CN102345390B - 一种混凝土泵车臂架变形量的补偿方法 - Google Patents

一种混凝土泵车臂架变形量的补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混凝土泵车臂架变形量的补偿方法，属于混凝土泵车臂架技术领域，采用终端实时补偿，通过测试建立一系列浇筑轨迹坐标所对应的臂架变形数据表，当操作人员控制浇筑口运动到指定浇筑轨迹的起始浇筑点上，控制系统就会根据各节臂倾角传感器所反馈的角度值经过计算调用相应的轨迹规划程序、臂架变形数据以及关节变量反解程序，将补偿后的各浇筑点的关节变量求解出来以控制浇筑口运动的应用。有益效果是采用本方法补偿臂架的变形量，控制简单，精度高，易于实现，能够在智能控制过程中有效的补偿臂架的变形量。

Description

一种混凝土泵车臂架变形量的补偿方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土泵车臂架变形量的补偿方法，属于混凝土泵车臂架技术领域。
背景技术
在混凝土泵车臂架的智能化控制中，每一节臂和转台通过控制系统实现闭环协调控制。施工时，只需操作手柄给出泵车臂架末端出料口一个运动方向，就能实现多节臂的协调动作，使臂架自动以最佳形态将出料口按着规定轨迹平稳移动到目标位置。然而要想使臂架精确的到达指定的位置，臂架变形量引起的臂架浇筑口的偏移是不忽略的一个重要因素。因此，在控制中要采取有效的补偿方法来补偿臂架的变形量。
现在中国还没有很好解决泵车臂架轨迹控制问题，表现出来的问题是运动轨迹误差大，超出了使用价值。究其原因是没有解决臂架变形补偿问题。现采用的补偿方法是单节臂补偿、多节臂误差累计方法，即根据各节臂在不同位姿下的变形量，通过一定的计算方法求出一个等效的平均变形量，并将此平均变形量转化为该节臂在一定位姿角度下的补偿角度值，把每一节臂架的补偿值进行累加，就是对臂架终端位置的补偿。采用这种方法的优点是无间断计算，可以计算出任何一个位置的变形，没有遗漏。缺点是测试的工作量很大，只好简化测量点，结果无法与计算模型相对应，另一个缺点是形成了累积误差，最终无法确定终端的精确位置。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种混凝土泵车臂架变形量的补偿方法，克服了现有补偿方法的不足，可有效的补偿臂架的变形带来的控制误差，并且测试周期短，补偿精度高，在控制程序中易于实现，实现臂架的智能控制。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种混凝土泵车臂架变形量的补偿方法，其具体步骤是：
先将浇筑空间按高度分层，即将浇筑空间划分成一系列的平面浇筑层；在某一平面浇筑层内，浇筑口的坐标用柱面坐标(                                                
Figure 368121DEST_PATH_IMAGE001
)；在同一浇筑层面、同一幅度，不因吊臂的回转角度的变化，而改变臂架的变形量，在臂架正向包络状态，变形量只和浇注口到回转中心的距离有关，因此测量实际变形的数据点就大量压缩，每一个层面只需要测量一条直线，即从最小幅度到最大幅度一条直线上的若干点上的变形量，在高度上按照一定的间隔画出相应直线，就形成了一个垂直立面，以泵车回转中心线为轴360度旋转，形成一个立体的锥体空间，这个空间就是泵车可到达的作业空间，在这个空间节点上的任何一点的变形量都可以得到，实际测量的是各节臂架的位置角度和浇注口的坐标值，利用角度和臂长计算出的浇注口坐标值与对应节点的实际测量值比较，得出差值，从而建立变形量数据库，以备调用；
根据各倾角传感器反馈的角度调用相应的轨迹规划程序，得到相应的浇筑轨迹方程，将浇筑轨迹离散化为一系列的点，得到相应点浇筑口坐标(
Figure 233309DEST_PATH_IMAGE002
)； 
通过测试测量出轨迹离散后浇筑口坐标(
Figure 185216DEST_PATH_IMAGE002
) 转化为柱面坐标 (
Figure 768644DEST_PATH_IMAGE001
)后的臂架变形量(
Figure 346256DEST_PATH_IMAGE003
)，建立臂架变形的数据表，其中
Figure 377535DEST_PATH_IMAGE004
为臂架相对于转台中心水平方向的变形量，
Figure 687293DEST_PATH_IMAGE005
为臂架垂直方向的变形量；
根据臂架浇筑口的坐标(
Figure 820334DEST_PATH_IMAGE001
)调用臂架变形数据表中相应的变形量，然后对原浇筑点进行补偿得到新的实际浇筑点坐标(
Figure 873741DEST_PATH_IMAGE006
)；
再根据新的浇筑点坐标(
Figure 526570DEST_PATH_IMAGE006
)调用关节变量反解程序求出相应的关节变量()，其中
Figure 627567DEST_PATH_IMAGE008
为回转角度，
Figure 219086DEST_PATH_IMAGE009
为一臂角度，
Figure 224957DEST_PATH_IMAGE010
为二臂角度，
Figure 204414DEST_PATH_IMAGE011
为三臂角度，
Figure 984151DEST_PATH_IMAGE012
为四臂角度，为五臂角度；
根据关节变量(
Figure 6782DEST_PATH_IMAGE007
)调用控制程序控制浇筑口运动到相应的浇筑点。
其中，对于层与层之间未测试层的臂架变形量采用插补算法进行计算。
本发明的有益效果是：针对混凝土泵车臂架变形量引起的臂架浇筑口的偏移，提出一种臂架变形量的补偿方法，克服了现有补偿方法的不足。其采用终端实时补偿来补偿臂架的变形量，从而修正理论计算浇筑轨迹上浇筑点的坐标值，并用修正后的坐标值重新计算各节臂的关节变量，这样可以有效的补偿臂架的变形带来的控制误差，并且测试周期短，补偿精度高，在控制程序中易于实现，可以有效的实现臂架的智能控制。
附图说明
