CN111397569B - 水泥搅拌车罐体转动角度的检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水泥运输技术领域，提供了水泥搅拌车罐体转动角度的检测方法及装置。水泥搅拌车罐体转动角度的检测方法，包括如下步骤：S1，以检测件安装在罐体上的位置建立空间直角坐标系；S2，计算重力加速度分量g_y和g_xz；S3，计算重力加速度分量g_x和g_z；S4，计算检测件沿X轴、Y轴和Z轴的重力加速度分量g_x、g_y和g_z；S5，结合步骤S2、步骤S3和步骤S4，计算罐体旋转角度。检测装置，包括罐体，所述罐体上设有用以检测所述罐体转动角度的检测件。本发明实现了对罐体转动的检测，检测过程不受水泥或灰尘的覆盖影响，提高检测的有效性，实现长期稳定检测。

Description

水泥搅拌车罐体转动角度的检测方法及装置

技术领域

本发明涉及水泥运输技术领域，特别是涉及一种水泥搅拌车罐体转动角度的检测方法及装置。

背景技术

城市建设需要大量水泥搅拌车，水泥搅拌车在运输水泥的途中，需要不停的旋转罐体，以免水泥硬化不能使用。如果水泥在搅拌车上硬化，需要人工把硬化的水泥铲除，否则水泥搅拌车不能再次用于运输水泥。因此水泥搅拌车在运输水泥的途中实时检测罐体是否在转动显得非常重要。

现有水泥搅拌车罐体是通过机械传感器或者红外传感器来检测罐体是否转动的；或者通过视频识别来检测罐体是否转动的。水泥搅拌车的工作环境比较恶劣，特别是飞溅出来的水泥，容易损坏机械传感器，同时，飞溅的水泥会遮挡红外线，造成检测失效；而通过视频分析检测罐体是否转动的装置需要摄像头，在这种恶劣的环境下，摄像头镜头容易受到污损，以至于拍摄的图像不清楚或者被遮挡，造成检测失效。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种水泥搅拌车罐体转动角度的检测方法，以解决现有无法有效检测水泥搅拌车罐体转动的问题。

本发明还提出一种水泥搅拌车罐体转动角度的检测装置。

根据本发明第一方面实施例的水泥搅拌车罐体转动角度的检测方法，包括如下步骤：

S1，以检测件安装在罐体上的位置建立空间直角坐标系，Y轴与罐体的中线轴线平行，Z轴垂直于罐体表面；

S2，读取罐体的中心轴线与地面的夹角为第一角度，计算重力加速度g沿Y轴的重力加速度分量g_y和沿X轴与Z轴构成的平面方向的重力加速度分量g_xz；

S3，设罐体旋转第二角度，计算重力加速度分量g_xz在X轴与Z轴构成的平面内沿X轴方向的重力加速度分量g_x和沿Z轴方向的重力加速度分量g_z；

S4，罐体旋转至β角度时，读取检测件的输出值V_x、V_y和V_z，进而计算检测件沿X轴、Y轴和Z轴的重力加速度分量g_x、g_y和g_z；

其中，V为检测件沿X轴或Y轴或Z轴中一个轴的方向受到一个重力加速度g时，检测件在该轴上的输出值；

S5，结合步骤S2、步骤S3和步骤S4，计算罐体旋转的第二角度，实现对罐体转动的检测。

根据本发明实施例的水泥搅拌车罐体转动角度的检测方法，通过检测件检测自身位置信息，并结合重力加速度，即可获得水泥搅拌车罐体的转动角度，实现对罐体转动的检测，检测过程不受水泥或灰尘的覆盖影响，提高检测的有效性，实现长期稳定检测。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S4中，

g_x＝v_x/v×g

g_y＝v_y/v×g

g_z＝v_z/v×g。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S2中，设第一角度为α，则：

g_y＝g×sin(α)

g_xz＝g×cos(α)。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S3中，设定检测件位于罐体正上方时，罐体的旋转角度为0度，第二角度为罐体顺时针旋转β角度，则：

g_x＝g_xz×sin(β)

g_z＝g_xz×cos(β)。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S5中，计算β的方式为：

g_x＝g×cos(α)×sin(β)

g_z＝g×cos(α)×cos(β)

