抑尘车用臂架系统及其控制方法和控制系统、抑尘车与流程

本发明涉及抑尘车技术领域，特别地，涉及一种抑尘车用臂架系统，另外，还涉及上述抑尘车用臂架系统的控制方法和控制系统，以及采用上述抑尘车用臂架系统的抑尘车。

背景技术：

如图1所示，现有的抑尘车的雾炮都是通过雾炮支座固定连接在车辆底盘的后部，其通过回转平台来驱动雾炮以回转平台为中心左右转动，通过俯仰油缸来驱动雾炮围绕其与雾炮支座的铰接点上下转动。当驻车后，雾炮的作业范围局限于雾炮水雾能达到的水平距离。因此，现有的抑尘车的雾炮作业范围受限于雾炮性能，提升空间有限，抑尘效果不理想。

技术实现要素：

本发明提供了一种抑尘车用臂架系统及其控制方法和控制系统、抑尘车，以解决现有的抑尘车存在的雾炮作业范围有限的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种抑尘车用臂架系统，包括第一臂、第二臂、第三臂、第一油缸、第二油缸、第三油缸和雾炮支座，所述第一臂一端与回转平台铰接，另一端与所述第二臂铰接，所述第一油缸一端与回转平台铰接，另一端与所述第一臂铰接，所述第二油缸一端与所述第一臂铰接，另一端分别与所述第二臂和所述第一臂铰接，所述第三臂一端与所述第二臂铰接，另一端与所述雾炮支座固定连接，所述第三油缸一端与所述第二臂铰接，另一端与所述第三臂铰接，所述雾炮支座与雾炮铰接，所述雾炮支座在调节雾炮的高度的过程中始终处于水平状态，所述第一油缸、第二油缸和第三油缸均与抑尘车的电液比例控制系统连接。

进一步地，还包括与抑尘车的电液比例控制系统连接的俯仰油缸，所述俯仰油缸一端与雾炮支座铰接，另一端与雾炮铰接。

本发明还提供一种抑尘车用臂架系统的控制方法，采用如上所述的抑尘车用臂架系统，包括以下步骤：

步骤S1：输入雾炮的高度指令；

步骤S2：分别检测第二关节、第三关节、第四关节当前的角度位置信息，第二关节的角度位置信息为第一臂与水平面之间的夹角，初始为0，第三关节的角度位置信息为第一臂与第二臂之间的夹角，初始为0，第四关节的角度位置信息为第三臂与第二臂之间的夹角，初始为π；

