技术领域

本发明涉及臂架控制技术领域， 具体而言， 涉及臂架系统、 工程机 械和臂架系统末端位置参数获取方法。

背景技术

多关节机械臂作为流动性物料输送装备， 因其通用性强、 作业范围 广、 操作灵活等优点， 广泛应用于混凝土输送、 高空消防作业、 港口油 料补给等领域， 成为国家建设中不可缺少的高端技术装备。

臂架系统一般包括多节节臂， 第一节臂的大头端与预定的底盘通过 一个竖向轴铰接相连； 其他节臂的大头端与相邻的节臂的小头端通过 水 平铰接轴铰接； 这样， 多节节臂通过水平铰接轴顺序铰接相连， 最末端 的节臂向外伸出，该节臂称为末节臂，末节臂 的外端形成臂架系统末端； 相邻的节臂之间设置有液压缸等驱动机构， 以使相邻的节臂之间角度产 生预定的变化， 使臂架系统末端的位置改变， 以将物料或物品运送到预 定的位置。

由于机械臂受自重和施工姿态的影响， 刚柔耦合的机械臂形变复 杂， 严重影响其末端定位精度。 为了获取机械臂的姿态， 实现对机械臂 末端的精确定位， 通常在控制系统中建立适当的坐标系， 并通过该坐标 系的坐标参数确定机械臂各节臂铰接点的位置 ， 并考虑各节臂的形变， 最终确定机械臂实际的末端位置， 该末端位置的坐标参数称为位置参 数。

另外， 在利用臂架系统进行工作的过程中， 每节臂均要承受相应负 载， 产生相应形变； 多节臂形变的累积会导致臂架系统末端的位置 参数 与目标位置参数之间具有很大的偏差。

为了减小由于机械臂形变导致的臂架系统末端 的位置参数的偏差， 相关技术中获取末端位置参数的一种方式是， 利用两个倾角传感器获得 相应节臂的形变量， 再根据该形变量对节臂的位置参数进行修正。 该方 式虽然能够提高臂架系统末端位置参数的准确 性，但由于受到倾角传感 器测量精度的限制，臂架系统末端的位置参数 与目标位置参数之间的偏 差仍然较大， 无法满足对臂架系统末端的准确定位和控制的 需要。

因此， 如何提高臂架系统末端位置参数的准确度， 仍然是本领域技 术人员需要解决的技术问题。

发明内容

考虑到上述背景技术，本发明所要解决的一个 技术问题是提供一种 臂架系统，本发明所要解决的另一个技术问题 是提供一种具有上述臂架 系统的工程机械，本发明所要解决的又一个技 术问题是提供一种臂架系 统末端位置参数获取方法， 可以更准确地获得臂架系统末端位置参数。

根据本发明的一个方面， 提供了一种臂架系统， 包括 n节通过水平 铰接轴顺序铰接相连的节臂， 还包括： 处理器 （ 200 ) 、 n 个倾角传感 器（106 )和 2n个长度传感器， 所述 n为正整数， 其中， 在每节节臂上 安装第一长度传感器 （102 ) 和第二长度传感器 （104 ) ； 在第 i节节臂 上， 所述第二长度传感器（104 )与所述第一长度传感器（102 )之间的 预设距离为 L _ai , 通过所述第一长度传感器 （ 102 ) 获取形变后第 i节节 臂的长度 L _bl , 通过所述第二长度传感器（104 )获取所述第二长度传感 器 （104 ) 与形变后第 i节节臂末端之间的长度 L _C1 ; 在每节节臂上各安 装 1个所述倾角传感器（106 ) , 获取所述第一长度传感器（102 )和所 述第二长度传感器（106 )之间的连线与参考平面之间的夹角 a 其中， i=l、 2 n; 所述处理器 （ 200 ) 根据所述倾角传感器 （ 106 ) 和所 述长 统末端位置参数（ ， y _Ti ) ：

在上述技术方案中， 优选地， 所述第一长度传感器、 所述第二长度 传感器之间的连线垂直于相应各臂架延伸方向 ，所述倾角传感器安装在 两个长度传感器之间。

在上述技术方案中， 优选地， 所述第一长度传感器为第一拉线编码 器， 第一拉线编码器的本体和拉线外端分别与相应 各节臂的两端相连。 拉线编码器具有更高的精度， 可以准确测量相应节臂的长度， 进而能够 更准确地获得臂架系统末端位置参数。