根据本发明第二方面实施例的水泥搅拌车罐体转动角度的检测方法的装置，包括罐体，所述罐体上设有用以检测所述罐体转动角度的检测件。

根据本发明的一个实施例，所述检测件为三轴加速度传感器或陀螺仪。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例水泥搅拌车罐体转动角度的检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例水泥搅拌车罐体转动角度的检测装置的检测件建立的空间直角坐标系示意图；

图3为本发明实施例水泥搅拌车罐体转动角度的检测装置罐体和检测件倾斜角度示意图；

图4为本发明实施例水泥搅拌车罐体转动角度的检测装置罐体转动第二角度后的截面示意图。

附图标记：

1：罐体；2：检测件；3：罐体的中心轴线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。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实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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实施例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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1至图4所示，本发明实施例提供一种水泥搅拌车罐体转动角度的检测方法，包括如下步骤：

S1，以检测件2安装在罐体1上的位置建立空间直角坐标系，Y轴与罐体的中线轴线3平行，Z轴垂直于罐体表面；

S2，读取罐体的中心轴线3与地面的夹角为第一角度，计算重力加速度g沿Y轴的重力加速度分量g_y和沿X轴与Z轴构成的平面方向的重力加速度分量g_xz；

S3，设罐体1旋转第二角度，计算重力加速度分量g_xz在X轴与Z轴构成的平面内沿X轴方向的重力加速度分量g_x和沿Z轴方向的重力加速度分量g_z；

S4，罐体旋转至β角度时，读取检测件的输出值V_x、V_y和V_z，进而计算检测件沿X轴、Y轴和Z轴的重力加速度分量g_x、g_y和g_z；

其中，V为检测件沿X轴或Y轴或Z轴中一个轴的方向受到一个重力加速度g时，检测件在该轴上的输出值；

S5，结合步骤S2、步骤S3和步骤S4，计算罐体1旋转的第二角度，实现对罐体1转动的检测。

根据本发明实施例的水泥搅拌车罐体转动角度的检测方法，通过检测件2检测自身位置信息，并结合重力加速度，即可获得水泥搅拌车罐体1的转动角度，实现对罐体1转动的检测，检测过程不受水泥或灰尘的覆盖影响，提高检测的有效性，实现长期稳定检测。

在本发明的一个实施例中，步骤S4中，

g_x＝v_x/v×g

g_y＝v_y/v×g

g_z＝v_z/v×g。

在本发明的一个实施例中，步骤S2中，设第一角度为α，则：

g_y＝g×sin(α)

g_xz＝g×cos(α)。

在本发明的一个实施例中，步骤S3中，设定检测件2位于罐体1正上方时，罐体1的旋转角度为0度，第二角度为罐体1顺时针旋转β角度，则：

g_x＝g_xz×sin(β)

g_z＝g_xz×cos(β)。

在本发明的一个实施例中，步骤S5中，计算β的方式为：

g_x＝g×cos(α)×sin(β)

g_z＝g×cos(α)×cos(β)

本发明实施例水泥搅拌车罐体转动角度的检测方法，检测件以三轴加速度传感器为例，具体步骤如下：

以三轴加速度传感器安装在罐体上的位置建立空间直角坐标系，Y轴与罐体的中线轴线平行，Z轴垂直于罐体表面，加速度传感器受到重力g作用，g始终是竖直向下指向地心的；设罐体的中心轴线与地面的夹角度数为α，则重力加速度g可分解为Y轴方向的一个重力加速度分量g_y和X轴与Z轴构成的平面上的一个加速度分量g_xz，如图3所示，由此可得：

g_y＝g×sin(α) ...(1)

g_xz＝g×cos(α) ...(2)

罐体与加速度传感器的X轴和Z轴构成的平面相交，相交后的截面如图4所示，图示的圆为罐体表面的截面，设三轴加速度传感器在罐体正上方时，罐体的旋转角度为0度，则罐体顺时针旋转β角度后的示意图如图4所示，重力加速度在X轴和Z轴构成的平面上的分量为g_xz，g_xz又可以分解成g_x和g_z，由此可得：

g_x＝g_xz×sin(β) ...(3)

g_z＝g_xz×cos(β) ...(4)

将式(3)和式(4)代入(2)可得：

g_x＝g×cos(α)×sin(β) ...(5)

g_z＝g×cos(α)×cos(β) ...(6)

