专利名称：一种用于测量臂架油缸的长度的方法、装置以及系统的制作方法
一种用于测量臂架油缸的长度的方法、装置以及系统
技术
本发明涉及机械领域，具体地，涉及一种用于测量臂架油缸的长度的方法、装置以及系统。
背景技术：
在建筑业、高铁等的蓬勃发展背景下，混凝土机械行业这几年呈现了强劲的发展， 混凝土机械设备向着个性化、智能化方向发展，出现了泵车智能臂架的概念，以使得臂架操作更为实用及方便。为了对臂架的姿态进行调节，需建立整体臂架模型，在建立整体臂架模型时，通常需要用到一参量，即臂架油缸的长度。目前，一般通过于臂架油缸上安装一拉线传感器，以实现臂架油缸的长度的测量。图1为臂架以及臂架油缸之间的连接关系示意图。如图1所示，臂架油缸2的一端固定于第一臂架Ia的支点A上，另一端与第一直连杆3a和第二直连杆3b于连接点B相连接，并分别通过所述第一直连杆3a和所述第二直连杆3b连接于所述第一臂架Ia上的支点C和所述第二臂架Ib上的支点D，所述第一臂架Ia与所述第二臂架 Ib于连接点E相连接。拉线传感器4安装于臂架油缸2上，其拉线端固定于臂架油缸2与第一直连杆3a和第二直连杆3b的连接点B上。藉此，该拉线传感器4可在臂架油缸2伸缩时，对其伸缩的长度进行测量，以达到测量臂架油缸1的长度的目的。然而，该拉线传感器的安装、固定比较麻烦，且臂架在运动过程，易损坏该拉线传感器的拉线，导致该拉线传感器的可靠性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于测量臂架油缸的长度的方法、装置以及系统，该方法、装置以及系统不存在以上拉线传感器的上述缺陷，具有安装便捷、不易损坏且可靠性好的优点。为了实现上述目的，本发明提供一种用于测量臂架油缸的长度的方法，该臂架油缸一端固定于第一臂架的支点A上，另一端与第一直连杆和第二直连杆于连接点B相连接， 并分别通过所述第一直连杆和所述第二直连杆连接于所述第一臂架上的支点C和所述第二臂架上的支点D，所述第一臂架与所述第二臂架于连接点E相连接，设点F和点G，直线FC 与所述第一臂架的延伸方向平行，直线GD与所述第二臂架的延伸方向平行，直线FC的延长线与直线GD的延长线相交于点0，该方法包括获取所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角Z FOG ；以及根据该夹角Z FOG、所述第一直连杆和第二直连杆的长度、以及所述第一直连杆、第二直连杆、臂架油缸、第一臂架和第二臂架这五者之间的连接关系， 计算线段AB的长度，即所述臂架油缸的长度。相应地，本发明提供一种用于测量臂架油缸的长度的装置，该臂架油缸一端固定于第一臂架的支点A上，另一端与第一直连杆和第二直连杆于连接点B相连接，并分别通过所述第一直连杆和所述第二直连杆连接于所述第一臂架上的支点C和所述第二臂架上的支点D，所述第一臂架与所述第二臂架于连接点E相连接，设点F和点G，直线FC与所述第一臂架的延伸方向平行，直线GD与所述第二臂架的延伸方向平行，直线FC的延长线与直线 GD的延长线相交于点0，该装置包括夹角获取设备，用于获取所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角Z FOG ；以及计算设备，用于根据该夹角Z FOG、所述第一直连杆和第二直连杆的长度、以及所述第一直连杆、第二直连杆、臂架油缸、第一臂架和第二臂架这五者之间的连接关系，计算线段AB的长度，即所述臂架油缸的长度。相应地，本发明提供一种用于测量臂架油缸的长度的系统，该臂架油缸一端固定于第一臂架的支点A上，另一端与第一直连杆和第二直连杆于连接点B相连接，并分别通过所述第一直连 和所述第二直连杆连接于所述第一臂架上的支点C和所述第二臂架上的支点D，所述第一臂架与所述第二臂架于连接点E相连接，设点F和点G，直线FC与所述第一臂架的延伸方向平行，直线GD与所述第二臂架的延伸方向平行，直线FC的延长线与直线GD的延长线相交于点0，该系统包括角度测量设备，用于测量所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角Z FOG ；存储设备，存储有所述第一直连杆和第二直连杆的长度以及所述第一直连杆、第二直连杆、臂架油缸、第一臂架和第二臂架这五者之间的连接关系；以及长度计算设备，该长度计算设备为上述用于测量臂架油缸的长度的装置。通过上述技术方案，可仅通过旋转编码器或倾角传感器，实现臂架油缸长度的测量。相比于拉线传感器，旋转编码器或倾角传感器具有安装便捷、不易损坏且可靠性好的优点ο本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式
