舉升、下降和傾翻通常就是傳統(tǒng)輪式裝載機(jī)的全部功能，多年來，輪式裝載機(jī)制造商為改進(jìn)整機(jī)的操作靈活性，不斷開發(fā)新設(shè)備，研究工作裝置的三維可控性。

并聯(lián)機(jī)構(gòu)由于具有特殊的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能，因而在許多領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，而六腳架結(jié)構(gòu)也常用于工業(yè)領(lǐng)域中普通機(jī)床和專用機(jī)床的試驗(yàn)臺(tái)和模擬器，以及駕駛與飛行模擬器中，但由于六腳架并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制過程復(fù)雜，迄今為止并未用于行走機(jī)械中。

國內(nèi)某高校在一項(xiàng)研究項(xiàng)目中開發(fā)了一款具有6個(gè)自由度(3個(gè)平移自由度，3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度)的六腳架型工作裝置。該裝置可以進(jìn)行額外和特殊的操作動(dòng)作，將傾翻機(jī)構(gòu)與底盤分離，可使總傾翻角度增加約180°,此外，該裝置還能產(chǎn)生空間軌跡，以適應(yīng)具體的工作過程。

該六腳架并聯(lián)機(jī)構(gòu)是一種特殊的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由基座和工作平臺(tái)組成，兩者之間通過周向分布安裝的6個(gè)差動(dòng)液壓缸連接，每個(gè)差動(dòng)液壓缸可單獨(dú)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)普遍意義下的空間移動(dòng)性。

項(xiàng)目選用柳工的LW300輪式裝載機(jī)作為技術(shù)實(shí)施的試驗(yàn)機(jī)型。LW300包括兩個(gè)總成：提升機(jī)構(gòu)(即“六腳架并聯(lián)機(jī)構(gòu)”)和傾翻機(jī)構(gòu)(即“操作裝置”),其中，提升機(jī)構(gòu)通過位于底部的2個(gè)差動(dòng)液壓缸控制，靈活性增加；傾翻機(jī)構(gòu)與底盤分離，作為反轉(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)(Z-kinematics),主要由位于端部的傾翻液壓缸、換向桿和牽引桿組成，而附屬裝置通過快換液壓系統(tǒng)安裝。

該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人劉教授表示，LW300針對(duì)行走機(jī)械而開發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)在一臺(tái)主機(jī)上完成工作裝置的多個(gè)空間移動(dòng)，性能穩(wěn)健，結(jié)構(gòu)緊湊，并且在排序、控制、定位和自動(dòng)操作等方面有很大的潛在優(yōu)勢。

基于CAN協(xié)議的控制結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)

為精確地測量和控制LW300工作裝置的位置和速度，LW300驅(qū)動(dòng)器上配備了博爾森科技有限公司提供的MH系列磁致伸縮位移傳感器，傳感器、驅(qū)動(dòng)器和控制系統(tǒng)之間采用CANBus協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。因此，除了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，LW300的開發(fā)還包括基于新CAN協(xié)議的控制結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)于位置傳感器的特殊要求劉教授解釋，為滿足復(fù)雜控制任務(wù)的要求，所選用的位置傳感器應(yīng)具備以下前提條件：提供直接的CANopen支持，提供高精度的位置和速度測量，并且可與差動(dòng)液壓缸充分集成。博爾森科技有限公司針對(duì)行走機(jī)械設(shè)計(jì)了磁致伸縮位移傳感器，具有CANopen功能的MH傳感器可作為從屬器件直接連接現(xiàn)場總線，除了測量位移，還可測量位置變化過程中的速度以及液壓缸的運(yùn)動(dòng)狀況，因此通過對(duì)多個(gè)獨(dú)立液壓缸的監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)液壓缸的移動(dòng)保持同步。但其中液壓泵最大體積流量限值和隨軌跡變化體積流量要求的設(shè)計(jì)是一個(gè)棘手問題。由于集成的MH傳感器可以隨時(shí)精確地測量液壓缸的位置和軸向速度，并傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，控制系統(tǒng)是一個(gè)具有位移和速度串級(jí)控制及定位點(diǎn)引導(dǎo)控制功能的單軸控制器，通過一個(gè)共同的內(nèi)插器實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和同步，因此系統(tǒng)微機(jī)能夠根據(jù)這些數(shù)值確定打開相關(guān)伺服閥的定位點(diǎn)。

