專利名稱：基于物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形變檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域，特別是一種基于物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形變檢測裝置。
背景技術(shù)：
隨著社會現(xiàn)代化建設(shè)和機(jī)械化程度的提高，越來越多的生產(chǎn)、生活環(huán)節(jié)，都采用機(jī)械設(shè)備輔助或者替代人工作業(yè)，例如:鏟車、叉車、吊車等等。由于這些機(jī)械設(shè)備通常需要承載數(shù)噸甚至更重的負(fù)荷，所以它們的材料和結(jié)構(gòu)要非常穩(wěn)定、扎實(shí)。同時(shí)，大負(fù)荷的工作，常常會造成設(shè)備的變形、松脫和損壞。而這些情況的發(fā)生，往往會造成嚴(yán)重的事故發(fā)生。所以，對這些運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的形變檢測，將有助于及時(shí)的發(fā)現(xiàn)裝置的損壞，避免事故的發(fā)生，也有助于裝置的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形變檢測裝置。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:裝置包括檢測結(jié)點(diǎn)、主控結(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)服務(wù)中心。檢測結(jié)點(diǎn):包括控制模塊、通信模塊、存儲模塊和傳感器模塊。通信模塊包括短距無線通信子模塊和有線通信子模塊；傳感器模塊包括三軸陀螺儀、三軸加速度傳感器和三軸地磁傳感器。主控結(jié)點(diǎn):包括控制模塊、通信模塊、存儲模塊和本地?cái)?shù)據(jù)庫。通信模塊包括短距無線通信子模塊、遠(yuǎn)距無線通信子模塊和有線通信子模塊；本地?cái)?shù)據(jù)庫存儲包括所安裝的運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備各部件的檢測結(jié)點(diǎn)在正常工作、形變或故障的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)服務(wù)中心:支持以太網(wǎng)、移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)和有線通信接口，包括專家系統(tǒng)和專家數(shù)據(jù)庫，專家數(shù)據(jù)庫存儲有不同類型、不同型號的運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備的各部件檢測結(jié)點(diǎn)正常工作、形變或故障的詳細(xì)數(shù)據(jù)；支持各運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備的主控結(jié)點(diǎn)上傳、下載數(shù)據(jù)；通過專家系統(tǒng)建立的運(yùn)動(dòng)模型，進(jìn)行形變或故障數(shù)據(jù)分析。在一套運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上，安裝一個(gè)主控結(jié)點(diǎn)和不只一個(gè)檢測結(jié)點(diǎn)。檢測結(jié)點(diǎn)與主控結(jié)點(diǎn)之間采用短距無線方式通信。主控結(jié)點(diǎn)通過短距無線通信子模塊構(gòu)建的無線局域網(wǎng)與檢測結(jié)點(diǎn)通信，并通過遠(yuǎn)距無線通信子模塊或者有線通信子模塊連接到數(shù)據(jù)服務(wù)中心。主控結(jié)點(diǎn)通過通信模塊從數(shù)據(jù)服務(wù)中心下載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和更新數(shù)據(jù)；并向數(shù)據(jù)服務(wù)中心上傳數(shù)據(jù)。主控結(jié)點(diǎn)和各檢測結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)保存在本地?cái)?shù)據(jù)庫和檢測結(jié)點(diǎn)中，本地?cái)?shù)據(jù)庫存儲有該運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備各部件在正常工作、形變或故障的數(shù)據(jù)。在該套運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上,有至少一個(gè)檢測結(jié)點(diǎn)作為初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)，該初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)安裝位置選在運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且運(yùn)動(dòng)方向、速度與運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備本身的運(yùn)動(dòng)形式保持一致的地方，用于其他檢測結(jié)點(diǎn)的初始定位標(biāo)準(zhǔn)，其他檢測結(jié)點(diǎn)安裝在對運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)形變感應(yīng)較敏感的位置或者運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上的兩個(gè)連接件相互連接固定的位置。在運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上安裝的檢測結(jié)點(diǎn)，利用傳感器模塊采集該檢測點(diǎn)的線加速度、角速度和地磁數(shù)據(jù)，經(jīng)過檢測結(jié)點(diǎn)的控制模塊預(yù)處理后，由通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給主控結(jié)點(diǎn),主控結(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)處理檢測結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)；主控結(jié)點(diǎn)建立有本地?cái)?shù)據(jù)庫,主控結(jié)點(diǎn)將收集到的各檢測結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)處理后，與本地?cái)?shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，如出現(xiàn)形變、故障數(shù)據(jù)，就發(fā)出警報(bào)，并將檢測數(shù)據(jù)通過通信模塊上傳給數(shù)據(jù)服務(wù)中心。