在上述技术方案中， 优选地， 所述第二长度传感器为第二拉线编码 器， 第二拉线编码器的本体和拉线外端分别与相应 各节臂的两端相连； 第一拉线编码器的本体的基准轴线、第二拉线 编码器的本体的基准轴线 之间的垂线， 与第一拉线编码器的拉线相垂直， 且两个拉线编码器的拉 线外端连接于同一固定点。

在上述技术方案中， 优选地， 所述第一拉线编码器的本体的基准轴 线与相应节臂一端的铰接轴线重合，所述拉线 外端的固定点与相应节臂 另一端的铰接轴线重合； 或者， 所述第一拉线编码器的本体的基准轴线 与相应节臂一端的铰接轴线之间具有预定距离 ，所述拉线外端的固定点 与相应节臂另一端的铰接轴线重合。

在上述技术方案中， 优选地， 所述倾角传感器安装在第一拉线编码 器的本体、 第二拉线编码器的本体之间， 且所述倾角传感器的基准轴线 与该端的铰接轴线之间相交并垂直。这样可以 使获得的节臂的倾斜角度 更准确， 能够更准确地获得臂架系统末端位置参数。

在上述技术方案中， 优选地， 所述倾角传感器分别安装在相应各节 臂的大头端。 这样可以避免一臂本身重力导致形变产生的误 差。

在上述技术方案中， 优选地， 所述处理器还预置有臂架系统中各节 臂的设计长度 L _ir ; 所述处理器在获得臂架系统末端位置参数之后 ， 按 照下述公式获取所述臂架系统的形变量 Ax:和 y： χ ⁼ χ _ΤίΡ - χ , X =∑ D < ， COS 所述 为通过所述第一长度传感器 （ 102 ) 获取第 i节节臂在形变 前的测量长度， （ J， y )为臂架系统在形变前的末端位置参数； 按照 下述公式获取修正后所述臂架系统末端位置参 数（ _Χτίρ y )

2 2

sm arccos Lbi + Lai Lc a _: 根据本发明的另一方面， 还提供了一种工程机械， 包括机械本体和 臂架系统， 所述臂架系统通过回转机构安装在机械本体上 ， 所述臂架系 统为上述任一技术方案中描述的臂架系统。

根据本发明的又一方面，还提供了一种臂架系 统末端位置参数获取 方法， 包括以下步骤： 每节节臂上， 第一长度传感器和第二长度传感器 之间的预设距离为 L _ai ，通过所述第一长度传感器获取形变后第 i节节臂 的长度 L _bl , 通过所述第二长度传感器获取所述第二长度传 感器与形变 后第 i节臂末端之间的长度 L _ei ,获取所述第一长度传感器和所述第二长 度传感器之间的连线与参考平面之间的夹角 ， 其中， i=l、 2 n; 通过下述公式获取所述臂架系统末端位置参数 （ y ₇ )

X Tip -

2 2

sm arccos Lbi + Lai L,

i=\ 上述方案采用单个传感器来检测相应节臂的倾 斜角度， 两个长度传 感器和节臂的末端构成三角形， 两个长度传感器检测三角形的相邻两 边， 从而利用三角形原理计算出节臂的末端位置参 数， 这样不仅可以避 免现有技术中由于倾角传感器精度产生的累积 误差，且通过适当的长度 传感器检测节臂形变前后的长度， 容易保证节臂长度的检测精度， 进而 在上述技术方案中， 优选地， 在获得臂架系统末端位置参数之后还 包括以下步骤： 按照下述公式获取所述臂架系统的形变量 和 :

^Αχ = χ _ΤιΡ - χ， X L - ^sin a _t '

^A y = y _Tip - y , y =∑=1 L ^cos a _;

所述 为第 i节节臂在形变前时的测量长度， （ '， ； y )为臂架系 统在形变前的末端位置参数；根据获取的形变 量获取修改正后所述臂架 系统的末端位置参数（ _τ .， _ν ) , L _ir 为第 i节节臂的设计长度：

2 _r 2 _r 2

T：. + J J

= ^cos arccos-

a _:

采用上述方案可以确定节臂变形后的形变量， 以节臂的实际设计长 度为基础获得臂架系统末端的位置参数，可以 避免长度传感器的测量长 度与相应节臂的设计长度之间的偏差导致数据 的偏差，进而能够更加精 确地获取臂架系统末端位置参数。

