CN113526348A - 一种具备听觉和触觉提示功能的吊具系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械技术领域，公开了一种具备听觉和触觉提示功能的吊具系统及其使用方法，包括：具有吊钩和操作室的吊具装置、激光位移传感器、信号放大器、控制器、报警器和振动手套；激光位移器设置于吊钩上，信号放大器、控制器、报警器和振动手套分别设置于操作室内；激光位移器的信号输出端与信号放大器的信号输入端电连接，信号放大器的信号输出端与控制器的信号输入端电连接；控制器的信号输出端分别与报警器和振动手套相连接。该吊具系统能够依据吊具和待吊物的空间位置为操作者提供听觉和触觉刺激，对操作者进行实时提示，掌握吊具与待吊物体的空间位置关系，提高吊装操作的效率和准确性，减轻操作者的视觉负担，使用方法简单，易操作实施。

Description

一种具备听觉和触觉提示功能的吊具系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及机械技术领域，具体涉及一种具备听觉和触觉提示功能的吊具系统及其使用方法。

背景技术

在施工现场，大型重物的移动摆放基本依赖于吊装设备，因此吊装作业得到了广泛的应用。在吊具操纵的过程中，操作者一般都是高空作业，难以用肉眼来精确判断吊具和重物的空间位置关系。所以在吊装作业中，操作者往往需要其他人员来进行相关操作的配合，这导致吊装作业的效率和准确率受限于操作者和其他人员的配合程度。这种限制在夜间吊装作业中更加突出：在夜间操作环境下，操作者的视觉受到了更大的影响，对吊具与重物空间位置的判断更加困难。因此有必要设计一种具备听觉和触觉提示功能的吊具装置来增加操作者对吊具和重物空间位置的精确判断，提高吊装作业的效率和准确性。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种具备听觉和触觉提示功能的吊具系统及其使用方法，能够依据吊具和待吊物的空间位置为操作者操纵吊具时提供听觉和触觉刺激，对操作者进行实时提示，掌握吊具与待吊物体的空间位置关系，提高吊装操作的效率和准确性，同时减轻操作者的视觉负担，满足吊装过程的安全可靠性，其使用方法简单，易操作实施。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

(一)一种具备听觉和触觉提示功能的吊具系统，包括：吊具装置、激光位移传感器、信号放大器、控制器、报警器和振动手套；所述吊具装置具有吊钩和操作室；其中，所述激光位移传感器设置于所述吊钩上，所述信号放大器、控制器、报警器和振动手套分别设置于所述操作室内；

所述激光位移传感器的信号输出端与所述信号放大器的信号输入端电连接，所述信号放大器的信号输出端与所述控制器的信号输入端电连接；所述控制器的第一信号输出端与所述振动手套的信号输入端电连接，所述控制器的第二信号输出端与所述报警器的信号输入端电连接。

本发明技术方案(一)的特点和进一步的改进为：

(1)所述激光位移传感器用于获取所述吊钩与待吊物之间的空间距离信息，并将获取的空间距离信息传递给所述信号放大器；所述信号放大器用于对所述激光位移传感器获取的空间距离信息进行放大处理；所述控制器用于根据所述信号放大器放大后的空间距离信息确定报警器的报警内容和振动手套的触觉刺激位置和触觉刺激频率。

(2)所述信号放大器放大后的空间距离信息包含信号放大器放大后的吊钩与待吊物之间的空间垂直距离信息、信号放大器放大后的吊钩与待吊物之间的空间横向距离信息、信号放大器放大后的吊钩与待吊物之间的空间纵向距离信息。

(二)一种具备听觉和触觉提示功能的吊具系统的使用方法，包括以下步骤：

步骤1，激光位移传感器获取吊钩与待吊物之间的空间距离信息，并将获取的吊钩与待吊物之间空间距离信息传递给信号放大器；

步骤2，信号放大器对获取的吊钩与待吊物之间空间距离信息进行放大处理，并将放大后的空间距离信息发送给控制器；

步骤3，控制器根据放大后的空间距离信息确定报警器的报警内容和振动手套的振动频率。

本发明技术方案(二)的特点和进一步的改进为：

(1)步骤2中，所述放大后的空间距离信号包含放大后的吊钩与待吊物之间的空间垂直距离信息h₁、放大后的吊钩与待吊物之间的空间横向距离信息h₂、放大后的吊钩与待吊物之间的空间纵向距离信息h₃。

