CN114030997A - 一种用于检测抓斗状态的装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于检测抓斗状态的装置，包括惯性传感器和计算装置，惯性传感器与计算装置相连，惯性传感器传感器安装于抓斗上，惯性传感器采集抓斗的姿态数据，计算装置根据惯性传感器采集的姿态数据判断抓斗的倾斜状态。本发明通过惯性传感器来采集抓斗的姿态数据，计算装置根据姿态数据判断抓斗是否倾斜和/或触底，能够有效检测抓斗的倾斜状态和/或触底状态，有助于提升无人抓斗桥式起重机的安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及抓斗状态检测，具体是涉及一种用于检测抓斗状态的装置。
背景技术
桥式起重机是横架于车间、仓库和料场上空进行物料吊运的起重设备。由于它的两端坐落在高大的水泥柱或者金属支架上，形状似桥。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。它是使用范围最广、数量最多的一种起重机械。
抓斗桥式起重机可以完成靠人力无法完成的散装物料堆取及装卸工作，减轻人们的体力劳动，提高劳动生产率。近年来在人工智能等技术助力下，基于无人抓斗桥式起重机的散装物料堆取及装卸作业在电厂、煤炭、港口等领域得到应用，提升散装物料无人化库区综合管理水平。
当前无人抓斗桥式起重机的散装物料堆取及装卸作业过程中，可能会带来以下安全风险：1、抓斗在接触到库区散装物料斜坡表面时，抓斗因钢丝绳下放过多使其自身重心发生倾斜，造成钢丝绳脱钩、跳槽或断裂；2、抓斗因钢丝绳突然断裂或滑轨发生倾斜，无人抓斗桥式起重机继续运动；3、无人抓斗桥式起重机抓斗空中大幅度晃动，易造成抓斗碰壁、钢丝绳断裂等。
现有技术中还没有对抓斗的上述状态进行有效检测的装置，如何有效检测抓斗的上述状态，对提升无人抓斗桥式起重机的安全性能有着重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服上述背景技术的不足，提供一种用于检测抓斗状态的装置，能够有效检测抓斗的倾斜状态和/或触底状态，有助于提升无人抓斗桥式起重机的安全性能。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种用于检测抓斗状态的装置包括惯性传感器和计算装置，惯性传感器与计算装置相连，惯性传感器传感器安装于抓斗上，惯性传感器采集抓斗的姿态数据，计算装置根据惯性传感器采集的姿态数据判断抓斗的倾斜和/或触底状态。
进一步，所述计算装置至少根据惯性传感器所采集的抓斗x方向、y方向、z方向中的一个方向的一个数据来判断抓斗是否倾斜。
进一步，所述惯性传感器至少实时采集抓斗在x、y、z方向上的角速度ωx、ωy、ωz，及x、y、z方向上的夹角roll、pitch、yaw中的一个数据，所述计算装置根据该数据判断抓斗的倾斜状态。
进一步，计算装置根据x方向的角速度ωx判断抓斗的倾斜状态时，计算装置根据x方向的角速度ωx，计算Δt时间内x方向上的姿态角度变化量Δθx，
Δθx大于第一倾斜阈值Tθ1，则判断抓斗倾斜；计算装置根据y方向的角速度ωy判断抓斗的倾斜状态时，计算装置根据y方向的角速度ωy，计算Δt时间内y方向上的姿态角度变化量Δθy，
Δθy大于第一倾斜阈值Tθ1，则判断抓斗倾斜；计算装置根据z方向的角速度ωz判断抓斗的倾斜状态时，计算装置根据z方向的角速度ωz，计算Δt时间内z方向上的姿态角度变化量Δθz，
Δθz大于第一倾斜阈值Tθ1，则判断抓斗倾斜；计算装置根据抓斗x方向的夹角roll判断抓斗的倾斜状态时，roll大于第二倾斜阈值Tθ2，则判断抓斗倾斜；计算装置根据抓斗y方向的夹角pitch判断抓斗的倾斜状态时，roll大于第二倾斜阈值Tθ2，则判断抓斗倾斜；计算装置根据抓斗z方向的夹角yaw判断抓斗的倾斜状态时，yaw大于第二倾斜阈值Tθ2，则判断抓斗倾斜。
进一步，所述Tθ1取值≥2°，所述Tθ2取值≥5°。
进一步，所述惯性传感器实时采集抓斗在z方向上的线加速度数据az，所述计算装置根据az判断抓斗的触底状态。
进一步，所述线加速度数据az＜0.9g，g为重力加速度，则抓斗已触底。
进一步，还包括称重传感器，称重传感器与计算装置相连，称重传感器采集抓斗吊装重物的重量数据wt，所述计算装置根据wt判断抓斗的触底状态。
进一步，所述wt＜0.9wg，wg为抓斗自身重量，则抓斗已触底。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明通过惯性传感器来采集抓斗的姿态数据，计算装置根据姿态数据判断抓斗是否倾斜和/或触底，能够有效检测抓斗的倾斜状态和/或触底状态，有助于提升无人抓斗桥式起重机的安全性能。
