一种臂架的控制系统、方法、装置及工程机械的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工程机械技术领域，特别是涉及一种臂架的控制系统、方法、装置及一 种工程机械。
【背景技术】
[0002] 臂架类工程机械在施工前需将臂架末端伸展至指定的施工位置，臂架末端移动方 向的控制完全由操作手经验以及操作手对施工位置的观察进行控制，对于多节臂节铰接成 的臂架（例如混凝土泵车的臂架）而言，操作手需要控制每节臂节，而每节臂架的操作相互 不关联，其臂架末端的移动方向完全由操作手的经验把握。如果操作手经验不足，不能准确 把握臂架末端的移动方向，则需要对多节臂节进行多次调整，进而导致施工效率较低。
[0003] 鉴于上述问题，现有技术中逐步发展了一键展臂技术，传统的一键展臂技术是将 臂架直接展开至某一常用的臂架姿态，一键展臂技术由于其简单高效，已广泛应用于臂架 类工程机械之中。但一键展开至常用的臂架姿态这一技术的使用率低，使其实用性不高，对 于不同的施工工况，特别是施工工况复杂时，常用的臂架姿态并不能保证复杂的工况可以 使用，因此还经常需要操作手对施工位置进行观察来对臂架根部回转中心以及每节臂节进 行调整，由于操作手对回转中心以及每节臂节进行手动操作，因此，使得臂架调节的操作效 率较低，影响工程的施工进度。
【发明内容】
[0004] 本发明实施例提供了一种臂架的控制系统、方法、装置及一种工程机械，用以提高 臂架调节的操作效率，进而提高工程的施工进度。
[0005] 本发明实施例首先提供一种臂架的控制系统，所述控制系统包括：
[0006] 臂架检测装置，用于检测臂架的当前回转角和当前姿态；
[0007] 定位检测装置，用于检测臂架根部回转中心的位置信息和目标位置信息；
[0008] 启动装置，用于发送启动所述臂架动作的第一启动命令；
[0009] 控制装置，与所述臂架检测装置、定位检测装置和启动装置信号连接，用于根据当 前回转角、当前姿态、臂架根部回转中心位置与目标位置确定臂架的运行轨迹；当接收到第 一启动命令后输出臂架第一运行控制信号，控制臂架根据所述运行轨迹运行至目标回转角 和目标姿态，使臂架末端运行至目标位置。
[0010] 在本发明技术方案中，针对不同的施工工况，通过定位检测装置对臂架根部回转 中心以及目标位置（例如施工区域）进行定位，根据当前回转角、当前姿态、臂架根部回转 中心位置与目标位置确定臂架的运行轨迹，最终输出第一运行控制信号，使得臂架末端运 行至目标位置。操作手在地面上通过启动装置对臂架进行智能化控制，控制装置能够合理 规划臂架的运行路线，取代了操作手根据经验对臂架根部回转中心以及每节臂节进行调 整，大大提高了施工效率，进而提高了施工进度，另外，控制装置规划的臂架的运行轨迹，相 对于操作手手动调节，可以提高臂架操作的安全性。 toon] 所述定位检测装置的类型可以有多种，只要可以实现检测臂架根部回转中心和目 标位置的位置关系即可，优选的，所述定位检测装置包括：
[0012] 位于包括所述臂架的工程机械的设定位置上的基准GPS终端，用于获得设定三维 坐标系下臂架根部回转中心的位置坐标；
[0013] 位于目标位置的移动GPS终端，用于获得所述设定三维坐标系下目标位置的位置 坐标。
[0014] 采用GPS技术，可以在同一个三维坐标系下得到臂架根部回转中心和目标位置的 坐标，进而精确确定臂架根部回转中心和目标位置的位置关系。定位技术不限定于使用 GPS，其他定位坐标的技术如超声波等也可以。
[0015] 对于不同的施工工况，如隧道、高楼、基坑等，可能具有障碍物，优选的，所述启动 装置，还用于发送启动所述臂架动作的第二启动命令，所述控制系统还包括：
[0016] 障碍物范围确定装置，用于检测障碍物的位置信息；
[0017] 所述控制装置，还与所述障碍物范围确定装置信号连接，进一步用于根据障碍物 的位置和臂架的运行轨迹确定使臂架避开障碍物运行的安全运行轨迹；及当接收到第二启 动命令时输出臂架第二运行控制信号，控制臂架按照所述安全运行轨迹运行至目标回转角 和目标姿态，使臂架末端运行至目标位置。
