专利名称：臂架系统和工程机械的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及臂架控制技术领域，具体而言，涉及臂架系统和工程机械。
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。
实用新型内容考虑到上述背景技术，本实用新型所要解决的一个技术问题是提供一种臂架系统，本实用新型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，可以更准确地获得臂架系统末端位置参数。根据本实用新型的一个方面，提供了一种臂架系统，包括η节通过水平铰接轴顺序铰接相连的节臂，还包括处理器、η个倾角传感器和2η个长度传感器，所述η为正整数，其中，第一长度传感器和第二长度传感器安装在每节节臂上，所述第一长度传感器获取形变后第i节节臂的长度并将获取的长度数据传送至所述处理器，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并将获取的长度数据传送至所述处理器；在每节节臂上安装有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并将获取的夹角数据传送至所述处理器；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。在上述技术方案中，优选地，所述第一长度传感器、所述第二长度传感器之间的连线垂直于相应各臂架延伸方向，所述倾角传感器安装在两个长度传感器之间。 在上述技术方案中，优选地，所述第一长度传感器为第一拉线编码器，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。拉线编码器具有更高的精度，可以准确测量相应节臂的长度，进而能够更准确地获得臂架系统末端位置参数。在上述技术方案中，优选地，所述第二长度传感器为第二拉线编码器，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；第一拉线编码器的本体的基准轴线、第二拉线编码器的本体的基准轴线之间的垂线，与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。 在上述技术方案中，优选地，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。在上述技术方案中，优选地，所述倾角传感器安装在第一拉线编码器的本体、第二拉线编码器的本体之间，且所述倾角传感器的基准轴线与该端的铰接轴线之间相交并垂直。这样可以使获得的节臂的倾斜角度更准确，能够更准确地获得臂架系统末端位置参数。在上述技术方案中，优选地，所述倾角传感器分别安装在相应各节臂的大头端。这样可以避免一臂本身重力导致形变产生的误差。在上述技术方案中，优选地，所述处理器还预置有臂架系统中各节臂的设计长度Lir ;所述处理器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为通过所述第一长度传感器获取第i节节臂在形变前的测量长度，(X'，Y')为臂架系统在形变前的末端位置参数；按照下述公式获取修正后所述臂架系统末端位置参数(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根据本实用新型的另一方面，还提供了一种工程机械，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，所述臂架系统为上述任一技术方案中描述的臂架系统。所述工程机械可以包括混凝土泵车、登高设备、高空消防设备。根据本实用新型的技术方案，采用三定点測量(第一拉线编码器的安装定点、第ニ拉线编码器的安装定点和小头端的铰接点)获取臂架系统的末端位置參数，采用了单个倾角传感器，减小了由于倾角传感器的测量误差而产生的误差，利用拉线编码传感器获取形变前后机械臂的长度，检测精度高，解决了传统机械臂形变无法准确测量的技术问题，并可通过获取形变量实现末端位置的精确稳定控制。
图I示出了根据本实用新型的实施例的传感器安装在单节臂上的示意图；图2示出了根据本实用新型的实施例的臂架系统中控制部分的示意图；图3示出了根据本实用新型的实施例的单节臂形变示意图； 图4示出了根据本实用新型的实施例的五节臂形变示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行进一歩的详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型并不限于下面公开的具体实施例的限制。为了更清楚地描述本实用新型提供的技术方案，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參数的方法进行描述；获得臂架系统末端位置參数的方法可以应用本实用新型的提供臂架系统实施，但实施该方法不限于本实用新型提供的臂架系统。首先，结合图I和图2详细说明根据本实用新型的臂架系统，图I示出了根据本实用新型的实施例的传感器安装在单节臂上的示意图，图2示出了根据本实用新型的实施例的臂架系统中控制部分的示意图。根据本实用新型的实施例的臂架系统，包括η节通过水平铰接轴顺序铰接相连的节臂，还包括处理器200、η个倾角传感器106和2η个长度传感器，η为正整数，其中，第一长度传感器102和第二长度传感器104安装在每节节臂上(參见图I)，在第i节节臂上的第二长度传感器104与第一长度传感器102之间的预设距离为Lai，即对于每一个节臂，两个长度传感器之间均有ー个固定距离，通过第一长度传感器102获取形变后第i节臂的长度为Lbi并将长度数据传送至处理器200，通过第二长度传感器104获取第二长度传感器104与形变后第i节臂末端之间的长度为Lei并将长度数据传送至处理器200 ；在每节节臂上安装有I个倾角传感器106，获取所述第一长度传感器102和所述第二长度传感器106之间的连线与參考平面之间的夹角a i (即对于每个节臂都安装有ー个倾角传感器106，测出该节臂与參考平面之间的夹角)并将角度数据传送至处理器200，其中，i =1、2、......η ；处理器200根据倾角传感器106和长度传感器的检测結果，获得臂架系统末端位置參数(X' Tip，デTip)
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， 第一长度传感器(102)和第二长度传感器(104)安装在每节节臂上，所述第一长度传感器(102)获取形变后第i节节臂的长度并将获取的长度数据传送至所述处理器(200)，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并将获取的长度数据传送至所述处理器(200)； 在每节节臂上安装有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(104)之间的连线与參考平面之间的夹角并将获取的夹角数据传送至所述处理器(200)； 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結果，获得臂架系统末端位置參数。
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)、所述第ニ长度传感器(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4所述的臂架系统，其特征在干，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.—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7中任一项所述的臂架系统。
9.根据权利要求8所述的工程机械，其特征在于，所述工程机械包括混凝土泵车、登高设备、高空消防设备。
专利摘要本实用新型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有两个长度传感器，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；在每个节臂上安装有一个倾角传感器，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。根据本实用新型的臂架系统，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。本实用新型还提供了一种工程机械。
文档编号G01B21/00GK202614200SQ201220039889
公开日2012年12月19日 申请日期2012年2月8日 优先权日2012年2月8日
发明者易小刚, 张作良, 李 东, 徐增丙 申请人:三一重工股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
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