述角度传感器检测的当前角度；根据所述第一角度、所述第二角度以及回转半径计算所述角度传感器安装位置的偏心距离；以及根据所述角度传感器安装位置的偏心距离、所述回转半径以及所述角度传感器检测的当前角度计算所述起重机的回转角度。
优选地，所述根据所述第一角度、所述第二角度以及回转半径计算所述角度传感器安装位置的偏心距离包括：建立所述角度传感器安装位置的偏心距离、所述回转半径以及所述第一角度的第一方程式；建立所述角度传感器安装位置的偏心距离、所述回转半径以及所述第二角度的第二方程式；根据所述第一方程式和所述第二方程式得到所述角度传感器安装位置的横向偏心距离和纵向偏心距离。
优选地，所述第一方程式为：
Figure BDA0001897397580000021
其中，L1为纵向偏心距离，L2为横向偏心距离，R为所述回转半径，α1为所述第一角度；所述第二方程式为：
Figure BDA0001897397580000022
其中，L1为纵向偏心距离，L2为横向偏心距离，R为所述回转半径，α2为所述第二角度的组角。
优选地，所述起重机的回转角度通过以下公式计算：
Figure BDA0001897397580000023
其中，L1为纵向偏心距离，L2为横向偏心距离，R为所述回转半径，α为所述起重机的回转角度，β为所述角度传感器检测的角度。
本发明实施例还提供一种起重机回转角度计算装置，所述起重机包括可以相对转动的上车回转平台和下车，所述上车回转平台和所述下车之间安装有角度传感器，该装置包括：采集单元，用于采集所述上车回转平台和所述下车相对角度变化为90度时所述角度传感器检测的第一角度、所述上车回转平台和所述下车相对角度变化为180度时所述角度传感器检测的第二角度以及所述角度传感器检测的当前角度；处理单元，用于根据所述第一角度、所述第二角度以及回转半径计算所述角度传感器安装位置的偏心距离；以及根据所述角度传感器安装位置的偏心距离、所述回转半径以及所述角度传感器检测的当前角度计算所述起重机的回转角度。
优选地，所述根据所述第一角度、所述第二角度以及回转半径计算所述角度传感器安装位置的偏心距离包括：建立所述角度传感器安装位置的偏心距离、所述回转半径以及所述第一角度的第一方程式；建立所述角度传感器安装位置的偏心距离、所述回转半径以及所述第二角度的第二方程式；根据所述第一方程式和所述第二方程式得到所述角度传感器安装位置的横向偏心距离和纵向偏心距离。
优选地，所述第一方程式为：
Figure BDA0001897397580000031
其中，L1为纵向偏心距离，L2为横向偏心距离，R为所述回转半径，α1为所述第一角度；所述第二方程式为：
Figure BDA0001897397580000032
其中，L1为纵向偏心距离，L2为横向偏心距离，R为所述回转半径，α2为所述第二角度的组角。
优选地，所述起重机的回转角度通过以下公式计算：
Figure BDA0001897397580000033
其中，L1为纵向偏心距离，L2为横向偏心距离，R为所述回转半径，α为所述起重机的回转角度，β为所述角度传感器检测的角度。
本发明实施例还提供一种处理器，该处理器用于执行上文所述的起重机回转角度计算方法。
本发明实施例还提供一种起重机，其特征在于，该起重机包括上文所述的起重机回转角度计算装置。
通过上述技术方案，采用本发明提供的起重机回转角度计算方法、装置、处理器及起重机，先通过上车回转平台和下车相对角度变化为90度时角度传感器检测的角度、上车回转平台和下车相对角度变化为180度时角度传感器检测的角度以及回转半径确定角度传感器安装位置的偏心距离，再根据偏心距离、回转半径以及角度传感器检测的当前角度计算起重机的回转角度。通过将角度传感器检测的角度与实际回转角度转化，不必使角度传感器安装位置与回转同心，就可以精确地得到回转角度，角度传感器安装件也不需要高精度加工，成本更低，且可靠性好。
本发明实施例的其它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实施例的进一步理解，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实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是角度传感器安装位置示意图；
图2是本发明一实施例提供的起重机回转角度计算方法的流程图；
图3是本发明一实施例提供的角度传感器安装位置的偏心距离计算的示意图；
