起重機工作區域邊界限制的控制系統及控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種起重機工作區域邊界限制的控制系統及控制方法，該控制方法按以下步驟進行：首先，輸入預先測量的起重機工作區域的安全邊界數值至起重機控制器的相應控制模塊；其次，根據上述輸入的安全邊界數值控制當前工作狀態下起重機的起重臂處于安全工作區域內工作；本發明僅通過輸入模塊就可以將安全邊界數值傳遞至控制模塊，進而實現起重機處于安全范圍內工作的控制，與現有技術相比，本發明中控制系統無需操作起重機即可實現安全邊界數值的輸入，避免了在設定安全工作區域邊界過程中存在的安全風險，并且該方式有利于快速、簡單地實現起重機工作區域作業，提高了起重機的作業效率。
【專利說明】起重機工作區域邊界限制的控制系統及控制方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及起重機控制【技術領域】，特別涉及起重機工作區域邊界限制的控制系統 及控制方法。

【背景技術】
[0002] 隨著技術的不斷發展，起重機向噸位大型化、結構復雜化以及控制智能化方向發 展，起升高度、作業幅度、起重量等越來越大，因此對吊裝的安全性提出了更高的要求。
[0003] 起重機廣泛應用于各種作業領域，由于其作業場合的復雜性以及不可選擇性，在 起重機吊裝過程中，會經常遇到像建筑物、高壓線等障礙物，一般情況下，操作者注意力多 集中于吊重物，而忽視吊臂的位置，且由于人眼視野死角的存在，以及天氣等原因，很可能 導致吊臂與障礙物相撞而引發安全事故。即使操作者既注意吊重物的位置又注意吊臂的位 置，長時間的精力集中也會使操作者產生疲勞，增加發生安全事故的可能性，另外也嚴重影 響了吊裝的效率。因此對起重機安全工作區域邊界限制是非常重要的。
[0004] 目前現有的技術方案是采用自學習式的工作區域邊界控制技術，其設定邊界限制 值的具體方法如下：現有技術是通過操縱起重機分別達到要求的工作區域邊界，然后將這 些值記錄下來。該方法可以實現起重機工作區域邊界的限制。該方法主要存在以下幾個缺 占·
[0005] 1、該技術方法在操縱起重機設定安全工作區域邊界過程中存在安全風險。如當起 重機在高壓輸電線附近作業時，其任何部位與架空輸電線的安全距離，應符合一定的要求， 否則可能會造成觸電傷亡事故，另外還可能引發二次事故，如：民用停電、醫院停電危及病 人、民航交通混亂、工廠停產等。按照現有技術設定的要求，必須操縱起重機達到安全工作 區域邊界時，才能記錄數值，這種方法是有一定的風險，因為由于天氣、視野以及動作慣性 等原因，操作者不能把握好起重機吊臂與高壓線等障礙物的安全距離（目前起重機沒有主 動探測障礙物距離的裝置）進行精確定位，容易引發安全事故。
[0006] 2、該技術方法通過操縱起重機達到安全工作區域邊界時記錄數值，效率低（復 雜）、成本高（人力成本、燃油成本以及機器損耗等）以及記錄數值可修正性差。
[0007] 效率低（復雜）指的是安全工作區域邊界值的設定，每次都需要操縱起重機進行 相關動作才能確定；成本高指的是在起重機進行相關動作時，需要消耗燃油、人力等。
[0008] 邊界值可修正性差指的是當由于動作的慣性或微動性不好時，記錄的數值可能不 是最理想的邊界值，此時需要重新設定邊界值，就必須操縱起重機重新進行相關動作。
[0009] 因此，如何提供一種起重機工作區域邊界限制的控制方法，該控制方法對于安全 工作區域設置簡單易行、效率比較高、且能源消耗比較低，是本領域內技術人員亟待解決的 技術問題。


【發明內容】

[0010] 本發明的目的為提供一種起重機工作區域邊界限制的控制方法及控制系統，該控 制方法對于安全工作區域設置簡單易行、效率比較高、且能源消耗比較低。
[0011] 為解決上述技術問題，本發明提供一種起重機工作區域邊界限制的控制方法，該 控制方法按以下步驟進行：
[0012] S10、輸入預先測量的起重機工作區域的安全邊界數值至起重機控制器的相應控 制豐吳塊；
[0013] S20、根據上述輸入的安全邊界數值控制當前工作狀態下起重機的起重臂處于安 全工作區域內工作；
[0014] 其中，所述安全邊界數值為高度數值、幅度數值、回轉數值中的至少一者。
[0015] 優選地，所述步驟S10和步驟S20之間還進一步增加以下步驟：
[0016] S30、判斷上述輸入安全邊界數值的有效性，如果判斷結果為有效，則進入步驟 S20;否則，發出提示指令；
