叉裝車自動稱重系統(tǒng)及稱重方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種有效消除地面坡度因素影響，能夠提高稱重精度的叉裝車自動稱重系統(tǒng)，包括：三個基于MEMS傳感器的姿態(tài)檢測電路板、四個壓力傳感器、顯示儀表。所述三個姿態(tài)檢測電路板分別安裝于叉裝車的動臂、貨叉、機架上；所述四個壓力傳感器分別安裝于動臂油缸有桿腔和無桿腔、轉(zhuǎn)斗油缸有桿腔和無桿腔，作為信號輸出端以任意組合形式與其中一個或兩個或三個所述姿態(tài)檢測電路板的輸入端連接；所述三個姿態(tài)檢測電路板與顯示儀表四者之間通過CAN總線進行通信。本發(fā)明還公開了一種叉裝車自動稱重方法。
【專利說明】
叉裝車自動稱重系統(tǒng)及稱重方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于工程機械技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種叉裝車自動稱重系統(tǒng)及稱重方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 叉裝車是近年出現(xiàn)的工程機械新品種，以其獨特的結(jié)構(gòu)功能性被廣泛應用于礦山 及石材開采?？紤]到叉裝車始終處于流水作業(yè)狀態(tài)，難以用固定衡器稱重，所以自動稱重系 統(tǒng)在提高作業(yè)效率、實現(xiàn)駕駛員作業(yè)量和貨車裝卸量的統(tǒng)計等方面具有重大的意義。目前， 市場上少部分配有稱重裝置的叉裝車引用的是裝載機的，這些產(chǎn)品沒有考慮地面坡度對稱 重結(jié)果的影響，在進行物料稱重時一般要求地面較平坦。由于叉裝車的工作環(huán)境比較惡劣， 在它流水作業(yè)狀態(tài)下，地面都具有一定的坡度，所以，地面坡度是系統(tǒng)不可忽略的重要因 素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供了一種叉裝車自動稱重系統(tǒng)及稱重方法，它能夠克服【背景技術(shù)】中提到 的不足。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之一： 叉裝車自動稱重系統(tǒng)，包括:第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第四 壓力傳感器、第一姿態(tài)檢測電路板、第二姿態(tài)檢測電路板、第三姿態(tài)檢測電路板、顯示儀表； 其中：第一姿態(tài)檢測電路板安裝于動臂上，第二姿態(tài)檢測電路板安裝于貨叉上，第三姿 態(tài)檢測電路板安裝于機架上，第一壓力傳感器安裝在動臂油缸的有桿腔，它的輸出端與第 一姿態(tài)檢測電路板或第二姿態(tài)檢測電路板或第三姿態(tài)檢測電路板的輸入端連接;第二壓力 傳感器安裝在動臂油缸的無桿腔，它的輸出端與第一姿態(tài)檢測電路板或第二姿態(tài)檢測電路 板或第三姿態(tài)檢測電路板的輸入端連接;第三壓力傳感器安裝在轉(zhuǎn)斗油缸的有桿腔，它的 輸出端與第一姿態(tài)檢測電路板或第二姿態(tài)檢測電路板或第三姿態(tài)檢測電路板的輸入端連 接;第四壓力傳感器安裝在轉(zhuǎn)斗油缸的無桿腔，它的輸出端與第一姿態(tài)檢測電路板或第二 姿態(tài)檢測電路板或第三姿態(tài)檢測電路板的輸入端連接。
