CN111217298A - 基于智能传感器数字液压缸自动姿态调整装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种数字液压缸自动姿态调整装置及控制方法，通过倾角传感器，实时检测作业平台在单直臂运动过程中的倾斜度，由数字液压缸自动启动进行水平姿态调整；单直臂由变幅液压缸驱动，其液压控制系统采用微电脑控制；通过对作业平台的角度、位移的信息采集和处理，反应作业平台的相关工作状态，并通过控制装置来控制液压缸的工作状态，本发明的有益效果是：实时侦测装置在各类环境下的不同工作状态与参数，响应速度快，可以实时采集与分析各类状态参数，并及时反馈到控制装置，将作业平台的工作姿态快速调整到最佳，避免各类险情发生，同时，具有承载力大，适用范围广的特点。

Description

基于智能传感器数字液压缸自动姿态调整装置及方法

技术领域

本发明涉及的是一种基于智能传感器数字液压缸自动姿态调整装置，及其控制方法。

背景技术

目前越来越多的工程机械设备，如挖掘机、起重机、装载机等，其工作各种运动以采用液压传动来驱动为主，液压传动及油缸的特点是载荷大，液压传动可以输出大的推力或大转矩，可实现低速大吨位运动，实现无级调整，以及具有传动稳定，控制方便等优点。而装备智能化与平台化，也是智能机械发展的一个必然趋势，即基于平台集成现代传感技术、数字通信和网络技术、计算机技术，信息的采集、处理、传输、显示和高度集成共享，采用现代控制手段实现设备安全、可靠、高效工作，并对各种工况进行监控及及时处理各种问题。目前而言，类似的液压装备的智能控制装置或是平台还非常少，能够实时地控制平台的各种工状以及参数，并根据数据进行及时的调整，以达到最佳的工作状态，保证装置或是平台的稳定与安全，特别是应用于消防、公安、城市建设等方面，以及各种对安全敏感的工作场所涉及到的专用装置或是平台设备。

发明内容

本发明提出一种基于智能传感器数字液压缸自动姿态调整装置及方法。

实现本发明技术方案如下：一种包含基座的液压缸功能装置，该装置包括一作业平台，以及至少一个单直臂和一数字液压缸，通过倾角传感器，实时检测作业平台在单直臂运动过程中的倾斜度，由数字液压缸自动启动进行水平姿态调整；

单直臂由变幅液压缸驱动，其液压控制系统采用微电脑控制；

通过智能控制软件来快速、准确地调整作业平台的工作状态，以及保证工况的稳定性与准确性；

通过对作业平台的角度、位移的信息采集和处理，反应作业平台的相关工作状态，并通过控制装置来控制数字液压缸的工作状态。

优选的，还具有以下传感器中的一种或其组合：振动传感器，用于实时监测装置的稳定状态；加速度传感器，用于监测装置的运动状态；风压传感器，用于监测在高空中风速的对于装置的风压影响；特种气体传感器，用于监测空气中各种有害气体的含量与变化趋势。

优选的，所述的数字液压缸是行程数字反馈控制部件，控制信号主要采用连续脉冲控制行程；连续脉冲用于电机的连续运动控制参数，只要有脉冲活塞就保持运动，脉冲的频率控制活塞的运动速度。

优选的，所述的控制系统，主要表现形式是随着控制指令的不断提供，执行机构不断动作，从而带动数字液压缸不断运动。控制系统的作用在于将外部的数字指令进行转换，并通过功率驱动和抗干扰措施提供给步进电机。

优选的，数字缸作为传感器网络的一个节点，需要通过通信接口与互联网连接，从而构成物联网体系的一个环节。

所述数字液压缸，将液压系统相关参数进行传感器数据采集，主要包括行程、压力、流量、温度等等，进行集成结构设计并加以封装；传感器输出信息经过变送，由A/D转换器进行采集，并传输给Flash存储器加以保存。

优选的，所述数字液压缸具有缸筒径向变形量传感器，采用磁栅传感器，根据磁栅读数头的位移，读取缸筒圆周周长的变化。

优选的，还具有图像传感器，在所述基座的四周边缘，设置有图像传感器，以对在附近一定距离范围内活动的人员进行监测；以及在所述数字液压缸的前端部，设置有图像传感器，可以对事件场景进行信息采集。