部分予以详细说明。
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式
一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中图1为臂架以及臂架油缸之间的连接关系示意图；图2为臂架以及臂架油缸之间的几何关系示意图；图3为臂架以及臂架油缸之间的另一几何关系示意图；图4为本发明提供的倾角传感器、臂架以及臂架油缸之间的连接关系示意图；以及图5为本发明提供的用于测量臂架油缸的长度的系统的结构示意图。附图标记说明Ia 第一臂架Ib 第二臂架2 臂架油缸3a 第一直连杆3b 第二直连杆4 拉线传感器IOa 第一倾角传感器 IOb 第二倾角传感器10 角度测量设备 20 存储设备30 长度计算设备
具体实施例方式以下结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式
仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。本发明提供一种用于测量臂架油缸的长度的方法，该臂架油缸2 —端固定于第一臂架Ia的支点A上，另一端与第一直连杆3a和第二直连杆3b于连接点B相连接，并分别通过所述第一直连杆3a和所述第二直连杆3b连接于所述第一臂架Ia上的支点C和所述第二臂架Ib上的支点D，所述第一臂架Ia与所述第二臂架Ib于连接点E相连接，设点F和点G，直线FC与所述第一臂架Ia的延伸方向平行，直线GD与所述第二臂架Ib的延伸方向平行，直线FC的延长线与直线GD的延长线相交于点0，该方 法包括获取所述第一臂架Ia 与所述第二臂架Ib的延伸方向之间的夹角,FOG ；以及根据该夹角,FOG、所述第一直连杆 3a和第二直连杆3b的长度、以及所述第一直连杆3a、第二直连杆3b、臂架油缸2、第一臂架 Ia和第二臂架Ib这五者之间的连接关系，计算线段AB的长度，即所述臂架油缸2的长度。以下针对如何根据所述夹角,FOG、所述第一直连杆3a和第二直连杆3b的长度、 以及所述第一直连杆3a、第二直连杆3b、臂架油缸2、第一臂架Ia和第二臂架Ib这五者之间的连接关系计算线段AB的长度进行具体说明。图2为臂架以及臂架油缸之间的几何关系示意图。如图2所示，角Z FCE、Z FCA 和Z⑶E的角度以及线段AC、BC、BD、CE和DE的长度均为所述第一直连杆3a和第二直连杆 3b的自身长度特性以及所述第一直连杆3a、第二直连杆3b、臂架油缸2、第一臂架Ia和第二臂架Ib这五者之间的固有连接关系特性，均为固定的已知量。在已知这些量的基础上， 可结合角Z F0G，计算出线段AB的长度，即所述臂架油缸2的长度。首先，可根据角Z FOG、Z FCE、Z⑶E以及以下公式，计算角Z CED ；ZCEO =Z FCE+ Z GDE- Z FOG之后，根据CE、DE、Z CED以及以下公式，计算线段⑶的长度；
CD = ^CE2 +DE2 -2xCEχDEχ cos(ZCED)之后，由于三角形Δ CBD和Δ CED的三条边的边长已知，可计算角Z B⑶和Z E⑶；之后，根据角Z B⑶、Z E⑶以及以下公式，计算角Z BCE ；Z BCE = Z BCD- Z ECD之后，根据角Z BCE、Z FCA、Z FCE以及以下公式，计算角Z ACB ；Z ACB = Z FCE- Z FCA- Z BCE最后，根据角Z ACB、AC、BC以及以下公式，计算线段AB的长度，即臂架油缸2的长度。AB = ^AC2 +BC2 -2x ACχBCχcos(ZACB)然而，以上具体计算方式仅为一示例，本发明并不限于该具体计算方式，任何本领域技术人员根据所述夹角Z FOG、所述第一直连杆3a和第二直连杆3b的长度、以及所述第一直连杆3a、第二直连杆3b、臂架油缸2、第一臂架Ia和第二臂架Ib这五者之间的连接关系计算线段AB的长度的方法皆可适用于此。例如，如图3所示，可在以上计算过程中计算出⑶之后，根据三角形Δ CBD和 Δ CED，计算出线段BE及角Z CEB;之后，由于角Z CEA为固定已知量，可计算Z AEB = Z CEB- Z CEA ；最后，由于线段AE为固定已知量，在三角形Δ AEB中，可根据ΑΕ、ΒΕ及其夹角Z ΑΕΒ，计算出线段AB的长度，即臂架油缸2的长度。
