智能臂空间运动控制方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种智能臂空间运动控制方法及装置，该方法包括：确定臂架末端在臂架平面坐标系中的第一坐标及在臂架投影坐标系中的第二坐标；并在遥控器的坐标系与臂架空间坐标系不对应时，调整臂架投影坐标系及第二坐标，或者调整遥控器的坐标系，确定智能臂的第三坐标，并计算得到转台旋转角度；或者，在遥控器的坐标系与臂架空间坐标系对应时，根据第二坐标及第三坐标计算得到转台旋转角度；计算智能臂的坐标改变量；并根据优化算法确定智能臂的相邻两节臂架之间夹角的角度差；根据转台旋转角度及角度差，分别控制智能臂转台及臂架的运动。本发明提供的该控制方法便于自动控制智能臂在空间中的移动，提高智能臂架的使用性能，且能降低臂架操作难度。
【专利说明】智能臂空间运动控制方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能臂控制【技术领域】，特别涉及智能臂空间运动控制方法及装置。
【背景技术】
[0002]目前，对于混凝土泵车臂架的控制，基本上采取单个遥控手柄控制单个臂架或者转台。一般来说，操作者将混凝土从泵车料斗中输送到楼盘的随意位置，然后由工人将混凝土均匀摊铺开，虽然相比人工运输混凝土节省了大量人力物力，但还是存在着繁重的劳动，一方面泵车操作者需注意泵车臂架姿态，考虑操作的正确性，误操作易导致臂架撞上障碍物；若动作臂架幅度过大，对臂架末端软管下的搀扶者也会带来伤害。另一方面工人摊铺混凝土也很麻烦。在此背景下，泵车操作者希望有一种简单的操作方式来实现混凝土的典型工况均匀布料，泵车制造者也希望制造出更高性能的混凝土泵车，为其扩大市场占有率，由此，智能臂架技术应运而生。
[0003]混凝土泵车臂架(如智能臂)在三维空间的坐标(X Y Z)可以如图1所示，该三维空间的确定方式可以如下:在泵车臂架可达的空间内，以泵车转台与第I节臂架始端铰接处作为坐标原点，以车身的料斗方向为X正半轴，以垂直于车身的方向为y轴正半轴，根据笛卡尔坐标系右手定则，可确定z轴；h表示垂足。当然，根据实际需要可以以其他的点为坐标原点，确定其他的方向为X正半轴，并相应确定I轴及Z轴。
[0004]对于混凝土泵车臂架末端空间位置在水平面的投影h的获取，采用三维坐标计算方式，即:
【权利要求】
1.一种智能臂空间运动控制方法，应用于具有η节臂架的智能臂，其中所述η大于等于2，其特征在于，所述智能臂空间运动控制方法包括: 接收各角度传感器感测及发送的所述智能臂处于当前位置时各节臂架与水平面之间的夹角； 根据所述智能臂处于当前位置时臂架末端在臂架空间坐标系中的坐标，确定所述臂架末端在臂架平面坐标系中的第一坐标及在臂架投影坐标系中的第二坐标； 在用于控制所述智能臂运动的遥控器的坐标系与所述臂架空间坐标系不对应时，根据所述遥控器的坐标系调整所述臂架投影坐标系及第二坐标，或者根据所述臂架投影坐标系调整遥控器的坐标系，以使所述的臂架末端在所述遥控器的坐标系中的运动角度与在所述臂架投影坐标系中的运动角度一致，并根据所述遥控器发送的运动指令及所述第二坐标，确定所述智能臂处于目标位置时臂架末端在所述臂架投影坐标系中的第三坐标，且根据所述第二坐标及所述第三坐标计算得到所述智能臂的转台旋转角度；或者，在所述遥控器的坐标系与所述臂架空间坐标系对应时，根据所述运动指令及所述第二坐标，确定所述智能臂处于目标位置时臂架末端在所述臂架投影坐标系中的第三坐标；并根据所述第二坐标及所述第三坐标计算得到所述智能臂的转台旋转角度； 根据所述第一坐标、所述各节臂架与水平面之间的夹角、所述智能臂各节臂架的长度计算所述智能臂从当前位置运动到目标位置时在臂架平面坐标系中的坐标改变量；并根据所述坐标改变量确定约束条件，再根据预设的优化算法，确定所述智能臂的相邻两节臂架之间的夹角在所述智能臂处于当前位置与目标位置时的角度差； 根据所述转台旋转角度 及所述相邻两节臂架之间夹角的角度差，分别控制所述智能臂转台及臂架的运动。
