一種臂架控制設(shè)備、系統(tǒng)、方法和工程機(jī)械的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種臂架控制設(shè)備、系統(tǒng)、方法和工程機(jī)械。該臂架包括相互連接的多節(jié)臂節(jié)，該設(shè)備包括：接收裝置，接收臂架姿態(tài)和臂架末端的目標(biāo)位置信號；控制裝置，根據(jù)臂架姿態(tài)和各臂節(jié)臂長確定臂架末端的當(dāng)前位置；根據(jù)臂架姿態(tài)確定各臂節(jié)的選臂系數(shù)；基于選臂系數(shù)確定需要調(diào)整的臂節(jié)；根據(jù)當(dāng)前位置、目標(biāo)位置以及臂架姿態(tài)確定對所述需要調(diào)整的臂節(jié)的調(diào)整量；以及按照所確定出的需要調(diào)整的臂節(jié)的調(diào)整量對相應(yīng)臂節(jié)進(jìn)行調(diào)整，以使臂架末端到達(dá)目標(biāo)位置。由此，可以實(shí)現(xiàn)臂架的智能控制，并通過各臂節(jié)的選臂系數(shù)來選擇需要調(diào)整的臂節(jié)，避免了靠操作者經(jīng)驗(yàn)選取的主觀性，保證在臂架移動過程中使用的是最優(yōu)選的一個或多個臂節(jié)，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。
【專利說明】一種臂架控制設(shè)備、系統(tǒng)、方法和工程機(jī)械
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工程機(jī)械領(lǐng)域，具體地，涉及一種臂架控制設(shè)備、系統(tǒng)、方法和工程機(jī)械。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，混凝土泵車的操作是通過遙控器來控制單節(jié)臂或者多節(jié)臂復(fù)合動作，手柄開度對應(yīng)控制閥輸出的控制電流值大小，從而控制臂架油缸的運(yùn)動速度。但因臂架展開后高度的影響，操作者不能全局把握臂架運(yùn)動姿態(tài)，且不同的臂架運(yùn)動全憑操作者經(jīng)驗(yàn)，臂架運(yùn)動的多少不能把握，臂架運(yùn)動過的軌跡也是不規(guī)則運(yùn)動，無法精確控制臂架。此外，對于多臂架系統(tǒng)(例如，五節(jié)臂)，在進(jìn)行臂架復(fù)合動作規(guī)劃時，如果憑操作者的經(jīng)驗(yàn)選擇需要調(diào)整的臂節(jié)，主觀性較強(qiáng)，且往往不能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)Ρ奂苓\(yùn)動進(jìn)行智能控制且無需依靠操作者經(jīng)驗(yàn)選擇控制的臂節(jié)的臂架控制設(shè)備、系統(tǒng)、方法和工程機(jī)械。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種臂架控制設(shè)備，所述臂架包括相互連接的多節(jié)臂節(jié)，該設(shè)備包括:接收裝置，用于接收臂架姿態(tài)信號和臂架末端的目標(biāo)位置信號；控制裝置，用于根據(jù)所述臂架姿態(tài)和各臂節(jié)的臂長確定所述臂架末端的當(dāng)前位置；根據(jù)所述臂架姿態(tài)確定各臂節(jié)的選臂系數(shù)；基于所述選臂系數(shù)確定需要調(diào)整的臂節(jié)；根據(jù)所述臂架末端的當(dāng)前位置、目標(biāo)位置以及所述臂架姿態(tài)確定對所確定出的需要調(diào)整的臂節(jié)的調(diào)整量；以及按照所確定出的所述需要調(diào)整的臂節(jié)的調(diào)整量對相應(yīng)臂節(jié)進(jìn)行調(diào)整，以使所述臂架末端到達(dá)所述目標(biāo)位置。
[0005]本發(fā)明還提供一種臂架控制系統(tǒng)，所述臂架包括相互連接的多節(jié)臂節(jié)，該系統(tǒng)包括:臂架姿態(tài)檢測裝置，用于檢測所述臂架姿態(tài)；目標(biāo)位置設(shè)定裝置，用于設(shè)定臂架末端的目標(biāo)位置；以及上述控制設(shè)備。
[0006]本發(fā)明還提供一種包括上述系統(tǒng)的工程機(jī)械。
[0007]本發(fā)明還提供一種臂架控制方法，所述臂架包括相互連接的多節(jié)臂節(jié)，該方法包括:接收臂架姿態(tài)信號和臂架末端的目標(biāo)位置信號；根據(jù)所述臂架姿態(tài)和各臂節(jié)的臂長確定所述臂架末端的當(dāng)前位置；根據(jù)所述臂架姿態(tài)確定各臂節(jié)的選臂系數(shù)；基于所述選臂系數(shù)確定需要調(diào)整的臂節(jié)；根據(jù)所述臂架末端的當(dāng)前位置、目標(biāo)位置以及所述臂架姿態(tài)確定對所確定出的需要調(diào)整的臂節(jié)的調(diào)整量；以及按照所確定出的所述需要調(diào)整的臂節(jié)的調(diào)整量對相應(yīng)臂節(jié)進(jìn)行調(diào)整，以使所述臂架末端到達(dá)所述目標(biāo)位置。
