专利名称：获得臂架系统末端位置参数的方法、臂架系统及工程机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种臂架控制技术，特别涉及一种获得臂架系统末端位置参数的方法，还涉及到一种臂架系统及包括该臂架系统的工程机械。
背景技术：
当前，臂架系统广泛地应用在泵车和布料杆中，以实现对混凝土或其他物料的输送。臂架系统一般包括多节节臂；第一臂根端与预定的回转机构通过水平轴铰接相连；第一臂的末端与第二臂的根端通过水平轴铰接，第二臂的末端与第三臂的根端通过水平轴铰接，第三臂的末端与第四臂的根端通过水平轴铰接；这样，多节节臂顺序铰接相连。最末端的节臂向外伸出，其末端形成臂架系统末端。第一臂的根端与回转机构之间及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夹角产生预定的变化，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。为了实现对臂架系统末端位置的自动控制，需要确定臂架系统末端的位置；为了确定臂架系统末端的位置，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臂架系统的位置；该末端的坐标参数称为位置参数。当前，已经公开了多种确定臂架系统末端位置参数的技术方案。另外，在利用臂架系统进行工作的过程中，每节节臂均要承受相应负载，产生相应形变；多节节臂形变的累积会导致臂架系统末端位置参数与目标位置参数之间具有很大的偏差。为了减小由于节臂形变导致的臂架系统末端位置参数的偏差，中国专利文献CN101870110A公开了一种臂架系统的控制方法，该控制方法中，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。该控制方法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
本发明要解决的第一个技术问题为提供一种获得臂架系统末端位置参数的方法， 利用该方法可以更准确地获得臂架系统末端位置参数。本发明要解决的第二个技术问题为提供一种臂架系统。在提供臂架系统的基础上，本发明还提供一种包括该臂架系统的工程机械。本发明提供获得臂架系统末端位置参数的方法包括以下步骤获得臂架系统中各驱动机构的位移量LS1、Ls2.......Lsm ；获得形变后各节臂末端
延伸方向与预定参考平面之间的夹角α” Ci2.......α m;获取各节臂形变前的参考长度
Lp L2.......Lffl ；其中，m为臂架系统包括节臂的总数；获得夹角θ 12、θ ........θ (m_1)m ；其中，θ 12为第一臂末端与第二臂根端之间的
4夹角；为第二臂末端与第三臂根端之间的夹角；0 (m-1)m为第(m-1)臂末端与第m臂根端 之间的夹角；其中，9 12 = f (L52) > Q23 = f (L53)、……9 (ffl-1)ffl = f (Lsffl)； 分别获得各节臂根端的延伸方向与参考平面之间的夹角ep e2.......em;其
中，S1 = f (Lsi) ；0 2 = 180-a ^ei2-(I-Ic1Mefa1) ；......0ffl = 180-Qm-0(^
m"(1_k(m-l)) ( 9 (m-l)"a (m-1))；获得各节臂末端位置参数(Xlp，Ylp)、(X2p，Y2p).......(Xmp，Yfflp)Xlp = L1X cos Ik1 ( 0「a》} Xcos{ 0 ^k1 ( 0 r a }；Ylp = L1X cos Ik1 ( 0「a 工)} Xsin{ 0 ^k1 ( 0「a 工)}；X2p = L2 X cos Ik2 ( 0 2-a 2)} Xcos{ 0 2-k2 ( 0 2- a 2)}；Y2p = L2 X cos {k2 ( 0 2- a 2)} X sin { 0 2_k2 ( 0 2- a 2)}；......；
