本发明专利技术包括一种系统和一种方法，通过所述系统和方法可感应例如平台的机械元件的倾角，并可消除可能由切向和径向加速度导致的误差。所述平台限定了正交的Ｘ轴和Ｙ轴，以及与Ｘ轴和Ｙ轴二者正交的Ｚ轴。所述平台可围绕平行于Ｚ轴延伸的轴旋转。所述系统包括测斜仪，所述测斜仪被安装在平台上与旋转轴相隔距离ｒ的位置，所述测斜仪用于提供指示Ｘ和Ｙ方向上的加速度的测斜仪输出，所述测斜仪输出分别被指定为Ｉｘ和Ｉｙ。从旋转轴到测斜仪的直线与Ｘ轴形成夹角Ｂ。速率陀螺被安装在平台上。所述速率陀螺感应平台围绕旋转轴的旋转速度ｗ，并提供指示旋转速度ｗ的速率陀螺输出。一个电路对所述速率陀螺输出求微分以确定平台的角加速度ｄｗ／ｄｔ。一个电路用值ｒ乘以所述角加速度，以确定平台上安装了测斜仪的点处的切向加速度ｒ（ｄｗ／ｄｔ）。一个电路分解平台上安装了测斜仪的点处的切向加速度以确定其Ｘ轴分量，并分解平台上安装了测斜仪的点处的切向加速度以确定其Ｙ轴分量。一个电路从平行于Ｘ轴的方向上感应的加速度Ｉｘ中减去平台上安装了测斜仪的点处的切向加速度的Ｘ轴分量，并且从平行于Ｙ轴的方向上感应的加速度Ｉｙ中减去平台上安装了测斜仪的点处的切向加速度的Ｙ轴分量。结果，所述测斜仪输出Ｉｘ和Ｉｙ校正由径向加速度导致的误差。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于校正参照重力的倾角传感器(或测斜仪)中的运动诱导加速度产 生的测量误差的装置。通常期望已知机械的可动构件相对于地球重力或相对于其它机械元 件的倾角。实现此目的的一个方法在于将参照重力的测斜仪附于可动构件或元件。本专利技术 提供了一种改善这种测斜仪在可动构件的旋转期间的性能的方法。本专利技术对正切和旋转加 速度对感应重力加速度的测斜仪作出的测斜仪测量的影响做了校正。
技术介绍
特别有用的是，能监视各种施工设备元件的取向。例如，这种可动元件可以是挖掘 机的吊臂、铲斗柄、提斗或底盘平台，或者是推土机、平路机或铲土机的叶片或底盘平台。在 多种情况下，随着在操作者的控制下或在自动控制系统的控制下的可动构件的倾角改变， 可动构件围绕已知点或轴旋转。由于多种原因，例如参照重力的测斜仪的坚固耐用性、可靠 性、小尺寸、安装的简易性以及低成本，参照重力的测斜仪特别适合用于施工设备应用。来 自这种参照重力的测斜仪的有用的和期望的输出信号是其相对于水平面的倾角的测量。相 对于地球重力测量所述水平面。为了测量相对于重力的倾角，传感器响应于沿着灵敏轴的 重力加速度的矢量分量。由于这种类型的传感器不能识别重力加速度和非重力源加速度， 因此它本质上对机械运动产生的加速度敏感。直线或平移运动和振动也产生可测量的加速 度。这些非重力源加速度可导致来自测斜仪的非期望的和错误的输出信号。这种错误信号 的大小与测斜仪经历的非重力加速度是成比例的。在一些情况下，非期望的信号与期望的 倾角测量相比是巨大的，使得在产生这种非期望加速度的运动停止之前的传感器输出不可 靠且不能用。当可动构件绕轴转动时，构件的旋转将导致在径向方向上的加速度测量误差。当 这种旋转的速度变化时，也将在运动方向的切线方向产生加速度测量误差。这种切向加速 度被限定为旋转物体上与旋转轴的距离为“r”的一个点的直线或平移加速度。可动构件上 任何位置处的切向加速度均为角加速度和与距离枢转点或轴(可动构件围绕所述枢转点 或轴转动)的径向距离“r”的乘积。附于机械的可动构件的参照重力的测斜仪可理想地被 设置在所述构件枢转或旋转时所围绕的轴处。