专利名称：定位机械臂上位置点的定位系统及工程机械设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械领域，特别涉及ー种定位机械臂上位置点的定位系统。
背景技术：
随着城市化的发展，大型机械设备正在诸多现代建设中发挥重要作用，尤其是泵车。目前，对泵车的机械臂进行定位的方式通常都是采用倾角传感器，例如，如图I所示，在泵车的机械臂的每ー个关节点处均设置ー个倾角传感器，即在关节点al、a2、a3、a4及a5分别设置有倾角传感器，处理器再将各倾角传感器所感测的角度经过三角变换来确定各个关节点的位置坐标，其中，倾角传感器以水平地面为參考线。然而，基于倾角传感器来进行机械臂的定位的方法极为繁复，因为每ー个关节点
的位置坐标需要根据其前自身之前的每ー个关节点处的倾角传感器所感测的角度来进行计算，例如，关节点a2的位置坐标需要根据关节点a2之前的关节点al所感测的角度来进行计算，关节点a3的位置坐标需要根据关节点a3之前的关节点al及a2各自所感测的角度来进行计算，...，由此可见，如果机械臂的关节点过多，则计算最后ー个关节点位置坐标吋，计算尤为繁复，不仅如此，计算还会产生累计误差，如此就会导致最后一个关节点的位置坐标的误差最大；再则，受限于倾角传感器的精度、以及当机械臂的臂架发生弯曲及震动时，其位移与方向的不连续变化，都会导致感测的角度信息存有误差；还有，由于每ー个倾角传感器所感测的角度均送入核心控制器后进行处理，不仅算法复杂、且需要不断更新才能得到各关节点的实时位置信息，显然，核心控制器的运算负担极为繁重。由于现有基于倾角传感器来进行机械臂的定位方式过于复杂，已难以满足现代エ程机械智能化和安全化的要求，故，需要一种更为新型的机械臂定位方法。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种简单且精度高的定位机械臂上位置点的定位系统。本发明的另ー目的在于提供ー种定位简单的工程机械设备。为了达到上述目的及其他目的，本发明提供的定位机械臂上位置点的定位系统，包括待定位节点模块，用于设置在机械臂的待定位的位置处；至少三个參考节点�？椋直鹩糜诨捎胨龃ㄎ唤诘隳？榈耐ㄐ畔喙匦畔⒗慈范ǜ髯杂胨龃ㄎ唤诘隳？榧涞木嗬耄灰约按砟？椋朊恳桓鰠⒖冀诘隳？橄嗔樱糜诨诿咯`參考节点�？樗范ǖ母髯杂胨龃ㄎ唤诘隳？榧涞木嗬搿⒓懊咯`个參考节点�？樽陨硭谖恢眯畔⒗慈范ㄋ龃ㄎ唤诘隳？樗谖恢玫奈恢眯畔�。 优选地,所述处理�？橛氅`个參考节点�？槲荒？椤４送猓痉⒚魈峁┑墓こ袒瞪璞福ò当鄣纳璞副咎澹灰约扒笆龅亩ㄎ换当凵衔恢玫愕亩ㄎ幌低常渲校鼋诘愣ㄎ幌低持兴龅幕当畚錾璞副咎灏幕当�。综上所述，本发明的定位机械臂上位置点的定位系统直接基于參考节点�？樗峁┑母髯杂氪ㄎ唤诘隳？榧涞木嗬胄畔⒗慈范ùㄎ唤诘隳？榈奈恢茫喽杂谙钟谢当凵系奈恢玫愕亩ㄎ环绞剑痉虻デ揖雀�。
图I为ー机械臂的示意图。图2为本发明的定位机械臂上位置点的定位系统示意图。图3为本发明的定位机械臂上位置点的定位系统包含的參考节点模块的优选示意图。图4为本发明的定位机械臂上位置点的定位系统包含的处理�？榈亩ㄎ皇疽馔肌Ｍ�5为本发明的定位机械臂上位置点的定位系统包含的处理�？榈挠叛∈疽馔�。
