專利名稱：基于物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形變檢測方法
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)形變檢測方法。
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。同時，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，對這些運動機(jī)械設(shè)備進(jìn)行實時的形變檢測，將有助于及時的發(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)形變檢測方法。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:
(I)建立一個基于物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形變檢測裝置，裝置包括檢測結(jié)點、主控結(jié)點和數(shù)據(jù)服務(wù)中心。檢測結(jié)點: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:包括控制模塊、通信模塊、存儲模塊和本地數(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；本地數(shù)據(jù)庫存儲包括所安裝的運動機(jī)械設(shè)備各部件的檢測結(jié)點在正常工作、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、不同型號的運動機(jī)械設(shè)備的各部件檢測結(jié)點正常工作、形變或故障的詳細(xì)數(shù)據(jù)；支持各運動機(jī)械設(shè)備的主控結(jié)點上傳、下載數(shù)據(jù)；通過專家系統(tǒng)建立的運動模型，進(jìn)行形變或故障數(shù)據(jù)分析。在一套運動機(jī)械設(shè)備上，安裝一個主控結(jié)點和不只一個檢測結(jié)點。檢測結(jié)點與主控結(jié)點之間采用短距無線方式通信。主控結(jié)點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)點和各檢測結(jié)點的數(shù)據(jù)保存在本地數(shù)據(jù)庫和檢測結(jié)點中，本地數(shù)據(jù)庫存儲有該運動機(jī)械設(shè)備各部件在正常工作、形變或故障的數(shù)據(jù)。在該套運動機(jī)械設(shè)備上,有至少一個檢測結(jié)點作為初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點，該初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點安裝位置選在運動機(jī)械設(shè)備上結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且運動方向、速度與運動機(jī)械設(shè)備本身的運動形式保持一致的地方，用于其他檢測結(jié)點的初始定位標(biāo)準(zhǔn)，其他檢測結(jié)點安裝在對運動機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)形變感應(yīng)較敏感的位置或者運動機(jī)械設(shè)備上的兩個連接件相互連接固定的位置。在運動機(jī)械設(shè)備上安裝的檢測結(jié)點，利用傳感器模塊采集該檢測點的線加速度、角速度和地磁數(shù)據(jù)，經(jīng)過檢測結(jié)點的控制模塊預(yù)處理后，由通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給主控結(jié)點,主控結(jié)點負(fù)責(zé)處理檢測結(jié)點數(shù)據(jù)；主控結(jié)點建立有本地數(shù)據(jù)庫,主控結(jié)點將收集到的各檢測結(jié)點數(shù)據(jù)處理后，與本地數(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，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、同型號的運動機(jī)械設(shè)備所安裝的檢測結(jié)點數(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、在運動機(jī)械設(shè)備出廠前的生產(chǎn)、設(shè)計、測試階段，給運動機(jī)械設(shè)備安裝檢測結(jié)點，并對運動機(jī)械設(shè)備進(jìn)行較為全面的調(diào)試，獲取在正常運轉(zhuǎn)工作時，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、運動機(jī)械設(shè)備在出廠后的工作工程中，由運動機(jī)械設(shè)備上的檢測結(jié)點采集，通過主控結(jié)點上傳的傳感器數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)服務(wù)中心的專家系統(tǒng)給不同類型、不同型號的運動機(jī)械設(shè)備建立了 3維動態(tài)運動模型，3維動態(tài)運動模型可以導(dǎo)入各主控結(jié)點上傳的數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)分析，還原運動機(jī)械設(shè)備運動軌跡和形變、故障情況，從而發(fā)現(xiàn)運動機(jī)械設(shè)備上的其他潛在的問題。在一套運動機(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:安裝在運動機(jī)械設(shè)備上結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且運動方向、速度等與運動機(jī)械設(shè)備本身的運動形式保持一致的部件。初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點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，連接安裝在運動物體上，在運動機(jī)械設(shè)備工作運轉(zhuǎn)時，有相對初級連接部件的相對運動發(fā)生或者形變發(fā)生的連接部件。一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點和用于檢測一級連接部件形變的其他檢測結(jié)點，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，連接安裝在運動機(jī)械設(shè)備上，在運動機(jī)械設(shè)備工作運轉(zhuǎn)時，有相對M-1級連接部件的相對運動發(fā)生或者形變發(fā)生的連接部件。M級基準(zhǔn)檢測結(jié)點和用于檢測M級連接部件形變的其他檢測結(jié)點，安裝在這一級連接部件上。如果有不只一個同一級的連接部件，且彼此間獨立，無直接的連接關(guān)系時，每一個連接部件應(yīng)選擇各自獨立的基準(zhǔn)檢測結(jié)點。各基準(zhǔn)檢測結(jié)點，同時用做本級各檢測結(jié)點的數(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)點向上一級結(jié)點傳輸數(shù)據(jù)的路由結(jié)點。(2)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)分析有兩個階段:第一階段在主控結(jié)點和檢測結(jié)點完成，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，收集匯總各運動機(jī)械設(shè)備上傳的傳感器數(shù)據(jù)，用單個運動機(jī)械設(shè)備上各檢測結(jié)點的傳感器數(shù)據(jù)，生成一個運動軌跡跟蹤和結(jié)構(gòu)形變的動態(tài)模型，并對模型進(jìn)行分析。通過模型分析數(shù)據(jù)，判斷運動機(jī)械設(shè)備的形變情況。第一階段在主控結(jié)點和檢測結(jié)點的檢測步驟如下:
步驟1:初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的自校準(zhǔn)。步驟2:以初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點為參考結(jié)點，比較初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點線加速度和一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的線加速度，比較初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點角速度和一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的角速度，比較初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點地磁數(shù)據(jù)和一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的地磁數(shù)據(jù)。步驟3:以一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點為參考結(jié)點，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點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))個一級檢測結(jié)點的線加速度，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點角速度和其他在一級連接部件上的N-1個一級檢測結(jié)點的角速度，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的地磁數(shù)據(jù)和其他在一級連接部件上的N-1個一級檢測結(jié)點的地磁數(shù)據(jù)。步驟4:以一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點為參考結(jié)點，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點線加速度和二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的線加速度，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點角速度和二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的角速度，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點地磁數(shù)據(jù)和二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的地磁數(shù)據(jù)。步驟5:以二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點為參考結(jié)點，比較二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點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))個二級檢測結(jié)點的線加速度，比較二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點角速度和其他在二級連接部件上的N-1個二級檢測結(jié)點的角速度，比較二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的地磁數(shù)據(jù)和其他在二級連接部件上的N-1個二級檢測結(jié)點的地磁數(shù)據(jù)。步驟6:以M級基準(zhǔn)檢測結(jié)點為參考結(jié)點，比較M(M為大于或等于2的自然數(shù))級基準(zhǔn)檢測結(jié)點線加速度和M + I級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的線加速度，比較M級基準(zhǔn)檢測結(jié)點角速度和M+1級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的角速度，比較M級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的地磁數(shù)據(jù)和M+1級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的地磁數(shù)據(jù)。步驟7:以M+1級基準(zhǔn)檢測結(jié)點為參考結(jié)點，比較M + I級基準(zhǔn)檢測結(jié)點線加速度和其他的N-1個M+1級檢測結(jié)點的線加速度，比較M+1級基準(zhǔn)檢測結(jié)點角速度和其他的N-1個M+1級檢測結(jié)點的角速度，比較M+1級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的地磁數(shù)據(jù)和其他的N-1個M+1級檢測結(jié)點的地磁數(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)點的線加速度分解成兩個分量的組合:1、參考結(jié)點運動方向上的線加速度分量；2、在某一個方向線加速度分量。將檢測結(jié)點的角速度分解成兩個分量的組合:1、參考結(jié)點運動方向上的角速度分量；2、在某一個方向線角速度分量。將檢測結(jié)點的地磁數(shù)據(jù)分解成兩個分量的組合:1、參考結(jié)點運動方向上的地磁數(shù)據(jù)分量；2、在某一個方向線地磁數(shù)據(jù)分量。檢測結(jié)點的線加速度、角速度、地磁的數(shù)據(jù)與參考結(jié)點比較，如果方向、大小都一樣，表示檢測結(jié)點與參考結(jié)點相對靜止；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)點的部件的運動是否正常，是否發(fā)生形變、松動或者脫落。本發(fā)明有助于及時的發(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)明的實施例在叉車上的檢測結(jié)點安裝示意圖。
