WO2013033886A1

WO2013033886A1 - 一种用于测量臂架油缸的长度的方法、装置以及系统

Info

Publication number: WO2013033886A1
Application number: PCT/CN2011/079345
Authority: WO
Inventors: 易伟春; 李葵芳; 王帅; 李仁玉; 尹君
Original assignee: 长沙中联重工科技发展股份有限公司; 湖南中联重科专用车有限责任公司
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2013-03-14

Abstract

公开了一种用于测量臂架油缸的长度的方法、装置以及系统，该方法包括：获取所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角∠FOG；以及根据该夹角∠FOG、所述第一直连杆和第二直连杆的长度、以及所述第一直连杆、第二直连杆、臂架油缸、第一臂架和第二臂架这五者之间的连接关系，计算线段AB的长度，即所述臂架油缸的长度。通过上述技术方案，可仅通过旋转编码器或倾角传感器，实现臂架油缸长度的测量。相比于拉线传感器，旋转编码器或倾角传感器具有安装便捷、不易损坏且可靠性好的优点。

Description

一种用于测量臂架油缸的长度的方法、装置以及系统技术领域

本发明涉及机械领域，具体地，涉及一种用于测量臂架油缸的长度的方法、装置以及系统。背景技术

在建筑业、高铁等的蓬勃发展背景下，混凝土机械行业这几年呈现了强劲的发展，混凝土机械设备向着个性化、智能化方向发展，出现了泵车智能臂架的概念，以使得臂架操作更为实用及方便。

为了对臂架的姿态进行调节，需建立整体臂架模型，在建立整体臂架模型时，通常需要用到一参量，即臂架油缸的长度。目前，一般通过于臂架油缸上安装一拉线传感器，以实现臂架油缸的长度的测量。图 1 为臂架以及臂架油缸之间的连接关系示意图。如图 1所示，臂架油缸 2的一端固定于第一臂架 la的支点 A上，另一端与第一直连杆 3a和第二直连杆 3b于连接点 B相连接，并分别通过所述第一直连杆 3a和所述第二直连杆 3b连接于所述第一臂架 la上的支点 C和所述第二臂架 lb上的支点 D, 所述第一臂架 la与所述第二臂架 lb于连接点 E相连接。拉线传感器 4安装于臂架油缸 2上，其拉线端固定于臂架油缸 2与第一直连杆 3a和第二直连杆 3b 的连接点 B上。藉此，该拉线传感器 4可在臂架油缸 2伸缩时，对其伸缩的长度进行测量，以达到测量臂架油缸 1的长度的目的。

然而，该拉线传感器的安装、固定比较麻烦，且臂架在运动过程，易损坏该拉线传感器的拉线，导致该拉线传感器的可靠性较差。发明内容

本发明的目的是提供一种用于测量臂架油缸的长度的方法、装置以及系统，该方法、装置以及系统不存在以上拉线传感器的上述缺陷，具有安装便捷、不易损坏且可靠性好的优点。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于测量臂架油缸的长度的方法，该臂架油缸一端固定于第一臂架的支点 A上，另一端与第一直连杆和第二直连杆于连接点 B相连接，并分别通过所述第一直连杆和所述第二直连杆连接于所述第一臂架上的支点 C和所述第二臂架上的支点 D, 所述第一臂架与所述第二臂架于连接点 E相连接，设点 F和点 G,直线 FC与所述第一臂架的延伸方向平行，直线 GD与所述第二臂架的延伸方向平行，直线 FC 的延长线与直线 GD的延长线相交于点 0，该方法包括：获取所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角 ZFOG; 以及根据该夹角 ZFOG、所述第一直连杆和第二直连杆的长度、以及所述第一直连杆、第二直连杆、臂架油缸、第一臂架和第二臂架这五者之间的连接关系，计算线段 AB的长度，即所述臂架油缸的长度。

