CN102910533A - 一种基于吊机的空间角度测量方法 - Google Patents

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陈治国
王雷
邱旭阳
程璞
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Beijing Machinery Equipment Research Institute
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Abstract

本发明公开了一种基于吊机的空间角度测量方法。搭建吊机伺服系统，该系统包括：传感器、油缸、活动关节；其中活动关节包括：立柱、大臂、小臂、伸缩臂、俯仰关节，每个关节都装配有一个16位的传感器作为测量元件，并通过油缸相连。本方法采用建立理想坐标系的方法进行空间角度测量，单个目标点到位动作时间缩短为50秒内，可在较短时间内平稳地完成吊机的轨迹规划，完全满足吊机自动控制系统的应用需求。

Description

一种基于吊机的空间角度测量方法
技术领域
本发明涉及一种空间角度测量方法，特别是一种基于吊机的空间角度测量方法。
背景技术
随着国民经济技术的发展，各类吊机所起的作用越来越大。吊机的作用就是在短时间内将某个重物从某初始位置搬运到目的位置，同时要求运动过程中的摆动尽量小。如果吊机操作不当，重物可能碰撞上其它设备，造成损害。
在操作人员的吊机操作中，均是通过人眼判断当前位置与目前位置的差来操作吊机，在这种过程中，由于人眼判断角度存在较大的偏差，吊机运动位置存在精度差的问题，吊机动作慢且存在反复，导致吊机工作效率低，安全性差。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于吊机的空间角度测量方法，解决由于人眼判断角度存在较大的偏差，吊机运动位置存在精度差的问题。
一种基于吊机的空间角度测量方法，其具体步骤为：
第一步 搭建吊机伺服系统
吊机伺服系统，包括：传感器、油缸、活动关节；其中，活动关节，包括：立柱、大臂、小臂、伸缩臂、俯仰关节，上述立柱、大臂、小臂、伸缩臂、俯仰关节各装配一个16位的传感器作为测量元件并均通过油缸依次相连。
第二步 建立吊机理想坐标系
将吊机理想化，设定OA为立柱，AB为大臂，BC为小臂与大臂之间的偏移，CD为小臂，DE为伸缩臂，EF为码头，FG为吊具高，G为吊点，它是吊具的中心点。
以吊机立柱回转中心为作为坐标原点，沿纵轴方向定义为X轴，按照右手坐标，垂直于X轴的方向为Y轴。
第三步 吊机伺服系统对各关节位移进行定义
吊机伺服系统为保证测试结果同实际系统具有一致性，将立柱、大臂、小臂、伸缩臂、俯仰关节五个关节的角位移和线位移及其零点作统一规定。
立柱角位移：将立柱投影到XOY平面，其投影延长线与X轴正向的夹角。
大臂角位移：过A点作一平行于XOY的平面，AB与该平面的夹角。
小臂角位移：大臂AB的延长线与小臂BD的夹角为小臂角位移。
伸缩臂线位移：DE长度可变，当D与E重合时，伸缩臂位移为零。
吊具俯仰角：EF的延长线与FG的夹角。
吊具回转角： MN在XOY平面的投影与X轴的夹角。
第四步 吊机伺服系统进行各关节长度及零点的标定
吊机伺服系统首先在吊机上标出立柱、大臂、小臂、伸缩臂、俯仰关节五个关节的基准点，采用调校后的三座标测量仪确定坐标原点以及X轴，用三座标仪测量各臂长度。记录立柱显示传感器值，手动操作吊机，旋转立柱，由三座标测量仪测量确定当立柱的轴线的投影与X轴重合时，停止吊机，读取并记录此时立柱传感器的读数，该读数即为立柱传感器的零位。记录大臂显示传感器值，旋转吊机大臂, 由三座标测量仪测量确定当大臂的轴线与XOY平面平行时停止吊机，读取并记录大臂传感器的读数即为大臂传感器的零位。记录小臂显示传感器值，手动操作吊机，旋转吊机小臂, 用三座标测量仪测量确定当小臂的轴线与XOY平面平行时停止吊机，读取并记录大臂以及小臂传感器的读数，通过计算得出小臂传感器的零位。记录伸缩臂长度传感器值，手动操作吊机，将伸缩臂缩到尽头，读取并记录伸缩臂传感器的读数作为伸缩臂位移传感器的零位。记录回转角传感器值，手动操作吊具回转关节，使吊具与X轴垂直平行时记录回转传感器的读数作为吊具回转传感器的零位。记录回转传感器的读数作为立柱传感器的零位。
至此，完成了基于吊机的空间角度测量。
本方法采用建立理想坐标系的方法进行空间角度测量，单个目标点到位动作时间缩短为50秒内，可在较短时间内平稳地完成吊机的轨迹规划，完全满足吊机自动控制系统的应用需求。
附图说明
图1 一种基于吊机的空间角度测量方法的吊机理想坐标系图；
图2 一种基于吊机的空间角度测量方法的吊机侧视坐标系图。
具体实施方式
一种基于吊机的空间角度测量方法，其具体步骤为：
第一步 搭建吊机伺服系统
吊机伺服系统，包括：传感器、油缸、活动关节。其中，活动关节，包括：立柱、大臂、小臂、伸缩臂、俯仰关节，立柱、大臂、小臂、伸缩臂、俯仰关节各装配一个16位的传感器作为测量元件并均通过油缸依次相连。
第二步 建立吊机理想坐标系
将吊机理想化，设定OA为立柱，AB为大臂，BC为小臂与大臂之间的偏移，CD为小臂，DE为伸缩臂，EF为码头，FG为吊具高，G为吊点，它是吊具的中心点。
以吊机立柱回转中心为作为坐标原点，沿纵轴方向定义为X轴，按照右手坐标，垂直于X轴的方向为Y轴。
第三步吊机伺服系统对各关节位移进行定义
吊机伺服系统为保证测试结果同实际系统具有一致性，将立柱、大臂、小臂、伸缩臂、俯仰关节等五个关节的角位移和线位移及其零点作统一规定。
立柱角位移：将立柱投影到XOY平面，其投影延长线与X轴正向的夹角。
大臂角位移：过A点作一平行于XOY的平面，AB与该平面的夹角。
小臂角位移：大臂AB的延长线与小臂BD的夹角为小臂角位移。
伸缩臂线位移：DE长度可变，当D与E重合时，伸缩臂位移为零。
吊具俯仰角：EF的延长线与FG的夹角。
吊具回转角： MN在XOY平面的投影与X轴的夹角。
第四步 吊机伺服系统进行各关节长度及零点的标定
吊机伺服系统首先在吊机上标出立柱、大臂、小臂、伸缩臂、俯仰关节五个关节的基准点，采用调校后的三座标测量仪确定坐标原点以及X轴，用三座标仪测量各臂长度。记录立柱显示传感器值，手动操作吊机，旋转立柱，由三座标测量仪测量确定当立柱的轴线的投影与X轴重合时，停止吊机，读取并记录此时立柱传感器的读数，该读数即为立柱传感器的零位。记录大臂显示传感器值， 旋转吊机大臂, 由三座标测量仪测量确定当大臂的轴线与XOY平面平行时停止吊机，读取并记录大臂传感器的读数即为大臂传感器的零位。记录小臂显示传感器值，手动操作吊机，旋转吊机小臂, 用三座标测量仪测量确定当小臂的轴线与XOY平面平行时停止吊机，读取并记录大臂以及小臂传感器的读数，通过计算得出小臂传感器的零位。记录伸缩臂长度传感器值，手动操作吊机，将伸缩臂缩到尽头，读取并记录伸缩臂传感器的读数作为伸缩臂位移传感器的零位。记录回转角传感器值，手动操作吊具回转关节，使吊具与X轴垂直平行时记录回转传感器的读数作为吊具回转传感器的零位。记录回转传感器的读数作为立柱传感器的零位。
至此，完成了基于吊机的空间角度测量。