(2)步骤3具体为：所述控制器根据放大后的吊钩与待吊物之间的空间垂直距离信息h₁触发听觉刺激，并确定报警器的报警内容；

所述控制器根据放大后的吊钩与待吊物之间的空间横向距离信息h₂确定振动手套的触觉刺激位置；

所述控制器根据放大后的吊钩与待吊物之间的空间纵向距离信息h₃确定振动手套的触觉刺激频率。

(4)步骤3中，所述听觉刺激的频率与空间垂直距离信息h₁成负相关，空间垂直距离信息h₁越大，听觉刺激的频率越慢，报警器发出“滴滴”声的频率越慢。

(5)步骤3中，当空间横向距离信息h₂为正时，操作者左手的振动手套提供振动刺激；当空间横向距离信息h₂为负时，操作者右手的振动手套提供振动刺激。

(6)步骤3中，所述振动手套的触觉刺激频率与空间纵向距离信息h₃成负相关，空间纵向距离信息h₃越大，振动手套的触觉刺激频率越慢。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)通过激光位移传感器获得的吊钩与待吊物之间的空间垂直距离值h₁可触发听觉刺激，且数据h₁值越大，听觉刺激的频率越慢，当数据h₁值处于误差范围内时，听觉刺激停止。

(2)通过激光位移传感器获得的吊钩与待吊物之间的空间横向距离值h₂可触发触觉刺激，且触觉刺激位置可调。当吊具位于物体左侧时，左手指接收振动刺激，且受刺激的手指与距离值相关：距离h₂最大时，左手小拇指受振动刺激；距离h₂最小时，左手大拇指受振动刺激，其余手指的刺激类似。当吊具位于物体右侧时，右手指接收刺激，刺激方式类似。

(3)通过激光位移传感器获得的吊钩与待吊物之间的空间纵向距离值h₃可触发触觉刺激，且触觉刺激频率可调。数据值h₃越大，触觉刺激的频率越慢，当数据h₃值处于误差范围内时，触觉刺激停止。

(4)当操作者由于操作不当导致吊具和物体即将错误碰撞时，听觉刺激会发出警报声并通过耳机传递至操作者，提供预警作用。

(5)本发明的吊具系统减少了作业人员投入。以往的操作方法需要派专人配合，本吊具系统安装好后不再需要人员配合，在获取吊具和物体空间信息的情况下，操作者一人即可完成吊装工作。

(6)吊具系统还支持全天操作，在白天光线充足的环境下通过听觉和触觉刺激增强操作者对吊具和物体空间位置的掌握；在夜间光线昏暗的环境下利用听觉和触觉刺激进行空间信息的提示。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1为本发明的吊具装置和待吊物的重物托结构示意图；

图2为本发明的具备听觉和触觉提示功能的吊具系统的结构示意图。

以上图中：1吊具装置；101支架；102工作台；103吊臂；104吊锁；105吊钩；2重物托；201重物架；202吊环；3激光位移传感器；4信号放大器；5控制器；6报警器；7振动手套；701操作杆；8操作员。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。

参考图2，一种具备听觉和触觉提示功能的吊具系统，包括：吊具装置1、激光位移传感器3、信号放大器4、控制器5、报警器6和振动手套7；所述吊具装置1具有吊钩105和操作室；其中，所述激光位移传感器3设置于所述吊钩105上，所述信号放大器4、控制器5、报警器6和振动手套7分别设置于所述操作室内；所述激光位移传感器3的信号输出端与所述信号放大器4的信号输入端电连接，所述信号放大器4的信号输出端与所述控制器5的信号输入端电连接；所述控制器5的第一信号输出端与所述振动手套7的信号输入端电连接，所述控制器5的第二信号输出端与所述报警器6的信号输入端电连接。

具体的，参考图1，吊具装置1为现有的起吊机等，如包含相互连接的支架101、工作台102、吊臂103、吊锁104、吊钩105、吊环202；待吊物放置在重物托2上，重物托2上通过重物架201安装有吊环202，吊钩105能将吊环202勾住。

其中，激光位移传感器3用于获取所述吊钩105与待吊物之间的空间距离信息，并将获取的空间距离信息传递给所述信号放大器4；所述信号放大器4用于对所述激光位移传感器3获取的空间距离信息进行放大处理；所述控制器5用于根据所述信号放大器4放大后的空间距离信息确定报警器6的报警内容和振动手套7的触觉刺激位置和触觉刺激频率。

具体的，信号放大器4放大后的空间距离信息包含信号放大器4放大后的吊钩105与待吊物之间的空间垂直距离信息h₁、信号放大器4放大后的吊钩105与待吊物之间的空间横向距离信息h₂、信号放大器4放大后的吊钩105与待吊物之间的空间纵向距离信息h₃。