由三轴加速度传感器读取数据计算获得g_x、g_y和g_z的值；

设该三轴加速度传感器某个轴受到1个重力加速度时的输出值为V，罐体旋转到β角度时，三轴加速度传感器输出的数据分别为V_x、V_y和V_z，则：

g_x＝v_x/v×g ...(7)

g_y＝v_y/v×g ...(8)

g_z＝v_z/v×g ...(9)

由于罐体与地面夹角α不会超过90度，因此：

根据式(1)可得：

sin(α)＝g_y/g ...(11)

α＝arcsin(g_y/g) ...(12)

根据式(10)和式(11)计算得到：

根据式(5)、式(6)和式(13)可得：

根据式(14)和式(15)可得：

根据式(18)和(19)结合式(7)、式(8)和式(9)可得：

罐体带着检测件作圆周运动，β值的角度范围为0到360度，因此V_x和V_z随着罐体的转动，会在正数和负数之间来回切换；为方便运算，先根据V_x的绝对值先算出一个角度β₁，即：

再根据V_x和V_z的正负求出罐体转动的角度β：

由此，计算出罐体当前的旋转角度。

设罐体最快转动一圈的时间为T_max，检测件每隔时间T采样一次当前罐体的角度(T<T_max/2，即t时间内，罐体转动不超过180度)；设t₁时刻检测到的罐体旋转角度为θ₁，下一个检测点t₂(t₂＝t₁+T)时刻，检测到的罐体旋转角度为θ₂，则从t₁时刻到t₂时刻罐体旋转的角度Δθ有：

Δθ＝θ₂-θ₁(|Δθ|<180度)

由于θ₁和θ₂的取值范围是0到360度，因此Δθ的取值范围是-360度到360度，而Δθ的绝对值小于180度，故如果Δθ小于等于-180度或者Δθ大于等于180度，需要对其作修正：

如果Δθ小于0，表示罐体在逆时针旋转；如果Δθ大于0时，表示罐体在顺时针旋转；如果Δθ＝0时，表示罐体停止转动。

已知T时间段内罐体的转动角度为Δθ，可以求得罐体每分钟的转速R：

设定一个参数R_停，当R的绝对值小于R_停时，三轴加速度传感器认为罐体已经停止转动，从而产生报警。

本发明实施例还提提供一种水泥搅拌车罐体转动角度的检测方法的装置，包括罐体1，罐体1上设有用以检测罐体1转动角度的检测件2。

在本发明的一个实施例中，检测件2为三轴加速度传感器或陀螺仪。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (3)

1.一种水泥搅拌车罐体转动角度的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，以检测件安装在罐体上的位置建立空间直角坐标系，Y轴与罐体的中线轴线平行，Z轴垂直于罐体表面；

S2，读取罐体的中心轴线与地面的夹角α，计算重力加速度g沿Y轴的重力加速度分量g_y和沿X轴与Z轴构成的平面方向的重力加速度分量g_xz；

S3，设罐体旋转角度为β，计算重力加速度分量g_xz在X轴与Z轴构成的平面内沿X轴方向的重力加速度分量g_x和沿Z轴方向的重力加速度分量g_z；

S4，罐体旋转至β角度时，读取检测件的输出值V_x、V_y和V_z，进而计算检测件沿X轴、Y轴和Z轴的重力加速度分量g_x、g_y和g_z；

其中，V为检测件沿X轴或Y轴或Z轴中一个轴的方向受到一个重力加速度g时，检测件在该轴上的输出值；

S5，结合步骤S2、步骤S3和步骤S4，计算罐体旋转的第二角度，实现对罐体转动的检测；

其中，所述步骤S4中，

g_x＝v_x/v×g

g_y＝v_y/v×g

g_z＝v_z/v×g；

所述步骤S2中，设第一角度为α，则：

g_y＝g×sin(α)

g_xz＝g×cos(α)；

所述步骤S3中，设定检测件位于罐体正上方时，罐体的旋转角度为0度，第二角度为罐体顺时针旋转β角度，则：

g_x＝g_xz×sin(β)

g_z＝g_xz×cos(β)；

所述步骤S5中，计算β的方式为：

g_x＝g×cos(α)×sin(β)

g_z＝g×cos(α)×cos(β)

2.一种用以实施如权利要求1中所述的水泥搅拌车罐体转动角度的检测方法的装置，其特征在于，包括罐体，所述罐体上设有用以检测所述罐体转动角度的检测件。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述检测件为三轴加速度传感器或陀螺仪。

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