CN112938777B - 一种折臂式随车起重机重复作业系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种折臂式随车起重机重复作业系统及方法，包括重复作业模块、防倾覆模块、安全预警模块，重复作业模块通过示教装卸运动轨迹或提取已知装卸轨迹完成重复作业，提高货物装卸效率；防倾覆模块用于在支腿油压异常或起重机超过极限工作区域时进行工作，防止起重机发生倾覆危险，提高作业安全；安全预警模块用于在装卸前货物质量超过最大起吊重量或在重复作业、防倾覆模块中发生危险工况时进行预警，保证装卸安全。可以通过完成对折臂式随车起重机的运动轨迹示教，记录其运动过程中各节点的角度、位移等相关信息，在提高重复装卸效率的同时保证折臂式随车起重机的安全性。

Description

一种折臂式随车起重机重复作业系统及方法
技术领域
本发明涉及起重机重复作业技术领域，特别涉及一种折臂式随车起重机重复作业系统及方法。
背景技术
折臂式随车起重机作为特种车辆之一，是将起重机安装到重载货车上，由于其具有作业空间小、灵活度高等优点，已广泛应用于交通运输、土木建筑、野外作业等领域。折臂式随车起重机不仅能满足一般作业要求，在应急救援等恶劣工况下也能顺利开展作业，具有良好发展前景。
随着折臂式随车起重机在各个行业的广泛应用，国家对装卸作业要求也越来越高，不仅要求其在装卸过程中能保证货物装卸的安全，更提出了加快货物重复装卸效率的要求，尤其是在应急抢险救援中，若能加快货物重复装卸效率，将极大程度上促进应急抢险救援工作的展开。目前货物重复装卸作业主要由人工操作完成，凭借人工操作经验完成对货物的装卸工作，效率低下；在装卸过程中没有设置相关安全警报装置，无法感知装卸过程中的潜在危险，危险工况下安全性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种折臂式随车起重机重复作业系统及方法，可以通过完成对折臂式随车起重机的运动轨迹示教，记录其运动过程中各节点的角度、位移等相关信息，在提高重复装卸效率的同时保证折臂式随车起重机的安全性，可以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种折臂式随车起重机重复作业系统，包括重复作业模块、防倾覆模块、安全预警模块，其中：
重复作业模块通过示教装卸运动轨迹或提取已知装卸轨迹完成重复作业，提高货物装卸效率；
防倾覆模块用于在支腿油压异常或起重机超过极限工作区域时进行工作，防止起重机发生倾覆危险，提高作业安全；
安全预警模块用于在装卸前货物质量超过最大起吊重量或在重复作业、防倾覆模块中发生危险工况时进行预警，保证装卸安全。
进一步地，所述重复作业模块包括折臂式随车起重机、角度传感器、位移传感器、重复作业总控制器组成，其中：角度传感器包括伸缩臂角度传感器、转臂角度传感器和中柱角度传感器；
伸缩臂角度传感器、转臂角度传感器、中柱角度传感器分别测量获取折臂式随车起重机的三个转动自由度变量；
位移传感器获取折臂式随车起重机伸缩臂位移量，重复作业功能由重复作业总控制器完成。
进一步地，所述折臂式随车起重机包括伸缩臂、转臂、二变油缸、中柱、一变油缸和吊装基座，所述吊装基座转动安装中柱，中柱的顶端铰接转臂，中柱还通过一变油缸驱动连接转臂，所述转臂远离中柱的一端铰接伸缩臂，转臂还通过二变油缸驱动连接伸缩臂。
进一步地，所述伸缩臂的前端安装有位移传感器，伸缩臂和转臂的铰接处安装伸缩臂角度传感器，所述转臂和中柱的铰接处安装转臂角度传感器，所述吊装基座和中柱的转接处安装中柱角度传感器。
