一种用于锻造操作机夹钳的位姿观测器控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于锻造操作机夹钳的位姿观测器控制方法，适用于平行连杆式锻造操作机夹钳的位姿观测器，通过利用第一液压缸、第二液压缸的位移传感器，实时检测两缸的位移变化，然后通过机构位置运动关系来间接获得锻造操作机夹钳位姿的变化轨迹；然后基于c语言，对位姿观测器进行编程封装，建立可视化界面；同时通过更改结构的基本参数数据，可适用于不同承载能力的、同种机械构型的锻造操作机；本发明专利技术可在不改动现有设备结构的基础上实时检测夹钳位姿变化，具有高精度性、易操作性和通用性，为安全、平稳控制提供依据。

A position and attitude observer control method for clamp of forging manipulator

The invention discloses a method for controlling the position and attitude observer of the clamp of forging manipulator, which is suitable for the position and attitude observer of the clamp of parallel connecting rod forging manipulator. By using the displacement sensors of the first hydraulic cylinder and the second hydraulic cylinder, the displacement changes of the two cylinders are detected in real time, and then indirectly through the position and motion relationship of the mechanism. The change track of the clamp posture of the forging manipulator is obtained, and then the position and posture observer is programmed and encapsulated based on C language to establish a visual interface; meanwhile, by changing the basic parameter data of the structure, it can be applied to forging manipulators with different bearing capacity and the same mechanical configuration; the present invention can be used without changing the existing equipment junction. On the basis of the mechanism, the change of the clamp position and posture can be detected in real time, which has high accuracy, easy operation and versatility, and provides a basis for safe and stable control.

【技术实现步骤摘要】
一种用于锻造操作机夹钳的位姿观测器控制方法
本专利技术涉及锻造设备领域，尤其是一种用于锻造操作机夹钳的位姿观测器控制方法。
技术介绍