Claims (1)

1.一种基于吊机的空间角度测量方法，其特征在于本方法的具体步骤为：
第一步 搭建吊机伺服系统
吊机伺服系统，包括：传感器、油缸、活动关节；其中，活动关节，包括：立柱、大臂、小臂、伸缩臂、俯仰关节，上述立柱、大臂、小臂、伸缩臂、俯仰关节各装配一个16位的传感器作为测量元件并均通过油缸依次相连；
第二步 建立吊机理想坐标系
将吊机理想化，设定OA为立柱，AB为大臂，BC为小臂与大臂之间的偏移，CD为小臂，DE为伸缩臂，EF为码头，FG为吊具高，G为吊点，它是吊具的中心点；
以吊机立柱回转中心为作为坐标原点，沿纵轴方向定义为X轴，按照右手坐标，垂直于X轴的方向为Y轴；
第三步 吊机伺服系统对各关节位移进行定义
吊机伺服系统为保证测试结果同实际系统具有一致性，将立柱、大臂、小臂、伸缩臂、俯仰关节五个关节的角位移和线位移及其零点作统一规定；
立柱角位移：将立柱投影到XOY平面，其投影延长线与X轴正向的夹角；
大臂角位移：过A点作一平行于XOY的平面，AB与该平面的夹角；
小臂角位移：大臂AB的延长线与小臂BD的夹角为小臂角位移；
伸缩臂线位移：DE长度可变，当D与E重合时，伸缩臂位移为零；
吊具俯仰角：EF的延长线与FG的夹角；
吊具回转角： MN在XOY平面的投影与X轴的夹角；
第四步 吊机伺服系统进行各关节长度及零点的标定
吊机伺服系统首先在吊机上标出立柱、大臂、小臂、伸缩臂、俯仰关节五个关节的基准点，采用调校后的三座标测量仪确定坐标原点以及X轴，用三座标仪测量各臂长度；记录立柱显示传感器值，手动操作吊机，旋转立柱，由三座标测量仪测量确定当立柱的轴线的投影与X轴重合时，停止吊机，读取并记录此时立柱传感器的读数，该读数即为立柱传感器的零位；记录大臂显示传感器值，旋转吊机大臂, 由三座标测量仪测量确定当大臂的轴线与XOY平面平行时停止吊机，读取并记录大臂传感器的读数即为大臂传感器的零位；记录小臂显示传感器值，手动操作吊机，旋转吊机小臂, 用三座标测量仪测量确定当小臂的轴线与XOY平面平行时停止吊机，读取并记录大臂以及小臂传感器的读数，通过计算得出小臂传感器的零位；记录伸缩臂长度传感器值，手动操作吊机，将伸缩臂缩到尽头，读取并记录伸缩臂传感器的读数作为伸缩臂位移传感器的零位；记录回转角传感器值，手动操作吊具回转关节，使吊具与X轴垂直平行时记录回转传感器的读数作为吊具回转传感器的零位；记录回转传感器的读数作为立柱传感器的零位；
至此，完成了基于吊机的空间角度测量。
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