具有工作臂的位置控制装置的移动工作机械和用于控制移动工作机械的工作臂的位置的方法制造方法及图纸

带有工作臂(6)位置控制装置的移动式工作机械(1)具有工作臂(6)，其以第一端在工作机械(1)的上部车身(3)上铰接地设置，以及工具(9)，其在工作臂(6)的第二端上可运动地设置。在上部车身(3)上设置至少一个倾斜传感器，并且在工作臂(6)上设置至少另一个倾斜传感器。此外在工作臂(6)上设置至少一个转动速率传感器。此外该工作机械(1)包括计算单元(17)，用于处理所述至少一个倾斜传感器、所述至少另一个倾斜传感器以及所述至少一个转动速率传感器的信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】描述本专利技术涉及一种移动式的工作机械，例如挖掘机、具有上部结构的载重汽车或者农业-及林业设备，具有至少一个工作臂。这种工作机械的工作臂具有至少多个彼此铰接的部段，其中在一个也称为斗杆(Stiel)的部段上安装工具，例如铲、爪持器或者锤。经常为这样的工作机械的操作者在显示器上显示出所述工作臂的、特别还有工具的当前位置和姿势，由此操作者能够按照精确地预定的计划进行工作，以便获得关于例如被移动的松散物料或者土壤或者要成形的或者已成形的基础达到的高度、长度、深度或者倾斜度的直接的返馈消息。这种操作显示例如从DE 201 16 666U1和从US 5,854,988A中获知。在这里，所述工具的位置和姿势也由于良好的后装备性经常通过倾斜传感器来确定，该倾斜传感器在工作臂的单个部段上安装。然后从单个臂部段的倾斜通过由例如可调动臂、起重臂、斗杆和工具所组成的运动学的链的已知的几何比例计算所述工具的位置和姿势。但是因为作为倾斜传感器使用基于惯性测量原理的传感器、例如对重力敏感的摆，所以它们对于由于震荡和振动的加速也很敏感，正如这在这种工作机械中使用时不可避免地出现的那样。这种由运动决定的加速度能够极大地干扰工具的位置和姿势的测量，或者使其短时不能进行。一种已知的用来抑制这种干扰的措施在于：对于传感器信号进行低通滤波，使得对于在使用频带之外的运动决定的加速进行抑制。然而这同时产生许多缺点：一方面以这种方式不能抑制在使用频带之内的加速，另一方面所述低通滤波注定产生直到数百毫秒的时间上的延迟，然而这种延迟是可以容忍的，因为它总是仍然能够足够准确地显示位置，并且不妨碍工作臂的手动操作。从另外的
已知，为了对于例如机器人、飞行体或者车辆进行位置控制，使用基于加速度的倾斜传感器和转动速率传感器的组合。WO 01/57474A1公开了一种这样的方法，其中为了计算一种位置而使用四元数显示(Quaternionendarstellung)。本专利技术的任务是，给出一种具有用于确定位置的装置的移动式的工作机械，该装置具有足够小的延迟时间，以致于它不仅能够用于位置显示，而且也能够用于对于机器的工作臂进行位置控制。但是工作臂的动力学特性不应在这种情况下受到限制。本专利技术的另一任务是，给出一种用于这种位置控制的方法。根据本专利技术，该任务通过独立权利要求的专利技术主题来解决。本专利技术的有利的改进方案是从属权利要求的主题。根据本专利技术的具有工作臂位置控制装置的移动式的工作机械具有工作臂，该工作臂以第一端铰接地设置在工作机械的上部车身上。在该工作臂的另一端上可运动地设置工具。此外，工作机械具有多个传感器，确切地说，至少一个在上部车身上设置的倾斜传感器、至少一个在工作臂上设置的另一个倾斜传感器和至少一个在工作臂上设置的转动速率传感器。此外工作机械包括计算单元，用于处理所述至少一个倾斜传感器、所述至少另一个倾斜传感器以及所述至少一个转动速率传感器的信号。但是当然该计算单元也能够设置于在臂上固定的传感器模块之内。按照本专利技术的基本思想，为了实现实时控制，应该实现最大约250ms的延时。但是该数值也可以取决于所构造的工作臂硬件和使用目的地进行变化。因此应该去掉测量值的低通滤波连同由此产生的信号延迟。另一方面，应该仍然使用倾斜传感器，因为它们成本较低、较为耐用，此外容易在后装备，并且从而特别适宜在移动式的工作机械上使用。为了使得所述倾斜测量较不容易地受到上述通过运动感生的加速度的干扰，另外使用了转动速率传感器。该转动速率传感器具有高的动力学的精确度，然而随之带来偏移和噪声这样的问题。虽然在航空电子导航中应用的、并且基于萨格纳克(Sagnac)效应以及例如基于使用纤维陀螺仪(Faserkreiseln)的转动速率传感器非常准确，然而与此相对，微型机械式的转动速率传感器成本显著低，而且尤其也耐用，并且因此更好地适合在移动式的工作机械上使用。