优选的，所述的图像传感器由多个图像传感单元组成，特别是包括红外图像传感器，以获得在不同温度下的物体图像信息；以及所述的图像传感器由多个不同焦距的图像传感器单元构成，可以一次拍摄快速获得不同距离的物体图像信息。

优选的，在所述的基座上具有多个支脚，并在支脚上设置有重力传感器，以实时监测各个支脚的受力情况，特别是所承受的重力数据。

同时，一种基于智能传感器数字液压缸自动姿态调整方法，包括以下步骤：

1）传感器信号向控制装置发出信号与参数信息,特别是作业平台上的倾角传感器检测倾斜角度，根据信息特征值判断作业平台是否是正常状态；

2）如果是，继续实时监测，如果不附合要求，则控制装置的处理器中心先检测基座状态及附近环境参数；

3）上述基座参数在正常范围内，控制装置再依据于传感器信息，对数字液压缸发出控制信息，控制信号主要采用连续脉冲控制，对数字液压缸的工作状态进行实时调整，直到作业平台的倾角状态达到要求；

4）对上述过程的状态及参数进行修正及记录；

5）上述第3步中所述的检测基座状态及附近环境参数，是对基座的多个支架的重力数据进行检测，必须大于一定数值才为正常；

6）上述步骤中所述的环境参数，是指基座周围的工作状态正常。

本发明的有益效果：实时侦测装置在各类环境下的不同工作状态与参数，响应速度快，可以实时采集与分析各类状态参数，并及时反馈到控制装置，将作业平台的工作姿态快速调整到最佳，避免各类险情发生，同时，具有承载力大，适用范围广的特点。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

图1是本发明的系统效果示意图。

图2是本发明的系统正面示意图。

图3是本发明所述方法步骤图。

图中说明：1为该系统的基座，同时也可以是展台；2为单直臂；3为作业平台；4为变幅液压缸；5为数字液压缸；6为支脚。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本发明保护的范围。

结合附图1和附图2，可能看出，该液压控制系统或是平台主要是建立在基座1上的，同时，基座1也可实现展示、操作等功能，在基座1上设置为单直臂2，当然，这里也可以是曲臂或是其它由直臂或曲臂组成的复合结构，可以起到相应的功能即可。

在单直臂2的末端具有作业平台3，可以承载一定重量的人员或是货物，以方便从事消防、公安、公路、水利等各行业工作及救急抢险，同时，单直臂2由变幅液压缸4来驱动，来进行升降，在本实施例中仅为一单直臂2以及升降运动，实际根据需要可以采用组合结构以及多自由度的运动方式。

在单直臂2与作业平台之间还设置有数字液压缸5，可以实时调整作业平台5的工作角度及其它状态。

即本发明所述的一种包含基座的液压缸功能装置，该装置包括一作业平台3，以及至少一个单直臂2和一数字液压缸5，通过设置在作业平台3上的倾角传感器，实时检测作业平台3在单直臂2运动过程中的倾斜度，由数字液压缸5自动启动进行水平姿态调整；单直臂2由变幅液压缸4驱动，其液压控制系统采用微电脑控制；通过智能控制软件来快速、准确地调整作业平台3的工作状态，以及保证工况的稳定性与准确性。

通过对作业平台3的角度、位移的信息采集和处理，反应作业平台3的相关工作状态，并通过控制装置来控制数字液压缸5的工作状态，保证整个系统的工作平稳性与工作效率。

在本实施例中，可为登高平台消防车，在作业平台上安装MEMS倾角传感器，并将该姿态信息提供给计算机，计算机通过指令将平台调整信号传送给数字液压缸5控制系统。

除了上述的倾角传感器以外，还具有其它各种智能传感器，如振动传感器，用于实时监测装置的稳定状态，特别是地基基础的振动对整体装置的影响，以避免产生不利于装置动行的各种振动，可以提高预防；以及加速度传感器，用于监测本装置的运动状态，特别是加速运动，避免过快的运动造成对系统的破坏；以及风压传感器，用于监测在高空中风速的对于装置的风压影响，避免风力过大将装置吹倒；以及特种气体传感器，用于监测空气中各种有害气体的含量与变化趋势，避免对工作人员产生有害作用，特别适用于火灾、化学品爆炸等场合。

