CN109443186B - 绳体长度测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及工程机械领域,具体地,涉及一种绳体长度测量装置及测量方法。
背景技术
近年来,随着工程机械领域对自动化程度的要求的提高,能够自动测量臂架长度、支腿伸缩距离等的绳体长度测量装置(也称为长度传感器)也越来越受到重视,其自身的性能在一定程度上影响着整机产品的性能与形象。
图1是现有技术中的单电位计绳体长度测量装置的结构示意图。如图1所示,该单电位计绳体长度测量装置包括转线盘1(绳体,如钢丝绳等,缠绕在该转线盘1上)、固定在该转线盘1(设半径为R)的圆心处的触发齿轮2(设半径为r1)、与所述触发齿轮2啮合的减速齿轮3(半径为r2)以及与所述减速齿轮3的圆心轴相固定的第一旋转电位计4。其中,因为旋转电位计量程有限,不能直接用于测量触发齿轮2的旋转角度,故添加了一个减速齿轮3以增大量程。该单电位计绳体长度测量装置运行过程中,易知转线盘1与触发齿轮2的角速度相同,减速齿轮3与第一旋转电位计4的角速度相同,且减速齿轮3由触发齿轮2驱动,从而触发齿轮2与减速齿轮3的线速度理论上相同。由此,利用该单电位计绳体长度测量装置计算绳体长度主要包括以下几个步骤:
该单电位计绳体长度测量装置原理简单,易于应用,但在实际应用过程中,触发齿轮2与减速齿轮3之间会由于使用磨损、安装不当等原因而产生一定的啮合间歇,而在啮合间歇存在的情况下,利用单电位计绳体长度测量装置会导致较为严重的测量误差。
发明内容
本发明的目的是提供一种绳体长度测量装置及测量方法,用于解决现有单电位计绳体长度测量装置易导致测量误差的问题。
为了实现上述目的,本发明提供一种绳体长度测量装置,包括:转线盘,用于缠绕绳体;固定在所述转线盘的圆心处的触发齿轮;与所述触发齿轮啮合的减速齿轮;与所述触发齿轮的圆心轴相固定的第二旋转电位计,用于测量示出所述触发齿轮的旋转角度的第一角度其中所述第二旋转电位计是循环旋转电位计;以及与所述减速齿轮的圆心轴相固定的第一旋转电位计,用于测量示出所述减速齿轮的旋转角度的第二角度
优选地,所述控制器包括:圈数计算模块,用于利用所述第二角度计算所述第二旋转电位计旋转的圈数n;转线盘角度计算模块,用于判断所述第一角度是否处于所述第二旋转电位计的旋转最大角度的临界范围。并且:若第一角度未处于所述旋转最大角度的临界范围,且所述第一旋转电位计测算的转线盘的转动角度与所述第一角度的差值的绝对值小于等于预设的所述触发齿轮与所述减速齿轮之间的最大啮合误差d时,判定所计算的圈数n正确,并计算转线盘(1)转动的实际角度其中 若第一角度处于所述旋转最大角度的临界范围,判定所计算的圈数n存在误差,并对所计算的圈数n进行修正,并根据修正后的圈数n计算所述实际角度以及绳体长度计算模块,用于计算绳体长度L,其中R为转线盘的半径。
优选地,所述圈数计算模块采用下式计算所述第二旋转电位计旋转的圈数n:
其中,r2为所述减速齿轮(3)的半径,r1为所述触发齿轮的半径。
本发明还提供一种绳体长度测量方法,其采用上述的绳体测量装置,且包括:获取所述第一角度以及所述第二角度利用所述第二角度计算所述第二旋转电位计旋转的圈数n;判断所述第一角度是否处于所述第二旋转电位计的旋转最大角度的临界范围,并且,若第一角度未处于所述旋转最大角度的临界范围,且所述第一旋转电位计(4)测算的转线盘的转动角度与所述第一角度的差值的绝对值小于等于预设的所述触发齿轮与所述减速齿轮之间的最大啮合误差d时,判定所计算的圈数n正确,并计算转线盘转动的实际角度其中若第一角度处于所述旋转最大角度的临界范围,判定所计算的圈数n存在误差,并对所计算的圈数n进行修正,并根据修正后的圈数n计算所述实际角度计算绳体长度L,其中R为转线盘的半径。