在提供上述获得臂架系统末端位置参数的方法 的基础上，本发明提 供的臂架系统能够实施上述方法， 同样能够产生相对应的技术效果。

在上述技术方案中， 优选地， 所述 L _bl 为形变后第 i节节臂的两端 的铰接点之间的测量长度， 所述 L _C1 为所述第二长度传感器与第 i节节 臂的末端铰接点之间的测量长度，所述 为在形变前第 i节节臂两端的 铰接点之间的测量长度，所述 L _ir 为第 i节节臂两端的铰接点之间的设计 长度。

根据本发明的技术方案， 采用三定点测量（第一拉线编码器的安装 定点、 第二拉线编码器的安装定点和小头端的铰接点 ）获取臂架系统的 末端位置参数， 采用了单个倾角传感器， 减小了由于倾角传感器的测量 误差而产生的误差， 利用拉线编码传感器获取形变前后机械臂的长 度， 检测精度高， 解决了传统机械臂形变无法准确测量的技术问 题， 并可通 过获取形变量实现末端位置的精确稳定控制。

附图说明

图；

图 2示出了根据本发明的实施例的臂架系统中控� �部分的示意图； 图 3示出了根据本发明的实施例的单节臂形变示� �图；

图 4示出了根据本发明的实施例的五节臂形变示� �图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、 特征和优点， 下面结合 附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详 细描述。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充 分理解本发明， 但 是， 本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他 方式来实施， 因此， 为了更清楚地描述本发明提供的技术方案，本 部分先对提供的臂架 系统进行描述，在对臂架系统描述的基础上对 获得臂架系统末端位置参 数的方法进行描述； 获得臂架系统末端位置参数的方法可以应用本 发明 的提供臂架系统实施， 但实施该方法不限于本发明提供的臂架系统。

首先， 结合图 1和图 2详细说明根据本发明的臂架系统， 图 1示出

根据本发明的实施例的臂架系统中控制部分 的示意图。

根据本发明的实施例的臂架系统， 包括 n节通过水平铰接轴顺序铰 接相连的节臂， 还包括： 处理器 200、 n个倾角传感器 106和 2n个长度 传感器， n为正整数， 其中，

在每节节臂上安装第一长度传感器 102和第二长度传感器 104 (参 见图 1 ) ,在第 i节节臂上的第二长度传感器 104与第一长度传感器 102 之间的预设距离为 L _ai , 即对于每一个节臂， 两个长度传感器之间均有 一个固定距离， 通过第一长度传感器 102获取形变后第 i节臂的长度为 L _bl 并将长度数据传送至处理器 200,通过第二长度传感器 104获取第二 长度传感器 104与形变后第 i节臂末端之间的长度为 L _C1 并将长度数据 传送至处理器 200; 在每节节臂上安装 1个倾角传感器 106 , 获取所述 第一长度传感器 102和所述第二长度传感器 106之间的连线与参考平面 之间的夹角 α 】 (即对于每个节臂都安装有一个倾角传感器 106 , 测出该 节臂与参考平面之间的夹角） 并将角度数据传送至处理器 200 , 其中， i= l、 2 n;

处理器 200根据倾角传感器 106和长度传感器的检测结果，获得臂 架系统末端位置参数（ χ _Ήρ ， y _n ) ：

利用余弦定理可以获取每个节臂的末端位置参 数，根据臂架系统中 节臂的节数， 将多个节臂的末端位置参数相加， 可以计算出最后一节节 臂的末端位置参数。

上述方案采用单个传感器来检测相应节臂的倾 斜角度， 两个长度传 感器和节臂的末端构成三角形， 两个长度传感器检测三角形的相邻两 边， 从而利用三角形原理计算出节臂的末端位置参 数， 这样不仅可以避 免现有技术中由于倾角传感器精度产生的累积 误差，且通过适当的长度 传感器检测节臂形变前后的长度， 容易保证节臂长度的检测精度， 进而 能够使臂架系统末端的位置参数更准确。

在上述结构基础上， 第一长度传感器 102、 第二长度传感器 104之 间的连线垂直于相应各臂架延伸方向，倾角传 感器 106安装在两个长度 传感器之间。

第一长度传感器 102为第一拉线编码器，第一拉线编码器的本体 和 拉线外端分别与相应各节臂的两端相连； 第二长度传感器 104为第二拉 线编码器， 第二拉线编码器的本体和拉线外端分别与相应 各节臂的两端 相连； 第一拉线编码器的本体的基准轴线、 第二拉线编码器的本体的基 准轴线之间的垂线， 与第一拉线编码器的拉线相垂直， 且两个拉线编码 器的拉线外端连接于同一固定点。