_ 7] Xfflp = LfflXcos{kffl(0ffl-affl)}Xcos{0 ffl-kffl ( 0 ffl-a ffl)}；Yfflp = LfflXcos{kffl(0ffl-affl)}Xsin{0 ffl-kffl ( 9 a J };进而获得臂架系统末端位置参数Xtip = L1X cos Ik1 ( 9「a》} X cos { 0 ^k1 ( 0「a》} +L2 X cos {k2 ( 0 2- a 2)} X cos { 0 9-k9 ( 0 9- a 9)} +......L Xcos{k ( 0 -a )} Xcos{ 0 -k ( 0 -a )}
2 1Y2、 2J ......Mn,、\ m m/ j v^wo L m lvm \ m m, J ，Ytip = L1X cos Ik1 ( 0「a》} Xsin{ 9 ^k1 ( 9 r a }+L2X cos {k2 ( 0 2_ a 2)} Xsin{ e2-k2(02-a2)}+......LfflXcos {kffl(0ffl-affl)}Xsin{0ffl-kffl(0ffl-affl)}；其中，kpl^、……km均为小于1的常数。可选的，所述L1I2.......Lm分别为形变前相应节臂两端的铰接轴线之间的距离。可选的，所述Lp L2.......Lffl分别为形变前相应节臂两端的铰接轴线之间的设计距离。可选的，使Vlc2、……km_顺序增大。可选的，所述预定参考平面为水平面。本发明提供的臂架系统包括m节通过水平铰接轴顺序铰接相连的节臂，各节臂均 由相应的驱动机构驱动进行角度变化，还包括处理器、多个倾角传感器和多个长度传感器， 多个所述倾角传感器分别安装在相应的节臂的末端，用于在形变后检测相对应节臂末端延
伸方向与预定参考平面之间的夹角Opd2.......a 多个所述长度传感器分别安装在相
应的驱动机构上，用于检测各驱动机构的位移量LS1、Ls2.......LSffl；所述处理器用于根据相应长度传感器的检测结果获得e 12、0 23....... e (ffl_1)ffl ；其
中，e 12为第一臂末端与第二臂根端之间的夹角；e 23为第二臂末端与第三臂根端之间的夹 角；0 Orfm为第(m-1)臂末端与第m臂根端之间的夹角；0 12 = f (Ls2) > 0 23 = f (L53)、……9 (ffl-i)ffl = f (Lsm)；再分别获得各节臂根端的延伸方向与参考平面之间的夹角ep e2.......effl；
其中，0I = f (Lsi) ； 02 = 180-a「ei2-(I-Ic1) (e「a 丄)；......0 m = 180-a ⑷厂 0 ⑷)
m"(1_k(m-l)) ( 9 (m-l)"a (m-1))；再获得各臂末端位置参数(Xlp，Ylp)、(X2p，Y2p).......(Xmp，Yfflp)Xlp = L1X cos Ik1 ( 0「a 丄)} X cos { 0 ^k1 ( 0「a 丄)}；Ylp = L1X cos Ik1 ( 0 r a } X sin { 0 ^k1 ( 0 r a }；
X2p = L2X cos {k2 ( θ 2- α 2)} X cos { θ 2_k2 ( θ 2- α 2)}；Y2p = L2X cos {k2 ( θ 2- α 2)} X sin { θ 2-k2 ( θ 2- α 2)}；......；
_] Xmp = LfflXcos{kffl(0ffl-affl)}Xcos{0ffl-kffl(0m-affl)}；Ymp = LfflXcos{kffl(0ffl-affl)}Xsin{0ffl-kffl(0m-affl)}；进而获得臂架系统末端位置参数Xtip = L1X cos Ik1 ( θ「a》} Xcos { θ ^k1 ( θ「α 丄)}+L2 X cos {k2 ( θ 2- a 2)} Xcos{ 02-k2(92-a2)}+......LfflXcos{kffl(0ffl-affl)}Xcos{0ffl-kffl(0m-affl)}；Ytip = L1X cos Ik1 ( θ「a》} Xsin{ θ ^k1 ( θ r a ^ }+L2X cos {k2 ( θ 2_ a 2)} Xsin{ 02-k2(92-a2)}+......LfflXcos{kffl(0ffl-affl)}Xsin{0ffl-kffl(0m-affl)}；其中，kA、……1^均为小于1的常数。