一种洒水车的多功能臂架及其控制方法与流程

本发明涉及清洗设备，确切地说是一种洒水车的多功能臂架及其控制方法。

背景技术

洒水车又称为喷洒车。洒水车用于各种路面冲洗，绿化带、草坪绿化的洒水浇灌。

目前国内使用洒水车在浇灌绿化带时，多用水炮、侧冲或用手持外接喷枪来完成，这样需要增加人工操作来控制洒水位置，而且洒水不均匀，存在撒水的问题，造成了水资源的大量浪费，在水资源日益紧缺的今天这也是一个突出问题，这些问题不容忽视。

时洒水车也用于马路、绿化带、公园、厂房车间等路面结构复杂的地点，所以在实际的洒水过程中水要能够喷洒到喷枪不能完全靠近的地方，这就需要洒水喷枪具备一定的灵活性，在空间能进行一定的方向角度的移动，并且能够达到一定的位置，而且在人员流动比较大的地方，路面顽渍需要一段时间进行清洗，而目前的洒水车不能满足这样的需求。

另外，目前国内的洒水车功能单一，只能进行简单的高压喷水，喷射方向固定，缺乏灵活性，控制不方便；而且在不需要洒水的季节或日期只能闲置，不可以更换工作装置从而实现其他功能，造成资源的不合理利用，这些问题也不容忽视。当前环卫行业面临人力成本占比高、机械化率低、老龄化严重等问题，所以利用洒水车满足不同环卫作业要求。

如，中国实用新型专利zl201620352728.5公开号205907645u公开了一种洒水车的洒水臂机构，该专利是通过洒水车上安装有主机械、副机械臂、液压升降装置和旋转装置，在主机械臂与副机械臂上安装水管挡板装置，在水枪底座上设有水流通道，该专利申请存在以下缺点：

第一，在有行人通道旁的绿化带时的洒水作业，不能准确将水枪调整到需要洒水作业绿化带，洒水位置不能实现定点，即定点洒水，这样会导致水枪洒出的水喷到不需要的地方如行人通道，浪费了水。

第二，洒水车闲置时，洒水车安装的洒水机械臂机构也伴随闲置，不能实现其他功能，洒水车的洒水臂机构的利用率低。

第三，其通过加压泵对水加压后喷出，水压大使洒水覆盖面大，但同时存在水压调整水方便、不灵活的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种洒水车的多功能臂架及其控制方法，该装置水压监测调整方便，喷射方向灵活可控制，节水具有多种功能，可以实现喷水、清扫、割草等功能，一机多用，减少设备闲置损失；该臂架的控制方法安全可靠，灵活性高。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术手段：

一种洒水车的多功能臂架，包括底座、臂架系统、位置调整装置、工作装置、回转装置，所述的臂架系统包括顺次铰接连接的臂i、臂ii、臂iii，臂i的一端与底座铰接连接，臂i的另一端与臂ii的一端铰接连接，臂ii的另一端与臂iii的一端铰接连接；臂iii的另一端通过回转装置与工作装置连接；所述的位置调整装置设有液压缸i、液压缸ii、液压缸iii；液压缸i的一端与底座连接，液压缸i的另一端与臂i的底部连接；液压缸ii的一端与臂i顶部连接，液压缸ii的另一端与臂ii底部连接；液压缸iii的一端与臂ii顶部连接，液压缸臂iii的另一端与臂iii的中部连接；所述的工作装置设有洒水机构、清扫机构及剪草机构，洒水机构设有长管多孔喷枪，长管多孔喷枪的底侧安装有多个间隔设置的喷嘴，各个喷嘴内壁都装有水压传感器；所述的回转装置设有工作台座、马达i、马达ii及马达iii，臂iii的另一端通过马达i与工作台座的中部连接，工作台座的两端分别安装有马达ii及马达iii，清扫机构通过马达ii与工作台座连接，洒水机构的长管多孔喷枪通过马达iii与工作台座连接。