其中,r2为所述减速齿轮的半径,r1为所述触发齿轮的半径。
本发明还提供一种机器可读存储介质,该机器可读存储介质上存储有指令,该指令用于使得机器执行上述的绳体长度测量方法。
本发明还提供一种处理器,用于运行程序,其中,所述程序被运行时用于执行:如上述的绳体长度测量方法。
通过上述技术方案,本发明采用双电位计来测量绳体长度,相比单电位计测量方案,可纠正由于触发齿轮与减速齿轮的使用磨损、安装不当等原因而产生的啮合间歇所导致的测量误差。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1是现有技术中的单电位计绳体长度测量装置的结构示意图;
图2是本发明实施例的绳体长度测量装置的结构示意图;
图3(a)和图3(b)分别是第一旋转电位计和第二旋转电位计采集的信号的数据曲线的示意图;
图4是本发明实施例中的控制器的结构示意图;以及
图5是本发明实施例的一种绳体长度测量方法的流程示意图。
附图标记说明
1、转线盘;2、触发齿轮;3、减速齿轮;4、第一旋转电位计;5、第二旋转电位计;410、圈数计算模块;420、转线盘角度计算模块;430、绳体长度计算模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
图2是本发明实施例的绳体长度测量装置的结构示意图。如图2所示,所述绳体测量装置包括:转线盘1,用于缠绕绳体;固定在所述转线盘1的圆心处的触发齿轮2;与所述触发齿轮2啮合的减速齿轮3;与所述触发齿轮2的圆心轴相固定的第二旋转电位计5,用于测量示出所述触发齿轮2的旋转角度的第一角度以及与所述减速齿轮3的圆心轴相固定的第一旋转电位计4,用于测量示出所述减速齿轮3的旋转角度的第二角度需注意的是,触发齿轮2相对于减速齿轮3为小齿轮,另外,在本发明实施例中,第二旋转电位计5对应的是第一角度而第一旋转电位计4对应的是第二角度请注意两者间的对应关系。
根据齿轮特性,易知转线盘1、触发齿轮2与第二旋转电位计5的角速度相同,减速齿轮3与第一旋转电位计4的角速度相同,且减速齿轮3由触发齿轮2驱动,从而触发齿轮2与减速齿轮3的线速度理论上相同。
其中,第一旋转电位计4是常规旋转电位计,第二旋转电位计5是循环旋转电位计,可理解的是,循环旋转电位计是一种旋转至量程最大值后读数归零的电位计,其有助力于扩展电位计的测量流程。假设触发齿轮2和减速齿轮3的半径比为1:4,则在转线盘1由转到最大值时,第一旋转电位计4和第二旋转电位计5采集的信号的数据曲线分别由图3(a)和图3(b)所示,其中max表示量程最大值。
对比图3(a)和图3(b),可明显看出第二旋转电位计5旋转至量程最大值max后,读数重新归零的特点,且还可以看出由于触发齿轮2和减速齿轮3的半径比为1:4且触发齿轮2与减速齿轮3的线速度理论上相同,所以在第一旋转电位计4旋转一圈时,第二旋转电位计5已旋转4圈。
其中,电性连接包括有线连线方式和无线连接方式,例如通过数据线连接或者基于网络连接。
式中,%为取余运算符号。
根据式(1),可知第二旋转电位计5的读数(即第一角度)是对转线盘1转动的实际角度和旋转最大角度进行取余运算得到,从而例如在时,实际角度可以为361°、721°等多个值。因此,若需要得到精确的实际角度还需要确定第二旋转电位计5旋转的圈数(以下将该圈数记为n)。关于第一旋转电位计4的读数与此类似,故不再进行赘述。
一、圈数计算模块410
在更为优选的实施例中,所述圈数计算模块410采用以下的式(2)计算所述第二旋转电位计5旋转的圈数n:
其中,r2为所述减速齿轮3的半径,r1为所述触发齿轮2的半径。
二、转线盘角度计算模块420