[0005] 進一步地，所述的第一姿態(tài)檢測電路板是基于MEMS傳感器，用于檢測因動臂油缸 活塞桿伸縮導致的、動臂繞其與機架鉸接軸轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的動臂俯仰角。
[0006] 進一步地，所述的第二姿態(tài)檢測電路板是基于MEMS傳感器，用于檢測因轉(zhuǎn)斗油缸 活塞桿伸縮導致的、貨叉繞其與動臂鉸接軸轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的貨叉俯仰角。
[0007] 進一步地，所述的第三姿態(tài)檢測電路板是基于MEMS傳感器，用于檢測因地面不平 整而產(chǎn)生的機架俯仰角。
[0008] 進一步地，所述的第一壓力傳感器不是必須的，根據(jù)精度要求進行取舍。
[0009] 進一步地，上述的第一姿態(tài)檢測電路板或者第二姿態(tài)檢測電路板或者第三姿態(tài)檢 測電路板作為主控制電路板，通過CAN總線接收第二姿態(tài)檢測電路板、第三姿態(tài)檢測電路板 或者第一姿態(tài)檢測電路板、第三姿態(tài)檢測電路板或者第一姿態(tài)檢測電路板、第二姿態(tài)檢測 電路板的信號，計算出物料重量，并將計算結(jié)果通過CAN總線發(fā)送給顯示儀表。
[0010]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之二： 叉裝車自動稱重方法，包括如下步驟： 一、 第一壓力傳感器檢測動臂油缸有桿腔壓力，第二壓力傳感器檢測動臂油缸無桿腔 壓力，第三壓力傳感器檢測轉(zhuǎn)斗油缸有桿腔壓力，第四壓力傳感器檢測轉(zhuǎn)斗油缸無桿腔壓 力，第一姿態(tài)檢測電路板檢測動臂俯仰角，第二姿態(tài)檢測電路板檢測貨叉俯仰角，第三姿態(tài) 檢測電路板檢測機架俯仰角； 二、 第一姿態(tài)檢測電路板、第二姿態(tài)檢測電路板、第三姿態(tài)檢測電路板根據(jù)連接關(guān)系接 收第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第四壓力傳感器的信號，作為主控 制電路板的姿態(tài)檢測電路板接收另兩個姿態(tài)檢測電路板信號，計算出物料重量，計算方法 通過如下步驟： (1) 根據(jù)叉裝車工作裝置的機械結(jié)構(gòu)建立動力學模型:將工作裝置簡化成一個簡單的 平面力系，即假設動臂、動臂油缸及其活塞桿軸線與轉(zhuǎn)斗油缸及其活塞桿、搖臂、拉桿、貨叉 軸線處于同一個平面內(nèi)；在該平面內(nèi)定義9個點，分別是動臂與機架的鉸點A、動臂油缸及其 活塞桿與動臂的鉸點B、搖臂與動臂的鉸點C、貨叉與動臂的鉸點D、拉桿與貨叉的鉸點E、拉 桿與搖臂的鉸點F、轉(zhuǎn)斗油缸及其活塞桿與搖臂的鉸點G、轉(zhuǎn)斗油缸及其活塞桿與機架的鉸 點H、動臂油缸及其活塞桿與機架的鉸點I;定義一個坐標系(X，Y)，此坐標系以A點為原點，X 方向指向叉裝車車體前進方向，Y方向垂直于X方向向上;設第一壓力傳感器檢測的動臂油 缸有桿腔壓力為巧，第二壓力傳感器檢測的動臂油缸無桿腔壓力為G，第三壓力傳感器檢 測的轉(zhuǎn)斗油缸有桿腔壓力為&，第四壓力傳感器檢測的轉(zhuǎn)斗油缸無桿腔壓力為尸4,第一姿 態(tài)檢測電路板檢測的動臂俯仰角為:％，第二姿態(tài)檢測電路板檢測的貨叉俯仰角為馬，第三 姿態(tài)檢測電路板檢測的機架俯仰角為$3 ; (2) 將動臂、搖臂、拉桿、貨叉及物料假設為一個整體，該整體繞A點轉(zhuǎn)動并受到兩個外 力：一個是動臂油缸及其活塞桿作用在B點的力巧，另一個是轉(zhuǎn)斗油缸及其活塞桿作用在G 點的力:瑪:;其所受的重力分為兩部分:一個是工作裝置自身所受的重力，其質(zhì)心位置 為S點，另一個是物料所受的重力:?_#，其質(zhì)心位置為K點；根據(jù)力矩動力學定律：