具体实施例方式图2示出了本发明的定位机械臂上位置点的定位系统示意图。所述定位机械臂上位置点的定位系统I至少包括待定位节点�？�11、至少三个參考节点�？�12、以及处理�？�13。所述待定位节点�？�11设置在机械臂的待定位的位置处，用于收发信息。其中，所述机械臂包括任何ー种能伸縮和/或转动的机械臂，优选地，包括但不限于泵车的机械臂等。例如，如图I所示，在泵车的机械臂的关节点al、a2、a3、a4及a5分别设置ー个待定位节点�？�11。需要说明的是，本领域技术人员应该理解，待定位节点�？榭梢陨柚迷诨当凵系娜我馕恢茫墙鱿抻诨当鄣墓亟诘�。优选地,所述待定位节点�？�11可采用诸如蓝牙、zigbee、超宽带等射频技术的第一无线通信単元及与所述第一无线通信单元连接的诸如中央处理器、微处理、数字信号处理器等第一处理器单元来实现；其中，第一处理器単元根据所述第一无线通信単元接收的信息来形成相应的回复信息以便所述第一无线通信单元发送。所述至少三个參考节点�？�12分别用于基干与所述待定位节点�？�11的通信相关信息来确定各自与所述待定位节点�？榧涞木嗬�。其中，所述通信相关信息包括能用于确定距离的信息，优选地，包括但不限于通イ目时间等。其中，每ー个參考节点�？�12设置在不会随机械臂的运动而移动的位置处，例如，设置在机械臂所处环境中且临近机械臂的固定位置；又例如，设置在泵车的机械臂之外的车身中等等。具体地，參考节点�？�12向待定位节点�？�11发送测距请求号S (t)，所述待定位节点�？�11接收到该测距请求信号s(t)后，反馈回ー个测距响应信号h(t)来确认已收到测距请求，由此，參考节点�？�12基于接收到的测距响应信号h(t)、发送距请求号S (t)的发送时间、接收测距响应信号h(t)的接收时间来确定自身与待定位节点�？�11之间的距离。以下将对ー种优选的测距原理予以简单描述通常，若发送信息的一方发送信号s (t)，则接收信号的一方接收的信号为r(t)=h(t)*s(t)+n(t),其中，h(t)是信道冲激响应，n(t)是热噪声；而若发送信息的一方与接收信号的一方之间的通信信道为超宽带无线电多径信道，即该超宽带无线电多径信道的信道冲激响应为h (t) =A (D) δ (t_ τ (D))进而，接收信号的一方接收的信号为
r (t) =A (D) s (t_ τ (D)) +n (t)由上式可见发送信息的一方与接收信号的一方之间的距离D可根据信号A(D)或时延信号τ (D)来进行估计，优选地，可采用接收信号强度(RSS1，Received SignalStrength Indicator)法来进行估计或采用到达时间(T0A,Time of Arrival)来进行估计
坐寸ο基于上述描述，本领域技术人员应该理解參考节点�？�12基干与所述待定位节点�？榈耐ㄐ畔喙匦畔⒗慈范ǜ髯杂胨龃ㄎ唤诘隳？榧涞木嗬氲姆绞剑试诖瞬辉傧晔�。优选地，每ー參考节点�？�12可采用诸如蓝牙、射频、超宽带等第二无线通信单元及与所述第二无线通信单元连接的诸如中央处理器、微处理、数字信号处理器等第二处理器单元来实现；更为优选地，參考节点�？�12通过平面椭圆极性天线来与所述待定位节点�？�11通信。例如，如图3所示，其为參考节点�？�12的优选结构示意图。MCU单片机作为主控単元，用于控制其他各个单元以便各单元间能协调工作；FPGA单元为整个系统提供时钟信号，并生成待发送的基带信号后，经MCU单片机送入UWB単元处理成射频信号后，再由UWB天线予以发射给待定位节点�？�11 ;当所述UWB天线接收到来自待定位节点模块11的反馈信号后，由所述UWB単元处理为基带信号后，再经由MCU单片机送入FPGA单元进行距离估计，以确定自身所属的參考节点�？�12与待定位节点模块11间的距离，并由MCU单片机将该距离写入存储单元，同时通过CAN接ロ单元传输给处理�？�13。此外，电源�？槲低程峁�5. 75-30V之间的电压。优选地，UWB天线形状可为平面椭圆极性且具有标准SMA接ロ，以便完成UWB信号的接收与发射。优选地，前述带定位节点模块11也可采用与參考节点�？�12相同的结构。所述处理�？�13与每ー个參考节点�？�12相连接，用于基于每ー參考节点�？