本发明专利技术涉及一种多关节臂架的位姿检测及控制装置和方法，该检测装置包括：多关节臂架包括多节臂架支臂，每节臂架支臂可绕上一节臂架支臂的末端相对旋转；包括激光测距仪、光电传感器和可调偏角反射镜；激光测距仪设置在臂架支臂的末端，且激光测距方向指向臂架支臂的根部的旋转中心；光电传感器安装在激光测距仪垂直于激光测距方向的侧方，且朝向臂架支臂并用于判断臂架支臂的挠度变形方向；可调偏角反射镜安装在臂架支臂的根部的旋转中心处且与旋转中心同轴。本发明专利技术可确定臂架支臂末端的实际位姿的精确值，并能快速和精确的实现位姿的精确控制。精确控制。精确控制。
【技术实现步骤摘要】
一种多关节臂架的位姿检测与控制装置和方法
[0001]本专利技术涉及多关节柔性臂架运动的精度监测和控制
，尤其涉及一种多关节臂架的位姿检测与控制装置和方法。
技术介绍
[0002]多关节柔性臂架在工程机械中应用非常广泛。多关节柔性臂架是通过多个铰接的支臂相对旋转和伸缩，将安装在臂架末端的执行机构按设定角度和方向移动至工作位置，以对工作对象进行施工操作。由于执行机构重量和工作反力(载荷作用)等影响，臂架会产生挠度变形，实际位姿情况与理论计算的结果会产生误差，影响了施工操作的准确性。
[0003]目前，一般是通过检测各支臂的实际倾斜角度，与理论数值进行比对，将补偿参数代入控制模型进行修正来解决挠度变形的问题。但这种方式存在较大误差。即使准确测量了各支臂关节处的倾角和伸缩距离，由于挠性变形的累积，仍难以确定多关节柔性臂架末端的准确位姿参数。参考图1，图1中实线为理论位姿，双点划线为载荷作用下实际位姿，可见，载荷作用下实际位姿与理论位姿仍存在偏差。
技术实现思路
[0004](一)要解决的技术问题
[0005]鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种多关节臂架的位姿检测装置与控制装置和方法，其解决了由于挠性变形的累积，即使准确测量了各支臂关节处的倾角和伸缩距离，仍难以确定多关节柔性臂架末端的准确位姿参数的技术问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0008]第一方面，本专利技术实施例提供一种多关节臂架的位姿检测装置，多关节臂架包括多节臂架支臂，每节臂架支臂可绕上一节臂架支臂的末端相对旋转；包括激光测距仪和可调偏角反射镜；
[0009]激光测距仪设置在臂架支臂的末端，且激光测距方向指向臂架支臂的根部的旋转中心；
[0010]可调偏角反射镜安装在臂架支臂的根部的旋转中心处且与旋转中心同轴。
[0011]本专利技术实施例提出的多关节臂架的位姿检测装置，通过可调偏角反射镜、光电传感器与激光测距仪配合对臂架支臂的末端的实际位姿进行检测，可以快速准确地检测到臂架支臂的末端的实际位姿，可以测得挠性变形的累积对位姿的真实作用和精确位置。
[0012]可选地，臂架支臂的末端安装有用于带动下一节臂架支臂旋转的销轴或执行机构。
[0013]可选地，臂架支臂在长度方向上可伸缩滑移或固定长度。
[0014]可选地，还包括光电传感器，光电传感器的数量为至少两个，至少两个的光电传感器分别布设于在激光测距仪垂直于激光测距方向的径向两侧，且朝向旋转中心，并用于判
断臂架支臂的挠度变形方向。
[0015]可选地，垂直于激光测距方向的径向两侧为臂架支臂的末端的载荷作用方向的一侧与对应的反方向的一侧。
[0016]可选地，还包括控制系统，控制系统分别与激光测距仪、光电传感器以及可调偏角反射镜电性连接，并用于：
[0017]可选地，驱动臂架支臂按预设角度旋转，根据光电传感器的采集得到的臂架支臂的挠度变形方向，控制可调偏角反射镜朝向挠度变形方向的反方向进行偏角微调，以使得激光测距仪接收到自身发射的测量光束；
[0018]可选地，当激光测距仪接收到自己发射的测量光束时，读取可调偏角反射镜的当前位置的角度信息和激光测距仪测量得到的距离信息；得到臂架支臂末端的实际位姿。
[0019]第二方面，本专利技术实施例提供一种多关节臂架的位姿控制装置，包括上述的多关节臂架的位姿控制装置，控制系统还用于，将臂架支臂末端的实际位姿与理论位姿进行比对，根据实际位姿与理论位姿的差值，根据差值再调整臂架支臂的旋转角度和长度，以使得臂架支臂的实际位姿与理论位姿重合。
[0020]可选地，理论位姿包括臂架支臂的长度以及臂架支臂相对于上一节臂架支臂的旋转角度。
[0021]第三方面，本专利技术实施例还提供一种上述的多关节臂架的位姿控制装置的控制方法，包括以下步骤：
[0022]复位可调偏角反射镜，开启激光测距仪，并调整激光测距仪接收到自身发射的测量光束，读取可调偏角反射镜的初始位置的角度信息和激光测距仪测量得到的初始距离信息，得到臂架支臂末端的初始位姿；
[0023]驱动臂架支臂在初始位姿的基础上按预设角度旋转和/或按照预设长度伸展，根据光电传感器的采集得到的臂架支臂的挠度变形方向，控制可调偏角反射镜朝向挠度变形方向的反方向进行偏角微调，以使得激光测距仪重新接收到自身发射的测量光束；