因此，距离“r”将等于零，并且将不存在作用 于测斜仪上的来自可动构件的角运动的切向加速度。在实际环境下，不可能或不期望将测 斜仪设置在构件旋转所围绕的轴处。用于显示或控制施工机械的可动构件的位置的系统目前以多种形式存在。在可用 的传感器中，由于多种原因，包括坚固耐用性、可靠性、小尺寸、安装的简易性以及低成本， 参照重力的测斜仪在施工设备应用中是有用的。当这种参照重力的测斜仪未被精确设置在 轴(可动构件绕所述轴枢转或旋转)处时，很难获取精确的倾角读数。过滤这种测斜仪的 输出以获取更稳定的信号(其具有叠加在该信号上的较少抖动)是常见的。然而，低通过 滤也将潜在因素带入了角测量。结果，必须暂时将机械或其元件维持静止，以便于获取精确的位置信息。另外，在控制系统中，潜在因素是不合需要的，其可能造成系统的不稳定。因此，可以看出，需要一种当测斜仪被安装在枢转或旋转的机械元件上时，校正参 照重力的测斜仪中被加速度诱导的测量误差的装置，并且需要这样一种装置，其中测斜仪 的速度和精度被提高。
技术实现思路
根据本专利技术的用于感应平台相对于重力的倾角的系统和方法满足这些需求。单词 “平台”旨在包括测斜仪被安装在其上的任何机械元件，并且不限于支承其它机械元件的机 械元件。平台限定了正交的X轴和Y轴，以及与X轴和Y轴二者正交的Z轴。所述平台能够 绕平行于ζ轴延伸的旋转轴旋转。所述系统包括安装在平台上与旋转轴相隔距离r的位置 处的测斜仪，所述测斜仪用于提供指示X和Y方向上的加速度的测斜仪输出，它们分别被指 定为、和、。从旋转轴到测斜仪的直线与X轴形成了夹角B。速率陀螺被安装在平台上。 所述速率陀螺感应平台围绕旋转轴的旋转速度w，并提供指示旋转速度w的速率陀螺输出。 一个电路对速率陀螺输出求微分以确定平台的角加速度dw/dt。一个电路通过值r乘以所 述角加速度来确定平台上安装了测斜仪的点处的切向加速度r(dw/dt)。一个电路分解平台 上安装了测斜仪的点处的切向加速度以确定其X轴分量，并且分解平台上安装了测斜仪的 点处的切向加速度以确定其Y轴分量。一个电路从平行于X轴方向上感应的加速度Ix中 减去平台上安装了测斜仪的点处的切向加速度的X轴分量，并且从平行于Y轴方向上感应 的加速度Iy中减去平台上安装了测斜仪的点处的切向加速度的Y轴分量。结果，测斜仪输 出Ix和Iy被用于校正可能由切向加速度导致的误差。所述系统还可包括一个电路，其用于将平台围绕旋转轴的速度w进行平方，并用 距离r乘以旋转速度的平方以确定平台的径向加速度。一个电路分解平台上安装了测斜仪 的点处的径向加速度以确定其X轴分量，并分解平台上安装了测斜仪的点处的径向加速度 以确定其Y轴分量。一个电路从平行于X轴方向上感应的加速度Ix中减去平台上安装了 测斜仪的点处的径向加速度的X轴分量，并且从平行于Y轴方向上感应的加速度Iy中减去 平台上安装了测斜仪的点处的径向加速度的Y轴分量。结果，测斜仪输出、和Iy被用于校 正可能由径向加速度导致的误差。用于分解平台上安装了测斜仪的点处的径向加速度以确定其X轴分量，并用于分 解平台上安装了测斜仪的点处的径向加速度以确定其Y轴分量的所述电路分别用COS(B) 和Sin(B)乘以平台上安装了测斜仪的点处的径向加速度来确定X轴和Y轴分量。用于分 解平台上安装了测斜仪的点处的切向加速度以确定其X轴分量，并用于分解平台上安装了 测斜仪的点处的切向加速度以确定其Y轴分量的所述电路分别用Sin(B)和C0s(B)乘以平 台上安装了测斜仪的点处的切向加速度来确定X轴和Y轴分量。