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；8_主控結(jié)點；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。
具體實施例方式實施例:
(I)建立一個基于物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形變檢測裝置，包括檢測結(jié)點7、主控結(jié)點8和數(shù)據(jù)服務(wù)中心9。檢測結(jié)點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8:包括控制模塊、通信模塊、存儲模塊和本地數(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。本地數(shù)據(jù)庫存儲包括所安裝的運動機(jī)械設(shè)備各部件的檢測結(jié)點在正常工作、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、不同型號的運動機(jī)械設(shè)備的各部件檢測結(jié)點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各運動機(jī)械設(shè)備的主控結(jié)點8上傳、下載數(shù)據(jù)。并且，通過專家系統(tǒng)建立的運動模型，進(jìn)行形變或故障數(shù)據(jù)分析。在本實施例中，每個主控結(jié)點7裝在一套運動機(jī)械設(shè)備上，每個主控結(jié)點8跟所裝運動機(jī)械設(shè)備上的不只一個檢測結(jié)點7，采用Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通信。各主控結(jié)點8通過有線的串行通信，或者3G移動網(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8和不只一個檢測結(jié)點7。其中，將一套主控結(jié)點8和檢測結(jié)點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，有一個主控結(jié)點8和十一個檢測結(jié)點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。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分別做為兩個三級連接部件。如圖2，檢測結(jié)點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。檢測結(jié)點111安裝在門架I與傾斜液缸6的連接處，檢測結(jié)點112、檢測結(jié)點113分別安裝在門架I的下部和上部，檢測結(jié)點111，作為一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點。檢測結(jié)點141、檢測結(jié)點142、檢測結(jié)點143分別安裝在擋貨架4上。檢測結(jié)點141作為二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點。檢測結(jié)點121、檢測結(jié)點122分別安裝在左貨叉2的頂部和底前部，檢測結(jié)點121作為三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點。檢測結(jié)點131、檢測結(jié)點132分別安裝在右貨叉3的頂部和底前部，檢測結(jié)點131作為另一個三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點。在叉車12工作的任何一個時刻，傾斜液缸6連接門架1，在叉車12正常工作時，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111與OOl相對靜止。檢測結(jié)點111，作為一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點，是檢測結(jié)點112、113的參考結(jié)點。對于檢測結(jié)點112而言，只有在傾斜液缸6工作，門架I傾斜運動的過程中，會有相對于檢測結(jié)點111的相對轉(zhuǎn)動外，其他的任何時刻，應(yīng)該與檢測結(jié)點111保持相對靜止。同理，檢測結(jié)點113。由于擋貨架4只能在鏈條5的帶動下，沿著門架上I下移動，所以門架I和擋貨架4的相對運動，只有鏈條5的軸向上的運動。檢測結(jié)點141，作為二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點，是檢測結(jié)點142、143的參考結(jié)點，相對門架I上的檢測結(jié)點111，只有在沿著門架I上下移動時，有鏈條5的軸向上的運動，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121應(yīng)該與檢測結(jié)點141保持相對靜止。同時,檢測結(jié)點121,作為三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點，是檢測結(jié)點122的參考結(jié)點。檢測結(jié)點121與檢測結(jié)點122,也是保持相對靜止。由以上說明可以知道:同一個部件的各個點，在未發(fā)生形變的前提下，在運動機(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條件，則說明部件本身發(fā)生形變。對于兩個相連接的部件，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動，例如:滑動、轉(zhuǎn)動等。否則，說明部件之間發(fā)生松動、脫落等情況。(2)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)點的數(shù)據(jù)，存入本地數(shù)據(jù)庫。在叉車12工作時，對叉車進(jìn)行實時的檢測。步驟如下:
步驟1:叉車12車身上的初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點001的自校準(zhǔn)。