智能臂空間運動控制方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能臂空間運動控制方法及裝置，該方法包括：接收各角度傳感器感測及發(fā)送的智能臂處于當前位置時各節(jié)臂架與水平面之間的夾角，并接收遙控器發(fā)送的運動指令；計算智能臂從當前位置運動到目標位置時的坐標改變量；并確定約束條件，再根據(jù)預設的優(yōu)化算法，結合各臂架動作能力和/或遙控器的手柄開度變化確定智能臂的相鄰兩節(jié)臂架之間的夾角在智能臂處于當前位置與目標位置時的角度差；根據(jù)轉臺旋轉角度控制智能臂轉臺的運動，以及根據(jù)相鄰兩節(jié)臂架之間夾角的角度差控制智能臂臂架的運動。本發(fā)明提供的控制方法能避免智能臂架空間運動時臂架油缸出現(xiàn)速度突變和/或避免智能臂架空間運動時大油缸急速換向造成的臂架末端抖動的現(xiàn)象。
【專利說明】智能臂空間運動控制方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及智能臂控制【技術領域】，特別涉及智能臂空間運動控制方法及裝置。
【背景技術】
[0002]目前，對于混凝土泵車臂架的控制，基本上采取單個遙控手柄控制單個臂架或者轉臺。一般來說，操作者將混凝土從泵車料斗中輸送到樓盤的隨意位置，然后由工人將混凝土均勻攤鋪開，雖然相比人工運輸混凝土節(jié)省了大量人力物力，但還是存在著繁重的勞動，一方面泵車操作者需注意泵車臂架姿態(tài)，考慮操作的正確性，誤操作易導致臂架撞上障礙物；若動作臂架幅度過大，對臂架末端軟管下的攙扶者也會帶來傷害。另一方面工人攤鋪混凝土也很麻煩。在此背景下，泵車操作者希望有一種簡單的操作方式來實現(xiàn)混凝土的典型工況均勻布料，泵車制造者也希望制造出更高性能的混凝土泵車，為其擴大市場占有率，由此，智能臂架技術應運而生。
[0003]混凝土泵車臂架(如智能臂)在三維空間的坐標(X Y Z)可以如圖1所示，該三維空間的確定方式可以如下:在泵車臂架可達的空間內(nèi)，以泵車轉臺與第I節(jié)臂架始端鉸接處作為坐標原點，以車身的料斗方向為X正半軸，以垂直于車身的方向為y軸正半軸，根據(jù)笛卡爾坐標系右手定則，可確定z軸；h表示垂足。當然，根據(jù)實際需要可以以其他的點為坐標原點，確定其他的方向為X正半軸，并相應確定I軸及Z軸。
[0004]對于混凝土泵車臂架末端空間位置在水平面的投影h的獲取，采用三維坐標計算方式，即:
[0005]
【權利要求】
1.一種智能臂空間運動控制方法，應用于具有η節(jié)臂架的智能臂，其中所述η大于等于2，其特征在于，所述智能臂空間運動控制方法包括: 接收各角度傳感器感測及發(fā)送的所述智能臂處于當前位置時各節(jié)臂架與水平面之間的夾角，并接收用于控制所述智能臂運動的遙控器發(fā)送的運動指令； 根據(jù)所述各節(jié)臂架與水平面之間的夾角、所述智能臂各節(jié)臂架的長度及所述運動指令計算所述智能臂從當前位置運動到目標位置時的坐標改變量；并根據(jù)所述坐標改變量確定約束條件，再根據(jù)預設的優(yōu)化算法，同時結合各臂架動作能力和/或所述遙控器的手柄開度變化確定所述智能臂的相鄰兩節(jié)臂架之間的夾角在所述智能臂處于當前位置與目標位置時的角度差； 根據(jù)所述運動指令確定轉臺旋轉角度，并根據(jù)所述轉臺旋轉角度控制所述智能臂轉臺的運動，以及根據(jù)所述相鄰兩節(jié)臂架之間夾角的角度差控制所述智能臂臂架的運動。
2.根據(jù)權利要求1所述智能臂空間運動控制方法，其特征在于，所述優(yōu)化算法以使所述智能臂的相鄰兩節(jié)臂架之間的夾角在所述智能臂處于當前位置與目標位置時的角度差的平方和最小為優(yōu)化目標，所述優(yōu)化目標表示為:
3.根據(jù)權利要求2所述智能臂空間運動控制方法，其特征在于，所述“結合各臂架動作能力確定所述智能臂的相鄰兩節(jié)臂架之間的夾角在所述智能臂處于當前位置與目標位置時的角度差”的步驟包括: 根據(jù)預設的所述智能臂各節(jié)臂架之間夾角的最大值及最小值，判斷所述智能臂在目標位置時各節(jié)臂架之間夾角是否在對應的所述最小值與所述最大值之間的范圍內(nèi)； 將臂架之間夾角處于對應的所述最小值與所述最大值之間的范圍外的臂架對應的系數(shù)Ki確定為零，并重新確定所述智能臂中其他節(jié)臂與其相鄰臂架之間的夾角在所述智能臂處于當前位置與目標位置時的角度差。
4.根據(jù)權利要求2述智能臂空間運動控制方法，其特征在于，所述“結合各臂架動作能力確定所述智能臂的相鄰兩節(jié)臂架之間的夾角在所述智能臂處于當前位置與目標位置時的角度差”的步驟包括還包括: 根據(jù)預設的轉臺角度的最大值及最小值，判斷所述轉臺旋轉角度是否在所述轉臺角度的最小值與所述轉臺角度的最大值之間的范圍內(nèi)； 在所述轉臺旋轉角度位于所述轉臺角度的最小值與所述轉臺角度的最大值之外的范圍時，停止所述智能臂各節(jié)臂架的動作。