图1 为典型的五节臂混凝土泵车臂架的结构示意图；
图2 为本发明浇筑空间划分的示意图；
图3 为本发明浇筑口柱面坐标的表示图；
图4 为本发明插补算法补偿的示意图；
图5 为本发明浇筑水平非回转直线轨迹终端实时补偿的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明采用终端实时补偿，首先通过测试获得臂架的变形量数据表，然后根据各倾角传感器反馈的角度调用相应的轨迹规划程序、臂架变形数据以及关节变量反解程序，将补偿后的各浇筑点的关节变量求解出来以用来控制浇筑口运动。
如图2所示，先将浇筑空间按高度分层，即将浇筑空间划分成一系列的平面浇筑层；在某一平面浇筑层内，浇筑口的坐标用柱面坐标(
Figure 891561DEST_PATH_IMAGE001
)；在同一浇筑层面、同一幅度，不因吊臂的回转角度的变化，而改变臂架的变形量，在臂架正向包络状态，变形量只和浇注口到回转中心的距离有关，因此测量实际变形的数据点就大量压缩，每一个层面只需要测量一条直线，即从最小幅度到最大幅度一条直线上的若干点上的变形量，在高度上按照一定的间隔画出相应直线，就形成了一个垂直立面，以泵车回转中心线为轴360度旋转，形成一个立体的锥体空间，这个空间就是泵车可到达的作业空间，在这个空间节点上的任何一点的变形量都可以得到，实际测量的是各节臂架的位置角度和浇注口的坐标值，利用角度和臂长计算出的浇注口坐标值与对应节点的实际测量值比较，得出差值，从而建立变形量数据库，以备调用；具体如下:
首先对整个浇筑空间进行分层，将浇筑空间划分成一系列的平面浇筑层进行测试；
如图3和图4所示，对于某一层来说，浇筑口的坐标(
Figure 158595DEST_PATH_IMAGE002
)转化为柱面坐标(
Figure 669079DEST_PATH_IMAGE001
)，由于转台转角的值不影响臂架的变形量所以对于每一层只测试转角为0°的水平非回转直线浇筑轨迹。通过实际测试测量出轨迹离散后浇筑口坐标()的臂架变形量(
Figure 961017DEST_PATH_IMAGE003
)，其中为臂架相对于转台中心水平方向的变形量，
Figure 283731DEST_PATH_IMAGE005
为臂架垂直方向的变形量；得到结果如下表所示： 
Figure 713576DEST_PATH_IMAGE016
由于工作空间较大，对于在层与层之间的未测试的空间上，采用插补算法，如图4所示：
例如： 第i层数据分别为：
Figure 266786DEST_PATH_IMAGE017
第i+1层数据分别为：
Figure 541909DEST_PATH_IMAGE018
那么第i层与第i+1层之间的某一层j的变形数据为：
Figure 247697DEST_PATH_IMAGE019
其中，，
Figure 203649DEST_PATH_IMAGE022
为第j层到第i层的距离，
Figure 763943DEST_PATH_IMAGE023
为第j层到第i+1层的距离。
终端实时补偿的思路是根据分层测试结果来修正理论计算浇筑轨迹上浇筑点的坐标值，并用修正后的坐标值重新计算各节臂的关节变量。
首先根据各倾角传感器反馈的角度调用相应的轨迹规划程序，得到实际浇筑轨迹方程，由浇筑轨迹方程得到臂架浇筑口的坐标；根据臂架浇筑口的坐标(
Figure 535590DEST_PATH_IMAGE024
)调用臂架变形数据表中相应的变形量，对原浇筑点进行补偿得到新的实际浇筑点坐标(
Figure 797813DEST_PATH_IMAGE025
)；根据新的浇筑点坐标(
Figure 742635DEST_PATH_IMAGE025
)调用关节变量反解程序求出相应的关节变量(
Figure 95119DEST_PATH_IMAGE026
)，最后再根据关节变量(
Figure 850717DEST_PATH_IMAGE026
)的值调用控制程序控制浇筑口运动到相应的浇筑点完成浇筑。
如图5所示，设要浇筑的轨迹为图中指定浇筑轨迹，将指定浇筑轨迹离散为一系列的浇筑点，设浇筑点坐标为：
Figure 288651DEST_PATH_IMAGE027
根据理论计算各个浇筑点所对应的各节臂关节变量为：
Figure 771585DEST_PATH_IMAGE028
，其中
Figure 244155DEST_PATH_IMAGE029
为回转角度，
Figure 669189DEST_PATH_IMAGE030
为一臂角度，
Figure 594420DEST_PATH_IMAGE031
为二臂角度，为三臂角度，为四臂角度，
Figure 39941DEST_PATH_IMAGE034
为五臂角度；
由于臂架变形量的存在，实际的浇筑轨迹为图中未补偿前的运动浇筑轨迹；
根据各个理论浇筑点的坐标调用相应的变形量数据：
Figure 452468DEST_PATH_IMAGE035
即所对应的变形量为
Figure 542784DEST_PATH_IMAGE036
，其中
Figure 724367DEST_PATH_IMAGE037
为臂架相对于转台中心水平方向的变形量，
Figure 225624DEST_PATH_IMAGE005
为臂架垂直方向的变形量；
利用测试结果修正后的轨迹为图中新设定理论浇筑轨迹，其离散化浇筑点坐标为：
Figure 125447DEST_PATH_IMAGE038
；
根据理论计算各个新理论浇筑点所对应的修正后各节臂关节变量为： 
Figure 753874DEST_PATH_IMAGE039
，其中
Figure 55543DEST_PATH_IMAGE040
为回转角度，
Figure 229166DEST_PATH_IMAGE041
为一臂角度，为二臂角度，
Figure 48404DEST_PATH_IMAGE043
为三臂角度，
Figure 250584DEST_PATH_IMAGE044
为四臂角度，
Figure 47638DEST_PATH_IMAGE045
为五臂角度；
用新的关节变量控制浇筑口便可以运动到指定浇筑轨迹上相应的浇筑点上。