[0017] 其中，所述有效性的判斷依據為所述起重機正常工作范圍、用戶選擇工況允許范 圍。
[0018] 優選地，在進行步驟S10之前，先進行以下判斷：
[0019] S00、選擇是否進行安全工作區域設定，如果進行安全工作區域設定，則進行步驟 S10。
[0020] 優選地，進行步驟S20的同時，還進行以下步驟：
[0021] S40、顯示所述起重臂的當前工作狀態參數；所述當前工作參數包括與輸入的安全 邊界數值相應的數值。
[0022] 優選地，進行步驟S20的同時，還進行如下步驟：對輸入的所述安全邊界數值進行 實時修正。
[0023] 優選地，步驟S20具體為：
[0024] S21、判斷起重機當前工作狀態是否處于預警區域，如果是，則進行步驟S22的同 時，發出預警指令；否則，繼續進行步驟S21 ;
[0025] S22、判斷起重機當前工作狀態是否達到所述安全邊界數值，如果是，則鎖定當前 狀態。
[0026] 優選地，在步驟S21判斷結果為是，進行步驟S22之前，先執行以下步驟：
[0027] S23、判斷起重機當前工作狀態是否接近所述安全邊界數值，如果是，降低相應部 件的動作速度，然后進行步驟S22 ;否則，繼續執行步驟S23。
[0028] 在上述控制方法的基礎上，本發明還提供了一種起重機工作區域邊界限制的控制 系統，包括以下部件：
[0029] 輸入模塊，用于操作人員將預先測量的起重機工作區域的安全邊界數值輸入至起 重機控制器的相應控制模塊；
[0030] 控制模塊，與所述輸入模塊的輸出端口連接，并用于根據上述輸入的安全邊界數 值控制當前工作狀態下起重機的起重臂處于安全工作區域內工作；
[0031] 其中，所述安全邊界數值為高度數值、幅度數值、回轉數值中的至少一者，所述控 制模塊包括高度限制邏輯單元、幅度邏輯單元、回轉限制邏輯單元三者中的至少一者，分別 用于處理所述高度數值、幅度數值、回轉數值。
[0032] 優選地，所述輸入模塊為人機交互界面，其人機界面上設置有與所述控制器進行 相互通信的虛擬操作單元和顯示單元；操作人員通過所述虛擬操作單元輸入所述安全邊界 數值，且所述起重臂的當前工作參數通過所述顯示單元顯示于所述人機界面上。
[0033] 優選地，所述人機交互界面還設置有數值修正單元，用于實時修正所述安全邊界 數值。
[0034] 本發明所提供的起重機工作區域邊界限制的控制系統中設置有專門的輸入模塊， 操作人員可以將起重機臂頭的最大高度值、最小高度值、起重臂的最大幅度值和最小幅度 值以及吊臂左邊最大回轉角度和右邊最大回轉角度等安全邊界數值中的一者或多者，輸入 到輸入模塊，并通過通訊方式傳遞給控制模塊，然后控制模塊根據輸入的安全邊界數值實 時判斷當前狀態起重機是否處于安全工作區域，從而實現了對起重機工作區域的安全邏輯 限制。
[0035] 本發明中的僅通過輸入模塊就可以將安全邊界數值傳遞至控制模塊，進而實現起 重機處于安全范圍內工作的控制，與現有技術相比，本發明中控制系統無需操作起重機即 可實現安全邊界數值的輸入，避免了在設定安全工作區域邊界過程中存在的安全風險，并 且該方式有利于快速、簡單地實現起重機工作區域作業，提高了起重機的作業效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036] 圖1為本發明一種具體實施例中起重機工作區域邊界限制的控制系統的結構框 圖；
[0037] 圖2為本發明第一種實施例中起重機工作區域邊界限制的控制方法的流程圖；
[0038] 圖3為本發明第二種實施例中起重機工作區域邊界限制的控制方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0039] 本發明的核心為提供一種起重機工作區域邊界限制的控制方法及控制系統，該控 制方法對于安全工作區域設置簡單易行、效率比較高、且能源消耗比較低。
[0040] 本文結合控制方法和控制系統進行介紹技術方案，為了使本領域的技術人員更好 地理解本發明的技術方案，下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
[0041] 請參考圖1，圖1為本發明一種具體實施例中起重機工作區域邊界限制的控制系 統的結構框圖。
