CN108663030A - 一种用于锻造操作机夹钳的位姿观测器控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于锻造操作机夹钳的位姿观测器控制方法，适用于平行连杆式锻造操作机夹钳的位姿观测器，通过利用第一液压缸、第二液压缸的位移传感器，实时检测两缸的位移变化，然后通过机构位置运动关系来间接获得锻造操作机夹钳位姿的变化轨迹；然后基于c语言，对位姿观测器进行编程封装，建立可视化界面；同时通过更改结构的基本参数数据，可适用于不同承载能力的、同种机械构型的锻造操作机；本发明可在不改动现有设备结构的基础上实时检测夹钳位姿变化，具有高精度性、易操作性和通用性，为安全、平稳控制提供依据。

Description

一种用于锻造操作机夹钳的位姿观测器控制方法

技术领域

本发明涉及锻造设备领域，尤其是一种用于锻造操作机夹钳的位姿观测器控制方法。

背景技术

锻造操作机是锻造车间内与锻造主机协调作业的重要辅助操作装备，其夹钳的作用是夹持锻件完成锻件的进给、翻转、升降等动作。由于高温环境下的锻件位姿无法直接在线测量，锻造操作机夹钳的位姿对于锻件来说就显得尤为重要，其位姿精度直接影响锻件产品的最终形状和尺寸。目前，判断锻造操作机夹钳位姿的方法主要有两种：一是通过操作工的视觉直接判断夹钳的位姿，误差较大且对操作工人要求高，安全性差；二是技术人员利用液压缸有效行程和夹钳位姿区间建立的比例关系间接判断夹钳的位姿，但由于二者不是完全的线性关系，导致夹钳位姿的显示值与实际状态仍存在差异，精度低，且随着不同承载能力锻造操作机结构尺寸的变化，精度偏差一致性差，该方法不具有通用性。

发明内容

本发明目的在于提供一种实时观测夹钳运行状态、高精度、易操作的通用性的用于锻造操作机夹钳的位姿观测器控制方法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明包括由夹钳、前吊杆、前摆臂、后摆臂、连杆、后吊杆、第一液压缸、第二液压缸构成的平行连杆式锻造操作机悬挂机构，所述方法包括以下步骤：

步骤1，确定观测器的输入、基本结构参数与输出；

步骤2，基于结构位置运动关系，建立观测器内部求解运算过程；

步骤3，基于c语言，对位姿观测器进行编程封装，建立可视化界面。

进一步的，步骤2中，建立观测器内部求解运算过程的具体内容如下：

由于a、d两点坐标已知，故铰点a、d之间连线距离l_ad与水平方向的夹角角度θ₁已知，其表达式如下：

式中：y_a——a点的纵坐标位移；

x_a——a点的横坐标位移；

y_d——d点的纵坐标位移；

x_d——d点的横坐标位移。

已知第一液压缸位移传感器的检测值x₁作为观测器的输入，则可首先求出Δadi中的∠dai为：

式中：l_ai——ai两点所表示的杆的长度；

l_ad——ad两点所表示的杆的长度；

l_di——di两点所表示的杆的长度。

Δaie中的∠iae为：

式中：l_ae——ae两点所表示的杆的长度；

l_ie——ie两点所表示的杆的长度。

铰点a、e之间连线与x方向之间的夹角θ₂为：

θ₂＝180-∠dai-∠iae-θ₁

则e点坐标为：

x_e＝l_ae.cosθ₂

y_e＝-l_ae.sinθ₂

由于c点坐标固定已知，联合上式的e点坐标，铰点c、e连线与x方向之间的夹角θ₃为：

已知第二液压缸位移传感器的检测值x₂作为观测器的输入，则可求出Δceg中的∠ceg为：

式中：l_eg——eg两点的距离；

l_cg——cg两点所表示杆的杆长。

则le两点连线与ce两点连线延长线的夹角θ₄为：

θ₄＝180-θ₃-∠ceg

由于el两点的距离l_el已知，可求得l点坐标为：

x_l＝x_e+l_el.cosθ₄

y_l＝y_e-l_el.sinθ₄

则夹钳末端标示点M的坐标为：

x_M＝x_l+L_x

y_M＝y_l+L_y

式中：L_x——末端指示点M与l点横坐标位移差；

L_y——末端指示点M与l点纵坐标位移差。

进一步的，所述位姿观测器由输入信号处理及显示窗口、基本参数输入窗口、内部求解运算程序、轨迹显示窗口、操作按钮组成；第一液压缸、第二液压缸上的位移传感器将信号传递给观测器，将电压值或电流值在输入处理及显示窗口中进行数据处理及显示，转化为真实位移量x₁与x₂，并代入到观测器内部求解运算程序中，结合基本参数输入窗口中给定的锻造操作机悬挂机构参数值进行夹钳末端轨迹运算，最后观测器将内部求得的锻造操作机夹钳末端轨迹(x_M、y_M)输出到轨迹显示窗口中进行显示，以供作业人员进行查看；在观测器界面还设有人工操作按钮，包括开始、停止和储存按钮。

