·您现在的位置是:主页 > 新闻资讯 > 行业新闻 > ·行业新闻
基于MEMS传感器的起重机吊钩运动实时监控系统
时间:2017-04-12 16:08 来源:未知 浏览:

 

  起重机作业进程中,吊钩频频地进行起钩、平移、落钩等运动,不可防止地存在因吊钩摆幅过大而致使的安全隐患。因而对吊钩运动进行实时监控,不只要助于起重机驾驶员把握其作业状况,也可有效防止事端的发作。目前对吊钩运动状况的监控,首要是经过驾驶员的目测,这么难以精确把握其运动进程,因而开发吊钩运动监控体系具有重要意义。因为吊钩构造自身的约束,所预留的空间极为有限,传统传感器体积较大,不合适吊钩的装置,MEMS传感器具有体积小、成本低的天然长处,变成吊钩运动监控体系所需传感器的不贰挑选。

  因为吊钩自身构造的约束及其作业环境的不断定性,国内外都较少开展关于起重机吊钩运动监控的研讨。如运用图画处理方式跟踪吊钩运动状况,缺乏之处在于图画算法杂乱,且误判率对比高。

  吊钩水平方位角过大,将发生旋转位移,形成所吊重物方位的不断定,而关于特型吊钩,仅给出了二维倾角丈量办法。

  本研讨从起重机现场运用视点动身,选用MEMS加速度计和微磁强计组合,经过差错抵偿,完结对吊钩倾角和水平方位角的实时监控,开发低成本、高精度的运动状况监控体系,不只可满意起重机现场运用请求,也可认为起重机吊臂闭环操控体系的研讨供给物理参量。

  1吊钩运动状况丈量原理吊钩首要由两部分构成:外构造和吊钩钩体(如所示)。外构造衔接缆绳并起到固定支持钩体的作用,钩体只能在外构造的支持下做沿中心轴的单自由度旋转,吊钩运动状况的丈量首要包括对吊钩沿缆绳笔直地上方向的二维倾角运动和沿钩体顶端水平方向的平面旋转角的丈量,从吊钩构造能够看出,钩体和外构造的二维倾角相等,而关于平面内旋转,本研讨更关怀钩体及其所吊货品的当时状况。

  吊钩终端装置示意图本研讨将姿势丈量体系装置在吊钩钩体顶端,与之固连,界说载体坐标系如所示:X沿横轴向右,Y沿纵轴向前,Z轴沿缆绳笔直方向轴向上。如可实时丈量得到该坐标系下相应物理量:X轴倾角、Y轴倾角、水平旋转角,即可断定吊钩的运动状况。

  1.1倾角解算办法倾角指X轴和Y轴别离与水平面的夹角,反映当时吊钩相对缆绳笔直方向的歪斜程度,若倾角超出必定范围,驾驶员应当采纳办法减小摇摆。

  在吊钩这种缓慢运动的物体上装置的加速度计的各轴丈量值可近似认为是重力加速度g在各轴的重量,依照空间矢量组成原理,能够得到沿X、Y轴的倾角的核算公式别离为:M+g2y+g2:gx,gy,gz―三轴MEMS加速度计的丈量值,依据吊钩实践运用情况,本研讨界说ay的取值范围为1.2平面旋转角解算办法平面旋转角指吊钩绕Z轴相对初始视点的偏转角,首要反映吊钩的扭摆程度,若扭摆过大,则可能致使缆绳断裂或所吊重物碰撞到周边物体。三轴微磁强计能够输出立体空间内两两正交的3个轴的当时磁场强度值,磁强计经过丈量地磁场强度断定吊钩的平面旋转角。本研讨的初始视点取地磁北极方向。旋转角能够经过下面的公式核算:本研讨界说屮0,3600),当断定初始方位视点后,即可丈量出吊钩挂载后的相对值的旋转视点。

  2根据T-S含糊逻辑的吊钩旋转角差错抵偿吊钩及周边都为铁磁资料,不可防止地遭到强磁搅扰,严重影响旋转角的丈量精度。提出的四点抵偿是一种常用的办法,该办法只合适弱磁环境下运用;选用神经网络办法对磁强计的体系差错和温度进行抵偿,但存在不易编程完结、核算量较大等缺乏,其工程化可行性不高。本研讨提出一种合适运用于强磁环境下的旋转角差错抵偿办法。

  如选用弱磁抵偿办法,在铁磁资料的。

  表1弱磁抵偿法抵偿成果真值差错真值差错从表1中能够看出,相关于值,其差错绝对值最大可达23.73.,均方差为20.36.,已不能作为丈量值输出,需要经过在线抵偿。本研讨选用T-S含糊模型来对平面旋转角差错建模,凭借T-S办法,树立非线性的含糊规矩。

