ПУЛЬТ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОДЪЁМНОЙ МАШИНОЙ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель может быть применена для дистанционного управления подъемными машинами, в частности, стреловыми кранами с гидравлическим приводом с пропорциональным электроуправлением, выполненных с возможностью оснащения их навесным оборудованием для работы в качестве подъемника.
Уровень техники
Известен пульт дистанционного управления грузоподъемным краном, представляющий собой переносное устройство, содержащее клавиатуру, приемопередающий модуль для связи с цифровым блоком обработки данных системы безопасности грузоподъемного крана и источник питания (RU 58111 U1, B66C 23/88, 10.11.2006).
Данный пульт позволяет дистанционно управлять настройкой системы безопасности грузоподъемного крана и режимами передачи телеметрической информации, но не обеспечивает управление рабочими движениями грузоподъемного крана из-за отсутствия соответствующих органов управления.
Известен также пульт дистанционного управления строительной машиной, содержащий пропорциональный рычаг управления, обеспечивающий управление перемещением конца стрелы строительной машины в прямоугольной системе координат, и источник питания (RU 2344923 C1 RU 2344923 C1, B25J 9/16, E04G 21/04, B66C 23/00, 27.01.2009).
Недостатком данного устройства является то, что одним рычагом можно управлять движениями только по двум, заранее выбранным, направлениям. Для изменения системы координат необходимо производить переобучение устройства, причем управление строительной машиной производится только в прямоугольной системе координат. Это ограничивает применение устройства с одним рычагом строительными машинами, производящими перемещение груза в течение рабочего цикла только в одной плоскости. Если необходимо осуществлять управление движениями в пространстве, то необходимо использование дополнительного рычага управления. Другим недостатком устройства является отсутствие защиты от случайного включения механизмов при непреднамеренном отклонении рычага управления.
Из анализа развития подъемных машин установлена тенденция все более широкого применения электронной системы пропорционального управления (ЭПУ) особенно для условий эксплуатации грузоподъемных машин и механизмов с повышенными требованиями безопасности для обслуживающего персонала. Преимущества ЭПУ проявляются как плавное изменение скоростей исполнительных механизмов, высокая точность позиционирования рабочих органов, улучшенная динамическая характеристика, защита от гидроударов, удобство дистанционного управления из безопасной зоны. В качестве элемента управления используются пропорциональные аналоговые джойстики, например, джойстик JS-2000 фирмы «DANFOSS», подключаемый к контроллеру управления механизмом с помощью проводной или беспроводной линии связи. Больше удобств имеет джойстик с радиоканалом. Не имея привязки по проводам, оператор может легко выбирать удобное место для эффективной работы.
В частности известен пульт дистанционного управления подъемной машиной, содержащий микроконтроллер, к которому подключены задатчик рабочих движений в виде джойстика, радиомодуль с антенной, кнопка для включения механизма подъемной машины и кнопка принудительной остановки механизмов при возникновении на подъемной машине нештатной ситуации, при этом микроконтроллер приспособлен для обработки сигналов задатчика рабочих движений, а также формирования команд управления механизмом подъемной машины в соответствии с установленными направлениями рабочих движений (RU 149775 U1, В66С 13/18, 20.01.2015). Данный пульт по конструкции является наиболее близким к заявляемой полезной модели и выбран заявителем в качестве прототипа.
Для питания пропорциональных аналоговых джойстиков обычно используют аккумуляторы напряжением 12B или 24B, поэтому при использовании в пульте стандартных химических источников тока питании, предпочтительно двух батареек с номинальным напряжением 1,5B, необходим повышающий преобразователь напряжения. Это связано с тем, что изготовители не гарантируют работу джойстика при низких напряжениях и токах. Кроме того, аналоговые джойстики характеризуются достаточно большим энергопотреблением для надежной работы в широком температурном диапазоне с максимальным ресурсом эксплуатации. Поэтому использование таких джойстиков в низкопотребляющем оборудовании становится проблематичным. Кроме того, данный пульт, удерживаемый одной рукой оператора, имеет относительно большие размеры и вес, что неудобно при длительном управлении подъемной машиной и снижает тем самым его эргономичность. Недостатком данного пульта является также его высокая стоимость из-за очень сложной схемы электропитания через повышающе-понижающие преобразователи напряжений для различных компонентов устройства, таких как джойстик, дисплей, радиомодуль, микроконтроллер, аналоговые и цифровые ключи, клавиатурные регистры и схемы сопряжения логических уровней напряжения при снижении заряда батареи элементов питания.