[0042] 本發明提供了一種起重機工作區域邊界限制的控制系統，包括以下部件：輸入模 塊，用于操作人員將預先測量的起重機工作區域的安全邊界數值輸入至起重機控制器的相 應控制模塊；控制模塊，與輸入模塊的輸出端口連接，并用于根據上述輸入的安全邊界數值 控制當前工作狀態下起重機的起重臂處于安全工作區域內工作。控制模塊可以為車載控制 器，也可以為其他控制器。
[0043] 其中，安全邊界數值為高度數值、幅度數值、回轉數值中的至少一者，控制模塊包 括高度限制邏輯單元、幅度邏輯單元、回轉限制邏輯單元三者中的至少一者，分別用于處理 高度數值、幅度數值、回轉數值。
[0044] 具體地，高度數值包括通過吊臂伸或變幅起使吊臂臂頭達到安全的最大高度數 值，以及吊臂縮或變幅落使吊臂臂頭達到安全的最小高度數值；幅度數值是指從轉臺的回 轉中心線至吊鉤垂直中心線的水平距離，包括通過吊臂伸或變幅落使起重機幅度達到安全 的最大幅度，以及通過吊臂縮或變幅起使起重機幅度道道安全的最小幅度；同理，回轉數值 包括通過向左和向右轉動轉臺，使起重機吊臂分別達到左邊最大回轉角度和右邊最大回轉 角度。
[0045] 上述安全邊界數值的獲取可以通過人力測量，也可以通過儀器測量。
[0046] 請參考圖2,圖2為本發明第一種實施例中起重機工作區域邊界限制的控制方法 的流程圖。
[0047] 具體地，上述控制系統的控制方法按以下步驟進行：
[0048] S10、輸入預先測量的起重機工作區域的安全邊界數值至起重機控制器的相應控 制豐吳塊；
[0049] S20、根據上述輸入的安全邊界數值控制當前工作狀態下起重機的起重臂處于安 全工作區域內工作。
[0050] 本發明所提供的起重機工作區域邊界限制的控制系統中設置有專門的輸入模塊， 操作人員可以將起重機臂頭的最大高度值、最小高度值、起重臂的最大幅度值和最小幅度 值以及吊臂左邊最大回轉角度和右邊最大回轉角度等安全邊界數值中的一者或多者，輸入 到輸入模塊，并通過通訊方式傳遞給控制模塊，然后控制模塊根據輸入的安全邊界數值實 時判斷當前狀態起重機是否處于安全工作區域，從而實現了對起重機工作區域的安全邏輯 限制。
[0051] 本發明中的僅通過輸入模塊就可以將安全邊界數值傳遞至控制模塊，進而實現起 重機處于安全范圍內工作的控制，與現有技術相比，本發明中控制系統無需操作起重機即 可實現安全邊界數值的輸入，避免了在設定安全工作區域邊界過程中存在的安全風險，并 且該方式有利于快速、簡單地實現起重機工作區域作業，提高了起重機的作業效率。
[0052] 輸入模塊為人機交互界面，其人機界面上設置有與控制器進行相互通信的虛擬操 作單元；操作人員通過虛擬操作單元輸入安全邊界數值，且起重臂的當前工作參數通過顯 示單元顯示于人機界面上。這樣，操作人員可以很直觀了解目前起重機的工作狀態。人機 交互界面可以設置于操作室內，也可以設置于其他位置，實現遙控操作。
[0053] 請參考圖3,圖3為本發明第二種實施例中起重機工作區域邊界限制的控制方法 的流程圖。
[0054] 進一步地，步驟S10和步驟S20之間還可以進一步增加以下步驟：
[0055] S30、判斷上述輸入安全邊界數值的有效性，如果判斷結果為有效，則進入步驟 S20 ;否則，執行步驟S11 ;
[0056] S11、發出提示指令；
[0057] 其中，有效性的判斷依據為起重機正常工作范圍、用戶選擇工況允許范圍。例如判 斷數值是不是負數、判斷設置的邊界值是否在起重機正常工作范圍內以及判斷設置的安全 邊界數值是否在用戶選擇工況允許的范圍內等。判斷安全邊界數值有效性后，再進行邏輯 判斷。
[0058] 上述各實施例中，在進行步驟S10之前，先進行以下判斷：
[0059] S00、選擇是否進行安全工作區域設定，如果進行安全工作區域設定，則進行步驟 S10。
[0060] 上述各實施例中，在進行步驟S20的同時，還進行以下步驟：
[0061] S40、顯示起重臂的當前工作狀態參數；當前工作參數包括與輸入的安全邊界數值 相應的數值。
[0062] 在一種優選的實施方式中，上述各實施例中人機交互界面還可以設置有數值修正 單元，用于實時修正安全邊界數值。
[0063] 在進行步驟S20的同時，還進行如下步驟：對輸入的安全邊界數值進行修正。
[0064] 上述各實施例中，步驟S20具體為：
[0065] S21、判斷起重機當前工作狀態是否處于預警區域，如果是，則進行步驟S22的同 時，發出預警指令；否則，繼續進行步驟S21 ;
[0066] S22、判斷起重機當前工作狀態是否達到安全邊界數值，如果是，則鎖定當前狀態。
