CN110081847A - 一种基于角度传感器的挖机相对坐标解算*** - Google Patents

一种基于角度传感器的挖机相对坐标解算*** Download PDF

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吴琼
毛凌
李坤
唐雨柯
乔子豪
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Nanjing Tianchen Li Electronic Technology Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Component Parts Of Construction Machinery (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
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Abstract

本发明提供了一种基于角度传感器的挖机相对坐标解算***，包括位于挖机斗柄的第一传感器、位于挖机摇杆的第二传感器、位于挖机动臂的第三传感器和位于挖机车身的第四传感器，所述第四传感器通过CAN总线的方式与第一传感器、第二传感器和第三传感器进行通信，本发明***的测量精度高，纯机械式测量方案，测量精度可到1cm，数据不受外部环境影响。

Description

一种基于角度传感器的挖机相对坐标解算***
技术领域
本发明涉及数据采集领域，具体涉及到一种基于角度传感器的挖机相对坐标解算***。
背景技术
现阶段挖掘机能解算出挖掘机铲尖坐标的厂家技术方案大部分采用角度传感器的方案，但是仅有少数厂家能有稳定的传感器和解算方案；
现在市场上的产品中仅有Trimble和Topcon能提供稳定性和精度同时满足的方案，但是他们的成本较贵，不合适国内高精度方案的推广和应用。
发明内容
为了解决上述不足的缺陷，本发明提供了一种基于角度传感器的挖机相对坐标解算***，本发明***的测量精度高，纯机械式测量方案，测量精度可到1cm，数据不受外部环境影响。
本发明提供了一种基于角度传感器的挖机相对坐标解算***，包括位于挖机斗柄的第一传感器、位于挖机摇杆的第二传感器、位于挖机动臂的第三传感器和位于挖机车身的第四传感器，所述第四传感器通过CAN总线的方式与第一传感器、第二传感器和第三传感器进行通信。
上述的***，其中，所述第一传感器、第二传感器和第三传感器为单轴的角度传感器，所述第四传感器为双轴传感器。
上述的***，其中，所述第一传感器、第二传感器和第三传感器均设置有角度计算单元和数据输出单元，所述第四传感器设置有角度计算单元、数据输出单元和数据计算单元。
上述的***，其中，计算方式为：其中S1：车身和大臂连接点到大臂和小臂的连接点的直线长度；S2:大臂和小臂的连接点到小臂和挖斗的连接点的直线距离；S3：小臂和挖斗连接点到挖斗铲尖的距离；a1:大臂与水平面的夹角；a2:大臂和小臂的夹角，a3:小臂和挖斗的夹角；L:挖斗铲尖到大臂销子的水平距离；H：挖斗铲尖到大臂销子的垂直距离。
上述的***，其中，所述第一传感器、第二传感器、第三传感器和第四传感器均采用M12的航插接口，防护等级IP67，采用M12的5芯线首尾串联接入到***里。
本发明提供了一种基于角度传感器的挖机相对坐标解算***具有以下有益效果：非直接接触式测量，安装和原有设备独立，不影响原有***的各项参数。安装简单，使用寿命长；测量精度高，纯机械式测量方案，测量精度可到1cm，数据不受外部环境影响；数据通信采用CAN总线方式，抗干扰能力强，对于错误数据具备一定的自动纠错能力；***高度独立，每个单独的角度传感器稳定可靠，***内部数据传输采用一路CAN总线，对外数据输出采用另外一路CAN数据，相互数据独立，数据输出的CAN总线可以直接***CAN中直接为其他***提供结果数据；计算单元独立，每个角度传感器都可以作为计算单元独立运算结果。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为本发明中涉及的***结构框图。
图2为本发明中涉及的挖掘机角度计算模型。