Раскрытие полезной модели
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание простого по конструкции и эргономичного в использовании беспроводного пульта дистанционного управления подъемной машиной, имеющего малые габариты и вес при минимальном энергопотреблении в сочетании с возможностью удержания его в одной руке при управлении, и который обеспечивал бы также возможность формирования управляющих сигналов, подаваемых на механизмы подъемной машины, для выполнения ими функций, аналогичных движениям руки оператора подъемной машины.
Решение поставленной задачи и достижение технического результата обеспечивается тем, что пульт дистанционного управления подъемной машиной, содержащий микроконтроллер, к которому подключены задатчик рабочих движений, радиомодуль с антенной, кнопка для включения механизма подъемной машины и кнопка принудительной остановки механизмов при возникновении на подъемной машине нештатной ситуации, при этом микроконтроллер приспособлен для обработки сигналов задатчика рабочих движений, а также формирования команд управления механизмом подъемной машины в соответствии с установленными направлениями рабочих движений, согласно полезной модели, пульт выполнен в виде радиожезла, а в качестве задатчика рабочих движений использован микроэлектромеханический акселерометр, установленный внутри радиожезла.
Достижению технического результата способствуют также частные существенные признаки полезной модели.
Кнопка принудительной остановки механизма подъемной машины при возникновении на ней нештатной ситуации выполнена с механической или электронной фиксацией.
Микроэлектромеханический акселерометр расположен в средней части радиожезла.
К микроконтроллеру дополнительно подключен переключатель режимов управления, а микроконтроллер дополнительно приспособлен для переключения режимов управления, установки выбранных направлений рабочих движений, а также формирования команд управления механизмами подъемной машины в соответствии с выбранными направлениями рабочих движений.
Микроэлектрический акселерометр выполнен двух или многоосевым.
Сущность полезной модели заключается в том, что с помощью предлагаемого радиоканального пульта осуществляется пропорциональное дистанционное управление подъемной машиной с использованием управляющего органа в виде имитатора джойстика, представляющего собой радиожезл, при этом в качестве задатчика рабочих движений используется микроэлектромеханический акселерометр, установленный внутри радиожезла. Удержание данного пульта оператором в процессе управления подъемной машиной и само управление механизмами подъемной машины производится только одной рукой оператора путем манипуляций радиожезлом, что повышает эргономичность данного пульта - удобство в использовании, а использование в качестве задатчика рабочих движений микроэлектромеханического акселерометра улучшает его технико-экономические показатели (меньшие габариты и вес, чем у прототипа), меньшее энергопотребление и меньшая стоимость) и повышает его мобильность, так как он может устойчиво работать с использованием стандартных низковольтных химических источников тока. Для питания данного пульта можно использовать одно напряжение батареи элементов питания без дополнительных преобразователей напряжения, т.к. микроэлектромеханический акселерометр, микроконтроллер и радиомодуль полностью согласованы по питанию, что исключает сложную схему управления питанием и дополнительно повышает его надежность и снижает стоимость. В данном пульте могут быть использованы известные недорогие низковольтные электронные компоненты с очень малым энергопотреблением. При этом пульт не потребляет энергии, если не нажата ни одна из кнопок, в отличие от других батарейных кнопочных пультов, где микроконтроллер находится в режиме сна и потребляет, хотя и малый ток, но при длительном хранении может полностью разрядить батарею элементов питания. Кроме того, меньшие габариты пульта по сравнению с прототипом, обеспечивают возможность использования данного пульта в тех же жестких климатических условиях, как и подъемную машину, которую он обслуживает (от -40°C до +60°C), так как в промежутках между подачей команд на управление пульт можно защитить от воздействия внешней температуры, например, убрав его во внутренний карман верхней одежды оператора.
