液壓傳動機構(gòu)位姿檢測方法分析

摘 要：為了對液壓傳動機構(gòu)位姿數(shù)據(jù)進行準確的控制，本文根據(jù)液壓傳動機構(gòu)運動學角度進行分析，將測試思路進行轉(zhuǎn)換，將關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角測量被液壓缸行程線位移測量取代，對各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角進行保存與顯示，為控制系統(tǒng)提供位姿數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：液壓傳動機構(gòu)；位姿檢測方法；數(shù)據(jù)分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.033

液壓裝置與其他同體積電氣裝置相比其動力輸出更強，液壓傳動具有多方面的優(yōu)勢，因此在各個領域中也得到了廣泛的應用，隨著近年來人們對傳動精度要求不斷提高，在液壓技術(shù)研究中主要研究液壓控制系統(tǒng)性能，并如何快速的獲取檢測信號，如果檢測信號不準確或是無檢測信號的情況下，那么控制系統(tǒng)則無法有效的進行控制，通過液壓挖掘機對伺服控制系統(tǒng)中挖掘裝置的位姿進行檢測，從而對軌跡進行跟蹤、糾偏與重新規(guī)劃等，根據(jù)液壓運動學，對各個工作裝置中關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角進行計算，從而直接的獲取位姿檢測[1]。本文通過對工作成本、精度與可行性等方面的因素進行綜合考慮，根據(jù)液壓傳動機構(gòu)的運動學分析，對測試方案進行重新設計，轉(zhuǎn)換思路。在新型測試系統(tǒng)下通過線位移傳感器，及上位機軟件、串行的通信電路等實現(xiàn)對鏟斗軌跡進行跟蹤。

1 檢測系統(tǒng)設計

在對液壓傳動機構(gòu)位姿檢測系統(tǒng)的設計中主要包括有三個方面的內(nèi)容，第一，通過線性位移傳感器對液壓缸的行程進行直接測量；第二，數(shù)據(jù)采集主要是通過單片機來實現(xiàn)的；第三，通過Lab來完成對數(shù)據(jù)的回放、保存與處理。

1.1 選擇與模擬傳感器

在實際測量過程中通過滑塊位移傳感器，分別在斗桿油缸、動臂油缸及鏟斗油缸上安裝緊固裝置，在安裝中應將傳感器安置在液壓缸殼體的固體裝置中，并將拉桿安置在液壓缸的光桿中，使液壓缸光桿與傳感器拉桿進行同步位移，測量液壓缸形成。安裝滑塊位移傳感器中，應轉(zhuǎn)換線位移數(shù)據(jù)，在測量系統(tǒng)中輸入1-6V模擬電壓。在實驗室的調(diào)試和設計中，由單片機的可調(diào)電壓替代線性位移傳感器輸入電壓信號，來調(diào)試和編寫數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)采集與處理

數(shù)據(jù)的采集和上傳過程主要是在數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)中完成，通過兩級控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和上傳過程進行控制，在下位機中數(shù)據(jù)的采集主要是依賴于單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成，而數(shù)據(jù)接收和顯示主要是在上位機中實現(xiàn)[2]。其中在下位機的設計中，在線性位移傳感器中，輸入的模擬電壓在1-6v左右，并利用4路8位式的轉(zhuǎn)換器來轉(zhuǎn)換模擬電壓模數(shù)，液壓缸數(shù)據(jù)的采集主要是在3路轉(zhuǎn)換器中實現(xiàn)的，從而為第四通道的轉(zhuǎn)角測量工作提供預留空間。在I2C總線中將采集到的數(shù)據(jù)通過串行方式進行輸入或輸出，但由于單片機中并沒有預留I2C的接口，因此需要編寫相關(guān)協(xié)議，來促使PCF的通信實現(xiàn)，在設計中將單片機的管腳作為模擬SDA與SCL的連接接口，并將其連接在PCF的SDA與SCL端口，飛、根據(jù)I2C協(xié)議對PCF轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)進行循環(huán)讀取[3]。上位機在設計中主要是通過單片機來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理及保存，在挖掘裝置中的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角數(shù)學顯示出來，并通過表格的形式在上位機軟件中保存相關(guān)轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)。在上位機的模數(shù)轉(zhuǎn)換后，通過單片機對PCF轉(zhuǎn)換結(jié)果進行讀取，從而得到8為2進制的相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)，并將數(shù)據(jù)參數(shù)由串行口上傳到上位機中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，以及對液壓缸的計算。已知傳感器輸出的模擬電壓在1-6v左右，而PCF輸出的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)在零到二百五十五之間，液壓缸實際行程測試結(jié)果在0-1250mm，因此在相關(guān)程序的編寫中將轉(zhuǎn)換的8位二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)據(jù)，對0-1250mm的液壓缸行程進行計算。