锻造操作机是锻造车间内与锻造主机协调作业的重要辅助操作装备，其夹钳的作用是夹持锻件完成锻件的进给、翻转、升降等动作。由于高温环境下的锻件位姿无法直接在线测量，锻造操作机夹钳的位姿对于锻件来说就显得尤为重要，其位姿精度直接影响锻件产品的最终形状和尺寸。目前，判断锻造操作机夹钳位姿的方法主要有两种：一是通过操作工的视觉直接判断夹钳的位姿，误差较大且对操作工人要求高，安全性差；二是技术人员利用液压缸有效行程和夹钳位姿区间建立的比例关系间接判断夹钳的位姿，但由于二者不是完全的线性关系，导致夹钳位姿的显示值与实际状态仍存在差异，精度低，且随着不同承载能力锻造操作机结构尺寸的变化，精度偏差一致性差，该方法不具有通用性。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种实时观测夹钳运行状态、高精度、易操作的通用性的用于锻造操作机夹钳的位姿观测器控制方法。为实现上述目的，采用了以下技术方案：本专利技术包括由夹钳、前吊杆、前摆臂、后摆臂、连杆、后吊杆、第一液压缸、第二液压缸构成的平行连杆式锻造操作机悬挂机构，所述方法包括以下步骤：步骤1，确定观测器的输入、基本结构参数与输出；步骤2，基于结构位置运动关系，建立观测器内部求解运算过程；步骤3，基于c语言，对位姿观测器进行编程封装，建立可视化界面。进一步的，步骤2中，建立观测器内部求解运算过程的具体内容如下：由于a、d两点坐标已知，故铰点a、d之间连线距离lad与水平方向的夹角角度θ1已知，其表达式如下：式中：ya——a点的纵坐标位移；xa——a点的横坐标位移；yd——d点的纵坐标位移；xd——d点的横坐标位移。已知第一液压缸位移传感器的检测值x1作为观测器的输入，则可首先求出Δadi中的∠dai为：式中：lai——ai两点所表示的杆的长度；lad——ad两点所表示的杆的长度；ldi——di两点所表示的杆的长度。Δaie中的∠iae为：式中：lae——ae两点所表示的杆的长度；lie——ie两点所表示的杆的长度。铰点a、e之间连线与x方向之间的夹角θ2为：θ2＝180-∠dai-∠iae-θ1则e点坐标为：xe＝lae.cosθ2ye＝-lae.sinθ2由于c点坐标固定已知，联合上式的e点坐标，铰点c、e连线与x方向之间的夹角θ3为：已知第二液压缸位移传感器的检测值x2作为观测器的输入，则可求出Δceg中的∠ceg为：式中：leg——eg两点的距离；lcg——cg两点所表示杆的杆长。则le两点连线与ce两点连线延长线的夹角θ4为：θ4＝180-θ3-∠ceg由于el两点的距离lel已知，可求得l点坐标为：xl＝xe+lel.cosθ4yl＝ye-lel.sinθ4则夹钳末端标示点M的坐标为：xM＝xl+LxyM＝yl+Ly式中：Lx——末端指示点M与l点横坐标位移差；Ly——末端指示点M与l点纵坐标位移差。进一步的，所述位姿观测器由输入信号处理及显示窗口、基本参数输入窗口、内部求解运算程序、轨迹显示窗口、操作按钮组成；第一液压缸、第二液压缸上的位移传感器将信号传递给观测器，将电压值或电流值在输入处理及显示窗口中进行数据处理及显示，转化为真实位移量x1与x2，并代入到观测器内部求解运算程序中，结合基本参数输入窗口中给定的锻造操作机悬挂机构参数值进行夹钳末端轨迹运算，最后观测器将内部求得的锻造操作机夹钳末端轨迹(xM、yM)输出到轨迹显示窗口中进行显示，以供作业人员进行查看；在观测器界面还设有人工操作按钮，包括开始、停止和储存按钮。与现有技术相比，本专利技术方法具有如下优点：1、利用锻造操作机执行机构第一液压缸与第二液压缸的实际位移输出，来间接实时获得锻造操作机夹钳末端的轨迹，提高检测结果的精度。2、通过编程，建立可视化界面，使得操作简单明了、易于现场工人操作。3、具有通用性，通过更改观测器的基本参数数据，可适用于不同承载能力、同种机械构型的锻造操作机。附图说明图1是本专利技术中平行连杆式锻造操作机悬挂机构的结构简图。图2是本专利技术中位姿观测器的结构图。附图标号：1-夹钳、2-前吊杆、3-前摆臂、4-后摆臂、5-连杆、6-后吊杆、7-第一液压缸、8-第二液压缸。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明：如图1所示，本专利技术所涉及的平行连杆式锻造操作机悬挂机构的结构简图如图1所示，主要包括夹钳1、前吊杆2、前摆臂3、后摆臂4、连杆5、后吊杆6、第一液压缸7、第二液压缸8等。a、b、c、d为固定铰点，夹钳与前吊杆在l点铰接，与后吊杆在k点铰接；前吊杆与前摆臂在e点铰接，后吊杆与后摆臂在j点铰接；前摆臂与连杆在f点铰接，后摆臂与连杆在h点铰接；第一液压缸与前摆臂在i点铰接，第二液压缸与前吊杆在g点铰接。本专利技术所述方法包括以下步骤：步骤1，确定观测器的输入、基本结构参数与输出；其中，a-l分别为铰链连接位置，其中a、b、c、d为固定铰点,且位置坐标已知恒定；lai、lae、lie、leg、lel等为各铰点之间的杆件长度，为常量；ldi0、lcg0为第一液压缸7、第二液压缸8处于初始位置时的长度；Lx、Ly为铰点l与夹钳末端标示点M在水平、竖直方向上的距离，上述位置坐标、长度参量为锻造操作机悬挂机构的基本结构参数，即为观测器的基本结构参数。