，其中，;1賴i為所假設整體繞A點轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的合外力矩4為所假設整體的轉(zhuǎn) 動慣量，#為角加速度；由于動臂舉升的起始加速階段和終止減速階段的角加速度比較 大，取中間平穩(wěn)舉升的階段作為有效稱重區(qū)間，其角加速度較小，可忽略不計，即： .1 隱:;_0，有 其中，為A點至B點之間的距離，為A點至11點之間的距離，％蘭儀一_:(卷為S 點的X坐標，電為A點的X坐標）為（為録為D點的X坐標）)動二:矣>.(為友 為K點的X坐標）； (3) 對動力學模型①作進一步的推導，步驟如下： a.根據(jù)三角形的正余弦定律，對于AABI有
其中，丨齡為A點至I點之間的距離，I自j為B點至I點之間的距離； b. 將貨叉及物料作為一個繞D點轉(zhuǎn)動的整體獨立出來，其受到拉桿的作用力瑪本、物料 的重力貨叉的重力(忽略），根據(jù)力矩動力學定律?(忽略角加速度)有 !:論:f試腦尹'一::舉④ 其中，SPfe為貨叉及物料繞D點轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的合外力矩，bs為D點至E點之間的距離； c. 將繞C點轉(zhuǎn)動的搖臂獨立出來，其受到拉桿的作用力(與:，§大小相等方向相 反）、轉(zhuǎn)斗油缸及其活塞桿作用在G點的力:麵:、搖臂重力（忽略），根據(jù)力矩動力學定律： gife釋i(忽略角加速度)有
其中，2P%為搖臂繞C點轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的合外力矩，丨_為〇點至G點之間的距離，1浮為C點 至F點之間的距離； d ?和+ 可表不為：
其中鳥s為A點至S點之間的距離點至D點之間的距離； e.將式②③④⑤⑥⑦代入式①，得：
其中，兩個力變量朽、巧由油缸結(jié)構(gòu)參數(shù)及壓力巧、爲、吟、爲換算得到，當所述的第 一壓力傳感器舍棄時， =6;五個角度變量名君避、.M懸：沒篇羅、ADSF、么 根據(jù)工作裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及俯仰角換算得到；系統(tǒng)建模時忽略了摩擦力、加速 度等因素，為減少誤差引入常系數(shù)，則式⑧可表示為：
⑷標定未知參數(shù)_@_#綱H，標定步驟如下： a.當空載，即M = J時，式⑨可表示為：
在空載下，勻速舉升動臂，實時記錄馬_、_、馬、，運用遞推最小二乘法擬 合得出未知參數(shù)_?細_:、之&IS; b.將擬合出來的未知參數(shù)代入式⑨后可表不為：
在負載情況下，勻速舉升一個質(zhì)量已知的標碼，運用遞推最小二乘法擬合得出未知參 數(shù)?。?(5)將擬合得出的未知參數(shù)義代入式?后可表示為：
叉裝車舉升物料過程中，在有效稱重區(qū)間內(nèi)實時采集傳感器信號，利用遞推最小二乘 法實現(xiàn)物料質(zhì)量燦的在線估計； 三、作為主控制電路板的姿態(tài)檢測電路板將步驟二計算所得的物料重量結(jié)果通過CAN 總線發(fā)送給顯示儀表，由顯示儀表顯示。