相应地，本发明提供一种用于测量臂架油缸的长度的装置，该臂架油缸一端固定于第一臂架的支点 A上，另一端与第一直连杆和第二直连杆于连接点 B相连接，并分别通过所述第一直连杆和所述第二直连杆连接于所述第一臂架上的支点 C和所述第二臂架上的支点 D，所述第一臂架与所述第二臂架于连接点 E相连接，设点 F和点 G, 直线 FC与所述第一臂架的延伸方向平行，直线 GD与所述第二臂架的延伸方向平行，直线 FC的延长线与直线 GD的延长线相交于点 0，该装置包括：夹角获取设备，用于获取所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角 ZF0G; 以及计算设备，用于根据该夹角 ZF0G、所述第一直连杆和第二直连杆的长度、以及所述第一直连杆、第二直连杆、臂架油缸、第一臂架和第二臂架这五者之间的连接关系，计算线段 AB的长度，即所述臂架油缸的长度。相应地，本发明提供一种用于测量臂架油缸的长度的系统，该臂架油缸一端固定于第一臂架的支点 A上，另一端与第一直连杆和第二直连杆于连接点 B相连接，并分别通过所述第一直连杆和所述第二直连杆连接于所述第一臂架上的支点 C和所述第二臂架上的支点 D，所述第一臂架与所述第二臂架于连接点 E相连接，设点 F和点 G,直线 FC与所述第一臂架的延伸方向平行，直线 GD与所述第二臂架的延伸方向平行，直线 FC的延长线与直线 GD的延长线相交于点 0，该系统包括：角度测量设备，用于测量所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角 ZF0G; 存储设备，存储有所述第一直连杆和第二直连杆的长度以及所述第一直连杆、第二直连杆、臂架油缸、第一臂架和第二臂架这五者之间的连接关系；以及长度计算设备，该长度计算设备为上述用于测量臂架油缸的长度的装置。

通过上述技术方案，可仅通过旋转编码器或倾角传感器，实现臂架油缸长度的测量。相比于拉线传感器，旋转编码器或倾角传感器具有安装便捷、不易损坏且可靠性好的优点。

本发明的其他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为臂架以及臂架油缸之间的连接关系示意图；

图 2为臂架以及臂架油缸之间的几何关系示意图；

图 3为臂架以及臂架油缸之间的另一几何关系示意图；

图 4为本发明提供的倾角传感器、臂架以及臂架油缸之间的连接关系示意图；以及图 5为本发明提供的用于测量臂架油缸的长度的系统的; 附图标记说明

la 第一臂架 lb 第二臂架

2 臂架油缸 3a 第一直连杆

3b 第二直连杆 4 拉线传感器

10a 第一倾角传感器 10b 第二倾角传感器

10 角度测量设备 20 存储设备

30 长度计算设备具体实施方式

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。

本发明提供一种用于测量臂架油缸的长度的方法，该臂架油缸 2—端固定于第一臂架 la的支点 A上，另一端与第一直连杆 3a和第二直连杆 3b 于连接点 B相连接，并分别通过所述第一直连杆 3a和所述第二直连杆 3b 连接于所述第一臂架 la上的支点 C和所述第二臂架 lb上的支点 D, 所述第一臂架 la与所述第二臂架 lb于连接点 E相连接，设点 F和点 G, 直线 FC与所述第一臂架 la的延伸方向平行，直线 GD与所述第二臂架 lb的延伸方向平行，直线 FC的延长线与直线 GD的延长线相交于点 0，该方法包括：获取所述第一臂架 la 与所述第二臂架 lb 的延伸方向之间的夹角 Z FOG; 以及根据该夹角 ZF0G、所述第一直连杆 3a和第二直连杆 3b的长度、以及所述第一直连杆 3a、第二直连杆 3b、臂架油缸 2、第一臂架 la和第二臂架 lb这五者之间的连接关系，计算线段 AB的长度，即所述臂架油缸 2的长度。以下针对如何根据所述夹角 ZFOG、所述第一直连杆 3a和第二直连杆 3b的长度、以及所述第一直连杆 3a、第二直连杆 3b、臂架油缸 2、第一臂架 la和第二臂架 lb这五者之间的连接关系计算线段 AB的长度进行具体说明。

图 2为臂架以及臂架油缸之间的几何关系示意图。如图 2所示，角 Z FCE、 ZFCA和 ZGDE的角度以及线段 AC、 BC、 BD、 CE和 DE的长度均为所述第一直连杆 3a和第二直连杆 3b的自身长度特性以及所述第一直连杆 3a、第二直连杆 3b、臂架油缸 2、第一臂架 la和第二臂架 lb这五者之间的固有连接关系特性，均为固定的已知量。在已知这些量的基础上，可结合角 ZFOG, 计算出线段 AB的长度，即所述臂架油缸 2的长度。

