CN102853824B - 定位机械臂上位置点的定位系统及工程机械设备 - Google Patents

定位机械臂上位置点的定位系统及工程机械设备 Download PDF

Info

Publication number
CN102853824B
CN102853824B CN201210258083.5A CN201210258083A CN102853824B CN 102853824 B CN102853824 B CN 102853824B CN 201210258083 A CN201210258083 A CN 201210258083A CN 102853824 B CN102853824 B CN 102853824B
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
positioned
mechanical arm
described
positioning system
Prior art date
Application number
CN201210258083.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102853824A (zh
Inventor
姚志强
曹璐云
张钰旻
盛孟刚
Original Assignee
湘潭大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 湘潭大学 filed Critical 湘潭大学
Priority to CN201210258083.5A priority Critical patent/CN102853824B/zh
Publication of CN102853824A publication Critical patent/CN102853824A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102853824B publication Critical patent/CN102853824B/zh

Links

Abstract

本发明提供一种定位机械臂上位置点的定位系统及工程机械设备。其中,所述定位系统包括:用于设置在机械臂的待定位的位置处的待定位节点模块;分别用于基于与所述待定位节点模块的通信相关信息来确定各自与所述待定位节点模块间的距离的至少三个参考节点模块;以及处理模块,其与每一个参考节点模块相连接,用于基于每一参考节点模块所确定的各自与所述待定位节点模块间的距离、及每一个参考节点模块自身所在位置信息来确定所述待定位节点模块所在位置的位置信息。相对于现有技术,本法简单且定位精度高。

Description

定位机械臂上位置点的定位系统及工程机械设备

技术领域

[0001] 本发明涉及机械领域,特别涉及一种定位机械臂上位置点的定位系统。

背景技术

[0002] 随着城市化的发展,大型机械设备正在诸多现代建设中发挥重要作用,尤其是泵 车。目前,对泵车的机械臂进行定位的方式通常都是采用倾角传感器,例如,如图1所示,在 泵车的机械臂的每一个关节点处均设置一个倾角传感器,即在关节点al、a2、a3、a4及a5分 别设置有倾角传感器,处理器再将各倾角传感器所感测的角度经过三角变换来确定各个关 节点的位置坐标,其中,倾角传感器以水平地面为参考线。

[0003] 然而,基于倾角传感器来进行机械臂的定位的方法极为繁复,因为每一个关节点 的位置坐标需要根据其前自身之前的每一个关节点处的倾角传感器所感测的角度来进行 计算,例如,关节点a2的位置坐标需要根据关节点a2之前的关节点al所感测的角度来进 行计算,关节点a3的位置坐标需要根据关节点a3之前的关节点al及a2各自所感测的角 度来进行计算,...,由此可见,如果机械臂的关节点过多,则计算最后一个关节点位置坐标 时,计算尤为繁复,不仅如此,计算还会产生累计误差,如此就会导致最后一个关节点的位 置坐标的误差最大;再则,受限于倾角传感器的精度、以及当机械臂的臂架发生弯曲及震动 时,其位移与方向的不连续变化,都会导致感测的角度信息存有误差;还有,由于每一个倾 角传感器所感测的角度均送入核心控制器后进行处理,不仅算法复杂、且需要不断更新才 能得到各关节点的实时位置信息,显然,核心控制器的运算负担极为繁重。

[0004] 由于现有基于倾角传感器来进行机械臂的定位方式过于复杂,已难以满足现代工 程机械智能化和安全化的要求,故,需要一种更为新型的机械臂定位方法。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种简单且精度高的定位机械臂上位置点的定位系统。

[0006] 本发明的另一目的在于提供一种定位简单的工程机械设备。

[0007] 为了达到上述目的及其他目的,本发明提供的定位机械臂上位置点的定位系统, 包括:

[0008] 待定位节点模块,用于设置在机械臂的待定位的位置处;

[0009] 至少三个参考节点模块,分别用于基于与所述待定位节点模块的通信相关信息来 确定各自与所述待定位节点模块间的距离;以及

[0010] 处理模块,与每一个参考节点模块相连接,用于基于每一参考节点模块所确定的 各自与所述待定位节点模块间的距离、及每一个参考节点模块自身所在位置信息来确定所 述待定位节点模块所在位置的位置信息。

[0011] 优选地,所述处理模块与一个参考节点模块为同一模块。

[0012] 此外,本发明提供的工程机械设备,包括:包含机械臂的设备本体;以及前述的定 位机械臂上位置点的定位系统,其中,所述节点定位系统中所述的机械臂为所述设备本体 包含的机械臂。

[0013] 综上所述,本发明的定位机械臂上位置点的定位系统直接基于参考节点模块所提 供的各自与待定位节点模块间的距离信息来确定待定位节点模块的位置,相对于现有机械 臂上的位置点的定位方式,本法简单且精度高。