[0011] 本技術(shù)方案與【背景技術(shù)】相比，具有如下優(yōu)點： 1、 將基于MEMS傳感器的姿態(tài)檢測用于叉裝車的自動稱重系統(tǒng)中，與傳統(tǒng)所用的接近開 關(guān)等位置傳感器相比，它能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)位置測量，姿態(tài)數(shù)據(jù)長，避免了由于采樣數(shù)據(jù)不足導 致統(tǒng)計性能差的問題； 2、 所述的叉裝車自動稱重方法能夠有效消除地面坡度對稱重結(jié)果的影響； 3、 所述的叉裝車自動稱重系統(tǒng)安裝方便，標定過程簡單。
【附圖說明】
[0012] 圖1為叉裝車自動稱重系統(tǒng)連接示意圖。
[0013] 圖2為叉裝車工作裝置結(jié)構(gòu)簡圖。
[0014]圖3為叉裝車工作裝置的數(shù)學模型。
[0015] 附圖標識說明： 1、 動臂油缸及其活塞桿 2、 動臂 3、 貨叉 4、 拉桿 5、 搖臂 6、 轉(zhuǎn)斗油缸及其活塞桿 7、 機架 A、 動臂與機架的鉸點 B、 動臂油缸及其活塞桿與動臂的鉸點 C、 搖臂與動臂的鉸點 D、 貨叉與動臂的鉸點 E、 拉桿與貨叉的鉸點 F、 拉桿與搖臂的鉸點 G、 轉(zhuǎn)斗油缸及其活塞桿與搖臂的鉸點 H、 轉(zhuǎn)斗油缸及其活塞桿與機架的鉸點 I、 動臂油缸及其活塞桿與機架的鉸點 K、物料質(zhì)心 S、工作裝置質(zhì)心 #i、動臂俯仰角 _、貨叉俯仰角 卷、機架俯仰角 以上為附圖中各符號的說明。
【具體實施方式】
[0016]參照圖1和圖2,叉裝車自動稱重系統(tǒng)，包括:第一壓力傳感器11、第二壓力傳感器 12、第三壓力傳感器13、第四壓力傳感器14、第一姿態(tài)檢測電路板21、第二姿態(tài)檢測電路板 22、第三姿態(tài)檢測電路板23、顯示儀表31; 本實施例中，基于MEMS傳感器的第一姿態(tài)檢測電路板21安裝于動臂2上，用于檢測動臂 2繞A點轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的動臂俯仰角馬;基于MEMS傳感器的第二姿態(tài)檢測電路板22安裝于貨叉3 上，用于檢測貨叉3繞D點轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的貨叉俯仰角基于MEMS傳感器的第三姿態(tài)檢測電路 板23安裝于機架7上，用于檢測因地面不平整而產(chǎn)生的機架俯仰角第一壓力傳感器11安 裝在動臂油缸的有桿腔，用于檢測動臂油缸有桿腔壓力其輸出端與第一姿態(tài)檢測電路 板21的輸入端連接;第二壓力傳感器12安裝在動臂油缸的無桿腔，用于檢測動臂油缸無桿 腔壓力巧，其輸出端與第一姿態(tài)檢測電路板21的輸入端連接;第三壓力傳感器13安裝在轉(zhuǎn) 斗油缸的有桿腔，用于檢測轉(zhuǎn)斗油缸有桿腔壓力_，其輸出端與第二姿態(tài)檢測電路板22的 輸入端連接;第四壓力傳感器14安裝在轉(zhuǎn)斗油缸的無桿腔，用于檢測轉(zhuǎn)斗油缸無桿腔壓力 _，其輸出端與第二姿態(tài)檢測電路板22的輸入端連接。
[0017] 選擇第一姿態(tài)檢測電路板21作為主控制電路板，通過CAN總線接收第二姿態(tài)檢測 電路板22、第三姿態(tài)檢測電路板23的信號，計算出物料重量，并將計算結(jié)果通過CAN總線發(fā) 送給顯示儀表31。