首先，可根据角 ZFOG、 ZFCE、 ZGDE以及以下公式，计算角 ZCED;

ZCED = ZFCE + ZGDE - ZFOG

之后，根据 CE、 DE、 ZCED以及以下公式，计算线段 CD的长度； CD = slCE²+DE² - 2 x CE x DE x cos(ZCED)

之后，由于三角形 ACBD和 ACED的三条边的边长已知，可计算角 Z BCD和 ZECD;

之后，根据角 ZBCD、 ZECD以及以下公式，计算角 ZBCE;

ZBCE = ZBCD - ZECD

之后，根据角 ZBCE、 ZFCA, ZFCE以及以下公式，计算角 ZACB; ZACB = ZFCE - ZFCA - ZBCE

最后，根据角 ZACB、 AC、 BC以及以下公式，计算线段 AB的长度，即臂架油缸 2的长度。

AB = AC² + C² - I x AC x BC x cos(ZACB)

然而，以上具体计算方式仅为一示例，本发明并不限于该具体计算方式，任何本领域技术人员根据所述夹角 ZFOG、所述第一直连杆 3a和第二直连杆 3b的长度、以及所述第一直连杆 3a、第二直连杆 3b、臂架油缸 2、第一臂架 la和第二臂架 lb这五者之间的连接关系计算线段 AB的长度的方法皆可适用于此。

例如，如图 3所示，可在以上计算过程中计算出 CD之后，根据三角形 ACBD和 ACED, 计算出线段 BE及角 ZCEB; 之后，由于角 ZCEA为固定已知量，可计算 ^ = 0^ - ^^£4；最后，由于线段 AE为固定已知量，在三角形 ΔΑΕΒ 中，可根据 AE、 BE及其夹角 ZAEB, 计算出线段 AB的长度，即臂架油缸 2的长度。

其中，所述获取所述第一臂架 la与第二臂架 lb的延伸方向之间的夹角 ZFOG可包括：分别获取该第一臂架 la的倾斜角和第二臂架 lb的倾斜角；以及通过计算该两个倾斜角之差，得到该第一臂架 la与第二臂架 lb 的延伸方向之间的夹角 ZFOG。图 4为本发明提供的倾角传感器、臂架以及臂架油缸 2之间的连接关系示意图，如图 4所示，可分别于第一臂架和第二臂架上设置第一倾角传感器 10a和第二倾角传感器 10b，以分别测量该第第一臂架 la和第二臂架 lb的倾斜角。该第一和第二倾角传感器所得的倾斜角为绝对倾斜角，假设分别为 [-180,180] , 则所述夹角 ZFOG可由以下公式计算得到： FOG二 β - α 。

当然，本发明的测量夹角 ZFOG的方式并不限于采用倾角传感器，亦可使用安装于第一臂架 la与第二臂架 lb的连接点 E处的旋转编码器直接测得夹角 ZFOG。

相应地，本发明还提供了一种用于测量臂架油缸的长度的装置，该臂架油缸一端固定于第一臂架的支点 A上，另一端与第一直连杆和第二直连杆于连接点 B相连接，并分别通过所述第一直连杆和所述第二直连杆连接于所述第一臂架上的支点 C和所述第二臂架上的支点 D, 所述第一臂架与所述第二臂架于连接点 E相连接，设点 F和点 G, 直线 FC与所述第一臂架的延伸方向平行，直线 GD与所述第二臂架的延伸方向平行，直线 FC的延长线与直线 GD的延长线相交于点 0，该装置包括：夹角获取设备，用于获取所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角 ZFOG; 以及计算设备，用于根据该夹角 ZFOG、所述第一直连杆和第二直连杆的长度、以及所述第一直连杆、第二直连杆、臂架油缸、第一臂架和第二臂架这五者之间的连接关系，计算线段 AB的长度，即所述臂架油缸的长度。

其中，所述夹角获取设备可包括：倾斜角获取设备，用于获取所述第一臂架的倾斜角和第二臂架的倾斜角；以及夹角计算设备，用于通过计算该两个倾斜角之差，得到该第一臂架与第二臂架的延伸方向之间的夹角 Z 其中，所述夹角获取设备用于获取旋转编码器所测量的所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角 ZF0G。