步驟2:以初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點001為參考結(jié)點，比較初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點001線加速度和門架I上的一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點111的線加速度，比較初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點001角速度和門架I上的一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點111的角速度，比較初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點001地磁數(shù)據(jù)和門架I上的一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點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111為參考結(jié)點，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點111線加速度和門架I上的其他一級檢測結(jié)點112、113的線加速度，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點111角速度和門架I上的一級檢測結(jié)點112、113的角速度，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點111的地磁數(shù)據(jù)和門架I上的一級檢測結(jié)點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)點為參考結(jié)點，比較門架I上的一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點線加速度和擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點141的線加速度，比較門架I上的一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點141角速度和擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點141的角速度，比較門架I上的一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點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)點為參考結(jié)點，比較擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點線加速度和擋貨架4上的其他二級檢測結(jié)點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142、143角速度和擋貨架4上的其他二級檢測結(jié)點142、143的角速度，比較擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點141的地磁數(shù)據(jù)和擋貨架4上的其他二級檢測結(jié)點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141為參考結(jié)點，比較擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點141線加速度和左貨叉2上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點121的線加速度，比較擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點141角速度和左貨叉2上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點121的角速度，比較擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點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121為參考結(jié)點，比較左貨叉2上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點線121加速度和左貨叉2上的其他三級檢測結(jié)點122的線加速度，比較左貨叉2上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點121角速度和左貨叉2上的其他三級檢測結(jié)點122的角速度，比較左貨叉2上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點121的地磁數(shù)據(jù)和左貨叉2上的其他三級檢測結(jié)點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141為參考結(jié)點，比較擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點線141加速度和右貨叉3上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點131的線加速度，比較擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點141角速度和右貨叉3上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點131的角速度，比較擋貨架4上的二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點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131為參考結(jié)點，比較右貨叉3上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點131線加速度和右貨叉3上的其他三級檢測結(jié)點132的線加速度，比較右貨3叉上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點131角速度和右貨叉3上的其他三級檢測結(jié)點132的角速度，比較右貨3叉上的三級基準(zhǔn)檢測結(jié)點131的地磁數(shù)據(jù)和右貨叉3上的其他三級檢測結(jié)點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)點的線加速度分解成兩個分量的組合:1、參考結(jié)點運動方向上的線加速度分量；2、在某一個方向線加速度分量。將檢測結(jié)點的線加速度、角速度、地磁的數(shù)據(jù)與其參考結(jié)點比較，如果方向、大小都一樣，表示檢測結(jié)點與參考結(jié)點相對靜止；否則，對照主控結(jié)點上的本地數(shù)據(jù)庫，根據(jù)本地數(shù)據(jù)庫的值來判斷安裝該檢測結(jié)點的部件的運動是否正常，是否發(fā)生形變、松動或者脫落。同時，主控結(jié)點8將從^^一個檢測結(jié)點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)上建立一個如圖2的3維動態(tài)模型，專家系統(tǒng)利用慣性導(dǎo)航的原理和計算方法，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上各個檢測結(jié)點的運動軌跡，從而發(fā)現(xiàn)各檢測結(jié)點反應(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，提供各個同型號叉車上的主控結(jié)點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8發(fā)出預(yù)警信號，提醒及時檢修。