与现有技术相比，本发明方法具有如下优点：

1、利用锻造操作机执行机构第一液压缸与第二液压缸的实际位移输出，来间接实时获得锻造操作机夹钳末端的轨迹，提高检测结果的精度。

2、通过编程，建立可视化界面，使得操作简单明了、易于现场工人操作。

3、具有通用性，通过更改观测器的基本参数数据，可适用于不同承载能力、同种机械构型的锻造操作机。

附图说明

图1是本发明中平行连杆式锻造操作机悬挂机构的结构简图。

图2是本发明中位姿观测器的结构图。

附图标号：1-夹钳、2-前吊杆、3-前摆臂、4-后摆臂、5-连杆、6-后吊杆、7-第一液压缸、8-第二液压缸。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，本发明所涉及的平行连杆式锻造操作机悬挂机构的结构简图如图1所示，主要包括夹钳1、前吊杆2、前摆臂3、后摆臂4、连杆5、后吊杆6、第一液压缸7、第二液压缸8等。a、b、c、d为固定铰点，夹钳与前吊杆在l点铰接，与后吊杆在k点铰接；前吊杆与前摆臂在e点铰接，后吊杆与后摆臂在j点铰接；前摆臂与连杆在f点铰接，后摆臂与连杆在h点铰接；第一液压缸与前摆臂在i点铰接，第二液压缸与前吊杆在g点铰接。

本发明所述方法包括以下步骤：

步骤1，确定观测器的输入、基本结构参数与输出；

其中，a-l分别为铰链连接位置，其中a、b、c、d为固定铰点,且位置坐标已知恒定；l_ai、l_ae、l_ie、l_eg、l_el等为各铰点之间的杆件长度，为常量；l_di0、l_cg0为第一液压缸7、第二液压缸8处于初始位置时的长度；L_x、L_y为铰点l与夹钳末端标示点M在水平、竖直方向上的距离，上述位置坐标、长度参量为锻造操作机悬挂机构的基本结构参数，即为观测器的基本结构参数。在第一液压缸、第二液压缸上安装位移传感器，利用两缸上位移传感器检测到的第一液压缸位移x₁与第二液压缸位移x₂作为夹钳位姿观测器的输入，通过一系列锻造操作机悬挂机构的位置运动变化分析可实时获得夹钳末端标示点M的坐标(x_M、y_M)变化，最后将其作为观测器的输出进行储存、显示。