其中，所述计算设备用于：根据 ZF0G、 ZFCE 以及 ZGDE, 计算角 CED; 根据线段 CE、线段 DE以及 ZCED, 计算线段 CD的长度；

根据 ACBD和 ACED的三条边的边长，可计算 ZBCD和 ZECD;根据 ZBCD以及 ZECD, 计算 ZBCE; 根据 ZBCE、 ZFCA以及 ZFCE, 计算 ACB; 以及根据角 ZACB、线段 AC以及线段 BC，计算线段 AB的长度。

有关该测量臂架油缸的长度的装置的详细描述可参照之前所述的用于测量臂架油缸的长度的方法的详细描述，于此不在赘述。

图 5 为本发明提供的用于测量臂架油缸的长度的系统的结构示意图。相应地，如图 5所示，本发明提供还一种用于测量臂架油缸的长度的系统，该臂架油缸 2—端固定于第一臂架 la的支点 A上，另一端与第一直连杆 3a和第二直连杆 3b于连接点 B相连接，并分别通过所述第一直连杆 3a和所述第二直连杆 3b连接于所述第一臂架 la上的支点 C和所述第二臂架 lb 上的支点 D，所述第一臂架 la与所述第二臂架 lb于连接点 E相连接，设点 F和点 G, 直线 FC与所述第一臂架 la的延伸方向平行，直线 GD与所述第二臂架 lb的延伸方向平行，直线 FC的延长线与直线 GD的延长线相交于点 0，该系统包括：角度测量设备 10，用于测量所述第一臂架 la与所述第二臂架 lb的延伸方向之间的夹角 ZFOG; 存储设备 20，存储有所述第一直连杆 3a和第二直连杆 3b的长度以及所述第一直连杆 3a、第二直连杆 3b、臂架油缸 2、第一臂架 la和第二臂架 lb这五者之间的连接关系；以及长度计算设备 30，该长度计算设备 30为上述用于测量臂架油缸的长度的装置。

其中，所述存储设备 20及所述长度计算设备 30可合为一体，可由微处理器、 MCU、 FPGA等实现。

其中，如图 4所示，所述角度测量设备 10可包括：第一倾角传感器 10a, 位于所述第一臂架 la上，用于测量该第一臂架 la的倾斜角；以及第二倾角传感器 10b，位于所述第二臂架 lb上，用于测量该第二臂架 lb的倾斜角。

其中，所述角度测量设备 10可为旋转编码器，该旋转编码器位于所述第一臂架 la与所述第二臂架 lb的连接点 E处，用于测量所述第一臂架 la 与所述第二臂架 lb的延伸方向之间的夹角 ZFOG。

该用于测量臂架油缸的长度的装置的详细描述可参照之前所述的用于测量臂架油缸的长度的方法的详细描述，于此不在赘述。

通过使用本发明的方案，可利用角度测量设备（具体为倾角传感器或旋转编码器）来代替现有技术中的拉线传感器，以实现对臂架油缸的长度的测量，该角度测量设备具有安装便捷、不易损坏且可靠性好的优点。

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

权利要求

1、一种用于测量臂架油缸的长度的方法，该臂架油缸一端固定于第一臂架的支点 A 上，另一端与第一直连杆和第二直连杆于连接点 B 相连接，并分别通过所述第一直连杆和所述第二直连杆连接于所述第一臂架上的支点 C和所述第二臂架上的支点 D, 所述第一臂架与所述第二臂架于连接点 E相连接，设点 F和点 G, 直线 FC与所述第一臂架的延伸方向平行，直线 GD与所述第二臂架的延伸方向平行，直线 FC的延长线与直线 GD的延长线相交于点 0，该方法包括：

获取所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角 ZF0G; 以及根据该夹角 ZF0G、所述第一直连杆和第二直连杆的长度、以及所述第一直连杆、第二直连杆、臂架油缸、第一臂架和第二臂架这五者之间的连接关系，计算线段 AB的长度，即所述臂架油缸的长度。

2、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述获取所述第一臂架与第二臂架的延伸方向之间的夹角 ZF0G包括：

获取所述第一臂架的倾斜角和第二臂架的倾斜角；以及

通过计算该两个倾斜角之差，得到该第一臂架与第二臂架的延伸方向之间的夹角 ZF0G。

3、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述获取所述第一臂架与第二臂架的延伸方向之间的夹角 ZF0G包括：

