CN103590606B - 一种臂架控制方法和装置及混凝土泵车及布料机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种臂架控制方法，在水平面上建立二维绝对坐标系；在水平面上建立二维动态坐标系；二维绝对坐标系的原点与二维动态坐标系的原点连线为二维动态坐标系的一轴；二维绝对坐标系的原点位于臂架旋转中心点或臂架末端点，二维动态坐标系的原点位于遥控装置上；获取遥控装置的操作手柄摆动方向与二维动态坐标系坐标轴形成的角度；获取二维动态坐标系相对二维绝对坐标系旋转的角度；通过坐标系转换计算，获得遥控装置的操作手柄摆动方向与二维绝对坐标系坐标轴形成的角度，控制臂架末端移动。本发明还公开了一种具用该臂架控制装置及混凝土泵车。本发明智能化程度高，减少了操作员操作难度，提高了臂架末端的移动精度和灵活性能。

Description

一种臂架控制方法和装置及混凝土泵车及布料机
技术领域
本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种臂架控制方法和装置及混凝土泵车及布料机。
背景技术
混凝土泵车和布料机主要通过臂架系统将混凝土输送到待浇注点位置，臂架末端移动方向的控制完全由操作手经验控制。目前，混凝土泵车和布料机的臂架系统由多关节的各节机械臂铰接而成，遥控装置上布置有多个操作手柄，如果臂架系统由5节臂铰接而成，遥控装置就有5个操作手柄和臂架转动的操作手柄，每一个操作手柄控制每一节臂架的运动，每一节臂架的操作相互不关联，其臂架末端移动方向完全由操作手的经验把握，多杆联动时操作极为不便。臂架末端移动方向精度差，如果操作手经验不足，臂架末端移动方向控制困难。因此，发明一种将操作手感知方向、遥控装置的操作手柄摆动方向及臂架末端移动方向相互关联起来的装置，减轻操作手操作难度，提高臂架末端移动方向精度，具有极为重要的意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种臂架控制方法和装置及混凝土泵车及布料机，以解决臂架末端移动方向精度和减轻操作手操作难度的问题。
一方面，本发明提供了一种臂架控制方法，包括以下几个步骤：
步骤1、在水平面上建立二维绝对坐标系；在水平面上建立二维动态坐标系；二维绝对坐标系的原点与二维动态坐标系的原点连线为二维动态坐标系的一轴；二维绝对坐标系的原点位于臂架旋转中心点或臂架末端点，二维动态坐标系的原点位于遥控装置上；
步骤2、获取遥控装置的操作手柄摆动方向与二维动态坐标系坐标轴形成的角度；获取二维动态坐标系相对二维绝对坐标系旋转的角度；
步骤3：通过坐标系转换计算，获得遥控装置的操作手柄摆动方向与二维绝对坐标系坐标轴形成的角度。
步骤4：控制臂架末端朝操作手柄摆动方向与二维绝对坐标系中坐标轴形成的相应角度的方向移动。
进一步地，获取臂架在二维绝对坐标系中旋转的角度；获取臂架末端点和臂架旋转中心及遥控装置三点位置距离以及三者之间的连线与水平面之间的角度信号，通过三角函数计算获得二维动态坐标系相对二维绝对坐标系旋转的角度。
进一步地，当遥控装置的操作手柄垂直上下移动时，臂架末端上下移动。
另外还提供了一种臂架控制装置，包括控制器和遥控装置，遥控装置包括一个操作手柄，操作手柄可任意方向摆动，还包括感知装置，在水平面上建立二维绝对坐标系；在水平面上建立二维动态坐标系；二维绝对坐标系的原点与二维动态坐标系的原点连线为二维动态坐标系的一轴；二维绝对坐标系的原点位于臂架旋转中心点或臂架末端点，二维动态坐标系的原点位于遥控装置上；
控制器获取感知装置信号，并通过计算获得遥控装置的操作手柄摆动方向与二维绝对坐标系坐标轴形成的角度；控制器控制臂架末端朝操作手柄摆动方向与二维绝对坐标系中坐标轴形成的相应角度的方向移动。
进一步地，感知装置包括用于获取臂架旋转中心位置方位的第一感知装置，用于获取臂架末端位置方位的第二感知装置，用于获取遥控装置位置方位的第三感知装置，第一感知装置和第二感知装置及第三感知装置信号可以相互接收信号和发送信号，控制器获取第一感知装置和第二感知装置及第三感知装置信号。
进一步地，第一感知装置和第二感知装置及第三感知装置为测距装置，测量臂架旋转中心位置、臂架末端位置及遥控装置位置三点连线距离以及三者之间的连线与水平面之间的角度。