[0018] 參照圖3，叉裝車自動稱重方法，包括如下步驟： 一、 第一壓力傳感器11、第二壓力傳感器12、第三壓力傳感器13、第四壓力傳感器14和 第一姿態(tài)檢測電路板21、第二姿態(tài)檢測電路板22、第三姿態(tài)檢測電路板23分別檢測壓力信 號容、％、_、_和俯仰角信號電、％:為； 二、 第一姿態(tài)檢測電路板21接收第一壓力傳感器11和第二壓力傳感器12的信號，第二 姿態(tài)檢測電路板22接收第三壓力傳感器13和第四壓力傳感器14的信號;第一姿態(tài)檢測電路 板21作為主控制電路板，通過CAN總線接收第二姿態(tài)檢測電路板22、第三姿態(tài)檢測電路板23 的信號，計算出物料重量，計算方法通過如下步驟： (1) 根據(jù)叉裝車工作裝置的機械結(jié)構(gòu)建立動力學模型:將工作裝置簡化成一個簡單的 平面力系，即假設動臂2、動臂油缸及其活塞桿1軸線與轉(zhuǎn)斗油缸及其活塞桿6、搖臂5、拉桿 4、貨叉3軸線處于同一個平面內(nèi)；定義一個坐標系(X，Y)，此坐標系以A點為原點，X方向指向 叉裝車車體前進方向，Y方向垂直于X方向向上； (2) 將動臂2、搖臂5、拉桿4、貨叉3及物料假設為一個整體，該整體繞A點轉(zhuǎn)動并受到兩 個外力:一個是動臂油缸及其活塞桿1作用在B點的力馬，另一個是轉(zhuǎn)斗油缸及其活塞桿6作 用在G點的力瑪；其所受的重力分為兩部分:一個是工作裝置自身所受的重力?，其質(zhì)心 位置為S點，另一個是物料所受的重力〃墻，其質(zhì)心位置為K點；根據(jù)力矩動力學定律：
，其中，I輯^為所假設整體繞A點轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的合外力矩，f為所假設整體的轉(zhuǎn) 動慣量
為角加速度；由于動臂舉升的起始加速階段和終止減速階段的角加速度比較 大，取中間平穩(wěn)舉升的階段作為有效稱重區(qū)間，其角加速度較小，可忽略不計，即： _%參0:，有
其中，為A點至B點之間的距離，為A點至H點之間的距離暴一:輪(_為3 點的X坐標，知為A點的X坐標），￡*沒::為(義g為D點的X坐標），苯::3 :為貧.一::(戎盆 為K點的X坐標）； (3) 對動力學模型①作進一步的推導，步驟如下： a. 根據(jù)三角形的正余弦定律，對于AABI有
其中，為A點至I點之間的距離，!由為B點至I點之間的距離； b. 將貨叉3及物料作為一個繞D點轉(zhuǎn)動的整體獨立出來，其受到拉桿4的作用力％、物 料的重力:、貨叉3的重力（忽略），根據(jù)力矩動力學定律(忽略角加速度)有 其中，黑麗^為貨叉3及物料繞D點轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的合外力矩，為D點至E點之間的距離； c. 將繞C點轉(zhuǎn)動的搖臂5獨立出來，其受到拉桿4的作用力4以與襄雜大小相等方向相 反）、轉(zhuǎn)斗油缸及其活塞桿6作用在G點的力&、搖臂5重力（忽略），根據(jù)力矩動力學定律： 1輪潘8(忽略角加速度)有
其中，I：鋼e為搖臂5繞C點轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的合外力矩』_為(：點至G點之間的距離，|沒為C點 至F點之間的距離；
其中，為A點至s點之間的距離，I如為A點至D點之間的距離； e.將式②③④⑤⑥⑦代入式①，得：
其中，兩個力變量_、義由油缸結(jié)構(gòu)參數(shù)及壓力％ %、馬、焉:換算得到，當該第一 壓力傳感器11舍棄時五個角度變量乙觀I/:、磁L乙石顯乙_1： 根據(jù)工作裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及俯仰角6\、民j、％換算得到;系統(tǒng)建模時忽略了摩擦力、加速 度等因素，為減少誤差引入常系數(shù)及，則式⑧可表示為：
(4) 標定未知參數(shù)吞、沒，標定步驟如下： a. 當空載，即_ = :1肘，式⑨可表示為：
