专利名称：臂架系统、工程机械和臂架系统末端位置参数获取方法
技术领域：
本发明涉及臂架控制技术领域，具体而言，涉及臂架系统、工程机械和臂架系统末端位置参数获取方法。
背景技术：
多关节机械臂作为流动性物料输送装备，因其通用性强、作业范围广、操作灵活等优点，广泛应用于混凝土输送、高空消防作业、港口油料补给等领域，成为国家建设中不可缺少的高端技术装备。臂架系统一般包括多节节臂，第一节臂的大头端与预定的底盘通过一个竖向轴铰接相连；其他节臂的大头端与相邻的节臂的小头端通过水平铰接轴铰接；这样，多节节臂通过水平铰接轴顺序铰接相连，最末端的节臂向外伸出，该节臂称为末节臂，末节臂的外端形成臂架系统末端；相邻的节臂之间设置有液压缸等驱动机构，以使相邻的节臂之间角度产生预定的变化，使臂架系统末端的位置改变，以将物料或物品运送到预定的位置。由于机械臂受自重和施工姿态的影响，刚柔耦合的机械臂形变复杂，严重影响其末端定位精度。为了获取机械臂的姿态，实现对机械臂末端的精确定位，通常在控制系统中建立适当的坐标系，并通过该坐标系的坐标参数确定机械臂各节臂铰接点的位置，并考虑各节臂的形变，最终确定机械臂实际的末端位置，该末端位置的坐标参数称为位置参数。另外，在利用臂架系统进行工作的过程中，每节臂均要承受相应负载，产生相应形变；多节臂形变的累积会导致臂架系统末端的位置参数与目标位置参数之间具有很大的偏差。为了减小由于机械臂形变导致的臂架系统末端的位置参数的偏差，相关技术中获取末端位置参数的一种方式是，利用两个倾角传感器获得相应节臂的形变量，再根据该形变量对节臂的位置参数进行修正。该方式虽然能够提高臂架系统末端位置参数的准确性， 但由于受到倾角传感器测量精度的限制，臂架系统末端的位置参数与目标位置参数之间的偏差仍然较大，无法满足对臂架系统末端的准确定位和控制的需要。因此，如何提高臂架系统末端位置参数的准确度，仍然是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
考虑到上述背景技术，本发明所要解决的一个技术问题是提供一种臂架系统，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种具有上述臂架系统的工程机械，本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种臂架系统末端位置参数获取方法，可以更准确地获得臂架系统末端位置参数。根据本发明的一个方面，提供了一种臂架系统，包括n节通过水平铰接轴顺序铰接相连的节臂，还包括处理器、n个倾角传感器和2n个长度传感器，所述n为正整数，其中，在每节节臂上安装第一长度传感器和第二长度传感器；在第i节节臂上，所述第二长度传感器与所述第一长度传感器之间的预设距离为Lai，通过所述第一长度传感器获取形变后第i节节臂的长度Lbi，通过所述第二长度传感器获取所述第二长度传感器与形变后第i节节臂末端之间的长度Lcd ;在每节节臂上各安装I个所述倾角传感器，获取所述第一长度传感器和所述第二长度传感器之间的连线与参考平面之间的夹角Oi,其中，i = I、
2.......n ;所述处理器根据所述倾角传感器和所述长度传感器的检测结果，获得臂架系统
末端位置参数
权利要求
1.一种臂架系统，包括η节通过水平铰接轴顺序铰接相连的节臂，其特征在于，还包括处理器(200)、η个倾角传感器(106)和2η个长度传感器，所述η为正整数，其中， 在每节节臂上安装第一长度传感器(102)和第二长度传感器(104);在第i节节臂上， 所述第二长度传感器(104)与所述第一长度传感器(102)之间的预设距离为Lai，通过所述第一长度传感器(102)获取形变后第i节节臂的长度Lbi,通过所述第二长度传感器(104) 获取所述第二长度传感器(104)与形变后第i节节臂末端之间的长度Lcd ；在每节节臂上各安装I个所述倾角传感器(106)，获取所述第一长度传感器(102)和所述第二长度传感器(106)之间的连线与参考平面之间的夹角a i，其中，i = 1、2.......η；所述处理器(200)根据所述倾角传感器(106)和所述长度传感器的检测结果，获得臂架系统末端位置参数(X' Tip,y/ Tip)
