一种基于轨迹球和多编码器的起重机摆角计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于轨迹球和多编码器的起重机摆角计算方法，通过利用多个编码器同时测量在钢丝绳的带动下而进行转动的轨迹球的转动角度，分别得到轨迹球在x轴线上的转动角度和在y轴线上的转动角度，并据此计算出钢丝绳的摆动幅度、频率和方向等各种摆角数据，从而能够利用这些摆角数据对钢丝绳进行反向控制达到防摆的目的，从而提高起重机搬运货物的工作效率，有效降低货物出现损害的情况以及消除人员受伤害的风险隐患。

A method of crane swing angle calculation based on trackball and multi encoder

The invention discloses a swing angle calculation method and multi track ball encoder based on crane, by using a plurality of encoder for simultaneous measurement of rotation angle and rotation of the ball trajectory in wire rope driven by the rotation angle of the track ball on the axis of the X and the Y axis line rotation angle were obtained, and accordingly calculate the rope swing amplitude, frequency and direction of swing angle data, so as to be able to use these data to reverse swing angle control to achieve the purpose of anti swing of crane wire rope, so as to improve the handling efficiency and reduce the damages to the goods appear and the elimination of personnel from injury risks.

【技术实现步骤摘要】
一种基于轨迹球和多编码器的起重机摆角计算方法
本专利技术涉及起重机械领域，尤其是一种基于轨迹球和多编码器的起重机摆角计算方法，可广泛应用于类似起重机的柔性吊重系统中。
技术介绍
起重机作为一种运输工具，被广泛用于工厂车间、仓库、海边码头等场所对货物进行搬运，是工厂车间、海边港口及其他场所实现货物搬运机械化的重要工具。但是起重机在搬运货物的过程中会受到很多的干扰，这些干扰会使货物在运输过程中来回摆动，因此，起重机快速准确到达目标位置以及货物到达目标位置之后，这种摆动会严重阻碍摆角的迅速恢复到零位置，而随着吊钩进行摆动的货物，则容易与其他物品发生碰撞而受到损害，同时也存在货物在摆动过程中对人员造成伤害的隐患。为了提高桥式起重机在货物搬运行业的工作效率，有效降低货物损害以及人员受伤害的风险，需要研究如何去防止起重机的摆动，而防摆控制一般是根据吊钩摆动的幅度、频率和方向等，对吊钩进行反向控制来达到防摆的目的，因此需要一种高精度的摆角测量装置。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于轨迹球和多编码器的起重机摆角计算方法，通过利用多个编码器同时测量在钢丝绳的带动下而进行转动的轨迹球的转动角度，分别得到轨迹球在x轴线上的转动角度和在y轴线上的转动角度，并据此计算出钢丝绳的摆动幅度、频率和方向等各种摆角数据，从而能够利用这些摆角数据对钢丝绳进行反向控制达到防摆的目的，从而提高起重机搬运货物的工作效率，有效降低货物出现损害的情况以及消除人员受伤害的风险隐患。本专利技术解决其问题所采用的技术方案是：一种基于轨迹球和多编码器的起重机摆角计算方法，包括以下步骤：A、利用处于x轴线上的第一编码器和第二编码器，以及处于y轴线上的第三编码器和第四编码器，同时测量跟随钢丝绳的摆动而转动相同角度的轨迹球的转动角度，分别得到归属于格雷码的第一摆角编码α1、第二摆角编码α2、第三摆角编码α3和第四摆角编码α4；B、第一摆角编码α1、第二摆角编码α2、第三摆角编码α3和第四摆角编码α4分别传输给单片机；C、单片机利用格雷码与转动角度之间的关系，解码得到第一转角θ1、第二转角θ2、第三转角θ3和第四转角θ4；D、求取第一转角θ1和第二转角θ2的平均值，得到轨迹球在x轴线方向上的转动角度，即得到钢丝绳在x轴线方向上的x轴摆角；E、求取第三转角θ3和第四转角θ4的平均值，得到轨迹球在y轴线方向上的转动角度，即得到钢丝绳在y轴线方向上的y轴摆角；F、结合钢丝绳的x轴摆角和y轴摆角，计算出钢丝绳的摆动幅度、频率和方向等各种摆角数据。