可选的，所述倾角传感器的基准轴线与相应节臂末端的铰接轴线相交。可选的，所述倾角传感器的基准轴线与相应节臂末端的铰接轴线垂直。可选的，所述长度传感器为拉线编码器。本发明提供的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，所述臂架系统为上述任一种臂架系统。与现有技术相比，本发明提供的获得臂架系统末端位置参数的方法中，通过长度传感器检测各驱动机构的位移量，通过驱动机构的位移量确定各臂架根端延伸方向与预定参考平面之间的角度；同时，再根据该角度与形变后相应节臂末端延伸方向与预定参考平面之间的角度及相应节臂的参考长度获得臂架系统末端位置参数。利用该技术方案，不仅可以避免由于倾角传感器精度较低产生的累积误差较大的问题，而且通过适当的长度传感器检测驱动机构的位移量，容易保证驱动机构的位移量的检测精度，进而能够保证各臂架根端延伸方向与预定参考平面之间角度的准确性，进而能够使臂架系统末端位置参数更准确。在进一步的技术方案中，参考长度为形变前相应节臂两端铰接轴线之间的距离。 以该距离为基础获得臂架系统末端位置参数，可以避免由于参考长度与相应节臂有效长度之间的偏差导致数据的偏差，进而提高臂架系统末端位置参数的准确性。在提供上述获得臂架系统末端位置参数的方法的基础上，本发明提供的臂架系统能够实施上述方法，同样能够产生相对应的技术效果。在进一步的技术方案中，所述倾角传感器的基准轴线与该端的铰接轴线保持相交并垂直；这样可以使获得的角度测量值更准确，提高臂架系统末端位置参数的准确性。在进一步的技术方案中，所述长度传感器为拉线编码器；拉线编码器具有更高的精度，可以准确测量驱动机构的位移量，保证驱动机构的位移量的检测精度，进而提高臂架系统末端位置参数的准确性。提供的包括上述臂架系统的工程机械也具有相对应的技术效果。
图1为本发明提供的臂架系统的工作原理图；图2为本发明提供的臂架系统中，控制部分的结构框图3是获得臂架系统末端位置参数的原理示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应视为对本发明公开技术内容的限制。为了更清楚地描述本发明提供的技术方案，本部分先对提供的臂架系统进行描述，在对臂架系统描述的基础上对获得臂架系统末端位置参数的方法进行描述；获得臂架系统末端位置参数的方法可以应用本发明的提供臂架系统实施，但实施该方法不限于本发明提供的臂架系统。如图1所示，该图为本发明提供的臂架系统的工作原理图。本发明实施例提供的臂架系统包括4节通过水平铰接轴顺序铰接相连的节臂；4节节臂分别称为第一臂10、第二臂20、第三臂30和第四臂40 ；第一臂10通过水平轴铰接安装在相应机械本体的回转机构上，第四臂40为末节臂；各节臂中，靠近机械本体一端为根端，相反的另一端为末端；根端和末端分别形成相应的铰接轴线。臂架系统还包括4个驱动机构，四个驱动机构分别为四个油缸11、21、31、41 ；其中，第一臂10通过油缸11驱动，以相对于回转机械进行旋转，改变其延伸方向与水平面之间的夹角；第二臂20的根端和第一臂10末端设置有油缸21，第三臂30根端与第二臂20的末端设置有油缸31，第四臂40根端与第三臂30的末端设置有油缸41 ；通过相应油缸能够驱动相邻节臂之间的夹角产生改变。请参考图2，该图是本发明提供的臂架系统中，控制部分的结构框图。该臂架系统的控制部分包括处理器100、4个倾角传感器210至对0、4个拉线编码器310至;340。4个倾角传感器和4个拉线编码器均通过数据线路与处理器100保持相连。4个倾角传感器与4节节臂一一对应，并分别安装在一节节臂靠近末端的位置，以检测相对应节臂末端延伸方向与预定参考平面之间的夹角。