图4是本发明一实施例提供的起重机回转角度计算的示意图；
图5是本发明一实施例提供的起重机回转角度计算装置的结构示意图；以及
图6是本发明另一实施例提供的起重机回转角度控制系统的结构示意图。
附图标记说明
11 采集单元 12 处理单元
1 转角相对位置采集单元 2 转角特定位置采集单元
3 逻辑运算单元 4 数据存储单元
5 数据访问调用单元 6 控制系统。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例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实施例，并不用于限制本发明实施例。
图2是本发明一实施例提供的起重机回转角度计算方法的流程图。如图2所示，所述起重机包括可以相对转动的上车回转平台和下车，所述上车回转平台和所述下车之间安装有角度传感器，该方法包括：
步骤S21，采集所述上车回转平台和所述下车相对角度变化为90度时所述角度传感器检测的第一角度、所述上车回转平台和所述下车相对角度变化为180度时所述角度传感器检测的第二角度以及所述角度传感器检测的当前角度；
步骤S22，根据所述第一角度、所述第二角度以及回转半径计算所述角度传感器安装位置的偏心距离；以及
步骤S23，根据所述角度传感器安装位置的偏心距离、所述回转半径以及所述角度传感器检测的当前角度计算所述起重机的回转角度。
本发明实施例是在角度传感器安装后，在回转特定位置90°、180°进行标定(标记并确认数据)，采集标定角度90°、180°下的角度测量数据，结合回转支撑的结构尺寸，通过计算机特定模型和计算方法，计算出的角度感器的轴向偏心距离L1和L2。在实际应用中根据偏心距离L1和L2以及角度传感器测量的当前角度，计算机建立计算模型动态修正回转的实际角度，使安装偏心的角度传感器测出的“角度”与实际角度一致，减小偏心误差。
图3是本发明一实施例提供的角度传感器安装位置的偏心距离计算的示意图。如图3所示，首先，上车回转平台和下车的相对转动中心点为O，角度传感器安装位置为O1，则在上车回转平台和下车的相对角度达到90°时(图3中的∠AOB＝90°)，此时角度传感器测量的角度(图3的∠AO1B)为第一角度α1；在上车回转平台和下车的相对角度达到180°时(图3的∠AOC＝180°)，此时角度传感器测量的角度(图3的∠AO1C)为第二角度，即α2的组角(逆时针旋转测量角度，第二角度与α2的和为360度)；
因为角度α1、α2、回转支撑外圆半径R已知，设纵向偏心距离O1D长度为L1，横向偏心距离O1E长度为L2。
∠EO1A和∠EO1B满足以下关系式：
Figure BDA0001897397580000061
Figure BDA0001897397580000062
∠EO1A+∠EO1B＝α1；
则，可以建立所述角度传感器安装位置的偏心距离、所述回转半径以及所述第一角度的第一方程式：
Figure BDA0001897397580000063
其中，L1为纵向偏心距离，L2为横向偏心距离，R为所述回转半径，α1为所述第一角度。
∠CO1D和∠AO1D满足以下关系式：
Figure BDA0001897397580000071
Figure BDA0001897397580000072
∠CO1D+∠AO1D＝α2；
则，可以建立所述角度传感器安装位置的偏心距离、所述回转半径以及所述第二角度的第二方程式：
Figure BDA0001897397580000073
其中，L1为纵向偏心距离，L2为横向偏心距离，R为所述回转半径，α2为所述第二角度的组角。
然后，在上述第一方程式和第二方程式中，共有2个未知数L1和L2，其他参数R、α1和α2已知，所以L1、L2可求，因为解析几何方法难以直接求解，本发明实施例中通过设备上的计算机迭代法求解L1、L2，程序代码如下：
Figure BDA0001897397580000074
Figure BDA0001897397580000081
程序运算代码如下：
Figure BDA0001897397580000082
Figure BDA0001897397580000091
在得到的偏心距离L1、L2后，可以直接调整角度传感器的安装支架的位置，直接通过安装方法降低偏心引起的角度测量误差。还可以继续计算起重机回转角度如下：
图4是本发明一实施例提供的起重机回转角度计算的示意图。如图4所示，设A1F＝h1，EF＝L3，上车回转平台和下车的相对转动∠A1OA＝α，角度传感器检测到角度为∠A1O1A＝β，则有：
