CN112040200B - 一种起重机吊装监视系统及其控制方法 - Google Patents

一种起重机吊装监视系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种起重机吊装监视系统及其控制方法。该吊装监视系统包括安装在起重机的马头臂臂头上的伺服电机一、安装在伺服电机一转轴上的自动变焦摄像头一、安装在起重机的基本臂变幅肋板上的伺服电机二和安装在伺服电机二转轴上的自动变焦摄像头二。马头臂臂头上安装有角度传感器；所述自动变焦摄像头一上设有无线视频发射器一。自动变焦摄像头二上设有无线视频发射器二。伺服电机一与伺服驱动器一电性连接。伺服电机二与伺服驱动器二电性连接。该吊装监视系统及其控制方法能够解决现有技术中的不足，对吊装物进行实时精确地监控，为操作者提供清晰的工况环境。

Description

一种起重机吊装监视系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及起重机技术领域，具体涉及一种起重机吊装监视系统及其控制方法。
背景技术
由于起重机吊装过程中存在各种潜在危险因素，因此，在吊高、吊远、过墙、深坑工况时，通常采用起重机吊装监视系统来实时监控吊装状态，为司机提供吊装监视画面，以及时发现吊装过程中的危险因素，保证起重机安全吊装。
现有的起重机吊装监视系统有两种，一种是通过单一定焦摄像头实现吊装过程监控，另一种是通过单一手动变焦阻尼一体摄像机实现吊装过程监控。单一定焦摄像头的吊装监控，存在以下缺陷：一、起重机在吊高、吊远、过墙、深坑工况时，摄像头无法监控整个吊装起升范围，存在监控死角和盲区。二、定焦摄像头安装位置固定，无法实现摄像头角度随吊装物高度随动。三、吊钩在起升过程中，吊装物处于不同的空间高度，当吊装物处于低位时定焦摄像头拍摄的画面会很小，不利于操作人员判断吊装工况。四、操作人员无法根据单一定焦摄像头拍摄画面判断吊装物实际空间位置。手动变焦阻尼一体摄像机的吊装监控，存在以下缺陷：一、手动变焦阻尼一体摄像机无法实现摄像头角度随吊装物高度随动。二、吊装过程中无法实现变焦，此时若要看清吊装物只能在吊装物到达指定高度静止后通过遥控器手动变焦拍摄吊装物。三、在吊装过程中，手动变焦阻尼一体摄像机阻尼式安装方式存在画面抖动，无法保持画面平稳输出。四、操作人员在吊高、吊远、过墙、深坑工况时无法根据单一遥控变焦阻尼一体摄像机拍摄画面判断吊装物实际空间位置不利于操作人员判断吊装工况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种起重机吊装监视系统及其控制方法，该吊装监视系统及其控制方法能够解决现有技术中的不足，对吊装物进行实时精确地监控，为操作者提供清晰的工况环境。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种起重机吊装监视系统，包括安装在起重机的马头臂臂头上的伺服电机一、安装在伺服电机一转轴上的自动变焦摄像头一、安装在起重机的基本臂变幅肋板上的伺服电机二和安装在伺服电机二转轴上的自动变焦摄像头二；所述马头臂臂头上安装有角度传感器；所述自动变焦摄像头一上设有无线视频发射器一；所述自动变焦摄像头二上设有无线视频发射器二；所述伺服电机一与伺服驱动器一电性连接；所述伺服电机二与伺服驱动器二电性连接。