為了數(shù)據(jù)服務(wù)中心的統(tǒng)一管理和數(shù)據(jù)的分析，同類型、同型號的運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備所安裝的檢測結(jié)點(diǎn)數(shù)量和位置一致。數(shù)據(jù)服務(wù)中心的專家數(shù)據(jù)庫，由兩部分?jǐn)?shù)據(jù)來源:1、在運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備出廠前的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、測試階段，給運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備安裝檢測結(jié)點(diǎn)，并對運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行較為全面的調(diào)試，獲取在正常運(yùn)轉(zhuǎn)工作時(shí)，行駛、顛簸、負(fù)重、碰撞等容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)扭曲、形變、松脫等情況下的傳感器數(shù)據(jù)。2、運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備在出廠后的工作工程中，由運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上的檢測結(jié)點(diǎn)采集，通過主控結(jié)點(diǎn)上傳的傳感器數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)服務(wù)中心的專家系統(tǒng)給不同類型、不同型號的運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備建立了 3維動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)模型，3維動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)模型可以導(dǎo)入各主控結(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)分析，還原運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備運(yùn)動(dòng)軌跡和形變、故障情況，從而發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上的其他潛在的問題。在一套運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上，根據(jù)彼此的連接關(guān)系將部件進(jìn)行分類分級處理，分為:初級連接部件，一級連接部件，M (M為大于或等于2的自然數(shù))級連接部件。初級連接部件:安裝在運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且運(yùn)動(dòng)方向、速度等與運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備本身的運(yùn)動(dòng)形式保持一致的部件。初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)安裝在這一級連接部件上。一級連接部件:通過初級連接部件，連接安裝在運(yùn)動(dòng)物體上，在運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有相對初級連接部件的相對運(yùn)動(dòng)發(fā)生或者形變發(fā)生的連接部件。一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)和用于檢測一級連接部件形變的其他檢測結(jié)點(diǎn)，安裝在這一級連接部件上。M (M為大于或等于2的自然數(shù))級連接部件:通過M-1級連接部件，連接安裝在運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上，在運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有相對M-1級連接部件的相對運(yùn)動(dòng)發(fā)生或者形變發(fā)生的連接部件。M級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)和用于檢測M級連接部件形變的其他檢測結(jié)點(diǎn)，安裝在這一級連接部件上。如果有不只一個(gè)同一級的連接部件，且彼此間獨(dú)立，無直接的連接關(guān)系時(shí)，每一個(gè)連接部件應(yīng)選擇各自獨(dú)立的基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)。各基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)，同時(shí)用做本級檢測結(jié)點(diǎn)和該連接部件連接的下一級連接部件的基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的路由結(jié)點(diǎn)。利用以上的結(jié)構(gòu)形變檢測裝置進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形變檢測:
結(jié)構(gòu)形變檢測主要通過分析傳感器數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析有兩個(gè)階段:第一階段在主控結(jié)點(diǎn)和檢測結(jié)點(diǎn)完成，第二階段在數(shù)據(jù)服務(wù)中心完成。在數(shù)據(jù)服務(wù)中心，收集匯總各運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上傳的傳感器數(shù)據(jù)，用單個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上各檢測結(jié)點(diǎn)的傳感器數(shù)據(jù)，生成一個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤和結(jié)構(gòu)形變的動(dòng)態(tài)模型，并對模型進(jìn)行分析。通過模型分析數(shù)據(jù)，判斷運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備的形變情況。第一階段在主控結(jié)點(diǎn)和檢測結(jié)點(diǎn)的檢測步驟如下:
步驟1:初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)的自校準(zhǔn)。步驟2:以初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)為參考結(jié)點(diǎn)，比較初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)線加速度和一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)的線加速度，比較初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)角速度和一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)的角速度，比較初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)地磁數(shù)據(jù)和一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)的地磁數(shù)據(jù)。
步驟3:以一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)為參考結(jié)點(diǎn)，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)線加速度和其他在一級連接部件上的N-1 (N為大于或等于2的自然數(shù))個(gè)一級檢測結(jié)點(diǎn)的線加速度，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)角速度和其他在一級連接部件上的N-1個(gè)一級檢測結(jié)點(diǎn)的角速度，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)的地磁數(shù)據(jù)和其他在一級連接部件上的N-1個(gè)一級檢測結(jié)點(diǎn)的地磁數(shù)據(jù)。步驟4:以一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)為參考結(jié)點(diǎn)，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)線加速度和二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)的線加速度，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)角速度和二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)的角速度，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)地磁數(shù)據(jù)和二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)的地磁數(shù)據(jù)。步驟5:以二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)為參考結(jié)點(diǎn)，比較二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)線加速度和其他在二級連接部件上的N-1 (N為大于或等于2的自然數(shù))個(gè)二級檢測結(jié)點(diǎn)的線加速度，比較二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)角速度和其他在二級連接部件上的N-1個(gè)二級檢測結(jié)點(diǎn)的角速度，比較二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)的地磁數(shù)據(jù)和其他在二級連接部件上的N-1個(gè)二級檢測結(jié)點(diǎn)的地磁數(shù)據(jù)。步驟6:以M級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)為參考結(jié)點(diǎn)，比較M(M為大于或等于2的自然數(shù))級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)線加速度和M + I級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)的線加速度，比較M級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)角速度和M+1級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)的角速度，比較M級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)的地磁數(shù)據(jù)和M+1級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)的地磁數(shù)據(jù)。步驟7:以M+1級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)為參考結(jié)點(diǎn)，比較M + I級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)線加速度和其他的N-1個(gè)M+1級檢測結(jié)點(diǎn)的線加速度，比較M+1級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)角速度和其他的N-1個(gè)M+1級檢測結(jié)點(diǎn)的角速度，比較M+1級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)的地磁數(shù)據(jù)和其他的N-1個(gè)M+1級檢測結(jié)點(diǎn)的地磁數(shù)據(jù)。步驟2、3、4、5、6、7的比較方法為:將檢測結(jié)點(diǎn)的線加速度、角速度、地磁的數(shù)據(jù)，用平行四邊形定則、三角形定則等方法進(jìn)行矢量分解，將檢測結(jié)點(diǎn)的線加速度分解成兩個(gè)分量的組合:1、參考結(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向上的線加速度分量；2、在某一個(gè)方向線加速度分量。將檢測結(jié)點(diǎn)的角速度分解成兩個(gè)分量的組合:1、參考結(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向上的角速度分量；2、在某一個(gè)方向線角速度分量。