进一步地，第一感知装置和第二感知装置及第三感知装置为测角装置，测量臂架旋转中心位置至臂架末端位置和遥控装置位置三点连线的角度；或者测量臂架末端位置至臂架旋转中心位置和遥控装置位置三点连线的角度。
进一步地，感知装置为雷达或超声波或测距传感器。
进一步地，当操作手柄任意方向摆动时，控制器控制臂架末端在水平面上的移动方向与遥控装置的操作手柄摆动方向在水平面上的投影平行。
进一步地，操作手柄还可垂直上下移动；当操作手柄垂直上下移动时，控制器控制臂架末端上下移动。
一方面还提供了一种混凝土泵车，包括上述的臂架控制装置。
另一方面还提供了一种布料机，包括上述的臂架控制装置。
本发明提供的一种臂架控制方法和装置及混凝土泵车及布料机，将操作员感知方向、遥控装置的操作手柄摆动方向、臂架末端移动方向相互关联起来。简化了臂架的操控，将各个单节臂架控制转变为对臂架末端移动的控制。通过雷达或超声波或测距传感器等设备，获取绝对坐标系和动态坐标系之间的转换角度，从而可以计算出臂架末端的移动方向在二维绝对坐标系之间的角度，使遥控装置的操作手柄摆动方向与臂架末端的移动方向一致，智能化程度高，减少了操作员操作难度，提高了臂架末端的移动精度和灵活性能。同时还可以实现自动浇注的目的。
附图说明
构成本发明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为本发明第一实施例的臂架控制方法的原理示意图；
图2为本发明第二实施例的臂架控制方法的原理示意图；
图3为本发明的臂架控制装置结构框图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明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发明。
下面结合图1和图2，对本发明的优选实施例作进一步详细说明，本优选实施例的臂架控制方法包括获取遥控装置的操作手柄摆动方向F1，控制臂架末端移动方向F2与遥控装置的操作手柄摆动方向F1平行。当遥控装置的操作手柄360度摆动，臂架末端在水平面上的移动方向与遥控装置的操作手柄摆动方向F1在水平面上的投影方向平行。当遥控装置的操作手柄垂直上下移动时，臂架末端上下移动。当将遥控装置的操作手柄处于中位时，臂架末端停止移动。这样就将操作员感知方向、遥控装置的操作手柄摆动方向F1、臂架末端移动方向F2相互关联起来，简化了臂架的操控，将各个单节臂架控制转变为对臂架末端移动的控制。通过雷达或超声波或测距传感器等设备，获取绝对坐标系和动态坐标系之间的转换角度，从而可以计算出臂架末端的移动方向在二维绝对坐标系之间的角度，使遥控装置的操作手柄摆动方向F1与臂架末端的移动方向一致，智能化程度非常高，大大减少了操作员操作难度，提高了臂架末端的移动精度和灵活性能。同时还可以实现自动浇注的目的。
如图1所示，以混凝土泵车或者臂架旋转中心为二维绝对坐标系原点A，混凝土泵车的纵向为X轴、混凝土泵车的横向为Y轴，建立二维绝对坐标系。B’为臂架末端位置点在二维绝对坐标系平面上的投影，C’为遥控装置位置点在二维绝对坐标系平面上的投影。以B’和C’两点的连线作为二维动态坐标系的X轴，X轴的垂直轴为Y轴，以C’点为二维动态坐标系的原点。通过感知装置测量AB’和B’C’及AC’之间的距离，首先获取混凝土泵车、臂架末端和遥控装置之间距离和三者之间的连线与水平面之间的角度，然后经过三角函数计算AB’和B’C’及AC’之间的距离，然后经过三角函数计算得到δ角度，臂架旋转角α通过旋转编码器获取。通过计算可以获取二维绝对坐标系与二维动态坐标系之间转换角度Φ，Φ=δ+α，如果遥控装置的操作手柄摆动方向F1在二维动态坐标系的角度为λ；要使遥控装置的操作手柄摆动方向F1与臂架末端在水平面上移动方向一致，也就是平行。臂架末端在水平面上移动方向在二维绝对坐标系中的角度为θ，通过坐标系计算公式就可以获得θ角度，θ=λ-Φ，也就是θ=λ-δ-α。这样不论遥控装置位置方位在哪里，可以将操作员感知方向、遥控装置的操作手柄摆动方向F1、臂架末端移动方向F2相互关联起来。使遥控装置的操作手柄摆动方向F1与臂架末端在水平面上移动方向一致，提高臂架控制智能化程度，大大减少了操作员操作难度，提高了臂架末端的移动精度和灵活性能。同时还可以实现自动浇注的目的。