[0067] 在上述實施例的基礎上，在步驟S21判斷結果為是，進行步驟S22之前，先執行以 下步驟：
[0068] S23、判斷起重機當前工作狀態是否接近安全邊界數值，如果是，降低相應部件的 動作速度，然后進行步驟S22 ;否則，繼續執行步驟S23。
[〇〇69] 以上對本發明所提供的起重機工作區域邊界限制的控制方法及控制系統進行了 詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的 說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對于本【技術領域】的普通技 術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改 進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。
【權利要求】
1. 一種起重機工作區域邊界限制的控制方法，其特征在于，該控制方法按以下步驟進 行： S10、輸入預先測量的起重機工作區域的安全邊界數值至起重機控制器的相應控制模 塊； 520、 根據上述輸入的安全邊界數值控制當前工作狀態下起重機的起重臂處于安全工 作區域內工作； 其中，所述安全邊界數值為高度數值、幅度數值、回轉數值中的至少一者。
2. 如權利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步驟S10和步驟S20之間還進一步 增加以下步驟： S30、判斷上述輸入安全邊界數值的有效性，如果判斷結果為有效，則進入步驟S20 ;否 貝1J，發出提示指令； 其中，所述有效性的判斷依據為所述起重機正常工作范圍、用戶選擇工況允許范圍。
3. 如權利要求1所述的控制方法，其特征在于，在進行步驟S10之前，先進行以下判 斷： S00、選擇是否進行安全工作區域設定，如果進行安全工作區域設定，則進行步驟S10。
4. 如權利要求1至3任一項所述的控制方法，其特征在于，進行步驟S20的同時，還進 行以下步驟： S40、顯示所述起重臂的當前工作狀態參數；所述當前工作參數包括與輸入的安全邊界 數值相應的數值。
5. 如權利要求1至3任一項所述的控制方法，其特征在于，進行步驟S20的同時，還進 行如下步驟：對輸入的所述安全邊界數值進行實時修正。
6. 如權利要求1至3任一項所述的控制方法，其特征在于，步驟S20具體為： 521、 判斷起重機當前工作狀態是否處于預警區域，如果是，則進行步驟S22的同時，發 出預警指令；否則，繼續進行步驟S21 ; 522、 判斷起重機當前工作狀態是否達到所述安全邊界數值，如果是，則鎖定當前狀態。
7. 如權利要求6所述的控制方法，其特征在于，在步驟S21判斷結果為是，進行步驟 S22之前，先執行以下步驟： 523、 判斷起重機當前工作狀態是否接近所述安全邊界數值，如果是，降低相應部件的 動作速度，然后進行步驟S22 ;否則，繼續執行步驟S23。
8. -種起重機工作區域邊界限制的控制系統，其特征在于，包括以下部件： 輸入模塊，用于操作人員將預先測量的起重機工作區域的安全邊界數值輸入至起重機 控制器的相應控制模塊； 控制模塊，與所述輸入模塊的輸出端口連接，并用于根據上述輸入的安全邊界數值控 制當前工作狀態下起重機的起重臂處于安全工作區域內工作； 其中，所述安全邊界數值為高度數值、幅度數值、回轉數值中的至少一者，所述控制模 塊包括高度限制邏輯單元、幅度邏輯單元、回轉限制邏輯單元三者中的至少一者，分別用于 處理所述高度數值、幅度數值、回轉數值。
9. 如權利要求8所述的控制系統，其特征在于，所述輸入模塊為人機交互界面，其人機 界面上設置有與所述控制器進行相互通信的虛擬操作單元和顯示單元；操作人員通過所述 虛擬操作單元輸入所述安全邊界數值，且所述起重臂的當前工作參數通過所述顯示單元顯 示于所述人機界面上。
10.如權利要求9所述的控制系統，其特征在于，所述人機交互界面還設置有數值修正 單元，用于實時修正所述安全邊界數值。
【文檔編號】B66C15/00GK104098032SQ201410354302
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月23日 優先權日:2014年7月23日
【發明者】陳偉, 任衛軍, 甘新廷, 陳志 , 丁琪 申請人:徐州重型機械有限公司