进一步地，所述防倾覆模块由支腿、支腿油压传感器、防倾覆总控制器组成，所述支腿伸缩式设置于折臂式随车起重机上，支腿油压传感器连接于防倾覆总控制器。
进一步地，所述安全预警模块由报警器、变油压传感器、安全预警总控制器组成；变油压传感器包括一变油压传感器和二变油压传感器；所述报警器、二变油压传感器和一变油压传感器均连接于安全预警总控制器，一变油压传感器安装于一变油缸上，所述二变油压传感器安装于二变油缸上。
进一步地，所述支腿上安装支腿油压传感器，支腿包括左前侧支腿、右前侧支腿、左后侧支腿和右后侧支腿，左前侧支腿和右前侧支腿分布于车头前端，左后侧支腿和右后侧支腿分布于车头后端。
进一步地，所述支腿油压传感器包括左前油压传感器、右前油压传感器、左后油压传感器、右后油压传感器，左前油压传感器安装于左前侧支腿，右前油压传感器安装于右前侧支腿，左后油压传感器安装于左后侧支腿，右后油压传感器安装于右后侧支腿。
本发明提供的另一种技术方案：一种折臂式随车起重机重复作业系统的重复作业方法，包括如下步骤：
步骤1：在各个总控制器上输入相关参数，判断是否满足重复作业要求，如果满足，提取已知轨迹，如果不满足，示教运动轨迹；
步骤2：计算运动轨迹，执行货物装卸；
步骤3：调用防倾覆模块、安全预警模块；
步骤4：判断是否安全作业，如果否，则预警并结束，如果是，则进行下一步；
步骤5：判断是否完成作业，如果是，则结束，如果否，则返回步骤2。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)折臂式随车起重机重复作业的实现。通过完成对折臂式随车起重机的运动轨迹示教，记录其运动过程中各节点的角度、位移等相关信息，采用逆运动学方法规划折臂式随车起重机运动轨迹，由总控制器完成货物重复作业；或在短时间，通过提取已知轨迹完成重复作业。
(2)重复作业、防倾覆、安全预警功能集成系统。在完成重复作业的同时，加入了防倾覆功能和安全预警功能，在提高重复装卸效率的同时保证折臂式随车起重机的安全性。
附图说明
图1为本发明的折臂式随车起重机重复作业系统组成示意图；
图2为本发明的折臂式随车起重机传感器分布示意图；
图3为本发明的重复作业流程图；
图4为本发明的支腿油压传感器分布示意图；
图5为本发明的防倾覆模块作业流程图；
图6为本发明的安全预警模块作业流程图；
图7为本发明的起重机防倾覆、安全预警流程图。
图中：100、重复作业模块；101、折臂式随车起重机；1011、伸缩臂；1012、转臂；1013、二变油缸；1014、中柱；1015、一变油缸；1016、吊装基座；102、伸缩臂角度传感器；103、转臂角度传感器；104、中柱角度传感器；105、位移传感器；106、重复作业总控制器；200、防倾覆模块；201、支腿；2011、左前侧支腿；2012、右前侧支腿；2013、左后侧支腿；2014、右后侧支腿；203、防倾覆总控制器；300、安全预警模块；301、报警器；302、一变油压传感器；303、安全预警总控制器；304、二变油压传感器；400、左前油压传感器；500、右前油压传感器；600、左后油压传感器；700、右后油压传感器。
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，一种折臂式随车起重机重复作业系统，包括重复作业模块100、防倾覆模块200、安全预警模块300，其中：
重复作业模块100通过示教装卸运动轨迹或提取已知装卸轨迹完成重复作业，提高货物装卸效率。