进一步的，还包括无线视频接收器、显示屏、视频控制器和控制器；所述无线视频接收器分别与无线视频发射器一、无线视频发射器二无线连接；所述无线视频接收器的输出端与视频控制器的输入端相连；所述视频控制器的输出端，分别与显示屏的输入端、伺服驱动器一的输入端、伺服驱动器二的输入端相连；所述视频控制器与控制器交互式连接；所述视频控制器安装在转台操纵室内。
进一步的，所述起重机的卷扬端部安装有卷扬编码器；所述卷扬编码器由起重机供电，并与控制器电性连接。
进一步的，所述角度传感器由起重机供电，并与控制器电性连接。
进一步的，所述控制器安装在起重机转台操纵室后方，所述控制器和视频控制器均由起重机供电。
本发明还涉及一种上述起重机吊装监视系统的控制方法，该方法包括以下步骤：
(1)卷扬编码器测量卷扬旋转圈数，并将测得的卷扬旋转圈数发送给控制器，获取钢丝绳的长度信息。
(2)角度传感器采集起重臂的角度信息，并将采集的角度信息发送给控制器。
(3)控制器将接收到的钢丝绳的长度信息和起重臂的角度信息处理后发送给视频控制器，视频控制器再发送给伺服驱动器一和伺服驱动器二，使伺服驱动器一、伺服驱动器二分别控制伺服电机一和伺服电机二旋转相应角度，使得自动变焦摄像头一、自动变焦摄像头二旋转至吊装物方向。
(4)自动变焦摄像头一、自动变焦摄像头二旋转至吊装物方向后，视频控制器控制自动变焦摄像头一、自动变焦摄像头二自动变焦拍摄吊装物画面，拍摄画面由无线视频发射器一和无线视频发射器二发送到无线视频接收器，无线视频接收器将拍摄信息发送给视频控制器，视频控制器将处理后的拍摄画面投放到显示屏上。
进一步的，步骤(3)中，自动变焦摄像头二的旋转角度的计算方法为：
当吊装物在自动变焦摄像头二所在水平面以下时，自动变焦摄像头二的旋转角度x采用以下公式求得：
x＝α+β＝α+arctan(L4-LSinα)/(LCosα)
其中，L为自动变焦摄像头二到臂头的距离，为定值；L1为臂头到自动变焦摄像头二所在水平面的垂直距离，为已知值；L2为自动变焦摄像头二所在水平面到重物重心的垂直距离，为已知值，L1+L2＝L4，L4由控制器通过吊钩倍率与卷扬编码器计算出；L3为自动变焦摄像头二到钢丝绳的水平距离；α为起重臂与水平面间的夹角，由安装在马头臂臂头的角度传感器测得；β为待求角度，β＝arctanL2/L3＝arctan[(L4-LSinα)/(LCosα)]。
当吊装物在自动变焦摄像头二所在水平面以上时，自动变焦摄像头二的旋转角度y采用以下公式求得：
y＝β＝α-arctanL2/L3＝α-arctan[(LSinα-L1)/(LCosα)]
其中，L为自动变焦摄像头二到臂头的距离，为定值；L1为臂头到吊装物重心的垂直距离，由控制器通过吊钩倍率与卷扬编码器计算出，为已知值；L2为吊装物重心到自动变焦摄像头二所在水平面的垂直距离，L2＝LSinα-L1；L3为自动变焦摄像头二到钢丝绳的水平距离，L3＝LCosα；α为起重臂与水平面间的夹角，由安装在马头臂臂头角度传感器测得；β为待求角度。
由以上技术方案可知，本发明通过在起重机的马头臂臂头和基本臂变幅肋板上分别设置自动变焦摄像头一和自动变焦摄像头二，能够对吊装物进行实时精确地监控，为操作者提供清晰的工况环境。
附图说明
图1是本发明中起重机吊装监视系统的结构示意图；
图2是本发明中起重机吊装监视系统的俯视图；
图3是本发明中起重机吊装监视系统的工作原理框图；
图4是本发明中起重机吊装监视系统中的自动变焦摄像头一与自动变焦摄像头二的初始位置示意图；
图5是吊装物在自动变焦摄像头二所在平面以下时，自动变焦摄像头二的数学模型；
