用于吊臂的检测方法及装置、控制器和工程机械与流程

1.本发明涉及起重机吊臂状态检测技术领域，具体地涉及一种用于吊臂的检测方法、检测装置、控制器和工程机械。


背景技术：

2.传统的吊臂旁弯检测方式是人工目视检测，通过吊钩自然垂落将吊臂顶端投影到地面。在吊臂全缩时变化不同的工作幅度，在地面上投影不同的投影点，人工根据目视结果，用粉笔在地面上画出相应的投影点位置，人工连接这些投影点成为直线，该直线作为基准线。吊臂全伸时，人工通过目视的方式，在地面上用粉笔画出吊钩垂落的投影点，最后用钢尺测量出该投影点到基准线的距离作为旁弯量。
3.但人工使用吊钩投影进行检测时，由于吊臂顶端非常高，吊钩会产生摇摆。同时，在挂载重物时吊钩离地面距离大，重物体积大且有摇摆，投影点通过人工目视的方式确认起来极为困难，并且不精准。检测结果与检测人员水平有很大关系，检测误差大且无法估计。因此，急需提出一种技术方案来解决现有技术中的上述技术问题。


技术实现要素：

4.本发明实施例的目的是提供一种用于吊臂的检测方法、一种用于吊臂的检测装置、一种控制器和一种工程机械，解决了现有技术中吊臂旁弯检测依靠人工且误差大的技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种吊臂的检测方法，包括：获取基准面，其中基准面是基于吊臂在无旁弯状态下的俯仰运动过程中吊臂顶端的运动轨迹中的多个轨迹点的位置而确定的；确定吊臂处于待检测状态；获取待检测状态下吊臂顶端的位置；以及根据吊臂顶端的位置与基准面确定吊臂的旁弯状态信息。
6.在本发明实施例中，旁弯状态信息包括旁弯量和/或旁弯方向。
7.在本发明实施例中，获取基准面包括：获取多个轨迹点的位置；以及对多个轨迹点的位置进行拟合，以得到基准面。
8.在本发明实施例中，获取多个轨迹点的位置包括：在吊臂处于完全缩进且空钩的状态下，控制吊臂从最小仰角俯仰运动到最大仰角；以及获取俯仰运动过程中吊臂顶端经过的多个轨迹点的位置。
9.在本发明实施例中，获取多个轨迹点的位置还包括：将吊臂调整到完全缩进且空钩的状态。
10.在本发明实施例中，多个轨迹点的位置包括至少三个轨迹点的位置。
11.在本发明实施例中，在待检测状态下，吊臂所在直线与基准面共面。
12.在本发明实施例中，在待检测状态下，吊臂完全伸出、达到最大俯仰角且载荷为额定载荷。
13.本发明第二方面提供一种控制器，被配置成执行前述实施例的用于吊钩的检测方
法。
14.本发明第三方面提供一种用于吊臂的检测装置，包括：差分gps定位设备，被配置成检测吊臂顶端的位置；以及前述实施例的控制器。
15.在本发明实施例中，差分gps定位设备包括：rtk定位天线，设置在吊臂顶端，被配置成提供吊臂顶端的定位信息；差分gps基站，被配置成提供差分信息；以及rtk主机，与rtk定位天线和差分gps基站通信，被配置成获取定位信息和差分信息，并根据定位信息和差分信息确定吊臂顶端的位置。
16.本发明第四方面提供一种工程机械，包括：吊臂；以及前述实施例的用于吊臂的检测装置。
17.本发明实施例通过基于吊臂在无旁弯状态下的俯仰运动过程中吊臂顶端的运动轨迹中的多个轨迹点的位置而确定基准面，以及根据吊臂顶端的位置与基准面确定吊臂的旁弯状态信息，不需要特殊的人工位置标定，且降低了误差，实现了吊臂旁弯的自动精确测量。
18.本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
19.附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
20.图1是本发明实施例的用于吊钩的检测方法100的流程示意图。
21.图2是本发明实施例的用于吊钩的检测装置200的结构示意图。
22.图3是本发明实施例的工程机械300的结构示意图。
具体实施方式
23.以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
24.如图1所示，本发明一实施例提供一种吊臂的检测方法100，包括以下步骤：
25.步骤s110：获取基准面，其中基准面是基于吊臂在无旁弯状态下的俯仰运动过程中吊臂顶端的运动轨迹中的多个轨迹点的位置而确定的。
26.步骤s130：确定吊臂处于待检测状态。具体地，例如通过操作人员操作吊臂所在设备，控制吊臂的状态达到待检测状态。
27.步骤s150：获取待检测状态下吊臂顶端的位置。具体实施时，例如还可以通过多次读取待检测状态下吊臂顶端的位置得到多个位置信息，对得到多个位置信息进一步求取均值，利用此均值来作为待检测状态下吊臂顶端的位置，进一步据此均值确定吊臂的旁弯状态信息，从而可以减小误差，提高精度，避免吊臂顶端因为环境例如刮风等原因导致的位置不够稳定带来的误差。以及