图3为本发明中涉及的单轴传感器角度定义示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
参照图1-图2所示，本发明提供的一种基于角度传感器的挖机相对坐标解算***，包括位于挖机斗柄的第一传感器、位于挖机摇杆的第二传感器、位于挖机动臂的第三传感器和位于挖机车身的第四传感器，第四传感器通过CAN总线的方式与第一传感器、第二传感器和第三传感器进行通信，进一步优选，第一传感器、第二传感器和第三传感器为单轴的角度传感器，所述第四传感器为双轴传感器。在本发明的***中坐标解算全部由独立的双轴传感器进行解算，四个传感器均采用M12的航插接口，防护等级IP67，传感器采用M12的5芯线首尾串联接入到***里。通讯方面采用CAN总线协议，支持500kbsp和250kbps数据输入输出。
在本发明中，图3所示，单轴传感器的定义，单轴传感器的输出角度定义为重力旋转角，重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角，即加速度传感器灵敏轴和水平面之间的夹角。以及双轴传感器定义为俯仰角pitch和横滚角roll(依据左手螺旋定则进行定义)pitch为x轴和水平面之间的夹角，roll为y轴和水平面之间的夹角，对于X轴，要求当X轴低于水平面时，其读数大于0。对于Y轴，要求当Y轴高于水平面时，其读数大于0。
在本发明中，第一传感器、第二传感器和第三传感器均设置有角度计算单元和数据输出单元，所述第四传感器设置有角度计算单元、数据输出单元和数据计算单元，参照图1所示，数据通信采用CAN总线方式，抗干扰能力强，对于错误数据具备一定的自动纠错能力；***高度独立，每个单独的角度传感器稳定可靠，***内部数据传输采用一路CAN总线，对外数据输出采用另外一路CAN数据，相互数据独立，数据输出的CAN总线可以直接***CAN中直接为其他***提供结果数据；计算单元独立，每个角度传感器都可以作为计算单元独立运算结果。
参照图2所示，计算方式为：其中S1：车身和大臂连接点到大臂和小臂的连接点的直线长度；S2:大臂和小臂的连接点到小臂和挖斗的连接点的直线距离；S3：小臂和挖斗连接点到挖斗铲尖的距离；a1:大臂与水平面的夹角；a2:大臂和小臂的夹角，a3:小臂和挖斗的夹角；L:挖斗铲尖到大臂销子的水平距离；H：挖斗铲尖到大臂销子的垂直距离：S1,S2,S3的数值是测量出来的数值，a1，a2，a3的数值根据4个角度传感器解算出来的实时角度。在该方案中，测量计算算法是稳定可靠的，可以扩展到任意的角度传感器上，并不唯一固定在本公司传感器方案上使用。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种基于角度传感器的挖机相对坐标解算***，其特征在于，包括位于挖机斗柄的第一传感器、位于挖机摇杆的第二传感器、位于挖机动臂的第三传感器和位于挖机车身的第四传感器，所述第四传感器通过CAN总线的方式与第一传感器、第二传感器和第三传感器进行通信。
2.如权利要求1所述的一种基于角度传感器的挖机相对坐标解算***，其特征在于，所述第一传感器、第二传感器和第三传感器为单轴的角度传感器，所述第四传感器为双轴传感器。
3.如权利要求2所述的一种基于角度传感器的挖机相对坐标解算***，其特征在于，所述第一传感器、第二传感器和第三传感器均设置有角度计算单元和数据输出单元，所述第四传感器设置有角度计算单元、数据输出单元和数据计算单元。
4.如权利要求3所述的一种基于角度传感器的挖机相对坐标解算***，其特征在于，计算方式为：其中S1：车身和大臂连接点到大臂和小臂的连接点的直线长度；S2:大臂和小臂的连接点到小臂和挖斗的连接点的直线距离；S3：小臂和挖斗连接点到挖斗铲尖的距离；a1:大臂与水平面的夹角；a2:大臂和小臂的夹角，a3:小臂和挖斗的夹角；L:挖斗铲尖到大臂销子的水平距离；H：挖斗铲尖到大臂销子的垂直距离。
5.如权利要求4所述的一种基于角度传感器的挖机相对坐标解算***，其特征在于，所述第一传感器、第二传感器、第三传感器和第四传感器均采用M12的航插接口，防护等级IP67，采用M12的5芯线首尾串联接入到***里。
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