[0008]通過上述技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)臂架運(yùn)動的智能控制，并且通過確定各臂節(jié)的選臂系數(shù)來選擇需要調(diào)整的臂節(jié)，避免了依靠操作者經(jīng)驗(yàn)選取的主觀性，保證在臂架末端從當(dāng)前位置移動至目標(biāo)位置的過程中使用的是最優(yōu)選的一個或多個臂節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。
[0009]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說明?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0010]附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的【具體實(shí)施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0011]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的臂架控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖2是某一姿態(tài)下的臂架示意圖；
[0013]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的臂架移動分階段控制的示意圖；
[0014]圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的臂架控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；以及
[0015]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的臂架控制方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實(shí)施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0017]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的臂架控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖，其中，所述臂架包括相互連接的多節(jié)臂節(jié)。如圖1所示，該控制設(shè)備10可以包括:接收裝置101，用于接收臂架姿態(tài)信號和臂架末端的目標(biāo)位置信號；控制裝置102，用于根據(jù)所述臂架姿態(tài)和各臂節(jié)的臂長確定所述臂架末端的當(dāng)前位置；根據(jù)所述臂架姿態(tài)確定各臂節(jié)的選臂系數(shù)；基于所述選臂系數(shù)確定需要調(diào)整的臂節(jié)；根據(jù)所述臂架末端的當(dāng)前位置、目標(biāo)位置以及所述臂架姿態(tài)確定對所確定出的需要調(diào)整的臂節(jié)的調(diào)整量；以及按照所確定出的所述需要調(diào)整的臂節(jié)的調(diào)整量對相應(yīng)臂節(jié)進(jìn)行調(diào)整，以使所述臂架末端到達(dá)所述目標(biāo)位置。
[0018]下面以具有五節(jié)臂節(jié)的臂架為例來進(jìn)行詳細(xì)描述。應(yīng)該理解的是，具有五節(jié)臂節(jié)的臂架系統(tǒng)僅僅是示例性的，具有其他數(shù)量的臂節(jié)的臂架系統(tǒng)也可以被使用。
[0019]臂架接收裝置101所接收到的臂架姿態(tài)信號包括各臂節(jié)的臂節(jié)角度信號，也可包括臂節(jié)之間各個鉸點(diǎn)和臂架末端的位置信號，以此得出各臂節(jié)的臂節(jié)角度信號。圖2示出了某一姿態(tài)下的臂架的示意圖。如圖2所示，該臂架包括五節(jié)臂節(jié)，分別為一臂、二臂、三臂、四臂和五臂。各臂節(jié)的臂節(jié)角度分別為θρ θ2、θ3、θ4、θ5。所述臂架具有一臂架末端，該臂架末端的坐標(biāo)為(X，Y)。該臂架末端的位置與各臂節(jié)的臂節(jié)角度和長度有關(guān)，如等式(I)所示:
【權(quán)利要求】