Claims (2)

1.一种混凝土泵车臂架变形量的补偿方法，其特征在于采用终端实时补偿，其具体步骤是：
先将浇筑空间按高度分层，即将浇筑空间划分成一系列的平面浇筑层；在某一平面浇筑层内，浇筑口的坐标用柱面坐标                                                ；在同一浇筑层面、同一幅度，不因吊臂的回转角度的变化，而改变臂架的变形量，在臂架正向包络状态，变形量只和浇注口到回转中心的距离有关，因此测量实际变形的数据点就大量压缩，每一个层面只需要测量一条直线，即从最小幅度到最大幅度一条直线上的若干点上的变形量，在高度上按照一定的间隔画出相应直线，就形成了一个垂直立面，以泵车回转中心线为轴360度旋转，形成一个立体的锥体空间，这个空间就是泵车可到达的作业空间，在这个空间节点上的任何一点的变形量都可以得到，实际测量的是各节臂架的位置角度和浇注口的坐标值，利用角度和臂长计算出的浇注口坐标值与对应节点的实际测量值比较，得出差值，从而建立变形量数据库，以备调用；
根据各倾角传感器反馈的角度调用相应的轨迹规划程序，得到相应的浇筑轨迹方程，将浇筑轨迹离散化为一系列的点，得到相应点浇筑口坐标
Figure 648933DEST_PATH_IMAGE004
； 
通过测试测量出轨迹离散后浇筑口坐标
Figure 366353DEST_PATH_IMAGE004
转化为柱面坐标
Figure 201110204297X100001DEST_PATH_IMAGE005
后的臂架变形量
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，建立臂架变形的数据表，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为臂架相对于转台中心水平方向的变形量，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为臂架垂直方向的变形量；
根据臂架浇筑口的坐标
Figure 636929DEST_PATH_IMAGE005
调用臂架变形数据表中相应的变形量，然后对原浇筑点进行补偿得到新的实际浇筑点坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE013
；
再根据新的浇筑点坐标
Figure 388984DEST_PATH_IMAGE014
调用关节变量反解程序求出相应的关节变量
Figure 149130DEST_PATH_IMAGE016
，其中
Figure 416163DEST_PATH_IMAGE018
为回转角度，
Figure 552746DEST_PATH_IMAGE020
为一臂角度，
Figure 221625DEST_PATH_IMAGE022
为二臂角度，
Figure 149742DEST_PATH_IMAGE024
为三臂角度，
Figure 904072DEST_PATH_IMAGE026
为四臂角度，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
为五臂角度；
根据关节变量
Figure DEST_PATH_IMAGE029
调用控制程序控制浇筑口运动到相应的浇筑点。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土泵车臂架变形量的补偿方法，其特征在于所述的臂架变形量采用插补算法进行计算。
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Patentee after: JIANGSU XUGONG ENGINEERING MACHINERY RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd.

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