4个拉线编码器与四个油缸一一对应，拉线编码器的本体和外拉线的外端分别安装与相应油缸的两端固定，以检测各驱动机构的位移量。以下描述利用本发明提供的臂架系统获得臂架系统末端位置参数的工作原理。请参考图3，该图3是获得臂架系统末端位置参数的原理示意图。图3中，X轴和Y 轴形成直角坐标系Υ0Χ，其中X轴与水平面平行，Y轴与水平面垂直，YOX形成的平面与第一臂10两端的铰接轴线保持垂直。图中，实线为形变前第一臂10和第二臂20的位置，虚线为形变后第一臂10和第二臂20的位置。设第一臂10根端的铰接轴线与坐标原点0重合， A为形变前第一臂10末端的铰接轴线在直角坐标系YOX中的位置，A’为发生形变后第一臂 10末端的铰接轴线在直角坐标系的位置；且产生形变后第一臂10轮廓整体为弧形OA’。另外，还用双点划线示出相应辅助线，共中，NV3为通过A’且与弧线OA’外切的切线；直线NV” A’ V2均为与X轴平行的直线。设Z AOX角度为值Q1J1为第一臂10根端延伸方向与水面之间的夹角；由于第一臂10产生形变时，主要为末端相对于根端产生相应位移，Z AOX保持基本不变；因此，θ i 也与第一臂10形变前的角度基本相等；而第一臂10产生形变前延伸方向与水平面之间的夹角与油缸11的位移量Lsi之间具有预定的函数对应关系；进而，可以确定θ1 = ·(Lsi)； 其中，Lsi为与第一臂10根端相连的油缸11的位移量。进而通过检测油缸11的位移量，再根据预定的函数关系就可以获得θ1 5设Z V3A' V2角度为值α NV3为通过Α，且与弧线OA，外切的切线；因此，α 为第一臂OA产生形变后末端延伸方向与水平面之间的夹角；进而α工可以通过安装在第一臂 10末端的倾角传感器210检测获得。设OA长度为L1，设OA’长度为L’工；根据经验可以确定，第一臂10在形变后整体形成弧形；根据弧弦关系可以确定0A’小于OA;设通过A且垂直于OA’的垂线为AC， 进而可以确定AA’与AC基本相等。设通过原点0且垂直于AA’的垂线与AC交于B，形成0B;在实际工作中，Z Α0Α，一般小于2度，进而Z AOB ^ZAOA' /2 ；进而，AA，^ AC =2 X OAX sin ( Z Α0Α，/2)；同时，AC = OAX sin ( Z Α0Α，)。sinO ° ) = 0. 034899， 2Xsin(l° ) = 0.03490 ；二者之差为0.00001 ；也就说AA’与AC之间的差值非常小，在工程控制数据处理中基本上忽略不计。进而，L’工=LiXcoM Z Α0Α’ )。如图3 所示，Z V3NV1 = αι;Ζ ANV1 = θ 丨；进而，可以确定 Z ΑΝΑ，= θ ra 设 ΖΑΝΑ，=Δα。以三角形Δ 0ΑΑ，为基础，可以确定Z Α0Α，= k Δ α ；其中A1为小于1的常数，与第一臂10材料、挠度、整体刚度相关；其具体数值可以通过有限次实验确定。进而可以确定:L' ！ = L1XcosGi1A a ) = L1XcosI (^( θ「a J }。设Α，的坐标参数为(X1P，Y1P)。根据三角函数关系，可以确定Xip = Lj1XcosI θ ^k1 Δα} = L1X cos {(k ( θ「a》} X cos ( θ ^k1 Δ a ) = L1Xc os{(k(01-a1)}Xcos{01-k1(01-a1)}；Yip = Lj1XsinI θ ^k1 Δα} = L1X cos {(k ( θ「α 丄)} X sin { θ ^k1 Δα} = L1Xc os{(k( θ ra Xsin{ θ ^k1 ( θ 厂 α》}。为了获得第二臂20末端相对于其根端的位置参数，设Z OA’ V4 = θ12、 Z V2A' V4 = θ 2 ；由图 3 可以确定 θ2 = 180- Z V3A' V2- Z V4A' 0- Z NA' 0 = 180- Z V3A' V2- Z V4A' 0-( Z ANA' - Z Ν0Α，) = 180- α「θ 12- (Δ a -Iq Δ a )= 180-a「Q12-(I-Ic1) Δα= 180-a「θ 12-(Pk1) ( θ「α 丨)。