提供了一种用于感应平台相对于重力的倾角的方法，所述平台限定了正交的X轴 和Y轴，以及与X轴和Y轴二者正交的Z轴，所述平台可围绕平行于Z轴延伸的旋转轴旋转。 所述方法包括以下步骤a.)感应来自被安装在平台上与旋转轴间隔距离r的位置处的测 斜仪的X方向和Y方向上的加速度，所述加速度分别被指定为1,和Iy，并提供所述测斜仪输 出；b.)感应平台围绕旋转轴的旋转速度w，并提供指示旋转速度w的输出；c.)对旋转速度 w求微分以确定平台的角加速度dw/dt ；d.)用值r乘以角加速度以确定平台上安装了测斜7仪的点处的切向加速度r(dw/dt) ；e.)分解平台上安装了测斜仪的点处的切向加速度以确 定其X轴分量；f.)分解平台上安装了测斜仪的点处的切向加速度以确定其Y轴分量；g.) 从平行于X轴方向上感应的加速度Ix中减去平台上安装了测斜仪的点处的切向加速度的X 轴分量；以及h.)从平行于Y轴方向上感应的加速度Iy中减去平台上安装了测斜仪的点处 的切向加速度的Y轴分量，由此，测斜仪输出Ix和Iy被用于校正可能由切向加速度导致的 误差。所述方法还可包括以下步骤i.)将平台围绕旋转轴的旋转速度w进行平方，并用 距离r乘以所述旋转速度的平方，以提供平台的径向加速度；.j.)分解平台上安装了测斜 仪的点处的径向加速度以确定其X轴分量；k.)分解平台上安装了测斜仪的点处的径向加 速度以确定其Y轴分量；1.)从平行于X轴方向上感应的加速度I本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于感应元件相对于重力的倾角的系统，所述元件限定了正交的Ｘ轴和Ｙ轴，以及与所述Ｘ轴和Ｙ轴二者正交的Ｚ轴，所述元件可围绕平行于所述Ｚ轴延伸的旋转轴旋转，所述系统包括： 测斜仪，所述测斜仪被安装在所述元件上与所述旋转轴间隔距离ｒ的位置处，所述测斜仪用于提供指示Ｘ和Ｙ方向上的加速度的测斜仪输出，所述测斜仪输出分别被指定为Ｉ↓［ｘ］和Ｉ↓［ｙ］，从所述旋转轴到所述测斜仪的直线与所述Ｘ轴形成夹角Ｂ； 传感器，所述传感器被安装在平台上，所述传感器用于感应元件围绕所述旋转轴的旋转速度ｗ，并提供指示所述旋转速度ｗ的传感器输出； 电路，所述电路用于对所述传感器输出求微分以确定所述元件的角加速度ｄｗ／ｄｔ； 电路，所述电路用值ｒ乘以所述角加速度，以确定所述元件上安装了所述测斜仪的点处的切向加速度ｒ（ｄｗ／ｄｔ）； 电路，所述电路分解所述元件上安装了所述测斜仪的所述点处的切向加速度，以确定其Ｘ轴分量，并分解所述平台上安装了所述测斜仪的所述点处的切向加速度，以确定其Ｙ轴分量；以及 电路，所述电路从平行于所述Ｘ轴的方向上感应的所述加速度Ｉ↓［ｘ］中减去所述元件上安装了所述测斜仪的所述点处的所述切向加速度的所述Ｘ轴分量，并且从平行于所述Ｙ轴的方向上感应的所述加速度Ｉ↓［ｙ］中减去所述元件上安装了所述测斜仪的所述点处的所述切向加速度的所述Ｙ轴分量，由此，所述测斜仪输出Ｉ↓［ｘ］和Ｉ↓［ｙ］被用于校正可能由径向加速度导致的误差。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：F·B·道格拉斯，
申请(专利权)人：卡特彼勒天宝控制技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US
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