專利名稱：臂架系統(tǒng)和工程機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及臂架控制技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及臂架系統(tǒng)和工程機(jī)械。
背景技術(shù)：
多關(guān)節(jié)機(jī)械臂作為流動(dòng)性物料輸送裝備，因其通用性強(qiáng)、作業(yè)范圍廣、操作靈活等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于混凝土輸送、高空消防作業(yè)、港口油料補(bǔ)給等領(lǐng)域，成為國家建設(shè)中不可缺少的高端技術(shù)裝備。臂架系統(tǒng)一般包括多節(jié)節(jié)臂，第一節(jié)臂的大頭端與預(yù)定的底盤通過一個(gè)豎向軸鉸接相連；其他節(jié)臂的大頭端與相鄰的節(jié)臂的小頭端通過水平鉸接軸鉸接；這樣，多節(jié)節(jié)臂通過水平鉸接軸順序鉸接相連，最末端的節(jié)臂向外伸出，該節(jié)臂稱為末節(jié)臂，末節(jié)臂的外端形成臂架系統(tǒng)末端；相鄰的節(jié)臂之間設(shè)置有液壓缸等驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以使相鄰的節(jié)臂之間角度 產(chǎn)生預(yù)定的變化，使臂架系統(tǒng)末端的位置改變，以將物料或物品運(yùn)送到預(yù)定的位置。由于機(jī)械臂受自重和施工姿態(tài)的影響，剛?cè)狁詈系臋C(jī)械臂形變復(fù)雜，嚴(yán)重影響其末端定位精度。為了獲取機(jī)械臂的姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械臂末端的精確定位，通常在控制系統(tǒng)中建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系，并通過該坐標(biāo)系的坐標(biāo)參數(shù)確定機(jī)械臂各節(jié)臂鉸接點(diǎn)的位置，并考慮各節(jié)臂的形變，最終確定機(jī)械臂實(shí)際的末端位置，該末端位置的坐標(biāo)參數(shù)稱為位置參數(shù)。另外，在利用臂架系統(tǒng)進(jìn)行工作的過程中，每節(jié)臂均要承受相應(yīng)負(fù)載，產(chǎn)生相應(yīng)形變；多節(jié)臂形變的累積會(huì)導(dǎo)致臂架系統(tǒng)末端的位置參數(shù)與目標(biāo)位置參數(shù)之間具有很大的偏差。為了減小由于機(jī)械臂形變導(dǎo)致的臂架系統(tǒng)末端的位置參數(shù)的偏差，相關(guān)技術(shù)中獲取末端位置參數(shù)的一種方式是，利用兩個(gè)傾角傳感器獲得相應(yīng)節(jié)臂的形變量，再根據(jù)該形變量對節(jié)臂的位置參數(shù)進(jìn)行修正。該方式雖然能夠提高臂架系統(tǒng)末端位置參數(shù)的準(zhǔn)確性，但由于受到傾角傳感器測量精度的限制，臂架系統(tǒng)末端的位置參數(shù)與目標(biāo)位置參數(shù)之間的偏差仍然較大，無法滿足對臂架系統(tǒng)末端的準(zhǔn)確定位和控制的需要。因此，如何提高臂架系統(tǒng)末端位置參數(shù)的準(zhǔn)確度，仍然是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問題。

實(shí)用新型內(nèi)容考慮到上述背景技術(shù)，本實(shí)用新型所要解決的一個(gè)技術(shù)問題是提供一種臂架系統(tǒng)，本實(shí)用新型所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種具有上述臂架系統(tǒng)的工程機(jī)械，可以更準(zhǔn)確地獲得臂架系統(tǒng)末端位置參數(shù)。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種臂架系統(tǒng)，包括η節(jié)通過水平鉸接軸順序鉸接相連的節(jié)臂，還包括處理器、η個(gè)傾角傳感器和2η個(gè)長度傳感器，所述η為正整數(shù)，其中，第一長度傳感器和第二長度傳感器安裝在每節(jié)節(jié)臂上，所述第一長度傳感器獲取形變后第i節(jié)節(jié)臂的長度并將獲取的長度數(shù)據(jù)傳送至所述處理器，所述第二長度傳感器獲取所述第二長度傳感器與形變后第i節(jié)節(jié)臂末端之間的長度并將獲取的長度數(shù)據(jù)傳送至所述處理器；在每節(jié)節(jié)臂上安裝有I個(gè)所述傾角傳感器，獲取所述第一長度傳感器和所述第二長度傳感器之間的連線與參考平面之間的夾角并將獲取的夾角數(shù)據(jù)傳送至所述處理器；所述處理器根據(jù)所述傾角傳感器和所述長度傳感器的檢測結(jié)果，獲得臂架系統(tǒng)末端位置參數(shù)。