登高车臂架结构及运动空间转换

 

       登高车臂架结构及运动空间转换,   中山石歧出租登高车, 中山石歧租赁登高车, 中山石歧登高车  根据登高车臂架系统的结构特点，可将整个臂架的运动分为两个部分：水平旋转运动和竖直平面运动。

     （1）臂架水平旋转运动。即铰接串联的各臂节随着砖塔水平旋转而转动，各臂节在垂直平面没有移动。砖塔水平旋转，A0A1A2A3A4A5表示水平旋转之前，臂架各臂节关节处位置，A0B1B2B3B4B5表示水平旋转之后，臂架各臂节关节处位置。水平旋转前后臂架的整体姿态一致。旋转之前的各臂节关节处初始位置投影的连线在XOY平面上的投影用实线表示，转动之后的各臂节关节处位置在XOY平面上的投影连线用虚线表示。

    （2）臂架竖直平面运动。当砖塔停止旋转时，在竖直平面内的臂架各臂节可绕相邻结点在垂直平面内进行伸展与收拢。臂架各臂节垂直运动前的位置用实线表示，竖直运动后的位置用虚线表示，B、B、B为臂架结点345A、A、A作竖直运动之后的位置所在。竖直运动之前的各臂节关节处初始位置在XOY平面上的投影用实线表示，竖直运动之后的各臂节关节处位置在XOY平面上的投影用虚线表示，他们的投影相互重合。由于本文所研究的对象是登高车臂架的姿态感知系统，登高车进行作业时是先进行砖塔水平旋转运动，固定之后再进行臂架的竖直平面运动，臂架进行姿态改变时发生在第二动作，此时整个臂架的运动都是在同一平面内进行的。因此我们可将登高车的整个运动简化为在同一平面内进行的。

      登高车臂架运动空间转换,  由登高车的运动模型我们可将登高车运动的第一步即砖塔做旋转动作看作是已知的一部分，即登高车砖塔旋转了角，且顺时针旋转时为负，逆时针旋转时为正，角可由一定的测量工具标定作为已知角。将无线传感网节点应用于登高车臂架模型时，由于参考节点是位置是固定的，因此参考节点将置于登高车车身上，待测节点置于登高车臂架上，此时的参考节点与待测节点不处于同一平面。由于目前基于三维的定位优化算法研究还不是很多，精度还无法达到很多工程应用的要求。且臂架各臂节运动所处同一平面，以二维的坐标来显示臂架的姿态变化能更加形象简单。因此在简化的运动模型中我们将参考节点所处的三维空间坐标投影到臂架各臂节所处的二维平面中，同时将参考节点和待测节点的实测三维距离投影成二维平面距离，以实现参考节点和待测节点处同一平面。最后将本文所研究的二维定位优化算法应用到臂架的节点定位中，实现登高车臂架的精确感知。为实现坐标转换，首先预定义一个能模拟登高车所处位置的三维空间直角坐标系。自定义的登高车坐标系XYZ。该坐标系是以转台为原点O，垂直于X轴且竖直向上方向为Z轴，从原点出发平行于车身并沿登高车车尾方向为X轴，利用右手准则确定Y轴。登高车砖塔未旋转时臂架所处的平面为XOZ平面，此时臂架所处的平面在XOZ平面上的投影与OX轴重合。当登高车砖塔水平逆时针旋转角时，此时伸展开来的登高车臂架所处的平面在XOY平面上的投影为OA'，此时登高车各臂节所处的平面可以用A'OZ表示。假定参考节点Anchor在直角坐标系中的位置，其三维坐标为OOO(x,y,z)，Anchor投影到A'OZ平面上的投影为Anchor'，此时'Anchor在A'OZ平面上的坐标我们用OO(a,b)表示。d表示待测节点1A与实际参考节点Anchor之间的实测距离(由无线测距模块测得的距离)，d’表示实测距离d投影到二维平面A'OZ上面的距离。Anchor、Anchor'、d、d’在坐标系中的位置显示。zA1oA2A3xyA0A4A5θA'dd’图2-5三维空间坐标系在这里我们以登高车臂架所处的平面A'OZ建立一个二维的登高车坐标系，其中'A轴为登高车臂架各臂节在三维直角坐标系XOY平面中的投影，Z轴与原坐标系定义相同。OA’Z转台aobo图2-6登高车坐标系13由几何关系，坐标转换之后的Z轴不变，因此有：222Oooooaxxtansin.   由此我们实现了参考节点由三维空间坐标OOO(x,y,z)到二维平面坐标OO(a,b)的转换。同时，由几何换算可得到投影后的距离d’,  由此我们实现了由三维实测距离d到二维投影距离d'的转换。为了简化此换算步骤，在本文后面的研究中，我们所描述的参考节点坐标都是换算到二维平面上的坐标，我们所用到的实测距离都是投影到二维平面上的距离。为方便理解，砖塔水平旋转角度时臂架各臂节所处的平面A'OZ直接用XOY平面坐标表示。

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      登高车臂架精确感知技术的系统设计, 本文利用Chirp扩频信号（CSS）抗干扰能力强、时间分辨率高的特点研制并实现了一个高精度的登高车臂架精确感知系统。该系统采用基于cortex-M4内核的TI-TM4C123G微处理器及无线测距模块STM8建立模拟臂架系统，并进行实时数据处理及仿真分析，完成了新型登高车臂架定位方法及其定位装置。系统在工程机械车辆上安装中心基站和参考节点，无线传感网中中心节点亦叫做簇头。在登高车臂架或者活动机构上安装待测节点（或称为移动节点），通过测距和定位在簇头获得待测节点的二维和三维坐标，并发送到机械的核心控制器用于智能控制。一组姿态感知系统启动后，簇头作为主控节点首先扫描覆盖范围内是否还存在其他簇头（含簇标识符），然后根据簇头数量的大小来决定系统间定位MAC协议，求解出相互的坐标，并将自身姿态信息发送给邻近（一跳范围内）簇头。利用这些信息，簇头可计算自身姿态与周围机械作业空间是否相交，判断当前姿态运行趋势和周围机械臂架是否会发生碰撞，如果有可能碰撞则发出报警，同时发送至工程机械核心控制器，由于防碰撞算法不是本文研究的主要内容，在这里我们不做详细的介绍。其中，5块STM8无线测距模块作为登高车臂架的5个关节处节点，即待测节点；4块STM8无线测距模块作为三维坐标系中的4个参考节点；簇头以cortex-M4模块作为数据处理和显示中心。簇头置于每一辆工程机械车辆上，与核心控制器通过CAN总线进行数据通信。簇头先根据参考节点之间的距离信息建立起一个坐标系，然后根据参考节点和移动节点之间的距离信息，计算出臂架末端位置与登高车转塔之间的相对坐标。由于NA5TR1提供3个可自由调整中心频率的非重叠2.4GHZISM频道，因此在测距时用的是80M频段，无线数据传输时用的是22M频段。基于以上思路，该登高车臂架姿态感知系统的姿态感知系统简图。四个参考节点位置固定且不处于同一平面，位于臂架各节点处的五个移动节点分别与四个参考节点分别进行无线测距，采用80M频段；待测节点再将测得的距离信息通过无线传输给中心节点，采用22M频段；中心节点根据得到的距离信息以及预设的参考节点坐标通过定位算法可得出各移动节点相对于中心节点为参考的具体坐标信息，同时中心节点可将得到的坐标信息转换为臂架的位置关系及运动轨迹通过CAN总线传输到核心控制器进行集中显示。

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