在本实施例中，所述的数字液压缸5是行程数字反馈控制部件，控制信号主要采用连续脉冲控制行程；连续脉冲用于电机的连续运动控制参数，只要有脉冲活塞就保持运动，脉冲的频率控制活塞的运动速度。同时，所述的控制系统，主要表现形式是随着控制指令的不断提供，执行机构不断动作，从而带动数字液压缸5不断运动。控制系统的作用在于将外部的数字指令进行转换，并通过功率驱动和抗干扰措施提供给步进电机。

再者，数字液压缸5作为传感器网络的一个节点，需要通过通信接口与互联网连接，从而构成物联网体系的一个环节，这样，就与外界形成了信息共享，处理事件的能力与效率大大提高。

所述数字液压缸5，将液压系统相关参数进行传感器数据采集，主要包括行程、压力、流量、温度等等，进行集成结构设计并加以封装；传感器输出信息经过变送，由A/D转换器进行采集，并传输给Flash存储器加以保存。

同时，所述数字液压缸5为了更为精细的测量工作状态，设置了缸筒径向变形量传感器，采用磁栅传感器，根据磁栅读数头的位移，读取缸筒圆周周长的变化。缸筒径向变形量，采用磁栅传感器，根据磁栅读数头的位移，读取缸筒圆周周长的变化，再除以π，即得到缸筒直径变化偏差值δ。计算公式为

δ=(L-L0)/π

其中，L为当前测得的实际周长，L0为设计制造实际周长，如果测量索绕缸筒为n周，则上述计算结果再除以n。

以及上述装置还具有图像传感器，包括基座1以及作业平台3，如在所述的基座1的四周边缘，设置有图像传感器，以对在附近一定距离范围内活动的人员进行监测；以及在所述数字液压缸5的前端部，设置有图像传感器，可以对事件场景进行信息采集，例如消防用平台对出现险情的建筑物以及处于危险状态的人员进行抢救，这样更有利于工作的开展。

更进一步，所述的图像传感器由多个图像传感单元组成，即不同敏感波长的图像传感器组成，特别是包括红外图像传感器，以获得不同温度下物体图像信息，这样可以获取不同温度下的物体图像信息，对于抢险救灾具有非常重要的实用价值；以及所述的图像传感器由多个不同焦距的图像传感器单元构成，这样一次拍摄就可以获得多组照片，可以通过一次拍摄快速获得不同距离的物体图像信息。

还有，在所述的基座1上具有多个支脚6，并在支脚6上设置有重量传感器，或是压力传感器，以实时监测各个支脚的受力情况，特别是所承受的重力数据，如果出现重量减小的情况，可以发出预警信息，如果此数据小于某一设定值，就可以发出紧急报警，甚至可以启动应急措施，这样，可以防止有可能出现的设备翻转的危险事故出现。

这样，就有一种基于智能传感器数字液压缸自动姿态调整方法，包括以下步骤：

1）传感器信号向控制装置发出信号与参数信息,特别是作业平台3上的倾角传感器检测倾斜角度，根据信息特征值判断作业平台3是否是正常状态；

2）如果是，继续实时监测，如果不附合要求，则控制装置的处理器中心先检测基座1状态及附近环境参数；

3）上述参数在正常范围内，再依据于传感器信息，对数字液压缸5发出控制信息，控制信号主要采用连续脉冲控制，对数字液压缸的工作状态进行实时调整；

4）对上述过程的状态及参数进行修正及记录；

5）上述第3步中所述的检测基座状态及附近环境参数，是对基座1的多个支架6的重力数据进行检测，必须大于一定数值才为正常；

6）上述步骤中所述的环境参数，是指基座1周围的工作状态正常。

这样，通过上述实施例，可以实现所述的字液压缸自动姿态调整装置的功能实现，实时侦测装置在各类环境下的不同工作状态与参数，响应速度快，可以实时采集与分析各类状态参数，并及时反馈到控制装置，将作业平台的工作姿态快速调整到最佳，避免各类险情发生，达到发明目的和实现发明效果。

