[发明专利]多节臂架的姿态检测系统和方法

说明书

本发明公开了一种多节臂架姿态检测方法，包括：(1)通过各臂架首末两端设置的传感器模块中的三轴加速度传感器，分别测量对应臂架上相应端部的X、Y和Z方向上的加速度值；(2)根据该加速度值可获得各臂架的弯曲角度以及两相邻臂架之间的夹角；(3)利用上述弯曲角度以及夹角可得到臂架因变形产生的偏移，(4)根据所述偏移即可获得对各臂架节点空间位置坐标，从而即可实现对臂架姿态的准确测定。本发明还公开了相应的姿态检测系统。本发明可以实现对每节臂架的形变量检测并进而实现对臂架空间位置的不断修正，完成对臂架姿态的准确检测。

技术领域

本发明属于姿态控制与检测技术领域，具体涉及一种用于作业设备上的多节臂架的姿态检测系统及方法。

背景技术

作业设备的本体端和作业端之间通常设置有臂架，特别是在本体端与作业区域之间的空间距离较远时，还需要设置多节臂架，以便于远程操作控制。多节臂架通常是由多个单臂以可相对转动的方式铰接连接而成，通过控制各机械臂的姿态和方向实现对末端的作业端的位置控制。

作业设备工作时，正常工况下通常有静止工作状态和平滑移动状态两种，部分设备可能还有其他自由度的运动状态。以常见的混凝土泵送车为例，静止工作状态是指在开始泵送混凝土前对臂架进行移动，摆好臂架姿态，开始泵送混凝土后臂架始终保持不变，如在楼房装修时，用混凝土泵车将混凝土从1楼泵送到4楼的窗口，则属于静止工作状态。平滑移动状态是指泵送混凝土时，需要将臂架末端进行平滑移动，均匀地进行浇筑，例如混凝土泵车浇筑混凝土路面时，则属于平滑移动状态。

对于多节臂架的上述工况，会存在比较大的缺陷，比如静止工况下产生不规律的振动可能会带来共振，平移状态下臂架会由于惯性作用发生摆动，这些都会对作业设备整体带来安全风险。

为克服上述问题，现有技术中一般通过减振的方式避免可能产生的安全风险。减振方式通常可以分为被动减振和主动减振，其中主动减振是目前一种常见的减振方式，主动减振的关键或核心是准确检测出臂架的位置，以此为依据进行位置控制从而实现减振的目的。

现有方案中，位置检测通常通过在臂架上设置位置检测系统实现，即通过在臂架上设置加速度传感器和倾角传感器，通过检测各臂架之间的夹角和臂架末端的加速度，从而反馈给控制系统以对臂架进行控制，减小振动的影响。

但是，上述方案存在比较明显的缺陷，首先是因为多节臂架的存在，其多次累积的误差会导致最后检测结果误差较大；另外，由于臂架在受力时会产生形变，多节臂架的形变量使得上述臂架位置会存在很大的误差，而上述检测系统无法实现对单节臂架的形变检测，从而使得臂架整体的位置检测精度大大降低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多臂架的姿态检测系统及方法，通过在多节臂架的每节臂架上设置传感器模块并分别检测每节臂架的形变量，并进而实现对每节臂架的形变量检测并进而实现对臂架空间位置的不断修正，完成对臂架姿态的准确检测。

为实现上述目的，按照本发明一个方面，提供一种多臂架姿态检测系统，用于实现对作业设备上依次连接的多臂架的空间位置准确检测，其特征在于，该姿态检测系统包括多个传感器模块，其中每节臂架两端均设置有一个所述传感器模块，该传感器模块中具有三轴加速度传感器，以用于分别测量对应臂架上相应端部的X、Y和Z方向上的加速度值，根据该加速度值可获得各臂架的弯曲角度以及两相邻臂架之间的夹角，进而利用上述弯曲角度以及夹角可得到臂架因变形产生的偏移，根据所述偏移即可获得对各臂架节点空间位置坐标，从而即可实现对臂架姿态的准确测定。

作为本发明的改进，所述根据偏移获得各臂架节点空间位置坐标具体计算过程为：

式中，(Xs,Ys)为任一臂架起始坐标(Xs,Ys)，(Xe,Ye)为该节臂架末端坐标，L为该任一臂架的长度，k为偏移，β_n是该臂架n与臂架移动平面上的X轴(即水平坐标轴)的夹角。