步骤S3：根据雾炮的高度指令和第二关节、第三关节、第四关节当前的角度位置信息驱动第一油缸、第二油缸和第三油缸关联复合动作。

进一步地，所述步骤S3具体包括以下步骤：

步骤S31：根据雾炮的高度指令和第三关节当前的角度位置信息控制第二油缸驱动第二臂调节至目标角度位置；

步骤S32：根据第三关节当前的角度位置信息控制第一油缸驱动第一臂调节至目标角度位置；

步骤S33：根据第三关节当前的角度位置信息控制第三油缸驱动第三臂调节至目标角度位置。

进一步地，所述步骤S31中的第二臂的目标角度位置b0为：

当雾炮的高度指令H≤H1＝L1*sin(A)时，第二臂的目标角度b0＝arcsin(H/L1)；

当雾炮的高度指令H＞H1＝L1*sin(A)时，第二臂的目标角度b0＝arcsin[(H-H1)/L2]+A；

其中，L1表示第一臂的直线段延长至第二臂后的长度，L2表示第二臂的直线段延长至第一臂后的长度，A表示第一臂与水平面所能达到的最大角度，且A≤90°。

进一步地，所述步骤S32中的第一臂的目标角度位置a0为：

当第二臂当前的角度位置信息b≤A时，第一臂的目标角度位置a0＝b；

当第二臂当前的角度位置信息b＞A时，第一臂的目标角度位置a0＝A；

A表示第一臂与水平面所能达到的最大角度，且A≤90°。

进一步地，所述步骤S33中的第三臂的目标角度位置c0为：

当第二臂当前的角度位置信息b≤A时，第三臂的目标角度位置c0＝π；

当第二臂当前的角度位置信息b＞A时，第三臂的目标角度位置c0＝π-(b-A)；

A表示第一臂与水平面所能达到的最大角度，且A≤90°。

本发明还提供一种抑尘车用臂架系统的控制系统，采用如上所述的控制方法，包括输入单元，用于输入雾炮的高度指令；

角度检测单元，用于分别检测第二关节、第三关节、第四关节当前的角度位置信息；

控制器，用于根据雾炮的高度指令和第二关节、第三关节、第四关节当前的角度位置信息控制第一油缸、第二油缸和第三油缸关联复合动作；

所述输入单元和角度检测单元均与控制器连接。

进一步地，还包括与所述控制器电连接的电液比例控制系统，所述电液比例控制系统分别与第一油缸、第二油缸和第三油缸连接；

所述控制器控制电液比例控制系统驱动第一油缸、第二油缸和第三油缸关联复合动作。

本发明还提供一种抑尘车，采用如上所述的抑尘车用臂架系统。

本发明具有以下有益效果：

本发明的抑尘车用臂架系统，采用折叠式臂架系统，可以十分方便地对雾炮的高度进行调节，随着雾炮的高度不断增加，雾炮喷出的水雾的自由落体时间增长，而且在调节过程中雾炮平台始终处于水平状态，雾炮喷出的水雾能达到最远的水平距离，从而大幅度地提高了雾炮的作业范围，抑尘效果更好。

另外，本发明的抑尘车用臂架系统的控制方法，仅需输入雾炮的高度指令即可实现雾炮高度的智能调节，操作十分方便，而且在调节过程中雾炮平台始终处于水平状态，雾炮喷出的水雾能达到最远的水平距离，从而大幅度地提高了雾炮的作业范围，抑尘效果更好。

另外，本发明的抑尘车用臂架系统的控制系统和抑尘车同样具有上述优点。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明的现有的抑尘车的雾炮的安装结构示意图。