与现有技术相比，其突出的特点是：

（1）多功能臂架中的臂i、臂ii、臂iii、液压缸i、液压缸ii、液压缸iii、转轴i、转轴ii、转轴iii采用牵连式控制或独立式控制，当需要整体式伸缩或转动时，采用牵连式控制，只需控制液压缸i，保证臂i转动性能，其他部位保持固定即可实现牵连式控制；当需要各个部位单独工作时使用独立式控制方式，此两控制方式使本装置的转动调节更方便、更快捷。

（2）各个喷嘴内壁都装有水压传感器，可根据传感器压力的大小控制所需的水压；所述喷嘴的开合大小，高低压均由主控室发出指令给plc控制系统控制，以达到自动控制的目的。

（3）通过臂架调节纵向的喷洒位置与角度，同时，通过马达i、马达iii可以调节水平喷淋的位置及角度，调节灵活，能够实现全方位，多角度喷水。

（4）设有清扫机构，可以对地面、道路的附属装置等进行清扫清洁；同样上述清扫机构也可以在纵向、水平方向实现灵活调节，能够实现全方位，多角度喷水。

（5）马达ii可以通过拆卸接清扫机构后连接剪草机构，对草木进行修剪，其修剪位置及角度，调节灵活，能够实现全方位，多角度进行修剪；当然，也可以通过在工作台座上设置独立的马达，独立连接设置剪草机构，从而可以避免拆卸更换的麻烦。

（6）本技术方案可以应用自动控制技术实现各工作装置的协调运作及独立互补工作；如臂架系统采用自适应pid控制器，通过对每个臂架关节的输入信号进行傅立叶级数展开，自适应pid控制器通过辨识输入信号的傅立叶系数来学习输入信号，当输入信号的傅立叶级数展开有界时，可以获得全局稳定和局部指数稳定的误差动力学，使跟踪误差达到任意精度，从而精准地控制臂架的工作。

综上，不需要人工在车外操作，每台洒水车只需要一个人在控制室操作控制面板即可，节省了人力资源；水压可以控制实现高压冲洗低压浇灌或打药的功能，有节约水资源的作用；长管多孔喷枪可多角度喷水，相对于现有洒水车的固定式喷枪结构有灵活性高的优点，喷水角度、喷水量根据现场需求实现自动控制灵活的调整，且可以实现喷水、清扫、割草等功能，一机多用，减少设备闲置损失。

进一步的优选技术方案如下：

所述的长管多孔喷枪的两端预留有联接螺纹。

上述设置，喷水所需要的长度或宽度需求对长管多孔喷枪的长管进行连接，更好地适应不同情况下的需要。

所述的底座设有一个扁平圆柱体及一个圆台，扁平圆柱体下端与洒水车固定安装，圆台宽端与扁平圆柱体体上端采取可360度旋转式连接，圆台中心部分掏空连接臂架系统，通过转轴i与臂i的一端连接，臂i的一端嵌入式安装于圆台掏空部分，转轴i是阶梯轴，其两端装有轴承，轴承一端采用轴肩定位，轴承另外一端采用轴用挡圈定位，轴承的外圈和圆台内的孔配合；圆台侧面刨去一部分形成液压缸安装座，液压缸安装座安装液压缸i。

底座的材料采用具有良好铸造性，耐磨性，减震性和切屑加工性的球墨铸铁，扁平圆柱体下端与洒水车固定安装，安装方式如下：在扁平圆柱体体四周钻四个螺纹孔，同时洒水车车头与水箱之间也钻四个与之相应的螺纹孔，扁平圆柱体体上四个孔上端要锪沉孔，以保证螺栓与螺母的安装要求，同时螺栓与螺母联接加垫片，防止松弛，而且采用机械防松处理，以避免过紧加剧材料的损害；圆台宽端与扁平圆柱体体上端采取可360度旋转式安装，由主控室控制其任意转向；所述臂架与圆台的安装，其方法如下：圆台中心部分掏空，用于与臂架系统安装，通过转轴i与臂i一端连接，嵌入式安装于圆台掏空部分，所述的转轴i5是阶梯轴，其两端装有轴承，轴承一端采用轴肩定位，另外一端采用轴用挡圈定位，轴承的外圈和圆台内的孔配合；所述圆台侧面刨去一部分，便于其与液压缸i安装的同时，还可以使臂i合理伸缩不受影响。