附图说明

[0014] 图1为一机械臂的示意图。

[0015] 图2为本发明的定位机械臂上位置点的定位系统示意图。

[0016] 图3为本发明的定位机械臂上位置点的定位系统包含的参考节点模块的优选示 意图。

[0017]图4为本发明的定位机械臂上位置点的定位系统包含的处理模块的定位示意图。

[0018] 图5为本发明的定位机械臂上位置点的定位系统包含的处理模块的优选示意图。

具体实施方式

[0019] 图2示出了本发明的定位机械臂上位置点的定位系统示意图。所述定位机械臂上 位置点的定位系统1至少包括:待定位节点模块11、至少三个参考节点模块12、以及处理模 块13〇

[0020] 所述待定位节点模块11设置在机械臂的待定位的位置处,用于收发信息。

[0021] 其中,所述机械臂包括任何一种能伸缩和/或转动的机械臂,优选地,包括但不限 于:泵车的机械臂等。

[0022] 例如,如图1所示,在泵车的机械臂的关节点al、a2、a3、a4及a5分别设置一个待 定位节点模块11。

[0023] 需要说明的是,本领域技术人员应该理解,待定位节点模块可以设置在机械臂上 的任意位置,而非仅限于机械臂的关节点。

[0024] 优选地,所述待定位节点模块11可采用诸如蓝牙、zigbee、超宽带等射频技术的 第一无线通信单元及与所述第一无线通信单元连接的诸如中央处理器、微处理、数字信号 处理器等第一处理器单元来实现;其中,第一处理器单元根据所述第一无线通信单元接收 的信息来形成相应的回复信息以便所述第一无线通信单元发送。

[0025] 所述至少三个参考节点模块12分别用于基于与所述待定位节点模块11的通信相 关信息来确定各自与所述待定位节点模块间的距离。

[0026] 其中,所述通信相关信息包括能用于确定距离的信息,优选地,包括但不限于:通 f目时间等。

[0027] 其中,每一个参考节点模块12设置在不会随机械臂的运动而移动的位置处,例 如,设置在机械臂所处环境中且临近机械臂的固定位置;又例如,设置在泵车的机械臂之外 的车身中等等。

[0028] 具体地,参考节点模块12向待定位节点模块11发送测距请求号S(t),所述待定 位节点模块11接收到该测距请求信号S(t)后,反馈回一个测距响应信号h(t)来确认已收 到测距请求,由此,参考节点模块12基于接收到的测距响应信号h(t)、发送距请求号S(t) 的发送时间、接收测距响应信号h(t)的接收时间来确定自身与待定位节点模块11之间的 距离。

[0029] 以下将对一种优选的测距原理予以简单描述:

[0030] 通常,若发送信息的一方发送信号s(t),则接收信号的一方接收的信号为:

[0031] 以〇=11(〇衫(〇+11(〇,其中,11(〇是信道冲激响应,11(〇是热噪声;

[0032] 而若发送信息的一方与接收信号的一方之间的通信信道为超宽带无线电多径信 道,即该超宽带无线电多径信道的信道冲激响应为:

[0033] h(t)=A(D)S(t-T(D))

[0034] 进而,接收信号的一方接收的信号为:

[0035] r(t)=A(D)s(t-T(D))+n⑴

[0036] 由上式可见:发送信息的一方与接收信号的一方之间的距离D可根据信号A(D) 或时延信号T(D)来进行估计,优选地,可采用接收信号强度(RSS1,ReceivedSignal StrengthIndicator)法来进行估计或采用到达时间(TOA,TimeofArrival)来进行估计 等。

[0037] 基于上述描述,本领域技术人员应该理解参考节点模块12基于与所述待定位节 点模块的通信相关信息来确定各自与所述待定位节点模块间的距离的方式,故在此不再详 述。

[0038] 优选地,每一参考节点模块12可采用诸如蓝牙、射频、超宽带等第二无线通信单 元及与所述第二无线通信单元连接的诸如中央处理器、微处理、数字信号处理器等第二处 理器单元来实现;更为优选地,参考节点模块12通过平面椭圆极性天线来与所述待定位节 点模块11通信。

[0039] 例如,如图3所示,其为参考节点模块12的优选结构示意图。MCU单片机作为主控 单元,用于控制其他各个单元以便各单元间能协调工作;FPGA单元为整个系统提供时钟信 号,并生成待发送的基带信号后,经MCU单片机送入UWB单元处理成射频信号后,再由UWB 天线予以发射给待定位节点模块11 ;当所述UWB天线接收到来自待定位节点模块11的反 馈信号后,由所述UWB单元处理为基带信号后,再经由MCU单片机送入FPGA单元进行距离 估计,以确定自身所属的参考节点模块12与待定位节点模块11间的距离,并由MCU单片机 将该距离写入存储单元,同时通过CAN接口单元传输给处理模块13。此外,电源模块为系 统提供5. 75-30V之间的电压。优选地,UWB天线形状可为平面椭圆极性且具有标准SMA接 口,以便完成UWB信号的接收与发射。

