一种电控操纵杆位置测量系统及其方法
【专利摘要】本发明公开一种电控操纵杆角度测量系统，包括安装在操纵手柄上的第一加速度传感器及安装在安装基座上的第二加速传感器和数据处理单元，第一加速度传感器与第二加速度传感器相对平行设置，第一加速度传感器和第二加速度传感器均为三轴加速度传感器，数据处理单元为对第一加速度传感器的信号和第二加速度传感器的信号进行处理、计算得出电控操纵杆的操纵手柄位置信息的电信号的可编程控制器，第一加速度传感器和第二加速度传感器分别与可编程控制器的输入端电连接。本发明还公开一种电控操纵杆角度测量方法。本发明的各部件均无机械结构的相对运动，可保证测量精度和数据的可靠性，使电控操纵杆的操作精度较高，提高了电控操纵杆的可靠性。
【专利说明】一种电控操纵杆位置测量系统及其方法【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种位置测量系统及其方法，特别涉及一种测量工程机械用电控操纵杆摆动角度的位置测量系统及其方法。
【背景技术】
[0002]电控操纵杆相对于传统的液压手柄具有较强的独立性和灵活性，逐渐被应用于工程机械领域。该电控操纵杆具有操纵手柄和安装基座，该安装基座固定安装在工程机械上，该操纵手柄通过复位装置与安装基座铰接在一起，该复位装置可使操纵手柄自动复位回原位。现有的电控操纵杆虽然结构形式多种多样，所采样的电信号也不尽相同，但基本原理大同小异，都是采用电位器来实现，即手柄在X轴、I轴方向摆动时，通过机械传动装置改变X轴和I轴电位器的阻值大小，将手柄的位置信息转换为电信号。
[0003]由于电位器存在相对运动的机械结构，长时间工作会对其机械结构造成较大程度的磨损，影响其电气特性，从而使电位器采样到的手柄位置信息较为不准确，进而使电控操纵杆的操作精度差，可靠性低。
[0004]有鉴于此，本 申请人:对现有电控操纵杆的位置测量方式所存在的问题进行深入研究，遂由本案产生。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种电控操纵杆位置测量系统，其测量元件无机械结构的相对运动，可得到精准的电控操纵杆的操纵手柄位置信息的电信号，使电控操纵杆的操作精度闻，提闻了电控操纵杆的可罪性。
[0006]本发明的另一目的在于提供一种电控操纵杆位置测量方法，其可得到精准的电控操纵杆的操纵手柄位置信息的电信号，使电控操纵杆的操作精度高，提高了电控操纵杆的
可靠性。
[0007]为了达成上述目的，本发明的解决方案是:
[0008]一种电控操纵杆角度测量系统，包括位置测量单元和数据处理单元，上述位置测量单元包括第一加速度传感器和第二加速传感器，上述第一加速度传感器安装在电控操纵杆的操纵手柄上，上述第二加速度传感器安装在电控操纵杆的安装基座上，且上述第一加速度传感器与上述第二加速度传感器相对平行设置，上述第一加速度传感器和上述第二加速度传感器均为三轴加速度传感器，上述数据处理单元为对第一加速度传感器的信号和第二加速度传感器的信号进行处理、计算得出电控操纵杆的操纵手柄位置信息的电信号的可编程控制器，上述数据处理单元安装在电控操纵杆的安装基座上，上述第一加速度传感器和上述第二加速度传感器分别与上述可编程控制器的输入端电连接。
[0009]上述可编程控制器的输出端具有电信号输出接口，上述电信号输出接口安装在电控操纵杆的安装基座的外表面上。
[0010]上述第一加速度传感器设置有二个，上述第二加速度传感器对应设置有二个。[0011]一种电控操纵杆角度测量系统的测量方法，包括如下步骤:
[0012](1)、安装第一加速度传感器和第二加速度传感器，安装过程中在安装基座与水平面平行时第一加速度传感器坐标轴上的X轴方向和第二加速度传感器坐标轴上的X轴方向均指向电控操纵杆的正前方，第一加速度传感器坐标轴上的y轴方向和第二加速度传感器坐标轴上的y轴方向均指向电控操纵杆的右侧；
[0013](2)、操作人员摆动电控操纵杆的操纵手柄，第一加速度传感器测得其χ轴、y轴和z轴三个坐标轴上的分量gxl、gyl、gzl，得到第一加速度传感器的位置向量(gxl、gyl、gzl);第二加速度传感器根据工程机械的摆动相应测得其χ轴、y轴和z轴三个坐标轴上的分量gx2、gy2> gz2，得到第二加速度传感器的位置向量(&?、gy2> gz2)；
[0014](3)、第一加速度传感器测得的数据和第二加速度传感器测得的数据分别发送至数据处理单元，数据处理单元接收到第一加速度传感器和第二加速度传感器的发送的数据，并将接收到的数据使用公式Vgx=gxl-gx2, Vgy=gyl-gy2, Vgz=gzl-gz2,计算出操作手柄的操作向量(Vgx, Vgy, Vgz )，再将操作手柄的操作向量映射到以操作手柄与安装基座的铰接点为原点，X轴方向指向电控操纵杆的正前方，Y轴方向指向电控操纵杆右侧，Z轴通过右手定
