專利名稱：臂架系統和工程機械的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及臂架控制技術領域，具體而言，涉及臂架系統和工程機械。
背景技術：
多關節機械臂作為流動性物料輸送裝備，因其通用性強、作業范圍廣、操作靈活等優點，廣泛應用于混凝土輸送、高空消防作業、港口油料補給等領域，成為國家建設中不可缺少的高端技術裝備。臂架系統一般包括多節節臂，第一節臂的大頭端與預定的底盤通過一個豎向軸鉸接相連；其他節臂的大頭端與相鄰的節臂的小頭端通過水平鉸接軸鉸接；這樣，多節節臂通過水平鉸接軸順序鉸接相連，最末端的節臂向外伸出，該節臂稱為末節臂，末節臂的外端形成臂架系統末端；相鄰的節臂之間設置有液壓缸等驅動機構，以使相鄰的節臂之間角度 產生預定的變化，使臂架系統末端的位置改變，以將物料或物品運送到預定的位置。由于機械臂受自重和施工姿態的影響，剛柔耦合的機械臂形變復雜，嚴重影響其末端定位精度。為了獲取機械臂的姿態，實現對機械臂末端的精確定位，通常在控制系統中建立適當的坐標系，并通過該坐標系的坐標參數確定機械臂各節臂鉸接點的位置，并考慮各節臂的形變，最終確定機械臂實際的末端位置，該末端位置的坐標參數稱為位置參數。另外，在利用臂架系統進行工作的過程中，每節臂均要承受相應負載，產生相應形變；多節臂形變的累積會導致臂架系統末端的位置參數與目標位置參數之間具有很大的偏差。為了減小由于機械臂形變導致的臂架系統末端的位置參數的偏差，相關技術中獲取末端位置參數的一種方式是，利用兩個傾角傳感器獲得相應節臂的形變量，再根據該形變量對節臂的位置參數進行修正。該方式雖然能夠提高臂架系統末端位置參數的準確性，但由于受到傾角傳感器測量精度的限制，臂架系統末端的位置參數與目標位置參數之間的偏差仍然較大，無法滿足對臂架系統末端的準確定位和控制的需要。因此，如何提高臂架系統末端位置參數的準確度，仍然是本領域技術人員需要解決的技術問題。
實用新型內容考慮到上述背景技術，本實用新型所要解決的一個技術問題是提供一種臂架系統，本實用新型所要解決的另一個技術問題是提供一種具有上述臂架系統的工程機械，可以更準確地獲得臂架系統末端位置參數。根據本實用新型的一個方面，提供了一種臂架系統，包括η節通過水平鉸接軸順序鉸接相連的節臂，還包括處理器、η個傾角傳感器和2η個長度傳感器，所述η為正整數，其中，第一長度傳感器和第二長度傳感器安裝在每節節臂上，所述第一長度傳感器獲取形變后第i節節臂的長度并將獲取的長度數據傳送至所述處理器，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節節臂末端之間的長度并將獲取的長度數據傳送至所述處理器；在每節節臂上安裝有I個所述傾角傳感器，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據傳送至所述處理器；所述處理器根據所述傾角傳感器和所述長度傳感器的檢測結果，獲得臂架系統末端位置參數。在上述技術方案中，優選地，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各臂架延伸方向，所述傾角傳感器安裝在兩個長度傳感器之間。 在上述技術方案中，優選地，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各節臂的兩端相連。拉線編碼器具有更高的精度，可以準確測量相應節臂的長度，進而能夠更準確地獲得臂架系統末端位置參數。在上述技術方案中，優選地，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各節臂的兩端相連；第一拉線編碼器的本體的基準軸線、第二拉線編碼器的本體的基準軸線之間的垂線，與第一拉線編碼器的拉線相垂直，且兩個拉線編碼器的拉線外端連接于同一固定點。 在上述技術方案中，優選地，所述第一拉線編碼器的本體的基準軸線與相應節臂一端的鉸接軸線重合，所述拉線外端的固定點與相應節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軸線與相應節臂一端的鉸接軸線之間具有預定距離，所述拉線外端的固定點與相應節臂另一端的鉸接軸線重合。在上述技術方案中，優選地，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臂的傾斜角度更準確，能夠更準確地獲得臂架系統末端位置參數。在上述技術方案中，優選地，所述傾角傳感器分別安裝在相應各節臂的大頭端。這樣可以避免一臂本身重力導致形變產生的誤差。在上述技術方案中，優選地，所述處理器還預置有臂架系統中各節臂的設計長度Lir ;所述處理器在獲得臂架系統末端位置參數之后，按照下述公式獲取所述臂架系統的形變量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節節臂在形變前的測量長度，(X'，Y')為臂架系統在形變前的末端位置參數；按照下述公式獲取修正后所述臂架系統末端位置參數(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根據本實用新型的另一方面，還提供了一種工程機械，包括機械本體和臂架系統，所述臂架系統通過回轉機構安裝在機械本體上，所述臂架系統為上述任一技術方案中描述的臂架系統。所述工程機械可以包括混凝土泵車、登高設備、高空消防設備。根據本實用新型的技術方案，采用三定點測量(第一拉線編碼器的安裝定點、第ニ拉線編碼器的安裝定點和小頭端的鉸接點)獲取臂架系統的末端位置參數，采用了單個傾角傳感器，減小了由于傾角傳感器的測量誤差而產生的誤差，利用拉線編碼傳感器獲取形變前后機械臂的長度，檢測精度高，解決了傳統機械臂形變無法準確測量的技術問題，并可通過獲取形變量實現末端位置的精確穩定控制。
圖I示出了根據本實用新型的實施例的傳感器安裝在單節臂上的示意圖；圖2示出了根據本實用新型的實施例的臂架系統中控制部分的示意圖；圖3示出了根據本實用新型的實施例的單節臂形變示意圖； 圖4示出了根據本實用新型的實施例的五節臂形變示意圖。