2.根据权利要求I所述的臂架系统，其特征在于，所述第一长度传感器(102)、所述第二长度传感器(104)之间的连线垂直于相应各臂架延伸方向，所述倾角传感器(106)安装在两个长度传感器之间。
3.根据权利要求2所述的臂架系统，其特征在于，所述第一长度传感器(102)为第一拉线编码器，第一拉线编码器的本体和拉线外端分别与相应各节臂的两端相连。
4.根据权利要求3所述的臂架系统，其特征在于，所述第二长度传感器(104)为第二拉线编码器，第二拉线编码器的本体和拉线外端分别与相应各节臂的两端相连；所述第一拉线编码器的本体的基准轴线、所述第二拉线编码器的本体的基准轴线之间的垂线，与所述第一拉线编码器的拉线相垂直，且两个拉线编码器的拉线外端连接于同一固定点。
5.根据权利要求3或4所述的臂架系统，其特征在于，所述第一拉线编码器的本体的基准轴线与相应节臂一端的铰接轴线重合，所述拉线外端的固定点与相应节臂另一端的铰接轴线重合；或者，所述第一拉线编码器的本体的基准轴线与相应节臂一端的铰接轴线之间具有预定距离，所述拉线外端的固定点与相应节臂另一端的铰接轴线重合。
6.根据权利要求4所述的臂架系统，其特征在于，所述倾角传感器(106)安装在所述第一拉线编码器的本体、所述第二拉线编码器的本体之间，且所述倾角传感器(106)的基准轴线与该端的铰接轴线之间相交并垂直。
7.根据权利要求6所述的臂架系统，其特征在于，所述倾角传感器(106)分别安装在相应各节臂的大头端。
8.根据权利要求I至7任一项所述的臂架系统，其特征在于，所述处理器(200)还预置有臂架系统中各节臂的设计长度Lir ；所述处理器(200)还在获得臂架系统末端位置参数之后，按照下述公式获取所述臂架系统的形变量Ax和Ay :
9.一种工程机械，包括机械本体和臂架系统，所述臂架系统通过回转机构安装在机械本体上，其特征在于，所述臂架系统为权利要求I至8任一项所述的臂架系统。
10.一种臂架系统末端位置参数获取方法，其特征在于，包括以下步骤每节节臂上，第一长度传感器和第二长度传感器之间的预设距离为Lai，通过所述第一长度传感器获取形变后第i节节臂的长度Lbi，通过所述第二长度传感器获取所述第二长度传感器与形变后第i节臂末端之间的长度Lcd，获取所述第一长度传感器和所述第二长度传感器之间的连线与参考平面之间的夹角Cii,其中，i = 1、2.......η；通过下述公式获取所述臂架系统末端位置参数
11.根据权利要求10所述的臂架系统末端位置参数获取方法，其特征在于，在获得臂架系统末端位置参数之后还包括以下步骤按照下述公式获取所述臂架系统的形变量Ax和Ay :
12.根据权利要求11所述的臂架系统末端位置参数获取方法，其特征在于，所述Lbi为形变后第i节节臂的两端的铰接点之间的测量长度，所述Lcd为所述第二长度传感器与第i 节节臂的末端铰接点之间的测量长度，所述Li为在形变前第i节节臂两端的铰接点之间的测量长度，所述Lir为第i节节臂两端的铰接点之间的设计长度。
全文摘要
本发明提供了一种臂架系统，包括多节通过水平铰接轴顺序铰接相连的节臂，还包括在每节节臂上安装两个长度传感器，其中一个长度传感器测量相对应节臂在形变后的长度，另一长度传感器测量其与相应节臂末端之间的长度，两个长度传感器之间存在预设距离；在每个节臂上安装一个倾角传感器，获取两个长度传感器之间的连线与参考平面之间的夹角；处理器根据倾角传感器和长度传感器的检测结果，获得臂架系统末端位置参数。根据本发明的臂架系统，对于单节臂采用单倾角传感器和双拉线编码器来获取节臂的末端位置参数，可以更准确地获得臂架系统末端位置参数。本发明还提供了一种工程机械和一种臂架系统末端位置参数获取方法。
文档编号G01B21/00GK102589493SQ20121002723
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月8日 优先权日2012年2月8日
发明者张作良, 徐增丙, 易小刚, 李 东 申请人:三一重工股份有限公司