一種混凝土泵車和臂架控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種臂架控制方法，包括實時獲取遙控器動作信號和臂架的各節(jié)臂當前狀態(tài)角度信號及臂架旋轉(zhuǎn)角度信號；對臂架末端移動進行規(guī)劃。還包括預測控制，預測控制包括：根據(jù)臂架末端的目標移動方向，并實時計算臂架末端點的坐標值，如果臂架末端點偏離了目標移動方向，則對臂架末端進行二次規(guī)劃，二次規(guī)劃輸出下一個目標點。本發(fā)明還提供了一種混凝土泵車。本發(fā)明由于在臂架末端偏離了目標移動方向的情況下，對臂架末端進行了二次規(guī)劃，不再根據(jù)原規(guī)劃的方案控制臂架動作，保證臂架末端點始終朝向目標點移動，降低了臂架伸長和縮短反復交替運作的可能性，使臂架末端移動平穩(wěn)。
【專利說明】一種混凝土泵車和臂架控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及工程機械領域，特別涉及一種混凝土泵車和臂架控制方法。
【背景技術】
[0002]混凝土泵車臂架，一般由4節(jié)臂或5節(jié)臂或6節(jié)臂相互鉸接而成，混凝土通過臂架輸送到目標澆注點。對于臂架的控制，通常的控制方式是由操作人員使用遙控器對各節(jié)臂分別進行控制，即一個一個節(jié)臂姿態(tài)控制，使臂架的整體從初始姿態(tài)運動到目標姿態(tài)，這種方式操作較為復雜，并且效率較低。
[0003]針對上述的控制方法中存在的不足，目前臂架智能控制方法，根據(jù)目標點坐標和各節(jié)臂的相關參數(shù)，通過運動方程和各種矩陣變換求出各個自由度的值。逆向求解的結(jié)果會出現(xiàn)多組解。因為多自由度的臂架，臂架末端移動到目標點，各節(jié)臂之間有不同的姿態(tài)達到目標點。這樣就需要確定一組較優(yōu)解作為實際控制策略。目前確定一個最優(yōu)解較為復雜，控制效果不佳。
[0004]為了解決上述的技術問題，CN201110197146.6專利公開了 “一種工程機械以及機
械臂的控制方法與控制裝置”該專利技術每次動作采用兩個自由度的機械臂，并遵從節(jié)臂位移量最小的原則，通過預先定義的“斜率”，根據(jù)控制指令獲取需要動作的兩個節(jié)臂。這樣雖然簡化了算法，但會導致調(diào)節(jié)的兩個節(jié)臂運動突變，臂架運動不連續(xù)性，臂架運動穩(wěn)定性差。另外，如果臂架遇到障礙物，臂架無法控制等問題。另外，各節(jié)臂是由液壓油缸驅(qū)動的，臂架在實際運動過程中，液壓油缸伸縮量與各節(jié)臂角度變化量不是等線性函數(shù)關系，而是非線性函數(shù)關系，因此，即使液壓油缸小的位移動作，也會導致節(jié)臂角度大幅變化，造成突變不穩(wěn)定性問題。
[0005]另外，對于大慣性的柔性混凝土泵車臂架控制系統(tǒng)而言，因為各節(jié)臂伸長油缸進油量控制精度及臂架旋轉(zhuǎn)角控制精度，及臂架運動慣性等客觀原因，經(jīng)常會出現(xiàn)臂架末端偏離目標移動方向，如圖1所示，根據(jù)目標移動AB方向，臂架末端移動趨勢是縮短的，在規(guī)劃臂架末端移動時，都是根據(jù)遙控器動作信號開度，確定臂架末端移動的步長，如圖1所示，Pl和P2為臂架末端移動規(guī)劃的下一個目標點，如果臂架末端偏離了 Pl點，到達SI點，臂架會根據(jù)原規(guī)劃方案，從SI點向P2點移動。這樣就會使得臂架末端從A點至SI點，臂架是縮短的，從SI點到P2點臂架是伸長的，這樣造成規(guī)劃方案與目標移動方向的臂架末端移動趨勢相反的情況，使得臂架伸長和縮短反復交替運作，造成臂架末端移動不平穩(wěn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提出一種混凝土泵車和臂架控制方法，以減少臂架運動過程中，臂架伸長和縮短反復交替動作，造成臂架末端移動不平穩(wěn)的問題。