图6是吊装物在自动变焦摄像头二所在平面以上时，自动变焦摄像头二的数学模型。
其中：
1、角度传感器，2、自动变焦摄像头一，3、吊装物，4、无线视频发射器二，5、自动变焦摄像头二，6、伺服电机二，7、显示屏，8、无线视频接收器，9、视频控制器，10、控制器，11、伺服驱动器一，12、伺服驱动器二，13、卷扬编码器，14、伺服电机一，15、无线视频发射器一，16、马头臂，17、基本臂变幅肋板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1-图3所示的一种起重机吊装监视系统，包括螺纹连接在起重机的马头臂16臂头上的伺服电机一14、螺纹连接在伺服电机一14转轴上的自动变焦摄像头一2、安装在起重机的基本臂变幅肋板17上的伺服电机二6和安装在伺服电机二6转轴上的自动变焦摄像头二5。所述马头臂16臂头上水平安装有角度传感器1。所述自动变焦摄像头一2上设有无线视频发射器一15；所述自动变焦摄像头二5上设有无线视频发射器二4；所述伺服电机一14与伺服驱动器一11电性连接；所述伺服电机二6与伺服驱动器二12电性连接。
如图3所示，该起重机吊装监视系统还包括无线视频接收器8、显示屏7、视频控制器9和控制器10。所述无线视频接收器8分别与无线视频发射器一15、无线视频发射器二4无线连接；所述无线视频接收器8的输出端与视频控制器9的输入端相连；所述视频控制器9的输出端，分别与显示屏7的输入端、伺服驱动器一11的输入端、伺服驱动器二12的输入端相连；所述视频控制器9与控制器10交互式连接；所述视频控制器9安装在转台操纵室内。
进一步的，所述起重机的卷扬端部安装有卷扬编码器13；所述卷扬编码器13由起重机供电，并与控制器10电性连接。
进一步的，所述角度传感器1由起重机供电，并与控制器10电性连接。
进一步的，所述控制器10螺纹连接在起重机转台操纵室后方，所述控制器10和视频控制器9均由起重机供电。
本发明还涉及一种上述起重机吊装监视系统的控制方法，该方法包括以下步骤：
(1)卷扬编码器13测量卷扬旋转圈数，并将测得的卷扬旋转圈数发送给控制器10，获取钢丝绳的长度信息。
(2)角度传感器1采集起重臂的角度信息，并将采集的角度信息发送给控制器10。
(3)控制器10将接收到的钢丝绳的长度信息和起重臂的角度信息处理后发送给视频控制器9，视频控制器9再发送给伺服驱动器一11和伺服驱动器二12，使伺服驱动器一11、伺服驱动器二12分别控制伺服电机一14和伺服电机二6旋转相应角度，使得自动变焦摄像头一2、自动变焦摄像头二5旋转至吊装物方向。伺服电机一14转轴转动，带动自动变焦摄像头一2在起重机方向前后转动，自动变焦摄像头一2将拍摄画面通过无线视频发射器一15发送到无线视频接收器8。伺服电机二6转轴转动，带动自动变焦摄像头二5俯仰转动，自动变焦摄像头二5将拍摄画面通过无线视频发射器二4发送到无线视频接收器8。
(4)自动变焦摄像头一2、自动变焦摄像头二5旋转至吊装物方向后，视频控制器控制自动变焦摄像头一2、自动变焦摄像头二5自动变焦拍摄吊装物画面，拍摄画面由无线视频发射器一15和无线视频发射器二4发送到无线视频接收器8，无线视频接收器8将拍摄信息发送给视频控制器9，视频控制器9将处理后的拍摄画面投放到显示屏7上。视频控制器9可分别将自动变焦摄像头一2、自动变焦摄像头二5拍摄的画面同时分屏显示在显示屏7上，也可将自动变焦摄像头一2、自动变焦摄像头二5拍摄的画面经过防畸形处理无缝合成为同一画面显示在显示屏7上。