2.根据权利要求1所述智能臂空间运动控制方法，其特征在于，确定所述遥控器的坐标系与所述臂架空间坐标系不对应的方法包括: 在收到所述遥控器发送的用于表征所述遥控器的坐标系与所述臂架空间坐标系不对应的相对位置定位信号后，确定所述遥控器的坐标系与所述臂架空间坐标系不对应。
3.根据权利要求2所述智能臂空间运动控制方法，其特征在于，所述“根据用于控制所述智能臂运动的遥控器的坐标系调整所述臂架投影坐标系及第二坐标”的步骤包括: 根据所述相对位置定位信号获取所述遥控器的坐标系与预设基准方向的夹角，再根据所述遥控器的坐标系与预设基准方向的夹角，调整所述臂架投影坐标系及第二坐标，或者调整遥控器的坐标系。
4.根据权利要求1-3中任一项所述智能臂空间运动控制方法，其特征在于，所述优化算法以使所述智能臂的相邻两节臂架之间的夹角在所述智能臂处于当前位置与目标位置时的角度差的平方和最小为优化目标，所述优化目标表示为: ^ η、 min ^(Κ-.ΔΘ,.)2
V ?'=1J 其中，系数Ki根据所述智能臂第i节臂架动作能力及所述遥控器的手柄开度变化确定；在i>l时Λ Θ i为第1-Ι节臂架与第i节臂架之间的夹角在所述智能臂处于当前位置与目标位置时的角度差；△ Θ i为第I节臂架与水平面之间夹角在当前位置与目标位置时的变化量。
5.根据权利要求4所述智能臂空间运动控制方法，其特征在于，在所述“确定所述智能臂的相邻两节臂架之间的夹角在所述智能臂处于当前位置与目标位置时的角度差”的步骤之后还包括: 根据所述角度差及所述智能臂在当前位置时各节臂架与水平面之间夹角确定所述智能臂在目标位置时各节臂架之间夹角； 并根据预设的所述智能臂各节臂架之间夹角的最大值及最小值，判断所述智能臂在目标位置时各节臂架之间夹角是否在对应的所述最小值与所述最大值之间的范围内； 将臂架之间夹角处于对应的所述最小值与所述最大值之间的范围外的臂架对应的系数Ki确定为零，并重新确定所述智能臂中其他节臂与其相邻臂架之间的夹角在所述智能臂处于当前位置与目标位置时的角度差。
6.根据权利要求5述智能臂空间运动控制方法，其特征在于，在所述“根据所述坐标改变量确定约束条件，再根据预设的优化算法，确定所述智能臂的相邻两节臂架之间的夹角在所述智能臂处于当前位置与目标位置时的角度差”的步骤之前包括: 判断所述智能臂在目标位置时各节臂架之间夹角是否为对应的所述最小值或所述最大值； 并计算所述智能臂在目标位置时各节臂架之间夹角为对应的所述最小值或所述最大值的臂架数量； 在所述臂架数量大于或等于η-1时，直接停止所述智能臂各节臂架的动作； 在所述臂架数量小于η-1时，执行“根据所述坐标改变量确定约束条件，再根据预设的优化算法，确定所述智能臂的相邻两节臂架之间的夹角在所述智能臂处于当前位置与目标位置时的角度差”的步骤。