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)點和檢測結(jié)點都可以采樣這樣的方法實現(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)形變檢測方法，其特征在于具體步驟為: (I)建立一個基于物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形變檢測裝置，裝置包括檢測結(jié)點、主控結(jié)點和數(shù)據(jù)服務(wù)中心； 檢測結(jié)點: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:包括控制模塊、通信模塊、存儲模塊和本地數(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；本地數(shù)據(jù)庫存儲包括所安裝的運動機(jī)械設(shè)備各部件的檢測結(jié)點在正常工作、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、不同型號的運動機(jī)械設(shè)備的各部件檢測結(jié)點正常工作、形變或故障的詳細(xì)數(shù)據(jù)；支持各運動機(jī)械設(shè)備的主控結(jié)點上傳、下載數(shù)據(jù)；通過專家系統(tǒng)建立的運動模型，進(jìn)行形變或故障數(shù)據(jù)分析； 在一套運動機(jī)械設(shè)備上，安裝一個主控結(jié)點和不只一個檢測結(jié)點； 檢測結(jié)點與主控結(jié)點之間采用短距無線方式通信；主控結(jié)點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)點和各檢測結(jié)點的數(shù)據(jù)保存在本地數(shù)據(jù)庫和檢測結(jié)點中，本地數(shù)據(jù)庫存儲有該運動機(jī)械設(shè)備各部件在正常工作、形變或故障的數(shù)據(jù)； 在該套運動機(jī)械設(shè)備上，有至少一個檢測結(jié)點作為初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點，該初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點安裝位置選在運動機(jī)械設(shè)備上結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且運動方向、速度與運動機(jī)械設(shè)備本身的運動形式保持一致的地方，用于其他檢測結(jié)點的初始定位標(biāo)準(zhǔn)，其他檢測結(jié)點安裝在對運動機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)形 變感應(yīng)較敏感的位置或者運動機(jī)械設(shè)備上的兩個連接件相互連接固定的位置； 在運動機(jī)械設(shè)備上安裝的檢測結(jié)點，利用傳感器模塊采集該檢測點的線加速度、角速度和地磁數(shù)據(jù)，經(jīng)過檢測結(jié)點的控制模塊預(yù)處理后，由通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給主控結(jié)點，主控結(jié)點負(fù)責(zé)處理檢測結(jié)點數(shù)據(jù)；主控結(jié)點建立有本地數(shù)據(jù)庫，主控結(jié)點將收集到的各檢測結(jié)點數(shù)據(jù)處理后，與本地數(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，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、同型號的運動機(jī)械設(shè)備所安裝的檢測結(jié)點數(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、在運動機(jī)械設(shè)備出廠前的生產(chǎn)、設(shè)計、測試階段，給運動機(jī)械設(shè)備安裝檢測結(jié)點，并對運動機(jī)械設(shè)備進(jìn)行較為全面的調(diào)試，獲取在正常運轉(zhuǎn)工作時，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、運動機(jī)械設(shè)備在出廠后的工作工程中，由運動機(jī)械設(shè)備上的檢測結(jié)點采集，通過主控結(jié)點上傳的傳感器數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)服務(wù)中心的專家系統(tǒng)給不同類型、不同型號的運動機(jī)械設(shè)備建立了 3維動態(tài)運動模型，3維動態(tài)運動模型可以導(dǎo)入各主控結(jié)點上傳的數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)分析，還原運動機(jī)械設(shè)備運動軌跡和形變、故障情況，從而發(fā)現(xiàn)運動機(jī)械設(shè)備上的其他潛在的問題； 在一套運動機(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:安裝在運動機(jī)械設(shè)備上結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且運動方向、速度等與運動機(jī)械設(shè)備本身的運動形式保持一致的部件；初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點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，連接安裝在運動物體上，在運動機(jī)械設(shè)備工作運轉(zhuǎn)時，有相對初級連接部件的相對運動發(fā)生或者形變發(fā)生的連接部件；一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點和用于檢測一級連接部件形變的其他檢測結(jié)點，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,連接安裝在運動機(jī)械設(shè)備上,在運動機(jī)械設(shè)備工作運轉(zhuǎn)時，有相對M-1級連接部件的相對運動發(fā)生或者形變發(fā)生的連接部件；M級基準(zhǔn)檢測結(jié)點和用于檢測M級連接部件形變的其他檢測結(jié)點，安裝在這一級連接部件上;M為大于或等于2的自然數(shù)； 如果有不只一個同一級的連接部件，且彼此間獨立，無直接的連接關(guān)系時，每一個連接部件應(yīng)選擇各自獨立的基準(zhǔn)檢測結(jié)點； 各基準(zhǔn)檢測結(jié)點，同時用做本級各檢測結(jié)點的數(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)點向上一級結(jié)點傳輸數(shù)據(jù)的路由結(jié)點； (2)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)分析有兩個階段:第一階段在主控結(jié)點和檢測結(jié)點完成，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，收集匯總各運動機(jī)械設(shè)備上傳的傳感器數(shù)據(jù)，用單個運動機(jī)械設(shè)備上各檢測結(jié)點的傳感器數(shù)據(jù)，生成一個運動軌跡跟蹤和結(jié)構(gòu)形變的動態(tài)模型，并對模型進(jìn)行分析；通過模型分析數(shù)據(jù)，判斷運動機(jī)械設(shè)備的形變情況； 