工程机械臂架在线监测方法、设备以及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及工程机械，具体地，设及一种工程机械臂架在线监测方法、设备W及系 统。
【背景技术】
[0002] 在例如混凝±累车、喷射机、高空作业车之类的工程机械中，大量使用折叠臂架。 随着折叠臂架技术的发展，折叠臂架的节臂数量越来越多，折叠臂架系统的质量越来越轻， 并且折叠臂架也越来越细长。随着折叠臂架在节臂数量、质量W及长度上的变化，臂架柔性 成为折叠臂架系统不可避免的问题，例如在自重、启停时惯性力作用和负载变化的情况下 折叠臂架会发生变形和振动，在折叠臂架姿态、运动方式、W及负载变化频率不同时，折叠 臂架受力情况发生变化，导致各节臂变形量和振动频率随之变化，折叠系统形状位置难W 准确监控，给施工作业带来了难度和安全隐患。
[0003] 为了解决上述的问题，现有技术采用视频记录和图像处理来获得臂架形状和位置 的动态数据，或者采用倾角传感器来检测各节臂的倾角数据，从而计算出臂架的形状和位 置。在采用视频记录和图像处理方案时，需要在作业现场安装视频设备，并要对视频记录的 数据进行后期处理，实时性差。在采用倾角传感器检测节臂倾角数据的方案时，需要预先建 立臂架不同姿态不同工况的动力学参数数据库，前期测试工作量非常大，且难W保证准确 性。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种工程机械臂架在线监测方法、设备W及系统，W便快速 和实时地监测臂架的形状。
[0005] 本发明提供了一种工程机械臂架在线监测方法，该方法包括：接收臂架的各节臂 上多个离散点的曲率半径W及一个离散点所在圆弧的切线相对于水平面的夹角；根据所述 多个离散点的曲率半径W及所述一个离散点所在圆弧的切线相对于水平面的夹角监测臂 架的形状。
[0006] 相应地，本发明提供了一种工程机械臂架在线监测设备，该设备包括；接收器，用 于接收臂架的各节臂上多个离散点的曲率半径W及一个离散点所在圆弧的切线相对于水 平面的夹角；监测装置，用于根据所述多个离散点的曲率半径W及所述一个离散点所在圆 弧的切线相对于水平面的夹角监测臂架的形状。
[0007] 相应地，本发明提供了一种工程机械臂架在线监测系统，该系统包括所述的设备； 该系统还包括：应变传感器，设置在所述多个离散点上，用于检测所述多个离散点的曲率半 径；角度传感器，设置在所述多个离散点中的一个离散点上，用于检测所述一个离散点所在 圆弧的切线相对于水平面的夹角。应变传感器，设置在对应于选择的模态振型的多个离散 点上；角度传感器，设置在多个离散点中的一个离散点上。
[000引本发明可W实时地监测臂架的形状，并可W利用递推和插值的方法快速地重现臂 架的形状。本发明使用的应变传感器和角度传感器安装方便，不占用空间，并且抗干扰性能 优良，寿命较长，可W适应复杂施工环境。
[0009] 本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予W详细说明。
【附图说明】
[0010] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，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，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0011] 图1是本发明提供的工程机械臂架在线监测设备示意图；
[0012] 图2是本发明提供的方法示意图；
[0013] 图3a-图3c是本发明提供的单节臂典型模态振型示意图；
[0014] 图4是应变传感器粘贴示意图；
[0015] 图5是曲线上离散点几何关系图；
[0016] 图6是本发明提供的确定模态振型的流程图；
[0017] 图7是本发明提供的工程机械臂架在线监测系统示意图。
[001引附图标记说明
[0019] 100 接收器 200 监测装置
[0020] 300 应变传感器 400 角度传感器
[0021] 500 仿真装置 600 比较装置
[002引 1-7 离散点
【具体实施方式】
[0023] W下结合附图对本发明的【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，并不用于限制本发明。
[0024] 为了实时和快速地监测臂架的形状，本发明提供了一种工程机械臂架在线监测设 备，如图1所示，该设备包括；接收器100,用于接收臂架的各节臂上多个离散点的曲率半径 W及一个离散点所在圆弧的切线相对于水平面的夹角；监测装置200,用于根据所述多个 离散点的曲率半径W及所述一个离散点所在圆弧的切线相对于水平面的夹角监测臂架的 形状。
[0025] 相应地，本发明提供了一种工程机械臂架在线监测方法，如图2所示，该方法包 括：接收臂架的各节臂上多个离散点的曲率半径W及一个离散点所在圆弧的切线相对于水 平面的夹角（步骤201);根据所述多个离散点的曲率半径W及所述一个离散点所在圆弧的 切线相对于水平面的夹角监测臂架的形状（步骤203)。
[0026] 累车臂架在自重W及累送冲击载荷作用下会使得臂架变形，其主要的变形形态如 图3a-图3c所示。图3a显示的为一阶模态振型，图3b显示的为二阶模态振型，图3a显示 的为=阶模态振型。离散点1-7上可W设置应变传感器，并且每节臂可W设置一个角度触 感器。优选地，角度传感器可W粘贴在形变最大的离散点处，一般可W选择节臂上居中的离 散点处。
[0027] 为了根据所述多个离散点的曲率半径W及所述一个离散点所在圆弧的切线相对 于水平面的夹角监测臂架的形状，可W执行W下步骤；根据多个离散点的曲率半径W及相 邻离散点之间的弧长计算弧长所对应的角度；根据所述弧长所对应的角度w及所述一个离 散点所在圆弧的切线相对于水平面的夹角计算除所述一个离散点之外的各个离散点所在 圆弧的切线相对于水平面的夹角；在各个离散点处建立动坐标系，其中该动坐标系W离散 点为原点，W离散点所在圆弧的切线方向为X轴，W离散点所在圆弧的法线方向为y轴；计 算各个离散点在前一离散点所处的动坐标系中的坐标值；将所述在前一离散点所处的动坐 标系中的坐标值变换到W臂架根部为原点建立的固定坐标系中，其中所述固定坐标系W水 平方向为y轴，W竖直方向为X轴；根据所述各个离散点在所述固定坐标系中的坐标值得到 臂架的形状，从而监测臂架的形状。
[002引图5示出了曲线上离散点几何关系图。应变传感器，例如光纤光栅应变传感器或 光纤曲率传感器，粘贴在M点，e为M点检测到的应变值，t为应变传感器粘贴处到臂架中