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基于單片機(jī)的機(jī)電調(diào)平試驗(yàn)系統(tǒng)研究論文
0 引言
很多特殊用途的工程車輛在工作之前要先進(jìn)行精度較高的水平調(diào)整，要求調(diào)平速度快，自動(dòng)化程度高，還要可靠性高。過去主要采用手工調(diào)平，由多人反復(fù)操作調(diào)節(jié)支腿，通過觀察氣泡達(dá)到水平，這種方法不僅調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)，而且精度低。目前調(diào)平系統(tǒng)應(yīng)用較多的是采用液壓調(diào)平，但液壓調(diào)平系統(tǒng)也有諸多缺點(diǎn)，如調(diào)平時(shí)間較長(zhǎng)、響應(yīng)遲鈍、漏油、成本高、維護(hù)困難等問題。機(jī)電調(diào)平相比比液壓調(diào)平優(yōu)點(diǎn)是調(diào)平時(shí)間短，精度高，可靠性好等。
1 單支腿機(jī)械結(jié)構(gòu)
本文提出一種基于單片機(jī)的機(jī)電式自動(dòng)調(diào)平試驗(yàn)系統(tǒng)，調(diào)平支腿主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、絲杠螺母、內(nèi)外套筒、限位螺釘以及行程開關(guān)組成，結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。支腿通過控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的起停以及轉(zhuǎn)向?qū)?dòng)力和轉(zhuǎn)矩輸出，由錐齒輪傳遞進(jìn)行減速，同時(shí)將力矩傳遞給絲杠，把電機(jī)的螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)支腿的舉升和收藏運(yùn)動(dòng)，并且由限位螺釘實(shí)現(xiàn)支腿的快速升降功能，由上下行程開關(guān)來限制支腿的行程，調(diào)平結(jié)束后，由力傳感器判斷虛腿。
2 平臺(tái)調(diào)平方式
現(xiàn)有調(diào)平系統(tǒng)的支撐方式主要有三點(diǎn)式、四點(diǎn)式以及多點(diǎn)式調(diào)平，其中多點(diǎn)式是指六點(diǎn)以上的調(diào)平方式。
2.1 三點(diǎn)式調(diào)平
由幾何知識(shí)可知不在同一條直線上的三點(diǎn)確定一個(gè)平面，或者等效為不平行的兩條直線確定一個(gè)平面，故可以在相交直線上各安裝一個(gè)傾角傳感器，通過考察平面內(nèi)兩條相交直線是否水平，來判斷平臺(tái)的水平度。
2.2 四點(diǎn)式調(diào)平
對(duì)于四點(diǎn)式調(diào)平系統(tǒng)的四條支腿布置方式按對(duì)稱式布置，分別將四條支腿置于四個(gè)角的位置，這種四腿支撐的方式保證了平臺(tái)受力均勻，四條支腿分列兩側(cè)也保證了調(diào)平系統(tǒng)平臺(tái)的穩(wěn)定性，同時(shí)也增強(qiáng)了平臺(tái)的抗顛覆性能力。
2.3 多點(diǎn)式調(diào)平
多點(diǎn)式調(diào)平的原理相近，考慮到在調(diào)平系統(tǒng)工作中平臺(tái)會(huì)發(fā)生形變，為了解決這個(gè)問題，通過增加支腿數(shù)量來減少平臺(tái)發(fā)生形變。這顯然達(dá)到了目的，但在多支腿調(diào)平系統(tǒng)的調(diào)平過程中，由于支腿的增加使得調(diào)平算法復(fù)雜，控制系統(tǒng)也變得復(fù)雜，與此同時(shí)調(diào)平系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的調(diào)平時(shí)間也會(huì)相應(yīng)增加，各個(gè)支腿的受力不均勻，虛腿問題更加突出。
3 電控系統(tǒng)硬件構(gòu)成
傾角傳感器：選用高精度數(shù)字雙軸傾角傳感器，能輸出X、Y兩個(gè)垂直方向上的角度，分辨率為0.002o，可選RS232接口，波特率可調(diào)，工作方式為應(yīng)答模式和自動(dòng)模式。
壓力傳感器：測(cè)量支腿所承受的壓力，采用RS232接口，工作于應(yīng)答模式。
位置傳感器：選用性能較穩(wěn)定的接近開關(guān)，用于限制絲杠的行程。
單片機(jī)：選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52單片機(jī)，接收操作人員的控制按鍵輸入，把接收到的傾角傳感器和壓力傳感器的數(shù)值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并把結(jié)果顯示在數(shù)碼管上，并且選擇匹配的調(diào)平方式，驅(qū)動(dòng)電機(jī)按合適的方向運(yùn)動(dòng)和的距離，實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)調(diào)平。
報(bào)警電路：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，如壓力過大、絲杠超出行程，會(huì)通過蜂鳴器或點(diǎn)亮發(fā)光二極管通知操作人員。
4 調(diào)平方法研究
調(diào)平系統(tǒng)的調(diào)平方法主要包括角度誤差調(diào)平法和位置誤差調(diào)平法。角度誤差調(diào)平法通過直接檢測(cè)平臺(tái)的X軸和Y軸的傾角值，通過伸長(zhǎng)或縮短支腿，使傾角值減小到要求的誤差范圍之內(nèi)。位置誤差調(diào)平法首先通過計(jì)算確定每條支腿要伸長(zhǎng)或縮短的距離，然后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)支腿動(dòng)作，直到四個(gè)支腿平齊，使平臺(tái)達(dá)到水平。由于平臺(tái)的載重一般比較大，當(dāng)支腿需要縮短時(shí)，平臺(tái)下降會(huì)產(chǎn)生較大慣性，容易發(fā)生抖動(dòng)和傾覆，所以一般采用“逐高式”，即只升不降的方法實(shí)現(xiàn)調(diào)平。
5 結(jié)論
基于單片機(jī)的四支腿機(jī)電自動(dòng)調(diào)平試驗(yàn)系統(tǒng)，具有控制原理簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高、便于維護(hù)、性價(jià)比較高等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)測(cè)驗(yàn)該系統(tǒng)能有效地避免虛腿產(chǎn)生，發(fā)生傾覆現(xiàn)象，具有很強(qiáng)的通用性，該試驗(yàn)系統(tǒng)為進(jìn)一步開發(fā)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)提供了硬件基礎(chǔ)。四腿機(jī)電調(diào)平系統(tǒng)可以應(yīng)用于汽車、雷達(dá)、衛(wèi)星天線及其他需要調(diào)平的裝置。
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