图2是本发明优选实施例的抑尘车用臂架系统的结构示意图。

图3是本发明优选实施例的抑尘车用臂架系统处于初始状态的示意图。

图4是本发明优选实施例的抑尘车用臂架系统处于举高状态的示意图。

图5是本发明第二实施例的抑尘车用臂架系统的控制方法的流程示意图。

图6是本发明第二实施例的图5中的步骤S3的子流程示意图。

图7是本发明第二实施例的图6中的步骤S31中将雾炮的高度指令转化为第二臂的目标角度位置的示意图。

图8是本发明第二实施例的图5中的步骤S33中驱动第一油缸、第二油缸和第三油缸关联复合动作的示意图。

图9是本发明第三实施例的抑尘车用臂架系统的控制系统的模块结构示意图。

附图标号说明

1、雾炮；2、俯仰油缸；3、雾炮支座；4、第三臂；5、第三油缸；6、第二臂；7、第一臂；8、第二油缸；9、第一油缸；10、回转平台；11、回转马达；12、底座；100、输入单元；101、角度检测单元；102、控制器；104、电液比例控制系统。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图2所示，本发明的优选实施例提供一种抑尘车用臂架系统，应用于抑尘车上，其具有雾炮举高功能，可以对雾炮的举升高度进行调节。抑尘车包括回转平台10、底座12和车辆底盘，所述回转平台10固定安装在底座12上，底座12固定安装在车辆底盘的后部，所述回转平台10上安装有回转马达11，所述回转马达11可以驱动回转平台10左右转动，所述抑尘车用臂架系统即安装在回转平台10上。所述抑尘车用臂架系统包括第一臂7、第二臂6、第三臂4、第一油缸9、第二油缸8、第三油缸5、雾炮支座3和俯仰油缸2，所述第一臂7一端与回转平台10铰接，另一端与所述第二臂6铰接，所述第一油缸9一端与回转平台10铰接，另一端与所述第一臂7铰接，所述第一油缸9可以驱动第一臂7围绕第一臂7与回转平台10的铰接点上下转动，即所述第一油缸9用于调节第一臂7与水平面的夹角。所述第二油缸8一端与所述第一臂7铰接，另一端分别与所述第二臂6和所述第一臂7铰接，所述第二油缸8可以驱动第二臂6相对于第一臂7上下转动，即所述第二油缸8用于调节第二臂6和第一臂7之间的夹角。所述第三臂4一端与所述第二臂6铰接，另一端与所述雾炮支座3固定连接，所述第三油缸5一端与所述第二臂6铰接，另一端与所述第三臂4铰接，所述第三油缸5可以驱动第三臂4相对于第二臂6上下转动，即第三油缸5用于调节第三臂4和第二臂6之间的夹角。所述雾炮支座3与雾炮1铰接，所述雾炮支座3在调节雾炮1的高度的过程中始终处于水平状态，雾炮1喷出的水雾所能达到的水平距离始终保持最远距离，雾炮1的作业范围更广。所述俯仰油缸2一端与雾炮1铰接，另一端与所述雾炮支座3铰接，所述俯仰油缸2用于调节雾炮1的俯仰角度。可以理解，当不需要对雾炮1的俯仰角度进行调节时，俯仰油缸2可以省略。还可以理解，所述第一油缸9、第二油缸8、第三油缸5和俯仰油缸2均与抑尘车的电液比例控制系统连接，可以通过电液比例控制系统分别控制第一油缸9、第二油缸8、第三油缸5和俯仰油缸2的工作状态，从而调节第一臂7与水平面的夹角、第二臂6和第一臂7之间的夹角、第三臂4和第二臂6之间的夹角和雾炮1的俯仰角度。

如图3和图4所示，所述回转平台10本身作为第一关节N1，具有第一自由度，所述第一臂7与回转平台10组成第二关节N2，具有第二自由度，所述第二臂6和第一臂7组成第三关节N3，具有第三自由度，所述第三臂4和第二臂6组成第四关节N4，具有第四自由度，所述雾炮1与雾炮支座3组成第五关节N5，具有第五自由度。其中，俯仰油缸2的行程变化即为第五关节N5的角度变化，第三油缸5的行程变化即为第四关节N4的角度变化，第二油缸8的行程变化即为第三关节N3的角度变化，第一油缸9的行程变化即为第二关节N2的角度变化，回转马达11驱动第一关节N1的角度变化。第一关节N1的控制变化可以实现雾炮1的左右转动，第五关节N5的控制变化可以实现雾炮1的上下俯仰动作，第二关节N2、第三关节N3和第四关节N4的控制变化可以实现雾炮1的高度调节，本发明的抑尘车用臂架系统具有五个自由度，可以对雾炮1的作业范围进行适应性调节，大幅度提升了雾炮1的作业范围。

本发明的抑尘车用臂架系统，采用折叠式臂架系统，可以十分方便地对雾炮1的高度进行调节，随着雾炮1的高度不断增加，雾炮1喷出的水雾的自由落体时间增长，而且在调节过程中雾炮平台3始终处于水平状态，雾炮1喷出的水雾能达到最远的水平距离，从而大幅度地提高了雾炮1的作业范围。

如图5所示，本发明的第二实施例还提供一种抑尘车用臂架系统的控制方法，采用上述的抑尘车用臂架系统，所述抑尘车用臂架系统的控制方法包括以下步骤：

步骤S1：输入雾炮的高度指令；

步骤S2：分别检测第二关节、第三关节、第四关节当前的角度位置信息，第二关节的角度位置信息为第一臂与水平面之间的夹角，初始为0，第三关节的角度位置信息为第一臂与第二臂之间的夹角，初始为0，第四关节的角度位置信息为第三臂与第二臂之间的夹角，初始为π；

步骤S3：根据雾炮的高度指令和第二关节、第三关节、第四关节当前的角度位置信息控制第一油缸、第二油缸和第三油缸关联复合动作。

本发明的抑尘车用臂架系统的控制方法，仅需输入雾炮的高度指令即可实现雾炮高度的智能调节，操作十分方便，而且在调节过程中雾炮平台始终处于水平状态，雾炮喷出的水雾能达到最远的水平距离，从而大幅度地提高了雾炮的作业范围。

可以理解，作为优选的，在所述步骤S1中还输入了雾炮的俯仰角度指令时，所述抑尘车用臂架系统的控制方法还包括以下步骤：

步骤S4：驱动俯仰油缸动作。通过驱动俯仰油缸动作来调节雾炮的上下俯仰角度，便于调节雾炮的作业范围。

可以理解，在所述步骤S1中，可以通过触摸屏或者键盘输入雾炮的高度指令H。

可以理解，在所述步骤S2中，可以通过角度传感器分别检测第二关节、第三关节、第四关节当前的角度位置信息。如图3和图4所示，第二关节N2的角度位置信息为第一臂与水平面之间的夹角a，初始为0，第三关节N3的角度位置信息为第一臂的直线段与第二臂的直线段之间的夹角b，初始为0，第四关节N4的角度位置信息为第三臂与第二臂之间的夹角c，初始为π。

可以理解，如图6所示，所述步骤S3具体包括以下步骤：

步骤S31：根据雾炮的高度指令和第三关节当前的角度位置信息控制第二油缸驱动第二臂调节至目标角度位置；

步骤S32：根据第三关节当前的角度位置信息控制第一油缸驱动第一臂调节至目标角度位置；

步骤S33：根据第三关节当前的角度位置信息控制第三油缸驱动第三臂调节至目标角度位置。

可以理解，如图7所示，所述步骤S31中根据输入的雾炮的高度指令并利用反解算法解析出第二臂的目标角度位置b0，第二臂的角度位置即为第二臂与第一臂之间的夹角，也即第三关节N3的夹角，其中

当雾炮的高度指令H≤H1＝L1*sin(A)时，第二臂的目标角度b0＝arcsin(H/L1)；

当雾炮的高度指令H＞H1＝L1*sin(A)时，第二臂的目标角度b0＝arcsin[(H-H1)/L2]+A；

其中，L1表示第一臂的直线段延长至第二臂后的长度，L2表示第二臂的直线段延长至第一臂后的长度，A表示第一臂与水平面所能达到的最大角度，且A≤90°。

可以理解，当抑尘车用臂架系统的结构确定后，L1和A均为已知值。

在解析出第二臂的目标角度位置b0后，再将实际检测的第三关节N3当前的角度位置信息b与解析得到的第二臂的目标角度位置b0进行对比，将两者的差值基于结构参数换算成油缸行程信息，同时结合电液比例控制系统的比例特性，经过PID参数调定，输出信号控制第二油缸对应的电液比例控制回路，驱动第二油缸以使第二臂处于目标角度b0的位置。

可以理解，如图8所示，在步骤S32中基于第三关节N3当前的角度位置信息控制第一油缸驱动第一臂调节至目标角度位置a0，即以第二臂当前的角度位置b来控制调节第一臂的角度位置，第一臂的角度位置即为第一臂与水平面之间的夹角，也即第二关节N2的夹角。具体地，第一臂的目标角度位置a0为：

当第二臂当前的角度位置信息b≤A时，第一臂的目标角度位置a0＝b；

当第二臂当前的角度位置信息b＞A时，第一臂的目标角度位置a0＝A；

A表示第一臂与水平面所能达到的最大角度，且A≤90°。

在解析出第一臂的目标角度位置a0后，再将实际检测的第二关节N2当前的角度位置信息a与解析得到的第一臂的目标角度位置a0进行对比，将两者的差值基于结构参数换算成油缸行程信息，同时结合电液比例控制系统的比例特性，经过PID参数调定，输出信号控制第一油缸对应的电液比例控制回路，驱动第一油缸以使第一臂处于目标角度a0的位置，在第二臂的角度位置b在0～A范围内时，第一臂跟随第二臂动作，在第二臂的角度位置b＞A时，第一臂调节至最大角度位置，防止在高度调节过程中出现第二臂与第一臂之间的干扰。