所述的臂i、臂ii、臂iii均采用方管材料焊接而成，其中臂i采用规格为160mm×160mm×8mm的方管，臂ii采用规格为120mm×120mm×6mm的方管，臂iii采用规格为100mm×100mm×4mm的方管；臂i与臂ii，臂ii与臂iii均采用转轴连接，转轴两端装有轴承，轴承一端采用轴肩定位，另外一端采用轴用挡圈定位，轴承的外圈和轴上的孔配合。

上述的设置，使臂i、臂ii、臂iii的长度、截面逐渐减小，使臂的支撑性能及稳定性较好。

所述的液压缸i、液压缸ii、液压缸iii均为活塞式双作用液压缸；液压缸的固定装置均设有紧固板、紧固螺钉及防松装置，防松装置均设有止动垫圈与圆螺母；活塞式双作用液压缸的运动通过液压回路中的双向定量泵及电磁阀进行控制。

所述的液压缸ii和液压缸iii的安装均采用尾部法兰式安装。

所述的工作台座呈条状或三角状，工作台座呈条状的，其一端的清扫机构拆卸后更换为液压驱动的割草装置，割草装置设有刀盘、刀片及刀盘、刀片的驱动旋转轴；工作台座呈三角状的，工作台座三个端部分别连接洒水机构、清扫机构及剪草机构。

上述设置，便于根据不同的需要进行选择，如果对割草装置使用较多的情况下，工作台座选用三角状的，可以减少拆卸安装的麻烦。

所述的臂架还设有水流管道，水流管道设有水流主管道及水流副管道，水流主管道的水管的一端从水箱端起，经臂i、臂ii、臂iii的左上端，通过水管夹与三个臂固定，水管另一端延伸到洒水机构与长管多孔喷枪连通；水流副管道连通药剂存储处与水流主管道。

上述设置，便于安装固定水流管道，利用水流管道完成酒水或喷水，通过设置水流副管道、药剂存储处，还可以将本装置当作植保装置使用，进一步提高本装置的使用范围。

所述的臂架还设有液压管路，液压管路从主控室接出后，通过线路挡板连接固定在臂i、臂ii、臂iii右上端并分别与液压缸i、液压缸ii、液压缸iii相通，液压管路的末端连接割草装置的液压马达，线路挡板设有u形固定支架，u形固定支架与水管夹对称焊接臂i、臂ii、臂iii上。

10.根据权利要求1所述的洒水车的多功能臂架的控制方法，其特征在于包含以下步骤：

（1）控制系统启动，系统参数自动初始化，根据传感器及监测探头的信号检测周围环境是否安全，是否达到启动机器的环境要求；

（2）对（1）的结果进行判断；若否，则发出灯光警报，指令结束，待工作人员重新检查确认环境安全后再手动启动控制系统；若安全，则输入执行指令；

（3）接收到执行指令后，控制系统首先判断执行指令是否为液压指令；若是，则进入液压控制系统；液压控制系统判断执行指令是否控制执行液压缸i；若是，则根据所给进给量控制执行液压缸i进给，进而控制臂i运动；若否，则跳过执行液压缸i；进行判断执行指令是否控制执行液压缸ii；若是，则根据所给进给量控制执行液压缸ii进给，进而控制臂ii运动；若否，则跳过执行液压缸ii；进行判断执行指令是否控制执行液压缸iii；若是，则根据所给进给量控制执行液压缸iii进给，进而控制臂iii运动；若否，则跳过执行液压缸iii；液压控制系统结束；

（4）若判断执行指令不为液压指令，则进行判断执行指令是否为马达指令；若是，则进入马达控制系统；马达控制系统判断执行指令是否控制执行马达i；若是，则根据所给进给量控制执行马达i进给，进而控制整个工作装置转动；若否，则跳过执行马达i；进行判断执行指令是否控制执行马达ii；若是，则根据所给进给量控制执行马达ii进给，进而控制清扫机构转动，若为修剪装置，则控制修剪装置转动；若否，则跳过执行马达ii；进行判断执行指令是否控制执行马达iii；若是，则根据所给进给量控制执行马达iii进给，进而控制洒水机构转动；若否，则跳过执行马达iii；马达控制系统结束；

