机械臂、工程机械和确定机械臂臂节位置的方法技术

本发明专利技术提供了一种机械臂、工程机械和确定机械臂臂节位置的方法，以解决现有技术中机械臂的臂节倾角检测存在精度不足以及成本较高的问题。该方法包括：在机械臂的每个臂节上安装有一个倾角传感器，倾角传感器用于检测所在臂节的倾角；倾角传感器安装在臂节的挠度变形最大的区域。根据本发明专利技术实施例的技术方案，有助于以低成本准确地获得机械臂的臂节位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工程机械
，特别地涉及一种。
技术介绍
机械臂是一种常用的工程机械部件，其一端固定在工程机械的回转台上，能够在水平面上进行回转运动，并且机械臂具有多个铰接的臂节，在臂节上的油缸的支撑作用下， 各个臂节之间的角度能够改变，从而使整个机械臂的姿态发生变化，特别是其末端臂节的自由端能够改变位置，以混凝土泵车为例，末端臂节的自由端为布料点，能够向不同的浇注位置进行浇注。在机混凝土泵车在工作布料时惯常都是采用多个手柄对各节臂的展开与收拢动作进行一一对应控制，该种控制方式的精度完全由操作人员的熟练程度决定，操作效率低，精准度差。为解决上述问题，人们考虑研发能够由操作人员发出简单指令，就能够对臂架复杂运动进行控制的运动控制系统。为实现该种运动控制功能，前提条件之一是要对运动中的臂架情况(如臂架各臂节的倾角)进行实时测量，确定臂架的实时位置，然后由控制器通过一定的程序计算后，对臂架后续的运动动作发出指令。臂节的倾角是表征臂架姿态的重要指标，根据该倾角可以确定臂节的位置。臂节的位置可采用臂节末端的位置来表征。臂节的倾角一般是指臂节与水平面的夹角。在相关技术中，在臂节两端附近各设置1个倾角传感器，根据臂架两端的倾角传感器的测量值计算该臂节的倾角。专利技术人发现该方式的精度不足并且成本较高。对于相关技术中的机械臂的臂节倾角检测存在精度不足以及成本较高的问题，目前尚未提出有效解决方案。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种， 以解决现有技术中机械臂的臂节倾角检测存在精度不足以及成本较高的问题。为解决上述问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种机械臂。本专利技术的机械臂包括多个臂节以及驱动各个臂节的油缸，在所述机械臂的臂节上安装有一个倾角传感器，所述倾角传感器用于检测所述倾角传感器所在臂节的倾角；所述倾角传感器安装在所述臂节的挠度变形最大的区域。根据本专利技术的另一方面，提供了一种工程机械。本专利技术的工程机械具有本专利技术的机械臂。根据本专利技术的又一方面，提供了一种确定机械臂臂节位置的方法，其中机械臂为本专利技术的机械臂，该方法包括确定所述机械臂的各个臂节的倾角；根据下式计算第η个臂节的末端与第1个臂节的始端的水平距离Xn = L1Cos θ 1+L2cos θ 2+...+LnCos θ η，以及根据下式计算第η个臂节的末端与第1个臂节的始端的垂直距离Yn = L1Sin θ 1+L2sin θ片…+LnSin θ η，其中X1^n Yn分别表示第η个臂节的末端与第1个臂节的始端的水平距离和垂直距离，Ln表示第η个臂节的长度，θ η表示第η个臂节的倾角，当臂节的始端低于末端时取正值，反之取负值。经过实验证明，根据本专利技术的技术方案能准确、真实的反应臂架的真实姿态和动态特性。并且因为在每个臂节只安装1个传感器，因此降低了成本，并且安装方便。附图说明说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中图1是根据本专利技术实施例的倾角传感器在机械臂上的安装位置的示意图；图2是根据相关技术的一种转角传感器的安装示意图；图3是与本专利技术实施例有关的设置拉线传感器的示意图；图4Α和图4Β是根据本专利技术实施例的臂架末端计算位置与臂架末端实际位置的对比的示意图。具体实施例方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。