其中，所述获取所述第一臂架Ia与第二臂架Ib的延伸方向之间的夹角ZFOG可包括分别获取该第一臂架Ia的倾斜角和第二臂架Ib的倾斜角；以及通过计算该两个倾斜角之差，得到该第一臂架Ia与第二臂架Ib的延伸方向之间的夹角,FOG。图4为本发明提供的倾角传感器、臂架以及臂架油缸2之间的连接关系示意图，如图4所示，可分别于第一臂架和第二臂架上设置第一倾角传感器IOa和第二倾角传感器10b，以分别测量该第第一臂架Ia和第二臂架Ib的倾斜角。该第一和第二倾角传感器所得的倾斜角为绝对倾斜角，假设分别为α，β e [_180，180]，则所述夹角ZFOG可由以下公式计算得到ZFOG = β - α。当然，本发 明的测量夹角Z FOG的方式并不限于采用倾角传感器，亦可使用安装于第一臂架Ia与第二臂架Ib的连接点E处的旋转编码器直接测得夹角Z FOG。相应地，本发明还提供了一种用于测量臂架油缸的长度的装置，该臂架油缸一端固定于第一臂架的支点A上，另一端与第一直连杆和第二直连杆于连接点B相连接，并分别通过所述第一直连杆和所述第二直连杆连接于所述第一臂架上的支点C和所述第二臂架上的支点D，所述第一臂架与所述第二臂架于连接点E相连接，设点F和点G，直线FC与所述第一臂架的延伸方向平行，直线GD与所述第二臂架的延伸方向平行，直线FC的延长线与直线GD的延长线相交于点0，该装置包括夹角获取设备，用于获取所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角Z FOG ；以及计算设备，用于根据该夹角Z FOG、所述第一直连杆和第二直连杆的长度、以及所述第一直连杆、第二直连杆、臂架油缸、第一臂架和第二臂架这五者之间的连接关系，计算线段AB的长度，即所述臂架油缸的长度。其中，所述夹角获取设备可包括倾斜角获取设备，用于获取所述第一臂架的倾斜角和第二臂架的倾斜角；以及夹角计算设备，用于通过计算该两个倾斜角之差，得到该第一臂架与第二臂架的延伸方向之间的夹角Z FOG。其中，所述夹角获取设备用于获取旋转编码器所测量的所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角Z F0G。其中，所述计算设备用于根据ZF0G、ZFCE以及Z⑶E，计算角Z CED ；根据线段 CE、线段DE以及Z CED，计算线段⑶的长度；根据Δ CBD和Δ CED的三条边的边长，可计算Z B⑶和Z E⑶；根据Z B⑶以及 ZECD，计算ZBCE ；根据ZBCE、ZFCA以及Z FCE，计算Z ACB ；以及根据角Z ACB、线段AC 以及线段BC，计算线段AB的长度。有关该测量臂架油缸的长度的装置的详细描述可参照之前所述的用于测量臂架油缸的长度的方法的详细描述，于此不在赘述。图5为本发明提供的用于测量臂架油缸的长度的系统的结构示意图。相应地，如图5所示，本发明提供还一种用于测量臂架油缸的长度的系统，该臂架油缸2 —端固定于第一臂架Ia的支点A上，另一端与第一直连杆3a和第二直连杆3b于连接点B相连接，并分别通过所述第一直连杆3a和所述第二直连杆3b连接于所述第一臂架Ia上的支点C和所述第二臂架Ib上的支点D，所述第一臂架Ia与所述第二臂架Ib于连接点E相连接，设点F 和点G，直线FC与所述第一臂架Ia的延伸方向平行，直线GD与所述第二臂架Ib的延伸方向平行，直线FC的延长线与直线GD的延长线相交于点0，该系统包括角度测量设备10，用于测量所述第一臂架Ia与所述第二臂架Ib的延伸方向之间的夹角Z FOG ；存储设备20，存储有所述第一直连杆3a和第二直连杆3b的长度以及所述第一直连杆3a、第二直连杆3b、 臂架油缸2、第一臂架Ia和第二臂架Ib这五者之间的连接关系；以及长度计算设备30，该长度计算设备30为上述用于测量臂架油缸的长度的装置。