將檢測結(jié)點(diǎn)的地磁數(shù)據(jù)分解成兩個(gè)分量的組合:1、參考結(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向上的地磁數(shù)據(jù)分量；2、在某一個(gè)方向線地磁數(shù)據(jù)分量。檢測結(jié)點(diǎn)的線加速度、角速度、地磁的數(shù)據(jù)與參考結(jié)點(diǎn)比較，如果方向、大小都一樣，表示檢測結(jié)點(diǎn)與參考結(jié)點(diǎn)相對靜止；否則，對照數(shù)據(jù)庫，根據(jù)數(shù)據(jù)庫的值來判斷安裝該檢測結(jié)點(diǎn)的部件的運(yùn)動(dòng)是否正常，是否發(fā)生形變、松動(dòng)或者脫落。本發(fā)明有助于及時(shí)的發(fā)現(xiàn)鏟車、叉車、吊車等機(jī)械設(shè)備的損壞，避免事故的發(fā)生，也有助于機(jī)械設(shè)備的改進(jìn)。


圖1為本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)形變檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的實(shí)施例在叉車上的檢測結(jié)點(diǎn)安裝示意圖。圖中標(biāo)記:1_門架；2_左貨叉；3_右貨叉；4_擋貨架；5_鏈條,6-傾斜液缸；7-檢測結(jié)點(diǎn)；8_主控結(jié)點(diǎn)；9_數(shù)據(jù)服務(wù)中心；10_吊車；11_鉤機(jī)；12_叉車；001、111、112、113、121、122、131、132、141、142 和 143 都是檢測結(jié)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例:
基于物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形變檢測裝置，包括檢測結(jié)點(diǎn)7、主控結(jié)點(diǎn)8和數(shù)據(jù)服務(wù)中心9。檢測結(jié)點(diǎn)7:包括有控制模塊、通信模塊、存儲模塊和傳感器模塊。通信模塊包括短距無線通信子模塊和有線通信子模塊；傳感器模塊包括三軸陀螺儀，三軸加速度傳感器和三軸地磁傳感器。主控結(jié)點(diǎn)8:包括控制模塊、通信模塊、存儲模塊和本地?cái)?shù)據(jù)庫，通信模塊包括短距無線通信子模塊、遠(yuǎn)距無線通信子模塊和有線通信子模塊。本地?cái)?shù)據(jù)庫存儲包括所安裝的運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備各部件的檢測結(jié)點(diǎn)在正常工作、形變或故障的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)服務(wù)中心9:支持以太網(wǎng)、移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)和有線通信接口，包括專家系統(tǒng)和專家數(shù)據(jù)庫，專家數(shù)據(jù)庫存儲有不同類型、不同型號的運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備的各部件檢測結(jié)點(diǎn)7正常工作、形變或故障的詳細(xì)數(shù)據(jù)。支持叉車12、鉤機(jī)11、吊車10各運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備的主控結(jié)點(diǎn)8上傳、下載數(shù)據(jù)。并且，通過專家系統(tǒng)建立的運(yùn)動(dòng)模型，進(jìn)行形變或故障數(shù)據(jù)分析。在本實(shí)施例中，每個(gè)主控結(jié)點(diǎn)7裝在一套運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上，每個(gè)主控結(jié)點(diǎn)8跟所裝運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上的不只一個(gè)檢測結(jié)點(diǎn)7，采用Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通信。各主控結(jié)點(diǎn)8通過有線的串行通信，或者3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)服務(wù)中心9的專家數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的上傳、下載。在本實(shí)施例中，分別在一臺叉車12、一臺鉤機(jī)11、一臺吊車10上安裝一套主控結(jié)點(diǎn)8和不只一個(gè)檢測結(jié)點(diǎn)7。其中，將一套主控結(jié)點(diǎn)8和檢測結(jié)點(diǎn)7安裝在叉車12上，用于檢測叉車12的左貨叉2、右貨叉3、門架1、擋貨架4等承重、受力部分的形變。其中，有一個(gè)主控結(jié)點(diǎn)8和十一個(gè)檢測結(jié)點(diǎn)7。叉車12的傾斜液缸6連接門架1，門架I在傾斜液缸6的作用下，可以有一定角度的傾斜。門架I與擋貨架4通過鏈條5連接，擋貨架4可以沿鏈條5方向滑動(dòng)。左貨叉2、右貨叉3固定連接在擋貨架4上。傾斜液缸6固定在叉車車身上的一端，做為初級連接部件，門架I做為一級連接部件，擋貨架4做為二級連接部件，左貨叉2和右貨叉3分別做為兩個(gè)三級連接部件。如圖2，檢測結(jié)點(diǎn)001安裝在傾斜液缸6固定在叉車12車身上的位置，作為初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)。檢測結(jié)點(diǎn)111安裝在門架I與傾斜液缸6的連接處，檢測結(jié)點(diǎn)112、檢測結(jié)點(diǎn)113分別安裝在門架I的下部和上部，檢測結(jié)點(diǎn)111，作為一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)。檢測結(jié)點(diǎn)141、檢測結(jié)點(diǎn)142、檢測結(jié)點(diǎn)143分別安裝在擋貨架4上。檢測結(jié)點(diǎn)141作為二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)。檢測結(jié)點(diǎn)121、檢測結(jié)點(diǎn)122分別安裝在左貨叉2的頂部和底前部，檢測結(jié)點(diǎn)121作為三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)。