7.根据权利要求1-3中任一项所述智能臂空间运动控制方法，其特征在于，确定所述智能臂处于当前位置时臂架末端在臂架空间坐标系中的坐标的方法包括: 根据有限元理论，计算所述智能臂的第η节臂在当前载荷下的弹性形变量fn ;并根据所述弹性形变量fn及所述第η节臂的长度，求取所述智能臂的臂架末端在所述第η节臂的局部坐标系下的坐标；并根据所述各节臂架与水平面之间的夹角，通过坐标旋转和平移实现所述臂架末端在各节臂的局部坐标系下的坐标转换；以及计算所述臂架末端在当前时刻及上一时刻在同一节臂的局部坐标系下的位置差；再根据所述位置差，对所述智能臂处于当前位置时臂架末端在臂架空间坐标系中的坐标进行弹性形变补偿操作。
8.根据权利要求7所述智能臂空间运动控制方法，其特征在于，在所述“根据所述位置差，对所述智能臂处于当前位置时臂架末端在臂架空间坐标系中的坐标进行弹性形变补偿操作”的步骤之前包括: 判断所述位置差是否大于预设阈值，在大于所述预设阈值时，对所述智能臂处于当前位置时臂架末端在臂架空间坐标系中的坐标进行弹性形变补偿操作。
9.一种智能臂空间运动控制装置，应用于具有η节臂架的智能臂，其中所述η大于等于.2，其特征在于，所述智能臂空间运动控制装置包括: 接收单元(60)，用于 接 收各角度传感器感测及发送的所述智能臂处于当前位置时各节臂架与水平面之间的夹角；坐标转换单元(61)，用于根据所述智能臂处于当前位置时臂架末端在臂架空间坐标系中的坐标，确定所述臂架末端在臂架平面坐标系中的第一坐标及在臂架投影坐标系中的第二坐标； 旋转角度确定单元(62)，用于在用于控制所述智能臂运动的遥控器的坐标系与所述臂架空间坐标系不对应时，根据用于控制所述智能臂运动的遥控器的坐标系调整所述臂架投影坐标系及第二坐标，或者根据所述臂架投影坐标系调整遥控器的坐标系，以使所述智能臂的臂架末端在所述遥控器的坐标系中的运动角度与在所述臂架投影坐标系中的运动角度一致，并根据所述遥控器发送的运动指令及所述第二坐标，确定所述智能臂处于所述目标位置时臂架末端在所述臂架投影坐标系中的第三坐标，且根据所述第二坐标及所述第三坐标计算得到所述智能臂的转台旋转角度；或者，在所述遥控器的坐标系与所述臂架空间坐标系对应时，根据所述运动指令及所述第二坐标，确定所述智能臂处于所述目标位置时臂架末端在所述臂架投影坐标系中的第三坐标；并根据所述第二坐标及所述第三坐标计算得到所述智能臂的转台旋转角度； 夹角差确定单元(63)，用于根据所述第一坐标、所述各节臂架与水平面之间的夹角、所述智能臂各节臂架的长度计算所述智能臂从当前位置运动到目标位置时在臂架平面坐标系中的坐标改变量；并根据所述坐标改变量确定约束条件，再根据预设的优化算法，确定所述智能臂的相邻两节臂架之间的夹角在所述智能臂处于当前位置与目标位置时的角度差; 运动控制单元(64)，用于根据所述转台旋转角度及臂架之间夹角的角度差，分别控制所述智能臂转台及臂架的运动。
10.根据权利要 求9所述智能臂空间运动控制装置，其特征在于，所述旋转角度确定单元(62)包括: 旋转角度确定子单元，用于在收到所述遥控器发送的用于表征所述遥控器的坐标系与所述臂架空间坐标系不对应的相对位置定位信号后，确定所述遥控器的坐标系与所述臂架空间坐标系不对应，并根据所述相对位置定位信号获取所述遥控器的坐标系与预设基准方向的夹角，再根据所述遥控器的坐标系与预设基准方向的夹角，调整所述臂架投影坐标系及第二坐标，或者调整遥控器的坐标系。
【文档编号】E04G21/04GK103792956SQ201410038214
【公开日】2014年5月14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, 王建明, 曾启, 贾剑峰 申请人:三一汽车制造有限公司