其中，所述存储设备20及所述长度计算设备30可合为一体，可由微处理器、MCU、 FPGA等实现。其中， 如图4所示，所述角度测量设备10可包括第一倾角传感器10a，位于所述第一臂架Ia上，用于测量该第一臂架Ia的倾斜角；以及第二倾角传感器10b，位于所述第二臂架Ib上，用于测量该第二臂架Ib的倾斜角。其中，所述角度测量设备10可为旋转编码器，该旋转编码器位于所述第一臂架Ia 与所述第二臂架Ib的连接点E处，用于测量所述第一臂架Ia与所述第二臂架Ib的延伸方向之间的夹角Z FOG。该用于测量臂架油缸的长度的装置的详细描述可参照之前所述的用于测量臂架油缸的长度的方法的详细描述，于此不在赘述。通过使用本发明的方案，可利用角度测量设备(具体为倾角传感器或旋转编码器)来代替现有技术中的拉线传感器，以实现对臂架油缸的长度的测量，该角度测量设备具有安装便捷、不易损坏且可靠性好的优点。以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式
中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
权利要求
1.一种用于测量臂架油缸的长度的方法，该臂架油缸一端固定于第一臂架的支点A 上，另一端与第一直连杆和第二直连杆于连接点B相连接，并分别通过所述第一直连杆和所述第二直连杆连接于所述第一臂架上的支点C和所述第二臂架上的支点D，所述第一臂架与所述第二臂架于连接点E相连接，设点F和点G，直线FC与所述第一臂架的延伸方向平行，直线GD与所述第二臂架的延伸方向平行，直线FC的延长线与直线GD的延长线相交于点0，该方法包括获取所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角Z FOG ；以及根据该夹角Z FOG、所述第一直连杆和第二直连杆的长度、以及所述第一直连杆、第二直连杆、臂架油缸、第一臂架和第二臂架这五者之间的连接关系，计算线段AB的长度，即所述臂架油缸的长度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述第一臂架与第二臂架的延伸方向之间的夹角Z FOG包括获取所述第一臂架的倾斜角和第二臂架的倾斜角；以及通过计算该两个倾斜角之差，得到该第一臂架与第二臂架的延伸方向之间的夹角 Z FOG。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述第一臂架与第二臂架的延伸方向之间的夹角Z FOG包括获取旋转编码器所测量的所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角 Z FOG。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据该夹角ZFOG、所述第一直连杆和第二直连杆的长度、以及所述第一直连杆、第二直连杆、臂架油缸、第一臂架和第二臂架这五者之间的连接关系，计算线段AB的长度包括根据Z FOG、Z FCE以及Z⑶E，计算角Z CED ；根据线段CE、线段DE以及Z CED,计算线段⑶的长度；根据Δ CBD和Δ CED的三条边的边长，可计算Z B⑶和Z E⑶；根据Z BCD以及Z ECD，计算Z BCE ；根据ZBCE、ZFCA以及ZFCE，计算Z ACB ；以及根据角广ACB、线段AC以及线段BC，计算线段AB的长度。