1)若第一角度未处于所述旋转最大角度的临界范围,且所述第一旋转电位计4测算的转线盘1的转动角度与所述第一角度的差值的绝对值小于等于预设的所述触发齿轮2与所述减速齿轮3之间的最大啮合误差d时,判定所计算的圈数n正确,并采用式(3)计算转线盘1转动的实际角度
理论上,两个旋转电位计测量转线盘1时的角度差值的绝对值小于等于最大啮合误差d时,第一旋转电位计4计算的圈数n是正确的,即在式(4)成立时,可直接将式(2)计算的圈数n应用于式(3)以计算转线盘1转动的实际角度
其中,所述临界范围可根据需要进行设置,例如设置为的范围,a例如为1°、2°等较小值,再例如,对于第二旋转电位计5,对应的点与0点重合,电位计读数在或0点附近。当第二旋转电位计5读出的第一角度处于临界范围时,可能出现角度差值的绝对值大于最大啮合误差,则电位计1计算的圈数与实际圈数会存在误差,需要修正
下面通过示例来介绍对圈数n的修正。
三、绳体长度计算模块430
对于绳体长度计算模块430,其用于计算绳体长度L。具体地,采用以下的式(8)计算绳体长度L:
其中,R为转线盘1的半径。
据此,本发明实施例的绳体长度测量装置采用双电位计来测量绳体长度,相比单电位计测量方案,可纠正由于触发齿轮与减速齿轮的使用磨损、安装不当等原因而产生的啮合间歇所导致的测量误差。
图5是本发明实施例的一种绳体长度测量方法的流程示意图,其中该绳体测量装置采用如图2所示的绳体长度测量装置。参考图5,该绳体长度测量方法可以包括以下步骤:
在优选的实施例中,利用上述的式(2)计算第二旋转电位计5旋转的圈数n。
步骤S540,若第一角度未处于所述旋转最大角度的临界范围,且所述第一旋转电位计4测算的转线盘1的转动角度与所述第一角度的差值的绝对值小于等于预设的所述触发齿轮2与所述减速齿轮3之间的最大啮合误差d时,判定所计算的圈数n正确,并计算转线盘1转动的实际角度
步骤S560,计算绳体长度L。
本发明实施例的绳体长度测量方法的其他实施细节及效果可参考上述实施例的绳体长度测量装置,在此不再进行赘述。
本发明另一实施例还提供一种机器可读存储介质,该机器可读存储介质上存储有指令,该指令用于使得机器执行上述的绳体长度测量方法。其中,所述机器例如是集成在上述绳体长度测量装置中的控制器。其中,所述机器可读存储介质包括但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体(FlashMemory)或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带,磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备等各种可以存储程序代码的介质。
本发明另一实施例提供了一种处理器,所述处理器用于运行程序,其中,所述程序运行时执行上述的绳体长度测量方法。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (8)
1.一种绳体长度测量装置,其特征在于,所述绳体测量装置包括:
转线盘(1),用于缠绕绳体;
固定在所述转线盘(1)的圆心处的触发齿轮(2);
与所述触发齿轮(2)啮合的减速齿轮(3);
与所述触发齿轮(2)的圆心轴相固定的第二旋转电位计(5),用于测量示出所述触发齿轮(2)的旋转角度的第一角度∂1,其中所述第二旋转电位计(5)是循环旋转电位计;
与所述减速齿轮(3)的圆心轴相固定的第一旋转电位计(4),用于测量示出所述减速齿轮(3)的旋转角度的第二角度∂2;以及
控制器,与所述第一旋转电位计(4)及所述第二旋转电位计(5)电性连接,用于根据所述第一角度∂1以及所述第二角度∂2来计算绳体长度;