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述第一長度傳感器、所述第二長度傳感器之間的連線垂直于相應(yīng)各臂架延伸方向，所述傾角傳感器安裝在兩個(gè)長度傳感器之間。 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述第一長度傳感器為第一拉線編碼器，第一拉線編碼器的本體和拉線外端分別與相應(yīng)各節(jié)臂的兩端相連。拉線編碼器具有更高的精度，可以準(zhǔn)確測量相應(yīng)節(jié)臂的長度，進(jìn)而能夠更準(zhǔn)確地獲得臂架系統(tǒng)末端位置參數(shù)。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述第二長度傳感器為第二拉線編碼器，第二拉線編碼器的本體和拉線外端分別與相應(yīng)各節(jié)臂的兩端相連；第一拉線編碼器的本體的基準(zhǔn)軸線、第二拉線編碼器的本體的基準(zhǔn)軸線之間的垂線，與第一拉線編碼器的拉線相垂直，且兩個(gè)拉線編碼器的拉線外端連接于同一固定點(diǎn)。 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述第一拉線編碼器的本體的基準(zhǔn)軸線與相應(yīng)節(jié)臂一端的鉸接軸線重合，所述拉線外端的固定點(diǎn)與相應(yīng)節(jié)臂另一端的鉸接軸線重合；或者，所述第一拉線編碼器的本體的基準(zhǔn)軸線與相應(yīng)節(jié)臂一端的鉸接軸線之間具有預(yù)定距離，所述拉線外端的固定點(diǎn)與相應(yīng)節(jié)臂另一端的鉸接軸線重合。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述傾角傳感器安裝在第一拉線編碼器的本體、第二拉線編碼器的本體之間，且所述傾角傳感器的基準(zhǔn)軸線與該端的鉸接軸線之間相交并垂直。這樣可以使獲得的節(jié)臂的傾斜角度更準(zhǔn)確，能夠更準(zhǔn)確地獲得臂架系統(tǒng)末端位置參數(shù)。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述傾角傳感器分別安裝在相應(yīng)各節(jié)臂的大頭端。這樣可以避免一臂本身重力導(dǎo)致形變產(chǎn)生的誤差。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述處理器還預(yù)置有臂架系統(tǒng)中各節(jié)臂的設(shè)計(jì)長度Lir ;所述處理器在獲得臂架系統(tǒng)末端位置參數(shù)之后，按照下述公式獲取所述臂架系統(tǒng)的形變量Λ X和AyIIt η
_7] ^ = Xrip-X，X =Σ Lrsina-
i=l
IIIfl
_8] Ay = yT.p-y , y =Σ Li ^ai ^
i=l所述Li為通過所述第一長度傳感器獲取第i節(jié)節(jié)臂在形變前的測量長度，(X'，Y')為臂架系統(tǒng)在形變前的末端位置參數(shù)；按照下述公式獲取修正后所述臂架系統(tǒng)末端位置參數(shù)(xTip，yTip)
fτ 2 τ 2 τ 2 Λ
ηT +T — TγT -cos arccos^=^~-- Cii +Δλ,
JvTip-I-/ir/Λ y γ一17
i=1^i^ai 'Ltbij
( τ 2 τ 2 τ2 \ ηT +T — Tλ; = V T -sin arccos·^~-- α; +Ay
J Tip 1OJ . τ 一1 J。
^ \ ZLai Lu J根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，還提供了一種工程機(jī)械，包括機(jī)械本體和臂架系統(tǒng)，所述臂架系統(tǒng)通過回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)械本體上，所述臂架系統(tǒng)為上述任一技術(shù)方案中描述的臂架系統(tǒng)。所述工程機(jī)械可以包括混凝土泵車、登高設(shè)備、高空消防設(shè)備。根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案，采用三定點(diǎn)測量(第一拉線編碼器的安裝定點(diǎn)、第ニ拉線編碼器的安裝定點(diǎn)和小頭端的鉸接點(diǎn))獲取臂架系統(tǒng)的末端位置參數(shù)，采用了單個(gè)傾角傳感器，減小了由于傾角傳感器的測量誤差而產(chǎn)生的誤差，利用拉線編碼傳感器獲取形變前后機(jī)械臂的長度，檢測精度高，解決了傳統(tǒng)機(jī)械臂形變無法準(zhǔn)確測量的技術(shù)問題，并可通過獲取形變量實(shí)現(xiàn)末端位置的精確穩(wěn)定控制。