2 檢測系統(tǒng)仿真

在對檢測系統(tǒng)進行仿真時，一般是由Lab發(fā)出關(guān)于數(shù)據(jù)采集的指令，并保存或顯示出單片機的采集數(shù)據(jù)，在串口實現(xiàn)單片機和LAB通信。一般將串口設置為8位的數(shù)據(jù)位、0個校驗位、1位停止位[4]。上位機在612s/次將數(shù)據(jù)采集指令傳送單片機中，并由單片機循環(huán)讀取PCF數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果發(fā)送至上位機。在上位機的讀取緩沖時期將數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)M賦給VISA，再將緩沖器的數(shù)據(jù)讀出，輸出的數(shù)據(jù)為字符型[5]。根據(jù)Lab將M字節(jié)字符轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)據(jù)，并將4個數(shù)組分別有4個通道進行傳輸，使數(shù)據(jù)分離。通過Wave將分離的數(shù)據(jù)在挖掘裝置關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角變化進行實時顯示出來，在設置完相關(guān)的參數(shù)后，可以立即運行，并獲得液壓缸在驅(qū)動下的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角。不過在實驗室的模擬過程中，需要注意模擬電壓需要人工單次調(diào)整，并將調(diào)整后的模擬值為固定值，因此，確保在關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角中鏟斗的位姿單一，并呈一條直線分布，但如傳感器的模擬變壓是連續(xù)變化的，則鏟斗位姿則呈現(xiàn)連續(xù)變化曲線。

3 結(jié)語

總而言之，在對液壓傳動機構(gòu)的位姿檢測系統(tǒng)的設計中受到硬件條件的限制，因此采用串口通信的方式，在實驗允許的條件下對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行設計時可以采用一些高性能的采集系統(tǒng)，能有效使通信速率及數(shù)據(jù)采集時效性提高。在對液壓傳動機構(gòu)的位姿檢測中，主要是針對位姿變化的不同機構(gòu)提出軌跡跟蹤方法，與傳統(tǒng)的思路不同，是采用關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角進行直接檢測的一種方法，其線性位移的測試方法具備高可靠性與良好的可行性。本文根據(jù)運動學分析，對液壓傳動機構(gòu)的設計方案中轉(zhuǎn)換了傳統(tǒng)的設計思路，通過液壓運動學來計算工作裝置中關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的位姿檢測，在對模擬電壓設計的思路轉(zhuǎn)換中，液壓傳動機構(gòu)的位姿檢測系統(tǒng)設計也成功實現(xiàn)，今后在相關(guān)設計領域中具有借鑒意義與參考價值。

參考文獻：

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[5]陳德為，莊煜祺，張培銘，嚴俊奇.基于單目視覺技術(shù)的智能交流接觸器三維動態(tài)測試與分析技術(shù)[J].中國電機工程學報，2014（12）：1931-1937.

作者簡介：李宇（1981-），男，滿族，遼寧撫順人，工學碩士，講師，研究方向：機械制造。