h1＝R×sinα-L1 式(1)
L3＝R×cosα 式(2)
Figure BDA0001897397580000092
Figure BDA0001897397580000093
C1+C2＝β 式(5)
从式(5)可以得到：
Figure BDA0001897397580000094
将式(1)-式(5)带入式(6)中，得到：
Figure BDA0001897397580000101
其中，L1为纵向偏心距离，L2为横向偏心距离，R为所述回转半径，α为所述起重机的回转角度，β为所述角度传感器检测的角度。
最后，代入各种已知参数，用计算机迭代法实时求得起重机的回转角度α。
图5是本发明一实施例提供的起重机回转角度计算装置的结构示意图。如图5所示，所述起重机包括可以相对转动的上车回转平台和下车，所述上车回转平台和所述下车之间安装有角度传感器，该装置包括：采集单元11，用于采集所述上车回转平台和所述下车相对角度变化为90度时所述角度传感器检测的第一角度、所述上车回转平台和所述下车相对角度变化为180度时所述角度传感器检测的第二角度以及所述角度传感器检测的当前角度；处理单元12，用于根据所述第一角度、所述第二角度以及回转半径计算所述角度传感器安装位置的偏心距离；以及根据所述角度传感器安装位置的偏心距离、所述回转半径以及所述角度传感器检测的当前角度计算所述起重机的回转角度。
优选地，所述根据所述第一角度、所述第二角度以及回转半径计算所述角度传感器安装位置的偏心距离包括：建立所述角度传感器安装位置的偏心距离、所述回转半径以及所述第一角度的第一方程式；建立所述角度传感器安装位置的偏心距离、所述回转半径以及所述第二角度的第二方程式；根据所述第一方程式和所述第二方程式得到所述角度传感器安装位置的横向偏心距离和纵向偏心距离。
优选地，所述第一方程式为：
Figure BDA0001897397580000102
其中，L1为纵向偏心距离，L2为横向偏心距离，R为所述回转半径，α1为所述第一角度；所述第二方程式为：
Figure BDA0001897397580000111
其中，L1为纵向偏心距离，L2为横向偏心距离，R为所述回转半径，α2为180度与所述第二角度的差。
优选地，所述起重机的回转角度通过以下公式计算：
Figure BDA0001897397580000112
其中，L1为纵向偏心距离，L2为横向偏心距离，R为所述回转半径，α为所述起重机的回转角度，β为所述角度传感器检测的角度。
上文所述的起重机回转角度计算装置的实施例与上文所述的起重机回转角度计算方法的实施例类似，在此不再赘述。
图6是本发明另一实施例提供的起重机回转角度控制系统的结构示意图。如图6所示，该控制系统6包括转角相对位置采集单元1、转角特定位置采集单元2、逻辑运算单元3、数据存储单元4以及数据访问调用单元5，另外，还可以包括开关单元，用于在上车回转平台和下车相对角度变化为90度或180度时动作，给出信号提醒转角特定位置采集单元2采集角度传感器所检测的角度。该控制系统根据设计参数确定回转角度的计算模型。其中包括检测的相对角度信号与实际的回转角度位移之间速比计算，转角特定位置的校正值计算等，还可以试验检测实际系统中参数。
本发明实施例还提供一种处理器，该处理器用于执行上文所述的起重机回转角度计算方法。
本发明实施例还提供一种起重机，其特征在于，该起重机包括上文所述的起重机回转角度计算装置。
通过上述技术方案，采用本发明提供的起重机回转角度计算方法、装置、处理器及起重机，先通过上车回转平台和下车相对角度变化为90度时角度传感器检测的角度、上车回转平台和下车相对角度变化为180度时角度传感器检测的角度以及回转半径确定角度传感器安装位置的偏心距离，再根据偏心距离、回转半径以及角度传感器检测的当前角度计算起重机的回转角度。通过将角度传感器检测的角度与实际回转角度转化，不必使角度传感器安装位置与回转同心，就可以精确地得到回转角度，角度传感器安装件也不需要高精度加工，成本更低，且可靠性好。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例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实施例的保护范围。
