一辆自动垃圾收集车要从道路两侧抓起垃圾容器,并将其提升至车厢上方完成倾倒,首先需要解决的并不是抓取力问题,而是如何确定机械臂所处的位置。垃圾容器与车辆之间的距离、伸缩臂的倾斜角度以及抓取机构的旋转位置,都会影响机械动作能否准确完成。对于配置自动抓取机构的车辆,控制系统需要持续获取这些运动参数,才能按照预定顺序协调臂架伸缩、旋转和提升。
德国传感器制造商SICK(西克)公开的2Side System应用案例,展示了倾角传感器在自动垃圾收集设备中的实际用途。该系统由意大利Ecologia Soluzione Ambiente与西班牙CONTENUR合作开发,意大利Asti地区的公共服务企业Asti Servizi Pubblici参与了实际试点。车辆能够从道路两侧抓取适配的垃圾容器,并由机械抓取臂完成提升、倾倒和放回等动作。西克TMS61单轴倾角传感器被用于获取伸缩抓取臂的角度信息,与其他位置检测装置共同支持自动化控制。
伸缩抓取臂的动作涉及多个相互关联的机械位置。臂架绕支承点转动时,其倾斜角度会发生变化;伸缩机构运行时,抓取端与车辆之间的距离随之改变;抓取机构自身还需要按照垃圾容器的位置调整方向。即使臂架伸出长度保持不变,只要倾斜角度发生变化,抓取端在空间中的高度和水平位置也会改变。因此,单纯测量油缸伸缩行程,未必能够完整反映抓取端的实际位置。
TMS61采用单轴倾角测量结构,通过内部传感元件获取目标部件相对于重力方向的角度变化。该系列具有360°单轴测量范围,采用CANopen工业通信接口,能够将角度数据发送至兼容的车辆控制系统。与依靠机械接触测量转角的方式不同,倾角传感器可以通过测量安装部件的姿态获得角度信息,不需要在臂架转动轴上设置直接接触式角度传动机构。
在自动垃圾收集设备中,倾角传感器需要与被测臂架保持稳定的机械连接。安装基座与实际测量轴之间的方向关系,应在设备设计和调试阶段明确。如果传感器安装面与臂架结构之间出现松动,即使内部电子测量功能正常,输出角度也可能无法准确反映目标部件的位置。对于采用可调零点的传感器,安装完成后还需要根据设备规定的机械参考姿态建立角度基准。西克TMS61支持通过CANopen接口或PGT-12-Pro编程工具进行参数配置,为不同安装方向下的角度测量提供调整条件。
2Side System并没有只依靠倾角传感器判断机械臂位置。根据西克公开的应用资料,车辆还使用DT50-2距离传感器检测车身与垃圾容器之间的距离,AHS/AHM36绝对值编码器获取抓取臂旋转运动信息,EcoLine拉绳编码器则负责测量伸缩机构的延伸距离。倾角传感器提供臂架角度,其他检测装置分别提供距离、旋转位置和伸缩行程数据。控制系统将这些信息结合起来,才能更完整地掌握抓取机构的运动状态。
实际作业时,驾驶员首先将车辆停靠在适合抓取垃圾容器的位置。距离检测装置提供车辆与容器之间的位置参考,驾驶员通过操纵杆启动自动清运过程。随后,抓取臂向目标容器所在一侧运动,调整抓取方向并完成容器夹取。容器被提升至车辆上方后,底部开启机构执行倾倒动作。清空后的容器沿控制程序返回原位置,抓取机构释放容器并恢复相应状态。整个过程中,中央控制器负责处理相关传感器数据并协调机械动作。
倾角测量数据在这一流程中主要用于确定臂架角度状态,并支持相应的位置控制。对于采用液压执行机构的伸缩臂,控制系统可以根据实际设备方案,将角度反馈与液压阀控制、伸缩位置及旋转状态结合使用。当测得的臂架角度与目标状态存在偏差时,控制程序可据此执行相应的调整策略。不过,倾角传感器本身并不控制液压油流量,也不能独立决定抓取机构的运动轨迹,具体动作仍由整车控制系统及执行机构完成。
车辆作业环境与固定式工业设备存在明显差异。垃圾收集车可能停靠在具有坡度的道路上,车辆起步、制动及机械臂运动还会引起振动和加速度变化。倾角传感器主要利用重力参考获取姿态信息,当设备存在较明显的动态加速度时,测量结果可能受到干扰。TMS61具有可配置的数字滤波功能,可以根据应用要求对部分振动影响进行处理,但滤波参数也会影响测量响应速度。对于变化较快的机械动作,需要在角度信号稳定性与控制响应之间进行合理配置。
传感器的测量分辨率与整套抓取机构的定位能力也需要区分。西克TMS61B系列的官方资料给出了0.01°角度分辨率,但这并不意味着垃圾收集车的机械臂能够达到同等数值的运动定位精度。臂架长度、液压执行机构的响应、机械连接间隙、结构变形及其他位置传感器的测量状态,都会影响抓取端的最终位置。对于具有较长伸缩距离的机械臂,角度偏差还可能转化为较明显的末端位置变化,因此需要从完整机械系统评价定位效果。
现场维护中,如果自动抓取臂出现定位偏差,应根据故障现象分别检查倾角、伸缩距离和旋转位置等反馈信息。当控制系统显示的臂架角度与实际机械姿态不一致时,应重点检查传感器安装固定、零点设置、CANopen通信状态及相关连接线路。如果角度反馈正常,而抓取端仍无法到达指定位置,则需要进一步检查其他位置检测装置、液压执行机构和机械连接状态。不同检测信号之间的对应关系,能够为维护人员判断异常原因提供依据。
普通工业倾角传感器还需要与车辆的危险运动保护功能明确区分。西克TMS/TMM61操作手册指出,该系列属于位置测量设备,并非按照相关机械安全要求设计的安全组件。因此,即使倾角数据参与了机械臂运动控制,也不能据此认定传感器可以独立承担防碰撞、人员保护或危险运动停止功能。对于垃圾收集车的自动抓取区域,相关保护措施仍需要根据整车风险评估及适用要求设计。
2Side System的实际应用说明,倾角传感器并不是孤立安装在某个机械部件上的测量元件,而是自动化抓取系统中用于确定臂架姿态的一项基础检测装置。它提供的角度数据需要与距离测量、伸缩行程及旋转位置结合,才能为复杂运动提供有效的位置参考。对于采用伸缩臂、旋转机构和液压执行系统的专用车辆,明确各类传感器的测量对象及控制接口,是实现协调运动的重要条件。