具有六腳架并聯(lián)機(jī)構(gòu)的輪式裝載機(jī)，可以使操作人員通過一根操縱桿實(shí)現(xiàn)LW300的多腳聯(lián)動(dòng)，但須考慮負(fù)荷條件的變化，還須平穩(wěn)操作，在惡劣環(huán)境條件下更是如此。博爾森MH系列傳感器專門為行走機(jī)械而設(shè)計(jì)，可滿足上述要求。該傳感器體積小巧，易于安裝在液壓缸中，完全免維護(hù)，且非常耐用。此外，該傳感器還能夠連續(xù)輸出位置信號(hào)，允許連續(xù)控制液壓缸和機(jī)器功能。

博爾森磁致伸縮位置傳感器安全性高

博爾森MH系列傳感器配有CANBus接口，符合IEC61508安全完整性等級(jí)2(SIL2)和ISO13849-1性能等級(jí)d的要求，位置檢測系統(tǒng)可在行走機(jī)械使用，其安全性能已經(jīng)得到認(rèn)可。該傳感器可用測量長度為50~2500mm,所提供的最佳測量結(jié)果線性度<±0.02%F.S.,重復(fù)性<±0.002%F.S.。

M系列位置傳感器內(nèi)置診斷功能，保證了其操作的高度安全性。傳感器的傳感頭檢查信號(hào)，并及時(shí)檢測信號(hào)的變化，位置數(shù)值只有在診斷測試后才被傳輸至控制系統(tǒng)，傳感器在硬件容錯(cuò)率(HFT)為0的情況下安全失效系數(shù)(SFF)可達(dá)95%,能夠滿足嚴(yán)苛的工作要求。該傳感器由于已達(dá)到SIL2等級(jí)，因此其每小時(shí)平均失效概率(PFH)在10-?~10-6范圍內(nèi)。

所有博爾森位置傳感器根據(jù)磁致伸縮測量原理工作，基于磁力學(xué)效應(yīng)使用無觸點(diǎn)、無磨損位置測量。傳感器完全集成到液壓缸中，傳感頭粘附于液壓缸底部，傳感器桿埋入活塞桿中，在傳感器整個(gè)使用周期內(nèi)無需維護(hù)或再校準(zhǔn)。在傳感器桿上滑動(dòng)的環(huán)形定位磁鐵安裝于活塞內(nèi)，用于標(biāo)定活塞桿的位置。

博爾森位移傳感器易于安裝且測量穩(wěn)定

博爾森開發(fā)的連接器系統(tǒng)采用簡易的彈性插座，無需工具即可實(shí)現(xiàn)磁致伸縮位置傳感器的快速安裝。在安裝過程中，通過鉆孔取出觸頭支架，從外部輕松將凸緣外殼卡到位。將已集成傳感器的液壓缸安裝到行走機(jī)械上時(shí)，可以使用通用的M12×1連接器以任意角度連接博爾森傳感器，無需焊接，也不用導(dǎo)線螺旋端子連接，避免了極性誤差或焊料選擇等問題。此外，傳感器集成在液壓缸中，無需安裝昂貴的防護(hù)裝置；連接到控制系統(tǒng)時(shí)安裝也很方便，只需保存量程(絕對(duì)傳感器),無需成本高昂的機(jī)械調(diào)整。

磁致伸縮位移傳感器傳輸高信噪比的測量信號(hào)，出色的信號(hào)質(zhì)量和液壓缸集成使其對(duì)外部影響不敏感，能夠在高達(dá)200V/m的電磁干擾下可靠工作，抗沖擊力高達(dá)100g,抗振達(dá)25g。

關(guān)于LW300的應(yīng)用前景，劉教授表示，該裝置主要用于輪式裝載機(jī)，此外也可應(yīng)用于平地機(jī)的操作裝置、行走機(jī)械駕駛室的懸架系統(tǒng)或其他特殊應(yīng)用如采礦機(jī)等。

LW300不僅具有非常高的工作效率和定位精度，還具有減振、搬運(yùn)簡單安全和自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，計(jì)劃未來將在更多項(xiàng)目中與博爾森科技有限公司合作。