进一步，步骤C中，格雷码与转动角度之间的关系为一一对应的关系，其关系式为：其中，α为格雷码的值，θ为转动角度的值。进一步，步骤C中，解码得到的第一转角θ1、第二转角θ2、第三转角θ3和第四转角θ4分别满足以下的函数式：其中，第一转角θ1和第二转角θ2互为相反数，第三转角θ3和第四转角θ4互为相反数。进一步，应用基于轨迹球和多编码器的起重机摆角计算方法的测量装置，包括用于进行数据处理的单片机、用于连接货物的钢丝绳、用于对钢丝绳在摆动时产生的幅度、频率及方向等摆角数据进行测量的摆角测量装置，摆角测量装置包括随着钢丝绳的摆动而进行转动的轨迹球、根据轨迹球的转动角度而测量出摆角数据的第一编码器、第二编码器、第三编码器和第四编码器，第一编码器、第二编码器、第三编码器和第四编码器分别设置于轨迹球的四周并与轨迹球相接触，钢丝绳穿过轨迹球并与轨迹球固定于一起，第一编码器、第二编码器、第三编码器和第四编码器分别与单片机连接于一起。进一步，第一编码器和第二编码器设置于轨迹球的x轴线之上对x轴方向的转动角度进行数据测量，第三编码器和第四编码器设置于轨迹球的y轴线之上对y轴方向的转动角度进行数据测量。进一步，第一编码器、第二编码器、第三编码器和第四编码器均设置有用于与轨迹球进行相切的摩擦轮；轨迹球随着钢丝绳的摆动而转动时，带动摩擦轮进行转动，从而使第一编码器、第二编码器、第三编码器和第四编码器测量得到轨迹球的转动角度。进一步，第一编码器、第二编码器、第三编码器和第四编码器均为单圈绝对编码器。本专利技术的有益效果是：一种基于轨迹球和多编码器的起重机摆角计算方法，能够利用多个编码器同时测量在钢丝绳的带动下而进行转动的轨迹球的转动角度，从而能够分别得到轨迹球在x轴线上的转动角度和在y轴线上的转动角度，而由于轨迹球在x轴线上的转动角度和在y轴线上的转动角度，分别与钢丝绳在摆动时在x轴线上的摆角角度和在y轴线上的摆角角度相同，因此，能够计算出钢丝绳的摆动幅度、频率和方向等各种摆角数据，从而能够利用这些摆角数据对钢丝绳进行反向控制达到防摆的目的，从而提高起重机搬运货物的工作效率，有效降低货物出现损害的情况以及消除人员受伤害的风险隐患。应用基于轨迹球和多编码器的起重机摆角计算方法的测量装置，当连接货物的钢丝绳进行摆动时，轨迹球会随之进行转动，因此带动了与轨迹球相切的摩擦轮进行转动，因此，第一编码器、第二编码器、第三编码器和第四编码器，能够通过测量摩擦轮的转动程度而准确测量出钢丝绳摆动时的幅度、频率和方向等摆角数据，从而能够对钢丝绳进行反向控制达到防摆的目的，提高起重机搬运货物的工作效率，有效降低货物出现损害的情况以及消除人员受伤害的风险隐患。附图说明下面结合附图和实例对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术的计算方法的流程图；图2是应用本专利技术的计算方法的测量装置的示意图；图3是摆角测量装置的仰视图；图4是应用本专利技术的计算方法的测量装置的工作状态图。具体实施方式参照图1-图4，本专利技术的一种基于轨迹球和多编码器的起重机摆角计算方法，包括以下步骤：A、利用处于x轴线上的第一编码器45和第二编码器46，以及处于y轴线上的第三编码器47和第四编码器48，同时测量跟随钢丝绳2的摆动而转动相同角度的轨迹球43的转动角度，分别得到归属于格雷码的第一摆角编码α1、第二摆角编码α2、第三摆角编码α3和第四摆角编码α4；B、第一摆角编码α1、第二摆角编码α2、第三摆角编码α3和第四摆角编码α4分别传输给单片机；C、单片机利用格雷码与转动角度之间的关系，解码得到第一转角θ1、第二转角θ2、第三转角θ3和第四转角θ4；D、求取第一转角θ1和第二转角θ2的平均值，得到轨迹球43在x轴线方向上的转动角度，即得到钢丝绳2在x轴线方向上的x轴摆角；E、求取第三转角θ3和第四转角θ4的平均值，得到轨迹球43在y轴线方向上的转动角度，即得到钢丝绳2在y轴线方向上的y轴摆角；F、结合钢丝绳2的x轴摆角和y轴摆角，计算出钢丝绳2的摆动幅度、频率和方向等各种摆角数据；使用本专利技术的基于轨迹球和多编码器的起重机摆角计算方法测量摆角时，由于起重机搬运货物时会使货物进行摆动，因此用于连接货物的钢丝绳2也会随之进行摆动，从而使得钢丝绳2产生了摆角；当钢丝绳2进行摆动时，与钢丝绳2连接于一起的轨迹球43会跟随钢丝绳2的摆动而转动相同的角度，此时，第一编码器45、第二编码器46、第三编码器47和第四编码器48能够同时测量轨迹球43的转动角度，因此能够分别得到轨迹球43在x轴线上的转动角度和在y轴线上的转动角度；而由于轨迹球43在x轴线上的转动角度和在y轴线上的转动角度，分别与钢丝绳2在x轴线上的摆角角度和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于轨迹球和多编码器的起重机摆角计算方法，其特征在于：包括以下步骤：A、利用处于x轴线上的第一编码器(45)和第二编码器(46)，以及处于y轴线上的第三编码器(47)和第四编码器(48)，同时测量跟随钢丝绳(2)的摆动而转动相同角度的轨迹球(43)的转动角度，分别得到归属于格雷码的第一摆角编码α

