汽车起重机的运动轨迹检测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种汽车起重机的运动轨迹检测方法及系统，包括如下步骤：获取起重机吊摆的初始姿态；获取起重机吊摆的加速度信号和角速度信号，将所述加速度信号和角速度信号转换为数字信号数据，并对所述数字信号数据进行滤波生成第一目标加速度数据和目标角速度数据；将所述第一目标加速度数据由动态坐标系转换至静态坐标系生成静态坐标系的第二目标加速度数据；根据所述初始姿态、第二目标加速度数据以及所述角速度数据确定所述起重机吊摆运动的轨迹。本发明专利技术通过多传感器数据融合算法，提高了姿态角检测精度；本发明专利技术针对吊钩的位置检测，通过检测吊绳的摆角实现，间接计算得到吊钩的运动轨迹，实现对汽车起重机运动轨迹的检测。迹的检测。迹的检测。

【技术实现步骤摘要】
汽车起重机的运动轨迹检测方法及系统


[0001]本专利技术涉及信号处理领域，具体地，涉及一种汽车起重机的运动轨迹检测方法及系统。

技术介绍

[0002]随着我国的工业化的迅猛发展，现代化生产过程中自动化和智能化的水平越来越高，汽车起重机行业也经历着革新，汽车起重机在工作时，吊摆不断地进行起吊、横移和落钩等动作，由于惯性力或者外力的作用会产生摇晃现象，不仅影响工作效率，而且还为威胁到人们的生命健康安全。对吊摆的运行轨迹进行检测，可以为起重机的控制系统提供参考量，还可以提高定位精度。
[0003]利用传感器的采集的信号来判断汽车起重机吊摆的运动轨迹。目前起重机操作大部分是靠着有经验的操作人员来执行，通过适当的减慢起重机作业速度、来回移动悬挂位置或者直接等待摆动衰减到差不多后再操作等方法来达到工作要求。这些方法在一定程度上能够控制吊车的位置以及负载的摆动。但是，这种工作强度是较大的，也是较困难的，因为这其中存在着许多不确定的因素，而且消费大量时间，工作效率低下。因此，汽车起重机的吊摆运动轨迹的检测系统具有一定的拓展应用价值。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种汽车起重机的运动轨迹检测方法及系统。
[0005]根据本专利技术提供的汽车起重机的运动轨迹检测方法，包括如下步骤：
[0006]步骤S1：获取起重机吊摆的初始姿态；
[0007]步骤S2：获取起重机吊摆的加速度信号和角速度信号，将所述加速度信号和角速度信号转换为数字信号数据，并对所述数字信号数据进行滤波生成第一目标加速度数据和目标角速度数据；
[0008]步骤S3：将所述第一目标加速度数据由动态坐标系转换至静态坐标系生成静态坐标系的第二目标加速度数据；
[0009]步骤S4：根据所述初始姿态、第二目标加速度数据以及所述角速度数据确定所述起重机吊摆运动的轨迹。
[0010]优选地，在步骤S2中通过三轴加速度传感器测量起重机吊摆运动的加速度，所述加速度用于计算重机吊摆运动的速度和位移；
[0011]通过陀螺仪来测量重机吊摆运动的角速度；
[0012]通过A/D转换器将模拟信号形式的加速度和角速度转换成数字信号数据后进行存储。
[0013]优选地，在步骤S3中，采用四元法计算出旋转矩阵，使运动中的动态坐标系转换成初始状态的静态坐标系。
[0014]优选地，在在静止状态下，加速度检测值合力的矢量的值即为重力加速度，因此有：
[0015][0016]其中，A
x
为X方向的加速度，A
y
为Y方向的加速度，A
z
为Z方向的加速度；
[0017]所述初始姿态包括初始姿态角(ρ，φ，θ)，其中ρ为俯仰角，φ为横滚角，θ为偏航角；
[0018]初始姿态角与加速度检测值之间的关系为：
[0019][0020][0021][0022]优选地，所述数字信号数据中存在随机误差和仪器误差；对于所述随机误差通过滤波进行处理，对于所述仪器误差通过零位偏移进行校正。
[0023]优选地，在步骤S2中通过卡尔曼滤波或滑动平均滤波以有效的滤除传感器输出中的随机噪声信号。
[0024]优选地，通过对陀螺仪采集的目标角速度数据进行求解姿态角，采用Kalman滤波与加速度传感器进行角度的补偿。
[0025]根据本专利技术提供的汽车起重机的运动轨迹检测系统，包括如下模块：
[0026]初始姿态获取模块，用于获取起重机吊摆的初始姿态；
[0027]信号获取模块，用于获取起重机吊摆的加速度信号和角速度信号，将所述加速度信号和角速度信号转换为数字信号数据，并对所述数字信号数据进行滤波生成第一目标加速度数据和目标角速度数据；