其中，与获得角度 θ 丨的方式相同，第一臂10和第二臂20产生的形变对于θ 12基本没有影响，且θ 12与油缸21的位移量之间具有预定的函数对应关系；进而，可以确定θ 12 = f (Ls2)；进而根据Ls2可以获得θ 12。 进一步地获得θ2。同样，根据θ 2和倾角传感器220检测获得的第二臂20末端延伸方向与水平面之间的夹角a 2可以获得第二臂20末端位置参数(X2P，Y2p)；其中X2p = L2X cos {k2 ( θ 2- a 2)} X cos { θ 2_k2 ( θ 2- a 2)}；Y2p = L2X cos {k2 ( θ 2- a 2)} X sin { θ 2_k2 ( θ 2- a 2)}。其中，L2为第二臂20的参考长度；同样Λ2为小于1的常数，与第二臂20材料、挠
度、整体刚度相关。通过同样的方式，根据第二臂20末端与第三臂30根端油缸31位移量k可以获得第二臂20末端与第三臂30根端之间的夹角θ 23 ；再根据θ 23、θ 2、a 2及与第二臂20相关的常数1 可以获得第三臂30根端的延伸方向与参考平面之间的夹角θ 3;以同样的方式， 再根据L3、K3、θ 3、a 2可以获得第三臂30末端位置参数(X3P，Y3p)；同样根据L4、K4、θ 4、a 4 可以获得第四臂40末端位置参数0(4p，Y4p)。在获得各节臂末端位置参考之后，可以获得在直角坐标系YOX中的臂架系统末端位置参数Xwp和Ytip。Xtip = Xlp+X2p+X3p+X4p = L1X cos θ r α X cos { θ ^k1 ( θ「α》} +L2 X cos {k2 (θ 2- α 2)} Xcos{ θ 2-k2( θ 2-α 2)}+L3Xcos{k3( θ 3_ α 3)} Xcos{ θ 3_k3( θ 3_ α 3)}+L4X cos {k4(04-a4)}Xcos{04-k4(04-a4)}；Ytip = Ylp+Y2p+Y3p+Y4p = L1X cos % ( θ「α 丄)} X sin { θ「、( θ「α 丄)} +L2 X cos {k2 (θ 2-a 2)} Xsin{ θ 2-k2( θ 2-a 2)}+L3Xcoslk3 ( θ 3-a 3)} X sin { θ 3_k3( θ 3-a 3)}+L4X cos {k4 ( θ 4- a 4)} X sin { θ 4-k4 ( θ 4- a 4)}。上述公式中，下标数字表示相应节臂的参数。进而，根据上述公式，处理器100 能够根据多个倾角传感器和多个拉线编码器的检测结果及节臂形变前的参考长度L”
L2.......Lffl获得臂架系统末端位置参数Xwp和Ytip。再根据Xwp和Yhp实现对臂架系统的
精确控制和定位。根据现有技术提供的技术方案，如用倾角传感器测量相应节臂由于形变产生的倾斜角度变化，会由于节臂倾斜角度变化过小，且倾斜传感器误差过大导致获得的臂架末端位置参数误差较大。而利用上述实施例提供臂架系统，通过拉线编码器检测各驱动机构的位移量LS1、LS2、LS3和Ls4，通过驱动机构的位移量确定第一臂10根端延伸方向与预定参考平面之间的夹角θ工及相邻节臂之间的夹角，再根据该角度与形变后相应节臂末端延伸方向与预定参考平面之间的角度及相应节臂的参考长度获得臂架系统末端位置参数。利用该技术方案，不仅可以避免由于倾角传感器精度产生的累积误差，且通过适当的拉线编码器检测驱动机构的位移量，容易保证对驱动机构位移量的检测精度，进而能够保证各节臂根端延伸方向与预定参考平面之间夹角的准确性，进而能够使臂架系统末端位置参数更准确。。优选技术方案中，可以使倾角传感器210的基准轴线与相应节臂末端的铰接轴线之间保持相交并垂直，这样可以使检测获得的倾斜角度与相应节臂的实际倾斜角度更接近，减小数据误差，提高臂架系统末端位置参数的准确性。上述参考长度Li、L2、L3、L4优选相应节臂的两端的铰接轴线之间的距离；该距离可以是各节臂的设计距离；也可以是可以通过适当长度传感器检测获得的相应节臂的长度。