檢測結(jié)點(diǎn)131、檢測結(jié)點(diǎn)132分別安裝在右貨叉3的頂部和底前部，檢測結(jié)點(diǎn)131作為另一個(gè)三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)。在叉車12工作的任何一個(gè)時(shí)刻，傾斜液缸6連接門架1，在叉車12正常工作時(shí)，無論是前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎，還是其他的正常工作狀態(tài)，門架I只有在傾斜液缸6的作用下發(fā)生傾斜，其他情況下門架I與傾斜液缸6應(yīng)該始終保持相對靜止，即:檢測結(jié)點(diǎn)111與001相對靜止。檢測結(jié)點(diǎn)111，作為一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)，是檢測結(jié)點(diǎn)112、113的參考結(jié)點(diǎn)。對于檢測結(jié)點(diǎn)112而言，只有在傾斜液缸6工作，門架I傾斜運(yùn)動(dòng)的過程中，會有相對于檢測結(jié)點(diǎn)111的相對轉(zhuǎn)動(dòng)外，其他的任何時(shí)刻，應(yīng)該與檢測結(jié)點(diǎn)111保持相對靜止。同理，檢測結(jié)點(diǎn)113。由于擋貨架4只能在鏈條5的帶動(dòng)下，沿著門架上I下移動(dòng)，所以門架I和擋貨架4的相對運(yùn)動(dòng)，只有鏈條5的軸向上的運(yùn)動(dòng)。檢測結(jié)點(diǎn)141，作為二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)，是檢測結(jié)點(diǎn)142、143的參考結(jié)點(diǎn)，相對門架I上的檢測結(jié)點(diǎn)111，只有在沿著門架I上下移動(dòng)時(shí)，有鏈條5的軸向上的運(yùn)動(dòng)，其他情況應(yīng)該相對靜止。左貨叉2固定連接在擋貨架4上，所以左貨叉2應(yīng)該與擋貨架4始終保持相對靜止。所以檢測結(jié)點(diǎn)121應(yīng)該與檢測結(jié)點(diǎn)141保持相對靜止。同時(shí),檢測結(jié)點(diǎn)121,作為三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)，是檢測結(jié)點(diǎn)122的參考結(jié)點(diǎn)。檢測結(jié)點(diǎn)121與檢測結(jié)點(diǎn)122,也是保持相對靜止。由以上說明可以知道:同一個(gè)部件的各個(gè)點(diǎn)，在未發(fā)生形變的前提下，在運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備工作的任何瞬間，都應(yīng)該相對靜止或者是呈角速度相等的旋轉(zhuǎn)。如果不滿足以上兩個(gè)條件，則說明部件本身發(fā)生形變。對于兩個(gè)相連接的部件，一般情況下也是保持相對靜止，只會工作在一定條件下，才會有某些特定方式的相對運(yùn)動(dòng)，例如:滑動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)等。否則，說明部件之間發(fā)生松動(dòng)、脫落等情況。在叉車12上的結(jié)構(gòu)形變檢測方法如下:
首先，該叉車12上的主控結(jié)點(diǎn)需從數(shù)據(jù)服務(wù)中心的專家數(shù)據(jù)庫下載各檢測結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，存入本地?cái)?shù)據(jù)庫。在叉車12工作時(shí)，對叉車進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測。步驟如下:
步驟1:叉車12車身上的初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)001的自校準(zhǔn)。步驟2:以初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)001為參考結(jié)點(diǎn)，比較初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)001線加速度和門架I上的一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)111的線加速度，比較初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)001角速度和門架I上的一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)111的角速度，比較初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)001地磁數(shù)據(jù)和門架I上的一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)111的地磁數(shù)據(jù)。步驟3:以門架I上的一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)111為參考結(jié)點(diǎn)，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)111線加速度和門架I上的其他一級檢測結(jié)點(diǎn)112、113的線加速度，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)111角速度和門架I上的一級檢測結(jié)點(diǎn)112、113的角速度，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)111的地磁數(shù)據(jù)和門架I上的一級檢測結(jié)點(diǎn)112、113的地磁數(shù)據(jù)。步驟4:以門架上I的一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)為參考結(jié)點(diǎn)，比較門架I上的一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)線加速度和擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)141的線加速度，比較門架I上的一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)141角速度和擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)141的角速度，比較門架I上的一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)141的地磁數(shù)據(jù)和擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)141的地磁數(shù)據(jù)。