[0040] 优选地,前述带定位节点模块11也可采用与参考节点模块12相同的结构。

[0041] 所述处理模块13与每一个参考节点模块12相连接,用于基于每一参考节点模块 12所确定的各自与所述待定位节点模块11间的距离、及每一个参考节点模块12自身所在 位置信息来确定所述待定位节点模块11所在位置的位置信息。

[0042] 优选地,所述处理模块13通过CAN总线来与参考节点模块12相连接。

[0043] 具体地,所述处理模块13采用球面定位或双曲线定位等方式来确定待定位节点 模块11所在位置的位置信息。

[0044] 例如,如图4所示,点Nl、N2、N3表示参考节点模块12的位置,其坐标分别为(X1, Y1X(X2,Y2)、(X3,Y3),若各参考节点模块12各自所确定的自身与待定位节点模块11之间的 距离分别为Dn、D2i、D3i,则分别以点N1、N2、N3为焦点、以距离差D2i-D1JPD3i-D2$焦半径 的两个双曲线的交点Ni即为待定位节点模块11的位置,由此,交点Ni的(坐标Xi,Yi)基 于下述方程组来确定:

Figure CN102853824BD00061

[0046] 优选地,所述处理模块13可采用诸如中央处理器、微处理、数字信号处理器等第 三处理器单元来实现。

[0047] 更为优选地,所述处理模块13与一个参考节点模块12各自的功能由同一个模块 来实现。

[0048] 例如,如图5所示,其为即作为参考节点模块又作为处理模块13的模块的优选结 构示意图。其中,ARM微处理器用于控制其他各个单元协调工作,FPGA单元为整个系统提 供时钟信号,并生成待发送的基带信号后,送入UWB单元处理成射频信号后,再由UWB天线 予以发射给待定位节点模块11 ;当所述UWB天线接收到来自待定位节点模块11的反馈信 号后,由所述UWB单元处理为基带信号后,再送入FPGA单元进行距离估计,以确定自身所属 的模块与待定位节点模块11间的距离,并由ARM微处理器将该距离写入存储单元,ARM微 处理器通过CAN接口单元接入的其他参考节点模块12所提供的距离信息来确定待定位节 点模块11所在的位置信息,并将该位置信息保存到存储单元。此外,电源模块为系统提供 5. 75-30V之间的电压,以太网(Ethernet)通信接口、UART串口、USB接口均为数据传输接 口,用于与外部设备连接。优选地,UWB天线形状可为平面椭圆极性且具有标准SM接口, 以便完成UWB信号的接收与发射。

[0049] 综上所述,本发明的定位机械臂上位置点的定位系统直接基于待定位节点模块自 身与各参考节点模块之间的距离来确定该待定位节点模块的位置,而不再如现有技术般需 要依赖其他节点的角度信息来确定带定位的位置点的位置,故本法简单易施;而且,由于不 需要依赖其他节点的角度信息,故也不存在如现有技术中的累计误差的问题,因此,相对于 现有技术,本法定位精度高。

[0050] 上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效,而非用于限制本发明。任何熟悉 此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下,对上述实施例进行修改。因此,本发 明的权利保护范围,应如权利要求书所列。

Claims (7)

1. 一种定位机械臂上位置点的定位系统,其特征在于包括: 待定位节点模块,用于设置在机械臂的待定位的位置处; 至少三个参考节点模块,分别用于基于与所述待定位节点模块的通信相关信息来确定 各自与所述待定位节点模块间的距离; 处理模块,与每一个参考节点模块相连接,用于基于每一参考节点模块所确定的各自 与所述待定位节点模块间的距离、及每一个参考节点模块自身所在位置信息来确定所述待 定位节点模块所在位置的位置信息; 当参考节点模块包括3个时,所述处理模块采用以下公式来确定所述待定位节点模块 所在位置的位置信息:
Figure CN102853824BC00021
其中,(XI,Yl)、(X2, Y2)、(X3, Y3)分别为3个参考节点模块各自的位置信息; Dli、D2i、D3i分别为3个参考节点模块与所述待定位节点模块间的距离;(Xi,Yi)为 所述待定位节点模块所在位置的位置信息。
2. 如权利要求1所述的定位机械臂上位置点的定位系统,其特征在于:所述处理模块 包含一个参考节点模块的功能。
3. 如权利要求1或2所述的定位机械臂上位置点的定位系统,其特征在于:所述处理 模块通过总线与参考节点模块相连接。
4. 如权利要求3所述的定位机械臂上位置点的定位系统,其特征在于:所述总线包括 CAN总线。
5. 如权利要求1所述的定位机械臂上位置点的定位系统,其特征在于:所述参考节点 模块通过平面椭圆极性天线来与所述待定位节点模块通信。
6. 如权利要求1所述的定位机械臂上位置点的定位系统,其特征在于:所述机械臂包 括泵车的机械臂。
7. -种工程机械设备,其特征在于包括:包含机械臂的设备本体;以及权利要求1至 6任一项所述的定位机械臂上位置点的定位系统,其中,所述定位系统中所述的机械臂为所 述设备本体包含的机械臂。
CN201210258083.5A 2012-07-25 2012-07-25 定位机械臂上位置点的定位系统及工程机械设备 CN102853824B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210258083.5A CN102853824B (zh) 2012-07-25 2012-07-25 定位机械臂上位置点的定位系统及工程机械设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210258083.5A CN102853824B (zh) 2012-07-25 2012-07-25 定位机械臂上位置点的定位系统及工程机械设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102853824A CN102853824A (zh) 2013-01-02
CN102853824B true CN102853824B (zh) 2015-06-24