可以理解，检测各驱动机构的位移量LS1、LS2、Ls3和Ls4的装置不限于拉线编码器， 也可以是其他长度传感器；只要是通过长度传感器能够检测各节臂产生形变前后长度，就能够实现本发明的目的。可以理解，确定臂架系统末端位置参数的坐标系中，坐标轴不限于与水平面平行或垂直，也可以根据实际需要设定相应坐标系，使预定坐标轴与预定参考平面平行；通过对倾角传感器输出角度值的适当换算，就可以获得相应节臂与预定参考平面之间的夹角。在提供上述臂架系统的基础上，本发明还提供一种工程机械，该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，所述臂架系统为上述任一项所述的臂架系统。由于臂架系统具有上述技术效果，包括该臂架系统的工程机械也具有相对应的技术效果。该工程机械可以是泵车、布料杆或其他工程机械。基于上述对臂架系统的描述，本发明提供的获得臂架系统末端位置参数的方法包括以下步骤获得臂架系统中各驱动机构的位移量LS1、LS2.......Lsm，其中，Lsi为与第一臂根端
相连的驱动机构的位移量，Ls2为与第二臂根端相连的驱动机构的位移量，Lsm为与第m臂根端相连的驱动机构的位移量；获得形变后各节臂末端延伸方向与预定參考平面之间的夹角 Q1^a2.......Qffl ；获取各节臂形变前的參考长度L1. L2.......Lffl ；设臂架系统包括m节节臂。获得夹角e 12、e ........e (ffl_1)ffl ；其中，e 12为第一臂末端与第二臂根端之间的
夹角；为第二臂末端与第三臂根端之间的夹角；0レ&为第(m-l)臂末端与第m臂根端 之间的夹角；其中，e 12 = f (Ls2) ^e23 = f (Ls3)、……0 (ffl_1)ffl = f (Lsffl)。分别获得各节臂根端的延伸方向与參考平面之间的夹角ep e2.......em;其
中，S1 = f (Lsi) ；0 2 = 180-01-912-(1-10(9「01) ；......6ffl = 180-Qfrf-0^
m-(l_k(m—上)ノ ( o (m—D—a (m—0获得各节臂末端位置參数(Xlp，Ylp)、(X2p，Y2p).......(Xfflp, Yfflp)Xlp = L1X cos Ik1 ( 0「a》} Xcos{ 0 ^k1 ( 0「a 丄)}；Ylp = L1X cos {k! ( 0「a 丄)} X sin { 0 ^k1 ( 0 r a }；X2p = L2X cos {k2 ( 0 2- a 2)} X cos { 0 2~k2 ( 0 2_ a 2)}；Y2p = L2X cos {k2 ( 0 2_ a 2)} X sin { 0 2_k2 ( 0 2_ a 2)}；......；Xfflp = LfflXcos{kffl(0ffl-affl)}Xcos{0ffl-kffl(0ffl-affl)}；Yfflp = LfflXcos{kffl(0ffl-affl)}Xsin{0 ffl-kffl ( e a m)}。进而获得臂架系统末端位置參数Xtip = L1X cos Ik1 ( 9「a》} X cos { 0 ^k1 ( 0「a》} +L2 X cos {k2 ( 0 2_ a 2)} X cos { e2-k2(02-a2)}+......LfflXcos {kffl(0ffl-affl)}Xcos{0ffl-kffl(0ffl-affl)}oYtip = L1X cos Ik1 ( 0「a》} Xsin{ e ^k1 ( 9 r a }+L2X cos {k2 ( 0 2_ a 2)} Xsin{ e2-k2(02-a2)}+......LfflXcos {kffl(0ffl-affl)}Xsin{0ffl-kffl(0ffl-affl)}o其中，い2、……km均为小于1的常数。L” L2.......Lm可以分别为形变前相应节臂的两端的铰接轴线之间的距离；也可