附图说明
图1是本发明实施例8的安装示意图。
图2是本发明实施例8的装置结构示意图。
图中，1—抓斗，2—惯性传感器，3—称重传感器
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明用于检测抓斗状态的装置包括惯性传感器(IMU)和计算装置，惯性传感器与计算装置相连，惯性传感器传感器安装于抓斗的顶部，惯性传感器采集抓斗的姿态数据，计算装置根据惯性传感器采集的姿态数据判断抓斗的倾斜和/或触底状态。惯性传感器在使用前已完成校准。
惯性传感器是测量物体三轴姿态角及加速度的装置，包括三轴陀螺仪和/或三轴加速度计。惯性传感器自身有一个三维直角坐标系xyz，这个坐标系是惯性传感器自身已经定义好了。三轴陀螺仪用于测量三个角度：分别与x、y和z三个坐标轴的夹角roll、pitch和yaw。三轴加速度计用于测量x、y和z三个方向的角速度ωx、ωy和ωz及z方向上的线加速度az。
通过惯性传感器实时采集抓斗在x、y、z方向上的角速度ωx、ωy、ωz，及x、y、z方向上的夹角roll、pitch、yaw，并将ωx、ωy、ωz、roll、pitch、yaw等数据传送至计算装置，计算装置根据接收的数据判断抓斗是否倾斜。
计算装置至少根据惯性传感器所采集的抓斗x方向、y方向、z方向中的一个方向的一个数据来判断抓斗是否倾斜。具体为，计算装置至少根据惯性传感器所采集的集抓斗在x、y、z方向上的角速度ωx、ωy、ωz，及x、y、z方向上的夹角roll、pitch、yaw中的一个数据，来判断抓斗的倾斜状态。
实施例1
本实施中，通过惯性传感器实时采集抓斗在x方向上的角速度ωx，计算装置根据抓斗x方向的角速度ωx来判断抓斗是否倾斜。具体为：计算装置根据x方向的角速度ωx，计算Δt时间内x方向上的姿态角度变化量Δθx，
Δθx大于第一倾斜阈值Tθ1，则判断抓斗倾斜，Tθ1取值≥2°，本实施例中Tθ1取值5°，Δt取值1秒。
实施例2
本实施例中，通过惯性传感器实时采集抓斗在x方向上的夹角roll，计算装置根据抓斗x方向的夹角roll来判断抓斗是否倾斜。具体为：roll大于第二倾斜阈值Tθ2，则判断抓斗倾斜，Tθ2取值≥5°，本实施例中Tθ1取值10°。
实施例3
本实施例中，通过惯性传感器实时采集抓斗在y方向的角速度ωy，计算装置根据抓斗y方向的角速度ωy来判断抓斗是否倾斜。具体为：计算装置根据y方向的角速度ωy，计算Δt时间内y方向上的姿态角度变化量Δθy，
Δθy大于第一倾斜阈值Tθ1，则判断抓斗倾斜，Tθ1取值≥2°，本实施例中Tθ1取值6°，Δt取值1秒。
实施例4
本实施例中，通过惯性传感器实时采集抓斗在y方向的夹角pitch，计算装置根据抓斗y方向的夹角pitch来判断抓斗是否倾斜。具体为：pitch大于第二倾斜阈值Tθ2，则判断抓斗倾斜，Tθ2取值≥5°，本实施例中Tθ1取值15°。
实施例5
本实施例中，通过惯性传感器实时采集抓斗在z方向的角速度ωz，计算装置根据抓斗z方向的角速度ωz来判断抓斗是否倾斜。具体为：计算装置根据z方向的角速度ωz，计算Δt时间内z方向上的姿态角度变化量Δθz，
Δθz大于第一倾斜阈值Tθ1，则判断抓斗倾斜，Tθ1取值≥2°，本实施例中Tθ1取值7°，Δt取值1秒。
实施例6
本实施例中，通过惯性传感器实时采集抓斗在z方向的夹角yaw，计算装置根据抓斗z方向的夹角yaw来判断抓斗是否倾斜。具体为：yaw大于第二倾斜阈值Tθ2，则判断抓斗倾斜，Tθ2取值≥5°，本实施例中Tθ1取值20°。
实施例7
本实施例中，通过惯性传感器实时采集抓斗在z方向上的线加速度az，计算装置根据抓斗在z方向上的线加速度az判断抓斗的触底状态。抓斗在匀速下降过程中，az等于重力加速度g，当抓斗触底的过程中，抓斗会减速，此时抓斗在z方向上的线加速度az小于重力加速度g，具体为：az＜0.9g，抓斗已触底。
实施例8
参照图1、图2，本实施例与实施例1的区别仅在于：还包括称重传感器，称重传感器与计算装置相连，称重传感器采集抓斗吊装重物(包括抓斗自身重量)的重量数据wt，抓斗自身重量为固定值wg，所述计算装置根据wt、wg判断抓斗的触底状态。具体为：wt＜0.9wg，抓斗已触底。其余同实施例1。
本发明在实际应用中，计算装置还可同时根据惯性传感器所采集的集抓斗在x、y、z方向上的角速度ωx、ωy、ωz，及x、y、z方向上的夹角roll、pitch、yaw中的多个数据，来判断抓斗的倾斜状态。如同时根据ωx、roll来判断抓斗的倾斜状态，具体为：计算Δt时间内x方向上的姿态角度变化量Δθx，