在第一液压缸、第二液压缸上安装位移传感器，利用两缸上位移传感器检测到的第一液压缸位移x1与第二液压缸位移x2作为夹钳位姿观测器的输入，通过一系列锻造操作机悬挂机构的位置运动变化分析可实时获得夹钳末端标示点M的坐标(xM、yM)变化，最后将其作为观测器的输出进行储存、显示。步骤2，基于结构位置运动关系，建立观测器内部求解运算过程；由于a、d两点坐标已知，故铰点a、d之间连线lad与水平方向的夹角θ1已知，其表达式如下：式中：ya——a点的纵坐标位移；xa——a点的横坐标位移；yd——d点的纵坐标位移；xd——d点的横坐标位移。已知第一液压缸位移传感器的检测值x1作为观测器的输入，则可首先求出Δadi中的∠dai为：式中：lai——ai两点所表示的杆的长度；lad——ad两点所表示的杆的长度；ldi——di两点所表示的杆的长度。Δaie中的∠iae为：式中：lae——ae两点所表示的杆的长度；lie——ie两点所表示的杆的长度。铰点a、e之间连线与x方向之间的夹角θ2为：θ2＝180-∠dai-∠iae-θ1则e点坐标为：xe＝lae.cosθ2ye＝-lae.sinθ2由于c点坐标固定已知，联合上式的e点坐标，铰点c、e连线与x方向之间的夹角θ3为：已知第二液压缸位移传感器的检测值x2作为观测器的输入，则可求出Δceg中的∠ceg为：式中：leg——eg两点的距离；lcg——cg两点所表示杆的杆长。则le两点连线与ce两点连线延长线的夹角θ4为：θ4＝180-θ3-∠ceg由于el两点的距离lel已知，可求得l点坐标为：xl＝xe+lel.cosθ4yl＝ye-lel.sinθ4则夹钳末端标示点M的坐标为：xM＝xl+LxyM＝yl+Ly式中：Lx——末端指示点M与l点横坐标位移差；Ly——末端指示点M与l点纵坐标位移差。步骤3，基于c语本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锻造操作机夹钳的位姿观测器控制方法，包括由夹钳、前吊杆、前摆臂、后摆臂、连杆、后吊杆、第一液压缸、第二液压缸构成的平行连杆式锻造操作机悬挂机构，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，确定观测器的输入、基本结构参数与输出；步骤2，基于结构位置运动关系，建立观测器内部求解运算过程；步骤3，基于c语言，对位姿观测器进行编程封装，建立可视化界面。

【技术特征摘要】
1.一种用于锻造操作机夹钳的位姿观测器控制方法，包括由夹钳、前吊杆、前摆臂、后摆臂、连杆、后吊杆、第一液压缸、第二液压缸构成的平行连杆式锻造操作机悬挂机构，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，确定观测器的输入、基本结构参数与输出；步骤2，基于结构位置运动关系，建立观测器内部求解运算过程；步骤3，基于c语言，对位姿观测器进行编程封装，建立可视化界面。2.根据权利要求1所述的一种用于锻造操作机夹钳的位姿观测器控制方法，其特征在于，步骤2中，建立观测器内部求解运算过程的具体内容如下：由于a、d两点坐标已知，故铰点a、d之间连线距离lad与水平方向的夹角角度θ1已知，其表达式如下：式中：ya——a点的纵坐标位移；xa——a点的横坐标位移；yd——d点的纵坐标位移；xd——d点的横坐标位移；已知第一液压缸位移传感器的检测值x1作为观测器的输入，则可首先求出Δadi中的∠dai为：式中：lai——ai两点所表示的杆的长度；lad——ad两点所表示的杆的长度；ldi——di两点所表示的杆的长度；Δaie中的∠iae为：式中：lae——ae两点所表示的杆的长度；lie——ie两点所表示的杆的长度；铰点a、e之间连线与x方向之间的夹角θ2为：θ2＝180-∠dai-∠iae-θ1则e点坐标为：xe＝lae.cosθ2ye＝-lae.sinθ2由于c点...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟富刚，李瑞阳，袁龙，沙迪，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13