则确定的全局坐标系的Xy平面，得到映射向量(Vgx，Vgy)，并通过公式|VgAT H^/Vgx2+Vg/
计算出映射向量的模，该映射向量的模即为操作者对操作手柄的操作力度；最后通过公式Θ x=arccos(Vgx/|Vgxy|), Θ y=arccos (Vgy/| Vgxy |)即可得到操作方向(Θ x, 0y)，此操作力度和操作方向即为操作信息，此操作信息通过数据处理单元的输出端发送出去。
[0015]采用上述方案后，本发明的一种电控操纵杆位置测量系统及其方法，其整个系统的各部件均无机械结构的相对运动，可保证测量精度和数据的可靠性，从而使电控操纵杆的操作精度较高，提高了电控操纵杆的可靠性，并具有结构简易，使用寿命长的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明安装在电控操纵杆上的结构示意图；
[0017]图2为本发明的电路原理框图。
[0018]图中:
[0019]位置测量单元 I第一加速度传感器 11
[0020]第二加速度传感器12 数据处理单元2
[0021]电信号输出接口 21 电控操纵杆100
[0022]操纵手柄101 安装基座102
【具体实施方式】
[0023]为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
[0024]本发明的一种电控操纵杆角度测量装置，如图1、2所示，包括位置测量单元I和数据处理单元2，该位置测量单元I包括第一加速度传感器11和第二加速传感器12，第一加速度传感器11固定安装在电控操纵杆100的操纵手柄101内，第二加速度传感器12固定安装在电控操纵杆100的安装基座102上，且第一加速度传感器11与第二加速度传感器12相对平行设置，第一加速度传感器11和第二加速度传感器12均为三轴加速度传感器，且安装过程中在安装基座102与水平面平行时第一加速度传感器11坐标轴上的χ轴方向和第二加速度传感器12坐标轴上的χ轴方向均指向电控操纵杆100的正前方，第一加速度传感器11坐标轴上的I轴方向和第二加速度传感器12坐标轴上的y轴方向均指向电控操纵杆100的右侧，该数据处理单元2为对第一加速度传感器11的信号和第二加速度传感器12的信号进行处理、计算得出电控操纵杆100位置信息的电信号的可编程控制器，该数据处理单元2安装在电控操纵杆100的安装基座102内，该第一加速度传感器11和第二加速度传感器12分别与可编程控制器的输入端电连接，该可编程控制器的输出端具有电信号输出接口 21，电信号输出接口 21安装在电控操纵杆100的安装基座102的外表面上，通过此电信号输出接口 21可方便外界电控系统与数据处理单元2的控制连接。
[0025]本发明中，为了保证电控操作杆100的可靠性，可将第一加速度传感器11设置有二个，第二加速度传感器12与第一加速度传感器11相应设置有二个。
[0026]一种电控操纵杆角度测量系统的测量方法，包括如下步骤:
[0027](I)、安装第一加速度传感器11和第二加速度传感器12，安装过程中在安装基座102与水平面平行时第一加速度传感器11坐标轴上的χ轴方向和第二加速度传感器12坐标轴上的χ轴方向均指向电控操纵杆100的正前方，第一加速度传感器11坐标轴上的y轴方向和第二加速度传感器12坐标轴上的?轴方向均指向电控操纵杆100的右侧，第一加速度传感器11坐标轴上的Z轴方向和第二加速度传感器12坐标轴上的Z轴方向根据右手定则确定；
[0028](2)、操作人员摆动电控操纵杆的操纵手柄，第一加速度传感器11测得其χ轴、y轴和z轴三个坐标轴上的分量gxl、gyl、gzl,得到第一加速度传感器的位置向量(gxl、gyl、gzl)；第二加速度传感器12根据工程机械的摆动相应测得其χ轴、y轴和z轴三个坐标轴上的分量gX2、gy2> gz2，得到第二加速度传感器的位置向量(gx2、gy2> gZ2 )；
[0029](3)、第一加速度传感器11测得的数据和第二加速度传感器12测得的数据分别发送至数据处理单元2，数据处理单元2接收到第一加速度传感器11和第二加速度传感器12的发送的数据，并求解出操作手柄101的操作信息,此操作信息包括操作方向和操作力度，该数据处理单元2的具体求解过程如下所述:
[0030]首先，将接收到的数据使用公式Vgx=gx1-gx2, Vgy=gy1-gy2, Vgz=gzl-gz2,计算出操作手柄的操作向量(Vgx, Vgy, Vgz),再将操作手柄的操作向量映射到以操作手柄与安装基座的铰接点为原点，X轴方向指向电控操纵杆的正前方，Y轴方向指向电控操纵杆右侧，Z轴通过右手定则确定的全局坐标系的xy平面，得到映射向量(Vgx，Vgy)，并通过公式
