专利名称：工程机械以及控制工程机械的机械臂的装置和系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机电控制技术领域，特别地涉及一种工程机械以及控制工程机械的机械臂的装置和系统。
背景技术：
目前工程机械例如泵车的机械臂姿态通常由操作人员使用遥控器实现，其操作方式示于图1中，图1是根据现有技术的使用遥控器控制机械臂的方式的示意图。如图1所示，操作人员11手持遥控器12的控制手柄121进行操作，使泵车13的机械臂131沿水平方向转动，从而布料点132发生移动。因为控制手柄121的控制起始方向是图中的Y轴正向，即当控制手柄偏转到OM方向时，机械臂131运动，使布料点132移动的方向为向量0M。这样，在操作过程中，操作人员11位于位置A，要将布料点132按箭头14 的方向移动时，操作人员11需将自己想象成位于位置B，并想象自己在位置B按照与箭头 14的方向相同的箭头15的方向进行操作，于是在实际中操作人员11位于位置A并且按箭头OM的方向操作控制手柄121，而不能按照与箭头15方向一致的箭头16的方向进行操作， 可以看出此时操作人员11对控制手柄121的操作方向与布料点132实际要移动的方向是不同的。当然，如果操作人员11实际上已经位于位置B，则无需上述的想象，但在实际操作中由于施工环境的限制，操作人员11往往无法位于位置B。在现有技术中，使用遥控器对工程机械的机械臂进行操作时，往往需要操作人员对自己的位置进行想象并进行转换，然后根据想象的位置进行操作，这种操作方式不够直观，给操作人员带来不便。在现有技术中，使用遥控器对工程机械的机械臂进行操作的方式较为不便，对于该问题，目前尚未提出有效解决方案。
实用新型内容本实用新型的主要目的是提供一种工程机械以及控制工程机械的机械臂的装置和系统，以解决现有技术中使用遥控器对工程机械的机械臂进行操作的方式较为不便的问题。为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种控制工程机械的机械臂的装置。本实用新型的这种控制工程机械的机械臂的装置包括方向传感设备，用于检测以所述装置的遥控起始方向为始边、参考基准方向为终边，按预设的转动正方向所成的夹角；发送设备，与所述控制手柄以及方向传感设备连接，用于接收并发送所述控制手柄发送的第一夹角的信息，以及接收并发送所述方向传感设备检测的第二夹角的信息，以供所述工程机械的控制器计算所述第一夹角和第二夹角差值的绝对值，确定以所述参考基准方向为始边并按所述转动正方向转动大小为所述绝对值的角度，将所述转动得到的夹角的终边作为机械臂控制方向。[0009]根据本实用新型的另一方面，提供了另一种控制工程机械的机械臂的装置。本实用新型的这种控制工程机械的机械臂的装置，包括控制手柄，还包括方向传感设备，用于检测以所述装置的遥控起始方向为始边、参考基准方向为终边，按预设的转动正方向所成的夹角；发送设备，与所述控制手柄以及方向传感设备连接，用于接收所述控制手柄发送的夹角的信息，并计算该夹角与所述方向传感设备检测的夹角之间差值的绝对值然后发送，以供所述工程机械的控制器确定以所述参考基准方向为始边，按所述转动正方向转动所述绝对值所得到的夹角的终边，并将该终边的方向作为机械臂控制方向。根据本实用新型的又一方面，提供了一种控制工程机械的机械臂的系统。本实用新型的这种控制工程机械的机械臂的系统，包括控制器和遥控器，其中，所述控制器包括获取设备，用于获取以参考基准方向为始边、遥控操作方向为终边，按预定的转动正方向所成的夹角β 1的大小；确定设备，用于确定与所述参考基准方向按所述转动正方向成所述夹角的大小的机械臂控制方向；输出设备，用于输出按所述确定设备确定的方向控制所述机械臂的控制信息；所述遥控器的发射机包括控制手柄，还包括方向传感设备，用于检测以所述装置的遥控起始方向为始边、参考基准方向为终边，按预设的转动正方向所成的夹角；发送设备，用于接收并发送所述控制手柄发送的第一夹角的信息，以及接收并发送所述方向传感设备检测的第二夹角的信息，以供所述工程机械的控制器计算所述第一夹角和第二夹角差值的绝对值，确定以所述参考基准方向为始边并按所述转动正方向转动大小为所述绝对值的角度，将所述转动得到的夹角的终边作为机械臂控制方向。根据本实用新型的又一方面，提供了另一种控制工程机械的机械臂的系统。本实用新型的这种控制工程机械的机械臂的系统包括控制器和遥控器，其中，所述控制器包括获取设备，用于获取以参考基准方向为始边、遥控操作方向为终边，按预定的转动正方向所成的夹角β 1的大小；确定设备，用于确定与所述参考基准方向按所述转动正方向成所述夹角的大小的机械臂控制方向；输出设备，用于输出按所述确定设备确定的方向控制所述机械臂的控制信息；所述遥控器的发射机包括控制手柄，还包括方向传感设备，用于检测以所述装置的遥控起始方向为始边、参考基准方向为终边，按预设的转动正方向所成的夹角；发送设备，用于接收所述控制手柄发送的夹角的信息，并计算该夹角与所述方向传感设备检测的夹角之间差值的绝对值然后发送，以供所述工程机械的控制器确定以所述参考基准方向为始边，按所述转动正方向转动所述绝对值所得到的夹角的终边， 并将该终边的方向作为机械臂控制方向。根据本实用新型的又一方面，提供了一种工程机械，该工程机械具有机械臂，并且还具有本实用新型的控制工程机械的机械臂的系统。根据本实用新型的技术方案，通过获取以参考基准方向为始边、遥控操作方向为终边，按预定的转动正方向所成的夹角的大小；以及确定与所述参考基准方向按所述转动正方向成所述夹角的大小的机械臂控制方向，然后输出按该方向控制所述机械臂的控制信息，使机械臂的控制方向在空间上与遥控操作方向即控制手柄的拨动方向一致，这样操作人员站在任何位置并且给出操作方向后，机械臂的控制都按该操作方向进行，由此实现了机械臂的直观操作，无需操作人员对自己的位置进行想象并进行转换，给操作人员带来方便。
说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。 在附图中图1是根据现有技术的使用遥控器控制机械臂的方式的示意图；图2是根据本实用新型实施例的控制工程机械的机械臂的方法的示意图；图3是根据本实用新型实施例的控制工程机械的机械臂的操作情景的示意图；图4是根据本实用新型实施例的控制工程机械的机械臂的装置的示意图；图5是根据本实用新型实施例中遥控器的发射机的一种处理方式的示意图；图6是根据本实用新型实施例的遥控器的发射机的一种结构的示意图；图7是根据本实用新型实施例的遥控器的另一种处理方式的示意图；图8是根据本实用新型实施例的遥控器的发射机的另一种结构的示意图；图9是根据本实用新型实施例的控制工程机械的机械臂的系统的一种结构的示意图；图10是根据本实用新型实施例的控制工程机械的机械臂的系统的另一种结构的示意图；图IlA和图IlB是根据本实用新型实施例的工程机械的基本结构的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。图2是根据本实用新型实施例的控制工程机械的机械臂的方法的示意图，图3是根据本实用新型实施例的控制工程机械的机械臂的操作情景的示意图，在图3中31表示工程机械，32表示该工程机械的机械臂，33表示遥控器的发射机，01处为控制手柄，02处为布料点。如图2和图3所示，本实用新型实施例的控制工程机械的机械臂的方法可以由工程机械的控制器执行，主要包括如下步骤步骤S21 获取以参考基准方向01X1为始边、遥控操作方向OlAl为终边，按预定的转动正方向所成的夹角β 1的大小。本实施例中，采用方向传感设备中设置的测量基准方向作为参考基准方向。例如采用地磁原理制成的方向传感设备，其测量基准方向可以是地磁北方，这样参考基准方向即为地磁北方。步骤S21中的转动正方向可以是顺时针方向，也可以是逆时针方向，本实施例中以顺时针方向为转动正方向为例进行描述。步骤S23 确定与参考基准方向02X2按转动正方向成夹角β 1的大小的机械臂控制方向，然后输出按该方向控制机械臂的控制信息。如图3所示，射线02X2与射线01X1平行，射线02Α2与射线OlAl平行，β2= β 。在本步骤中，控制器在已获知β 1的情况下， 在确定射线02Α2的方向时，以夹角β 2以02X2作为始边、夹角β 2大小与β 1相等这两项条件确定夹角β 2的终边，即得到射线02Α2的方向，从而确定了机械臂的布料点(位于02 处)的移动方向。从步骤S21和步骤S23可以看出，β 2能够与β 1保持始边方向一致、终边转动正方向一致、转动的角度大小一致，这样β 2的终边的射线方向必然与β 1的终边的射线方向保持一致，也就是图2中的02Α2始终能够跟随OlAl即遥控操作方向，可以看出在这种情况下，操作人员站在任何位置并且给出操作方向后，机械臂布料点都按该操作方向运动，由此实现了机械臂的直观操作，无需操作人员对自己的位置进行想象并进行转换，给操作人员带来方便。夹角β 1的大小的信息可以由工程机械的遥控器的发射机直接发送，由遥控器的接收机接收之后转发给工程机械的控制器。这种情况下，步骤S21具体为接收包含有夹角 β 1的大小的遥控信息。另外夹角β 1的大小也可以由工程机械的控制器根据遥控器的发射机发送的相关夹角的信息来确定。具体可以是接收第一夹角α2的信息和第二夹角Yl 的信息，然后计算α 2和γ 1之间差值的绝对值。从图3中可以看出该绝对值与β 1的大小相同(图3中射线03X3平行于射线01X1，射线03Α3平行于射线01Α1)。这里的第一夹角α 2是以遥控起始方向03TO为始边、参考基准方向03X3为终边，按上述转动正方向所成的夹角；第二夹角Y 1是以遥控起始方向03TO为始边、遥控操作方向03Α3为终边，按转动正方向所成的夹角。图4是根据本实用新型实施例的控制工程机械的机械臂的装置的示意图。如图4 所示，控制工程机械的机械臂的装置40中主要包括如下设备获取设备41，用于获取以参考基准方向为始边、遥控操作方向为终边，按预定的转动正方向所成的夹角的大小；确定设备42，用于确定与所述参考基准方向按所述转动正方向成所述夹角的大小的机械臂控制方向；输出设备43，用于输出按确定设备42确定的方向控制机械臂的控制信息。可选地，获取设备41还用于接收包含有所述夹角的大小的遥控信息。可选地，获取设备41中包括(图中未示出)接收部件，用于接收第一夹角的信息和第二夹角的信息，所述第一夹角是以遥控起始方向为始边、所述参考基准方向为终边，按所述转动正方向所成的夹角，所述第二夹角是以遥控起始方向为始边、所述遥控操作方向为终边，按所述转动正方向所成的夹角；计算部件，用于计算所述第二夹角和第一夹角之间差值的绝对值。采用本实用新型实施例的控制工程机械的机械臂的装置，操作人员站在任何位置并且给出操作方向后，机械臂布料点都按该操作方向运动，由此实现了机械臂的直观操作， 无需操作人员对自己的位置进行想象并进行转换，给操作人员带来方便。以下对于本实用新型实施例中的遥控器的工作以及结构做出说明。遥控器分为发射机和接收机两部分，发射机由操作人员手持并进行操作，接收机安装在工程机械的本体上，并与工程机械的控制器连接，接收机在接收到发射机发送的信号之后转发给该控制器。在夹角β 1的大小的信息由工程机械的遥控器的发射机直接发送的情况下，遥控器的发射机的处理方式如图5所示。图5是根据本实用新型实施例中遥控器的发射机的一种处理方式的示意图。在图5中步骤S51 获取第一夹角α 2和第二夹角Y 1 ；步骤S52 计算第一夹角α 2和第二夹角Y 1之间差值的绝对值然后发送。如采用图5所示的方式，遥控器需具备相应的运算能力以计算步骤S52中的差值， 其结构如图6所示，图6是根据本实用新型实施例的遥控器的发射机的一种结构的示意图。 遥控器的发射机60中除了控制手柄61，还包括如下设备方向传感设备62，用于检测以遥控器的发射机60的遥控起始方向为始边、参考基准方向为终边，按预设的转动正方向所成的夹角；发送设备63，用于接收控制手柄61发送的夹角的信息，并计算该夹角与方向传感设备62检测的夹角之间差值的绝对值然后发送。可选地，发送设备63中包括处理器631和发射器632 (同示于图6中)。其中处理器631用于接收控制手柄61和方向传感设备62发送的夹角的信息，并计算这两个夹角之间差值的绝对值；发射器632用于以无线的方式发送该差值的绝对值的信息。在夹角β 1的大小根据工程机械的遥控器发送的相关夹角的信息来确定的情况下，遥控器的处理方式如图7所示。图7是根据本实用新型实施例的遥控器的另一种处理方式的示意图。在图7中步骤S71 获取第一夹角α 2和第二夹角Y 1 ；步骤S72 发送第一夹角α 2和第二夹角Y 1的信息。按照图7所示的处理方式，工程机械本体的控制器根据前文所述的方式，计算计算α 2和Yl之间差值的绝对值。如采用图7所示的处理方式，遥控器的发射机的主要结构示于图8中，图8是根据本实用新型实施例的遥控器的发射机的另一种结构的示意图。在图8中，遥控器的发射机80中除了控制手柄81，还包括如下设备方向传感设备82，用于检测以遥控器的发射机80的遥控起始方向为始边、参考基准方向为终边，按预设的转动正方向所成的夹角；发送设备83，用于接收并发送控制手柄81发送的夹角的信息，以及接收并发送方向传感设备82检测的夹角的信息。可选地，发送设备83中包括处理器831和发射器832 (同示于图8中)，其中处理器831用于接收控制手柄81和方向传感设备82发送的夹角的信息；发射器832用于以无线的方式发送处理器831所接收的夹角的信息。另外，本实用新型实施例中的方向传感设备62和方向传感设备82可采用现有的或将来可能出现的各种方向传感装置，方向传感设备62和方向传感设备82中可以包含利用地磁原理的传感器；或者包含利用陀螺仪原理的传感器；或者包含利用光影原理的传感
ο本实用新型实施例的控制工程机械的机械臂的系统的一种结构示于图9中，图9 是根据本实用新型实施例的控制工程机械的机械臂的系统的一种结构的示意图。如图9所示，工程机械的机械臂控制系统90包括控制器91和遥控器92，遥控器92包括控制手柄(图中未示出)、发射机和接收机，图中仅示出发射机93。在控制器91中可包含如下设备获取设备911，用于获取以参考基准方向为始边、遥控操作方向为终边，按预定的转动正方向所成的夹角β 的大小；确定设备912，用于确定与参考基准方向按所述转动正方向成所述夹角的大小的机械臂控制方向；输出设备 913，用于输出按所述确定设备912确定的方向控制机械臂的控制信息。在遥控器92的发射机93具有控制手柄，还可包含如下设备方向传感设备931， 用于检测以所述装置的遥控起始方向为始边、参考基准方向为终边，按预设的转动正方向所成的夹角；发送设备932用于接收并发送所述控制手柄发送的第一夹角的信息，以及接收并发送所述方向传感设备931检测的第二夹角的信息，以供控制器91计算所述第一夹角和第二夹角差值的绝对值，确定以所述参考基准方向为始边并按所述转动正方向转动大小为所述绝对值的角度，将所述转动得到的夹角的终边作为机械臂控制方向。
8[0055]本实用新型实施例的控制工程机械的机械臂的系统的另一种结构示于图10中， 图10是根据本实用新型实施例的控制工程机械的机械臂的系统的另一种结构的示意图。 如图10所示，工程机械的机械臂控制系统100包括控制器101和遥控器102，遥控器102包括发射机和接收机，图中仅示出发射机103。图10中的控制器101可采用控制器91的结构。遥控器102的发射机103包括控制手柄(图中未示出)，还包括如下设备方向传感设备1031，用于检测以所述装置的遥控起始方向为始边、参考基准方向为终边，按预设的转动正方向所成的夹角；发送设备1032， 用于接收所述控制手柄发送的夹角的信息，并计算该夹角与方向传感设备检测的夹角之间差值的绝对值然后发送，以供控制器101确定以所述参考基准方向为始边，按所述转动正方向转动所述绝对值所得到的夹角的终边，并将该终边的方向作为机械臂控制方向。本实施例的工程机械包括图9所示的工程机械的机械臂的控制系统90，或者包括图10所示的工程机械的机械臂的控制系统100。分别如图IlA和图IlB所示。图IlA和图 IlB是根据本实用新型实施例的工程机械的基本结构的示意图。如图1IA所示，工程机械本体1IA上安装有工程机械的机械臂控制系统90中的控制器91，以及遥控器92的接收机921，并且在工程机械本体IlA之外还有遥控器92的发射机922，发射机922以无线的方式与接收机921连接。如图IlB所示，工程机械本体IlB上安装有工程机械的机械臂控制系统100中的控制器101，以及遥控器102的接收机1021，并且在工程机械本体IlB之外还有遥控器102 的发射机1022，发射机1022以无线的方式与接收机1021连接。采用本实用新型实施例的技术方案，通过获取以参考基准方向为始边、遥控操作方向为终边，按预定的转动正方向所成的夹角的大小；以及确定与所述参考基准方向按所述转动正方向成所述夹角的大小的机械臂控制方向，然后输出按该方向控制所述机械臂的控制信息，使机械臂的控制方向在空间上与遥控操作方向即控制手柄的拨动方向一致，这样操作人员站在任何位置并且给出操作方向后，机械臂的控制都按该操作方向进行，由此实现了机械臂的直观操作，无需操作人员对自己的位置进行想象并进行转换，给操作人员带来方便。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种控制工程机械的机械臂的装置，包括控制手柄，其特征在于，所述装置还包括 方向传感设备，用于检测以所述装置的遥控起始方向为始边、参考基准方向为终边，按预设的转动正方向所成的夹角；发送设备，与所述控制手柄以及方向传感设备连接，用于接收并发送所述控制手柄发送的第一夹角的信息，以及接收并发送所述方向传感设备检测的第二夹角的信息，以供所述工程机械的控制器计算所述第一夹角和第二夹角差值的绝对值，确定以所述参考基准方向为始边并按所述转动正方向转动大小为所述绝对值的角度，将所述转动得到的夹角的终边作为机械臂控制方向。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述方向传感设备中包含利用地磁原理的传感器；或者包含利用陀螺仪原理的传感器；或者包含利用光影原理的传感器。
3.—种控制工程机械的机械臂的装置，包括控制手柄，其特征在于，所述装置还包括 方向传感设备，用于检测以所述装置的遥控起始方向为始边、参考基准方向为终边，按预设的转动正方向所成的夹角；发送设备，与所述控制手柄以及方向传感设备连接，用于接收所述控制手柄发送的夹角的信息，并计算该夹角与所述方向传感设备检测的夹角之间差值的绝对值然后发送，以供所述工程机械的控制器确定以所述参考基准方向为始边，按所述转动正方向转动所述绝对值所得到的夹角的终边，并将该终边的方向作为机械臂控制方向。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述发送设备包括处理器，用于接收所述控制手柄和所述方向传感设备发送的夹角的信息，并计算这两个夹角之间差值的绝对值；发射器，用于以无线的方式发送所述差值的绝对值的信息。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述方向传感设备中包含利用地磁原理的传感器；或者包含利用陀螺仪原理的传感器；或者包含利用光影原理的传感器。
6.一种控制工程机械的机械臂的系统，其特征在于，包括控制器和遥控器，其中， 所述控制器包括获取设备，用于获取以参考基准方向为始边、遥控操作方向为终边，按预定的转动正方向所成的夹角β 1的大小；确定设备，用于确定与所述参考基准方向按所述转动正方向成所述夹角的大小的机械臂控制方向；输出设备，用于输出按所述确定设备确定的方向控制所述机械臂的控制信息； 所述遥控器的发射机包括控制手柄，还包括方向传感设备，用于检测以所述装置的遥控起始方向为始边、参考基准方向为终边，按预设的转动正方向所成的夹角；发送设备，用于接收并发送所述控制手柄发送的第一夹角的信息，以及接收并发送所述方向传感设备检测的第二夹角的信息，以供所述工程机械的控制器计算所述第一夹角和第二夹角差值的绝对值，确定以所述参考基准方向为始边并按所述转动正方向转动大小为所述绝对值的角度，将所述转动得到的夹角的终边作为机械臂控制方向。
7.—种控制工程机械的机械臂的系统，其特征在于，包括控制器和遥控器，其中， 所述控制器包括获取设备，用于获取以参考基准方向为始边、遥控操作方向为终边，按预定的转动正方向所成的夹角β 1的大小；确定设备，用于确定与所述参考基准方向按所述转动正方向成所述夹角的大小的机械臂控制方向；输出设备，用于输出按所述确定设备确定的方向控制所述机械臂的控制信息； 所述遥控器的发射机包括控制手柄，还包括方向传感设备，用于检测以所述装置的遥控起始方向为始边、参考基准方向为终边，按预设的转动正方向所成的夹角；发送设备，用于接收所述控制手柄发送的夹角的信息，并计算该夹角与所述方向传感设备检测的夹角之间差值的绝对值然后发送，以供所述工程机械的控制器确定以所述参考基准方向为始边，按所述转动正方向转动所述绝对值所得到的夹角的终边，并将该终边的方向作为机械臂控制方向。
8. —种工程机械，具有机械臂，其特征在于，所述工程机械还具有权利要求6或7所述的控制工程机械的机械臂的系统。
专利摘要本实用新型提供了一种工程机械以及控制工程机械的机械臂的装置和系统，用以解决现有技术中使用遥控器对工程机械的机械臂进行操作的方式较为不便的问题。该装置包括控制手柄，还包括方向传感设备，用于检测以装置的遥控起始方向为始边、参考基准方向为终边，按预设的转动正方向所成的夹角；发送设备，与控制手柄以及方向传感设备连接，用于接收并发送控制手柄发送的第一夹角的信息，以及接收并发送方向传感设备检测的第二夹角的信息。采用本实用新型的技术方案，使工程机械的机械臂的布料点移动方向能够与遥控操作方向保持空间上的一致，由此实现了机械臂的直观操作，给操作人员带来方便。
文档编号B25J13/00GK202200299SQ20112024924
公开日2012年4月25日 申请日期2011年7月14日 优先权日2011年7月14日
发明者尹君, 曾中炜, 李学俊, 王帅 申请人:中联重科股份有限公司