5.一种用于测量臂架油缸的长度的装置，该臂架油缸一端固定于第一臂架的支点A 上，另一端与第一直连杆和第二直连杆于连接点B相连接，并分别通过所述第一直连杆和所述第二直连杆连接于所述第一臂架上的支点C和所述第二臂架上的支点D，所述第一臂架与所述第二臂架于连接点E相连接，设点F和点G，直线FC与所述第一臂架的延伸方向平行，直线GD与所述第二臂架的延伸方向平行，直线FC的延长线与直线GD的延长线相交于点0，该装置包括夹角获取设备，用于获取所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角Z FOG ；以及计算设备，用于根据该夹角Z F0G、所述第一直连杆和第二直连杆的长度、以及所述第一直连杆、第二直连杆、臂架油缸、第一臂架和第二臂架这五者之间的连接关系，计算线段 AB的长度，即所述臂架油缸的长度。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述夹角获取设备包括倾斜角获取设备，用于获取所述第一臂架的倾斜角和第二臂架的倾斜角；以及夹角计算设备，用于通过计算该两个倾斜角之差，得到该第一臂架与第二臂架的延伸方向之间的夹角Z FOG。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述夹角获取设备用于获取旋转编码器所测量的所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角Z FOG。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述计算设备用于 根据Z FOG、Z FCE以及Z⑶E，计算角Z CED ；根据线段CE、线段DE以及Z CED，计算线段⑶的长度； 根据Δ CBD和Δ CED的三条边的边长，可计算Z B⑶和Z E⑶； 根据Z BCD以及Z ECD，计算Z BCE ； 根据ZBCE、ZFCA以及Z FCE，计算Z ACB ；以及根据角Z ACB、线段AC以及线段BC，计算线段AB的长度。
9.一种用于测量臂架油缸的长度的系统，该臂架油缸一端固定于第一臂架的支点A 上，另一端与第一直连杆和第二直连杆于连接点B相连接，并分别通过所述第一直连杆和所述第二直连杆连接于所述第一臂架上的支点C和所述第二臂架上的支点D，所述第一臂架与所述第二臂架于连接点E相连接，设点F和点G，直线FC与所述第一臂架的延伸方向平行，直线GD与所述第二臂架的延伸方向平行，直线FC的延长线与直线GD的延长线相交于点0，该系统包括角度测量设备，用于测量所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角 Z FOG ；存储设备，存储有所述第一直连杆和第二直连杆的长度以及所述第一直连杆、第二直连杆、臂架油缸、第一臂架和第二臂架这五者之间的连接关系；以及长度计算设备，该长度计算设备为权利要求5-8中任一项权利要求所述的用于测量臂架油缸的长度的装置。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述角度测量设备包括第一倾角传感器，位于所述第一臂架上，用于测量该第一臂架的倾斜角；以及第二倾角传感器，位于所述第二臂架上，用于测量该第二臂架的倾斜角。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述角度测量设备为旋转编码器，该旋转编码器位于所述第一臂架与所述第二臂架的连接点E处，用于测量所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角Z FOG。
全文摘要
本发明公开了一种用于测量臂架油缸的长度的方法、装置以及系统，该方法包括获取所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角∠FOG；以及根据该夹角∠FOG、所述第一直连杆和第二直连杆的长度、以及所述第一直连杆、第二直连杆、臂架油缸、第一臂架和第二臂架这五者之间的连接关系，计算线段AB的长度，即所述臂架油缸的长度。通过上述技术方案，可仅通过旋转编码器或倾角传感器，实现臂架油缸长度的测量。相比于拉线传感器，旋转编码器或倾角传感器具有安装便捷、不易损坏且可靠性好的优点。
文档编号G01B21/22GK102435158SQ20111026034
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月5日 优先权日2011年9月5日
发明者尹君, 易伟春, 李仁玉, 李葵芳, 王帅 申请人:中联重科股份有限公司