在空載下，勾速舉升動臂，實時記錄:_.、_爲、趣、筆、轉(zhuǎn)、駕，運用遞推最小二乘法擬 合得出未知參數(shù)之MS ; b. 將擬合出來的未知參數(shù)轉(zhuǎn)、名Sli代入式⑨后可表示為：
在負載情況下，勻速舉升一個質(zhì)量已知的標碼，運用遞推最小二乘法擬合得出未知參 數(shù)真； (5) 將擬合得出的未知參數(shù)E代入式?后可表示為：

叉裝車舉升物料過程中，在有效稱重區(qū)間內(nèi)實時采集傳感器信號，利用遞推最小二乘 法實現(xiàn)物料質(zhì)量謙的在線估計； 三、第一姿態(tài)檢測電路板21將步驟二計算所得的物料重量結(jié)果通過CAN總線發(fā)送給顯 示儀表31，由顯示儀表31顯示。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的一種叉裝車自動稱重系統(tǒng)及其方法，將MEMS傳感 器技術(shù)應用于叉裝車的自動稱重系統(tǒng)中，實現(xiàn)了連續(xù)位置測量，提高了性能；同時能夠有效 消除地面坡度對稱重結(jié)果的影響，具有安裝方便，標定過程簡單的特點。
[0020]以上，僅為本發(fā)明較佳實施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實施的范圍，即依本發(fā) 明專利范圍及說明內(nèi)容作為的等效變化與修飾，皆應仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 叉裝車自動稱重系統(tǒng)，其特征在于，包括： 第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第四壓力傳感器、第一姿態(tài)檢測 電路板、第二姿態(tài)檢測電路板、第三姿態(tài)檢測電路板、顯示儀表； 其中：第一姿態(tài)檢測電路板安裝于動臂上，第二姿態(tài)檢測電路板安裝于貨叉上，第三姿 態(tài)檢測電路板安裝于機架上，第一壓力傳感器安裝在動臂油缸的有桿腔，它的輸出端與第 一姿態(tài)檢測電路板或第二姿態(tài)檢測電路板或第三姿態(tài)檢測電路板的輸入端連接;第二壓力 傳感器安裝在動臂油缸的無桿腔，它的輸出端與第一姿態(tài)檢測電路板或第二姿態(tài)檢測電路 板或第三姿態(tài)檢測電路板的輸入端連接;第三壓力傳感器安裝在轉(zhuǎn)斗油缸的有桿腔，它的 輸出端與第一姿態(tài)檢測電路板或第二姿態(tài)檢測電路板或第三姿態(tài)檢測電路板的輸入端連 接;第四壓力傳感器安裝在轉(zhuǎn)斗油缸的無桿腔，它的輸出端與第一姿態(tài)檢測電路板或第二 姿態(tài)檢測電路板或第三姿態(tài)檢測電路板的輸入端連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的叉裝車自動稱重系統(tǒng)，其特征在于:所述的第一姿態(tài)檢測電路 板是基于MEMS傳感器，用于檢測因動臂油缸活塞桿伸縮導致的、動臂繞其與機架鉸接軸轉(zhuǎn) 動而產(chǎn)生的動臂俯仰角。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的叉裝車自動稱重系統(tǒng)，其特征在于:所述的第二姿態(tài)檢測電路 板是基于MEMS傳感器，用于檢測因轉(zhuǎn)斗油缸活塞桿伸縮導致的、貨叉繞其與動臂鉸接軸轉(zhuǎn) 動而產(chǎn)生的貨叉俯仰角。