以是其设计距离。在各节臂强度存在不同吋，も、、……km也存在不同；在确定も、、……km的值 吋，可以通过相应实验分別确定；也可以确定的ー个或多个，再根据各节臂材料、強度及挠 度的变化，确定も、、、……km的变化规律，再确定其他系数的值；一般来讲，从第一臂10到 末节臂，其強度逐渐减小，k^k^……km可以顺序増大。与臂架系统相对应，本发明提供的方法也具有相对应的技术效果。本文中应用了具体个例对本发明提供的技术方案进行了阐述，以上实施例的说明 只是用于帮助理解本发明提供的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来 说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰 也落入本发明权利要求的保护范围内。
权利要求
1. 一种获得臂架系统末端位置参数的方法，其特征在于，包括以下步骤获得臂架系统中各驱动机构的位移量LS1、Ls2.......Lsm ；获得形变后各节臂末端延伸方向与预定参考平面之间的夹角α” Ci2.......α m;获取各节臂形变前的参考长度LpL2.......Lm ；其中，m为臂架系统包括节臂的总数；获得夹角θ 12、θ ........ θ (m-1)m ；其中，θ 12为第一臂末端与第二臂根端之间的夹角；θ 23为第二臂末端与第三臂根端之间的夹角；θ (m-1)m为第(m-1)臂末端与第m臂根端之间的夹角；其中，θ 12 = f (Ls2) > θ23 = f (Ls3)、……θ (m_1)m = f (Lsm)；分别获得各节臂根端的延伸方向与参考平面之间的夹角θρ θ2.......θω;其中，Q1=f(Lsi) ；θ2 = 180-α「θ12-(1-1Ο(θ「αι) ；......θω= lSO-a^-e^^-d-k^)(9 (m-l)"a (m-1))；获得各节臂末端位置参II (Xlp，Yip)、，、·Xlp = L1X cos Ik1 ( θ rai)} Xcos{ θ(0ra!)}Y^LiXcoslkjefd^lXsini θ(0ra!)}X2p = L2 X cos Ik2 ( θ 2-a2)} Xcos{ θ(θ2-α2)}Y2p = L2 X cos Ik2 ( θ 2-a2)} Xsin{ θ2~h(θ2-α2)}Xmp = LmXcos{km( em-am)} Xcosl em-km( 0m-am)}；Ymp = LmXcos{km( em-am)} Xsin{ em-km( 0m-am)}；进而获得臂架系统末端位置参数Xtip = L1X cos {ki ( θ「a 丄)} X COS { θ「k! ( θ「a》} +L2 X cos {k2 ( θ 2- a 2)} X cos { θ 2-k2(02-a2)}+......LfflXcos{kffl(0ffl-affl)}Xcos{0ffl-kffl(0m-affl)}；Ytip = L1X cos {k! ( θ「α 丄)} X sin { θ「k! ( θ「a》} +L2 X cos {k2 ( θ 2- a 2)} X sin { θ 2-k2(02-a2)}+......LfflXcos{kffl(0ffl-affl)}Xsin{0ffl-kffl(0m-affl)}；其中，ki、!^、……1^均为小于1的常数。
2.根据权利要求1所述的获得臂架系统末端位置参数的方法，其特征在于，所述Lp L2.......Lffl分别为形变前相应节臂两端的铰接轴线之间的距离。
3.根据权利要求2所述的获得臂架系统末端位置参数的方法，其特征在于，所述Lp L2.......Lffl分别为形变前相应节臂两端的铰接轴线之间的设计距离。
4.根据权利要求1所述的获得臂架系统末端位置参数的方法，其特征在于，使k” k2、……km_顺序增大。
5.根据权利要求1-4任一项所述的获得臂架系统末端位置参数的方法，其特征在于， 所述预定参考平面为水平面。