步驟5:以擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)為參考結(jié)點(diǎn)，比較擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)線加速度和擋貨架4上的其他二級檢測結(jié)點(diǎn)142、143的線加速度，比較擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)142、143角速度和擋貨架4上的其他二級檢測結(jié)點(diǎn)142、143的角速度，比較擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)141的地磁數(shù)據(jù)和擋貨架4上的其他二級檢測結(jié)點(diǎn)142、143的地磁數(shù)據(jù)。步驟6:以擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)141為參考結(jié)點(diǎn)，比較擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)141線加速度和左貨叉2上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)121的線加速度，比較擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)141角速度和左貨叉2上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)121的角速度，比較擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)141的地磁數(shù)據(jù)和左貨叉2上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)141的地磁數(shù)據(jù)。步驟7:以左貨叉2上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)121為參考結(jié)點(diǎn)，比較左貨叉2上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)線121加速度和左貨叉2上的其他三級檢測結(jié)點(diǎn)122的線加速度，比較左貨叉2上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)121角速度和左貨叉2上的其他三級檢測結(jié)點(diǎn)122的角速度，比較左貨叉2上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)121的地磁數(shù)據(jù)和左貨叉2上的其他三級檢測結(jié)點(diǎn)122的地磁數(shù)據(jù)。步驟8:以擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)141為參考結(jié)點(diǎn)，比較擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)線141加速度和右貨叉3上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)131的線加速度，比較擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)141角速度和右貨叉3上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)131的角速度，比較擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)141的地磁數(shù)據(jù)和右貨叉3上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)131的地磁數(shù)據(jù)。步驟9:以右貨叉3上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)131為參考結(jié)點(diǎn)，比較右貨叉3上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)131線加速度和右貨叉3上的其他三級檢測結(jié)點(diǎn)132的線加速度，比較右貨3叉上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)131角速度和右貨叉3上的其他三級檢測結(jié)點(diǎn)132的角速度，比較右貨3叉上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)131的地磁數(shù)據(jù)和右貨叉3上的其他三級檢測結(jié)點(diǎn)132的地磁數(shù)據(jù)。步驟2、3、4、5、6、7、8、9的比較方法為:將檢測結(jié)點(diǎn)的線加速度、角速度、地磁的數(shù)
據(jù)，用平行四邊形 定則、三角形定則等方法進(jìn)行矢量分解，將檢測結(jié)點(diǎn)的線加速度分解成兩個(gè)分量的組合:1、參考結(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向上的線加速度分量；2、在某一個(gè)方向線加速度分量。將檢測結(jié)點(diǎn)的線加速度、角速度、地磁的數(shù)據(jù)與其參考結(jié)點(diǎn)比較，如果方向、大小都一樣，表示檢測結(jié)點(diǎn)與參考結(jié)點(diǎn)相對靜止；否則，對照主控結(jié)點(diǎn)上的本地?cái)?shù)據(jù)庫，根據(jù)本地?cái)?shù)據(jù)庫的值來判斷安裝該檢測結(jié)點(diǎn)的部件的運(yùn)動(dòng)是否正常，是否發(fā)生形變、松動(dòng)或者脫落。同時(shí)，主控結(jié)點(diǎn)8將從^^一個(gè)檢測結(jié)點(diǎn)7收集的數(shù)據(jù)，上傳給數(shù)據(jù)服務(wù)中心9，在數(shù)據(jù)服務(wù)中心9的專家系統(tǒng)上建立一個(gè)如圖2的3維動(dòng)態(tài)模型，專家系統(tǒng)利用慣性導(dǎo)航的原理和計(jì)算方法，還原叉車12以及叉車12上門架1、擋貨架4、左貨叉2、右貨叉3上各個(gè)檢測結(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而發(fā)現(xiàn)各檢測結(jié)點(diǎn)反應(yīng)出來的微形變。并將這些數(shù)據(jù)提取出來的共性數(shù)據(jù)，存入數(shù)據(jù)服務(wù)中心9上的專家數(shù)據(jù)庫，提供各個(gè)同型號叉車上的主控結(jié)點(diǎn)8下載。并向上傳這些原始數(shù)據(jù)的叉車12的主控結(jié)點(diǎn)8發(fā)出預(yù)警信號，提醒及時(shí)檢修。同理，在吊車10、鉤機(jī)11或者其他不同類型、不同型號上安裝的每一套主控結(jié)點(diǎn)和檢測結(jié)點(diǎn)都可以采樣這樣的方法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)形變檢測。
