专利名称：一种臂架设备连杆机构控制装置、系统、方法和工程机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种臂架设备连杆机构控制装置、系统、方法和包括所述系统的工程机械。
背景技术：
混凝土喷射机是一种广泛应用于各种隧道和道路施工的混凝土机械，其中多关节臂架是混凝土喷射机作业的主要工作机构。目前混凝土喷射机臂架的运动控制是通过控制油缸的伸缩，推动臂节之间的连杆机构来调整各个臂节之间的夹角。通常，根据各个臂节之间的几何运动关系，可以得出臂·节夹角与油缸长度之间的算数关系，然后设定一目标夹角，根据该算数关系求解出油缸的长度，然后将油缸伸缩到该长度以控制臂架末端达到目标位置。例如，图1A是混凝土泵车臂架油缸、连杆机构与臂节之间的连接关系示意图。如图1A所示，混凝土泵车的臂架设备包括相互连接的第一臂节I和第二臂节2，在第一臂节I和第二臂节2之间连接有连杆机构3，在第一臂节I与连杆结构3之间连接有油缸4，由此，通过油缸4的伸缩驱动连杆机构3，来控制第二臂节2运动。图1B是混凝土泵车臂架油缸、连杆机构与臂节之间的几何关系示意图。假设已知臂节夹角ZF0G，可以通过臂节之间的几何关系推算出油缸4的长度AB。计算步骤如下:I) Z FCE和Z⑶E固定不变且已知，可以求得:Z CED = Z FCE+ Z⑶E- Z FOG ；2)在三角形⑶E中，可以通过余弦定理求得⑶:CD=VcE2 + DE2 - 2CE X DE x cos ZCED3)由余弦和正弦定理可分别在三角形CBD和三角形CED中求得Z B⑶和Z E⑶；4)计算Z BCE = Z BCD-广 ECD ;5)计算Z ACB = Z FCE- Z FCA- Z BCE ；6)在三角形ABC中，计算油缸长度AB: AB=^AC2 -1- BC2 - 2 AC x BC x cos ZACB通过上面可以看出，利用几何运算会产生较大的计算量。混凝土喷射机连杆机构的运动关系比混凝土泵车的复杂，因此，在混凝土喷射机中，直接进行几何计算会非常复杂，很难得到解析解，且计算量庞大，计算效率低。此外，一旦臂架的几何模型有改动，就要改变相应的控制算法，因此，无法实现仅采用一种控制算法来对不同结构的臂架设备进行控制，适用性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种臂架设备连杆机构控制装置、系统、方法和包括所述系统的工程机械，以克服现有技术中利用臂架夹角直接进行公式计算得出油缸长度所带来的计算量大、计算效率低的缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供一种臂架设备连杆机构控制装置，所述臂架设备包括相互连接的多个臂节，相邻臂节之间连接有所述连杆机构和用于驱动所述连杆机构的油缸，所述装置包括:接收器，用于接收所述相邻臂节之间的目标夹角；以及控制器，与所述接收器连接，用于根据所述目标夹角以及目标夹角与油缸长度映射表，得出与所述目标夹角对应的油缸长度，并控制所述油缸伸缩到所述油缸长度。本发明还提供一种臂架设备连杆机构控制系统，所述臂架设备包括相互连接的多个臂节，相邻臂节之间连接有所述连杆机构和用于驱动所述连杆机构的油缸，所述系统包括:角度给定装置，用于给定所述相邻臂节之间的目标夹角；以及上述臂架设备连杆机构控制装置，与所述角度给定装置连接。本发明还提供一种包括上述系统的工程机械。本发明还提供一种臂架设备连杆机构控制方法，所述臂架设备包括相互连接的多个臂节，相邻臂节之间连接有所述连杆机构和用于驱动所述连杆机构的油缸，所述方法包括:接收所述相邻臂节之间的目标夹角；根据所述目标夹角以及目标夹角与油缸长度映射表，得出与所述目标夹角对应的油缸长度；以及控制所述油缸伸缩到所述油缸长度。通过上述技术方案，可以事先将相邻臂节之间的目标夹角与所对应的油缸长度计算出来，然后存入到映射表中，以使在接收到所述目标夹角之后，可以通过查找映射表来直接确定出与该目标夹角对应的油缸长度，计算效率高，避免了繁杂的几何运算过程。此外，即使几何模型有改动，也不会对控制算法产生影响，只需要将映射表中的数据重新更新即可。本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式
部分予以详细说明。
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式
一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中:图1A是混凝土泵车臂架油缸、连杆机构与臂节之间的连接关系示意图；图1B是混凝土泵车臂架油缸、连杆机构与臂节之间的几何关系示意图；图2是混凝土喷射机臂架结构示意图；图3A是混凝土喷射机第一种臂架油缸、连杆机构与臂节之间的连接关系示意图；图3B是混凝土喷射机第一种臂架油缸、连杆机构与臂节之间的几何关系示意图；图4A是混凝土喷射机第二种臂架油缸、连杆机构与臂节之间的连接关系示意图；图4B是混凝土喷射机第二种臂架油缸、连杆机构与臂节之间的几何关系示意图；图5是根据本发明的臂架设备连杆机构控制装置的结构图；图6是二分查表法的流程图；图7是根据本发明的臂架设备连杆机构控制系统的结构图；以及图8是根据本发明的臂架设备连杆机构控制方法的流程具体实施例方式以下结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式
仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图2混凝土喷射机臂架结构示意图。该混凝土喷射机臂架结构包括:基座201、双回转转台202、三节“Z”型臂节(大臂203、第二节臂204、第三节臂205)、伸缩机构206、以及喷射头207。其中，在双回转转台202与大臂203之间连接有第一油缸208和第一连杆机构209，该第一油缸208的伸缩驱动大臂203绕第一连杆机构209转动。在大臂203与第二节臂204之间连接有第二油缸210和第二连杆机构211，该第二油缸210的伸缩驱动所述第二连杆机构211转动，以控制第二节臂204转动。由此，在混凝土喷射机中，存在油缸与连杆机构的两种结构，分别如图3A和图4A所示。图3B是与图3A对应的几何关系示意图。在图3B中，第一油缸208的油缸长度⑶与大臂203的倾角Z GBF之间的数学关系推导如下:DZ CBF是固定已知的，Z DBG是固定已知的，Z GBF是大臂203需要达到的目标角度，故有:Z CBD= Z CBF- Z DBF= Z CBF- ( Z DBG+ Z GBF)；2)三角形CBD的两条边CB、BD和一个夹角Z CBD已知，由余弦定理可以求得CD=VCB2 + BD2 - 2CB x BD x cos ZCBD。由此，可以通过设定大臂203的目标角度Z GBF计算出对应的第一油缸208的油缸长度⑶。图4B是与图4A对应的几何关系示意图。在图4B中，第二油缸210的油缸长度EG与第二节臂204和第三节臂205之间的夹角Z FIJ之间的数学关系推导如下:I)在三角形EFG中，EF和GF边是不可伸缩的，边EG是第二油缸210油缸长度，因
此，三角形EFG的三边都为已知，故由余弦定理可知
权利要求
1.一种臂架设备连杆机构控制装置，所述臂架设备包括相互连接的多个臂节，相邻臂节之间连接有所述连杆机构和用于驱动所述连杆机构的油缸，其特征在于，所述装置包括: 接收器，用于接收所述相邻臂节之间的目标夹角；以及 控制器，与所述接收器连接，用于根据所述目标夹角以及目标夹角与油缸长度映射表，得出与所述目标夹角对应的油缸长度，并控制所述油缸伸缩到所述油缸长度。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器根据二分查表法来查找所述目标夹角与油缸长度映射表。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于在所述映射表中没有与所述目标夹角对应的油缸长度的情况下，根据所述目标夹角以及一直线方程，得出与所述目标夹角对应的油缸长度，其中所述直线方程是通过所述映射表中存储的与所述目标夹角相邻的两个夹角以及与所述两个夹角对应的两个油缸长度来确定的。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于将所得出的油缸长度和对应的所述目标夹角存入所述目标夹角与油缸长度映射表，以更新所述目标夹角与油缸长度映射表。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于， 所述接收器还用于接收所述相邻臂节之间的目标角速度；以及 所述控制器还用于根据所述目标角速度以及目标角速度与油缸伸缩速度映射表，得出与所述目标角速度对应的油缸伸缩速度，并控制所述油缸以所述油缸伸缩速度伸缩到所述油缸长度。
6.一种臂架设备连杆机构控制系统，所述臂架设备包括相互连接的多个臂节，相邻臂节之间连接有所述连杆机构和用于驱动所述连杆机构的油缸，其特征在于，所述系统包括: 角度给定装置，用于给定所述相邻臂节之间的目标夹角；以及 根据权利要求1-5中任意一项权利要求所述的臂架设备连杆机构控制装置，与所述角度给定装置连接。
7.一种包括权利要求6所述的系统的工程机械。
8.一种臂架设备连杆机构控制方法，所述臂架设备包括相互连接的多个臂节，相邻臂节之间连接有所述连杆机构和用于驱动所述连杆机构的油缸，其特征在于，所述方法包括: 接收所述相邻臂节之间的目标夹角； 根据所述目标夹角以及目标夹角与油缸长度映射表，得出与所述目标夹角对应的油缸长度；以及 控制所述油缸伸缩到所述油缸长度。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据二分查表法来查找所述目标夹角与油缸长度映射表。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 在所述映射表中没有与所述目标夹角对应的油缸长度的情况下，根据所述目标夹角以及一直线方程，得出与所述目标夹角对应的油缸长度，其中所述直线方程是通过所述映射表中存储的与所述目标夹角相邻的两个夹角以及与所述两个夹角对应的两个油缸长度来确定的。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 将所得出的油缸长度和对应的所述目标夹角存入所述目标夹角与油缸长度映射表，以更新所述目标夹角与油缸长度映射表。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 接收所述相邻臂节之间的目标角速度； 根据所述目标角速度以及目标角速度与油缸伸缩速度映射表，得出与所述目标角速度对应的油缸伸缩速度；以及 控制所述油缸以所述油 缸伸缩速度伸缩到所述油缸长度。
全文摘要
本发明公开了一种臂架设备连杆机构控制装置、系统、方法和包括所述系统的工程机械，其中，所述臂架设备包括相互连接的多个臂节，相邻臂节之间连接有所述连杆机构和用于驱动所述连杆机构的油缸。所述装置包括接收器，用于接收所述相邻臂节之间的目标夹角；以及控制器，与所述接收器连接，用于根据所述目标夹角以及目标夹角与油缸长度映射表，得出与所述目标夹角对应的油缸长度，并控制所述油缸伸缩到所述油缸长度。通过上述技术方案，可以通过查找映射表来直接确定出与该目标夹角对应的油缸长度，计算效率高，避免了繁杂的几何运算过程。此外，即使几何模型有改动，也不会对控制算法产生影响，只需要将映射表中的数据重新更新即可。
文档编号E01C19/18GK103147768SQ20131008384
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月15日 优先权日2013年3月15日
发明者梁聪慧, 胡敏, 陶泽安, 曾杨 申请人:中联重科股份有限公司