本发明专利技术公开了一种幅度限制装置和方法，用于计算并限制伸缩臂架型式工程机械车的伸缩臂的作业幅度，所述装置包括ARM控制器模块、倾角传感器模块、测长传感器模块、旋转编码器模块，各模块之间通过CAN总线相连。所述方法包括以下步骤：获取伸缩臂的俯仰角度、伸缩臂的回转方位角度以及伸缩臂的臂长；根据伸缩臂的结构形式和俯仰角度、臂长计算伸缩臂的作业幅度；根据回转方位角度从预先存储的幅度限制临界值对应表中查得对应的幅度限制临界值；根据作业幅度与幅度限制临界值的比较对伸缩臂的工作幅度进行限制或报警，以保证工程机械车作业的安全性，避免发生倾翻事故。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及信息处理
，尤其是，是利用嵌入式技术和现场总线技术设计实现的用于计算并限制伸縮臂作业幅度的ー种安全保护装置，适用于具有伸缩臂架型式的工程机械车的防倾翻安全控制，特别是伸缩臂式高空作业车、イ申缩臂式起重机的作业幅度安全限制。
技术介绍
伸缩臂式是ー种典型结构的工程机械车臂架型式，可以使整个臂架系统的结构更加紧凑，特别是在起重机、高空作业车中，其应用越来越多。一般来讲，伸縮臂式臂架由回转转台、变幅关节、伸縮关节组成，使其臂架具有更好的灵活性和更广的可达空间，但这种臂架型式会带来ー个新的问题，即在高空作业车、起重机中应用时，由于臂架的伸出可能会导致整个车体的重心发生很大变化，一旦整个重心处于四条支腿所确定的矩形之外，则会发生倾覆事故，造成灾难性后果。因此，对于伸缩臂式工程机械车而言，有效地限制臂架的运动范围，避免倾覆事故的发生是ー个非常重要的问题。在工程应用中，常常通过作业幅度限制的办法实现防倾翻控制，即通过离线计算得到ー种在最大负荷下不同作业方位角度下整车的最大安全工作幅度，而在实际工作过程中通过实时监测工作幅度的变化，使其限制在安全范围以内，保证作业的安全性。幅度限制器可以分为机械式和电子式两种，机械式往往与臂架型式有直接关系，使用不灵活，已逐渐被电子式所代替。电子式幅度限制器中需要对回转角度、伸缩臂长、俯仰角度进行监測，进而计算出实时作业幅度。一般情况下，回转角度采用旋转编码器測量，俯仰角度采用电子式或机械式倾角传感器測量，臂长采用拉线式传感器测量。各个测量值往往通过电流或电压信号传递给幅度限制控制器。但由于臂架一般都较长，模拟量的方式往往会对信号的精度存在很大影响，造成计算的作业幅度与实际作业幅度有很大偏差。另外，前两种测量手段都安装在机构内部，一般都具有较好的可靠性，而拉线式测长传感器需要将多圈拉线绞盘安装在伸缩臂的外臂(即ー节臂)上，拉线一段缠绕在绞盘上，另一端固定在套接在外臂之内的ニ节臂上，伸缩臂在伸缩过程中带动拉线运动，通过绞盘上的多圈电位器计算伸缩长度。这种方式除了測量精度较差之外，还存在一定的安全隐患，一旦作业过程中拉线断裂或绞盘回收不及时，就会使测量的长度与实际长度存在很大差别甚至错误，不能反映实际伸缩长度，导致作业幅度计算失去依据，带来发生倾翻事故的隐患。因此，为了提高系统的可靠性，保证作业的安全性，需要开发ー种新型的幅度限制装置，避免拉线式测长方式的弊端，保障臂架型工程机械车在应用过程中的作业安全。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供ー种新型幅度限制装置及方法，改变传统的拉线式测长传感器存在的弊端，改变模拟量信号传输在系统应用中的误差问题，提高伸缩臂工程机械车在作业幅度測量和计算时的精度，使计算得到的作业幅度能够真实体现出其实际作业幅度值，并应用在工程机械车的幅度限制中，确保作业过程中不会发生倾翻事故，保证作业设备和人员的安全性。