在一种优选实施例中， 如图 1所示， 第一长度传感器 102安装于相 对应节臂的大头端，第一拉线编码器的本体的 基准轴线与相应节臂大头 端的铰接轴线 118之间具有预定的距离，拉线外端的固定点与 相应节臂 小头端的铰接轴线重合； 在优选技术方案中， 也可以使第一拉线编码器 的本体的基准轴线与相应节臂大头端的铰接轴 线 118保持重合，拉线外 端的固定点与相应节臂小头端的铰接轴线重合 。 这样， 通过第一拉线编 码器可以直接地获得该节臂形变后的长度。 当然， 由于节臂两端部分形 变很小， 也可以根据实际需要选择适当的部分作为测量 对象， 获得节臂 形变后的长度。

第二长度传感器 104安装在相应节臂的大头端，且两个拉线编码 器 的本体的基准轴线之间的垂线与第一拉线编码 器的拉线相垂直， 并且第 二编码器的拉线外端与相应节臂小头端的铰接 轴线重合。

倾角传感器 106可以安装在第一拉线编码器的本体、第二拉 线编码 器的本体之间，且倾角传感器 106的基准轴线与该端的铰接轴线之间相 交并垂直。 具体的， 倾角传感器 106可以安装在第一拉线编码器的本体 与第二拉线编码器的本体之间连线的中点位置 ，可以使检 >U 'J获得的倾斜 角度与一相应节臂的实际倾斜角度更接近， 减小数据误差， 提高臂架系 统末端位置参数的准确性。 上述实施例中， 将倾角传感器 106安装在相 应节臂的大头端时，可以避免一臂本身重力导 致形变产生的误差。同样， 测量其他节臂的倾斜角度时，也可以根据实际 需要将相应的倾角传感器 安装在相应节臂的预定位置。

可以理解， 当两个拉线编码器的本体安装在相应节臂的小 头端， 倾 角传感器 106 安装在相应节臂的小头端， 同样可以获得该臂的倾斜角 度。

如图 1所示的具体实施例中， 为了满足检测一臂长度的需要， 第一 拉线编码器 102除了包括自身拉线外， 还设置有第一延长拉线 114, 该 第一延长拉线 114内端与该第一拉线编码器 102自身拉线的外端相接， 相接点如图 1中标注的 110。 本例中， 在一臂延伸方向上， 第一拉线编 码器 102 的本体的基准轴线与一臂大头端的铰接轴线之 间具有预定距 离， 第一延长拉线 114外端与一臂小头端铰接点 108连接。 同理， 第二 拉线编码器 104除了包括自身拉线外， 还设置有第二延长拉线 116, 该 第二延长拉线 116内端与该第二拉线编码器 104自身拉线的外端相接， 相接点如图 1中标注的 112, 第二延长拉线 116外端与一臂小头端铰接 点 108连接。

如图 1所示， 当节臂发生形变时， 与第一拉线编码器对应的拉线外 端连接点 110和与第二拉线编码器对应的拉线外端连接点 112是移动 的， 随着节臂的变形， 第一拉线编码器和第二拉线编码器的测量值随 之 改变， 因此， 相应的连接点也随之移动， 这样的做法是考虑到实际中的 节臂长度超过拉线编码器的量程， 所以增加了一个固定不变的延长拉 线， 当然， 如果拉线编码器的量程足够测量节臂的长度， 那么就无需增 加该延长拉线， 也就没有相应的连接点。

图 1 中的 L _bh P第一延长拉线 114的长度值， L _ch P第二延长拉线

116的长度值， L _bgl 即第一长度传感器 102的测量值， L _cgl 即第二长度传 感器 104 的测量值， 因此， L _bl =L _bgl +L _bhl , L _cl =L _cgl +L _chl 。 而倾角传感器 106安装于第一长度传感器 102和第二长度传感器 104的连线中点， 用 于测量固定边（第一长度传感器 102与第二长度传感器 104之间的连线 ) 与参考平面 （例如水平面） 的夹角， 因此， 当机械臂处于水平姿态时， 其标度为零。