Family

ID=47400627

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210258083.5A CN102853824B (zh) 2012-07-25 2012-07-25 定位机械臂上位置点的定位系统及工程机械设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102853824B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104182614A (zh) * 2014-07-25 2014-12-03 山东建筑大学 六自由度机械臂姿态监测系统及方法
CN104236618B (zh) * 2014-08-04 2017-01-11 湘潭大学 泵车间臂架姿态防碰撞检测方法及系统
CN109531568A (zh) * 2018-11-29 2019-03-29 浙江树人学院 一种机械臂关节控制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2272637A2 (de) * 2009-07-08 2011-01-12 KUKA Roboter GmbH Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Manipulators
CN102575926A (zh) * 2009-09-10 2012-07-11 卡尔蔡司股份公司 用于位置确定和表面测量的设备和方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8319831B2 (en) * 2009-03-25 2012-11-27 Fuji Xerox Co., Ltd. Component manipulating method, component extracting method, component assembling method, component manipulating apparatus, component extracting apparatus, and component assembling apparatus

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2272637A2 (de) * 2009-07-08 2011-01-12 KUKA Roboter GmbH Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Manipulators
CN102575926A (zh) * 2009-09-10 2012-07-11 卡尔蔡司股份公司 用于位置确定和表面测量的设备和方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102853824A (zh) 2013-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2602633B1 (en) Position optimization
US9451580B2 (en) Mobile terminal and method for obtaining location information about mobile terminal
Dong et al. Evaluation of the reliability of RSSI for indoor localization
CN104703130B (zh) 基于室内定位的定位方法及其装置
CN102419180B (zh) 一种基于惯性导航系统和wifi的室内定位方法
KR101478170B1 (ko) 상향링크 액세스 포인트를 이용한 위치추정장치 및 위치추정방법
CN105526934B (zh) 一种室内外一体化高精度定位导航系统及其定位方法
CN103513230B (zh) 使用往返延迟和到达角的位置确定
US9404996B2 (en) Position estimation device, position estimation method, program, and integrated circuit
CN101986758B (zh) 无线传感器网络定位方法
US8000721B2 (en) Wireless communication terminals and methods that display relative direction and distance therebetween responsive to acceleration data
US7821453B2 (en) Distributed iterative multimodal sensor fusion method for improved collaborative localization and navigation
KR101227820B1 (ko) 위치 결정 전송의 시스템 및 방법
KR100671283B1 (ko) 순차 송수신 방식을 이용한 비동기 무선 측위 시스템 및방법
EP2677778B1 (en) Distance measurement and alarm method and apparatus
KR100979623B1 (ko) 복수의 안테나를 포함한 무선 통신 장치 기반 위치 확인 시스템 및 방법
CN103823228B (zh) 定位系统、终端和定位方法
CN105959026B (zh) 定位策略的优化方法和装置
CN103402258A (zh) 一种基于Wi-Fi的室内定位系统和方法
KR101886771B1 (ko) 무선으로 서비스에 액세스하는 방법 및 장치
JP2015136286A (ja) ワイヤレス充電コイルを整列させる方法および装置
CN102710861A (zh) 一种移动终端的室内实时定位系统
CN102209382A (zh) 一种基于rssi的无线传感器网络节点定位方法
CN103379427A (zh) 一种定位方法、设备及系统
CN104602340A (zh) 基于超宽带技术的定位系统及定位方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: XIANGTAN UNIVERSITY

Free format text: FORMER OWNER: YAO ZHIQIANG

Effective date: 20130228

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20130228

Address after: 411105 Xiangtan University, Hunan, Xiangtan

Applicant after: Xiangtan University

Address before: 411105 Xiangtan University, Hunan, Xiangtan

Applicant before: Yao Zhiqiang

C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant