专利名称：角度测量装置、测量方法及具有该角度测量装置的汽车的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车制造技术领域，特别涉及ー种角度測量装置、測量方法及具有该角度測量装置的泵车。
背景技术：
随着传感技术的不断提高，很多机械设备对自动化、智能化要求也在不断提高。然而自动化、智能化离不开传感器，选择合适的传感器就显得尤为重要。在很多设备中，角度值是ー个很重要的參数，特别是在有机械臂的设备中，比如混泥土泵车、吊车等，其转塔的旋转方位直接影响到设备的重心位置，因此检测转塔的旋转角度意义重大。现代机电一体化系统中，较高精度的角度測量一般使用编码器或特种电机，例如旋转变压器、感应同步器等。在目前工程机械领域，针对转角的測量方法一般采用旋转编码器，其它也有通过电位计或光电传感器来测量的，就使用效果来看，旋转编码器精度高、測量准确，反馈很及时，其结 果完全可以满足控制要求。但由于旋转编码器本身是ー种精密仪器，对工作环境要求比较高，因此在实际使用过程中还是存在很多问题。现有技术的缺点是，很多场合对旋转角度的精度要求不高，但对测量元件可靠性要求却很苛刻，因此旋转编码器的使用存在以下问题I、旋转编码器不适合露天或震动较大等恶劣エ况。2、有些场合对角度精度要求不高不需要使用旋转编码器且旋转编码器价格比较闻。3、旋转编码器对接收信号的控制器要求较高，需有高速脉冲计数或总线功能。4、旋转编码器现场维修困难极大，非专业人员无法完成。
发明内容
本发明的目的g在至少解决上述技术缺陷，特别是解决目前角度測量所用传感器结构复杂，成本高，且不适合恶劣エ况及维修困难的缺陷。为达到上述目的，本发明一方面提出了ー种角度測量装置，包括感应转盘，所述感应转盘上设置有N个环形区域，其中，每个所述环形区域被均匀地划分为MX 2n个单元，且在每个环形区域上以2N_i个单元的间隙等间隔地设置2N_i个金属条，每个所述金属条覆盖ー个所述单元；N个感应単元，每个所述感应単元与一个环形区域相对应以扫描所述环形区域上的金属条；和控制器，所述控制器与所述N个感应単元相连，所述控制器根据所述N个感应単元对对应的所述环形区域上的金属条的检测计算所述感应转盘的旋转方向及旋转角度，其中，M和N为大于等于I的整数。在本发明的一个实施例中,所述N个感应单元通过固定条安装在所述感应转盘之上。 在本发明的一个实施例中，所述N为3，所述M为5。在本发明的一个实施例中，所述感应转盘包括第一至第三环形区域，其中，所述第ー环形区域上每ー个金属条等间隔排列，所述第二环形区域上每两个金属条等间隔排列，所述第三环形区域上每四个金属条等间隔排列。在本发明的一个实施例中，所述控制器以所述第一环形区域上金属条的检测结果作为第一位，以所述第二环形区域上金属条的检测结果作为第二位，以所述第三环形区域上金属条的检测结果作为第三位计算所述感应转盘的扫描区域信号，所述控制器根据所述扫描区域信号计算所述感应转盘的旋转方向及旋转角度。在本发明的一个实施例中，所述第一至第三环形区域在所述感应转盘之上顺序排列。在本发明的一个实施例中，所述N个环形区域位于所述感应转盘上的同一层，或不同层。在本发明的一个实施例中，所述N个感应单元为接近开关。
在本发明的一个实施例中，所述N个感应単元通过同一个固定条安装在所述感应转盘之上，且所述固定条穿过所述N个环形区域的圆心。本发明实施例另一方面还提出了一种汽车，包括机械臂；控制所述机械臂旋转的減速机；和如上所述的角度測量装置，其中，所述角度測量装置的感应转盘与所述减速机同轴安装，所述N个感应単元固定不动。本发明实施例再一方面还提出了一种采用如上所述的角度測量装置进行角度测量的方法，包括以下步骤控制所述感应转盘旋转；所述控制器按照预定周期对所述N个感应单元进行读数；所述控制器根据所述读数计算所述感应转盘的扫描区域信号，其中，所述扫描区域信号的范围为0-(2n-1);和所述控制器根据所述扫描区域信号的变化计算所述感应转盘的旋转方向及旋转角度。本发明实施例的角度測量装置硬件简单、成本低廉、安装方便。并且只使用简单的传感器，例如接近开关等即可实现，因此防护性能、可靠性及可维护性较高，能够满足工程机械施工时的恶劣エ况。此外，由于本发明实施例规则的状态编码比较简単，因此很容易实现控制器的编程计算。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图I为本发明实施例的角度测量装置结构图；图2a为本发明实施例的ー种角度测量装置的示意图；图2b为本发明实施例的另ー种角度测量装置的示意图；图3为本发明实施例第一至第三感应单元的时序图；图4为本发明实施例汽车中角度測量装置的电气连接示意图；图5为本发明实施例角度测量的方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过參考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。如图I所示，为本发明实施例的角度測量装置结构图。该角度測量装置包括感应转盘100、N个感应单元200和控制器300。在本发明的实施例中，感应转盘100上设置有N个环形区域，其中，每个环形区域被均匀地划分为MX 2n个单元，且在每个环形区域上以2^1个单元的间隙等间隔地设置个金属条，每个金属条覆盖ー个单元。在此需要说明的是，上述被划分的单元是相対的概念，随着每个环形区域的直径不同，该环形区域上単元的尺寸与其他环形区域上単元的尺寸不同，但是该単元相对于环形区域的中心的角度是相同的。在本发明的一个实施例中，感应转盘100为金属盘,金属条高于感应转盘以便感应单元能够仅感应到金属条。每个感应单元200与感应转盘100的一个环形区域相对应以扫描环形区域上的金属条。控制器300与N个感应单元相连，控制器300根据N个感应单元200对对应的环形区域上的金属条的检测计算感应转盘100的旋转方向及旋转角度，其中，M和N为大于等于I的整数。在本发明的实施例中，需要感应转盘100之上的金属条以预定的规则(即循环变化的编码)排列，即随着感应转盘100的不断旋转，N个感应単元200读取其对应的环形区域上是否有金属条，如果有则该感应単元的输出为1，当然在其他实施例中也 可以输出O。则控制器300根据N个感应单元200的读数变化即可判断出感应转盘100的旋转方向及旋转角度。在本发明的一个实施例中，N个感应单元200通过固定条安装在感应转盘100之上。以下将以具体实施例的方式对上述角度測量装置进行介绍，在该实施例中，N为3，M为5。当然在其他实施例中，本领域技术人员可以对上述N和/或M的取值进行修改，这些均应包含在本发明实施例的保护范围之内。如图2a所示，为本发明实施例的ー种角度测量装置的示意图。如图2b所示，为本发明实施例的另ー种角度測量装置的示意图。从图中可以看出，感应转盘100包括第一环形区域110、第二环形区域120和第三环形区域130。其中，第一环形区域110、第二环形区域120和第三环形区域130由内向外顺序排列。但是需要说明的是，第一环形区域110、第ニ环形区域120和第三环形区域130并无明显或必须的顺序关系，只要符合预设的规则即可，如第一环形区域110、第二环形区域120和第三环形区域130顺序有变化，在控制器300之中对其进行重新排列即可。其中，第一环形区域110上每ー个金属条等间隔排列，第二环形区域120上每两个金属条等间隔排列，第三环形区域130上每四个金属条等间隔排列，如图所示。该角度測量装置还包括第一感应单元C、第二感应单元B和第三感应单元A，其中，第一感应单元C用于检测第一环形区域110上的金属条，当检测到金属条时第一感应单元C输出为I ;第二感应单元B用于检测第二环形区域120上的金属条，当检测到金属条时第ニ感应单元B输出为I ;第三感应单元A用于检测第三环形区域130上的金属条，当检测到金属条时第三感应单元A输出为I。如图2a和2b所示，第一感应单元C、第二感应单元B和第三感应单元A通过同一个固定条D安装在感应转盘100之上，且固定条D穿过各个环形区域的圆心。需要说明的是上述实施例所提到的第一感应单元C、第二感应单元B和第三感应单元A的排列方式仅是本发明的优选实施方案。本领域技术人员还可对本发明上述实施例进行等同的修改或变换，例如可将第二感应单元B设置在图2a所示的位置H，也能够达到与上述排列方式相同的技术效果。当然以此类推还可变换其他感应单元的位置，在此不再赘述。控制器300以第一环形区域110上金属条的检测结果作为第一位，以第二环形区域120上金属条的检测结果作为第二位，以第三环形区域130上金属条的检测结果作为第三位计算感应转盘100的扫描区域信号(0-7)，之后控制器300再根据扫描区域信号计算所述感应转盘的旋转方向及旋转角度。如下表所示，为第一至第三感应单元检测结果与是扫描区域信号的对应表
~Γ1P扫描区域信号
0 0 0 0 0 0 11 0 10 2 0113
1004
1015
110 6 1117当A、B、C都没有感应到信号时表示区域信号为O ;当A、B没有感应而C感应时表示扫描区域信号为I ;当A、C没有感应而B感应时表示扫描区域信号为2 ;当B、C有感应而A没有感应时表示扫描区域信号为3 ;当A感应到而B、C没有感应到时表示扫描区域信号为
4;当A、C感应到而B没有感应到时表示扫描区域信号为5 ;当A、B感应到而C没有感应到时表示扫描区域信号为6 ;当A、B、C都感应到信号时表示扫描区域信号为7 ;这样整个感应转盘都只有这八种扫描区域信号且依次规则排列。如图3所示，为本发明实施例第一至第三感应单元的时序图。这样控制器300通过记录该感应转盘100的所有扫描区域信号，并根据这些扫描区域信号变化的情况就可以获知感应转盘100的旋转方向和旋转角度，例如假设扫描区域仅一次从I变化为6，则根据图2a可以判断出感应转盘100正向旋转了 6个单位角度。此外，为了提高检测的准确性及精度，可増加感应单元的个数，例如在本发明的图示中包括两个第二感应单元，例如第二感应单元B和第二感应单元G。从图中可以看出，图2a和2b中规则排列相反，例如从顺时针的角度来看，对于图2a的感应转盘来说，其读数为0-7的循环，而对于图2b的感应转盘来说，其读数为7-0的循环。具体地，例如对于图2a的感应转盘来说，感应转盘顺时针旋转时控制器读出的区域信号依次为0、1、2、3、4、5、6、7、0、1、2...起始位置随机，当感应转盘逆时针旋转时控制器读出的区域信号依次为0、7、6、5、4、3、2、1、0、7、6、5...，起始位置随机。这样本发明实施例就
可以根据扫描区域信号的变化规律很容易得出旋转方向，例如上ー扫描周期区域信号为O，当前扫描区域信号为1，则可确定感应转盘为逆时针旋转，反之为顺时针旋转。旋转方向决定角度值的增减方向，可以再根据区域变化次数确定旋转角度。在本发明的一个实施例中，第一感应单元C、第二感应单元B和第三感应单元A通过固定条D安装在感应转盘(E) 100之上。工作吋，固定条D固定不动，感应转盘(E) 100旋转，使得第一感应单元C、第二感应单元B和第三感应单元A能够读取感应转盘(E) 100上金属条的变化，从而产生扫描区域信号。在本发明的一个实施例中，第一环形区域110、第二环形区域120和第三环形区域130位于感应转盘100上的同一层。当然在本发明的其他实施例中，第一环形区域110、第ニ环形区域120和第三环形区域130也可位于不同层，这时只要第一感应单元C、第二感应単元B和第三感应单元A也相应的分层安装即可。在本发明的优选实施例中，感应单元200 可为接近开关，当金属条接近时产生对应的信号。在本发明的一个实施例中，控制器300可为普通PLC控制器、专用控制器、计算机等，控制器300接收感应単元检测的信息，通过规则的状态编码很容易进行旋转方向的确定及旋转角度的计算。本发明实施例另一方面还提出了ー种汽车。该汽车可为混凝土泵车、吊车等具有机械臂的车辆。该汽车包括机械臂，控制机械臂旋转的减速机，和如上的角度測量装置，其中，该角度測量装置的感应转盘与减速机同轴安装，N个感应単元固定不动。如图4所示，为本发明实施例的混凝土泵车转台的示意图。该实施例中感应单元的分布与图2a和2b的排列方式有一些区别，其中三个感应单元沿感应转盘100的直径设置，其中，三个感应单元中的两个，即第一感应单元C和第三感应单元A设置在感应转盘100圆心的ー侧，另ー个感应单元，即第二感应单元B设置在感应转盘100圆心的ー侧。本领域技术人员应当理解，图4中感应单元这样的排列方式与图2a和图2b的排列方式可起到相同的作用。因此对于类似的等同修改或变化均应包含在本发明的保护范围之内。将感应转盘E (N为3，M为5)安装于减速机(减速比16. I)齿轮F的顶部，第一感应单元C、第二感应单元B和第三感应单元A通过固定条D与转台座连为一体,可适当调节接近开关A、B、C (型号DW-AS-521-M12)与感应转盘E的距离，工作时感应转盘E跟随减速机齿轮F旋转，第一感应单元C、第二感应单元B和第三感应单元A与固定条一起保持不动，电气连接图4所示。具体地，将第一感应单元C、第二感应单元B和第三感应单元A的信号接入控制器300，控制器300通过第一感应单元C、第二感应单元B和第三感应单元A感应金属转盘E的区域信号，每个扫描周期检测到的扫描区域信号都要和上ー扫描周期的扫描区域信号进行比较，通过扫描区域信号比较确定转台旋转方向，旋转方向决定角度值的增减方向，扫描区域信号每变化一次，旋转角度都将增加或减少36(V(M*40)，其中，M为感应转盘与减速机之间的比例系数，在本发明的一个实施例中，M= 10. 5，即扫描区域信号每变化一次，旋转角度都将增加或减少O. 90度。以顺时针为正方向则有每顺时针旋转ー个区域则角度值增加O. 90度；每逆时针旋转ー个区域则角度值减少O. 90度。