其中,所述控制器包括:
圈数计算模块,用于利用所述第二角度∂2计算所述第二旋转电位计(5)旋转的圈数n;
转线盘角度计算模块,用于判断所述第一角度∂1是否处于所述第二旋转电位计(5)的旋转最大角度∂max的临界范围,并且:
若第一角度∂1未处于所述旋转最大角度∂max的临界范围,且所述第一旋转电位计(4)测算的转线盘(1)的转动角度与所述第一角度∂1的差值的绝对值小于等于预设的所述触发齿轮(2)与所述减速齿轮(3)之间的最大啮合误差d时,判定所计算的圈数n正确,并计算转线盘(1)转动的实际角度∂,其中∂= n* ∂max + ∂1;
若第一角度∂1处于所述旋转最大角度∂max的临界范围,判定所计算的圈数n存在误差,并对所计算的圈数n进行修正,并根据修正后的圈数n计算所述实际角度∂;
绳体长度计算模块,用于计算绳体长度L,其中L=2*π*R*(∂/360),R为转线盘(1)的半径。
2.根据权利要求1所述的绳体长度测量装置,其特征在于,所述圈数计算模块采用下式计算所述第二旋转电位计(5)旋转的圈数n:
n = (r2/r1 *∂2)/∂max
其中,r2为所述减速齿轮(3)的半径,r1为所述触发齿轮(2)的半径。
3.根据权利要求1所述的绳体长度测量装置,其特征在于,所述转线盘角度计算模块对所计算的圈数n进行修正包括:判断第一角度∂1是否大于所述最大啮合误差d,并且:
若∂1>d,则∂ =(n-1)* ∂max +∂1;
若∂1 <= d,则∂ =(n+1)* ∂max +∂1。
4.一种绳体长度测量方法,其特征在于,采用权利要求1所述的绳体测量装置,且该绳体长度测量方法包括:
获取所述第一角度∂1以及所述第二角度∂2;
利用所述第二角度∂2计算所述第二旋转电位计(5)旋转的圈数n;
判断所述第一角度∂1是否处于所述第二旋转电位计(5)的旋转最大角度∂max的临界范围,并且:
若第一角度∂1未处于所述旋转最大角度∂max的临界范围,且所述第一旋转电位计(4)测算的转线盘(1)的转动角度与所述第一角度∂1的差值的绝对值小于等于预设的所述触发齿轮(2)与所述减速齿轮(3)之间的最大啮合误差d时,判定所计算的圈数n正确,并计算转线盘(1)转动的实际角度∂,其中∂= n* ∂max + ∂1;
若第一角度∂1处于所述旋转最大角度∂max的临界范围,判定所计算的圈数n存在误差,并对所计算的圈数n进行修正,并根据修正后的圈数n计算所述实际角度∂;
计算绳体长度L,其中L=2*π*R*(∂/360),R为转线盘(1)的半径。
5.根据权利要求4所述的绳体长度测量方法,其特征在于,所述利用所述第二角度∂2计算所述第二旋转电位计(5)旋转的圈数n包括:
采用下式计算所述第二旋转电位计(5)旋转的圈数n:
n = (r2/r1 *∂2)/∂max
其中,r2为所述减速齿轮(3)的半径,r1为所述触发齿轮(2)的半径。
6.根据权利要求4所述的绳体长度测量方法,其特征在于,所述对所计算的圈数n进行修正包括:
判断第一角度∂1是否大于所述最大啮合误差d,并且:
若∂1>d,则∂ =(n-1)* ∂max +∂1;
若∂1 <= d,则∂ =(n+1)* ∂max +∂1。
7.一种机器可读存储介质,该机器可读存储介质上存储有指令,该指令用于使得机器执行权利要求4至6中任意一项所述的绳体长度测量方法。
8.一种处理器,其特征在于,用于运行程序,其中,所述程序被运行时用于执行:如权利要求4至6中任意一项所述的绳体长度测量方法。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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