Выполнение кнопки принудительной остановки механизма подъемной машины при возникновении на ней нештатной ситуации с механической или электронной фиксацией исключает возможность случайного возобновления движений при отпускании кнопки принудительной остановки и случайном нажатии кнопки включения механизма подъемной машины.
Расположение микроэлектромеханического акселерометра в средней части радиожезла снижает чувствительность микроэлектрического акселерометра к дрожанию руки оператора.
Подключение к микроконтроллеру переключателя режимов управления, при этом микроконтроллер дополнительно приспособлен для переключения режимов управления, установки выбранных направлений рабочих движений, а также формирования команд управления механизмами подъемной машины в соответствии с выбранными направлениями рабочих движений, обеспечивает управление различными механизмами подъемной машины, выбираемыми данным переключателем, с использованием одного пульта, содержащего, всего один задатчик рабочих движений.
Выполнение микроэлектрического акселерометра двух или многоосевым позволяет увеличить количество управляемых движений.
Таким образом, достигаемый технический результат выражается в упрощении конструкции пульта дистанционного управления подъемной машиной, снижении энергопотребления и улучшении его эргономических характеристик.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого пульта, на фиг. 2 - расположение на корпусе пульта элементов управления.
Осуществление полезной модели
Пульт 1 дистанционного управления подъемной машиной содержит: микроконтроллер 2; трехосевой микроэлектромеханический акселерометр 3; радиомодуль 4 с антенной 5; двухпозиционный переключатель 6 режимов управления; кнопку 7 для включения механизмов подъемной машины (функция "Dead man"); кнопку 8 «Стоп» принудительной остановки механизмов подъемной машины при возникновении на ней нештатной ситуации; звуковой пьезоизлучатель 9 и батарею 10 элементов питания.
Выход микроэлектромеханического акселерометра 3 подключен к цифровому входу микроконтроллера 2. Вход переключателя 6 режимов управления подключен к общей шине пульта, а его выходы - к дискретным входам микроконтроллера 2. Радиомодуль 4 соединен с микроконтроллером 2 с помощью двухсторонней линии связи. К выходу микроконтроллера 2 подключен звуковой пьезоизлучатель 9.
Кнопка 7 выполнена с самовозвратом и имеет одну пару замыкающих контактов, при этом один из контактов кнопки 7 подключен к одному из выводов батареи 10 элементов питания (+3B), другой вывод батареи 10 элементов питания подключен к общей шине пульта, а другой контакт кнопки 7 подключен к шине 11 питания элементов пульта.
Кнопка 8 выполнена с механической или электронной фиксацией и имеет две пары замыкающих контактов, при этом одна пара замыкающих контактов подключена параллельно паре замыкающих контактов кнопки 7, а другая пара замыкающих контактов подключена к общей шине пульта и к дополнительному дискретному входу микроконтроллера 2.
Микроконтроллер 2 приспособлен для обработки сигналов задатчика рабочих движений (микроэлектромеханического акселерометра 3), для переключения режимов управления, установки выбранных направлений рабочих движений, формирования радиоэфирных команд управления механизмами подъемной машины в соответствии с выбранными направлениями рабочих движений, для обработки дискретных сигналов от переключателя 6 и кнопки 8, а также для выработки сигнала на звуковой пьезоизлучатель 9 при достижении нижнего порога напряжения питания.
Конструктивно пульт 1 выполнен в виде радиожезла, содержащего цилиндрический корпус 12 с встроенным переключателем 6 режимов управления и двумя встроенными кнопками 7 и 8. Кнопка 7 расположена на цилиндрической поверхности корпуса 12 ниже переключателя 6 и выполняет функцию «Dead man», а кнопка 8 «СТОП» расположена на торце корпуса 12 для принудительной остановки механизмов подъемной машины, например, путем удара пультом о колено ноги оператора. Внутри корпуса 12 расположена плата, на которой размещены микроконтроллер 2, микроэлектромеханический акселерометр 3 и радиомодуль 4 с антенной 5. Микроэлектромеханический акселерометр 3 и кнопка 7 для включения механизмов подъемной машины расположены в средней части радиожезла.