具體實施方式
為了能夠更清楚地理解本實用新型的上述目的、特征和優點，
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型進行進一歩的詳細描述。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本實用新型，但是，本實用新型還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實施，因此，本實用新型并不限于下面公開的具體實施例的限制。為了更清楚地描述本實用新型提供的技術方案，本部分先對提供的臂架系統進行描述，在對臂架系統描述的基礎上對獲得臂架系統末端位置參數的方法進行描述；獲得臂架系統末端位置參數的方法可以應用本實用新型的提供臂架系統實施，但實施該方法不限于本實用新型提供的臂架系統。首先，結合圖I和圖2詳細說明根據本實用新型的臂架系統，圖I示出了根據本實用新型的實施例的傳感器安裝在單節臂上的示意圖，圖2示出了根據本實用新型的實施例的臂架系統中控制部分的示意圖。根據本實用新型的實施例的臂架系統，包括η節通過水平鉸接軸順序鉸接相連的節臂，還包括處理器200、η個傾角傳感器106和2η個長度傳感器，η為正整數，其中，第一長度傳感器102和第二長度傳感器104安裝在每節節臂上(參見圖I)，在第i節節臂上的第二長度傳感器104與第一長度傳感器102之間的預設距離為Lai，即對于每一個節臂，兩個長度傳感器之間均有ー個固定距離，通過第一長度傳感器102獲取形變后第i節臂的長度為Lbi并將長度數據傳送至處理器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節臂末端之間的長度為Lei并將長度數據傳送至處理器200 ；在每節節臂上安裝有I個傾角傳感器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 (即對于每個節臂都安裝有ー個傾角傳感器106，測出該節臂與參考平面之間的夾角)并將角度數據傳送至處理器200，其中，i =1、2、......η ；處理器200根據傾角傳感器106和長度傳感器的檢測結果，獲得臂架系統末端位置參數(X' Tip，デTip)
權利要求1.一種臂架系統，包括η節通過水平鉸接軸順序鉸接相連的節臂，其特征在于，還包括處理器(200)、η個傾角傳感器(106)和2η個長度傳感器，所述η為正整數，其中， 第一長度傳感器(102)和第二長度傳感器(104)安裝在每節節臂上，所述第一長度傳感器(102)獲取形變后第i節節臂的長度并將獲取的長度數據傳送至所述處理器(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節節臂末端之間的長度并將獲取的長度數據傳送至所述處理器(200)； 在每節節臂上安裝有I個所述傾角傳感器(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據傳送至所述處理器(200)； 所述處理器(200)根據所述傾角傳感器(106)和所述長度傳感器的檢測結果，獲得臂架系統末端位置參數。
2.根據權利要求I所述的臂架系統，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各臂架延伸方向，所述傾角傳感器(106)安裝在兩個長度傳感器之間。
3.根據權利要求2所述的臂架系統，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各節臂的兩端相連。
4.根據權利要求3所述的臂架系統，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各節臂的兩端相連； 所述第一拉線編碼器的本體的基準軸線、所述第二拉線編碼器的本體的基準軸線之間的垂線，與所述第一拉線編碼器的拉線相垂直，且兩個拉線編碼器的拉線外端連接于同一固定點。
5.根據權利要求4所述的臂架系統，其特征在干，所述第一拉線編碼器的本體的基準軸線與相應節臂一端的鉸接軸線重合，所述拉線外端的固定點與相應節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軸線與相應節臂一端的鉸接軸線之間具有預定距離，所述拉線外端的固定點與相應節臂另一端的鉸接軸線重合。
6.根據權利要求4所述的臂架系統，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)的基準軸線與該端的鉸接軸線之間相交并垂直。
7.根據權利要求6所述的臂架系統，其特征在于，所述傾角傳感器(106)分別安裝在相應各節臂的大頭端。
8.—種工程機械，包括機械本體和臂架系統，所述臂架系統通過回轉機構安裝在機械本體上，其特征在于，所述臂架系統為權利要求I至7中任一項所述的臂架系統。
9.根據權利要求8所述的工程機械，其特征在于，所述工程機械包括混凝土泵車、登高設備、高空消防設備。
專利摘要本實用新型提供了一種臂架系統，包括多節通過水平鉸接軸順序鉸接相連的節臂，還包括在每節節臂上安裝有兩個長度傳感器，其中一個長度傳感器測量相對應節臂在形變后的長度，另一長度傳感器測量其與相應節臂末端之間的長度，兩個長度傳感器之間存在預設距離；在每個節臂上安裝有一個傾角傳感器，獲取兩個長度傳感器之間的連線與參考平面之間的夾角；處理器根據傾角傳感器和長度傳感器的檢測結果，獲得臂架系統末端位置參數。根據本實用新型的臂架系統，對于單節臂采用單傾角傳感器和雙拉線編碼器來獲取節臂的末端位置參數，可以更準確地獲得臂架系統末端位置參數。本實用新型還提供了一種工程機械。
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 優先權日2012年2月8日
發明者易小剛, 張作良, 李 東, 徐增丙 申請人:三一重工股份有限公司