为达到上述目的，根据本专利技术的一方面，提出一种幅度限制装置，用于计算并限制伸缩臂架型式工程机械车的伸缩臂的作业幅度，其特征在干，该装置包括ARM控制器模块、旋转编码器模块、倾角传感器模块和测长传感器模块；其中，所述ARM控制器模块是所述幅度限制装置的核心控制单元，其包括ARM处理器、电源变换模块、CAN总线接ロ模块、显示屏、输出驱动模块、内部存储器，所述内部存储器中存储有离线计算出的伸缩臂在不同方位角度上的幅度限制临界值的对应表，所述ARM控制器模块还通过其输出驱动模块与外部的声光报警器、开关阀继电器相连；所述旋转编码器模块用于测得伸缩臂的回转方位角度Θ，并将测得的伸缩臂的回转方位角度Θ通过CAN总线传送给所述ARM控制器模块；所述倾角传感器模块用于测得伸缩臂的俯仰角度α，并将测得的伸缩臂的俯仰角度α通过CAN总线传送给所述ARM控制器模块；所述测长传感器模块用于测得伸缩臂的臂长L，并将测得的伸缩臂的臂长L通过CAN总线传送给所述ARM控制器模块；所述ARM控制器模块根据所述伸缩臂的结构形式、接收到的俯仰角度α和臂长L计算得到所述伸缩臂的作业幅度R ;根据接收到的伸缩臂的回转方位角度θ从所述对应表中查得对应的幅度限制临界值Rh，并根据所述作业幅度R与所述幅度限制临界值Rh的比较来控制所述开关阀继电器的开关和所述声光报警器，以对伸缩臂的工作幅度进行限制或报Sfc目ο根据本专利技术的另一方面，提出一种幅度限制方法，用于计算并限制伸缩臂架型式工程机械车的伸缩臂的作业幅度，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤1，利用倾角传感器获取所述伸缩臂的俯仰角度α，利用旋转编码器获取伸缩臂的回转方位角度Θ，利用双向霍尔传感器与测长钢质齿条获取所述伸缩臂的臂长L ;步骤2，根据所述伸缩臂的结构形式以及得到的俯仰角度α、臂长L计算所述伸缩臂的作业幅度R ；步骤3，根据回转方位角度Θ的值从预先存储的伸缩臂在不同方位角度上的幅度限制临界值对应表中查得对应所述回转方位角度Θ的幅度限制临界值Rh;步骤4，根据所述作业幅度R与所述幅度限制临界值Rh的比较来对伸缩臂的工作幅度进行限制或报警。本专利技术的显著特点在于使用嵌入式ARM处理器分别组成ARM控制器和各个传感器模块，并通过CAN总线通信技木，形成了分布式的臂架參数采集单元，由各个模块内都有的ー个ARM处理器分别对旋转编码器信号、变幅角度信号、臂长信号进行监测，将信号转换为数字信号后，通过CAN总线传递给ARM控制器进行处理和计算，不仅提高了信号在传输过程中的精度，也降低了系统在安装时的布线难度，提高了系统可靠性。本专利技术结合伸縮臂式臂架系统的特点，采用双向霍尔磁性传感器和钢质齿条组成了一种新的臂长测量的方式，这种测量方式的运动方和固定方通过非接触信号传感的形式，一节臂和ニ节臂之间没有有形介质连接，而是通过磁场进行信号传递，避免了传统拉线式传感器的弊端，使得测量过程更准确简单，更适合于工程机械车这种应用环境。本专利技术的主要优点如下利用基于ARM处理器的嵌入式系统技术研制的具有分布式结构的幅度限制器部件単元，分别对各个伸缩臂关节參数进行測量，通过CAN总线传递回ARM控制器，使数据测量更准确，布线更简単，安装更为方便；采用双向霍尔磁性传感器和钢质齿条配合使用，构成非接触测长手段，这种方式避免了拉线式传感器的断线问题，提高了使用过程的可靠性，而且由于传感器基于磁场信号进行检测，对于伸缩臂上的油污、尘土等物质有良好的穿透性，不会影响测量結果，而且测量装置本身有良好的防护，基本上不会受到日晒雨淋、温度变化等外部环境因素的影响，适合于露天环境中的应用；采用显示器以数值或曲线的方式实时显示各个传感器的数值和作业幅度值，更加直观明显，易于人员的操作。附图说明图I是本专利技术幅度限制装置的结构框图。图2是本专利技术幅度限制装置的工作流程图。图3是本专利技术幅度限制装置在伸缩臂型工程机械车上的安装方式示意图。图4是本专利技术幅度限制装置中测长齿条的几种形式的示意图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并參照附图，对本专利技术进ー步详细说明。本专利技术的幅度限制装置基于嵌入式技术和现场总线技术设计，采用分布式的结构，构成伸缩臂型工程机械车臂架系统防倾翻的控制部分，通过实时采集各个伸缩臂的变量參数，并用CAN总线传输给ARM控制本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谭民，梁自泽，李恩，赵晓光，贾鹏霄，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
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