圖I示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的傳感器安裝在單節(jié)臂上的示意圖；圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的臂架系統(tǒng)中控制部分的示意圖；圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的單節(jié)臂形變示意圖； 圖4示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的五節(jié)臂形變示意圖。
具體實(shí)施方式
為了能夠更清楚地理解本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一歩的詳細(xì)描述。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型，但是，本實(shí)用新型還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實(shí)施，因此，本實(shí)用新型并不限于下面公開的具體實(shí)施例的限制。為了更清楚地描述本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，本部分先對提供的臂架系統(tǒng)進(jìn)行描述，在對臂架系統(tǒng)描述的基礎(chǔ)上對獲得臂架系統(tǒng)末端位置參數(shù)的方法進(jìn)行描述；獲得臂架系統(tǒng)末端位置參數(shù)的方法可以應(yīng)用本實(shí)用新型的提供臂架系統(tǒng)實(shí)施，但實(shí)施該方法不限于本實(shí)用新型提供的臂架系統(tǒng)。首先，結(jié)合圖I和圖2詳細(xì)說明根據(jù)本實(shí)用新型的臂架系統(tǒng)，圖I示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的傳感器安裝在單節(jié)臂上的示意圖，圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的臂架系統(tǒng)中控制部分的示意圖。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的臂架系統(tǒng)，包括η節(jié)通過水平鉸接軸順序鉸接相連的節(jié)臂，還包括處理器200、η個(gè)傾角傳感器106和2η個(gè)長度傳感器，η為正整數(shù)，其中，第一長度傳感器102和第二長度傳感器104安裝在每節(jié)節(jié)臂上(參見圖I)，在第i節(jié)節(jié)臂上的第二長度傳感器104與第一長度傳感器102之間的預(yù)設(shè)距離為Lai，即對于每一個(gè)節(jié)臂，兩個(gè)長度傳感器之間均有ー個(gè)固定距離，通過第一長度傳感器102獲取形變后第i節(jié)臂的長度為Lbi并將長度數(shù)據(jù)傳送至處理器200，通過第二長度傳感器104獲取第二長度傳感器104與形變后第i節(jié)臂末端之間的長度為Lei并將長度數(shù)據(jù)傳送至處理器200 ；在每節(jié)節(jié)臂上安裝有I個(gè)傾角傳感器106，獲取所述第一長度傳感器102和所述第二長度傳感器106之間的連線與參考平面之間的夾角a i (即對于每個(gè)節(jié)臂都安裝有ー個(gè)傾角傳感器106，測出該節(jié)臂與參考平面之間的夾角)并將角度數(shù)據(jù)傳送至處理器200，其中，i =1、2、......η ；處理器200根據(jù)傾角傳感器106和長度傳感器的檢測結(jié)果，獲得臂架系統(tǒng)末端位置參數(shù)(X' Tip，デTip)
權(quán)利要求1.