专利名称：一种作业臂工位的实时测量系统及其测量方法
一种作业臂工位的实时测量系统及其测量方法技术领域：
本发明涉及工程机械领域，具体涉及一种作业臂工位的实时测量系统及其测量方法。
背景技术：
已知的，在地下工程与隧道、水利、建筑、电力、道路、矿山、港口和国防等工程施工过程中，大多数的机械设备都需要掌握或控制机器作业臂的工作角度，从而达到较好的施工效果，通过精确控制作业臂工作角度可以提高机械设备的作业效率和作业精度，保证施工质量，提高施工安全等，在实际施工过程中，操作人员可以通过控制作业臂的实时工作角度可达到远程操作、实时调控的效果，进而实现了降低生产的成本诉求。目前，测量机械设备作业臂空间的角度多采用全站仪、量角仪类测量器械进行人工测量，而采用上述方法测量工程机械设备作业臂的工作角度时，既费时又费力，并且难以实现实时测量，无法满足施工作业需求，即便是一些对于作业角度要求严格的工程机械设备自身配备了工作臂的角度控制系统，一般多采用电液联合控制体系，但由于其大大增加了机械生产成本，经济性差，无法得到快速推广，那么如何提高一种即便捷，生产成本又低，又能进行实时测量作业臂位置的系统和测量方法就成了本领域技术人员的长期技术诉求。
发明内容
为克服上述技术的不足，本发明提供了一种作业臂工位的实时测量系统及其测量方法，本发明通过在作业臂上设置测量系统，并通过无线控制终端实时显示作业臂的空间姿态方位角、俯仰角和翻滚角的角度，本发明能较好的实现实时测量的目的，从而提高作业精度和作业效率，设备可实时测量，同步显示，并且能够灵活拆卸，可适用于不同类型工程机械之间的互换，经济性高，适合大范围推广和应用。为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案
一种作业臂工位的实时测量系统，由三轴加速度计、三轴磁强计、三轴陀螺仪、温度传感器、数据存储器、数字信号处理器、程序存储器和数据接口构成测量单元，所述测量单元连接无线模块，所述无线模块和测量单元分别连接电源，所述无线模块与无线控制终端实现无线连接形成作业臂工位的实时测量系统；
所述数字信号处理器分别连接三轴加速度计、三轴磁强计、三轴陀螺仪、温度传感器、数据存储器、程序存储器和数据接口 ；
所述数据接口连接无线模块；
所述无线控制终端包括无线发送与接收模块、中央处理器、存储器、输入键盘和液晶显示器，其中无线发送与接收模块和无线模块通过显示器和输入键盘进行数据的通讯和控制，即显示实时测量的数据。所述的作业臂工位的实时测量系统，所述三轴加速度计用于确定作业臂初始的姿态，并修正和确定三轴陀螺仪在水平方向的漂移。所述的作业臂工位的实时测量系统，所述三轴磁强计用于提供方位角的初始对准以及修正三轴陀螺仪的方位角漂移。所述的作业臂工位的实时测量系统，所述三轴陀螺仪用于测量作业臂的绝对角速率，然后作业臂的姿态角就能通过设定的解算方法来获得。所述的作业臂工位的实时测量系统，所述三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁强计和温度传感器得到的数据，全部被传输到数字信号处理器中。所述的作业臂工位的实时测量系统，所述数据接口为RS-485A数据接口，所述RS485A数据接口接收航姿信息及原始数据，同时也能通过命令方式进行交互操作。一种作业臂工位的实时测量系统的测量方法，所述方法包括以下步骤
1)、将测量系统安装在机器的作业臂上，测量系统能动态测量作业臂的方位角、俯仰角和翻滚角；
2)、测量系统安装完毕后将测量系统的电源打开，使测量系统处于待机状态；
3)、打开无线控制终端的电源，使无线控制终端与测量系统进行无线通讯，即可实时测量作业臂的空间姿态，其中作业臂的方位角测量误差<0.2°、俯仰角及翻滚角误差^ O. 05°，重复性误差彡O. 5°，内部更新率IOOHz ;
4)、通过无线控制终端的输入键盘能实现对测量数据的控制；
5)、测量结束后，关闭电源即完成了一次测量。采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性
本发明所述的一种作业臂工位的实时测量系统及其测量方法，本发明通过在作业臂上设置测量系统，并通过无线控制终端实时显示和控制作业臂的方位角、俯仰角和翻滚角的角度，本发明能较好的实现实时测量的目的，从而提高作业精度和作业效率，本发明具有轻便灵活，重复拆卸，多机型匹配的特点，且操作方法简单，实施成本低，测量精度高，适合大范围推广和应用。

图I为本发明机械作业臂空间姿态测量示意 图2为本发明测量装置结构原理 图3为本发明姿态测量单元的结构原理 图中1、作业臂；2、测量系统；3、无线控制终端。
具体实施方式
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；
结合附图2 3所述一种作业臂工位的实时测量系统，由三轴加速度计、三轴磁强计、三轴陀螺仪、温度传感器、数据存储器、数字信号处理器(DSP)、程序存储器和数据接口构成测量单元，所述测量单元连接无线模块，所述无线模块和测量单元分别连接电源，所述无线模块与无线控制终端3实现无线连接形成作业臂I工位的实时测量系统2 ;所述数字信号处理器分别连接三轴加速度计、三轴磁强计、三轴陀螺仪、温度传感器、数据存储器、程序存储器和数据接口 ；所述数据接口连接无线模块；所述无线控制终端3包括无线发送与接收模块、中央处理器、存储器、输入键盘和液晶显示器，其中无线发送与接收模块和无线模块通过显示器和输入键盘进行数据的通讯和控制，即显示实时测量的数据。所述的作业臂工位的实时测量系统，所述三轴加速度计用于确定作业臂I初始的姿态，并修正和确定三轴陀螺仪在水平方向(俯仰角和翻滚角)的漂移。所述的作业臂工位的实时测量系统，所述三轴磁强计用于提供方位角的初始对准以及修正三轴陀螺仪的方位角漂移。