權(quán)利要求
1.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形變檢測裝置，其特征在于裝置包括檢測結(jié)點(diǎn)、主控結(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)服務(wù)中心； 檢測結(jié)點(diǎn):包括控制模塊、通信模塊、存儲模塊和傳感器模塊；通信模塊包括短距無線通信子模塊和有線通信子模塊；傳感器模塊包括三軸陀螺儀、三軸加速度傳感器和三軸地磁傳感器； 主控結(jié)點(diǎn):包括控制模塊、通信模塊、存儲模塊和本地?cái)?shù)據(jù)庫；通信模塊包括短距無線通信子模塊、遠(yuǎn)距無線通信子模塊和有線通信子模塊；本地?cái)?shù)據(jù)庫存儲包括所安裝的運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備各部件的檢測結(jié)點(diǎn)在正常工作、形變或故障的數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)服務(wù)中心:支持以太網(wǎng)、移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)和有線通信接口，包括專家系統(tǒng)和專家數(shù)據(jù)庫，專家數(shù)據(jù)庫存儲有不同類型、不同型號的運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備的各部件檢測結(jié)點(diǎn)正常工作、形變或故障的詳細(xì)數(shù)據(jù)；支持各運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備的主控結(jié)點(diǎn)上傳、下載數(shù)據(jù)；通過專家系統(tǒng)建立的運(yùn)動(dòng)模型，進(jìn)行形變或故障數(shù)據(jù)分析； 在一套運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上，安裝一個(gè)主控結(jié)點(diǎn)和不只一個(gè)檢測結(jié)點(diǎn)； 檢測結(jié)點(diǎn)與主控結(jié)點(diǎn)之間采用短距無線方式通信；主控結(jié)點(diǎn)通過短距無線通信子模塊構(gòu)建的無線局域網(wǎng)與檢測結(jié)點(diǎn)通信，并通過遠(yuǎn)距無線通信子模塊或者有線通信子模塊連接到數(shù)據(jù)服務(wù)中心；主控結(jié)點(diǎn)通過通信模塊從數(shù)據(jù)服務(wù)中心下載基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和更新數(shù)據(jù)；并向數(shù)據(jù)服務(wù)中心上傳數(shù)據(jù)；主控結(jié)點(diǎn)和各檢測結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)保存在本地?cái)?shù)據(jù)庫和檢測結(jié)點(diǎn)中，本地?cái)?shù)據(jù)庫存儲有該運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備各部件在正常工作、形變或故障的數(shù)據(jù)； 在該套運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上，有至少一個(gè)檢測結(jié)點(diǎn)作為初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)，該初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)安裝位置選在運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且運(yùn)動(dòng)方向、速度與運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備本身的運(yùn)動(dòng)形式保持一致的地方，用于其他檢測結(jié)點(diǎn)的初始定位標(biāo)準(zhǔn)，其他檢測結(jié)點(diǎn)安裝在對運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)形變感應(yīng)較敏感的位置或者運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上的兩個(gè)連接件相互連接固定的位置； 在運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上 安裝的檢測結(jié)點(diǎn)，利用傳感器模塊采集該檢測點(diǎn)的線加速度、角速度和地磁數(shù)據(jù)，經(jīng)過檢測結(jié)點(diǎn)的控制模塊預(yù)處理后，由通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給主控結(jié)點(diǎn)，主控結(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)處理檢測結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)；主控結(jié)點(diǎn)建立有本地?cái)?shù)據(jù)庫,主控結(jié)點(diǎn)將收集到的各檢測結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)處理后，與本地?cái)?shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，如出現(xiàn)形變、故障數(shù)據(jù)，就發(fā)出警報(bào)，并將檢測數(shù)據(jù)通過通信模塊上傳給數(shù)據(jù)服務(wù)中心； 