获取旋转编码器所测量的所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角 ZFOG。

4、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述根据该夹角 ZFOG 所述第一直连杆和第二直连杆的长度、以及所述第一直连杆、第二直连杆、臂架油缸、第一臂架和第二臂架这五者之间的连接关系，计算线段 AB的长度包括：

根据 ZFOG、 ZFCE以及 ZGDE, 计算角 ZCED;

根据线段 CE、线段 DE以及 ZCED, 计算线段 CD的长度；

根据 ACBD和 ACED的三条边的边长，可计算 ZBCD和 ZECD; 根据 ZBCD以及 ZECD, 计算 ZBCE;

根据 ZBCE、 ZFCA以及 ZFCE, 计算 ZACB; 以及

根据角 ZACB、线段 AC以及线段 BC，计算线段 AB的长度。

5、一种用于测量臂架油缸的长度的装置，该臂架油缸一端固定于第一臂架的支点 A上，另一端与第一直连杆和第二直连杆于连接点 B 相连接，并分别通过所述第一直连杆和所述第二直连杆连接于所述第一臂架上的支点 C和所述第二臂架上的支点 D, 所述第一臂架与所述第二臂架于连接点 E相连接，设点 F和点 G, 直线 FC与所述第一臂架的延伸方向平行，直线 GD与所述第二臂架的延伸方向平行，直线 FC的延长线与直线 GD的延长线相交于点 0，该装置包括：

夹角获取设备，用于获取所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角 ZFOG; 以及

计算设备，用于根据该夹角 ZFOG、所述第一直连杆和第二直连杆的长度、以及所述第一直连杆、第二直连杆、臂架油缸、第一臂架和第二臂架这五者之间的连接关系，计算线段 AB的长度，即所述臂架油缸的长度。

6、根据权利要求 5所述的装置，其特征在于，所述夹角获取设备包括: 倾斜角获取设备，用于获取所述第一臂架的倾斜角和第二臂架的倾斜角；以及夹角计算设备，用于通过计算该两个倾斜角之差，得到该第一臂架与第二臂架的延伸方向之间的夹角 ZFOG。

7、根据权利要求 5所述的装置，其特征在于，所述夹角获取设备用于获取旋转编码器所测量的所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角 ZFOG。

8、根据权利要求 5所述的装置，其特征在于，所述计算设备用于: 根据 ZFOG、 ZFCE以及 ZGDE, 计算角 ZCED;

根据线段 CE、线段 DE以及 ZCED, 计算线段 CD的长度；

根据 ZBCE、 ZFCA以及 ZFCE, 计算 ZACB; 以及

根据角 ZACB、线段 AC以及线段 BC，计算线段 AB的长度。

9、一种用于测量臂架油缸的长度的系统，该臂架油缸一端固定于第一臂架的支点 A上，另一端与第一直连杆和第二直连杆于连接点 B相连接，并分别通过所述第一直连杆和所述第二直连杆连接于所述第一臂架上的支点 C和所述第二臂架上的支点 D，所述第一臂架与所述第二臂架于连接点 E 相连接，设点 F和点 G, 直线 FC与所述第一臂架的延伸方向平行，直线 GD与所述第二臂架的延伸方向平行，直线 FC的延长线与直线 GD的延长线相交于点 0，该系统包括：

角度测量设备，用于测量所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角 ZFOG;

存储设备，存储有所述第一直连杆和第二直连杆的长度以及所述第一直连杆、第二直连杆、臂架油缸、第一臂架和第二臂架这五者之间的连接关系；以及

长度计算设备，该长度计算设备为权利要求 5-8中任一项权利要求所述的用于测量臂架油缸的长度的装置。

10、根据权利要求 9所述的系统，其特征在于，所述角度测量设备包括：

第一倾角传感器，位于所述第一臂架上，用于测量该第一臂架的倾斜角；以及

第二倾角传感器，位于所述第二臂架上，用于测量该第二臂架的倾斜角。

11、根据权利要求 9所述的系统，其特征在于，所述角度测量设备为旋转编码器，该旋转编码器位于所述第一臂架与所述第二臂架的连接点 E 处，用于测量所述第一臂架与所述第二臂架的延伸方向之间的夹角 ZFOG。

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