1.一種臂架控制設(shè)備，所述臂架包括相互連接的多節(jié)臂節(jié)，其特征在于，該設(shè)備包括: 接收裝置，用于接收臂架姿態(tài)信號和臂架末端的目標(biāo)位置信號； 控制裝置，用于: 根據(jù)所述臂架姿態(tài)和各臂節(jié)的臂長確定所述臂架末端的當(dāng)前位置； 根據(jù)所述臂架姿態(tài)確定各臂節(jié)的選臂系數(shù)； 基于所述選臂系數(shù)確定需要調(diào)整的臂節(jié)； 根據(jù)所述臂架末端的當(dāng)前位置、目標(biāo)位置以及所述臂架姿態(tài)確定對所確定出的需要調(diào)整的臂節(jié)的調(diào)整量；以及 按照所確定出的所述需要調(diào)整的臂節(jié)的調(diào)整量對相應(yīng)臂節(jié)進(jìn)行調(diào)整，以使所述臂架末端到達(dá)所述目標(biāo)位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制裝置還用于在所述當(dāng)前位置與所述目標(biāo)位置之間劃分多個位置區(qū)間，按照該多個位置區(qū)間對所述臂架進(jìn)行逐步調(diào)整。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制裝置在每個位置區(qū)間中，將當(dāng)前位置區(qū)間的起點(diǎn)作為當(dāng)前位置、終點(diǎn)作為目標(biāo)位置，來確定在所述當(dāng)前位置區(qū)間中需要調(diào)整的臂節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于， 所述接收裝置還用于接收在所述當(dāng)前位置區(qū)間中進(jìn)行臂節(jié)調(diào)整后的臂架姿態(tài)信號；以及 所述控制裝置還用于根據(jù)所述調(diào)整后的臂架姿態(tài)和各臂節(jié)的臂長確定所述臂節(jié)末端的位置，并在該位置與所述當(dāng)前位置區(qū)間的終點(diǎn)不一致的情況下，以該位置作為下一位置區(qū)間的起點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述多個位置區(qū)間等距。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制裝置基于所述選臂系數(shù)確定出的需要調(diào)整的臂節(jié)為所有臂節(jié)中具有最大的三個選臂系數(shù)的三個臂節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述臂架姿態(tài)信號包括各臂節(jié)的臂節(jié)角度信號，其特征在于，所述選臂系數(shù)通過以下方式確定: ωi= ζi*ηi 其中，0^為各臂節(jié)的選臂系數(shù)，L為預(yù)定的各臂節(jié)的動作系數(shù)，與各臂節(jié)的動作頻率有關(guān)，以及Hi為各臂節(jié)的角度系數(shù)，與各臂節(jié)的臂節(jié)角度和各臂節(jié)允許的臂節(jié)角度范圍有關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于， 臂節(jié)的動作頻率越大，該臂節(jié)的動作系數(shù)i i越大，且各臂節(jié)的動作系數(shù)i i之和為I ;以及 在臂節(jié)向目標(biāo)方向移動時，從當(dāng)前的臂節(jié)角度起，臂節(jié)在其允許的臂節(jié)角度范圍之內(nèi)具有的角度變化量越大，該臂節(jié)的角度系數(shù)Hi越大。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，每個臂節(jié)經(jīng)由各自的臂架油缸驅(qū)動，以及所述控制裝置對所述相應(yīng)臂節(jié)進(jìn)行調(diào)整包括: 向與所述相應(yīng)臂節(jié)對應(yīng)的臂架油缸發(fā)出控制信號；以及 所述臂架油缸響應(yīng)于所述控制信號驅(qū)動各自的臂節(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，每個臂架油缸具有各自的預(yù)定響應(yīng)延遲時間，以及所述控制裝置基于各個臂架油缸的響應(yīng)延遲時間確定各個臂架油缸的控制信號提前時間，并以與所述相應(yīng)臂節(jié)對應(yīng)的臂架油缸的控制信號提前時間為基礎(chǔ)提前向所述與所述相應(yīng)臂節(jié)對應(yīng)的臂架油缸發(fā)出控制信號。
11.一種臂架控制系統(tǒng)，所述臂架包括相互連接的多節(jié)臂節(jié)，其特征在于，該系統(tǒng)包括: 臂架姿態(tài)檢測裝置，用于檢測所述臂架姿態(tài)； 目標(biāo)位置設(shè)定裝置，用于設(shè)定臂架末端的目標(biāo)位置；以及 根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一權(quán)利要求所述的控制設(shè)備。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括: 顯示裝置，用于顯示所述臂架姿態(tài)。