折臂式随车起重机101包括伸缩臂1011、转臂1012、二变油缸1013、中柱1014、一变油缸1015和吊装基座1016，吊装基座1016转动安装中柱1014，中柱1014的顶端铰接转臂1012，中柱1014还通过一变油缸1015驱动连接转臂1012，转臂1012远离中柱1014的一端铰接伸缩臂1011，转臂1012还通过二变油缸1013驱动连接伸缩臂1011。整个伸缩臂1011和转臂1012可以通过中柱1014在吊装基座1016上转动，一变油缸1015用于驱动转臂1012，二变油缸1013用于驱动伸缩臂1011。
伸缩臂1011的前端安装有位移传感器105，伸缩臂1011和转臂1012的铰接处安装伸缩臂角度传感器102，转臂1012和中柱1014的铰接处安装转臂角度传感器103，吊装基座1016和中柱1014的转接处安装中柱角度传感器104。
重复作业模块100包括折臂式随车起重机101、伸缩臂角度传感器102、转臂角度传感器103、中柱角度传感器104、位移传感器105、重复作业总控制器106组成。三个角度传感器分别测量获取折臂式随车起重机的三个转动自由度变量，位移传感器105获取折臂式随车起重机伸缩臂位移量，重复作业功能由总控制器完成。重复作业操作前，需要设定折臂式随车起重机具体参数、起吊点与落吊点数据、传感器数据采集频率等，便于重复作业的进行。在执行装卸作业前需判断当前条件是否满足重复作业要求，若满足则提取已知轨迹；若不满足则示教运动轨迹。完成上述流程后计算运动轨迹并执行货物装卸，期间同时运行防倾覆模块和安全预警模块判断是否安全作业，若不安全则进行预警。在完成单次装卸后判断是否完成作业，若完成则结束流程；若未完成则重新计算运动轨迹并再次进行装卸。重复作业模块的实现，首先采用D-H坐标建立法，建立折臂式随车起重机的描述模型；采用逆运动学方法，获取各节点转角位移等数据，规划折臂式随车起重机运动轨迹；采用机器人示教技术，存储折臂式随车起重机作业程序，便于复用；采用正运动学方法获取各节点坐标与基坐标的关系，确定各节点的位姿，以矫正重复作业的轨迹，提高作业精度。
防倾覆模块200用于在支腿油压异常或起重机超过极限工作区域时进行工作，防止起重机发生倾覆危险，提高作业安全。其中极限工作区域指起重机作业时倾覆力矩将导致起重机发生失稳的工作区域。
防倾覆模块200由支腿201、支腿油压传感器、防倾覆总控制器203组成，所述支腿201伸缩式设置于折臂式随车起重机101上，支腿油压传感器连接于防倾覆总控制器203。
支腿油压传感器202测量支腿201的油缸油压，防倾覆总控制器203在极限工作区域下控制起重机的工作状态。起重机稳定性控制原理主要由系统判断稳定力矩与倾覆力矩间的大小关系，稳定力矩可由起重机自重与支腿长度计算可得，倾覆力矩可由装卸货物质量与起重机伸缩臂作业时长度计算可得，为保证起重机稳定性，需满足任意时刻稳定力矩大于倾覆力矩。如图5，折臂式随车起重机作业时，首先展开支腿，尝试装卸后对其进行稳定性校核，确定保持起重机稳定状态下的支腿油压。在装卸过程中，随着起重机的运动会导致左右两侧支腿油压产生异常的情况，需要油压传感器进行实时监测油压值。同时，在进行装卸作业前进行计算极限装卸工作区域，起重机超过极限工作区域将存在倾覆危险。若装卸至极限工作区域，防倾覆模块将发出预警并停止作业。
安全预警模块300用于在装卸前货物质量超过最大起吊重量或在重复作业、防倾覆模块中发生危险工况时进行预警，保证装卸安全。其中危险工况指支腿油压异常、作业时起重机超出极限工作区域等。
安全预警模块300由报警器301、变油压传感器、安全预警总控制器303组成；变油压传感器包括一变油压传感器302和二变油压传感器304；所述报警器301、二变油压传感器304和一变油压传感器302均连接于安全预警总控制器303，一变油压传感器302安装于一变油缸1015上，所述二变油压传感器304安装于二变油缸1013上。
