一种混凝土泵车及臂架控制方法与控制装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种臂架控制方法，包括以下几个步骤：步骤1：根据臂架当前位置至下一个目标位置建立数学模型；根据各节臂移动量最小和运动平稳性原则，建立目标约束函数；步骤2：获取遥控器动作信号、臂架的各节臂当前状态角度信号、臂架当前旋转角度信号；步骤3：通过计算获得各节臂移动角度和臂架目标旋转角度；步骤4：判断是否超出臂架移动范围；步骤5：如果超出臂架移动范围，停止控制臂架动作；否则，控制臂架动作。本发明还提供了混凝土泵车和臂架控制装置。本发明臂架运动量最小、平稳性和连续性好、精确度高，作业范围大。
【专利说明】一种混凝土泵车及臂架控制方法与控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种混凝土泵车及臂架控制方法与控制装置。
【背景技术】
[0002]混凝土泵车臂架，一般由4节臂、5节臂、6节臂相互铰接而成，混凝土通过臂架输送到目标浇注点。对于臂架的控制，通常的控制方式是由操作人员使用遥控器对各节臂分别进行控制，即一个一个节臂姿态控制，使臂架的整体从初始姿态运动到目标姿态，这种方式操作较为复杂，并且效率较低。
[0003]针对上述的控制方法中存在的不足，目前已展开了多种智能程度更高的控制方法，并且现在的运动学逆向求解的方法已能够根据目标点坐标和各节臂的相关参数，通过运动方程和各种矩阵变换求出各个自由度的值。逆向求解的结果会出现多组解。因为多自由度的臂架，臂架末端移动到目标点，各节臂之间有不同的姿态达到目标点。这样就需要确定一组较优解作为实际控制策略。目前确定一个最优解较为复杂，控制效果不佳。
[0004]为了解决上述的技术问题，CN201110197146.6专利公开了 “一种工程机械以及机械臂的控制方法与控制装置”该专利技术每次动作采用两个自由度的机械臂，并遵从节臂位移量最小的原则，通过预先定义的“斜率”，根据控制指令获取需要动作的两个节臂。这样虽然简化了算法，但会导致调节的两个节臂运动突变，臂架运动不连续性，臂架运动稳定性差。如果臂架遇到障碍物，臂架无法控制等问题。另外，各节臂是由液压油缸驱动的，臂架在实际运动过程中，液压油缸伸缩量与各节臂角度变化量不是等线性函数关系，而是非线性函数关系，因此，即使液压油缸小的位移动作，也会导致节臂角度大幅变化，造成突变不稳定性问题。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提出一种混凝土泵车及臂架控制方法与控制装置。以实现臂架运动量最小和平稳性好，及增大臂架作用范围。
[0006]一方面，本发明提供了一种臂架控制方法，包括以下几个步骤:
[0007]步骤1:根据臂架当前位置至下一个目标位置建立数学模型；根据各节臂移动量最小和运动平稳性原则，建立目标约束函数；
[0008]步骤2:获取遥控器动作信号、臂架的各节臂当前状态角度信号、臂架当前旋转角度信号；
[0009]步骤3:通过计算获得各节臂移动角度和臂架目标旋转角度；
[0010]步骤4:判断各节臂移动角度是否超出臂架移动范围；
[0011]步骤5:如果所有节臂移动角度均超出臂架移动范围，停止控制臂架动作；如果部分节臂移动角度超出臂架移动范围，返回步骤3重新计算，否则，控制臂架动作。
[0012]进一步地，目标约束函数包括如下:[0013]OBJ1 = Xwi.( Θ j- Θ ^1)2
[0014]OBJ2 = Xwi.(( θ「θ η)_( θ H- θ 卜2))2
[0015]其中，Wi表示i节臂的权重；91表示节臂移动的目标，θ η表示当前角度，Θ"表示前一步的角度。
[0016]进一步地，如果i节臂被操作手锁定，i节臂的权重Wi为O。
[0017]进一步地，根据各节臂角度与驱动各节臂动作的液压油缸伸缩量函数关系，计算液压油缸伸缩量，进行控制臂架动作。
[0018]进一步地，在步骤3中:将空间轨迹规划分成臂架旋转和机械臂平面动作两个规划分别进行计算，分别获得各节臂移动角度和臂架目标旋转角度。
[0019]进一步地，数学模型如下:
【权利要求】
1.一种臂架控制方法，其特征在于，包括以下几个步骤: 步骤1:根据臂架当前位置至下一个目标位置建立数学模型；根据各节臂移动量最小和运动平稳性原则，建立目标约束函数； 步骤2:获取遥控器动作信号、臂架的各节臂当前状态角度信号、臂架当前旋转角度信号; 步骤3:通过计算获得各节臂移动角度和臂架目标旋转角度； 步骤4:判断各节臂移动角度是否超出臂架移动范围； 步骤5:如果所有节臂移动角度均超出臂架移动范围，停止控制臂架动作；如果部分节臂移动角度超出臂架移动范围，返回步骤3重新计算，否则，控制臂架动作。
2.根据权利要求1所述的臂架控制方法，其特征在于，目标约束函数包括如下:
3.根据权利要求2所述的臂架控制方法，其特征在于，如果第i节臂被操作手锁定，i节臂的权重Wi为O。
4.根据权利要求1所述的臂架控制方法，其特征在于，在步骤5中:根据各节臂角度与驱动各节臂动作的液压油缸伸缩量函数关系，计算液压油缸伸缩量，进行控制臂架动作。
5.根据权利要求1所述的臂架控制方法，其特征在于，在步骤3中:将空间轨迹规划分成臂架旋转和机械臂平面动作两个规划分别进行计算，分别获得各节臂移动角度和臂架目标旋转角度。
6.根据权利要求1所述的臂架控制方法，其特征/在于，数学模型如下:
7.根据权利要求1至6任意一项所述的臂架控制方法，其特征在于，还包括步骤6，如果遥控器停止动作，停止臂架动作；如果遥控器继续动作，返回步骤I。
8.一种臂架控制装置，其特征在于，包括:遥控装置、信号采集装置、信号预处理装置、计算模块装置、输出装置，信号采集装置包括各节臂角度传感器、转台旋转角度传感器、无线信号接收装置，无线信号接收装置接收遥控装置动作信号；各节臂角度传感器信号和转台旋转角度传感器信号及遥控装置动作信号经过信号预处理装置处理后，通过计算模块装置获得各节臂移动角度，再通过输出装置控制臂架动作。
9.根据权利要求8所述的臂架控制装置，其特征在于，遥控装置包括节臂锁定装置。
10.一种混凝土泵车， 其特征在于，包括如权利要求8或9所述的臂架控制装置。
【文档编号】E04G21/04GK103806667SQ201410038191
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年1月26日 优先权日:2014年1月26日
【发明者】代晴华, 谭凌群, 唐修俊, 武利冲 申请人:三一汽车制造有限公司