在此， 需说明的是， 图 2示出了臂架系统中的控制部分的框图， 在 该控制部分只示出了单节臂的情况， 本领域内的技术人员应该理解， 在 多节臂的情况下， 可以有多个倾角传感器 106 和多个第一长度传感器 102和多个第二长度传感器 104, 这些倾角传感器和长度传感器将测量 值发送给处理器 200,由该处理器 200运算出每节节臂的末端位置参数， 最终获取臂架系统的末端位置参数 （即最后一节机械臂的末端位置参 数） 。

在上述实施例中， 第一拉线编码器、 第二拉线编码器和相应节臂小 头端的铰接点构成一个三角形，在理论上该第 一拉线编码器测量的长度 为该节臂两个铰接点之间的距离， 第二拉线编码器测量该三角形的另一 条边的长度， 根据余弦定理最终确定节臂末端位置的参数。 但是， 由于 机械结构原因，第一拉线编码器无法与相应节 臂的大头端铰接点直接重 合，第一拉线编码器的拉线外端也无法与相应 节臂的小头端铰接点直接 重合，其测量出的长度不是相应节臂的设计长 度（所述设计长度定义为： 设计时节臂两端铰接轴线之间的距离）， 从而引入末端位置参数的计算 误差， 因此， 采用补偿法对机械臂的形变量进行补偿， 以消除该误差， 使得最终获取的节臂末端位置参数更精确。

处理器 200预置有臂架系统中各节臂的设计长度 L _ir ; 处理器 200 在获得臂架系统末端位置参数之后，按照下述 公式获取臂架系统的形变 量 Ay：

为根据第一长度传感器获取第 i 节节臂在形变前的测量长度， ( X , y ) 为臂架系统在形变前的末端位置参数；

首先计算出臂架系统的形变量， 然后将根据实际节臂设计长度得到 的末端位置参数加上形变量， 即可以得到补偿后的准确的臂架末端位置 参数。 采用上述方案可以确定节臂变形后的形变量， 以节臂的实际设计 长度为基础获得臂架系统末端的位置参数，可 以避免长度传感器的测量 长度与相应节臂的设计长度之间的偏差导致数 据的偏差，进而提高臂架 根据本发明的工程机械， 包括机械本体和臂架系统， 臂架系统通过 回转机构安装在机械本体上，臂架系统为上述 任一技术方案中描述的臂 架系统。 在此， 应该理解， 该工程机械可以是具有臂架系统的任何一种 工程机械， 例如混凝土泵车、 登高设备、 高空消防设备等。

下面， 在预设的优选坐标系中， 对本发明臂架系统末端位置参数获 取方法进行详细说明。

图 3中， X轴和 Y轴形成直角坐标系 YOX, 其中 X轴与水平面平 行， Y轴与水平面垂直， YOX形成的平面与一臂两端的铰接轴线保持 垂直。一臂的大头端的铰接轴线与坐标原点 0重合， A为形变前一臂的 小头端的铰接轴线在直角坐标系 YOX中的位置， A，为发生了形变后一 臂的小头端的铰接轴线在直角坐标系的位置。

以臂架系统的第 1节节臂为例，如图 3所示，原点 0为第一拉线编 码器的安装位置， B为第二拉线编码器的安装位置， 倾角传感器 106安 装在 0与 B连线的中点位置。 A为第 1节节臂在变形前的末端位置， 设 A的坐标参数为（ _a ) , OA的长度值！^为臂架在形变前的长度；

A，为发生了形变的第 1 节节臂的末端位置， 设 A，的坐标参数为 ( X _A - y _A , ) ' OA' 为臂架形变下 OA的有效长度 L _bl ; 为直角， .XOB的角度值 i由倾角传感器 106测量得到。

这样， 臂架形变前 0、 B、 A构成 RT A OAB , 上述 0、 B、 A，构成 臂架形变后的三角形的三个顶点， 两个三角形中 OB是长度固定不变的 边， 通过拉线编码器的测量， 可以知道该三角形的三条边长度， 结合余 弦定理可以计算出形变后该节臂的末端位置参 数。

第 1节节臂在形变前的末端位置参数（ jc _A , y _A ) 可以按照下述方 法得到：

OA' 为臂架形变下 OA的有效长度 L _bl =L _bgl +L _bhl , 为第一延长拉线 1 14长度和第一拉线编码器测量值的和。 A， B为臂架形变下 AB的有效 长度 L _cl = _sl +L _chl , 为第二延长拉线 116的长度和第二拉线编码器测量 值的和， ， 与 X轴的夹角为