|Vgxy|=√Vgx2+Vgy2计算出映射向量的模，该映射向量的模即为操作者对操作手柄的操作
力度，该映射向量的模的大小直接反映出操作手柄的操作力度的大小；
[0031]其次，通过映射向量的模求解操作方向的相关参数，此操作方向通守计算映射向量与全局坐标系X轴和y轴的夹角来确定，即映射向量与全局坐标系X轴的夹角θx=arccos(Vgx/|Vgxy)与y轴的夹角 Θ y=arccos(Vgy/|Vgxy|),得到操作方向(θ x，Θ y)；
[0032]最后，计算得到的由操作力度和操作方向组成的操作信息通过数据处理单元2的输出端的电信号输出接口 21发送出去。[0033]本发明的一种电控操纵杆位置测量系统及其方法，其整个系统的各部件均无机械结构的相对运动，可保证测量精度和数据的可靠性，从而使电控操纵杆的操作精度较高，提高了电控操纵杆的可靠性，并具有结构简易，使用寿命长的优点。
[0034]上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属【技术领域】的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
【权利要求】
1.一种电控操纵杆角度测量系统，其特征在于:包括位置测量单元和数据处理单元，上述位置测量单元包括第一加速度传感器和第二加速传感器，上述第一加速度传感器安装在电控操纵杆的操纵手柄上，上述第二加速度传感器安装在电控操纵杆的安装基座上，且上述第一加速度传感器与上述第二加速度传感器相对平行设置，上述第一加速度传感器和上述第二加速度传感器均为三轴加速度传感器，上述数据处理单元为对第一加速度传感器的信号和第二加速度传感器的信号进行处理、计算得出电控操纵杆的操纵手柄位置信息的电信号的可编程控制器，上述数据处理单元安装在电控操纵杆的安装基座上，上述第一加速度传感器和上述第二加速度传感器分别与上述可编程控制器的输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的一种电控操纵杆的角度测量装置及其方法，其特征在于:上述可编程控制器的输出端具有电信号输出接口，上述电信号输出接口安装在电控操纵杆的安装基座的外表面上。
3.根据权利要求1所述的一种电控操纵杆角度测量系统，其特征在于:上述第一加速度传感器设置有二个，上述第二加速度传感器对应设置有二个。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种电控操纵杆角度测量系统的测量方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)、安装第一加速度传感器和第二加速度传感器，安装过程中在安装基座与水平面平行时第一加速度传感器坐标轴上的X轴方向和第二加速度传感器坐标轴上的X轴方向均指向电控操纵杆的正前方，第一加速度传感器坐标轴上的y轴方向和第二加速度传感器坐标轴上的y轴方向均指向电控操纵杆的右侧； (2)、操作人员摆动电控操纵杆的操纵手柄，第一加速度传感器测得其X轴、y轴和z轴三个坐标轴上的分量gxl、gyl、gzl，得到第一加速度传感器的位置向量(gxl、gyl、gzl);第二加速度传感器根据工程机械的摆动相应测得其X轴、y轴和Z轴三个坐标轴上的分量gx2、gy2、gz2，得到第二加速度传感器的位置向量(gx2、gy2、gz2)； (3)、第一加速度传感器测得的数据和第二加速度传感器测得的数据分别发送至数据处理单元，数据处理单元接收到第一加速度传感器和第二加速度传感器的发送的数据，并将接收到的数据使用公式Vgx=gxl-gx2, Vgy=gyl-gy2, Vgz=gzl-gz2,计算出操作手柄的操作向量(Vgx，Vgy, Vgz)，再将操作手柄的操作向量映射到以操作手柄与安装基座的铰接点为原点，X轴方向指向电控操纵杆的正前方，Y轴方向指向电控操纵杆右侧，Z轴通过右手定则确定的全局坐标系的Xy平面，得到映射向量(Vgx, Vgy)，并通过公式IVgvr I= φ/g'2 +Vg/计算出映射向量的模，该映射向量的模即为操作者对操作手柄的操作力度；最后通过公式Θ x=arccos (Vgx/ | Vgxy |), Θ y=arccos (Vgy/ | Vgxy |)即可得到操作方向(θ χ, Θ y)，所述的操作力度和操作方向即为操作信息，该操作信息通过数据处理单元的输出端发送出去。
【文档编号】G01B21/22GK103900521SQ201410104968
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月20日 优先权日:2014年3月20日
【发明者】刘强, 牛大伟, 冯姝婷 申请人:华侨大学