[0007]—方面，本發(fā)明提供了一種臂架控制方法，包括實時獲取遙控器動作信號和臂架的各節(jié)臂當前狀態(tài)角度信號及臂架旋轉(zhuǎn)角度信號；對臂架末端移動進行規(guī)劃。包括預測控制，預測控制包括:根據(jù)臂架末端的目標移動方向，并實時計算臂架末端點的坐標值，如果臂架末端點偏離了目標移動方向，則對臂架末端進行二次規(guī)劃，二次規(guī)劃輸出下一個目標點。
[0008]進一步地，預測控制還包括根據(jù)臂架末端的目標移動方向，預測臂架伸長區(qū)域和/或臂架縮短區(qū)域；如果臂架末端點在臂架伸長區(qū)域上，且臂架末端點偏離了目標移動方向，對臂架末端進行二次規(guī)劃，二次規(guī)劃使臂架伸長；如果臂架末端點在臂架縮短區(qū)域上，且臂架末端點偏離了目標移動方向，對臂架末端移動進行二次規(guī)劃，二次規(guī)劃使臂架縮短。
[0009]進一步地，在目標移動方向上找到至臂架旋轉(zhuǎn)中心距離最短的垂直點，垂直點至目標移動方向上的區(qū)域為臂架伸長區(qū)域；另一側(cè)為臂架縮短區(qū)域。
[0010]進一步地，在垂直點周圍劃定一個區(qū)域為臂架伸縮轉(zhuǎn)換區(qū)域，如果臂架末端點在臂架伸縮轉(zhuǎn)換區(qū)域上，關閉預測控制。
[0011]進一步地，臂架末端移動規(guī)劃包括以下幾個步驟
[0012]步驟1:根據(jù)臂架當前位置至下一個目標位置建立數(shù)學模型；根據(jù)各節(jié)臂移動量最小和運動平穩(wěn)性原則，建立目標約束函數(shù)；
[0013]步驟2:根據(jù)遙控器動作信號、臂架的各節(jié)臂當前狀態(tài)角度信號、臂架當前旋轉(zhuǎn)角度信號；計算獲得各節(jié)臂收展角度和臂架目標旋轉(zhuǎn)角度；
[0014]步驟3:判斷各節(jié)臂收展角度是否超出臂架收展角度范圍； [0015]步驟4:如果所有節(jié)臂收展角度均超出臂架收展角度范圍，停止控制臂架動作；如果部分節(jié)臂收展角度超出臂架移動范圍，返回步驟2重新計算，否則，控制臂架動作。
[0016]進一步地，目標約束函數(shù)包括如下:
[0017]OBJ1= Σ Wi.( Θ J- θ η)2
[0018]OBJ2= Σ Wi.(( Θ 廠 θ H) _ ( Θ H- Θ j_2))2
[0019]其中，Wi表示i節(jié)臂的權(quán)重；Θ i表示i節(jié)臂目標角度，θ η表示i節(jié)臂當前角度，9 1-2表示i節(jié)臂前一步的角度。
[0020]進一步地，如果i節(jié)臂被操作手鎖定，i節(jié)臂的權(quán)重Wi為O。
[0021]進一步地，在步驟2中:將空間軌跡規(guī)劃分成臂架旋轉(zhuǎn)和機械臂平面收展兩個規(guī)劃分別進行計算，分別獲得各節(jié)臂收展角度和臂架目標旋轉(zhuǎn)角度。
[0022]進一步地，數(shù)學模型如下:
【權(quán)利要求】
1.一種臂架控制方法，包括實時獲取遙控器動作信號和臂架的各節(jié)臂當前狀態(tài)角度信號及臂架旋轉(zhuǎn)角度信號；對臂架末端移動進行規(guī)劃，其特征在于，包括預測控制，預測控制包括:根據(jù)臂架末端的目標移動方向，并實時計算臂架末端點的坐標值，如果臂架末端點偏離了目標移動方向，則對臂架末端進行二次規(guī)劃，二次規(guī)劃輸出下一個目標點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臂架控制方法，其特征在于，預測控制還包括根據(jù)臂架末端的目標移動方向，預測臂架伸長區(qū)域和/或臂架縮短區(qū)域；如果臂架末端點在臂架伸長區(qū)域上，且臂架末端點偏離了目標移動方向，對臂架末端進行二次規(guī)劃，二次規(guī)劃使臂架伸長；如果臂架末端點在臂架縮短區(qū)域上，且臂架末端點偏離了目標移動方向，對臂架末端移動進行二次規(guī)劃，二次規(guī)劃使臂架縮短。