5.根據(jù)權利要求3所述智能臂空間運動控制方法，其特征在于，所述“結合各臂架動作能力確定所述智能臂的相鄰兩節(jié)臂架之間的夾角在所述智能臂處于當前位置與目標位置時的角度差”的步驟包括還包括:將臂架之間夾角處于對應的所述智能臂各節(jié)臂架之間夾角的最小值與最大值之間的范圍內(nèi)且位于預設的增速范圍內(nèi)的臂架對應的系數(shù)Ki減小，將臂架之間夾角處于對應的所述最小值與所述最大值之間的范圍內(nèi)且位于預設的減速范圍內(nèi)的臂架對應的系數(shù)Ki增大。
6.根據(jù)權利要求2-5中任一項所述智能臂空間運動控制方法，其特征在于，所述“結合所述遙控器的手柄開度變化確定所述智能臂的相鄰兩節(jié)臂架之間的夾角在所述智能臂處于當前位置與目標位置時的角度差”的步驟包括: 比較預存的手柄開度值與所述遙控器的手柄的當前開度值； 在所述預存的手柄開度值與所述遙控器的手柄的當前開度值的差值大于預設閾值時，將大臂對應的系數(shù)Ki清零，以鎖定所述大臂，以及在間隔預設時間后，控制所述大臂對應的系數(shù)Ki由大變?。? 將所述手柄開度值更新為所述遙控器的手柄的當前開度值。
7.一種智能臂空間運動控制裝置，應用于具有η節(jié)臂架的智能臂，其中所述η大于等于2，其特征在于，所述智能臂空間運動控制裝置包括: 接收單元(61)，用于接收各角度傳感器感測及發(fā)送的所述智能臂處于當前位置時各節(jié)臂架與水平面之間的夾角，并接收用于控制所述智能臂運動的遙控器發(fā)送的運動指令； 夾角差確定單元(63)，根據(jù)所述各節(jié)臂架與水平面之間的夾角、所述智能臂各節(jié)臂架的長度及所述運動指令 計算所述智能臂從當前位置運動到目標位置時的坐標改變量；并根據(jù)所述坐標改變量確定約束條件，再根據(jù)預設的優(yōu)化算法，同時結合各臂架動作能力和/或所述遙控器的手柄開度變化確定所述智能臂的相鄰兩節(jié)臂架之間的夾角在所述智能臂處于當前位置與目標位置時的角度差； 運動控制單元(65)，用于根據(jù)所述運動指令確定轉臺旋轉角度，并根據(jù)所述轉臺旋轉角度控制所述智能臂轉臺的運動，以及根據(jù)所述相鄰兩節(jié)臂架之間夾角的角度差控制所述智能臂臂架的運動。
8.根據(jù)權利要求7所述智能臂空間運動控制裝置，其特征在于，所述夾角差確定單元(63)包括: 優(yōu)化子單元，用于以使所述智能臂的相鄰兩節(jié)臂架之間的夾角在所述智能臂處于當前位置與目標位置時的角度差的平方和最小為優(yōu)化目標，所述優(yōu)化目標表示為:
9.根據(jù)權利要求8所述智能臂空間運動控制裝置，其特征在于，所述優(yōu)化子單元包括: 第一處理模塊，用于根據(jù)預設的所述智能臂各節(jié)臂架之間夾角的最大值及最小值，判斷所述智能臂在目標位置時各節(jié)臂架之間夾角是否在對應的所述最小值與所述最大值之間的范圍內(nèi)，并將臂架之間夾角處于對應的所述最小值與所述最大值之間的范圍外的臂架對應的系數(shù)Ki確定為零，且重新確定所述智能臂中其他節(jié)臂與其相鄰臂架之間的夾角在所述智能臂處于當前位置與目標位置時的角度差，以及將臂架之間夾角處于對應的所述智能臂各節(jié)臂架之間夾角的最小值與最大值之間的范圍內(nèi)且位于預設的增速范圍內(nèi)的臂架對應的系數(shù)Ki減小，將臂架之間夾角處于對應的所述最小值與所述最大值之間的范圍內(nèi)且位于預設的減速范圍內(nèi)的臂架對應的系數(shù)Ki增大；還用于根據(jù)預設的轉臺角度的最大值及最小值，判斷所述轉臺旋轉角度是否在所述轉臺角度的最小值與所述轉臺角度的最大值之間的范圍內(nèi)；在所述轉臺旋轉角度位于所述轉臺角度的最小值與所述轉臺角度的最大值之外的范圍時，將所述智能臂的相鄰兩節(jié)臂架之間的夾角在所述智能臂處于當前位置與目標位置時的角度差確定為零，以停止所述智能臂各節(jié)臂架的動作。
10.根據(jù)權利要求9所述智能臂空間運動控制裝置，其特征在于，所述優(yōu)化子單元包括: 第二處理模塊，用于比較預存的手柄開度值與所述遙控器的手柄的當前開度值，在所述預存的手柄開度值與所述遙控器的手柄的當前開度值的差值大于預設閾值時，將大臂對應的系數(shù)1清零，以鎖定所述大臂，以及在間隔預設時間后，控制所述大臂對應的系數(shù)Ki由大變小，以及將所 述手柄開度值更新為所述遙控器的手柄的當前開度值。
【文檔編號】E04G21/04GK103914082SQ201410117938
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權日:2014年3月27日
【發(fā)明者】王建明, 曾啟, 賈劍峰 申請人:三一汽車制造有限公司