所述的作业臂工位的实时测量系统，所述三轴陀螺仪用于测量作业臂I的绝对角速率，然后作业臂I的姿态角(方位角、俯仰角和翻滚角)就能通过设定的解算方法来获得。所述的作业臂工位的实时测量系统，所述三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁强计和温度传感器得到的数据，全部被传输到数字信号处理器(嵌入式系统DSP)中。所述的作业臂工位的实时测量系统，所述数据接口为RS-485A数据接口，所述RS485A数据接口接收航姿信息及原始数据，同时也能通过命令方式进行交互操作。结合附图I实施本发明所述的一种作业臂工位的实时测量系统的作业臂工位的实时测量测量方法，所述方法包括以下步骤
1)、将测量系统2安装在机器的作业臂I上，测量系统2能动态测量作业臂I的方位角、俯仰角和翻滚角；
2)、测量系统2安装完毕后将测量系统2的电源打开，使测量系统2处于待机状态；
3)、打开无线控制终端3的电源，使无线控制终端3与测量系统2进行无线通讯，即可实时测量作业臂I的空间姿态，其中作业臂I的方位角测量误差< O. 2。、俯仰角及翻滚角误差彡O. 05°，重复性误差彡0.5°，内部更新率IOOHz ;
4)、通过无线控制终端3的输入键盘能实现对测量数据的控制；
5)、测量结束后，关闭电源即完成了一次测量。 本发明未详述部分为现有技术。为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。
权利要求
1.一种作业臂工位的实时测量系统，其特征是由三轴加速度计、三轴磁强计、三轴陀螺仪、温度传感器、数据存储器、数字信号处理器、程序存储器和数据接口构成测量单元，所述测量单元连接无线模块，所述无线模块和测量单元分别连接电源，所述无线模块与无线控制终端(3)实现无线连接形成作业臂(I)工位的实时测量系统(2); 所述数字信号处理器分别连接三轴加速度计、三轴磁强计、三轴陀螺仪、温度传感器、数据存储器、程序存储器和数据接口 ； 所述数据接口连接无线模块； 所述无线控制终端(3)包括无线发送与接收模块、中央处理器、存储器、输入键盘和液晶显示器，其中无线发送与接收模块和无线模块通过显示器和输入键盘进行数据的通讯和控制，即显示实时测量的数据。
2.根据权利要求I所述的作业臂工位的实时测量系统，其特征是所述三轴加速度计用于确定作业臂(I)初始的姿态，并修正和确定三轴陀螺仪在水平方向的漂移。
3.根据权利要求I所述的作业臂工位的实时测量系统，其特征是所述三轴磁强计用于提供方位角的初始对准以及修正三轴陀螺仪的方位角漂移。
4.根据权利要求I所述的作业臂工位的实时测量系统，其特征是所述三轴陀螺仪用于测量作业臂(I)的绝对角速率，然后作业臂(I)的姿态角就能通过设定的解算方法来获得。
5.根据权利要求I所述的作业臂工位的实时测量系统，其特征是所述三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁强计和温度传感器得到的数据，全部被传输到数字信号处理器中。
6.根据权利要求I所述的作业臂工位的实时测量系统，其特征是所述数据接口为RS-485A数据接口，所述RS485A数据接口接收航姿信息及原始数据，同时也能通过命令方式进行交互操作。
7.实施权利要求I 6任一权利要求所述的一种作业臂工位的实时测量系统的一种作业臂工位的实时测量系统的测量方法，所述方法包括以下步骤 . 1)、将测量系统(2)安装在机器的作业臂(I)上，测量系统(2)能动态测量作业臂(I)的方位角、俯仰角和翻滚角； .2)、测量系统(2)安装完毕后将测量系统(2)的电源打开，使测量系统(2)处于待机状态； .3 )、打开无线控制终端(3 )的电源，使无线控制终端(3 )与测量系统(2 )进行无线通讯，即可实时测量作业臂(I)的空间姿态，其中作业臂(I)的方位角测量误差≤ O. 2。、俯仰角及翻滚角误差≤O. 05°，重复性误差≤O. 5°，内部更新率IOOHz ; . 4)、通过无线控制终端(3)的输入键盘能实现对测量数据的控制； .5)、测量结束后，关闭电源即完成了一次测量。
全文摘要
一种作业臂工位的实时测量系统及其测量方法，涉及工程机械领域，本发明通过在作业臂上设置测量系统，并通过无线控制终端实时显示和控制作业臂的方位角、俯仰角和翻滚角的角度，本发明能较好的实现实时测量的目的，从而提高作业精度和作业效率，本发明具有轻便灵活，重复拆卸，多机型匹配的特点，且操作方法简单，实施成本低，测量精度高，适合大范围推广和应用。
文档编号G01C1/00GK102914284SQ20121039806
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月19日 优先权日2012年10月19日
发明者洪开荣, 于少辉, 白中坤, 于保亮, 王刚, 李治国, 李建华, 杨立新, 罗占夫, 张文新 申请人:中铁隧道集团有限公司