如图2所示，以混凝土泵车或者臂架旋转中心为二维绝对坐标系原点A，混凝土泵车的纵向为X轴、混凝土泵车的横向为Y轴，建立二维绝对坐标系。B’为臂架末端位置点在二维绝对坐标系平面上的投影，C’为遥控装置位置点在二维绝对坐标系平面上的投影。以A和C’两点的连线作为二维动态坐标系的X轴，X轴的垂直轴为Y轴，以C’点为二维动态坐标系的原点。通过感知装置测量AB’和B’C’及AC’之间的距离，可以首先获取混凝土泵车、臂架末端和遥控装置之间距离，以及三者之间的连线与水平面之间的角度，经过三角函数计算AB’和B’C’及AC’之间的距离，然后经过三角函数计算得到K角度，臂架旋转角α通过旋转编码器获取。通过计算可以获取二维绝对坐标系与二维动态坐标系之间转换角度Φ，Φ=180°-K+α，如果遥控装置的操作手柄摆动方向F1在二维动态坐标系的角度为λ；要使遥控装置的操作手柄摆动方向F1与臂架末端在水平面上移动方向一致，也就是平行。臂架末端在水平面上移动方向在二维绝对坐标系中的角度为θ，通过坐标系计算公式就可以获得θ角度，θ=360°-λ-Φ，也就是θ=180°-λ+K-α。这样不论遥控装置位置方位在哪里，可以将操作员感知方向、遥控装置的操作手柄摆动方向F1、臂架末端移动方向F2相互关联起来。使遥控装置的操作手柄摆动方向F1与臂架末端在水平面上移动方向一致，提高臂架控制智能化程度，大大减少了操作员操作难度，提高了臂架末端的移动精度和灵活性能。同时还可以实现自动浇注的目的。
获取二维绝对坐标系与二维动态坐标系之间转换角度Φ的方法很多，可以直接通过雷达测量二维绝对坐标系与二维动态坐标系之间转换角度Φ，或者δ角度和K角度。
下面结合图3，对本发明的优选实施例作进一步详细说明，本优选实施例的臂架控制装置包括：遥控装置和感知装置及控制器，遥控装置包括一个操作手柄，操作手柄可在操作面板上360度任意方向摆动，感知装置用于测量遥控装置的操作手柄摆动方向F1，控制器获取感知装置信号，控制臂架末端移动方向F2与遥控装置的操作手柄摆动方向F1平行。当遥控装置的操作手柄360度摆动，臂架末端在水平面上的移动方向与遥控装置的操作手柄摆动方向F1在水平面上的投影方向平行。感知装置为雷达或超声波或测距传感器等设备，用测量遥控装置位置方位和混凝土泵车和/或臂架末端相对位置方位，将操作员感知方向、遥控装置的操作手柄摆动方向F1、臂架末端移动方向F2相互关联起来。
感知装置包括用于获取臂架旋转中心或混凝泵车位置方位的第一感知装置，安装于混凝土泵车上或旋转中心位置。用于获取臂架末端位置方位的第二感知装置，安装于臂架末端上。用于获取遥控装置位置方位的第三感知装置，安装于遥控装置上。
第三感知装置拥有一套信号发生与接收装置，可以实时接收到第一感知装置和第二感知装置信号，从而可以实时接收到臂架末端的方位信号及泵车的方位信号；同时，该装置可以根据接收到的信号的方向自动计算得出操作手柄的方向与所接收的信号在水平面内的λ夹角。还可以测得遥控装置至混凝土泵车和臂架末端之间距离，以及遥控装置至混凝土泵车和臂架末端之间连线与水平面之间的角度，通过计算获得遥控装置至混凝土泵车和臂架末端之间距离在水平面上的投影距离。第三感知装置将测量的数据发送到控制器。
第二感知装置也拥有一套信号发生与接收装置，可以实时接收到第一感知装置和第三感知装置信号，从而可以实时接收到的遥控装置方位信号及泵车的方位信号；该装置可以根据所接收到的两个信号，自动计算出两信号在水平面内的δ夹角，并通过无线或有线信号发送给控制器。或者测得臂架末端至混凝土泵车和遥控装置之间距离，以及臂架末端至混凝土泵车和遥控装置之间的连线与水平面之间的角度，通过计算获得臂架末端至混凝土泵车和遥控装置在水平面上的投影距离。并通过无线或有线信号发送给控制器。
第一感知装置也拥有一套信号发生与接收装置，可以实时接收到第二感知装置和第三感知装置信号，从而可以实时接收到的遥控装置方位信号及臂架末端的方位信号；该装置可以根据所接收到的两个信号，自动计算出两信号在水平面内的K夹角，并通过无线或有线信号发送给控制器。或者测得混凝土泵车至臂架末端和遥控装置之间距离，以及混凝土泵车至臂架末端和遥控装置之间的连线与水平面之间的角度，通过计算获得混凝土泵车至臂架末端和遥控装置之间距离在水平面上的投影距离。并通过无线或有线信号发送给控制器。