由于这种转动速率传感器的上述的漂移问题，根据本专利技术，其与倾斜传感器组合起来。这种解决方案具有的优点是：其确切地按照在移动式的工作机械上的使用来定制，因为它为了实时地控制工作臂的或者在其上安装的工具的位置而具有足够的准确度，但是同时能够以低的成本实现，并且非常结实并且不容易受到干扰。因此通过将具有非常好的静态准确度的倾斜传感器和具有非常好的动态准确度的转动速率传感器组合起来，借助于数据合并算法或者估计算法就能够进行所述实时控制。工作臂可以具有一些彼此铰接地连接的部段，其中所述工具例如安装在最后的部段的末端上。在每一种情况下，工作臂包括至少一个部段。在一种实施方式中，在每一部段上设置另一倾斜传感器以及一转动速率传感器。在一种可选的实施方式中，在每一部段上设置另外两个倾斜传感器以及一转动速率传感器。在这种实施方式中，不仅可以测量所述加速度的一空间分量(例如在x方向上)，而且能够同时测量两个分量(例如在x和在z方向上)，这在规定的倾斜角的范围内改善了测量的灵敏度。倾斜传感器可以基于不同的测量原理，并且例如具有摆动体(Pendel-)和/或起到折射作用的液体镜或者说液面(refraktierende Flüssigkeits-spiegel)。它们也可以作为电容式的或者测量电导率(konduktometrische)的倾斜传感器构造，然而优选地构造为微型机械式的加速度传感器。所述转动速率传感器尤其构造为微型机械式的传感器。该位置控制装置适合在移动式的工作机械中使用，例如挖掘机、伸缩臂式装卸车、挖掘装卸车、轮式装卸车、装载起重机或者林业机械。根据本专利技术的另一方面，给出一种用于控制移动式的工作机械的工作臂的位置的方法，其中所述位置确定具有下面的步骤：确定在工作臂上作用的加速度这例如可以在所有三个空间方向上进行，其中借助于三个加速度传感器来测量三个分量ax、ay和az。但是也可以仅在x和z方向上测量所述加速度就已足够。从在工作臂上作用的加速度在假定工作臂静止的情况下，对于倾斜角θ计算第一值θs，这里该倾斜角θ被定义为所述工作臂围绕着y轴倾斜的角度。在这里，对于在工作臂上安装的加速度传感器来说适用下面的关系，因为为了确定倾斜角θ而要进行从工作臂的部段的或者传感器的静止系向上部车身的静止系的坐标变换：ax,s=v·x-ωzvy+ωyvz-gsinθ]]>ay,s=v·y+ωzvx-ωx本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.04.20 DE 102009018070.21.具有工作臂(6)的位置控制装置的移动式的工作机械(1)，具有：
-工作臂(6)，其以第一端在工作机械(1)的上部车身(3)上铰接地设
置；
-工具(9)，其在工作臂(6)的第二端可运动地设置；
-至少一个在上部车身(3)上设置的倾斜传感器；
-至少一个在工作臂(6)上设置的另一倾斜传感器；
-至少一个在工作臂(6)上设置的转动速率传感器；和
-计算单元(17)，用于处理所述至少一个倾斜传感器、所述至少另一个
倾斜传感器以及所述至少一个转动速率传感器的信号。
2.根据权利要求1所述的移动式的工作机械(1)，其中，
工作臂(6)具有多个彼此铰接地连接的部段(7、8)。
3.根据权利要求2所述的移动式的工作机械(1)，其中，
在每一部段(7、8)上设置另一倾斜传感器以及一转动速率传感器。
4.根据权利要求2所述的移动式的工作机械(1)，其中，
在每一部段(7、8)上设置另两个倾斜传感器以及一转动速率传感器。
5.根据权利要求1到4之一所述的移动式的工作机械(1)，其中，
倾斜传感器具有摆体。
6.根据权利要求1到5之一所述的移动式的工作机械(1)，其中，
倾斜传感器具有折射的液面。
7.根据权利要求1到6之一所述的移动式的工作机械(1)，其中，
倾斜传感器构造为电容式的、特别是精密机械式的或者微型机械式的倾斜
传感器。
8.根据权利要求1到7之一所述的移动式的工作机械(1)，其中，
倾斜传感器构造为测量电导率的倾斜传感器。
9.根据权利要求1到8之一所述的移动式的工作机械(1)，其中，
转动速率传感器构造为微型机械式的传感器。
10.根据权利要求1到9之一所述的移动式的工作机械(1)，其中，
该工作机械构造为挖掘机。
11....

【专利技术属性】
技术研发人员：O·格利扎，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：