控制器5对信号放大器4放大后吊钩105与待吊物之间的空间距离信息进行处理分析，根据放大后的吊钩105与待吊物之间的空间垂直距离信息h₁确定报警器6的报警内容，报警器6的听觉刺激以“滴滴”声进行提示，其频率和数据h₁成负相关，即数据h₁越大则报警器6发出“滴滴”频率越慢。

控制器5根据放大后的吊钩105与待吊物之间的空间横向距离信息h₂通过振动手套7将振动刺激实时传递给操作员8，手套共有两副并佩戴在操作员8的左右手上。当h₂为正时，即吊具位于物体左侧时，操作员8左手手套提供振动刺激；当h₂为负时，即吊具位于物体右侧时，操作员8右手手套提供振动刺激。刺激共分为十种，依据不同的距离区间作用于操作员8的每根手指上。当距离值处于误差范围内时，振动刺激停止。

控制器5根据放大后的吊钩105与待吊物之间的空间纵向距离信息h₃确定振动手套7的振动频率，即数据h₃越大频率越慢。当数据值h₃处于误差范围内时，振动刺激停止。

当操作员8由于操作不当导致吊具即将误撞物体时，听觉刺激会发出警报声并通过耳机传递至操作员8，提供预警作用。即当h₂≤10mm且

时，认为吊具和物体发生碰撞，听觉刺激会发出警报声，其中r表示吊环的半径。

(二)一种具备听觉和触觉提示功能的吊具系统的使用方法，包括以下步骤：

步骤1，激光位移传感器3获取吊钩105与待吊物之间的空间距离信息，并将获取的吊钩105与待吊物之间空间距离信息传递给信号放大器4；其中，所述吊钩105与待吊物之间的空间距离信息包含所述吊钩105与待吊物之间的空间垂直距离信息、所述吊钩105与待吊物之间的空间横向距离信息、所述吊钩105与待吊物之间的空间纵向距离信息。

步骤2，信号放大器4对获取的吊钩105与待吊物之间空间距离信息进行放大处理，并将放大后的空间距离信息发送给控制器5。

步骤3，控制器5根据放大后的空间距离信息确定报警器6的报警内容和振动手套7的触觉刺激位置和触觉刺激频率。

具体的，在提示操作的刺激中，报警器6的听觉刺激以“滴滴”声进行提示，其频率和信号放大器4放大后的吊钩105与待吊物之间的空间垂直距离信息h₁成负相关，即数据h₁越大则报警器6发出“滴滴”频率越慢。当数据h₁值处于误差范围内时，即当h₁值小于50mm时，听觉刺激停止。听觉刺激频率可调，从300HZ至1500HZ。空间垂直距离的可控量程为1200mm。听觉刺激频率与空间垂直距离负相关，当吊钩105与待吊物的空间垂直距离达到1200mm时，听觉刺激触发，其频率为300HZ。

触觉刺激位置可调，分别对应操作员8的左右双手十根手指。当吊具位于重物左侧时，信号放大器4放大后的吊钩105与待吊物之间的空间横向距离信息h₂为正，此时左手指受到振动刺激，并且受振动刺激的手指与数据h₂的大小有关：数据h₂最大时左手小拇指受刺激，数据h₂最小时左手大拇指受刺激；当相应的手指受到刺激后，控制操作杆701移动相应的距离使吊钩105能准确勾住吊环202。当吊具位于重物右侧时，数据h₂为负，此时右手指受到振动刺激，刺激方式与左手类似。当h₂值小于10mm时，振动刺激停止。

空间横向距离的可控量程为600mm。当吊具位于重物左侧距离达到600mm时，触觉刺激触发，并作用于左手小拇指。当吊具位于重物左侧距离达到500mm时，触觉刺激触发，并作用于左手无名指。依次类推，当吊具位于重物左侧距离达到200mm时，触觉刺激触发，并作用于左手大拇指。右手刺激类似。

触觉刺激的频率和吊钩105与待吊物之间的空间纵向距离信息h₃成负相关，即数据h₃越大频率越慢。当数据值h₃处于误差范围内时，即当h₃值小于50mm时，振动刺激停止。

触觉刺激频率可调，从50HZ至300HZ。空间纵向距离的可控量程为1000mm，触觉刺激频率与空间垂直距离负相关。当吊钩105与待吊物的空间纵向距离达到1000mm时，触觉刺激触发，其频率为50HZ。

