一种起吊装置、系统以及控制方法

本申请涉及工程机械，具体涉及一种起吊装置、系统以及控制方法。

背景技术：

1、在机械工程起吊作业中，起吊装置的稳定性与负载防摆性能直接关系到作业安全与效率。现有技术通常采用单一的反馈控制策略来抑制负载摆动或通过机械配重防止倾覆，然而这种滞后控制方式难以兼顾基座失稳风险与负载高频摆动。一方面，单纯依赖末端阻尼或制动进行防摆，无法有效应对因负载大幅偏移导致的基座重心失稳问题；另一方面，仅通过调整基座配重来维持姿态，其响应速度较慢，难以抑制由风载或惯性引起的高频微幅摆动。此外，传统控制缺乏对摆动趋势的预判能力，导致控制动作总是落后于实际状态变化，在复杂工况下极易引发安全事故或降低吊装精度。因此，急需一种能够协同解决基座姿态稳定与负载主动防摆问题的起吊装置及其控制方案。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

2、一种机械工程用起吊装置，包括基座总成、折叠臂架总成、起吊总成以及控制系统，所述折叠臂架总成安装于基座总成上方，所述基座总成底部两端分别设置有全向移动轮组，所述基座总成底部的两侧分别设置有可折叠液压支腿，所述基座总成顶面四角处分别布置有倾角传感器，所述基座总成上部的内部设置有二维移动配重平台；

3、所述折叠臂架总成底部通过回转平台固定安装于所述基座总成的顶面中心，所述折叠臂架总成的顶部末端设置有腕部关节组件；

4、所述腕部关节组件与起吊总成之间设置有快换式连接组件，所述快换式连接组件分别与腕部关节组件、起吊总成可拆卸连接；所述起吊总成包括起吊板与夹板机构；

5、所述控制系统为感知与控制系统，包括环境探测雷达组、imu惯性测量单元、边缘计算盒以及中央控制器；

6、所述中央控制器分别与倾角传感器、二维移动配重平台、腕部关节组件、imu惯性测量单元电连接，被配置为根据姿态检测信号执行预测性防摆控制与动态姿态补偿。

7、优选地，所述基座总成底部两侧分别设置有至少一个支腿收纳腔，所述可折叠液压支腿的顶端通过转动轴铰接于所述支腿收纳腔的内端，所述可折叠液压支腿的底部固定设置有空气弹簧减振垫；所述转动轴由固定于支腿收纳腔侧壁的伺服电机驱动转动，所述可折叠液压支腿的伸缩动作由其内置的液压油缸驱动。

8、优选地，所述可折叠液压支腿的液压油缸内置有位移传感器，所述位移传感器与所述中央控制器电连接，用于反馈支腿伸出长度，确保支腿完全展开到位后，中央控制器才允许进行起吊作业。

9、优选地，所述二维移动配重平台包括相互垂直且均沿水平面布置的x向丝杠与y向丝杠，所述x向丝杠的两端转动安装于基座总成的内壁，所述x向丝杠上传动配合有第一移动块；所述y向丝杠固定安装于所述第一移动块上，所述y向丝杠上传动配合有第二移动块，所述第二移动块上固定安装有配重块；所述基座总成内部还固定有与x向丝杠平行的导向杆，所述导向杆贯穿所述y向丝杠两端的安装座并与y向丝杠两端的安装座滑动配合；所述x向丝杠、y向丝杠分别由独立的伺服电机驱动，以带动配重块在水平面内二维移动。

10、优选地，所述折叠臂架总成包括底臂与上臂，所述底臂的底端通过底座转动设置于回转平台的上部，所述底臂的顶端与上臂的底端相铰接；所述上臂与回转平台上表面之间铰接有抬臂气缸，所述抬臂气缸用于驱动上臂绕铰接点摆动；所述腕部关节组件设置于所述上臂的末端。

11、优选地，所述腕部关节组件包括设置于上臂末端的摆动节以及设置于摆动节上的回转万向节，所述回转万向节的摆动回转轴上串联有独立的磁流变阻尼器，所述磁流变阻尼器与所述中央控制器电连接。

12、优选地，所述快换式连接组件包括固定于腕部关节组件的公端法兰与集成于起吊总成的母端法兰，所述母端法兰与公端法兰插接配合；所述公端法兰的侧壁设置有电动锁紧销，所述母端法兰的侧壁对应设置有锁紧孔，所述电动锁紧销可伸入锁紧孔内实现公端法兰与母端法兰的锁止。

13、优选地，所述起吊总成的起吊板与所述母端法兰固定连接，所述夹板机构包括一对对称布置的弧形夹爪，两个弧形夹爪分别通过螺母座与设置于起吊板上的双向丝杠传动连接，所述双向丝杠转动时带动两个弧形夹爪相向或相背运动；所述弧形夹爪底部通过链条连接有吊钩。

14、优选地，所述环境探测雷达组包括激光雷达与毫米波雷达，分别布置于基座总成顶面的四角侧边，实现360°环境感知；所述imu惯性测量单元固定安装于所述起吊板处，采样率为100~500hz；所述边缘计算盒搭载摆动时序预测模型，用于接收imu数据并预测未来时刻的摆动状态，将预测结果通过can总线发送至中央控制器。