  为简化运算,本研讨树立二次部分T-S模型规矩:y偿前平面旋转角读数;ava2,b―灵敏系数。

  拟定含糊规矩是树立在。

  费含糊从属度函数在含糊逻辑算法中,ava2,b可视作线性部分模型系数,如能得到3个灵敏系数,则可断定在R,规矩下的含糊基函数。本研讨经过表1中的重复。在此例中,含糊输出值为:成是第i条规矩加权因子。

  本研讨将表1数据作为含糊输入调集,经过含糊规矩核算,输出成果如(b)所示,其差错绝对值最大不超越0.8°,均方差为0.54°,经过抵偿后的精度有明显进步。

  3体系头现因为吊车的保养周期为几个月或1年,而且传感器进行在线标定后应防止频频卸下,本研讨引进装置差错,并在体系完结进程中思考契合长期运用的请求,如在线标定、低功耗等。

  3.1体系功能模块为到达实践运用的意图,本研讨选用重心法,将体系整体框图含糊调集映射为一个断定的点,关于任何输入平面旋该体系选用ADI公司的三轴MEMS加速度计转角读数,其含糊输出可写成:ADXL312作为倾角丈量传感器,其量程为g,精度体系整体构造如所示,包括4个模块,别离是数据收集、信息处理、数传和操控显现模块。

  为2.9mg/LSB;微磁强计选用Honeywell公司的HMR2300.信息处理模块运用TI公司的低功耗16位单片机MSP430F149,完结对传感器的信号收集和姿势解算,经过数传模块将姿势信息发送给地上终端;地上终端经过相同的数传模块接纳运动状况信息并操控液晶显现,一起,地上终端能够发送操控指令给吊钩终端,例如磁强计校对参数指令、体系休眠指令等。体系实物如所示。

  3.2方位角在线标定技能在吊钩丈量模块装置好后,应尽量防止频频拆下,一起为满意丈量体系在各型吊钩上的通用性,选用套在线标定技能是非常有必要的,运用该技能,本研讨能够在丈量体系装置好后经过地上终端发送指令设定抵偿参数,这么即使吊钩的运用环境改变后,本研讨也能够迅速、方便地对方位角进行遥控标定。以铁磁转台为例,在线标定进程过程如下:①将丈量模块水平装置在转台上,并开机;②地上终端发送标定指令给丈量模块,此刻,丈量模块进入标定形式;③依照第2节所述标定办法取得参数(式)后,经过地上终端发送回丈量模块并存储;④地上终端发送标定完结指令,丈量模块进入正常作业状况。

  3.3低功耗技能吊钩丈量模块的电源规划是要点和难点之不只要满意各个模块供电电压,一起还要统筹体系总功耗。MEMS器材自身即具有低功耗的优势,如ADXL312自身带有多种低功耗形式,如睡觉形式和待机状况。在正常作业形式下,电流为57pA,而在待机形式下,电流只要0.1A.地上终端为操作员供给了待机按钮,能够经过数传模块发送指令给吊钩终端,操控MCU切断传感器供电。康复供电的办法与之相似本研讨经过读取分度台和转台的标称值,并和由接纳终端得到的丈量值进行对比。

  本研讨对倾角的测验如Q所示,将体系固定于分度台上,调整分度头水平零位,与输出致,先对X轴方向的倾角进行丈量,点从(-60.,60°),以10°递加并记录体系的输出值,其丈量成果如表2所示。

  体系测验环境表2 X轴倾角数据真值/(°)差错/真值/差错/由表2可知,相对值,X轴倾角各丈量点的最大差错不超越0.3°,均方差为0.15本研讨将体系变换90.方向装置并对Y轴进行丈量,丈量成果如表3所示,核算得滚转角丈量最大差错不超越0.3°,均方差为0.15表3 Y轴倾角数据真值/(°)差错/真值/差错/水平旋转角的测验在转台上进行,如b所示。

  转台由铁磁资料制造而成,能够反映体系运用现场的强磁环境,本研讨将丈量体系固定在转台上,点从0°起,以20°为增量递加到360°,丈量成果如表4所示。

  从表4中能够看出丈量点的最大差错不超越0.8°,均方差为0.39°。相关于表1的在线抵偿前数据,精度进步了25倍。由此可知,根据T-S含糊逻辑的抵偿算法在实践运用中能有效进步水平旋转角精度。

  表4平面旋转角真值/(°)差值/真值/差值/ 5结束语本研讨从工程运用视点动身,不只调查了起重机吊钩传感器的精度、带宽、量程等丈量目标,一起对磁强计差错抵偿、体系功耗以及体系组合进行了研讨。

  从丈量数据能够看出,俯仰角和滚转角精度到达0.3.,抵偿后的平面旋转角精度到达0.8.,数据输出速率80Hz,能够满意用户需要。体系功耗实测正常作业电流50mA,待机电流小于5mA.驾驶员在驾驶室即可实时监测吊钩运功状况。