另外，为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元、模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元、模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产 可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施方式或者实施方式的某些部分所述的方法。

以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施方式方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

本申请可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：智能汽车、无人驾驶装置、移动机器人、个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

本申请也可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、 “示例”、 “具体示例”等的描述意指 结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。 而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合 适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于智能传感器数字液压缸自动姿态调整装置，包括一作业平台（3），以及一个单直臂（2）和一数字液压缸（5），其特征在于：通过倾角传感器，实时检测作业平台（3）在单直臂运动过程中的倾斜度，由数字液压缸（5）自动启动进行水平姿态调整；

单直臂由变幅液压缸（4）驱动，其液压控制系统采用微电脑控制；

通过智能控制软件来快速、准确地调整作业平台（3）的工作状态，以及保证工况的稳定性与准确性；

通过对作业平台（3）的角度、位移的信息采集和处理，反应作业平台（3）的相关工作状态，并通过控制装置来控制数字液压缸（5）的工作状态。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：还具有以下传感器中的一种或其组合：振动传感器，用于实时监测装置的稳定状态；加速度传感器，用于监测装置的运动状态；风压传感器，用于监测在高空中风速的对于装置的风压影响；特种气体传感器，用于监测空气中各种有害气体的含量与变化趋势。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的数字液压缸（5）是行程数字反馈控制部件，控制信号主要采用连续脉冲控制行程；连续脉冲用于电机的连续运动控制参数，只要有脉冲活塞就保持运动，脉冲的频率控制活塞的运动速度。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的控制系统，主要表现形式是随着控制指令的不断提供，执行机构不断动作，从而带动数字液压缸（5）不断运动;

控制系统的作用在于将外部的数字指令进行转换，并通过功率驱动和抗干扰措施提供给步进电机。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述数字液压缸（5），将液压系统相关参数进行传感器数据采集，主要包括行程、压力、流量、温度等等，进行集成结构设计并加以封装；传感器输出信息经过变送，由A/D转换器进行采集，并传输给Flash存储器加以保存。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述数字液压缸（5）具有缸筒径向变形量传感器，采用磁栅传感器，根据磁栅读数头的位移，读取缸筒圆周周长的变化。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：还具有图像传感器，在所述基座（1）的四周边缘，设置有图像传感器，以对在附近一定距离范围内活动的人员进行监测；以及在所述数字液压缸（5）的前端部，设置有图像传感器，可以对事件场景进行信息采集。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的图像传感器由多个图像传感单元组成，特别是包括红外图像传感器，以获得在不同温度下的物体图像信息；以及所述的图像传感器由多个不同焦距的图像传感器单元构成，可以一次拍摄快速获得不同距离的物体图像信息。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在所述的基座（1）上具有多个支脚（6），并在支脚上设置有重力传感器，以实时监测各个支脚（6）的受力情况。

10.一种基于智能传感器数字液压缸自动姿态调整方法，包括以下步骤：

1）传感器信号向控制装置发出信号与参数信息,特别是作业平台上的倾角传感器检测倾斜角度，根据信息特征值判断作业平台是否是正常状态；

2）如果是，继续实时监测，如果不附合要求，则控制装置的处理器中心检测基座（1）状态及附近环境参数；

3）上述基座（1）参数在正常范围内，控制装置再依据于传感器信息，对数字液压缸（5）发出控制信息，控制信号主要采用连续脉冲控制，对数字液压缸（5）的工作状态进行实时调整，直到作业平台的倾角状态达到要求；

4）对上述过程的状态及参数进行修正及记录；

5）上述第3步中所述的检测基座（1）状态及附近环境参数，是对基座的多个支架（6）的重力数据进行检测，必须大于一定数值才为正常；

6）上述步骤中所述的环境参数，是指基座（1）周围的工作状态正常。

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