28.步骤s170：根据吊臂顶端的位置与基准面确定吊臂的旁弯状态信息。
29.具体地，旁弯状态信息例如包括旁弯量和/或旁弯方向。
30.获取基准面也即步骤s110例如包括：获取多个轨迹点的位置；以及对多个轨迹点
的位置进行拟合，以得到基准面。拟合方法例如可以采用最小二乘法、梯度下降法等平面拟合方法。
31.更具体地，获取多个轨迹点的位置例如包括：在吊臂处于完全缩进且空钩的状态下，控制吊臂从最小仰角俯仰运动到最大仰角；以及获取俯仰运动过程中吊臂顶端经过的多个轨迹点的位置。吊臂处于完全缩进且空钩的状态下时是没有旁弯的，因此处于无旁弯状态。具体地，例如以相等的时间间隔地获取俯仰运动过程中吊臂顶端经过的多个轨迹点的位置，当然，本发明实施例并不局限于此，还可以是以不固定的时间间隔地获取俯仰运动过程中吊臂顶端经过的多个轨迹点的位置。
32.进一步地，获取多个轨迹点的位置例如还包括：将吊臂调整到完全缩进且空钩的状态。
33.多个轨迹点的位置例如包括至少三个轨迹点的位置，依据三个轨迹点的位置即可以确定一个平面。当然，也可以是两个轨迹点的位置，此时例如可以依靠俯仰运动所构成的平面的内的其他一点的位置信息来拟合平面，例如可以是吊臂所在直线上除吊臂顶端的任意一点的位置信息。
34.在待检测状态下，吊臂所在直线例如与基准面共面。
35.在待检测状态下，吊臂例如完全伸出、达到最大俯仰角且载荷为额定载荷。包括吊臂的工程机械一般在出厂前会做吊臂旁弯状态信息的检测，一般的所需要达到的检测状态即是吊臂完全伸出、达到最大俯仰角且载荷为额定载荷的状态。
36.当然，本发明实施例并不限制于此，待检测状态还可以是其他一些工况下的待检测状态，例如可以按照需求挂载不同的载荷，计算不同载荷下吊臂的旁弯状态信息。本发明实施例还可以在检测多个待检测状态下吊臂的旁弯状态信息，可以在将吊臂调整到一个待检测状态，按照前述方法得到吊臂的旁弯状态信息之后，再次对吊臂进行调整，使其处于下一个待检测状态，之后同样按照前述方法得到此时吊臂的旁弯状态信息，依次循环，实现两个及以上的待检测状态下吊臂旁弯状态信息的检测。
37.另外，本领域技术人员应当理解的是，在实际使用检测吊臂的旁弯状态信息的过程中，若将调整吊臂的状态调整为吊臂所在直线不再与基准面共面的情况下，就需要按照本发明实施例的方法来重新确定此时状态下的新的基准面，新的基准面例如与此时吊臂所在直线共面，之后依据新的基准面确定此时吊臂的旁弯状态信息。
38.本发明实施例的用于吊臂的检测方法100例如可用于包含吊臂的工程机械，具体例如起重机，更具体地例如用于出厂前的吊臂旁弯检测或起重机作业前的吊臂旁弯检测。
39.本发明另一实施例提供一种控制器，其例如被配置成执行根据任意一项前述实施例的用于吊钩的检测方法。其中，用于吊钩的检测方法的具体功能和细节可参考前述实施例的相关描述，在此不再赘述。
40.具体地，控制器例如可为工控机、笔记本电脑、平板电脑、嵌入式系统、微处理器、手机、可编程逻辑器件等控制设备。
41.如图2所示，本发明再一实施例提供一种用于吊臂的检测装置200，例如主要包括：差分gps定位设备210和控制器230。其中，差分gps定位设备210例如被配置成检测吊臂顶端的位置，具体地例如基于差分gps定位技术来实现对吊臂顶端位置的检测，差分gps定位技术可以提高定位的精度。控制器230例如为根据任意一项前述实施例的控制器。其中，控制
器230的具体功能和细节可参考前述实施例的相关描述，在此不再赘述。
42.具体地，控制器230例如可具体为工控机、笔记本电脑、平板电脑、嵌入式系统、微处理器、手机、可编程逻辑器件等控制设备。控制器230例如可以读取差分gps定位设备210检测得到的吊臂顶端的位置数据，进一步地例如还可以控制位置数据的读取速度，具体例如可以分为连续读数和单点读数两种读数模式。在具体实施时，例如可以通过控制器230的连续读数模式下的连续读数功能来读取吊臂处于完全缩进且空钩的状态下从最小仰角俯仰运动到最大仰角过程中吊臂顶端经过的多个轨迹点的位置信息。例如通过控制器230的单点读数模式下的单点读数功能来读取在待检测状态下吊臂顶端的位置信息。当然，本发明实施例并不限制于此，也可以通过控制器230的单点读数模式下的单点读数功能来读取吊臂处于完全缩进且空钩的状态下从最小仰角俯仰运动到最大仰角过程中吊臂顶端经过的多个轨迹点的位置信息，只不过需要多次读取。例如通过控制器230的连续读数模式下的连续读数功能来读取在待检测状态下吊臂顶端的位置信息，此时，可以通过读取得到的多个位置信息来进一步地求取均值，利用此均值来作为待检测状态下吊臂顶端的位置，进一步据此均值确定吊臂的旁弯状态信息，从而可以减小误差，提高精度，避免吊臂顶端因为环境例如刮风等原因导致的位置不够稳定带来的误差。
