液壓傳動機構位姿檢測方法分析

摘 要：為了對液壓傳動機構位姿數據進行準確的控制，本文根據液壓傳動機構運動學角度進行分析，將測試思路進行轉換，將關節轉角測量被液壓缸行程線位移測量取代，對各關節的轉角進行保存與顯示，為控制系統提供位姿數據。

關鍵詞：液壓傳動機構；位姿檢測方法；數據分析

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，在液壓技術研究中主要研究液壓控制系統性能，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，那么控制系統則無法有效的進行控制，通過液壓挖掘機對伺服控制系統中挖掘裝置的位姿進行檢測，從而對軌跡進行跟蹤、糾偏與重新規劃等，根據液壓運動學，對各個工作裝置中關節轉角進行計算，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，根據液壓傳動機構的運動學分析，對測試方案進行重新設計，轉換思路。在新型測試系統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對鏟斗軌跡進行跟蹤。

1 檢測系統設計

在對液壓傳動機構位姿檢測系統的設計中主要包括有三個方面的內容，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，數據采集主要是通過單片機來實現的；第三，通過Lab來完成對數據的回放、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，應轉換線位移數據，在測量系統中輸入1-6V模擬電壓。在實驗室的調試和設計中，由單片機的可調電壓替代線性位移傳感器輸入電壓信號，來調試和編寫數據。

1.2 數據采集與處理

數據的采集和上傳過程主要是在數據采集與處理系統中完成，通過兩級控制系統對數據采集和上傳過程進行控制，在下位機中數據的采集主要是依賴于單片機數據采集系統完成，而數據接收和顯示主要是在上位機中實現[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位式的轉換器來轉換模擬電壓模數，液壓缸數據的采集主要是在3路轉換器中實現的，從而為第四通道的轉角測量工作提供預留空間。在I2C總線中將采集到的數據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，因此需要編寫相關協議，來促使PCF的通信實現，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I2C協議對PCF轉換結構進行循環讀取[3]。上位機在設計中主要是通過單片機來實現對數據的處理及保存，在挖掘裝置中的關節轉角數學顯示出來，并通過表格的形式在上位機軟件中保存相關轉角數據。在上位機的模數轉換后，通過單片機對PCF轉換結果進行讀取，從而得到8為2進制的相關數據參數，并將數據參數由串行口上傳到上位機中，實現數據轉換，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輸出的轉換數據在零到二百五十五之間，液壓缸實際行程測試結果在0-1250mm，因此在相關程序的編寫中將轉換的8位二進制數據轉換成十進制數據，對0-1250mm的液壓缸行程進行計算。

2 檢測系統仿真

在對檢測系統進行仿真時，一般是由Lab發出關于數據采集的指令，并保存或顯示出單片機的采集數據，在串口實現單片機和LAB通信。一般將串口設置為8位的數據位、0個校驗位、1位停止位[4]。上位機在612s/次將數據采集指令傳送單片機中，并由單片機循環讀取PCF數據轉換結果，并將數據轉換的結果發送至上位機。在上位機的讀取緩沖時期將數據的字節數M賦給VISA，再將緩沖器的數據讀出，輸出的數據為字符型[5]。根據Lab將M字節字符轉換成十進制數據，并將4個數組分別有4個通道進行傳輸，使數據分離。通過Wave將分離的數據在挖掘裝置關節轉角變化進行實時顯示出來，在設置完相關的參數后，可以立即運行，并獲得液壓缸在驅動下的關節轉角。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整，并將調整后的模擬值為固定值，因此，確保在關節轉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變化的，則鏟斗位姿則呈現連續變化曲線。

3 結語

總而言之，在對液壓傳動機構的位姿檢測系統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據采集系統進行設計時可以采用一些高性能的采集系統，能有效使通信速率及數據采集時效性提高。在對液壓傳動機構的位姿檢測中，主要是針對位姿變化的不同機構提出軌跡跟蹤方法，與傳統的思路不同，是采用關節轉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。本文根據運動學分析，對液壓傳動機構的設計方案中轉換了傳統的設計思路，通過液壓運動學來計算工作裝置中關節轉角的位姿檢測，在對模擬電壓設計的思路轉換中，液壓傳動機構的位姿檢測系統設計也成功實現，今后在相關設計領域中具有借鑒意義與參考價值。

參考文獻：

[1]杜雨馨，劉停，童敏明，董海波，周玲玲.基于機器視覺的懸臂式掘進機機身位姿檢測系統[J].煤炭學報，2016（11）：2897-2906.

[2]鄭魁敬，崔培，郭海軍.3-RPS并聯機構運動與靜力特性分析[J].機械設計，2011（09）：28-33.

[3]李新友，陳五一.基于奇異值分解的剛體位姿誤差檢測方法[J].計算機集成制造系統，2011（09）：1981-1987.

[4]劉偉，趙劍波，高峰，戚開誠.一種低成本的并聯機器人運動學標定方法[J].中國機械工程，2009（08）：960-964.

[5]陳德為，莊煜祺，張培銘，嚴俊奇.基于單目視覺技術的智能交流接觸器三維動態測試與分析技術[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。