控制器主要用于计算遥控装置的操作手柄摆动方向F1反映到臂架末端相对与臂架旋转中心的运行方向，即在水平面内，臂架末端点的运行方向在二维绝对坐标系中的方向角度。控制器获取感知装置信号，控制臂架末端移动方向F2与遥控装置的操作手柄摆动方向F1平行。
遥控装置的操作手柄还在操作面板上垂直上下移动，当遥控装置的操作手柄垂直上下移动时，臂架末端上下移动。当将遥控装置的操作手柄处于中位时，臂架末端停止移动。
本发明还提供了具有该臂架控制装置的混凝土泵车和布料机。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

Claims (12)

1.一种臂架控制方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤1、在水平面上建立二维绝对坐标系；在水平面上建立二维动态坐标系；二维绝对坐标系的原点与二维动态坐标系的原点连线为二维动态坐标系的一轴；二维绝对坐标系的原点位于臂架旋转中心点或臂架末端点，二维动态坐标系的原点位于遥控装置上；
步骤2、获取遥控装置的操作手柄摆动方向与二维动态坐标系坐标轴形成的角度；获取二维动态坐标系相对二维绝对坐标系旋转的角度；
步骤3：通过坐标系转换计算，获得遥控装置的操作手柄摆动方向与二维绝对坐标系坐标轴形成的角度；
步骤4：控制臂架末端朝操作手柄摆动方向与二维绝对坐标系中坐标轴形成的相应角度的方向移动。
2.根据权利要求1所述的臂架控制方法，其特征在于，在步骤2中，获取臂架在二维绝对坐标系中旋转的角度；获取臂架末端点和臂架旋转中心及遥控装置三点位置距离以及三者之间的连线与水平面之间的角度信号，通过三角函数计算获得二维动态坐标系相对二维绝对坐标系旋转的角度。
3.根据权利要求1或2所述的臂架控制方法，其特征在于，当遥控装置的操作手柄垂直上下移动时，臂架末端上下移动。
4.一种臂架控制装置，包括控制器和遥控装置，遥控装置包括一个操作手柄，操作手柄可任意方向摆动，其特征在于，还包括感知装置，在控制器上建立二维绝对坐标系和二维动态坐标系；二维绝对坐标系的原点与二维动态坐标系的原点连线为二维动态坐标系的一轴；二维绝对坐标系的原点位于臂架旋转中心点或臂架末端点，二维动态坐标系的原点位于遥控装置上；
控制器获取感知装置信号，并通过计算获得遥控装置的操作手柄摆动方向与二维绝对坐标系坐标轴形成的角度；控制器控制臂架末端朝操作手柄摆动方向与二维绝对坐标系中坐标轴形成的相应角度的方向移动。
5.根据权利要求4所述的臂架控制装置，其特征在于，感知装置包括用于获取臂架旋转中心位置方位的第一感知装置，用于获取臂架末端位置方位的第二感知装置，用于获取遥控装置位置方位的第三感知装置，第一感知装置和第二感知装置及第三感知装置信号可以相互接收信号和发送信号，控制器获取第一感知装置和第二感知装置及第三感知装置信号。
6.根据权利要求5所述的臂架控制装置，其特征在于，第一感知装置和第二感知装置及第三感知装置为测距装置，测量臂架旋转中心位置、臂架末端位置及遥控装置位置三点连线距离以及三者之间的连线与水平面之间的角度。
7.根据权利要求5所述的臂架控制装置，其特征在于，第一感知装置和第二感知装置及第三感知装置为测角装置，测量臂架旋转中心位置至臂架末端位置和遥控装置位置三点连线的角度；或者测量臂架末端位置至臂架旋转中心位置和遥控装置位置三点连线的角度。
8.根据权利要求4所述的臂架控制装置，其特征在于，感知装置为雷达或超声波或测距传感器。
9.根据权利要求4至8任意一项所述的臂架控制装置，其特征在于，当操作手柄任意方向摆动时，控制器控制臂架末端在水平面上的移动方向与遥控装置的操作手柄摆动方向在水平面上的投影平行。
10.根据权利要求4至7任意一项所述的臂架控制装置，其特征在于，操作手柄还可垂直上下移动；当操作手柄垂直上下移动时，控制器控制臂架末端上下移动。
11.一种混凝土泵车，其特征在于，包括如权利要求4至10任意一项所述的臂架控制装置。
12.一种布料机，其特征在于，包括如权利要求4至10任意一项所述的臂架控制装置。
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