（5）若判断执行指令不为马达指令，则进入喷嘴控制系统；喷嘴控制系统判断执行指令是否为省水模式指令；若是，则喷嘴开口打开一半；若否，则喷嘴开口全开；进行判断执行指令是否为低压模式指令；若是，则加压装置半输出工作；若否，则加压装置全输出工作；指令判断结束，所有指令汇总执行；

（6）指令执行结束后，进行判断指令执行是否完成；若否，则回到判断环境安全情况，安全后，输入执行指令，重复上述步骤；若是，则指令结束。

附图说明

图1是本发明创造的结构示意图。

图2是本发明创造的工作装置部分结构示意图。

图3是本发明创造的机械臂安装效果侧视图。

图4是本发明创造的机械臂安装效果俯视图。

图5是本发明创造的机械臂控制模块。

图6是本发明创造的工作情景一模拟图。

图7是本发明创造的工作情景二模拟图。

图8是本发明创造的工作情景三模拟图。

图9是本发明创造的工作情景四模拟图。

附图标记说明：1-臂i；2-臂ii；3-臂iii；4-底座；5-转轴i；6-液压缸i；7-转轴ii；8-液压缸ii；9-转轴iii；10-液压缸iii；11-马达i；12-工作台座；13-；14-长管多孔喷枪；15-喷嘴；16-马达ii；17-清扫刷；18-马达iii。

具体实施方式

由图1至图4给出，本发明的洒水车的多功能臂架由底座4、臂架系统、位置调整装置、工作装置、回转装置组成；底座4由一扁平圆柱体及一圆台组合构成，扁平圆柱体下端与洒水车固定安装，圆台宽端与扁平圆柱体上端采用可360度旋转式安装，臂架系统从窄端开始，嵌入式安装于圆台中心处；的臂架系统包括臂i1、臂ii2、臂iii3，臂i12的一端通过转轴i5安装在底座圆台的嵌入口处，同时底座圆台侧壁与臂i12之间安装有液压缸i6；臂i1的另一端通过转轴ii7与臂ii2一端相连接，同时臂i12与臂ii2之间安装有液压缸ii8；臂ii2另一端与臂iii3一端通过转轴iii9相连接，同时臂ii2与臂iii3之间安装有液压缸iii10；臂iii3另一端安装有一马达i11，马达i11与工作装置相连接；多功能臂架中的臂i1、臂ii2、臂iii3、液压缸i6、液压缸ii8、液压缸iii10、转轴i5、转轴ii7、转轴iii9采用牵连式控制或独立式控制，当需要整体式伸缩或转动时，采用牵连式控制，只需控制液压缸i6，保证转轴i5的转动性能，其他部位保持固定即可实现牵连式控制；当需要各个部位单独工作时使用独立式控制方式，此两控制方式均由主控室控制；工作装置包括洒水机构、清扫机构及剪草机构；洒水机构包括高压清洗泵、长管多孔喷枪14、plc控制系统、管路，长管多孔喷枪14的工作方式是高压清洗泵吸入的水通过连接管路经过长管进行喷洒，其中的长管下方安装有多个喷嘴15，各个喷嘴15内壁都装有水压传感器，可根据传感器压力的大小控制所需的水压；喷嘴15的开合大小，高低压均由主控室发出指令给plc控制系统控制，以达到自动控制的目的；同时，长管多孔喷枪14侧面有一连接体，连接长管多孔喷枪14的管身与马达iii18，马达iii18可控制管身转动，实现全方位，多角度喷水；在长管的两端预留有联接螺纹，可根据喷水的长度或宽度需求加长或缩短长管；清扫机构包括马达ii16及清扫刷17，且清扫刷17安装于马达ii16下方，主控室通过控制电路控制相应的马达来控制主工作装置相应的运动，当洒水机构及清扫机构工作时，通过控制马达i11控制工作装置整体的转动,控制马达ii16控制清扫刷17旋转，以清扫地面，通过控制马达iii18则控制长管多孔喷枪14多角度喷水；洒水机构和清扫机构都安装在工作装置上，前端为洒水机构，后端为清扫机构，马达i11安装于工作装置上方；回转装置包括马达i11、马达ii16、旋转马达iii18，用于控制与之连接的装置的旋转；应用自动控制技术实现各工作装置的协调运作及独立互补工作；臂架系统采用自适应pid控制器，自适应pid控制器是通过对每个臂架关节的输入信号进行傅立叶级数展开,自适应pid控制器通过辨识输入信号的傅立叶系数来学习输入信号,当输入信号的傅立叶级数展开有界时,可以获得全局稳定和局部指数稳定的误差动力学,使跟踪误差达到任意精度，从而精准地控制臂架系统的工作。