若Δθx大于第一倾斜阈值Tθ1，且roll大于第二倾斜阈值Tθ2，则判断抓斗倾斜。还可根据ωx、ωy、ωz、roll、pitch、yaw中的任两个、任三个、任四个、任五个、六个数据进行抓斗倾斜判断，多个数据时它们之间的判断条件是实施例中所给的单独数据判断条件之间组合成的“且”的关系。判断抓斗的触底转态时，也可同时根据az、wt来判断，az＜0.9g，且wt＜0.9wg，则判断抓斗倾斜。组合多个数据来判断抓斗状态时，结果会更加准确。
本发明通过惯性传感器来采集抓斗的姿态数据，计算装置根据姿态数据判断抓斗是否倾斜和/或触底，能够有效检测抓斗的倾斜状态和/或触底状态，有助于提升无人抓斗桥式起重机的安全性能。
本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种用于检测抓斗状态的装置，其特征在于：包括惯性传感器和计算装置，惯性传感器与计算装置相连，惯性传感器传感器安装于抓斗上，惯性传感器采集抓斗的姿态数据，计算装置根据惯性传感器采集的姿态数据判断抓斗的倾斜和/或触底状态。
2.如权利要求1所述的用于检测抓斗状态的装置，其特征在于：所述计算装置至少根据惯性传感器所采集的抓斗x方向、y方向、z方向中的一个方向的一个数据来判断抓斗是否倾斜。
3.如权利要求1所述的用于检测抓斗状态的装置，其特征在于：所述惯性传感器至少实时采集抓斗在x、y、z方向上的角速度ωx、ωy、ωz，及x、y、z方向上的夹角roll、pitch、yaw中的一个数据，所述计算装置根据该数据判断抓斗的倾斜状态。
4.如权利要求3所述的用于检测抓斗状态的装置，其特征在于：计算装置根据x方向的角速度ωx判断抓斗的倾斜状态时，计算装置根据x方向的角速度ωx，计算△t时间内x方向上的姿态角度变化量△θx，
△θx大于第一倾斜阈值Tθ1，则判断抓斗倾斜；计算装置根据y方向的角速度ωy判断抓斗的倾斜状态时，计算装置根据y方向的角速度ωy，计算△t时间内y方向上的姿态角度变化量△θy，
△θy大于第一倾斜阈值Tθ1，则判断抓斗倾斜；计算装置根据z方向的角速度ωz判断抓斗的倾斜状态时，计算装置根据z方向的角速度ωz，计算△t时间内z方向上的姿态角度变化量△θz，
△θz大于第一倾斜阈值Tθ1，则判断抓斗倾斜；计算装置根据抓斗x方向的夹角roll判断抓斗的倾斜状态时，roll大于第二倾斜阈值Tθ2，则判断抓斗倾斜；计算装置根据抓斗y方向的夹角pitch判断抓斗的倾斜状态时，roll大于第二倾斜阈值Tθ2，则判断抓斗倾斜；计算装置根据抓斗z方向的夹角yaw判断抓斗的倾斜状态时，yaw大于第二倾斜阈值Tθ2，则判断抓斗倾斜。
5.如权利要求4所述的用于检测抓斗状态的装置，其特征在于：所述Tθ1取值≥2°，所述Tθ2取值≥5°。
6.如权利要求1所述的用于检测抓斗状态的装置，其特征在于：所述惯性传感器实时采集抓斗在z方向上的线加速度数据az，所述计算装置根据az判断抓斗的触底状态。
7.如权利要求6所述的用于检测抓斗状态的装置，其特征在于：所述线加速度数据az＜0.9g，g为重力加速度，则抓斗已触底。
8.如权利要求1所述的用于检测抓斗状态的装置，其特征在于：还包括称重传感器，称重传感器与计算装置相连，称重传感器采集抓斗吊装重物的重量数据wt，所述计算装置根据wt判断抓斗的触底状态。
9.如权利要求8所述的用于检测抓斗状态的装置，其特征在于：所述wt＜0.9wg，wg为抓斗自身重量，则抓斗已触底。
Priority Applications (1)
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| CN202111264522.9A CN114030997A (zh) | 2021-10-28 | 2021-10-28 | 一种用于检测抓斗状态的装置 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117129042A (zh) * | 2023-10-26 | 2023-11-28 | 深圳华创芯光科技有限公司 | 一种水质监测与水深测量系统及其监测方法 |
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2021
- 2021-10-28 CN CN202111264522.9A patent/CN114030997A/zh active Pending
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