為了數(shù)據(jù)服務(wù)中心的統(tǒng)一管理和數(shù)據(jù)的分析，同類型、同型號的運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備所安裝的檢測結(jié)點(diǎn)數(shù)量和位置一致；數(shù)據(jù)服務(wù)中心的專家數(shù)據(jù)庫，由兩部分?jǐn)?shù)據(jù)來源:1、在運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備出廠前的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、測試階段，給運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備安裝檢測結(jié)點(diǎn)，并對運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行較為全面的調(diào)試，獲取在正常運(yùn)轉(zhuǎn)工作時(shí)，行駛、顛簸、負(fù)重、碰撞等容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)扭曲、形變、松脫等情況下的傳感器數(shù)據(jù)；2、運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備在出廠后的工作工程中，由運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上的檢測結(jié)點(diǎn)采集，通過主控結(jié)點(diǎn)上傳的傳感器數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)服務(wù)中心的專家系統(tǒng)給不同類型、不同型號的運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備建立了 3維動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)模型，3維動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)模型可以導(dǎo)入各主控結(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)分析，還原運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備運(yùn)動(dòng)軌跡和形變、故障情況，從而發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上的其他潛在的問題； 在一套運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上，根據(jù)彼此的連接關(guān)系將部件進(jìn)行分類分級處理，分為:初級連接部件，一級連接部件，M級連接部件;M為大于或等于2的自然數(shù)；初級連接部件:安裝在運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且運(yùn)動(dòng)方向、速度等與運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備本身的運(yùn)動(dòng)形式保持一致的部件；初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)安裝在這一級連接部件上； 一級連接部件:通過初級連接部件，連接安裝在運(yùn)動(dòng)物體上，在運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有相對初級連接部件的相對運(yùn)動(dòng)發(fā)生或者形變發(fā)生的連接部件；一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)和用于檢測一級連接部件形變的其他檢測結(jié)點(diǎn)，安裝在這一級連接部件上； M級連接部件:通過M-1級連接部件,連接安裝在運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備上,在運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有相對M-1級連接部件的相對運(yùn)動(dòng)發(fā)生或者形變發(fā)生的連接部件;M級基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)和用于檢測M級連接部件形變的其他檢測結(jié)點(diǎn)，安裝在這一級連接部件上…為大于或等于2的自然數(shù)； 如果有不止一個(gè)同一級的連接部件，且彼此間獨(dú)立，無直接的連接關(guān)系時(shí)，每一個(gè)連接部件應(yīng)選擇各自獨(dú)立的基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)； 各基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)， 同時(shí)用做本級各檢測結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)和該連接部件連接的下一級連接部件的基準(zhǔn)檢測結(jié)點(diǎn)向上一級結(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的路由結(jié)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形變檢測裝置。包括檢測結(jié)點(diǎn)、主控結(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)服務(wù)中心。檢測結(jié)點(diǎn)包括控制模塊、通信模塊、存儲模塊和傳感器模塊。主控結(jié)點(diǎn)包括控制模塊、通信模塊、存儲模塊和本地?cái)?shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)服務(wù)中心支持以太網(wǎng)、移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)和有線通信接口，包括專家系統(tǒng)和專家數(shù)據(jù)庫，專家數(shù)據(jù)庫存儲有不同類型、不同型號的運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備的各部件檢測結(jié)點(diǎn)正常工作、形變或故障的詳細(xì)數(shù)據(jù)；支持各運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備的主控結(jié)點(diǎn)上傳、下載數(shù)據(jù)；通過專家系統(tǒng)建立的運(yùn)動(dòng)模型，進(jìn)行形變或故障數(shù)據(jù)分析。本發(fā)明有助于及時(shí)的發(fā)現(xiàn)鏟車、叉車、吊車等各類機(jī)械設(shè)備的損壞，避免事故的發(fā)生，也有助于機(jī)械設(shè)備的改進(jìn)。
文檔編號H04L29/08GK103148830SQ20131005766
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月25日
發(fā)明者鄧健志, 程小輝 申請人:桂林理工大學(xué)