[发明专利]一种基于卡尔曼滤波算法的装载机铲斗受力测试方法有效

专利信息
申请号: 201910620363.8 申请日: 2019-07-10
公开(公告)号: CN110285907B 公开(公告)日: 2021-01-29
发明(设计)人: 王继新;高广宗;韩云武 申请(专利权)人: 吉林大学
主分类号: G06F17/11 分类号: G06F17/11;G06F17/16;G01L5/00
代理公司: 长春吉大专利代理有限责任公司 22201 代理人: 刘程程
地址: 130012 吉*** 国省代码: 吉林;22
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 卡尔 滤波 算法 装载 机铲斗受力 测试 方法
【说明书】:

本发明公开了一种基于卡尔曼滤波算法的装载机铲斗受力测试方法,首先测量并计算动臂缸出力与摇臂缸出力,然后测量动臂缸与摇臂缸的位移,并计算出铲斗工作位置姿态,最后建立力矩平衡组,并通过卡尔曼滤波算法推导铲斗在竖直方向的受力和在水平前进方向的受力。本发明基于液压系统压力传感器,结合液压缸行程的无线激光传感器测量,并利用卡尔曼滤波算法实时计算装载机铲斗受力情况,既能应对复杂恶劣的作业环境,同时可以降低系统噪声和环境噪声所产生的影响,此外,适用本发明所述测试方法的装载机无需改装,测试过程简单易行。

技术领域

本发明属于工程机械测试技术领域,具体涉及一种基于卡尔曼滤波算法的装载机铲斗受力测试方法。

背景技术

装载机广泛应用于筑路、建筑、矿山等领域。装载机铲斗受力的测试,一方面可以为分布式驱动装载机的转矩分配提供分配依据,另一方面可以为装载机载荷谱测试提供数据依据,因此高效、可靠、方便地测量装载机铲斗受力是装载机智能化设计和可靠性设计的必要条件。

现有的装载机铲斗受力测试技术中,如专利“转载该机铲斗受力测试装置”,“专利号:ZL201520539630.6”,需要专用的销轴力传感器,改装复杂成本高。又如专利“装载机铲斗受力测试方法”,“专利号:CN105973510A”需要在工作装置上贴装应变片,难以满足装载机在复杂、恶劣环境作业时的测试使用。

发明内容

针对上述现有技术中的不足,本发明提供了一种基于卡尔曼滤波算法的装载机铲斗受力测试方法,本发明以简单可行的方法解决装载机在复杂、恶劣环境中作业时铲斗受力的测试问题。结合说明书附图,本发明的技术方案如下:

一种基于卡尔曼滤波算法的装载机铲斗受力测试方法,所述方法具体过程如下:

步骤一:测量并计算动臂缸出力与摇臂缸出力;

步骤二:测量动臂缸与摇臂缸的位移,并计算出铲斗工作位置姿态:

步骤三:建立力矩平衡组,并通过卡尔曼滤波算法推导铲斗在重力方向的受力和在水平前进方向的受力。

所述步骤一的具体过程如下:

在动臂缸上安装的第一压力传感器测得动臂缸的管路压力为P1,在摇臂缸上安装的第二压力传感器测得摇臂缸的管路压力为P2,动臂缸出力F1与摇臂缸出力F2可由以下公式获得:

其中,动臂缸液压杆的直径为d1,摇臂缸液压杆的直径为d2,动臂缸和摇臂缸的机械效率均为ηm,d1、d2、ηm均为设计值。

所述步骤二的具体过程如下:

令动臂与前车架安装铰点的回转中心为O点,令动臂缸与前车架铰接点回转中心为A点,令动臂缸与动臂铰接点回转中心为B点,令动臂质心为Q点,令动臂与铲斗铰接点回转中心为M点,令摇臂缸与摇臂铰接点回转中心为C点,令摇臂与动臂铰接点回转中心为D点,令摇臂与连杆铰接点回转中心为E点,令连杆与铲斗铰接点回转中心为N点,令铲斗质心为S点,铲斗去除斗齿后的斗尖位置为受力位置,令其为U点;其中,点B、C、D、E、M、N、Q、S和U均为动点;

上述各点坐标分别为(ix,iy),其中i=A、B、C、D、E、N、M、Q、S、U;

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