[0024]当激光测距仪重新接收到自身发射的测量光束时，读取可调偏角反射镜的当前位置的角度信息和激光测距仪测量得到的距离信息，获得臂架支臂末端的实际位姿；
[0025]将臂架支臂末端的实际位姿与理论位姿进行比对，根据实际位姿与理论位姿的差值，根据差值再调整臂架支臂的旋转角度和长度，以使得臂架支臂的实际位姿与理论位姿重合。
[0026]可选地，获取臂架支臂末端的实际位姿以及根据差值再调整臂架支臂的旋转角度和长度的步骤进行多次迭代，直至臂架支臂的实际位姿与理论位姿重合为止；其中，每次迭代前，复位可调偏角反射镜。
[0027](三)有益效果
[0028]本专利技术的有益效果是：本专利技术的多关节臂架的位姿检测与控制装置和方法，由于采用可调偏角反射镜、光电传感器与激光测距仪配合对臂架支臂的末端的实际位姿进行检测，相对于现有技术而言，其可以快速准确地检测到臂架支臂的末端的实际位姿，可以测得挠性变形的累积对位姿的真实作用和变形的精确位差。该控制装置和方法可通过控制装置不断地调整实际位姿靠近理论位姿，从而获得将臂架支臂的末端控制到达预定的目标位置，反应快速，结果真实。
附图说明
[0029]图1为现有技术中的理论位姿及载荷作用下实际位姿的对比示意图；
[0030]图2为本专利技术实施例中的多关节臂架位姿的检测装置与控制装置的结构示意图(臂架支臂位于初始位姿)；
[0031]图3为本专利技术实施例中的多关节臂架位姿的检测装置与控制装置在臂架支臂的挠性变形时的实际位姿的示意图；
[0032]图4为本专利技术实施例中的多关节臂架位姿的控制装置在调整后实际位姿与理论位姿重合的示意图。
[0033]【附图标记说明】
[0034]1、激光测距仪；2、光电传感器；3、可调偏角反射镜；4、臂架支臂；5、控制系统。
具体实施方式
[0035]为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。
[0036]本专利技术实施例提出的多关节臂架的位姿检测装置与控制装置和方法，克服了由于挠性变形的累积，即使准确测量了各支臂关节处的倾角和伸缩距离，仍难以确定多关节柔性臂架末端的准确位姿参数的技术问题，通过激光测距仪和可调偏角反射镜配合，确定实际位姿的精确值，并通过光电传感器检测挠度变形方向，根据反方向的补差来迭代控制臂架支臂的实际位姿靠近理论位姿并最终与理论位姿重合，以实现精确的位姿控制，实现快速和精确的实现位姿的检测控制。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多关节臂架的位姿检测装置，所述多关节臂架包括多节臂架支臂(4)，每节臂架支臂(4)可绕上一节臂架支臂(4)的末端相对旋转；其特征在于，包括激光测距仪(1)和可调偏角反射镜(3)；所述激光测距仪(1)设置在臂架支臂(4)的末端，且激光测距方向指向臂架支臂(4)的根部的旋转中心；所述可调偏角反射镜(3)安装在臂架支臂(4)的根部的旋转中心处且与所述旋转中心同轴。2.如权利要求1所述的多关节臂架的位姿检测装置，其特征在于：所述臂架支臂(4)的末端安装有用于带动下一节臂架支臂(4)旋转的销轴或执行机构。3.如权利要求2所述的多关节臂架的位姿检测装置，其特征在于：所述臂架支臂(4)在长度方向上可伸缩滑移或固定长度。4.如权利要求1所述的多关节臂架位姿检测与控制装置，其特征在于：还包括光电传感器(2)，所述光电传感器(2)的数量为至少两个，所述至少两个的光电传感器(2)分别布设于在激光测距仪(1)垂直于激光测距方向的径向两侧，且朝向所述旋转中心，并用于判断所述臂架支臂(4)的挠度变形方向。5.如权利要求4所述的多关节臂架位姿检测与控制装置，其特征在于：所述垂直于激光测距方向的径向两侧为臂架支臂(4)的末端的载荷作用方向的一侧与对应的反方向的一侧。6.如权利要求1至5中任一项所述的多关节臂架位姿检测装置，其特征在于：还包括控制系统(5)，所述控制系统(5)分别与所述激光测距仪(1)、所述光电传感器(2)以及所述可调偏角反射镜(3)电性连接，并用于：驱动臂架支臂(4)按预设角度旋转，根据光电传感器(2)的采集得到的臂架支臂(4)的挠度变形方向，控制可调偏角反射镜(3)朝向所述挠度变形方向的反方向进行偏角微调，以使得所述激光测距仪(1)接收到自身发射的测量光束；当所述激光测距仪(1)接收到自己发射的测量光束时，读取可调偏角反射镜(3)的当前位置的角度信息和激光测距仪(1)测量得到的距离信息；得到臂架支臂(4)末端的实际位姿。7.一种多关节臂架的...
【专利技术属性】
技术研发人员：廖金军，祝爽，陈望，肖正航，蒋海华，易达云，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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