13.一種包括權(quán)利要求11或12所述的系統(tǒng)的工程機(jī)械。
14.一種臂架控制方法，所述臂架包括相互連接的多節(jié)臂節(jié)，其特征在于，該方法包括: 接收臂架姿態(tài)信號和臂架末端的目標(biāo)位置信號； 根據(jù)所述臂架姿態(tài)和各臂節(jié)的臂長確定所述臂架末端的當(dāng)前位置； 根據(jù)所述臂架姿態(tài)確定各臂節(jié)的選臂系數(shù)； 基于所述選臂系數(shù)確定需要調(diào)整的臂節(jié)； 根據(jù)所述臂架末端的當(dāng)前位置、目標(biāo)位置以及所述臂架姿態(tài)確定對所確定出的需要調(diào)整的臂節(jié)的調(diào)整量；以及 按照所確定出的所述需要調(diào)整的臂節(jié)的調(diào)整量對相應(yīng)臂節(jié)進(jìn)行調(diào)整，以使所述臂架末端到達(dá)所述目標(biāo)位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，該方法還包括在所述當(dāng)前位置與所述目標(biāo)位置之間劃分多個位置區(qū)間，按照該多個位置區(qū)間對所述臂架進(jìn)行逐步調(diào)整。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，在每個位置區(qū)間中，將當(dāng)前位置區(qū)間的起點(diǎn)作為當(dāng)前位置、終點(diǎn)作為目標(biāo)位置，來確定在所述當(dāng)前位置區(qū)間中需要調(diào)整的臂節(jié)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，該方法還包括: 接收在所述當(dāng)前位置區(qū)間中進(jìn)行臂節(jié)調(diào)整后的臂架姿態(tài)信號；以及 根據(jù)所述調(diào)整后的臂架姿態(tài)和各臂節(jié)的臂長確定所述臂節(jié)末端的位置，并在該位置與所述當(dāng)前位置區(qū)間的終點(diǎn)不一致的情況下，以該位置作為下一位置區(qū)間的起點(diǎn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述多個位置區(qū)間等距。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，基于所述選臂系數(shù)確定出的需要調(diào)整的臂節(jié)為所有臂節(jié)中具有最大的三個選臂系數(shù)的三個臂節(jié)。
20.根據(jù)權(quán)利要求14-19中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述臂架姿態(tài)信號包括各臂節(jié)的臂節(jié)角度信號，其特征在于，所述選臂系數(shù)通過以下方式確定: Oi= ζ r\i 其中，0^為各臂節(jié)的選臂系數(shù)，L為預(yù)定的各臂節(jié)的動作系數(shù)，與各臂節(jié)的動作頻率有關(guān)，以及Hi為各臂節(jié)的角度系數(shù)，與各臂節(jié)的臂節(jié)角度和各臂節(jié)允許的臂節(jié)角度范圍有關(guān)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于， 臂節(jié)的動作頻率越大，該臂節(jié)的動作系數(shù)i i越大，且各臂節(jié)的動作系數(shù)i i之和為I ;以及 在臂節(jié)向目標(biāo)方向移動時，從當(dāng)前的臂節(jié)角度起，臂節(jié)在其允許的臂節(jié)角度范圍之內(nèi)具有的角度變化量越大，該臂節(jié)的角度系數(shù)Hi越大。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，每個臂節(jié)經(jīng)由各自的臂架油缸驅(qū)動，以及對所述相應(yīng)臂節(jié)進(jìn)行調(diào)整包括: 向與所述相應(yīng)臂節(jié)對應(yīng)的臂架油缸發(fā)出控制信號；以及 所述臂架油缸響應(yīng)于所述控制信號驅(qū)動各自的臂節(jié)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，每個臂架油缸具有各自的預(yù)定響應(yīng)延遲時間，以及基于各個臂架油缸的響應(yīng)延遲時間確定各個臂架油缸的控制信號提前時間，并以與所述相應(yīng)臂節(jié)對應(yīng)的臂架油缸的控制信號提前時間為基礎(chǔ)提前向所述與所述相應(yīng)臂節(jié)對應(yīng)的臂架油缸發(fā)·出控制信號。
【文檔編號】E04G21/02GK103572967SQ201310560599
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】趙鑫, 萬梁, 王佳茜, 李志杰, 何利 申請人:中聯(lián)重科股份有限公司