底座4由一扁平圆柱体及一圆台组合构成，其材料都采用具有良好铸造性，耐磨性，减震性和切屑加工性的球墨铸铁；扁平圆柱体下端与洒水车固定安装，安装方式如下：在扁平圆柱体体四周钻四个螺纹孔，同时洒水车车头与水箱之间也钻四个与之相应的螺纹孔，扁平圆柱体体上四个孔上端要锪沉孔，以保证螺栓与螺母的安装要求，同时螺栓与螺母联接加垫片，防止松弛，而且采用机械防松处理，以避免过紧加剧材料的损害；圆台宽端与扁平圆柱体体上端采取可360度旋转式安装，由主控室控制其任意转向；臂架与圆台的安装，其方法如下：圆台中心部分掏空，用于与臂架系统安装，通过转轴i与臂i1一端连接，嵌入式安装于圆台掏空部分，的转轴i5是阶梯轴，其两端装有轴承，轴承一端采用轴肩定位，另外一端采用轴用挡圈定位，轴承的外圈和圆台内的孔配合；圆台侧面刨去一部分，便于其与液压缸i6安装的同时，还可以使臂i1合理伸缩不受影响。

臂i1、臂ii2、臂iii3均采用方管材料焊接而成，其中臂i1采用规格为160mm×160mm×8mm的方管，臂ii2采用规格为120mm×120mm×6mm的方管，臂iii3采用规格为100mm×100mm×4mm的方管；臂i1与臂ii2，臂ii2与臂iii3均采用转轴连接，转轴两端装有轴承，轴承一端采用轴肩定位，另外一端采用轴用挡圈定位，轴承的外圈和轴上的孔配合。

位置调整装置包括液压缸i6、液压缸ii8、液压缸iii10，底座圆台与臂i1之间安装液压缸i6，的液压缸均为活塞式双作用液压缸；液压缸的固定装置均分别包括有紧固板、紧固螺钉及防松装置，且防松装置均分别包括止动垫圈与圆螺母；活塞式双作用液压缸的运动通过液压回路中的双向定量泵及电磁阀进行控制；液压缸i采用底座型安装方式安装，其固定端安装于底座上，经紧固螺钉及紧固板固定，通过防松装置进行防松；液压缸i6另一端与臂i1连接，其安装于臂i1的方管之间的一转轴iii9上。

臂ii2、臂i1、液压缸ii6、臂iii3、臂ii2、液压缸iii10，液压缸ii8和液压缸iii10的安装均采用尾部法兰式安装；液压缸ii8经紧固螺钉及紧固板固定，通过防松装置进行防松。

工作装置中的清扫机构更换为液压驱动的割草装置，其主要包括刀盘、刀片、旋转轴及控制部分，其工作由主控室控制；当割草装置工作时，遇到障碍物时会旋转避开，避免造成碰撞卡壳影响工作。

臂iii3的一端安装的马达i11用于改变工作装置的工作角度，马达i11与工作装置采用夹壳联轴器连接，夹壳联轴器由纵向剖分的两个半联轴器、螺栓和键组成，其中螺栓用于固定，防止马达i11与工作装置脱离，该夹壳联轴器可拆卸安装。