15、优选地，其预测性防摆控制方法，包括以下步骤：

16、s1、所述imu惯性测量单元实时采集起吊总成的摆动角度与角速度数据，倾角传感器实时采集基座总成的倾斜角度数据，并将数据同步传输至边缘计算盒与中央控制器；

17、s2、所述边缘计算盒通过摆动时序预测模型对摆动数据进行时序推演，输出下一时刻的摆动预估值并发送至中央控制器；

18、s3、所述中央控制器根据摆动预估值与基座倾斜数据输出复合控制信号：一方面控制二维移动配重平台平移以调整整机重心，完成基座动态姿态补偿；另一方面控制腕部关节组件的磁流变阻尼器调整阻尼力矩，主动抑制起吊负载的摆动，实现预测性防摆控制；

19、s4、重复执行步骤s1至s3，形成持续的预测性防摆控制循环。

20、本发明与现有技术相比的优点在于：

21、本申请提供的技术方案，通过在起吊装置中构建“预测感知+双端协同”的控制架构，从根本上改变了传统起吊装置单一、滞后的控制模式。首先，基于实时摆动状态数据生成的摆动预测数据，使系统具备了前馈预测能力，将控制时机前移，有效消除了反馈控制的相位滞后；其次，通过在基座内部设置姿态补偿机构、在臂架末端关节处设置负载防摆机构，明确了二维移动配重平台负责低频大尺度重心补偿、磁流变阻尼器负责高频小尺度摆动抑制的分工机制，避免了多执行器之间的耦合干扰，实现了整机稳定性与负载平稳性的双重提升；最后，边缘侧预测计算与中央侧协同控制的分布式架构，保障了复杂算法在工程现场的实时落地，配合全方位的环境感知安全互锁，显著提高了起吊作业的智能化水平、安全性和作业效率。

1.一种机械工程用起吊装置，其特征在于：包括基座总成、折叠臂架总成、起吊总成以及控制系统，所述折叠臂架总成安装于基座总成上方，所述基座总成底部两端分别设置有全向移动轮组，所述基座总成底部的两侧分别设置有可折叠液压支腿，所述基座总成顶面四角处分别布置有倾角传感器，所述基座总成上部的内部设置有二维移动配重平台；

2.根据权利要求1所述的机械工程用起吊装置，其特征在于：所述基座总成底部两侧分别设置有至少一个支腿收纳腔，所述可折叠液压支腿的顶端通过转动轴铰接于所述支腿收纳腔的内端，所述可折叠液压支腿的底部固定设置有空气弹簧减振垫；所述转动轴由固定于支腿收纳腔侧壁的伺服电机驱动转动，所述可折叠液压支腿的伸缩动作由其内置的液压油缸驱动。

3.根据权利要求2所述的机械工程用起吊装置，其特征在于：所述可折叠液压支腿的液压油缸内置有位移传感器，所述位移传感器与所述中央控制器电连接，用于反馈支腿伸出长度，确保支腿完全展开到位后，中央控制器才允许进行起吊作业。

4.根据权利要求1所述的机械工程用起吊装置，其特征在于：所述二维移动配重平台包括相互垂直且均沿水平面布置的x向丝杠与y向丝杠，所述x向丝杠的两端转动安装于基座总成的内壁，所述x向丝杠上传动配合有第一移动块；所述y向丝杠固定安装于所述第一移动块上，所述y向丝杠上传动配合有第二移动块，所述第二移动块上固定安装有配重块；所述基座总成内部还固定有与x向丝杠平行的导向杆，所述导向杆贯穿所述y向丝杠两端的安装座并与y向丝杠两端的安装座滑动配合；所述x向丝杠、y向丝杠分别由独立的伺服电机驱动，以带动配重块在水平面内二维移动。

5.根据权利要求1所述的机械工程用起吊装置，其特征在于：所述折叠臂架总成包括底臂与上臂，所述底臂的底端通过底座转动设置于回转平台的上部，所述底臂的顶端与上臂的底端相铰接；所述上臂与回转平台上表面之间铰接有抬臂气缸，所述抬臂气缸用于驱动上臂绕铰接点摆动；所述腕部关节组件设置于所述上臂的末端。

6.根据权利要求5所述的机械工程用起吊装置，其特征在于：所述腕部关节组件包括设置于上臂末端的摆动节以及设置于摆动节上的回转万向节，所述回转万向节的摆动回转轴上串联有独立的磁流变阻尼器，所述磁流变阻尼器与所述中央控制器电连接。

7.根据权利要求1所述的机械工程用起吊装置，其特征在于：所述快换式连接组件包括固定于腕部关节组件的公端法兰与集成于起吊总成的母端法兰，所述母端法兰与公端法兰插接配合；所述公端法兰的侧壁设置有电动锁紧销，所述母端法兰的侧壁对应设置有锁紧孔，所述电动锁紧销可伸入锁紧孔内实现公端法兰与母端法兰的锁止。

8.根据权利要求7所述的机械工程用起吊装置，其特征在于：所述起吊总成的起吊板与所述母端法兰固定连接，所述夹板机构包括一对对称布置的弧形夹爪，两个弧形夹爪分别通过螺母座与设置于起吊板上的双向丝杠传动连接，所述双向丝杠转动时带动两个弧形夹爪相向或相背运动；所述弧形夹爪底部通过链条连接有吊钩。

9.根据权利要求1所述的机械工程用起吊装置，其特征在于：所述环境探测雷达组包括激光雷达与毫米波雷达，分别布置于基座总成顶面的四角侧边，实现360°环境感知；所述imu惯性测量单元固定安装于所述起吊板处，采样率为100~500hz；所述边缘计算盒搭载摆动时序预测模型，用于接收imu数据并预测未来时刻的摆动状态，将预测结果通过can总线发送至中央控制器。

10.根据权利要求1所述的机械工程用起吊装置的预测性防摆控制方法，其特征在于，包括以下步骤：