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的臂架控制方法，其特征在于，在目標移動方向上找到至臂架旋轉(zhuǎn)中心距離最短的垂直點，垂直點至目標移動方向上的區(qū)域為臂架伸長區(qū)域；另一側(cè)為臂架縮短區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的臂架控制方法，其特征在于，在垂直點周圍劃定一個區(qū)域為臂架伸縮轉(zhuǎn)換區(qū)域，如果臂架末端點在臂架伸縮轉(zhuǎn)換區(qū)域上，關閉預測控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臂架控制方法，其特征在于，臂架末端移動規(guī)劃包括以下幾個步驟 步驟1:根據(jù)臂架當前位置至下一個目標位置建立數(shù)學模型；根據(jù)各節(jié)臂移動量最小和運動平穩(wěn)性原則，建立目標約束函數(shù)； 步驟2:根據(jù)遙控器動作 信號、臂架的各節(jié)臂當前狀態(tài)角度信號、臂架當前旋轉(zhuǎn)角度信號；計算獲得各節(jié)臂收展角度和臂架目標旋轉(zhuǎn)角度； 步驟3:判斷各節(jié)臂收展角度是否超出臂架收展角度范圍； 步驟4:如果所有節(jié)臂收展角度均超出臂架收展角度范圍，停止控制臂架動作；如果部分節(jié)臂收展角度超出臂架移動范圍，返回步驟2重新計算，否則，控制臂架動作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的臂架控制方法，其特征在于，目標約束函數(shù)包括如下:
OBJ1= Σ Wi.( θ「θ η)2
OBJ2= Σ Wi * ( ( Θ 廠 Θ H) - ( Θ H- Θ 卜2))2 其中，Wi表示i節(jié)臂的權(quán)重；Θ i表示i節(jié)臂目標角度，Θ H表示i節(jié)臂當前角度，Θ i_2表示i節(jié)臂前一步的角度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的臂架控制方法，其特征在于，如果i節(jié)臂被操作手鎖定，i節(jié)臂的權(quán)重Wi為O。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的臂架控制方法，其特征在于，在步驟2中:將空間軌跡規(guī)劃分成臂架旋轉(zhuǎn)和機械臂平面收展兩個規(guī)劃分別進行計算，分別獲得各節(jié)臂收展角度和臂架目標旋轉(zhuǎn)角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的臂架控制方法，其特征在于，數(shù)學模型如下: Σ cosWoX COS(之 Θ丨-(/ -1).π) = Xend Mj=l
10.一種混凝土泵車，包括臂架，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至9所述任意一項所述的臂架控制方法。
【文檔編號】E04G21/04GK103806666SQ201410036995
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】唐修俊, 譚凌群, 武利沖, 蒲東亮 申請人:三一汽車制造有限公司