一種臂架系統(tǒng)，包括η節(jié)通過水平鉸接軸順序鉸接相連的節(jié)臂，其特征在于，還包括處理器(200)、η個(gè)傾角傳感器(106)和2η個(gè)長度傳感器，所述η為正整數(shù)，其中， 第一長度傳感器(102)和第二長度傳感器(104)安裝在每節(jié)節(jié)臂上，所述第一長度傳感器(102)獲取形變后第i節(jié)節(jié)臂的長度并將獲取的長度數(shù)據(jù)傳送至所述處理器(200)，所述第二長度傳感器(104)獲取所述第二長度傳感器(104)與形變后第i節(jié)節(jié)臂末端之間的長度并將獲取的長度數(shù)據(jù)傳送至所述處理器(200)； 在每節(jié)節(jié)臂上安裝有I個(gè)所述傾角傳感器(106)，獲取所述第一長度傳感器(102)和所述第二長度傳感器(104)之間的連線與參考平面之間的夾角并將獲取的夾角數(shù)據(jù)傳送至所述處理器(200)； 所述處理器(200)根據(jù)所述傾角傳感器(106)和所述長度傳感器的檢測結(jié)果，獲得臂架系統(tǒng)末端位置參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的臂架系統(tǒng)，其特征在于，所述第一長度傳感器(102)、所述第ニ長度傳感器(104)之間的連線垂直于相應(yīng)各臂架延伸方向，所述傾角傳感器(106)安裝在兩個(gè)長度傳感器之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的臂架系統(tǒng)，其特征在于，所述第一長度傳感器(102)為第一拉線編碼器，第一拉線編碼器的本體和拉線外端分別與相應(yīng)各節(jié)臂的兩端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的臂架系統(tǒng)，其特征在于，所述第二長度傳感器(104)為第二拉線編碼器，第二拉線編碼器的本體和拉線外端分別與相應(yīng)各節(jié)臂的兩端相連； 所述第一拉線編碼器的本體的基準(zhǔn)軸線、所述第二拉線編碼器的本體的基準(zhǔn)軸線之間的垂線，與所述第一拉線編碼器的拉線相垂直，且兩個(gè)拉線編碼器的拉線外端連接于同一固定點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的臂架系統(tǒng)，其特征在干，所述第一拉線編碼器的本體的基準(zhǔn)軸線與相應(yīng)節(jié)臂一端的鉸接軸線重合，所述拉線外端的固定點(diǎn)與相應(yīng)節(jié)臂另一端的鉸接軸線重合；或者，所述第一拉線編碼器的本體的基準(zhǔn)軸線與相應(yīng)節(jié)臂一端的鉸接軸線之間具有預(yù)定距離，所述拉線外端的固定點(diǎn)與相應(yīng)節(jié)臂另一端的鉸接軸線重合。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的臂架系統(tǒng)，其特征在于，所述傾角傳感器(106)安裝在所述第一拉線編碼器的本體、所述第二拉線編碼器的本體之間，且所述傾角傳感器(106)的基準(zhǔn)軸線與該端的鉸接軸線之間相交并垂直。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的臂架系統(tǒng)，其特征在于，所述傾角傳感器(106)分別安裝在相應(yīng)各節(jié)臂的大頭端。
8.—種工程機(jī)械，包括機(jī)械本體和臂架系統(tǒng)，所述臂架系統(tǒng)通過回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)械本體上，其特征在于，所述臂架系統(tǒng)為權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的臂架系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的工程機(jī)械，其特征在于，所述工程機(jī)械包括混凝土泵車、登高設(shè)備、高空消防設(shè)備。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種臂架系統(tǒng)，包括多節(jié)通過水平鉸接軸順序鉸接相連的節(jié)臂，還包括在每節(jié)節(jié)臂上安裝有兩個(gè)長度傳感器，其中一個(gè)長度傳感器測量相對應(yīng)節(jié)臂在形變后的長度，另一長度傳感器測量其與相應(yīng)節(jié)臂末端之間的長度，兩個(gè)長度傳感器之間存在預(yù)設(shè)距離；在每個(gè)節(jié)臂上安裝有一個(gè)傾角傳感器，獲取兩個(gè)長度傳感器之間的連線與參考平面之間的夾角；處理器根據(jù)傾角傳感器和長度傳感器的檢測結(jié)果，獲得臂架系統(tǒng)末端位置參數(shù)。根據(jù)本實(shí)用新型的臂架系統(tǒng)，對于單節(jié)臂采用單傾角傳感器和雙拉線編碼器來獲取節(jié)臂的末端位置參數(shù)，可以更準(zhǔn)確地獲得臂架系統(tǒng)末端位置參數(shù)。本實(shí)用新型還提供了一種工程機(jī)械。
文檔編號G01B21/00GK202614200SQ201220039889
公開日2012年12月19日 申請日期2012年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月8日
發(fā)明者易小剛, 張作良, 李 東, 徐增丙 申請人:三一重工股份有限公司