CN110921513A - 一种定位测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种定位测量装置及方法，涉及工程机械技术领域，应用于起重机，包括：位于起重机上的控制器、发射器以及接收组件；控制器分别与发射器和接收组件电连接，发射器用于向目标出射测量波，接收组件用于接收经目标反射的测量波，控制器用于根据测量波的出射参数和测量波的接收参数得出目标的位置信息以确定起重机的作业装置的状态参数。通过上述用测量波出射和经目标反射的方式，可以有效的避免现有需要通过拉线和排线的方式对起重机的作业装置进行状态测定时，容易因线路排线易断裂等原因发生故障。提高了在对起重机进行状态测定时的稳定性和可靠性。

Description

一种定位测量装置及方法

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，具体而言，涉及一种定位测量装置及方法。

背景技术

起重机是一种常见的工程机械，因其特殊的结构以及作业的特性在基础设施建设中被广泛的应用。随着互联网的快速渗透，高效化、智能化的起重机也被不断的进行研发和制造。例如采用拉线的方式将传感器布设在起重机的各个部位，从而通过传感器侦测起重机各部位的动作，便于驾驶员全面的掌握起重机的状态信息。

现有起重机通常使用拉线的方式进行定位测量，即通过吊臂带动卷筒转动转化为长度电信号完成长度测量，通过角度传感器将采样值转化为角度电信号完成角度的测量等等。使用该种定位测量方式容易因线路排线易断裂等原因使得测量易发生故障。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种定位测量装置及方法，以解决现有拉线式定位测量易故障的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

本发明实施例的一方面，提供一种定位测量装置，应用于起重机，包括：位于起重机上的控制器、发射器以及接收组件；控制器分别与发射器和接收组件电连接，发射器用于向目标出射测量波，接收组件用于接收经目标反射的测量波，控制器用于根据测量波的出射参数和测量波的接收参数得出目标的位置信息以确定起重机的作业装置的状态参数。

可选的，发射器为与控制器电连接的红外激光发射器，接收组件包括与红外激光发射器一体设置的接收器，接收器与控制器电连接。

可选的，目标包括臂头目标和臂尾目标，臂头目标和臂尾目标分别位于作业装置中的起重臂的臂头和臂尾；接收组件还包括设置在臂头的第一反光件以及设置在臂尾的第二反光件；接收器用于分别接收由红外激光发射器发射并经第一反光件或第二反光件反射的反射激光。

可选的，目标还包括车架目标，车架目标位于起重机的车架；接收组件还包括设置在车架尾部的第三反光件；接收器还用于接收由红外激光发射器发射并经第三反光件反射的反射激光。

可选的，目标包括吊钩目标，吊钩目标位于作业装置中的吊钩；接收组件还包括设置在吊钩上的第四反光件；接收器还用于接收由红外激光发射器发射并经第四反光件反射的反射激光。

本发明实施例的另一方面，提供一种定位测量方法，应用于起重机，起重机包括控制器、发射器和接收组件；方法包括：

接收用户指令，并响应于指令，控制发射器向目标方向出射测量波；

获取发射器出射测量波时的出射参数和接收组件接收测量波时的接收参数；

根据出射参数和接收参数确定目标的位置信息；

根据位置信息生成起重机的作业装置的状态参数。

可选的，发射器为红外激光发射器，接收组件包括与红外激光发射器一体设置的接收器；获取发射器出射测量波时的出射参数和接收组件接收测量波时的接收参数包括：

获取红外激光发射器的出射激光的出射参数和接收器接收出射激光的接收参数；其中，出射参数包括出射角度参数、红外激光发射器到接收器的距离参数；接收参数包括入射角度参数。

可选的，根据出射参数和接收参数确定目标的位置信息包括：

根据出射参数和接收参数，确定目标到红外激光发射器的距离参数；根据目标到红外激光发射器的距离参数确定目标的位置信息。

可选的，根据目标到红外激光发射器的距离参数确定目标的位置信息包括：以红外激光发射器为原点建立空间直角坐标系，确定目标与坐标面的夹角，根据距离参数和夹角确定目标的坐标参数。