一变油压传感器302测量折臂式随车起重机油缸的工作油压，安全预警总控制器303控制油缸运动，如图6，报警器301对危险状况进行报警。采用折臂式随车起重机在线测重技术，测得货物的质量，根据货物的质量及装卸过程中折臂式随车起重机的位姿判断是否存在危险情况，存在危险时通过警报器向工作人员进行预警，保证装卸过程的安全。
如图6，在装卸作业前设定最大起吊重量，并对当前货物进行起吊称重，若货物超过最大起吊重量则发出预警；若不超过则判断当前装卸作业是否安全(即是否存在危险工况)，若不安全则发出预警；若安全则完成作业。
请参阅图3，一种折臂式随车起重机重复作业系统的重复作业方法，包括如下步骤：
在执行装卸作业前需判断当前条件是否满足重复作业要求，若满足则提取已知轨迹；若不满足则示教运动轨迹。完成上述流程后计算运动轨迹并执行货物装卸，期间同时运行防倾覆模块和安全预警模块判断是否安全作业，若不安全则进行预警。在完成单次装卸后判断是否完成作业，若完成则结束流程；若未完成则重新计算运动轨迹并再次进行装卸。
请参阅图4，支腿201上安装支腿油压传感器，支腿201包括左前侧支腿2011、右前侧支腿2012、左后侧支腿2013和右后侧支腿2014，左前侧支腿2011和右前侧支腿2012分布于车头前端，左后侧支腿2013和右后侧支腿2014分布于车头后端。支腿油压传感器包括左前油压传感器400、右前油压传感器500、左后油压传感器600、右后油压传感器700，左前油压传感器400安装于左前侧支腿2011，右前油压传感器500安装于右前侧支腿2012，左后油压传感器600安装于左后侧支腿2013，右后油压传感器700安装于右后侧支腿2014。各个油压传感器获取对应的支腿201的工作油压。
如图7，起重机防倾覆模块与安全预警模块以并行结构进行工作，在调用起重机防倾覆模块与安全预警模块时，需设定起重机最大起吊重量保证装卸作业整体作业安全。在装卸作业开始前展开支腿，并对货物进行起吊称重，若货物质量超出最大起吊重量，则由安全预警模块中的警报器发出预警；若货物质量未超出最大起吊重量，则正常进行作业并计算极限工作区域。完成上述步骤后调用重复作业模块与防倾覆模块，在进行装卸作业的同时利用防倾覆模块判断是否安全工作，若不安全则利用安全预警模块进行报警；若安全则完成装卸作业，整个装卸任务顺利完成。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种折臂式随车起重机重复作业系统的重复作业方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在各个总控制器上输入相关参数，判断是否满足重复作业要求，如果满足，提取已知轨迹，如果不满足，示教运动轨迹；
步骤2：计算运动轨迹，执行货物装卸；
步骤3：调用防倾覆模块、安全预警模块；
步骤4：判断是否安全作业，如果否，则预警并结束，如果是，则进行下一步；
步骤5：判断是否完成作业，如果是，则结束，如果否，则返回步骤2；
所述折臂式随车起重机重复作业系统包括重复作业模块(100)、防倾覆模块(200)、安全预警模块(300)；
重复作业模块(100)通过示教装卸运动轨迹或提取已知装卸轨迹完成重复作业，提高货物装卸效率；重复作业模块先采用D-H坐标建立法，建立折臂式随车起重机的描述模型；再采用逆运动学方法，获取各节点转角位移等数据，规划折臂式随车起重机运动轨迹；采用机器人示教技术，存储折臂式随车起重机作业程序，便于复用；采用正运动学方法获取各节点坐标与基坐标的关系，确定各节点的位姿，以矫正重复作业的轨迹，提高作业精度；
防倾覆模块(200)用于在支腿油压异常或起重机超过极限工作区域时进行工作，防止起重机发生倾覆危险，提高作业安全；