Корпус 12 снабжен отсеком с крышкой для батареи 10 элементов питания и может быть укомплектован также мягкой лентой для ношения пульта 1 на шее оператора. Для питания пульта 1 использованы стандартные химические источники тока - две одноразовые батарейки с номинальным напряжением 2 по 1,5B.
Пульт 1 дистанционного управления подъемной машиной работает следующим образом.
В нейтральном положении пульт 1 удерживается рукой оператора предпочтительно в вертикальном положении. Включение пульта 1 происходит при нажатии оператором кнопки 7. Выключение пульта происходит при отпускании кнопки 7.
При включении питающего напряжения микроконтроллер 2 производит выбор системы координат (набор управляемых рабочих движений), установленной переключателем 6, и запускает программу самотестирования. В процессе выполнения программы самотестирования проверяется исправность микроэлектромеханического акселерометра 3 и целостность радиолинии связи с управляемым оборудованием. Если неисправностей не выявлено, то микроконтроллер 2 переходит в нормальный рабочий режим, запоминает положение пульта как нейтральное и передает на звуковой пьезоизлучатель 9 короткий звуковой сигнал.
Теперь, пока нажата кнопка 7, при отклонении корпуса 12 в каком-либо направлении от нейтрального положения, микроконтроллер 2 вырабатывает сигналы управления приводами подъемной машины в зависимости от направления и величины отклонения корпуса 12 для осуществления рабочих движений в соответствии с выбранной системой координат. В зависимости от положения переключателя 6, на радиомодуль 4 подается различный код для передачи в эфир, что соответствует выбору соответствующего механизма подъемной машины. Если не нажата кнопка 7, пульт 1 обесточен, передача сигналов управления приводами не происходит.
Микроконтроллер 2 с радиомодулем 4 может общаться в двух направлениях передачи информации: к контроллеру управления механизмами подъемной машины и от контроллера управления механизмами подъемной машины. Это может быть полезно для настройки, диагностики и оповещения.
Работоспособность данного пульта обеспечивается с заданными техническими параметрами в диапазоне напряжений от 3B, когда батарея 10 элементов питания полностью заряжена, до 2,4B, когда у батареи 10 элементов питания резко возрастает внутреннее сопротивление и в то же время это предельно допустимое напряжение нижнего порога питания для радиомодуля 4. При напряжении 2,4В пульт издает предупредительный звуковой сигнал о необходимости замены батареи 10 элементов питания.
Приведенная функциональная схема пульта дистанционного управления подъемной машиной является лишь одним из примеров реализации предлагаемого технического решения и не определяет конструктивное исполнение данного устройства. В частности, пульт может быть не только с переключателем для включения двух наборов механизмов подъемной машины, но и, например, с дисковым переключателем на другое количество контактов для включения всех необходимых механизмов подъемной машины.
Промышленная применимость
Заявленное устройство может быть изготовлено промышленным способом на приборостроительном предприятии с использованием современных компонентов и технологий. В предлагаемом пульте можно использовать, например, микроконтроллер MSP430FR57xx со встроенной FRAM памятью компании Texas Instruments, трехосевой микроэлектромеханический акселерометр LIS3DH компании STMicroelectronics, и радиомодуль RFM23B производства компании HopeRF, выполненный на базе радиочастотного трансивера серии EZRadioPro Silabs. В качестве радиомодуля 4 могут быть использованы как простые RF-модули ISM-диапазонов, так и модули стандартных протоколов, например, WiFi-модули ESP8266, обеспечивающие возможность прямого подключения к Интернету для обновления программы микроконтроллера 2. В качестве кнопок 7 и 8 могут быть использованы микротоковые низковольтные кнопки "Multimec" 5GTH9.