[发明专利]起重吊装协作柔索并联构型装备实时故障监测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间六自由度柔索并联机构的故障监测系统，特别是一种起重吊装协作柔索并联构型装备实时故障监测系统及方法。

背景技术

柔索并联机构具有刚度大、承载能力强、动力性能好、易于控制等一系列特点，近年来，在工件对接装配、加工制造、医疗康复等领域得到了广泛应用。在专利申请号为201210199533.8的专利文献中，公开了《空间六自由度大型重载起重吊装协作柔索并联构型装备》，该发明将柔索并联机构引入到传统起重设备中，创新出了能应用于大型重载物料吊装的柔索并联构型装备。该装备继承了柔索并联机构大柔性输出、工作空间大、效率高等优点，并兼容了传统起重设备承载能力大的特点，弥补了单台起重设备协调能力差、负载能力和工作空间小等缺陷。在专利申请号201210199532.3的专利文献中，公开了《六自由度起重吊装协作柔索并联构型装备控制装置及方法》，该发明完善了该柔索并联构型装备协作起重吊装过程中，物体运动的灵活性、稳定性和精确性，提供了一种六自由度起重吊装协作柔索并联构型装备控制装置及方法。该控制装置及方法虽然解决了协作吊装过程中，并联构型装备系统惯性大、非线性，物体运动易受外界干扰等问题，但在工程实践中仍然出现负荷超限、运动间断、液压系统压力不足等故障，同时，也未能对设备运行状态进行实时监控，限制了该装备的高效率工作，制约了设备的稳定性和可靠性，降低了设备的使用寿命，给安全生产留下了隐患。

发明内容

本发明的目的是要提供一种起重吊装协作柔索并联构型装备实时故障监测系统及方法，解决柔索并联构型装备在工程实践中出现的负荷超限、运动间断、液压系统压力不足等问题，完成柔索并联构型装备运行参数和状态的实时监测，实现起重吊装协作柔索并联构型装备运行的自动化、智能化、可视化和人性化。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：起重吊装协作柔索并联构型装备实时故障监测系统由感知单元、信号处理单元和控制中心三大部分构成；所述的感知单元包括并联构型装备外部感知单元和内部感知单元两部分，其中装备外部感知单元由超声波传感器组成；装备内部感知单元包括光电编码器、位移传感器、加速度传感器、断丝检测传感器、测力传感器和温度传感器；所述的信号处理单元包括信号调理电路、模/数转换电路、信号采集和处理ARM处理器；所述的控制中心包括主控制ARM处理器、故障处理ARM处理器、人机交互设备、声光报警电路和数据存储设备。

所述的并联构型装备外部感知单元由超声波传感器组成；超声波传感器有多个，按照节点布置分别安装在并联构型装备的每台起重吊装设备和重物上，在装备工作时对每台起重吊装设备、重物和障碍物进行测距和定位。

所述的并联构型装备内部感知单元包括光电编码器、位移传感器、三轴加速度传感器、断丝检测器、测力传感器和温度传感器；光电编码器有多个，分别安装在各起重吊装设备的起升马达和回转马达上，测量马达的转角和转速；3个位移传感器，分别安装在各起重吊装设备变幅装置的油缸上，测量油缸的位移和速度；1个三轴加速度传感器安装在所吊装的重物上，测量重物在吊装过程中的姿态；3个断丝检测器和3个测力传感器分别安装在三根柔索上，每一组结构相同，分别监测柔索的断丝情况和测量柔索的拉力；温度传感器有多个，分别安装在每台起重吊装设备的液压系统中，监测液压系统温度。

所述的信号处理单元包括信号调理电路、模/数转换电路、信号采集和处理ARM处理器、无线收发模块、看门狗电路、时钟芯片和外部扩展电路接口；其中，所述的信号调理电路输出端接入模/数转换电路，模/数转换电路输出端接入信号采集和处理ARM处理器，信号采集和处理ARM处理器接有无线收发模块，用以与控制中心的主控制ARM处理器进行通信，同时还接有看门狗电路、时钟芯片和外部扩展电路接口。

所述的控制中心包括主控制ARM处理器、故障处理ARM处理器、无线收发模块、人机交互设备、声光报警电路和数据存储设备；其中，所述的无线收发模块与信号处理单元的无线收发模块配套，并与主控制ARM处理器连接，主控制ARM处理器还分别与人机交互设备、声光报警电路和数据存储设备连接，故障处理ARM处理器通过通信装置与主控制ARM处理器相连。

所述的故障监测方法如下：

1、起重吊装协作柔索并联构型装备开始吊装重物时，故障监测系统初始化，载入预先设定的故障检测指标和阀值；

2、故障监测系统运行时，安装在设备上的内部感知单元和外部感知单元开启，对设备进行监测，采集到的信号经过信号调理电路和模/数转换后，传送给信号采集和处理ARM处理器；