如图5所示，为本发明实施例角度测量的方法的流程图，包括以下步骤步骤S501，控制感应转盘旋转。步骤S502，控制器按照预定周期对N个感应単元进行读数。步骤S503，控制器根据读数计算感应转盘的扫描区域信号，其中，扫描区域信号为范围在0-(2n-1)之间，且循环变化的编码。步骤S504，控制器根据扫描区域信号的变化计算感应转盘的旋转方向及旋转角度。本发明实施例的角度測量装置硬件简单、成本低廉、安装方便。并且只使用简单的传感器，例如接近开关等即可实现，因此防护性能、可靠性及可维护性较高，能够满足工程 机械施工时的恶劣エ况。此外，由于本发明实施例规则的状态编码比较简単，因此很容易实现控制器的编程计算。在本说明书的描述中，參考术语“ー个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“ー些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少ー个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
权利要求
1.一种角度测量装置，其特征在于，包括 感应转盘，所述感应转盘上设置有N个环形区域，其中，每个所述环形区域被均匀地划分为MX2n个单元，且在每个环形区域上以2Ν4个单元的间隙等间隔地设置2Ν4个金属条，每个所述金属条覆盖一个所述单元； N个感应单元，每个所述感应单元与一个环形区域相对应以扫描所述环形区域上的金属条；和 控制器，所述控制器与所述N个感应单元相连，所述控制器根据所述N个感应单元对对应的所述环形区域上的金属条的检测计算所述感应转盘的旋转方向及旋转角度，其中，M和N为大于等于I的整数。
2.如权利要求I所述的角度测量装置，其特征在于，所述N个感应单元通过固定条安装在所述感应转盘之上。
3.如权利要求I所述的角度测量装置，其特征在于，所述N为3，所述M为5。
4.如权利要求3所述的角度测量装置，其特征在于，所述感应转盘包括第一至第三环形区域，其中，所述第一环形区域上每一个金属条等间隔排列，所述第二环形区域上每两个金属条等间隔排列，所述第三环形区域上每四个金属条等间隔排列。
5.如权利要求4所述的角度测量装置，其特征在于，所述控制器以所述第一环形区域上金属条的检测结果作为第一位，以所述第二环形区域上金属条的检测结果作为第二位，以所述第三环形区域上金属条的检测结果作为第三位计算所述感应转盘的扫描区域信号，所述控制器根据所述扫描区域信号计算所述感应转盘的旋转方向及旋转角度。
6.如权利要求4所述的角度测量装置，其特征在于，所述第一至第三环形区域在所述感应转盘之上顺序排列。
7.如权利要求I所述的角度测量装置，其特征在于，所述N个环形区域位于所述感应转盘上的同一层，或不同层。
8.如权利要求I所述的角度测量装置，其特征在于，所述N个感应单元为接近开关。
9.如权利要求2所述的角度测量装置，其特征在于，所述N个感应单元通过同一个固定条安装在所述感应转盘之上，且所述固定条穿过所述N个环形区域的圆心。
10.一种汽车，其特征在于，包括 机械臂； 控制所述机械臂旋转的减速机；和 如权利要求1-9任一项所述的角度测量装置，其中，所述角度测量装置的感应转盘与所述减速机同轴安装，所述N个感应单元固定不动。
11.一种采用如权利要求1-9任一项所述的角度测量装置进行角度测量的方法，其特征在于，包括以下步骤 控制所述感应转盘旋转； 所述控制器按照预定周期对所述N个感应单元进行读数； 所述控制器根据所述读数计算所述感应转盘的扫描区域信号，其中，所述扫描区域信号的范围为0-(2ν-1);和 所述控制器根据所述扫描区域信号的变化计算所述感应转盘的旋转方向及旋转角度。
全文摘要
本发明提出了一种角度测量装置，包括感应转盘，所述感应转盘上设置有N个环形区域，且在每个环形区域上以2N-1个单元的间隙等间隔地设置2N-1个金属条，每个所述金属条覆盖一个单元；N个感应单元，每个所述感应单元与一个环形区域相对应以扫描所述环形区域上的金属条；和控制器，控制器根据N个感应单元对对应的所述环形区域上的金属条的检测计算所述感应转盘的旋转方向及旋转角度，其中，M和N为大于等于1的整数。本发明实施例的角度测量装置硬件简单、成本低廉、安装方便。并且只使用简单的传感器，例如接近开关等即可实现，因此防护性能、可靠性及可维护性较高，能够满足工程机械施工时的恶劣工况。
文档编号G01B21/22GK102829751SQ201110160970
公开日2012年12月19日 申请日期2011年6月15日 优先权日2011年6月15日
发明者钟社山, 韩术亭, 王泽堂, 李世勋 申请人:北汽福田汽车股份有限公司