【技术特征摘要】
1.一种基于轨迹球和多编码器的起重机摆角计算方法，其特征在于：包括以下步骤：A、利用处于x轴线上的第一编码器(45)和第二编码器(46)，以及处于y轴线上的第三编码器(47)和第四编码器(48)，同时测量跟随钢丝绳(2)的摆动而转动相同角度的轨迹球(43)的转动角度，分别得到归属于格雷码的第一摆角编码α1、第二摆角编码α2、第三摆角编码α3和第四摆角编码α4；B、第一摆角编码α1、第二摆角编码α2、第三摆角编码α3和第四摆角编码α4分别传输给单片机；C、单片机利用格雷码与转动角度之间的关系，解码得到第一转角θ1、第二转角θ2、第三转角θ3和第四转角θ4；D、求取第一转角θ1和第二转角θ2的平均值，得到轨迹球(43)在x轴线方向上的转动角度，即得到钢丝绳(2)在x轴线方向上的x轴摆角；E、求取第三转角θ3和第四转角θ4的平均值，得到轨迹球(43)在y轴线方向上的转动角度，即得到钢丝绳(2)在y轴线方向上的y轴摆角；F、结合钢丝绳(2)的x轴摆角和y轴摆角，计算出钢丝绳(2)的摆动幅度、频率和方向等各种摆角数据。2.根据权利要求1所述的一种基于轨迹球和多编码器的起重机摆角计算方法，其特征在于：所述步骤C中，格雷码与转动角度之间的关系为一一对应的关系，其关系式为：其中，α为格雷码的值，θ为转动角度的值。3.根据权利要求2所述的一种基于轨迹球和多编码器的起重机摆角计算方法，其特征在于：所述步骤C中，解码得到的第一转角θ1、第二转角θ2、第三转角θ3和第四转角θ4分别满足以下的函数式：

【专利技术属性】
技术研发人员：王天雷，何楚平，傅蓉，贺跃帮，梁淑芬，杨庆强，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：广东,44