步骤2，基于结构位置运动关系，建立观测器内部求解运算过程；

由于a、d两点坐标已知，故铰点a、d之间连线l_ad与水平方向的夹角θ₁已知，其表达式如下：

式中：y_a——a点的纵坐标位移；

x_a——a点的横坐标位移；

y_d——d点的纵坐标位移；

x_d——d点的横坐标位移。

已知第一液压缸位移传感器的检测值x₁作为观测器的输入，则可首先求出Δadi中的∠dai为：

式中：l_ai——ai两点所表示的杆的长度；

l_ad——ad两点所表示的杆的长度；

l_di——di两点所表示的杆的长度。

Δaie中的∠iae为：

式中：l_ae——ae两点所表示的杆的长度；

l_ie——ie两点所表示的杆的长度。

铰点a、e之间连线与x方向之间的夹角θ₂为：

θ₂＝180-∠dai-∠iae-θ₁

则e点坐标为：

x_e＝l_ae.cosθ₂

y_e＝-l_ae.sinθ₂

由于c点坐标固定已知，联合上式的e点坐标，铰点c、e连线与x方向之间的夹角θ₃为：

已知第二液压缸位移传感器的检测值x₂作为观测器的输入，则可求出Δceg中的∠ceg为：

式中：l_eg——eg两点的距离；

l_cg——cg两点所表示杆的杆长。

则le两点连线与ce两点连线延长线的夹角θ₄为：

θ₄＝180-θ₃-∠ceg

由于el两点的距离l_el已知，可求得l点坐标为：

x_l＝x_e+l_el.cosθ₄

y_l＝y_e-l_el.sinθ₄

则夹钳末端标示点M的坐标为：

x_M＝x_l+L_x

y_M＝y_l+L_y

式中：L_x——末端指示点M与l点横坐标位移差；

L_y——末端指示点M与l点纵坐标位移差。

步骤3，基于c语言，对位姿观测器进行编程封装，建立可视化界面。

如图2所示，所述位姿观测器主要由输入信号处理及显示窗口、基本参数输入窗口、内部求解运算程序、轨迹显示窗口、操作按钮等组成。首先第一液压缸、第二液压缸上的位移传感器将信号传递给观测器，但此时信号多为电压值或电流值，须在输入处理及显示窗口中进行数据处理及显示，转化为真实位移量x₁与x₂，并代入到观测器内部求解运算程序中，结合基本参数输入窗口中给定的锻造操作机悬挂机构参数值进行夹钳末端轨迹运算，最后观测器将内部求得的锻造操作机夹钳末端轨迹(x_M、y_M)输出到轨迹显示窗口中进行显示，以供作业人员进行查看。另外在观测器界面还设有人工操作按钮，包括开始、停止和储存按钮，以方面控制观测器运作，并可将轨迹数据进行储存，便于在CP机上进行数据处理。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种用于锻造操作机夹钳的位姿观测器控制方法，包括由夹钳、前吊杆、前摆臂、后摆臂、连杆、后吊杆、第一液压缸、第二液压缸构成的平行连杆式锻造操作机悬挂机构，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，确定观测器的输入、基本结构参数与输出；

步骤2，基于结构位置运动关系，建立观测器内部求解运算过程；

步骤3，基于c语言，对位姿观测器进行编程封装，建立可视化界面。

2.根据权利要求1所述的一种用于锻造操作机夹钳的位姿观测器控制方法，其特征在于，步骤2中，建立观测器内部求解运算过程的具体内容如下：

由于a、d两点坐标已知，故铰点a、d之间连线距离l_ad与水平方向的夹角角度θ₁已知，其表达式如下：

式中：y_a——a点的纵坐标位移；

x_a——a点的横坐标位移；

y_d——d点的纵坐标位移；

x_d——d点的横坐标位移；

已知第一液压缸位移传感器的检测值x₁作为观测器的输入，则可首先求出Δadi中的∠dai为：

式中：l_ai——ai两点所表示的杆的长度；

l_ad——ad两点所表示的杆的长度；

l_di——di两点所表示的杆的长度；

Δaie中的∠iae为：

式中：l_ae——ae两点所表示的杆的长度；

l_ie——ie两点所表示的杆的长度；

铰点a、e之间连线与x方向之间的夹角θ₂为：

θ₂＝180-∠dai-∠iae-θ₁

则e点坐标为：

x_e＝l_ae.cosθ₂

y_e＝-l_ae.sinθ₂

由于c点坐标固定已知，联合上式的e点坐标，铰点c、e连线与x方向之间的夹角θ₃为：

已知第二液压缸位移传感器的检测值x₂作为观测器的输入，则可求出Δceg中的∠ceg为：

式中：l_eg——eg两点的距离；

l_cg——cg两点所表示杆的杆长。

则le两点连线与ce两点连线延长线的夹角θ₄为：

θ₄＝180-θ₃-∠ceg

由于el两点的距离l_el已知，可求得l点坐标为：

x_l＝x_e+l_el.cosθ₄

y_l＝y_e-l_el.sinθ₄

则夹钳末端标示点M的坐标为：

x_M＝x_l+L_x

y_M＝y_l+L_y

式中：L_x——末端指示点M与l点横坐标位移差；

L_y——末端指示点M与l点纵坐标位移差。

3.根据权利要求1所述的一种用于锻造操作机夹钳的位姿观测器控制方法，其特征在于：所述位姿观测器由输入信号处理及显示窗口、基本参数输入窗口、内部求解运算程序、轨迹显示窗口、操作按钮组成；第一液压缸、第二液压缸上的位移传感器将信号传递给观测器，将电压值或电流值在输入处理及显示窗口中进行数据处理及显示，转化为真实位移量x₁与x₂，并代入到观测器内部求解运算程序中，结合基本参数输入窗口中给定的锻造操作机悬挂机构参数值进行夹钳末端轨迹运算，最后观测器将内部求得的锻造操作机夹钳末端轨迹(x_M、y_M)输出到轨迹显示窗口中进行显示，以供作业人员进行查看；在观测器界面还设有人工操作按钮，包括开始、停止和储存按钮。