可选的，起重机的作业装置的状态参数包括吊钩的高度和起重臂的臂长、高度、俯仰角度、回转角度以及旁弯角度的至少一种。

本发明的有益效果包括：

本发明提供了一种定位测量装置，应用于起重机，包括：控制器、发射器以及接收组件。为了便于测定起重机上目标的位置信息从而确定起重机的作业装置的状态参数，可以将控制器、发射器和接收组件设置在起重机上的合适位置。当需要测定目标位置信息时，发射器向目标出射测量波，当测量波到达目标后，会经过反射从而回到接收组件，即完成测量波的接收。控制器分别与发射器和接收组件电连接，从而能够根据测量波在出射时的出射参数和接收时的接收参数，通过预设算法，得出目标的位置信息从而根据目标的位置信息，确定起重机的作业装置的状态参数，完成起重机的作业装置的状态展示。通过上述用测量波出射和经目标反射的方式，可以有效的避免现有需要通过拉线和排线的方式对起重机的作业装置进行状态测定时，容易因线路排线易断裂等原因发生故障。提高了在对起重机进行状态测定时的稳定性和可靠性。

本发明还提供了一种定位测量方法，包括控制器、发射器和接收组件，从而通过测量波出射、经目标反射后接收的测量定位方式，且基于控制器根据出射参数和接收参数最终确定起重机的作业装置的状态参数。提高了起重机作业装置状态测定的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种定位测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种定位测量方法的示意图之一；

图3为本发明实施例提供的一种定位测量方法的示意图之二；

图4为本发明实施例提供的一种定位测量方法的示意图之三；

图5为本发明实施例提供的一种定位测量方法的示意图之四。

图标：100-驾驶室；110-起重臂；120-吊钩；130-车架；210-红外激光发射器；211-红外激光发射器光轴；212-出射激光；220-第一反光件；230-第二反光件；240-第三反光件；250-第四反光件；261-镜头；262-CCD检测器；263-接收镜头光轴；264-反射激光。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的各个特征可以相互结合，结合后的实施例依然在本发明的保护范围内。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等仅是为了便于描述本发明和简化描述，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例的一方面，参照图1，提供一种定位测量装置，应用于起重机，包括：位于起重机上的控制器、发射器以及接收组件；控制器分别与发射器和接收组件电连接，发射器用于向目标出射测量波，接收组件用于接收经目标反射的测量波，控制器用于根据测量波的出射参数和测量波的接收参数得出目标的位置信息以确定起重机的作业装置的状态参数。

示例的，如图1所示，在起重机上的合适位置设置有控制器、发射器和接收组件。例如将控制器设置在驾驶室100内部，将发射器设置在驾驶室100外部，将接收组件按照需求直接设置在目标位置等多种设置方式。在需要时，可以由发射器向目标出射测量波，测量波经目标位置后反射到接收组件的位置，由接收组件完成接收。由于控制器还分别与发射器和接收组件电连接，故控制器可以获取到发射器在发射测量波时的出射参数，同理其也能够获取到接收组件接收到测量波的接收参数。通过在控制器内预设程序算法，将出射参数和接收参数进行分析处理，得出目标的位置信息，进而根据目标的位置信息确定起重机的作业装置的状态，从而便于操作人员全方位的实时掌握起重机所处的状态信息，便于实现起重机的精确操作。同时，采用发射器出射测量波，测量波经目标反射并被接收组件接收的方式完成对目标定位测量的方式，可以实现更加稳定的测量定位，避免了现有的需要通过拉线和排线的方式对起重机的作业装置进行状态测定时，容易因线路排线易断裂等原因发生故障，提高了在对起重机进行状态测定时的稳定性和可靠性。需要说明的是，上述的测量波可以是红外激光，也可以是UWB(无线电载波)。当选用不同类型的测量波时，对应的发射器和接收组件都应相应的进行匹配设置。此外，上述的作业装置包括起重臂110和吊钩120。

可选的，发射器为与控制器电连接的红外激光发射器210，接收组件包括与红外激光发射器210一体设置的接收器，接收器与控制器电连接。

示例的，如图1所示，当发射器采用红外激光发射器210时，接收组件则包括和红外激光发射器210一体设置的接收器。可以有效的降低定位测量装置的体积，便于控制器与红外激光发射器210和接收器的连接以及信号的传输。此外，当测量波为红外激光时，可以有效的提高测量的精确度(可以达到毫米级精度)，对目标进行更加准确的定位，也便于最终起重机作业装置的精确状态显示，更利于操作人员实现精确的操控。

可选的，目标包括臂头目标和臂尾目标，臂头目标和臂尾目标分别位于作业装置中的起重臂110的臂头和臂尾；接收组件还包括设置在臂头的第一反光件220以及设置在臂尾的第二反光件230；接收器用于分别接收由红外激光发射器210发射并经第一反光件220或第二反光件230反射的反射激光264。

示例的，如图1所示，当目标位置包括臂头目标和臂尾目标时，在臂头目标位置设置有第一反光件220，在臂尾位置设置有第二反光件230。需要说明的是，臂头目标和臂尾目标即是作业装置中的起重臂110的臂头和臂尾的位置，为了使得测量的精度更加准确，还可以是将第一反光件220和第二反光件230设置在起重臂110的同一轴线上。从而便于后续测量起重臂110的回转角度λ和旁弯角度δ。第一反光件220和第二反光件230可以是反光板，也可以是反光块等等，后续实施例中的第三反光件240和第四反光件250均同理。

当红外激光发射器210发出红外激光后，出射的激光会分别到达臂头目标的第一反光件220和臂尾目标的第二反光件230，经过第一反光件220和第二反光件230对光路的反射作用，使得反射后的反射激光264进入接收器。进而通过控制器去获取出射参数和接收参数，进而得出第一反光件220和第二反光件230的位置信息，即起重臂110的臂头和臂尾的位置，通过分析处理，得出起重臂110的长度参数、高度参数和俯仰角度参数。

可选的，目标还包括车架130目标，车架130目标位于起重机的车架130；接收组件还包括设置在车架130尾部的第三反光件240；接收器还用于接收由红外激光发射器210发射并经第三反光件240反射的反射激光264。

示例的，如图1所示，目标还包括在车架130目标，车架130目标则位于起重机的车架130上，将接收组件中的第三反光件240设置在车架130上，通过第一反光件220将红外激光发射器210发射出的红外激光进行反射，由接收器接收到反射后的反射激光264，从而通过控制器获取出射时的出射参数和接收时的接收参数，从而确定车架130目标上的第三反光件240的位置，结合第一反光件220和第二反光件230的位置，如图5所示，确定两条直线，通过控制器的分析处理，确定两条直线之间的夹角即确定了起重机作业装置中的起重臂110的旁弯角度δ。此外，还可以标定起重臂110的基准位置即基准线，当起重臂110回转过一定角度后，还可以通过测定臂头和臂尾的方式确定起重臂110此时的位置，通过控制器将其与基准位置进行比对，从而得出起重臂110的参考回转角度。需要说明的是，当上述的参考回转角度需要考虑旁弯角度δ时，可以由参考回转角度减去旁弯角度δ得出实际的回转角度λ。便于操作人员的精确控制。

可选的，目标包括吊钩120目标，吊钩120目标位于作业装置中的吊钩120；接收组件还包括设置在吊钩120上的第四反光件250；接收器还用于接收由红外激光发射器210发射并经第四反光件250反射的反射激光264。

示例的，如图1所示，当目标包括吊钩120目标时，可以将第四反光件250设置在吊钩120的目标位置，通过第四反光件250将红外激光发射器210发出的红外激光反射并被接收器接收到经第四反光件250反射的激光后，通过控制器分析处理，确定吊钩120的位置信息，从而进一步的确定吊钩120的高度信息，便于操作人员掌握起吊物的状态信息。

本发明实施例的另一方面，提供一种定位测量方法，应用于起重机，起重机包括控制器、发射器和接收组件；方法包括：接收用户指令，并响应于指令，控制发射器向目标方向出射测量波；获取发射器出射测量波时的出射参数和接收组件接收测量波时的接收参数；根据出射参数和接收参数确定目标的位置信息；根据位置信息生成起重机的作业装置的状态参数。

如图2所示，在前述实施例中定位测量装置的基础上，应用定位测量方法，从而能够通过测量波的方式完成对起重机的目标位置定位测量，进而完成起重机的作业装置的状态获取和显示(可以是在控制器上外接显示装置，完成起重机作业装置的状态显示)。

步骤S010：接收用户指令，并响应于指令，控制发射器向目标方向出射测量波。

当用户需要使用定位测量装置时，向控制器发出指令，控制器接收到用户的指令后，开始响应于该指令，执行对应的程序，即控制发射器向目标方向出射测量波。测量波经目标的反射后，可以由接收组件完成对应接收。