43.具体地，差分gps定位设备210例如包括：rtk定位天线211、差分gps基站213和rtk主机215。具体地，差分gps定位设备210例如可以按照控制器230要求实时提供rtk定位天线211的位置坐标。
44.其中，rtk定位天线211例如设置在吊臂顶端，被配置成提供吊臂顶端的定位信息。rtk定位天线211和吊臂顶端例如保持相对固定。本发明实施例对rtk定位天线211的位置精度要求不高，只需要保证rtk定位天线211在吊臂顶端且和吊臂保持相对静止，小范围的安装偏移对检测结果无影响。
45.差分gps基站213例如被配置成提供差分信息。具体地，差分gps基站213例如单独架设。在其他一些实施例中，差分gps基站213也可以使用其他方法替代，例如连接cors系统也即连续运行参考站系统。cors系统例如包括：参考站子系统、数据中心子系统、数据通信子系统及用户应用子系统，参考站子系统、数据中心子系统及用户应用子系统由数字通信子系统连接成一体，形成一个分布于整个城市的专用网络。cors系统的具体功能、结构细节以及搭建和使用方法可参考现有技术中的描述，在此不再赘述。cors系统具有规模化、服务实时化和定位服务实时化的趋势特点，它不仅可以建立和维持城市测绘的基准框架，更可以全自动、全天候、实时提供高精度时间和空间信息，成为区域规划、管理和决策的基础，系统还能提供差分定位信息，开拓交通导航的新应用，并能提供高精度、高时空分辨率、全天候、尽实时、连续的可降水汽量变化序列，并由此逐渐形成地区灾害性天气监测预报系统。
46.rtk主机215例如与rtk定位天线211和差分gps基站213通信，被配置成获取定位信息和差分信息，并根据定位信息和差分信息确定吊臂顶端的位置。rtk主机215例如通过有线或无线方式信号连接控制器230，具体地，rtk主机215例如通过串口通信方式信号连接控制器230，当然还可以使用其他合适的通讯方式替代，例如两者通过无线数传通讯实现信号连接，此时，需要将rtk主机215、数传模块和移动电源一起放置在吊臂顶端，可避免在吊臂上连线。控制器230、差分gps基站213和rtk主机215例如分别还连接有供电电源。进一步地，rtk主机215例如还可以和rtk定位天线211合为一体。
47.本发明又一实施例提供一种工程机械300，例如主要包括：吊臂310和检测装置。其中，检测装置例如为根据任意一项前述实施例的用于吊臂的检测装置。其中，检测装置330的具体功能和细节可参考前述实施例的相关描述，在此不再赘述。具体地，工程机械300例如可为起重机等。工程机械300例如还可包括车架，吊臂安装于支架上且可相对于支架进行旋转，车架用于支撑吊臂310。
48.综上所述，本发明实施例通过基于吊臂在无旁弯状态下的俯仰运动过程中吊臂顶端的运动轨迹中的多个轨迹点的位置而确定基准面，以及根据吊臂顶端的位置与基准面确定吊臂的旁弯状态信息，不需要特殊的人工位置标定，且降低了误差，实现了吊臂旁弯的自动精确测量。
49.下面结合具体示例来说明本发明实施例的用于吊臂的检测方法，具体内容如下：
50.按照工作要求，调整工程机械，例如将车架调平等。将差分gps定位设备的rtk定位天线安装在工程机械的吊臂顶端，和吊臂顶端保持相对固定不发生相对移动。用专用线缆连接rtk定位天线和rtk主机，将rtk主机连接线连接到控制器。将差分gps基站架设在工程机械附近，启动差分gps基站。将吊臂调整到完全缩进且空钩状态下，此时没有旁弯，机手控制吊臂的变幅机构使得吊臂最小仰角做俯仰运动缓慢变化到最大仰角。在俯仰运动期间，使用控制器的连续读数模式下的连续读数功能，读取差分gps定位设备检测得到的在俯仰运动期间的吊臂顶端的位置数据，具体为吊臂顶端经过的轨迹点数组。吊臂达到最大仰角后，控制器停止读数。该轨迹点数组包含的轨迹点构成吊臂做俯仰运动过程中形成的变幅平面内的一段圆弧，利用这些轨迹点拟合得到基准面。在读取的采样数据足够多例如多于三个轨迹点的情况下，拟合得到的基准面依概率收敛到变幅平面。
51.将控制器读取的吊臂顶端经过的轨迹点数组转换为空间直角坐标系下的坐标进行计算。拟合所用到的平面拟合方法可以选用的最小二乘法。具体地，假设读取得到的轨迹点数组p
n
(x
n
,y
n
,z
n
)，其中n为轨迹点的个数，且n为大于等于3的自然数，x
