一种起重设备负载姿态识别方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种起重设备负载姿态识别方法及系统，属于起重设备负载姿态识别技术领域。在起重设备吊装负载过程中，为对负载进行防摇摆控制，需要得到负载姿态。目前通过机械传感器获取负载姿态存在钢丝绳绞死、导向轮卡滞等问题，影响负载姿态获取。本发明专利技术在吊装过程中，以吊点为原点确定吊点坐标系，获取负载围绕吊点坐标系旋转时的旋转角，从而确定负载在吊点坐标系中的位置。然后利用控制坐标系与吊点坐标系对应坐标轴之间的夹角，能够实现两个坐标系之间的位置的旋转变换，从而将吊点坐标系下的负载位置转换到控制坐标系下，进而得到负载姿态。本发明专利技术无需设置额外的机械连接结构，避免了机械结构卡滞等问题，能够实现负载姿态的安全识别。姿态的安全识别。姿态的安全识别。

【技术实现步骤摘要】
一种起重设备负载姿态识别方法及系统


[0001]本专利技术提供了一种起重设备负载姿态识别方法及系统，属于起重设备负载姿态识别


技术介绍

[0002]在海上吊装过程中，由于起重设备基座受海浪、海风等不确定因素影响，被吊载的物体(即吊载物，也称为负载)持续不规则摇摆，严重影响了吊载物及作业人员安全。此外，海上环境状况复杂，若等待海浪、海风相对较小的时候才进行负载吊装，难以满足日常工作效率。为此，需要一种负载姿态识别方法来实时解算负载姿态，然后根据负载姿态，通过控制算法控制海上起重设备的执行机构动作，进行防摇控制，从而解决吊装过程中负载摇摆的问题，提高海上吊装的安全性、快速性。
[0003]IMU姿态传感器具有三轴陀螺仪、三轴加速度计和地磁计，可得到被测物体的当前三轴速度、加速度、角度、旋转方向等信息，能够用来对负载姿态进行识别。目前，起重设备领域市场中，通常采用IMU姿态传感器来识别起重设备基座的摇摆参数，然后控制吊点相对大地不动，以此来减小负载摇摆，控制负载姿态相对稳定。然而，这种防摇摆控制策略缺少对负载姿态的测量和识别，防摇摆控制效果较差。
[0004]现有海上吊装姿态识别多采用机械式传感器，将吊绳摆动通过导向轮传递至编码器，获得吊绳的摆角，从而间接获得负载姿态。为此，需要设置多条钢丝绳与吊绳连接，然而实际使用过程中，经常出现钢丝绳绞死、导向轮卡滞等问题，不仅影响数据获取的实时性和可靠性，而且影响负载吊装的安全性。
[0005]综上，对于海上起重设备而言，在防摇摆控制时，缺乏一种效果安全可靠的负载姿态识别方法，导致海上吊装过程安全性低。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种起重设备负载姿态识别方法及系统，用于解决海上起重设备在海上吊装过程中难以安全识别负载姿态的问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术的起重设备负载姿态识别方法的技术方案和有益效果包括：
[0008]本专利技术提供了一种起重设备负载姿态识别方法，包括如下步骤：
[0009]S1、在起重设备吊装负载过程中，获取负载从初始位置到当前位置的旋转角，并根据所述旋转角，将负载的当前位置解算至吊点坐标系下，得到负载在吊点坐标系中的位置；所述旋转角为负载绕吊点坐标系各坐标轴旋转过的角度，吊点坐标系的原点为起重设备的吊点，吊点坐标系的xoy平面与地平面平行；
[0010]S2、获取控制坐标系与吊点坐标系对应坐标轴之间的夹角，根据所述夹角结合预先确定的控制坐标系原点与吊点坐标系原点之间的位置关系，将负载在吊点坐标系中的位置解算到控制坐标系下，得到负载在控制坐标系中的位置，进而确定负载姿态；所述控制坐
标系的原点设置在起重设备的回转机构上，根据起重设备上回转机构与吊点的位置确定控制坐标系原点与吊点坐标系原点之间的位置关系。
[0011]在起重设备吊装负载过程中，为对负载进行防摇摆控制，需要得到负载姿态。目前通过机械传感器获取负载姿态时，存在钢丝绳绞死、导向轮卡滞等问题，影响负载姿态获取。本专利技术在吊装过程中，以吊点为原点，确定吊点坐标系，获取负载围绕吊点坐标系旋转时的旋转角，从而确定负载在吊点坐标系中的位置。然后利用控制坐标系与吊点坐标系对应坐标轴之间的夹角，能够实现两个坐标系之间的位置的旋转变换，利用控制坐标系原点与吊点坐标系原点之间的位置关系，能够实现两个坐标系之间的位置的平移变换，通过旋转变换和平移变换将吊点坐标系下的负载位置转换到控制坐标系下，进而得到负载姿态。本专利技术无需设置额外的机械连接结构，避免了机械结构卡滞等问题，能够实现负载姿态的安全识别。
[0012]进一步地，步骤S1中，根据所述旋转角以及预先获取的吊绳长度，确定负载在吊点坐标系的xoy平面上的投影位置，步骤S2中将所述投影位置解算到控制坐标系下得到负载在控制坐标系中的位置。
[0013]通过吊绳长度和旋转角，将负载在吊点坐标系中的位置投影在吊点坐标系的xoy平面上，然后将投影位置解算到控制坐标系下，从而得到负载姿态，计算过程简单，便于实施。