自动变焦摄像头一2、自动变焦摄像头二5的初始位置如图4所示。起重机断电之后伺服电机一14和伺服电机二6保持断电时状态，重新上电之后，控制器10会重新读取卷扬编码器13和角度传感器1当前状态。若当前状态和断电时状态一致则保持当前状态；若当前状态和断电时状态不一致则控制器10将当前钢丝绳长度、起重臂角度信息发送给视频控制器9，视频控制器9控制自动变焦摄像头一2和自动变焦摄像头二5做出相应动作。
起重机工作，吊装物3上下移动或起重臂角度发生变化时，钢丝绳的长度信息和起重臂的角度信息被实时发送到控制器10，控制器10将处理后的钢丝绳长度、起重臂角度信息发动给视频控制器9，视频控制器9根据处理后的钢丝绳长度、起重臂角度信息控制伺服电机一14和伺服电机二6转动相应角度，做到自动变焦摄像头一2和自动变焦摄像头二5与吊装物3随动。自动变焦摄像头一2的角度由控制器10根据角度传感器1测得的角度值进行调整，进而达到调整自动变焦摄像头一2角度的目的。
进一步的，步骤(3)中，自动变焦摄像头二的旋转角度采用以下方法获得：
如图5所示，当吊装物在自动变焦摄像头二所在水平面以下时，自动变焦摄像头二的旋转角度x采用以下公式求得：
x＝α+β＝α+arctan(L4-LSinα)/(LCosα)
其中，L为自动变焦摄像头二到臂头的距离，为定值；L1为臂头到自动变焦摄像头二所在水平面的垂直距离，为已知值；L2为自动变焦摄像头二所在水平面到重物重心的垂直距离，为已知值，L1+L2＝L4，L4由控制器通过吊钩倍率与卷扬编码器计算出；L3为自动变焦摄像头二到钢丝绳的水平距离；α为起重臂与水平面间的夹角，由安装在马头臂臂头的角度传感器测得；β为待求角度，β＝arctanL2/L3＝arctan[(L4-LSinα)/(LCosα)]。
如图6所示，当吊装物在自动变焦摄像头二所在水平面以上时，自动变焦摄像头二的旋转角度y采用以下公式求得：
y＝β＝α-arctanL2/L3＝α-arctan[(LSinα-L1)/(LCosα)]
其中，L为自动变焦摄像头二到臂头的距离，为定值；L1为臂头到吊装物重心的垂直距离，由控制器通过吊钩倍率与卷扬编码器计算出，为已知值；L2为吊装物重心到自动变焦摄像头二所在水平面的垂直距离，L2＝LSinα-L1；L3为自动变焦摄像头二到钢丝绳的水平距离，L3＝LCosα；α为起重臂与水平面间的夹角，由安装在马头臂臂头角度传感器测得；β为待求角度。
综上所述，本发明采用卷扬编码器获取钢丝绳的长度信息，采用角度传感器获取起重臂的角度信息，并根据钢丝绳的长度信息和起重臂的角度信息，对自动变焦摄像头一和自动变焦摄像头二的旋转角度进行调整，使两个自动变焦摄像头与吊装物随动，获取清晰的吊装工况，这样即使吊装物距离操纵室较远、或者在吊高、吊远、过墙、深坑工况时，操作员直接看不见吊装物的周围环境，可以通过两个自动变焦摄像头拍摄的清晰的吊装工况，帮助操作员作出正确的判断，实现精确吊装。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种起重机吊装监视系统的控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)卷扬编码器测量卷扬旋转圈数，并将测得的卷扬旋转圈数发送给控制器，获取钢丝绳的长度信息；
(2)角度传感器采集起重臂的角度信息，并将采集的角度信息发送给控制器；