6.一种臂架系统，包括m节通过水平铰接轴顺序铰接相连的节臂，各节臂均由相应的驱动机构驱动进行角度变化，其特征在于，还包括处理器(100)、多个倾角传感器和多个长度传感器，多个所述倾角传感器分别安装在相应的节臂的末端，用于在形变后检测相对应节臂末端延伸方向与预定参考平面之间的夹角Qpd2.......a m;多个所述长度传感器分别安装在相应的驱动机构上，用于检测各驱动机构的位移量LS1、Ls2.......Lsm ；所述处理器(100)用于根据相应长度传感器的检测结果获得θ 12、θ ........ θ (m_1)m ；其中，θ 12为第一臂末端与第二臂根端之间的夹角；θ 23为第二臂末端与第三臂根端之间的夹角；θ (m-1)m为第(m-1)臂末端与第m臂根端之间的夹角； θ 12 = f (Ls2), θ23 = f (Ls3)、……θ (m_1)m = f (Lsm)；再分别获得各节臂根端的延伸方向与参考平面之间的夹角θρ θ2.......θω;其中，=f (Lsi) ;θ2 = 180-α「θ12-(1-1Ο(θ「αι) ；......θω = 180-α ^ir θ^m"(1_k(m-l)) ( θ (m-l)"a (m-1))；再获得各臂末端位置参II (Xlp，Yip)、，、·Xlp = L1X cos Ik1 ( θ rai)} Xcos{ θ(0ra!)}Y^LiXcoslkjefd^lXsini θ(0ra!)}X2p = L2 X cos Ik2 ( θ 2-a2)} Xcos{ θ(θ2-α2)}Y2p = L2 X cos Ik2 ( θ 2-a2)} Xsin{ θ2~h(θ2-α2)}Xmp = LmXcos{km( em-am)} Xcosl em-km( 0m-am)}；Ymp = LmXcos{km( em-am)} Xsin{ em-km( 0m-am)}；进而获得臂架系统末端位置参数Xtip = L1X cos {ki ( θ「a 丄)} X COS { θ「k! ( θ「a》} +L2 X cos {k2 ( θ 2- a 2)} X cos { θ 2-k2(02-a2)}+......LfflXcos{kffl(0ffl-affl)}Xcos{0ffl-kffl(0m-affl)}；Ytip = L1X cos {k! ( θ「α 丄)} X sin { θ「k! ( θ「a》} +L2 X cos {k2 ( θ 2- a 2)} X sin { θ 2-k2(02-a2)}+......LfflXcos{kffl(0ffl-affl)}Xsin{0ffl-kffl(0m-affl)}；其中，ki、!^、……1^均为小于1的常数。
7.根据权利要求6所述的臂架系统，其特征在于，所述倾角传感器的基准轴线与相应节臂末端的铰接轴线相交。
8.根据权利要求7所述的臂架系统，其特征在于，所述倾角传感器的基准轴线与相应节臂末端的铰接轴线垂直。
9.根据权利要求6所述的臂架系统，其特征在于，所述长度传感器为拉线编码器。
10.一种工程机械，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6-9任一项所述的臂架系统。
全文摘要
本发明公开了一种获得臂架系统末端位置参数的方法、臂架系统及包括该臂架系统的工程机械。公开的获得臂架系统末端位置参数的方法通过长度传感器检测各驱动机构的位移量，通过驱动机构的位移量确定各臂架根端延伸方向与预定参考平面之间的角度；同时，再根据该角度与形变后相应节臂末端延伸方向与预定参考平面之间的角度及相应节臂的参考长度获得臂架系统末端位置参数。利用该技术方案，不仅可以避免由于倾角传感器精度较低产生的累积误差较大的问题，而且通过适当的长度传感器检测驱动机构的位移量，容易保证驱动机构的位移量的检测精度，进而能够保证各臂架根端延伸方向与预定参考平面之间角度的准确性，进而能够使臂架系统末端位置参数更准确。
文档编号G05D3/12GK102346024SQ201110192138
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月12日 优先权日2011年7月12日
发明者周翔, 曹显利, 高明 申请人:三一重工股份有限公司