�12所确定的各自与所述待定位节点�？�11间的距离、及每ー个參考节点�？�12自身所在位置信息来确定所述待定位节点�？�11所在位置的位置信息。优选地，所述处理�？�13通过CAN总线来与參考节点�？�12相连接。具体地，所述处理�？�13采用球面定位或双曲线定位等方式来确定待定位节点�？�11所在位置的位置信息。例如,如图4所示，点NI、N2、N3表示參考节点�？�12的位置,其坐标分别为(X1,Y1X (X2, Y2)、(X3，Y3)，若各參考节点�？�12各自所确定的自身与待定位节点模块11之间的距离分别为Dli、D2i、D3i，则分别以点N1、N2、N3为焦点、以距离差D2i-Dli和D3i-D2i为焦半径的两个双曲线的交点Ni即为待定位节点�？�11的位置，由此，交点Ni的(坐标Xi, Yi)基于下述方程组来确定
权利要求
1.一种定位机械臂上位置点的定位系统，其特征在于包括 待定位节点模块，用于设置在机械臂的待定位的位置处； 至少三个参考节点模块，分别用于基于与所述待定位节点�？榈耐ㄐ畔喙匦畔⒗慈范ǜ髯杂胨龃ㄎ唤诘隳？榧涞木嗬耄� 处理�？椋朊恳桓霾慰冀诘隳？橄嗔樱糜诨诿恳徊慰冀诘隳？樗范ǖ母髯杂胨龃ㄎ唤诘隳？榧涞木嗬�、及每一个参考节点�？樽陨硭谖恢眯畔⒗慈范ㄋ龃ㄎ唤诘隳？樗谖恢玫奈恢眯畔�。
2.如权利要求I所述的定位机械臂上位置点的定位系统，其特征在于所述处理�？榘桓霾慰冀诘隳？榈墓δ�。
3.如权利要求I或2所述的定位机械臂上位置点的定位系统，其特征在于所述处理�？橥ü芟哂氩慰冀诘隳？橄嗔�。
4.如权利要求3所述的定位机械臂上位置点的定位系统，其特征在于所述总线包括CAN总线。
5.如权利要求I所述的定位机械臂上位置点的定位系统，其特征在于所述参考节点�？橥ü矫嫱衷布蕴煜呃从胨龃ㄎ唤诘隳？橥ㄐ�。
6.如权利要求I或2所述的定位机械臂上位置点的定位系统，其特征在于当参考节点模块包括3个时，所述处理模块采用以下公式来确定所述待定位节点�？樗谖恢玫奈恢眯畔� ^(X2-a r-ο -O2 -M +(γι ~ 2 =ρ2 -α· J(X3-Xi)2HY3-Y1)2 -^(X2 ^+(Y2-YiY =P -D2i 其中，(X1, Y1), (χ2, γ2)、(x3, Y3)分别为3个参考节点模块各自的位置信息； Dn、D2i、D3i分别为3个参考节点�？橛胨龃ㄎ唤诘隳？榧涞木嗬耄�(Xi, Yi)为所述待定位节点�？樗谖恢玫奈恢眯畔ⅰ�
7.如权利要求I所述的定位机械臂上位置点的定位系统，其特征在于所述机械臂包括泵车的机械臂。
8.—种工程机械设备，其特征在于包括包含机械臂的设备本体；以及权利要求I至7任一项所述的定位机械臂上位置点的定位系统，其中，所述节点定位系统中所述的机械臂为所述设备本体包含的机械臂。
全文摘要
本发明提供一种定位机械臂上位置点的定位系统及工程机械设备。其中，所述定位系统包括用于设置在机械臂的待定位的位置处的待定位节点�？椋环直鹩糜诨谟胨龃ㄎ唤诘隳？榈耐ㄐ畔喙匦畔⒗慈范ǜ髯杂胨龃ㄎ唤诘隳？榧涞木嗬氲闹辽偃霾慰冀诘隳？椋灰约按砟？椋溆朊恳桓霾慰冀诘隳？橄嗔樱糜诨诿恳徊慰冀诘隳？樗范ǖ母髯杂胨龃ㄎ唤诘隳？榧涞木嗬�、及每一个参考节点�？樽陨硭谖恢眯畔⒗慈范ㄋ龃ㄎ唤诘隳？樗谖恢玫奈恢眯畔�。相对于现有技术，本法简单且定位精度高。
文档编号G01C3/00GK102853824SQ20121025808
公开日2013年1月2日 申请日期2012年7月25日 优先权日2012年7月25日
发明者姚志强, 曹璐云, 张钰旻, 盛孟刚 申请人:姚志强
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