(3)控制器将接收到的钢丝绳的长度信息和起重臂的角度信息处理后发送给视频控制器，视频控制器再发送给伺服驱动器一和伺服驱动器二，使伺服驱动器一、伺服驱动器二分别控制伺服电机一和伺服电机二旋转相应角度，使得自动变焦摄像头一、自动变焦摄像头二旋转相应角度，旋转至吊装物方向；
步骤(3)中，自动变焦摄像头二的旋转角度的计算方法为：
当吊装物在自动变焦摄像头二所在水平面以下时，自动变焦摄像头二的旋转角度x采用以下公式求得：
x＝α+β＝α+arctan(L4-LSinα)/(LCosα)
其中，L为自动变焦摄像头二到臂头的距离，为定值；L1为臂头到自动变焦摄像头二所在水平面的垂直距离，为已知值；L2为自动变焦摄像头二所在水平面到重物重心的垂直距离，为已知值，L1+L2＝L4，L4由控制器通过吊钩倍率与卷扬编码器计算出；L3为自动变焦摄像头二到钢丝绳的水平距离；α为起重臂与水平面间的夹角，由安装在马头臂臂头的角度传感器测得；β为待求角度，β＝arctanL2/L3＝arctan[(L4-LSinα)/(LCosα)]；
当吊装物在自动变焦摄像头二所在水平面以上时，自动变焦摄像头二的旋转角度y采用以下公式求得：
y＝β＝α-arctanL2/L3＝α-arctan[(LSinα-L1)/(LCosα)]
其中，L为自动变焦摄像头二到臂头的距离，为定值；L1为臂头到吊装物重心的垂直距离，由控制器通过吊钩倍率与卷扬编码器计算出，为已知值；L2为吊装物重心到自动变焦摄像头二所在水平面的垂直距离，L2＝LSinα-L1；L3为自动变焦摄像头二到钢丝绳的水平距离，L3＝LCosα；α为起重臂与水平面间的夹角，由安装在马头臂臂头角度传感器测得；β为待求角度；
(4)自动变焦摄像头一、自动变焦摄像头二旋转至吊装物方向后，视频控制器控制自动变焦摄像头一、自动变焦摄像头二自动变焦拍摄吊装物画面，拍摄画面由无线视频发射器一和无线视频发射器二发送到无线视频接收器，无线视频接收器将拍摄信息发送给视频控制器，视频控制器将处理后的拍摄画面投放到显示屏上。
2.一种起重机吊装监视系统，用于实现如权利要求1所述的控制方法，其特征在于：包括安装在起重机的马头臂臂头上的伺服电机一、安装在伺服电机一转轴上的自动变焦摄像头一、安装在起重机的基本臂变幅肋板上的伺服电机二和安装在伺服电机二转轴上的自动变焦摄像头二；所述马头臂臂头上安装有角度传感器；所述自动变焦摄像头一上设有无线视频发射器一；所述自动变焦摄像头二上设有无线视频发射器二；所述伺服电机一与伺服驱动器一电性连接；所述伺服电机二与伺服驱动器二电性连接。
3.根据权利要求2所述的一种起重机吊装监视系统，其特征在于：还包括无线视频接收器、显示屏、视频控制器和控制器；所述无线视频接收器分别与无线视频发射器一、无线视频发射器二无线连接；所述无线视频接收器的输出端与视频控制器的输入端相连；所述视频控制器的输出端，分别与显示屏的输入端、伺服驱动器一的输入端、伺服驱动器二的输入端相连；所述视频控制器与控制器交互式连接；所述视频控制器安装在转台操纵室内。
4.根据权利要求3所述的一种起重机吊装监视系统，其特征在于：所述起重机的卷扬端部安装有卷扬编码器；所述卷扬编码器由起重机供电，并与控制器电性连接。
5.根据权利要求3所述的一种起重机吊装监视系统，其特征在于：所述角度传感器由起重机供电，并与控制器电性连接。
6.根据权利要求3所述的一种起重机吊装监视系统，其特征在于：所述控制器安装在起重机转台操纵室后方，所述控制器和视频控制器均由起重机供电。
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