[0014]进一步地，通过如下公式确定投影位置：
[0015][0016]式中，(x
p
，y
p
)表示投影位置p的坐标，L表示吊绳长度，α表示负载绕吊点坐标系的x轴旋转过的角度，β表示负载绕吊点坐标系的y轴旋转过的角度，θ
z
表示负载相对于当前位置下吊点坐标系的z轴旋转过的角度。
[0017]提供一组具体的公式来求解投影位置的坐标，便于计算。
[0018]进一步地，还设定参考坐标系，所述参考坐标系与控制坐标系原点重合，参考坐标系与吊点坐标系对应各坐标轴平行；利用预先确定的吊点坐标系原点与控制坐标系原点之间的位置关系，将所述投影位置解算到参考坐标系下得到负载在参考坐标系中的位置，然后利用控制坐标系与吊点坐标系对应坐标轴之间的夹角，将负载在参考坐标系中的位置解算到控制坐标系下得到负载在控制坐标系中的位置。
[0019]设定一个参考坐标系，其原点与控制坐标系原点重合，其坐标轴与吊点坐标系的坐标轴对应平行，根据起重设备的机械结构能够预先确定吊点坐标系与控制坐标系的原点之间的位置关系，从而利用该关系，将投影位置解算到参考坐标系，相当于平移变换，然后利用负载在参考坐标系中的位置解算到控制坐标系下，计算过程简单。
[0020]进一步地，利用如下公式解算负载在参考坐标系中的位置：
[0021][0022]式中，表示负载在参考坐标系中的位置，表示负载在吊点坐标系中的投影位置，表示吊点坐标系原点o与控制坐标系原点O之间的位置关系。
[0023]提供一组具体的公式来实现投影位置在吊点坐标系与参考坐标系之间的解算，计算简单，便于实施。
[0024]进一步地，将负载在控制坐标系下的位置投影在控制坐标系的XOY平面上得到负载姿态。
[0025]为实现负载姿态的实时识别，需要得到负载质心在控制坐标系下的实时投影坐标，因此，将负载在控制坐标系下的位置投影在控制坐标系的XOY平面上，从而得到负载姿态。
[0026]进一步地，通过如下公式解算负载姿态：
[0027][0028]式中，(x
pt
，y
pt
)表示负载姿态，表示负载在参考坐标系中的位置，α
K
、β
K
和θ
K
分别表示控制坐标系与参考坐标系对应坐标轴之间的夹角。
[0029]提供一组具体的公式来确定负载姿态，计算简单，便于实施。
[0030]进一步地，通过设置在负载上的姿态传感器获取步骤S1中所述的旋转角，通过设置在回转机构上的姿态传感器获取步骤S2中所述的夹角。
[0031]进一步地，所述姿态传感器为IMU姿态传感器。
[0032]本专利技术还提供一种起重设备负载姿态识别系统，包括控制器，还包括设置在负载上的至少一个姿态传感器和设置在起重设备的回转机构上的至少一个姿态传感器，控制器与姿态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种起重设备负载姿态识别方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、在起重设备吊装负载过程中，获取负载从初始位置到当前位置的旋转角，并根据所述旋转角，将负载的当前位置解算至吊点坐标系下，得到负载在吊点坐标系中的位置；所述旋转角为负载绕吊点坐标系各坐标轴旋转过的角度，吊点坐标系的原点为起重设备的吊点，吊点坐标系的xoy平面与地平面平行；S2、获取控制坐标系与吊点坐标系对应坐标轴之间的夹角，根据所述夹角结合预先确定的控制坐标系原点与吊点坐标系原点之间的位置关系，将负载在吊点坐标系中的位置解算到控制坐标系下，得到负载在控制坐标系中的位置，进而确定负载姿态；所述控制坐标系的原点设置在起重设备的回转机构上，根据起重设备上回转机构与吊点的位置确定控制坐标系原点与吊点坐标系原点之间的位置关系。2.根据权利要求1所述的起重设备负载姿态识别方法，其特征在于，步骤S1中，根据所述旋转角以及预先获取的吊绳长度，确定负载在吊点坐标系的xoy平面上的投影位置，步骤S2中将所述投影位置解算到控制坐标系下得到负载在控制坐标系中的位置。3.根据权利要求2所述的起重设备负载姿态识别方法，其特征在于，通过如下公式确定投影位置：式中，(x
p
，y
p
)表示投影位置p的坐标，L表示吊绳长度，α表示负载绕吊点坐标系的x轴旋转过的角度，β表示负载绕吊点坐标系的y轴旋转过的角度，θ
z
表示负载相对于当前位置下吊点坐标系的z轴旋转过的角度。4.根据权利要求2所述的起重设备负载姿态识别方法，其特征在于，还设定参考坐标系，所述参考坐标系与控制坐标系原点重合，参考坐标系与吊点坐标系对应各坐标轴平行；利用预先确定的吊点坐标系原点与控制坐标系原点之间的位置关系，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐峥，于志广，张基明，任世永，陈东，何朝勋，穆永涛，贾空军，杜思远，宋向涛，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一三研究所，
类型：发明
国别省市：