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，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施例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实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (10)

1.一种起重机回转角度计算方法，所述起重机包括可以相对转动的上车回转平台和下车，所述上车回转平台和所述下车之间安装有角度传感器，其特征在于，该方法包括：
采集所述上车回转平台和所述下车相对角度变化为90度时所述角度传感器检测的第一角度、所述上车回转平台和所述下车相对角度变化为180度时所述角度传感器检测的第二角度以及所述角度传感器检测的当前角度；
根据所述第一角度、所述第二角度以及回转半径计算所述角度传感器安装位置的偏心距离；以及
根据所述角度传感器安装位置的偏心距离、所述回转半径以及所述角度传感器检测的当前角度计算所述起重机的回转角度。
2.根据权利要求1所述的起重机回转角度计算方法，其特征在于，所述根据所述第一角度、所述第二角度以及回转半径计算所述角度传感器安装位置的偏心距离包括：
建立所述角度传感器安装位置的偏心距离、所述回转半径以及所述第一角度的第一方程式；
建立所述角度传感器安装位置的偏心距离、所述回转半径以及所述第二角度的第二方程式；
根据所述第一方程式和所述第二方程式得到所述角度传感器安装位置的横向偏心距离和纵向偏心距离。
3.根据权利要求2所述的起重机回转角度计算方法，其特征在于，所述第一方程式为：
Figure FDA0002298881540000011
其中，L1为纵向偏心距离，L2为横向偏心距离，R为所述回转半径，α1为所述第一角度；
所述第二方程式为：
Figure FDA0002298881540000021
其中，L1为纵向偏心距离，L2为横向偏心距离，R为所述回转半径，α2为所述第二角度的组角。
4.根据权利要求1所述的起重机回转角度计算方法，其特征在于，所述起重机的回转角度通过以下公式计算：
Figure FDA0002298881540000022
其中，L1为纵向偏心距离，L2为横向偏心距离，R为所述回转半径，α为所述起重机的回转角度，β为所述角度传感器检测的角度。
5.一种起重机回转角度计算装置，所述起重机包括可以相对转动的上车回转平台和下车，所述上车回转平台和所述下车之间安装有角度传感器，其特征在于，该装置包括：
采集单元，用于采集所述上车回转平台和所述下车相对角度变化为90度时所述角度传感器检测的第一角度、所述上车回转平台和所述下车相对角度变化为180度时所述角度传感器检测的第二角度以及所述角度传感器检测的当前角度；
处理单元，用于根据所述第一角度、所述第二角度以及回转半径计算所述角度传感器安装位置的偏心距离；以及根据所述角度传感器安装位置的偏心距离、所述回转半径以及所述角度传感器检测的当前角度计算所述起重机的回转角度。
6.根据权利要求5所述的起重机回转角度计算装置，其特征在于，所述根据所述第一角度、所述第二角度以及回转半径计算所述角度传感器安装位置的偏心距离包括：
建立所述角度传感器安装位置的偏心距离、所述回转半径以及所述第一角度的第一方程式；
建立所述角度传感器安装位置的偏心距离、所述回转半径以及所述第二角度的第二方程式；
根据所述第一方程式和所述第二方程式得到所述角度传感器安装位置的横向偏心距离和纵向偏心距离。
7.根据权利要求6所述的起重机回转角度计算装置，其特征在于，所述第一方程式为：
Figure FDA0002298881540000031
其中，L1为纵向偏心距离，L2为横向偏心距离，R为所述回转半径，α1为所述第一角度；
所述第二方程式为：
Figure FDA0002298881540000032
其中，L1为纵向偏心距离，L2为横向偏心距离，R为所述回转半径，α2为所述第二角度的组角。
8.根据权利要求5所述的起重机回转角度计算装置，其特征在于，所述起重机的回转角度通过以下公式计算：
Figure FDA0002298881540000033
其中，L1为纵向偏心距离，L2为横向偏心距离，R为所述回转半径，α为所述起重机的回转角度，β为所述角度传感器检测的角度。
9.一种处理器，其特征在于，该处理器用于执行权利要求1-4中任意一项权利要求所述的起重机回转角度计算方法。
10.一种起重机，其特征在于，该起重机包括权利要求5-8中任意一项权利要求所述的起重机回转角度计算装置。
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