[0018] 采用障碍物范围确定装置检测障碍物，控制装置根据障碍物的位置及臂架的运行 轨迹确定出臂架的安全运行轨迹，可以有效提高臂架在回转或展开时的安全性。
[0019] 优选的，所述臂架包括多节臂节，所述臂架检测装置包括：
[0020] 检测当前回转角的回转编码器；以及，
[0021] 位于每节臂节上的倾角传感器；或，位于每节臂节的油缸内的位移传感器。
[0022] 本发明的技术方案特别适合于有多节臂节的臂架，例如混凝土泵车的臂架，回转 角的检测可以采用设置于回转平台上的回转编码器，臂架的姿态可以采用倾角传感器或位 移传感器来确定。
[0023] 本发明实施例还提供一种工程机械，包括上述任一种臂架的控制系统。
[0024] 具有臂架的工程机械如果采用上述任一种臂架的控制系统，在对臂架进行操作 时，由于臂架可以根据控制装置确定的运行轨迹运行，实现智能化控制，因此可以大大提高 施工效率，进而提高施工进度。工程机械可以为混凝土泵车。
[0025] 本发明实施例还提供一种臂架的控制方法，包括：
[0026] 接收臂架的当前回转角和当前姿态，及接收臂架根部回转中心的位置信息与目标 位置信息；
[0027] 根据当前回转角、当前姿态、臂架根部回转中心的位置与目标位置确定臂架的运 行轨迹；
[0028] 当接收到第一启动命令后输出臂架第一运行控制信号，控制臂架根据所述运行轨 迹运行至目标回转角和目标姿态，使臂架末端运行至目标位置。
[0029] 在本发明的臂架的控制方法中，由于可以随时获得臂架的当前回转角和当前姿 态，以及臂架根部回转中心的位置信息与目标位置信息，因此，可以得到臂架末端从当前位 置到目标位置的臂架的运行轨迹，当臂架按照该运行轨迹运行结束后，臂架末端运行至目 标位置，完全采用智能化控制，大大提高了工作效率。
[0030] 优选的，所述臂架包括多节臂节，所述臂架的运行轨迹包括：
[0031] 臂架根部回转中心回转至目标回转角，每节臂节展开至目标角度以及多节臂节的 运行顺序。
[0032] 优选的，多节臂节的运行顺序具体包括：
[0033] 首节臂节启动展开，直至首节臂节与回转中心的夹角为第一目标角度Θ i ;
[0034] 当满足Usin Θ ^彡L2时，第二臂节启动展开，直至第二臂节与首节臂节的夹角为 第二目标角度θ2，其中，Li为首节臂节的长度，L2为第二臂节的长度，为实时检测的首 节臂节与回转中心的夹角；
[0035] 当满足L2sin( θ 21-θ η)彡L3时，第三臂节启动展开,直至第三臂节与第二臂节的 夹角为第三目标角度θ3，其中，L3为第三臂节的长度，Θ21为实时检测的第二臂节与首节臂 节的夹角；
[0036] 当满足L3sin( θ 32- Θ 21) > L4时，第四臂节启动展开，直至第四臂节与第三臂节的 夹角为第四目标角度θ4，其中，L4为第四臂节的长度，θ32为实时检测的第三臂节与第二臂 节的夹角；
[0037] 以此类推，直至各节臂节均展开至目标角度。
[0038] 在该实施例中，限定了多节臂节的运行顺序，以及限定了每节臂节的启停条件，该 启停条件是考虑臂架结构形式和臂架干涉点而设计的，因此，在提高臂架运行效率的同时， 也提高了臂架运行的安全性。
[0039] 优选的，所述的控制方法，还包括：
[0040] 接收障碍物的位置信息；
[0041] 根据障碍物的位置和臂架的运行轨迹确定使臂架避开障碍物运行的安全运行轨 迹；
[0042] 当接收到第二启动命令时输出臂架第二运行控制信号，控制臂架按照所述安全运 行轨迹运行至目标回转角和目标姿态，使臂架末端运行至目标位置。
[0043] 基于相同的发明构思，本发明实施例还提供一种臂架的控制装置，包括：
[0044] 接收模块，用于接收臂架的当前回转角和当前姿态，及获取臂架根部回转中心的 位置信息与目标位置信息；
[0045] 确定模块，用于根据当前回转角、当前姿态、