步骤S020：获取发射器出射测量波时的出射参数和接收组件接收测量波时的接收参数。

当测量波被发射器出射时，具有一定的出射参数，接收组件在接收测量波时，也会有一定的接收参数。此时，控制器对出射参数和接收参数进行获取，便于后续步骤的分析处理。

步骤S030：根据出射参数和接收参数确定目标的位置信息。

当控制器接收到对应出射的测量波的出射参数和接收参数后，根据预设程序确定目标的位置信息。

步骤S040：根据位置信息生成起重机的作业装置的状态参数。

通过对位置信息的得出，进而对应生成起重机的作业装置的状态参数。当在控制器上外接显示装置时，可以将起重机的实时状态信息显示在显示装置上。

可选的，发射器为红外激光发射器210，接收组件包括与红外激光发射器210一体设置的接收器；获取发射器出射测量波时的出射参数和接收组件接收测量波时的接收参数包括：获取红外激光发射器210的出射激光212的出射参数和接收器接收出射激光212的接收参数；其中，出射参数包括出射角度参数、红外激光发射器210到接收器的距离参数；接收参数包括入射角度参数。

示例的，参照图3，当发射器为红外激光发射器210时，对应的出射的测量波为红外激光。此时，控制器可以获取到红外激光出射时的出射角度参数、红外激光发射器210与接收器之间的距离参数。在出射后的红外激光经目标反射后被接收器接收时，控制器也可以获取到接收红外激光时的入射角参数。需要说明的是，入射角参数可以是由控制器直接测量获取，也可以是由例如图,3中，当接收器包括CCD(电荷耦合器件)时，被目标反射后的红外激光经接收器的镜头261最终在CCD检测器262上成像，在CCD检测器262上的成像位置点距接收器的接收镜头光轴263的距离可以由CCD检测器262测得，接收镜头261的焦距F则为设定时的已知量，通过三角函数，可以得出入射角参数。

可选的，根据出射参数和接收参数确定目标的位置信息包括：根据出射参数和接收参数，确定目标到红外激光发射器210的距离参数；根据目标到红外激光发射器210的距离参数确定目标的位置信息。

示例的，如图3所示，根据出射角度参数、红外激光发射器210到接收器的距离参数、入射角度参数，确定目标到红外激光发射器210的距离参数D，此外，该目标到红外激光发射器210的距离参数D也可以是由出射激光212和接收激光的时间差以及红外激光的传播速度计算，还可以是由出射激光212和接收激光的相位差以及时间差计算得出。当确定了目标到红外激光发射器210的距离参数D后，控制器可以计算得出目标的位置信息。

可选的，根据目标到红外激光发射器210的距离参数确定目标的位置信息包括：以红外激光发射器210为原点建立空间直角坐标系，确定目标与坐标面的夹角，根据距离参数和夹角确定目标的坐标参数。

示例的，如图4所示，由控制器计算得出目标的位置信息的方法中可以是：以红外激光发射器210为原点建立空间直角坐标系，在已知目标到红外激光发射器210的距离参数D后，可以将其体现于该坐标系中，通过确定目标与坐标面的夹角，从而确定目标的坐标参数，即目标在以红外激光发射器210为原点建立的空间直角坐标系中的具体坐标参数。

可选的，起重机的作业装置的状态参数包括吊钩120的高度和起重臂110的臂长、高度、俯仰角度、回转角度λ以及旁弯角度δ的至少一种。

示例的，利用上述定位测量装置，结合上述定位测量方法可以得出起重机的作业装置的状态参数，例如吊钩120的高度和起重臂110的臂长、高度、俯仰角度、回转角度λ以及旁弯角度δ。以下将以吊钩120为例进行示意性的说明(其它状态参数与之同理)：

如图3所示，控制器控制红外激光发射器210以出射角度θ(即出射激光212与红外激光发射器光轴211的夹角)射出出射激光212，经第四反光件250反射后，反射激光264进入接收器的镜头261进入接收器并最终在CCD检测器262上成像。

红外激光发射器210到接收器的距离参数T为整个装置在设置之初就已知的参量。CCD检测器262上的成像位置点距接收器的接收镜头光轴263的距离L可以由CCD检测器262自身进行检测得出。镜头261至CCD检测器262的距离即为焦距F，该参数也为已知量。

通过CCD检测器262上的成像位置点距接收器的接收镜头光轴263的距离L和焦距F，根据三角函数公式可以得出入射角度参数(即反射激光264与接收镜头光轴263的夹角)，然后再得出与其互余的角度α。基于角度(θ+β)、角度α、红外激光发射器210到接收器的距离参数T、CCD检测器262上的成像位置点距接收器的接收镜头光轴263的距离L，根据三角函数，可以得出目标到红外激光发射器210的距离参数D。