第一階段在主控結(jié)點和檢測結(jié)點的檢測步驟如下: 初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的自校準(zhǔn)； 以初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點為參考結(jié)點，比較初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點線加速度和一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的線加速度，比較初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點角速度和一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的角速度，比較初級基準(zhǔn)檢測結(jié)點地磁數(shù)據(jù)和一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的地磁數(shù)據(jù)； 以一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點為參考結(jié)點，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點線加速度和其他在一級連接部件上的N-1個一級檢測結(jié)點的線加速度，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點角速度和其他在一級連接部件上的N-1個一級檢測結(jié)點的角速度，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的地磁數(shù)據(jù)和其他在一級連接部件上的N-1個一級檢測結(jié)點的地磁數(shù)據(jù)；N為大于或等于2的自然數(shù)； 以一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點為參考結(jié)點，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點線加速度和二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的線加速度，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點角速度和二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的角速度，比較一級基準(zhǔn)檢測結(jié)點地磁數(shù)據(jù)和二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的地磁數(shù)據(jù)； 以二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點為參考結(jié)點，比較二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點線加速度和其他在二級連接部件上的N-1個二級檢測結(jié)點的線加速度，比較二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點角速度和其他在二級連接部件上的N-1個二級檢測結(jié)點的角速度，比較二級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的地磁數(shù)據(jù)和其他在二級連接部件上的N-1個二級檢測結(jié)點的地磁數(shù)據(jù)；N為大于或等于2的自然數(shù)； 以M級基準(zhǔn)檢測結(jié)點為參考結(jié)點，比較M級基準(zhǔn)檢測結(jié)點線加速度和M + I級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的線加速度，比較M級基準(zhǔn)檢測結(jié)點角速度和M+1級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的角速度，比較M級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的地磁數(shù)據(jù)和M+1級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的地磁數(shù)據(jù)；M為大于或等于2的自然數(shù)； 以M+1級基準(zhǔn)檢測結(jié)點為參考結(jié)點，比較M + I級基準(zhǔn)檢測結(jié)點線加速度和其他的N-1個M+1級檢測結(jié)點的線加速度，比較M+1級基準(zhǔn)檢測結(jié)點角速度和其他的N-1個M+1級檢測結(jié)點的角速度，比較M+1級基準(zhǔn)檢測結(jié)點的地磁數(shù)據(jù)和其他的N-1個M+1級檢測結(jié)點的地磁數(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)點的線加速度分解成兩個分量的組合:1、參考結(jié)點運動方向上的線加速度分量； 2、在某一個方向線加速度分量；將檢測結(jié)點的角速度分解成兩個分量的組合:1、參考結(jié)點運動方向上的角速度分量；.2、在某一個方向線角速度分量；將檢測結(jié)點的地磁數(shù)據(jù)分解成兩個分量的組合:1、參考結(jié)點運動方向上的地磁數(shù)據(jù)分量；2、在某一個方向線地磁數(shù)據(jù)分量； 檢測結(jié)點的線加速度、角速度、地 磁的數(shù)據(jù)與參考結(jié)點比較，如果方向、大小都一樣，表示檢測結(jié)點與參考結(jié)點相對靜止；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)點的部件的運動是否正常，是否發(fā)生形變、松動或者脫落。
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)形變檢測方法。包括檢測結(jié)點、主控結(jié)點和數(shù)據(jù)服務(wù)中心。主控結(jié)點與檢測結(jié)點采用無線方式通信，并可以通過無線或有線通信方式連接到數(shù)據(jù)服務(wù)中心，從數(shù)據(jù)服務(wù)中心下載、更新本地數(shù)據(jù)庫；并向數(shù)據(jù)服務(wù)中心上傳數(shù)據(jù)。在一套運動機(jī)械設(shè)備上，安裝一個主控結(jié)點和不只一個檢測結(jié)點,利用檢測結(jié)點上的傳感器模塊采集該檢測點的線加速度、角速度、地磁等數(shù)據(jù)，并與參考結(jié)點比較，來判斷運動機(jī)械設(shè)備的部件是否正常，是否發(fā)生形變、松動或者脫落。并由數(shù)據(jù)服務(wù)中心的專家系統(tǒng)建立的運動機(jī)械設(shè)備3維動態(tài)運動模型，還原運動機(jī)械設(shè)備運動軌跡和形變、故障情況，從而發(fā)現(xiàn)運動機(jī)械設(shè)備上的其他潛在的問題。
文檔編號G01B21/32GK103148829SQ20131005766
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)