图1是根据本专利技术实施例的倾角传感器在机械臂上的安装位置的示意图。在实现本专利技术的过程中，专利技术人考虑到，每个臂节上均有几个支撑点，导致臂节受力是不均勻变化的，即其挠度变形也不是均勻的，所以不能简单的把每个臂节作为悬臂刚性梁自由端进行处理，并且，每个臂节在两个油缸支撑点之间的变形是最大的，参考图1，例如对于臂节21， 其上有两个油缸23、24的支撑点D、E，则臂节21中的DE段具有最大的变形，将倾角传感器 25安装在DE段中；又如对于臂节22，其上的油缸支点为B和F(F处的油缸未示出)，则臂节22中的BF段具有最大的变形，将倾角传感器沈安装在BF段中。对于上述的具有最大变形的段，因每一段的长度有限，所以可以把该段臂节的形变看成是均勻的。根据上述的臂架结构与受力的分析，在本实施例中，倾角传感器在臂架上安装位置的原则是倾角传感器在该处测得的角度最大限度的接近臂架发生弹性变形后的两个端点之间连线的角度值。而满足此原则的区域是臂节挠度变形最大的区域，因此，在本实施例中，在机械臂的臂节上安装一个倾角传感器，倾角传感器安装在臂节的挠度变形最大的区域。优选地，可在每个臂节上各安装一个倾角传感器。对于末节臂来说，油缸支撑点至末节臂末端之间是挠度变形最大的区域，因此末节臂上的倾角传感器安装在末节臂上的油缸支撑点至末节臂末端之间，非末节臂上的倾角传感器安装在该臂节上的两个油缸支撑点之间。专利技术人进一步发现，倾角传感器安装在挠度变形最大的区域的中部时，能够获得更精确的检测结果。因此在本实施例中，优选地，对于末节臂，可将倾角传感器安装在末节臂上的油缸支撑点与末节臂末端的中点附近；对于非末节臂，可将倾角传感器安装在非末节臂上的两个油缸支撑点的中点附近。根据本实施例中的倾角传感器安装方式安装了倾角传感器之后，可以根据本实施例中的确定机械臂臂节位置的方法来确定机械臂臂节位置。以下对于本实施例中确定机械臂臂节位置的方法做出说明。确定所述机械臂的各个臂节的倾角；分别根据(1)式和(2)式计算第η个臂节的末端与第1个臂节的始端的水平距离Xn = L1Cos θ JL2Cos θ 2+...+Lncos θ η............ (1)Yn = L1Sin θ ^L2Sin θ 2+…+Lnsin θ η............ (2)其中，X1^P Yn分别表示第η个臂节的末端与第1个臂节的始端的水平距离和垂直距离，Ln表示第η个臂节的长度，θ η表示第η个臂节的倾角，当臂节的始端低于末端时取正值，反之取负值。在确定机械臂的各个臂节的倾角时，具体可以是直接获取倾角传感器的检测值。 另外，可以通过试验，对臂架的位置进行修正。在实际中比较关心的是臂架末端即布料点的位置，以该位置的修正为例加以说明。例如臂架为五节臂，则(1)式和(2)式η = 5，计算得到)(5和Y5，则臂架末端在修正前的位置(即臂架末端与第1个臂节始端的直线距离) 为H0 = ^X25 +Y52。在对Htl修正时可按如下公式得到修正值U :H =Ho 。其中R表示所有臂架的长度总和，r表示实际测量的臂架末端离转台中心的距离即布料半径。L表示预设的参数， 反映了臂架理论变型量，取值范围可以是，例如取1.0，可以根据实际情况调整 L值。与相关技术相比，本实施例的技术方案有助于提高臂节倾角检测的精度，并且能够降低成本。参考图2，图2是根据相关技术的一种转角传感器的安装示意图。如图2所示，在相关技术的方案中，采用2个倾角传感器Bl和B2，分别设置在臂架20的两端附近。根据该方案，测定的臂架角度为臂架与地面的倾角，通过2个倾角传感器得到某一节臂的2个倾角值，在将得到的2个角度值进行加权计算后得到一个计算后的角度值，该种测量方法在计算的过程中将臂架的刚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王帅，
申请(专利权)人：中联重科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：