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的叉裝車自動稱重系統(tǒng)，其特征在于:所述的第三姿態(tài)檢測電路 板是基于MEMS傳感器，用于檢測因地面不平整而產(chǎn)生的機架俯仰角。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的叉裝車自動稱重系統(tǒng)，其特征在于:所述的第一壓力傳感器不 是必須的，根據(jù)精度要求進行取舍。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的叉裝車自動稱重系統(tǒng)，其特征在于:上述的第一姿態(tài)檢測電路 板或者第二姿態(tài)檢測電路板或者第三姿態(tài)檢測電路板作為主控制電路板，通過CAN總線接 收第二姿態(tài)檢測電路板、第三姿態(tài)檢測電路板或者第一姿態(tài)檢測電路板、第三姿態(tài)檢測電 路板或者第一姿態(tài)檢測電路板、第二姿態(tài)檢測電路板的信號，計算出物料重量，并將計算結(jié) 果通過CAN總線發(fā)送給顯示儀表。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的叉裝車自動稱重方法，包括如下步驟： 一、 第一壓力傳感器檢測動臂油缸有桿腔壓力，第二壓力傳感器檢測動臂油缸無桿腔 壓力，第三壓力傳感器檢測轉(zhuǎn)斗油缸有桿腔壓力，第四壓力傳感器檢測轉(zhuǎn)斗油缸無桿腔壓 力，第一姿態(tài)檢測電路板檢測動臂俯仰角，第二姿態(tài)檢測電路板檢測貨叉俯仰角，第三姿態(tài) 檢測電路板檢測機架俯仰角； 二、 第一姿態(tài)檢測電路板、第二姿態(tài)檢測電路板、第三姿態(tài)檢測電路板根據(jù)連接關(guān)系接 收第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第四壓力傳感器的信號，作為主控 制電路板的姿態(tài)檢測電路板接收另兩個姿態(tài)檢測電路板信號，計算出物料重量，計算方法 通過如下步驟： (1)根據(jù)叉裝車工作裝置的機械結(jié)構(gòu)建立動力學模型：將工作裝置簡化成一個簡單的 平面力系，即假設動臂、動臂油缸及其活塞桿軸線與轉(zhuǎn)斗油缸及其活塞桿、搖臂、拉桿、貨叉 軸線處于同一個平面內(nèi)；在該平面內(nèi)定義9個點，分別是動臂與機架的鉸點A、動臂油缸及其 活塞桿與動臂的鉸點B、搖臂與動臂的鉸點C、貨叉與動臂的鉸點D、拉桿與貨叉的鉸點E、拉 桿與搖臂的鉸點F、轉(zhuǎn)斗油缸及其活塞桿與搖臂的鉸點G、轉(zhuǎn)斗油缸及其活塞桿與機架的鉸 點H、動臂油缸及其活塞桿與機架的鉸點I;定義一個坐標系(X，Y)，此坐標系以A點為原點，X 方向指向叉裝車車體前進方向，Y方向垂直于X方向向上;設第一壓力傳感器檢測的動臂油 缸有桿腔壓力為_，第二壓力傳感器檢測的動臂油缸無桿腔壓力為兩，第三壓力傳感器檢 測的轉(zhuǎn)斗油缸有桿腔壓力為_，第四壓力傳感器檢測的轉(zhuǎn)斗油缸無桿腔壓力為駕，第一姿 態(tài)檢測電路板檢測的動臂俯仰角為第二姿態(tài)檢測電路板檢測的貨叉俯仰角為，第三 姿態(tài)檢測電路板檢測的機架俯仰角^ ; (2) 將動臂、搖臂、拉桿、貨叉及物料假設為一個整體，該整體繞A點轉(zhuǎn)動并受到兩個外 力：一個是動臂油缸及其活塞桿作用在B點的力1^，另一個是轉(zhuǎn)斗油缸及其活塞桿作用在G 點的力麵；其所受的重力分為兩部分:一個是工作裝置自身所受的重力;其質(zhì)心位置 