臂架装置还设有水流管道，包括水流主管道及水流副管道，水流主管道的水管从水箱端起，经臂i1、臂ii2、臂iii3的左上端，通过水管夹与三个臂固定，水管一端延伸到洒水机构及清扫机构上，与洒水机构的长管多孔喷枪14连通；水管夹安装于方管左上端，用于紧密、平稳地固定水管；水流副管道主要连通药剂存储处，用于喷洒所需的药剂，药剂通过混水流入水流副管道，再汇入水流主管道中，通过长管多孔喷枪14喷洒出去，可与剪草机构一起使用实现边剪草边喷药的效果；药剂存储处安装于水箱出水口边上，与水箱隔离开，互不干扰，药剂存储处另外实现肥料的稀释存储，配合水流主管道及水流副管道实现水肥喷洒绿化带植物即喷洒与施肥同时进行。

液压管路从主控室出发，经臂i1、臂ii2、臂iii3右上端分别与液压缸i6、液压缸ii8、液压缸iii10相连，且延伸到马达i11及马达ii16上；线路挡板用于紧密平稳地固定液压管路，其包括若干个u形固定支架，与水管夹对称焊接于方管右端上。

如图5，主控室控制流程图，输入控制系统的执行指令可为单种类型单个指令，或者为多种类型多个指令复合的复合指令，可实现单个构件一个动作或者多个构件多个动作联动的需求；控制系统里有多种通用执行指令，可直接选取执行，或者可根据环境的不同情况，自行输入执行指令执行；工作时，控制系统启动，系统参数自动初始化，自动检测周围环境是否安全，是否达到启动机器的环境要求；若否，则发出灯光警报，指令结束，待工作人员重新检查确认环境安全后再手动启动控制系统；若安全，则输入执行指令；接收到执行指令后，控制系统首先判断执行指令是否为液压指令；若是，则进入液压控制系统；液压控制系统判断执行指令是否控制执行液压缸i6；若是，则根据所给进给量控制执行液压缸i6进给，进而控制臂i1运动；若否，则跳过执行液压缸i6；进行判断执行指令是否控制执行液压缸ii8；若是，则根据所给进给量控制执行液压缸ii8进给，进而控制臂ii2运动；若否，则跳过执行液压缸ii8；进行判断执行指令是否控制执行液压缸iii10；若是，则根据所给进给量控制执行液压缸iii10进给，进而控制臂iii3运动；若否，则跳过执行液压缸iii10；液压控制系统结束；若判断执行指令不为液压指令，则进行判断执行指令是否为马达指令；若是，则进入马达控制系统；马达控制系统判断执行指令是否控制执行马达i11；若是，则根据所给进给量控制执行马达i11进给，进而控制整个工作装置转动；若否，则跳过执行马达i11；进行判断执行指令是否控制执行马达ii16；若是，则根据所给进给量控制执行马达ii16进给，进而控制清扫机构转动；若否，则跳过执行马达ii16；进行判断执行指令是否控制执行马达iii18；若是，则根据所给进给量控制执行马达iii18进给，进而控制洒水机构转动；若否，则跳过执行马达iii18；马达控制系统结束；若判断执行指令不为马达指令，则进入喷嘴控制系统；喷嘴控制系统判断执行指令是否为省水模式指令；若是，则喷嘴开口打开一半；若否，则喷嘴开口全开；进行判断执行指令是否为低压模式指令；若是，则加压装置半输出工作；若否，则加压装置全输出工作；指令判断结束，所有指令汇总执行；指令执行结束后，进行判断指令执行是否完成；若否，则回到判断环境安全情况，安全后，输入执行指令，重复上述步骤；若是，则指令结束。

如图6－图9所示，本实施例的洒水车的多功能臂架，可以针对不同的场景，调节后进行相应的洒水、喷药或割草修剪等工作，不需要人工在车外操作，每台洒水车只需要一个人在控制室操作控制面板即可，节省了人力资源；水压可以控制实现高压冲洗低压浇灌或打药的功能，有节约水资源的作用；长管多孔喷枪可多角度喷水，相对于现有洒水车的固定式喷枪结构有灵活性高的优点，喷水角度、喷水量根据现场需求实现自动控制灵活的调整，且可以实现喷水、清扫、割草等功能，一机多用，减少设备闲置损失。