综上所述，在吊具上安装激光位移传感器3，实现对吊具和物体的距离测量。激光位移传感器3通过RS485接口将距离信息传至信号放大器4，经过放大处理后通过USB直接连接到控制器5上实现控制。控制器5通过对数据进行分析和处理后通过报警器6和振动手套7来进行听觉刺激和触觉刺激的提示。用户可以通过操纵杆对吊具装置1的位置进行移动和定位，其运动量再次被激光位移传感器3记录从而形成闭环系统。

本发明的吊具系统可以根据吊具与待吊物的空间位置实时提供相应的听觉和触觉刺激提示，方便操作员8实时判断吊具和物体的空间位置关系，提高吊装的效率和准确性，而且支持全天操作，白天能增强操作员8的视觉判断，夜间能弥补视觉限制。且刺激的触发方式与提示效果与吊具和物体的空间位置关系相关联。听觉刺激不仅能对位置关系进行提示，还可以对误撞操作进行预警。

虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种具备听觉和触觉提示功能的吊具系统，其特征在于，包括：吊具装置、激光位移传感器、信号放大器、控制器、报警器和振动手套；所述吊具装置具有吊钩和操作室；其中，所述激光位移传感器设置于所述吊钩上，所述信号放大器、控制器、报警器和振动手套分别设置于所述操作室内；

所述激光位移传感器的信号输出端与所述信号放大器的信号输入端电连接，所述信号放大器的信号输出端与所述控制器的信号输入端电连接；所述控制器的第一信号输出端与所述振动手套的信号输入端电连接，所述控制器的第二信号输出端与所述报警器的信号输入端电连接。

2.根据权利要求1所述的具备听觉和触觉提示功能的吊具系统，其特征在于，所述激光位移传感器用于获取所述吊钩与待吊物之间的空间距离信息，并将获取的空间距离信息传递给所述信号放大器；所述信号放大器用于对所述激光位移传感器获取的空间距离信息进行放大处理；所述控制器用于根据所述信号放大器放大后的空间距离信息确定报警器的报警内容和振动手套的触觉刺激位置和触觉刺激频率。

3.根据权利要求2所述的具备听觉和触觉提示功能的吊具系统，其特征在于，所述信号放大器放大后的空间距离信息包含信号放大器放大后的吊钩与待吊物之间的空间垂直距离信息、信号放大器放大后的吊钩与待吊物之间的空间横向距离信息、信号放大器放大后的吊钩与待吊物之间的空间纵向距离信息。

4.一种具备听觉和触觉提示功能的吊具系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，激光位移传感器获取吊钩与待吊物之间的空间距离信息，并将获取的吊钩与待吊物之间空间距离信息传递给信号放大器；

步骤2，信号放大器对获取的吊钩与待吊物之间空间距离信息进行放大处理，并将放大后的空间距离信息发送给控制器；

步骤3，控制器根据放大后的空间距离信息确定报警器的报警内容和振动手套的振动频率。

5.根据权利要求4所述的具备听觉和触觉提示功能的吊具系统的使用方法，其特征在于，步骤2中，所述放大后的空间距离信号包含放大后的吊钩与待吊物之间的空间垂直距离信息h₁、放大后的吊钩与待吊物之间的空间横向距离信息h₂、放大后的吊钩与待吊物之间的空间纵向距离信息h₃。

6.根据权利要求5所述的具备听觉和触觉提示功能的吊具系统的使用方法，其特征在于，步骤3具体为：所述控制器根据放大后的吊钩与待吊物之间的空间垂直距离信息h₁触发听觉刺激，并确定报警器的报警内容；

所述控制器根据放大后的吊钩与待吊物之间的空间横向距离信息h₂确定振动手套的触觉刺激位置；

所述控制器根据放大后的吊钩与待吊物之间的空间纵向距离信息h₃确定振动手套的触觉刺激频率。

7.根据权利要求6所述的具备听觉和触觉提示功能的吊具系统的使用方法，其特征在于，步骤3中，所述听觉刺激的频率与空间垂直距离信息h₁成负相关，空间垂直距离信息h₁越大，听觉刺激的频率越慢，报警器发出“滴滴”声的频率越慢。

8.根据权利要求6所述的具备听觉和触觉提示功能的吊具系统的使用方法，其特征在于，步骤3中，当空间横向距离信息h₂为正时，操作者左手的振动手套提供振动刺激；当空间横向距离信息h₂为负时，操作者右手的振动手套提供振动刺激。

9.根据权利要求6所述的具备听觉和触觉提示功能的吊具系统的使用方法，其特征在于，步骤3中，所述振动手套的触觉刺激频率与空间纵向距离信息h₃成负相关，空间纵向距离信息h₃越大，振动手套的触觉刺激频率越慢。

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