如图4所示，以红外激光发射器210为原点建立空间直角坐标系，已知吊钩120距离，红外激光发射器210的相对于图3中xoy坐标面的发射仰角度γ(即目标与xoy坐标面的夹角)，则可根据正弦定理，计算出吊钩120的z轴坐标z₁。同理，根据偏向角ε(即目标与yoz坐标面的夹角)，可计算出x轴坐标x₁，再根据勾股定理求得y轴坐标y₁，即可得出吊钩120的三维坐标位置(x₁,y₁,z₁)。需要说明的是，在得出吊钩120的实际高度时，还需在上述y轴高度的基础上再加上红外激光发射器210距地面的距离。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种定位测量装置，其特征在于，应用于起重机，包括：位于所述起重机上的控制器、发射器以及接收组件；所述控制器分别与所述发射器和所述接收组件电连接，所述发射器用于向目标出射测量波，所述接收组件用于接收经所述目标反射的测量波，所述控制器用于根据所述测量波的出射参数和所述测量波的接收参数得出目标的位置信息以确定所述起重机的作业装置的状态参数。

2.如权利要求1所述的定位测量装置，其特征在于，所述发射器为与控制器电连接的红外激光发射器，所述接收组件包括与所述红外激光发射器一体设置的接收器，所述接收器与所述控制器电连接。

3.如权利要求2所述的定位测量装置，其特征在于，所述目标包括臂头目标和臂尾目标，所述臂头目标和所述臂尾目标分别位于所述作业装置中的起重臂的臂头和臂尾；所述接收组件还包括设置在所述臂头的第一反光件以及设置在所述臂尾的第二反光件；所述接收器用于分别接收由所述红外激光发射器发射并经所述第一反光件或所述第二反光件反射的反射激光。

4.如权利要求3所述的定位测量装置，其特征在于，所述目标还包括车架目标，所述车架目标位于所述起重机的车架；所述接收组件还包括设置在所述车架尾部的第三反光件；所述接收器还用于接收由所述红外激光发射器发射并经所述第三反光件反射的反射激光。

5.如权利要求2所述的定位测量装置，其特征在于，所述目标包括吊钩目标，所述吊钩目标位于所述作业装置中的吊钩；所述接收组件还包括设置在所述吊钩上的第四反光件；所述接收器还用于接收由所述红外激光发射器发射并经所述第四反光件反射的反射激光。

6.一种定位测量方法，其特征在于，应用于起重机，所述起重机包括控制器、发射器和接收组件；所述方法包括：

接收用户指令，并响应于所述指令，控制所述发射器向目标方向出射测量波；

获取所述发射器出射测量波时的出射参数和所述接收组件接收所述测量波时的接收参数；

根据所述出射参数和所述接收参数确定目标的位置信息；

根据所述位置信息生成所述起重机的作业装置的状态参数。

7.如权利要求6所述的定位测量方法，其特征在于，所述发射器为红外激光发射器，所述接收组件包括与所述红外激光发射器一体设置的接收器；所述获取所述发射器出射测量波时的出射参数和所述接收组件接收所述测量波时的接收参数包括：

获取所述红外激光发射器的出射激光的出射参数和所述接收器接收所述出射激光的接收参数；其中，所述出射参数包括出射角度参数、所述红外激光发射器到所述接收器的距离参数；所述接收参数包括入射角度参数。

8.如权利要求7所述的定位测量方法，其特征在于，所述根据所述出射参数和所述接收参数确定目标的位置信息包括：

根据所述出射参数和所述接收参数，确定所述目标到所述红外激光发射器的距离参数；根据所述目标到所述红外激光发射器的距离参数确定所述目标的位置信息。

9.如权利要求8所述的定位测量方法，其特征在于，所述根据所述目标到所述红外激光发射器的距离参数确定所述目标的位置信息包括：以所述红外激光发射器为原点建立空间直角坐标系，确定所述目标与坐标面的夹角，根据所述距离参数和所述夹角确定所述目标的坐标参数。

10.如权利要求6至9任一项所述的定位测量方法，其特征在于，所述起重机的作业装置的状态参数包括吊钩的高度和起重臂的臂长、高度、俯仰角度、回转角度以及旁弯角度的至少一种。

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