n
、y
n
、z
n
分别为轨迹点p
n
的x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标。
52.对于一个平面的一般方程：ax by cz d＝0，a、b、c、d为平面的一般方程方程中的四个系数，(x,y,z)为平面所经过的点的坐标，假设(x
j
,y
j
,z
j
)和(x
o
,y
o
,z
o
)例如分别为在俯仰运动期间采样得到的第一个轨迹点和最后一个轨迹点的坐标，如果，|x
o
‑
x
j
|≤|y
o
‑
y
j
|，则平面偏向于和y轴平行，此时必有a≠0，此时，可将平面方程表示为：x＝a0y a1z a2。相反，如果|x
o
‑
x
j
|>|y
o
‑
y
j
|，则平面偏向于和x轴平行，此时必有b≠0，可将平面方程表示为：y＝a0x a1z a2，其中a0、a1、a2为平面方程为y＝a0x a1z a2的三个参数。
53.以第二种情况也即|x
n
‑
x0|>|y
n
‑
y0|的情况为例(若是第一种情况，则将下面计算过程中的x和y对换，本发明实施例不再赘述)，平面方程为y＝a0x a1z a2，(x
i
,y
i
,z
i
)为平面所经过的点p
i
的x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标，i＝1、2
…
n，将其转化为矩阵运算，则有mξ＝n。
54.其中：
55.56.通过最小二乘法拟合得到：ξ＝(m
t
m)
‑1m
t
n，即可得到平面方程为y＝a0x a1z a2的三个参数a0、a1、a2，最终可得到所拟合的平面为：y＝a0x a1z a2。
57.将拟合得到的平面y＝a0x a1z a2作为确定吊臂的旁弯状态信息例如旁弯量和/或旁弯方向的基准面。
58.将吊臂达到待检测状态，例如可以是吊臂完全伸出、达到最大俯仰角且载荷为额定载荷时，控制器使用单点读数模式下的单点读数功能，读取的数据为当前待检测状态下吊臂顶端的位置数据，当然也可以采取连续读取模式下的连续读数功能，读取数据后求取均值，可以降低定位误差。
59.通过计算当前待检测状态下吊臂顶端到所拟合的基准面的距离得到旁弯量。当前待检测状态下吊臂顶端到基准面的距离可使用空间直角坐标系下的距离公式计算，计算时，例如可不加绝对值，以正负来区分旁弯方向。
60.假设当前待检测状态下吊臂顶端的位置坐标为(x
k
,y
k
,z
k
)，则得到的旁弯量p的计算公式具体为：
[0061][0062]
同理，当需要检测其他待检测状态下例如不同载荷的吊臂旁弯状态信息时，可按要求挂载不同载荷以将吊臂达到待检测状态，按照前述步骤计算不同载荷下的旁弯量和旁弯方向。
[0063]
综上所述，本发明实施例使用差分gps定位技术直接检测标记点的定位，通过拟合平面降低误差，不需要特殊的人工位置标定，检测精度更高，省去了手动标定投影位置的麻烦，实现聚检测过程的自动读数和计算，降低了对检测人员个人技术水平和经验的要求，提高了检测结果的可信度。
[0064]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0065]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0066]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0067]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或
其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0068]
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。
[0069]
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)。存储器是计算机可读介质的示例。
[0070]
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd
‑
rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
[0071]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0072]
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。