[0028]坐标系转换模块，用于将所述第一目标加速度数据由动态坐标系转换至静态坐标系生成静态坐标系的第二目标加速度数据；
[0029]轨迹确定模块，用于根据所述初始姿态、第二目标加速度数据以及所述角速度数据确定所述起重机吊摆运动的轨迹。
[0030]根据本专利技术提供的汽车起重机的运动轨迹检测系统，包括如下模块：
[0031]数据采集处理模块，用于采集加速度信号和和角速度信号，将所述加速度信号和角速度信号转换为数字信号数据，并对所述数字信号数据进行滤波生成第一目标加速度数据和目标角速度数据；
[0032]数据发送模块，用于发送所述第一目标加速度数据和目标角速度数据；
[0033]数据接收模块，用于接收第一目标加速度数据和目标角速度数据，并将接收到第一目标加速度数据和目标角速度数据通上传至上位机；
[0034]电源块，用于为数据采集处理模块、数据发送模块以及数据接收模块供电。
[0035]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0036]本专利技术先由惯性导航器件采集相关的数据信号，为了降低数据测量误差，设计了Kalman滤波器来消除随机噪声，根据四元数理论建立微分方程，并由此计算姿态矩阵，从而
求得姿态角，通过多传感器数据融合算法，提高了姿态角检测精度；本专利技术针对吊钩的位置检测，通过检测吊绳的摆角实现，间接计算得到吊钩的运动轨迹，实现对汽车起重机运动轨迹的检测。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0038]图1为本专利技术实施例中汽车起重机传感器安装的示意图；
[0039]图2为本专利技术实施例中汽车起重机的运动轨迹检测方法的步骤流程图；
[0040]图3为本专利技术实施例中汽车起重机的运动轨迹检测系统的系统框图；
[0041]图4为本专利技术实施例中Kalman滤波算法流程图；
[0042]图5为本专利技术实施例中汽车起重机的运动轨迹检测方法具体实施的步骤流程图；
[0043]图6为本专利技术实施例中汽车起重机的运动轨迹检测方系统的模块示意图。
具体实施方式
[0044]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0045]本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种汽车起重机的运动轨迹检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：获取起重机吊摆的初始姿态；步骤S2：获取起重机吊摆的加速度信号和角速度信号，将所述加速度信号和角速度信号转换为数字信号数据，并对所述数字信号数据进行滤波生成第一目标加速度数据和目标角速度数据；步骤S3：将所述第一目标加速度数据由动态坐标系转换至静态坐标系生成静态坐标系的第二目标加速度数据；步骤S4：根据所述初始姿态、第二目标加速度数据以及所述角速度数据确定所述起重机吊摆运动的轨迹。2.根据权利要求1所述的汽车起重机的运动轨迹检测方法，其特征在于，在步骤S2中通过三轴加速度传感器测量起重机吊摆运动的加速度，所述加速度用于计算重机吊摆运动的速度和位移；通过陀螺仪来测量重机吊摆运动的角速度；通过A/D转换器将模拟信号形式的加速度和角速度转换成数字信号数据后进行存储。3.根据权利要求1所述的汽车起重机的运动轨迹检测方法，其特征在于，在步骤S3中，采用四元法计算出旋转矩阵，使运动中的动态坐标系转换成初始状态的静态坐标系。4.根据权利要求1所述的汽车起重机的运动轨迹检测方法，其特征在于，在在静止状态下，加速度检测值合力的矢量的值即为重力加速度，因此有：其中，A
x
为X方向的加速度，A
y
为Y方向的加速度，A
z
为Z方向的加速度；所述初始姿态包括初始姿态角(ρ，φ，θ)，其中ρ为俯仰角，φ为横滚角，θ为偏航角；初始姿态角与加速度检测值之间的关系为：初始姿态角与加速度检测值之间的关系为：初始姿态角与加速度检测值之间的关系为：5.根据权利要求1所述的汽车起重机的运动轨迹检测方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：于玉丹，林伟，俞朝阳，袁畅，黄昊天，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：