( J + J + T - { T + T x sm = ( / , , + / ,,J x sm(arccos ^{≤ ≤} ry )

X、.Lbgl十 Lbhl ^{) X} Lai 上面所描述的是确定单节臂的末端位置参数的 示例， 同理可以得到 其他节臂的末端位置参数。

下面参考图 4, 该实施例提供的臂架系统包括 5节通过水平铰接轴 顺序铰接相连的节臂； 5节节臂分别称为一臂、 二臂、 三臂、 四臂和五 臂； 一臂安装在相应机械本体的底盘上， 五臂为末节臂； 各节臂中， 靠 近机械本体一端为大头端， 相反的另一端为小头端； 大头端和小头端分 别形成相应的铰接轴线， 那么相应地， 在该示例中与处理器 200连接的 长度传感器有 10个， 与处理器 200连接的倾角传感器有 5个， 5个倾 角传感器分别安装在该五节臂的每一节臂上。 假设五节臂的倾角传感器测量的角度分别为" 1、 " ² 、 °¾、 、 " ⁵ , 形变前的各节臂架的长度（第一拉线编码器测 量的形变前实际安装点之 间的距离）分别为 、 L ₂ 、 L ₃ 、 L ₄ 、 L ₅ ， 变形后各节臂架的测量长度（第 一拉线编码器 102 测取的形变后实际安装点之间的距离） 分别为 ^l M、 ^2、 ^L b3、 ₄ 、 ₅ (对应于第一个实施例中的 L _bl , 第一节臂对应 ^L M ) , 根据上述示例中单节臂的计算方式可以得到多 节臂末端的坐标（按照测 量值计算得到的节臂末端位置参数） 如下： x Tip ₃₃ -■ cos β ₃ + L _b4 ■ cos β ₄ + L _b5 - sinA+L _fc2 sin ? ₂ +L _fc3 -- sin β ₃ + L _b4 · sin β ₄ + L _b5 · sin β ₅ 其中,

^2X ^Lbgl ⁺ Lbhl^ ^X Lal /i = arccos a ₂

2 X Lbg2 + Lbhl) X La2

arccos

2x(T + T )x T a A

^ ₅ 二 arccos

^2x L _bg5 + L _b ^x L _a5

此外， 因为机械结构的原因， 第一拉线编码器无法非常接近节臂的 铰接点， 因此， 会引入末端位置参数的计算误差， 下面将采用补偿算法 来避免这样的计算误差。

1) 首先计算出臂架系统的形变量：

对于五节臂来说， 形变后的末端位置参数可以按照下述公式得到 τίρ， y _Τιρ ) * = LM ^{X cos} A + L _H2 ^{x C0S} β ₂ + L ^{x C0S} β ₃ + LM ^{x cos} β + Ls ^{x cos} β ₅ ， = LM X ^sin A + L _b2 x ^sin β ₁ + L _h3 ^{x sin} β ₃ + L _M ^{x sin} β + L _h5 ^{x sin} β ₅ ； 在变形前的末端位置参数为 （ J , y ) ：

y = ^ ^∞8 ^ + L ₂ ^C0S a ₂ ⁺ L ₃ ^0S a ₃ ⁺ L ₄ ^C0S a ₄ ⁺ L ₅ ^C0S a ₅ ^ 按照下述公式得到臂架系统的形变量（即将按 照测量值得到的形变 后末端位置参数减去按照测量值得到的形变前 的末端位置参数，就是臂 架系统的形变量） ：

^{Αχ =} χ _ΤΨ - χ , ^A y = y _TiP - y 。

2 )根据形变量对实际理论值进行补偿， 获取准确的臂架系统末端 位置参数。

假设每节臂铰接点之间的长度（铰接点之间的 设计长度） 分别为：

L _lr , L _2r , L 、 L _4r , L _5r , 则获取精确的臂架系统末端位置坐标为 ^Χτ * ,

Χ _Τψ = Llr ^{X C0S} β _χ + Llr ^{X C0S} β ₂ ⁺ L _3r ^{X C0S} β ⁺ L ₄ r ^{X C0S} β, ⁺ r ^{X C0S} β ₅ ， y _Tip = Lr x ^sin A + Ur x ^sin + ^sin β ₃ + L _4r ^x sin β ₄ + L ₅ sin β 。 这样获取得到的臂架系统末端位置参数，去除 了由于第一拉线编码 器无法准确与铰接点重合而引入的误差（即根 据第一拉线编码器测量值 差的） ， 并且采用单倾角传感器（倾角传感器本身也有 测量误差） ， 也 进一步减少了测量误差， 提高了机械臂末端位置参数的测量精度。

