基于MEMS的吊车系统摆角无线测量.pdf

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1、138传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2014年第33卷第9期DOI：10．13873／J．1000--9787(2014)09-0138-03基于MEMS的吊车系统摆角无线测量高丙团，张罗马，范怡然，朱振宇，周勰(东南大学电气工程学院，江苏南京210096)摘要：提出并实现一种基于微机电系统(MEMS)的吊车系统摆角无线测量方案。测量系统包含2套具有无线通信功能的基于MEMS的航姿参考系统(AHRS)模块，一套安装在吊车本体用于检测吊车本体的空间姿态，另一套安装

2、于吊钩用于检测负载的空间姿态，以吊车本体姿态为基准校核负载的空间姿态，计算得到负载相对吊车本体的空间摆角。对提出的吊车系统摆角测量技术搭建了实验装置进行验证，实验模块集成ZigBee无线通信和基于MEMS的AHRS。实验结果表明：装置能够有效实现吊车系统摆角的有效测量。关键词：摆角检测；微机电系统；航姿参考系统；ZigBee中图分类号：TP274文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)09-0138-03⋯Wi●relessmeaSUrement·Olnswi●ngangleOtnCranesystemba

3、sed0nMEMSGAOBing—tuan，ZHANGLuo—ma，FANYi—ran，ZHUZhen—yu，ZHOUXie(SchoolofElectricalEngineering，SoutheastUniversity，Nanjing210096，China)Abstract：Awirelessswinganglesdetectionschemeforcranesystembasedonmicro—electro—mechanicalsystems(MEMS)ispresentedandrealized．Thesy

4、stemincludestwosetsofmodulesofMEMS—basedattitudeheadingreferencesystems(AHRS)withwirelesscommunicationfunction．Onesetisinstalledonthecranebodytomeasureattitudeofcranebase，andtheotheriswiththehooktodetecttheattitudeofpayload．Theswinganglesofthepayloadcanbecalculat

5、edbycalibratingtheattitudesofthepayloadtothecranebody，experimentalmodulesintegratesZigBeewirelesscommunicationintoAHRSbasedonMEMS．Experimentalresultsshowthedevicecaneffectivelyrealizeswingangleseffectivemeasurementofcranesystem．Keywords：swinganglesmeasurement；mic

6、ro—electro—mechanicalsystems(MEMS)；attitudeheadingreferencesystem(AHRS)；ZigBee0引言法判断负载的实际摆动角度。在多数的吊运过程中，特别在码头、仓库、工地等工业场所广泛应用着吊车系统，是单股吊绳的情况，负载一般都具有围绕吊绳转动的特征，其在吊运过程中不可避免地会出现“摆动”现象，这种摆动此刻采用倾角计则不能准确检测负载的空间摆角。然而可会危害吊车作业和工人安全，也会降低吊车的工作效率。采用广泛应用于航天航空的航姿参考系统(AHRS)模块J所以，对

7、吊车系统进行有效的防摆控制非常必要，基于反馈实现。控制进行防摆的一个重要前提是能够准确地进行摆角检基于国内外在吊车系统和移动物体姿态导航方面的研测。究成果，本文提出一种吊车系统摆角检测方法：由2套基于吊车摆角检测方法主要包括光电编码器]、电位MEMS传感器的AHRS模块分别检测吊车和负载的空间姿计、视觉传感器⋯和倾角计等。光电编码器和电位计态，经无线传输后相互校核解算获得吊车负载的摆角。一般只适用于小型的实验室实验装置，视觉传感器成本较1检测系统设计高且易受环境影响；倾角计在检测过程中具有一定的优势，吊车系统负载空间摆动

8、和设计的摆角检测系统如图1特别是基于微机电系统(MEMS)的倾角计成本较低。倾角所示，参考坐标XOY固定在吊车本体上，吊杆的末端A连计检测吊车摆角的缺点是当负载围绕吊绳转动时刻，则无接吊绳的始端，吊绳末端B连接负载，负载在空间摆动，收稿日期：2014-01-21基金项目：国家自然科学基金资助项目(11102039)；