可以理解，在步骤S33中基于第三关节N3当前的角度位置信息控制第三油缸驱动第三臂调节至目标角度位置c0，即以第二臂当前的角度位置b来控制调节第三臂的角度位置，第三臂的角度位置即为第三臂与第二臂之间的夹角，也即第四关节N4的夹角。具体地，第三臂的目标角度位置c0为：

当第二臂当前的角度位置信息b≤A时，第三臂的目标角度位置c0＝π，即第三臂不动作；

当第二臂当前的角度位置信息b＞A时，第三臂的目标角度位置c0＝π-(b-A)；

A表示第一臂与水平面所能达到的最大角度，且A≤90°。

在解析出第三臂的目标角度位置c0后，再将实际检测的第四关节N4当前的角度位置信息c与解析得到的第三臂的目标角度位置c0进行对比，将两者的差值基于结构参数换算成油缸行程信息，同时结合电液比例控制系统的比例特性，经过PID参数调定，输出信号控制第三油缸对应的电液比例控制回路，驱动第三油缸以使第三臂处于目标角度c0的位置，在第二臂的角度位置b≤A时，第三臂不动作，在第二臂的角度位置b＞A的范围内时，第三臂跟随第二臂动作，防止在高度调节过程中出现第三臂与第二臂之间的干扰。

本发明的抑尘车用臂架系统的控制方法，采用第二臂的随动控制技术，首先基于输入的雾炮的高度指令采用反解算法解析出第二臂的目标角度位置，然后基于第二臂的实际角度位置分别调节第一臂和第三臂的角度位置，在调节雾炮高度的过程中，既避免了单独操作各臂实现举升的繁琐性与危险性，同时又杜绝了先动第一臂造成臂与臂之间干涉碰撞的问题，避免造成结构损伤、甚至出现危险事故的情况。

如图9所示，本发明的第三实施例还提供一种抑尘车用臂架系统的控制系统，其采用如上所述的抑尘车用臂架系统的控制方法，所述控制系统包括输入单元100、角度检测单元101和控制器102，所述输入单元100和角度检测单元101均与控制器102连接，所述输入单元100用于输入雾炮的高度指令，所述角度检测单元101用于分别检测第二关节、第三关节、第四关节当前的角度位置信息，所述控制器102用于根据雾炮的高度指令和第二关节、第三关节、第四关节当前的角度位置信息控制第一油缸9、第二油缸8和第三油缸5关联复合动作。可以理解，所述输入单元100为触摸屏或者键盘，所述角度检测单元101为角度传感器，所述控制器102为单片机或者PLC控制器。

可以理解，所述控制系统还包括电液比例控制系统104，所述电液比例控制系统104与控制器102电连接，所述电液比例控制系统104还分别与第一油缸9、第二油缸8、第三油缸5和俯仰油缸2连接。所述控制器102在基于输入的雾炮高度指令和检测到的第二关节、第三关节、第四关节当前的角度位置信息分别计算得到第一油缸9、第二油缸8、第三油缸5的控制参数，并生成控制信号传输至电液比例控制系统104，所述电液比例控制系统104根据控制信号驱动第一油缸9、第二油缸8和第三油缸5，从而调节第一臂7与水平面的夹角、第二臂6和第一臂7之间的夹角、第三臂4和第二臂6之间的夹角。可以理解，所述输入单元100还用于输入雾炮1的俯仰角度指令，所述控制器102根据输入的俯仰角度指令计算得到俯仰油缸2的控制参数，并生成控制信号传输至电液比例控制系统104，所述电液比例控制系统104根据控制信号驱动俯仰油缸2，从而调节雾炮1的俯仰角度。

本发明的抑尘车用臂架系统的控制系统，仅需输入雾炮1的高度指令即可实现雾炮高度的智能调节，操作十分方便，而且在调节过程中雾炮平台3始终处于水平状态，雾炮1喷出的水雾能达到最远的水平距离，从而大幅度地提高了雾炮1的作业范围。

可以理解，本发明的第四实施例还提供一种抑尘车，其采用如上所述的抑尘车用臂架系统，并采用如上所述的抑尘车用臂架系统的控制方法和控制系统。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。