应该理解， 检测各节臂产生形变前后长度的装置不限于拉 线编码 器， 也可以是其他长度传感器； 只要是通过长度传感器能够检测各节臂 产生形变前后长度， 就能够实现本发明的目的。

应该理解， 确定臂架系统末端的位置参数的坐标系中， 坐标轴不限 于与水平面平行或垂直， 也可以根据实际需要设定相应坐标系， 使预定 坐标轴与预定参考平面平行； 通过对倾角传感器输出角度值的适当换 算， 就可以获得相应各节臂与预定参考平面之间的 夹角。

基于上述对臂架系统的描述，根据本发明的实 施例的臂架系统末端 位置参数获取方法， 包括以下步骤： 每节节臂上， 第一长度传感器和第 二长度传感器之间的预设距离为 L _ai , 通过所述第一长度传感器获取形 变后第 i节节臂的长度 L _bl ,通过第二长度传感器获取第二长度传感� �与 形变后第 i节节臂末端之间的长度为 L _ei ，获取第一长度传感器和第二长 度传感器之间的连线与参考平面之间的夹角 ， 其中， i=l、 2 n; 通过下述公式获取直角坐标系 YOX 中的臂架系统末端位置.

'Tip y v Tip

1 1

Lbi ' sm arccos Lbi + Lai L _c a,

i=l 2T J 上述方案采用单个传感器来检测节臂的倾斜角 度， 两个长度传感器 和节臂的末端构成三角形， 两个长度传感器检测三角形的相邻两边， 从 而利用确定的三角形计算出节臂的末端位置参 数，这样不仅可以避免由 于倾角传感器精度产生的累积误差，且通过适 当的长度传感器检测节臂 形变前后的长度， 容易保证节臂长度的检测精度， 进而能够使臂架系统 末端的位置参数更准确。

由于机械结构原因， 第一拉线编码器无法与相应节臂的大头端铰接 点直接重合， 第一拉线编码器的拉线外端也无法与相应节臂 的小头端铰 接点直接重合， 会引入末端位置参数的计算误差， 因此， 采用补偿法对 机械臂的形变量进行补偿。 该补偿法包括以下步骤： 按照下述公式获取 臂架系统的形变量 和 :

JCTTIipD X , X Li

i=l

^A y = y _TlP - y ， y =∑ L ^cos ,

为根据第一长度传感器获取第 i 节节臂在形变前的测量长度, ( X , y ) 为臂架系统在形变前的末端位置参数；

根据获取的形变量获取修正后臂架系统的末端 位置参数 （ _Χηρ , v ) , 为第 i节节臂的设计长度：

X Tip COS arccos二 a _; + Ax,

i=l 2T

所以， 以节臂的实际设计长度为基础获得臂架系统末 端的位置参 数，可以避免长度传感器的测量长度与相应节 臂的设计长度之间的偏差 导致数据的偏差， 进而提高臂架系统末端位置参数的准确性。

在上述技术方案中， L _bl 为形变后第 i节节臂的两端的铰接点之间的 测量长度，！^为第二长度传感器与第 i节臂的末端铰接点之间的测量长 度， 为在形变前第 i节臂两端的铰接点之间的测量长度， 为第 i节 节臂两端的铰接点之间的设计长度。

根据本发明的技术方案， 采用三定点测量（第一拉线编码器的安装 定点、 第二拉线编码器的安装定点和小头端的铰接点 ）获取臂架系统的 末端位置参数， 采用了单个倾角传感器， 减小了由于倾角传感器测量误 差而产生的误差， 利用拉线编码传感器获取形变前后机械臂的长 度， 检 测精度高， 解决了传统机械臂形变无法准确测量的技术问 题， 并可通过 获取形变量实现末端位置的精确稳定控制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已， 并不用于限制本发明， 对 于本领域的技术人员来说， 本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明 的精神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在 本发明的保护范围之内。