安全预警模块(300)用于在装卸前货物质量超过最大起吊重量或在重复作业、防倾覆模块中发生危险工况时进行预警，保证装卸安全；防倾覆模块在支腿油压异常或起重机超过极限工作区域时工作；极限工作区域指起重机作业时倾覆力矩将导致起重机发生失稳的工作区域；
所述重复作业模块(100)包括折臂式随车起重机(101)、角度传感器、位移传感器(105)、重复作业总控制器(106)组成，其中：角度传感器包括伸缩臂角度传感器(102)、转臂角度传感器(103)和中柱角度传感器(104)；
伸缩臂角度传感器(102)、转臂角度传感器(103)、中柱角度传感器(104)分别测量获取折臂式随车起重机的三个转动自由度变量；
位移传感器(105)获取折臂式随车起重机伸缩臂位移量，重复作业功能由重复作业总控制器(106)完成；
所述折臂式随车起重机(101)包括伸缩臂(1011)、转臂(1012)、二变油缸(1013)、中柱(1014)、一变油缸(1015)和吊装基座(1016)，所述吊装基座(1016)转动安装中柱(1014)，中柱(1014)的顶端铰接转臂(1012)，中柱(1014)还通过一变油缸(1015)驱动连接转臂(1012)，所述转臂(1012)远离中柱(1014)的一端铰接伸缩臂(1011)，转臂(1012)还通过二变油缸(1013)驱动连接伸缩臂(1011)；
所述伸缩臂(1011)的前端安装有位移传感器(105)，伸缩臂(1011)和转臂(1012)的铰接处安装伸缩臂角度传感器(102)，所述转臂(1012)和中柱(1014)的铰接处安装转臂角度传感器(103)，所述吊装基座(1016)和中柱(1014)的转接处安装中柱角度传感器(104)；
所述防倾覆模块(200)由支腿(201)、支腿油压传感器、防倾覆总控制器(203)组成，所述支腿(201)伸缩式设置于折臂式随车起重机(101)上，支腿油压传感器连接于防倾覆总控制器(203)；
所述安全预警模块(300)由报警器(301)、变油压传感器、安全预警总控制器(303)组成；变油压传感器包括一变油压传感器(302)和二变油压传感器(304)；所述报警器(301)、二变油压传感器(304)和一变油压传感器(302)均连接于安全预警总控制器(303)，一变油压传感器(302)安装于一变油缸(1015)上，所述二变油压传感器(304)安装于二变油缸(1013)上；
所述支腿(201)上安装支腿油压传感器，支腿(201)包括左前侧支腿(2011)、右前侧支腿(2012)、左后侧支腿(2013)和右后侧支腿(2014)，左前侧支腿(2011)和右前侧支腿(2012)分布于车头前端，左后侧支腿(2013)和右后侧支腿(2014)分布于车头后端；
所述支腿油压传感器包括左前油压传感器(400)、右前油压传感器(500)、左后油压传感器(600)、右后油压传感器(700)，左前油压传感器(400)安装于左前侧支腿(2011)，右前油压传感器(500)安装于右前侧支腿(2012)，左后油压传感器(600)安装于左后侧支腿(2013)，右后油压传感器(700)安装于右后侧支腿(2014)；
判断是否安全作业：由系统判断稳定力矩与倾覆力矩间的大小关系，稳定力矩由起重机自重与支腿长度计算获得，倾覆力矩由装卸货物质量与起重机伸缩臂作业时长度计算获得，稳定力矩大于倾覆力矩为安全；
重复作业前展开支腿，尝试装卸后对其进行稳定性校核，确定保持起重机稳定状态下的支腿油压；在装卸过程中，随着起重机的运动会导致左右两侧支腿油压产生异常的情况，要油压传感器进行实时监测油压值。
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