[發(fā)明專(zhuān)利]作業(yè)車(chē)的曲臂傾斜角的測(cè)量方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410097290.6
• 申請(qǐng)日: 2014-03-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103837133A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張霞;溫讀夫;肖興軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 徐工集團(tuán)工程機(jī)械股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01C9/12
• 分類(lèi)號(hào): G01C9/12
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 毛麗琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測(cè)量技術(shù)，尤其是一種作業(yè)車(chē)的曲臂傾斜角的測(cè)量方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

運(yùn)動(dòng)曲臂式作業(yè)車(chē)的曲臂傾斜角是作業(yè)車(chē)上能夠做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的曲臂相對(duì)地面的水平夾角。曲臂傾斜角是一項(xiàng)重要的參數(shù)，它對(duì)控制臂端的平臺(tái)調(diào)平、臂架的姿態(tài)調(diào)整等起著極其重要的作用，直接關(guān)系著設(shè)備及人員的安全問(wèn)題。因此，精準(zhǔn)地實(shí)時(shí)測(cè)量運(yùn)動(dòng)曲臂的動(dòng)態(tài)傾斜角很關(guān)鍵。

現(xiàn)有技術(shù)是采用經(jīng)濟(jì)性最好的固體式傾角計(jì)來(lái)測(cè)量曲臂傾斜角。傾角計(jì)是運(yùn)用慣性原理的一種加速度傳感器，可用于系統(tǒng)的水平測(cè)量或相對(duì)于水平面的傾斜角變化量的測(cè)量。傾角計(jì)的理論基礎(chǔ)是牛頓第二定律，根據(jù)基本的物理原理，在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部無(wú)法測(cè)量物體的速度，但可以測(cè)量其加速度。如果已知物體的初速度，則可以通過(guò)積分計(jì)算出其線速度，進(jìn)而可以計(jì)算出物體的直線位移。

當(dāng)傾角計(jì)靜止時(shí)，即在傾角計(jì)的側(cè)面和垂直方向沒(méi)有加速度作用時(shí)，作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直軸與加速度傳感器靈敏軸（例如，測(cè)力擺線）之間的夾角即為曲臂傾斜角。但當(dāng)曲臂在展開(kāi)或回收的過(guò)程中，傾角計(jì)以曲臂為半徑、以曲臂和主臂的鉸接點(diǎn)為圓心作圓周運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，由于傾角計(jì)向心力的存在，對(duì)傾斜角的測(cè)量將會(huì)產(chǎn)生偏差，使得測(cè)量出來(lái)的傾斜角值要比實(shí)際的傾斜角值小，無(wú)法滿(mǎn)足對(duì)曲臂的傾斜角測(cè)量精度的要求，嚴(yán)重影響運(yùn)動(dòng)曲臂式作業(yè)車(chē)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

由于曲臂運(yùn)動(dòng)速度越小，傾角計(jì)所受的向心力也越小，傾斜角的測(cè)量偏差越小，因此，目前業(yè)界大多數(shù)采用犧牲速度的方法來(lái)獲得相對(duì)精確的曲臂傾斜角，但是過(guò)慢的速度無(wú)法滿(mǎn)足部分工程的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種作業(yè)車(chē)的曲臂傾斜角的測(cè)量方法及系統(tǒng)，以在作業(yè)車(chē)曲臂做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)精確測(cè)得其傾斜角的大小，獲得更加精確的曲臂傾斜角，解決現(xiàn)有技術(shù)中因忽略曲臂做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)伴有向心力的影響而導(dǎo)致所測(cè)的曲臂傾斜角值不準(zhǔn)的問(wèn)題。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種作業(yè)車(chē)的曲臂傾斜角的測(cè)量方法，包括：

安裝在曲臂上的傾角計(jì)在曲臂做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，測(cè)量?jī)A角計(jì)中測(cè)力擺線所受的力F_測(cè)，通過(guò)β=arccos（F_測(cè)/mg）計(jì)算獲取曲臂傾斜角β；

單片機(jī)控制器通過(guò)曲臂傾斜角β、傾角計(jì)中擺錘球的質(zhì)量m、以及傾角計(jì)中擺錘球繞曲臂旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中心的旋轉(zhuǎn)半徑r，計(jì)算得到傾角計(jì)中擺錘球所受的向心力F_向；

所述單片機(jī)控制器對(duì)曲臂傾斜角β進(jìn)行修正處理，通過(guò)公式α=arccos(（F_測(cè)-F_向）/mg）計(jì)算實(shí)際的曲臂傾斜角α，其中g(shù)為重力加速度。

本發(fā)明上述作業(yè)車(chē)的曲臂傾斜角的測(cè)量方法的另一實(shí)施例中，所述傾角計(jì)包括固定支架、測(cè)力擺線和擺錘球；

所述計(jì)算得到傾角計(jì)中擺錘球所受的向心力F_向包括：

對(duì)曲臂傾斜角β進(jìn)行微分處理，得到擺錘球的角速度ω=dβ/dt，其中t為時(shí)間；

利用公式F_向=mω²r，得到擺錘球所受的向心力F_向。

本發(fā)明上述作業(yè)車(chē)的曲臂傾斜角的測(cè)量方法的另一實(shí)施例中，還包括：

所述單片機(jī)控制器將實(shí)際的曲臂傾斜角α輸出到作業(yè)車(chē)的控制系統(tǒng)。

本發(fā)明上述作業(yè)車(chē)的曲臂傾斜角的測(cè)量方法的另一實(shí)施例中，還包括：

所述單片機(jī)控制器將實(shí)際的曲臂傾斜角α輸出到顯示器進(jìn)行顯示。

本發(fā)明上述作業(yè)車(chē)的曲臂傾斜角的測(cè)量方法的另一實(shí)施例中，所述單片機(jī)控制器通過(guò)數(shù)字串行外設(shè)接口SPI采集曲臂傾斜角β。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種作業(yè)車(chē)的曲臂傾斜角的測(cè)量系統(tǒng)，包括：

傾角計(jì)，安裝在曲臂上，用于在曲臂做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)測(cè)量?jī)A角計(jì)中測(cè)力擺線所受的力F_測(cè)，通過(guò)β=arccos（F_測(cè)/mg）計(jì)算獲取曲臂傾斜角β；

單片機(jī)控制器，用于通過(guò)曲臂傾斜角β、傾角計(jì)中擺錘球的質(zhì)量m、以及傾角計(jì)中擺錘球繞曲臂旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中心的旋轉(zhuǎn)半徑r，計(jì)算得到傾角計(jì)中擺錘球所受的向心力F_向；

所述單片機(jī)控制器還用于對(duì)曲臂傾斜角β進(jìn)行修正處理，通過(guò)利用公式α=arccos(（F_測(cè)-F_向）/mg）計(jì)算實(shí)際的曲臂傾斜角α，其中g(shù)為重力加速度。

本發(fā)明作業(yè)車(chē)的曲臂傾斜角的測(cè)量系統(tǒng)的另一實(shí)施例中，所述傾角計(jì)包括固定支架、測(cè)力擺線和擺錘球；