為S點，另一個是物料所受的重力，其質(zhì)心位置為K點；根據(jù)力矩動力學定律：，其中，1:_4為所假設整體繞A點轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的合外力矩，I:為所假設整體的轉(zhuǎn) 動慣量為角加速度；由于動臂舉升的起始加速階段和終止減速階段的角加速度比較 大，取中間平穩(wěn)舉升的階段作為有效稱重區(qū)間，其角加速度較小，可忽略不計，即： FJ^sin^ABI -f F2lAHslnAAHG - mQgl1 - mgiL, L2) 0 ① 其中，4s為A點至8點之間的距離，I祕為A點至H點之間的距離，i :i戶:愚一:輪(筆為s 點的X坐標，輸為A點的X坐標），.￡:2與％ -::l| (漁為D點的X坐標），_ =.、:一愚：（驗 為K點的X坐標）； (3) 對動力學模型①作進一步的推導，步驟如下： a. 根據(jù)三角形的正余弦定律，對于AABI有 lAI/sin^ABI = lS!/sin.^.BAI ②其中，為A點至I點之間的距離，為B點至I點之間的距離； b. 將貨叉及物料作為一個繞D點轉(zhuǎn)動的整體獨立出來，其受到拉桿的作用力綠￡、物料 的重力_、貨叉的重力(忽略），根據(jù)力矩動力學定律0(忽略角加速度)有 其中，藝瑪s為貨叉及物料繞D點轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的合外力矩，&￡為〇點至E點之間的距離； c. 將繞C點轉(zhuǎn)動的搖臂獨立出來，其受到拉桿的作用力:1(與！^大小相等方向相反）、 轉(zhuǎn)斗油缸及其活塞桿作用在G點的力各、搖臂重力（忽略），根據(jù)力矩動力學定律： 重_卩 H (忽略角加速度)有 Q ⑤ 其中，通揮為搖臂繞C點轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的合外力矩，Ihs為C點至G點之間的距離，為C點至 F點之間的距離； d ? %和4手_ .氣s；可表示為：其中，?^為A點至S點之間的距離，為A點至D點之間的距離； e.將式②③④⑤⑥⑦代入式①，得：其中，兩個力變量_、_由油缸結(jié)構(gòu)參數(shù)及壓力巧?馬、朽、，焉換算得到，當所述的 第一壓力傳感器舍棄時，_二猶;五個角度變量么e淑、 根據(jù)工作裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及俯仰角費換算得到;系統(tǒng)建模時忽略了摩擦力、加速 度等因素，為減少誤差引入常系數(shù)死，則式⑧可表示為：(4) 標定未知參數(shù)狩、幺51、靈，標定步驟如下： a. 當空載，即賴:二伽寸，式⑨可表示為：在空載下，勻速舉升動臂，實時記錄_、63:、費3:、遲、1|、_、纖，運用遞推最小二乘法擬 合得出未知參數(shù)_§11#通； b. 將擬合出來的未知參數(shù)代入式⑨后可表示為：在負載情況下，勻速舉升一個質(zhì)量已知的標碼，運用遞推最小二乘法擬合得出未知參 數(shù)！； (5) 將擬合得出的未知參數(shù)！代入式?后可表示為：叉裝車舉升物料過程中，在有效稱重區(qū)間內(nèi)實時采集傳感器信號，利用遞推最小二乘 法實現(xiàn)物料質(zhì)量爾的在線估計； 三、作為主控制電路板的姿態(tài)檢測電路板將步驟二計算所得的物料重量結(jié)果通過CAN 總線發(fā)送給顯示儀表，由顯示儀表顯示。
【文檔編號】G01G19/08GK106052829SQ201610698072
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月22日
【發(fā)明人】劉強, 宋慧延, 馮姝婷, 李婷婷
【申請人】廈門海普智能科技有限公司