CN103807351A - 控制关节臂的振动的装置和相应的方法 - Google Patents

Abstract

主动地控制关节臂（11）的振动的装置，所述关节臂例如用于泵送混凝土，所述关节臂包含多个分段（15-20），所述分段相应于它们自身的枢接端（23）而彼此枢接，所述关节臂还包含驱动致动器（24），每个驱动致动器都与所述分段（15-20）的两个配合，从而使所述关节臂（11）伸展和/或折叠。所述驱动致动器（24）的每一个都被连接至驱动电路，从而作用于基本上由所述关节臂（11）的两个分段（15-20）界定的垂直平面，所述两个分段与所述驱动致动器相连接。所述装置还包含至少一个辅助致动器（28），所述辅助致动器与关节臂（11）的所述分段（15-20）的至少一个相连接并且靠近枢接端（23）的至少一个。

Description

控制关节臂的振动的装置和相应的方法

技术领域

本发明涉及控制关节臂（articulated arm）的振动的装置和相应的方法，所述关节臂特别是（但不仅是）用于泵送混凝土并且与所谓的车载泵中的运输车辆相关。

更特别地，本发明涉及一种用于主动控制的装置，其被用来减少关节臂的各个分段受到的振动，其中关节臂被用于在运作机器中泵送混凝土，这些机器例如是车载泵、混凝土搅拌车或类似的东西。在EP-A-2347988中公开了一种控制关节臂的振动以泵送混凝土的装置。

背景技术

重型工作车辆已知被用在建筑业中，它通常由卡车组成，在卡车上安装有关节臂以分配和浇注混凝土。这些卡车可以配有或不配有混凝土搅拌机。

一种已知类型的可伸展关节臂由多个分段组成，这些分段在各自的末端彼此枢接，并且能够通过驱动合适的致动器（actuator）而被向后折叠在彼此上，所以它们能够采取折叠配置和工作配置，折叠配置中它们闭合至卡车，而工作配置使它们能够到达离卡车非常远的区域。

另一方面，这些可伸展关节臂的最重要的特征之一是，它们能够到达最大可能的高度和/或长度，从而保证同一卡车的最大灵活性和多功能性，另一方面，它们能够在总体长度相同的前提下降低重量。

同样已知的是，对于这些关节臂的正确操作的一个缺点是，随着混凝土被输送以及当关节臂被移动时，关节臂整体上受到的振荡（或者说振动）的现象，该缺点随着关节臂的总体长度和/或轻度（lightness）以及分段的数量的增加而变得更加严重。这一缺点（当使用至少部分由碳制成的关节臂时会被放大）对负责混凝土的出口管的定位和手动定向的操作人员，以及使用远程控制移动关节臂的操作人员，造成相当的操作困难。

进一步地，这些振动限制了机器的工作寿命并减低了操作人员的安全性。

可以在包含处于伸展状态的关节臂的垂直平面（亦即，在移动关节臂的致动器动作的方向），以及在横向方向（亦即，相对于垂直平面倾斜的以及基本上横向的方向）上解决所述振动（作为振荡力）。

对这些振动的实体的一个重要贡献也来自这些机器的类型以及惯性、弹性和薄度的相对特点以及构造的类型。

进一步地，与用来泵送混凝土的活塞泵相关的强制脉冲功能也被增加至这些效果，它通常在接近机器自身频率的频率发生。

一些装置已知用于控制和抑制关节臂的振动，其中振动的控制、减少以及可能的消除是通过驱动致动器自身进行的，这些致动器移动关节臂使其打开和闭合。在该例子中，致动器的每一个都被连接至液压驱动电路，从而驱动关节臂，并被连接至辅助控制电路，以控制关节臂受到的振动。

这些已知的装置的一个缺点是，它们仅仅能够控制和抑制在垂直平面（由处于伸展状态的关节臂界定）上产生的振动。

本发明的目的是获得一种装置和相应的方法，以控制和抑制关节臂的振动，它能够提高使用期间控制和抑制关节臂的振动的动作。

申请人已经设计、测试和实施了本发明，以克服现有技术的缺陷并获得这些和其他目的和优点。

发明内容

本发明在独立权利要求中被规定和表征，而从属权利要求描述了本发明的其他特征或对主要发明创意的变形。

根据上述目的，根据本发明的一种控制装置，其克服现有技术的限制并消除其中出现的缺点，它被用来控制和抑制（damp）关节臂的振动，所述关节臂例如用于泵送混凝土。

所述关节臂包含多个分段，所述分段相应于它们的枢接端而彼此枢接，所述关节臂还包含驱动致动器，每个驱动致动器都与所述分段的一个配合，从而使关节臂伸展和/或折叠。

所述驱动致动器的每一个都被连接至驱动电路，以作用于基本上由所述关节臂的两个分段界定的垂直平面，所述两个分段与所述驱动致动器相连接。

根据本发明的一个特征，所述装置包含至少一个辅助致动器，所述辅助致动器与关节臂的相应的分段相连接且靠近所述枢接端的至少一个。所述辅助致动器被设置来作用于与所述垂直平面不同的抑制平面，从而被选择性地激活，以抑制关节臂可能受到的横向振动。

因此一个或以上的辅助致动器与相应的分段相连接，以对比（contrast）并抑制横向振动，而使用相同的驱动致动器的已知装置不能够抑制横向振动。

在一个实施例中，所述辅助致动器设有至少两个操作端，所述操作端的每一个都被连接至相应的支撑件。所述支撑件位于相应的分段上且沿所述分段的纵向延展彼此相隔，并且它们在所述分段上界定各自的应用区域。所述辅助致动器能够被选择性地激活，以在所述应用区域中诱导作用于抑制平面的补偿力，所述抑制平面所述垂直平面不同。

在一个形式的实施例中，关节臂的每个分段都被连接至一个或以上的辅助致动器。

所述辅助致动器是所述驱动致动器之外的，如上所述，所述驱动致动器仅能够抑制作用于包含所述分段的垂直平面的振动。

这一特征使得能够在性能方面和在操作人员的安全性方面都更好地控制机器。

根据本发明的另一个特征，所述辅助致动器的每一个都被连接至控制电路，所述控制电路独立于所述驱动电路。

有利地，由于它是为该应用而特别设置的，独立的控制电路使得能够更好、更安全且更有效地控制问题中的振动。

根据本发明的另一个特征，所述抑制平面相对于垂直平面正交。

因此，正交的设置使得能够一致地抑制关节臂受到的横向振动。

根据本发明的另一个特征，所述辅助致动器的每一个都被连接至调节装置，所述调节装置能够调节所述辅助致动器相对于关节臂的相应的分段的  倾斜。

这使得能够选择性地调节辅助致动器设置的方向，从而适应作为实体的功能的辅助致动器的配置和/或关节臂受到的横向振动的方向。

根据本发明的另一个特征，所述辅助致动器的每一个都能够由电气类型（electrical type）的驱动部件驱动，所述驱动部件被连接至一个或以上的传感器，所述传感器靠近所述枢接端设置并且能够检测电气类型部件的运行的所需的参数。

根据本发明的另一个特征，所述传感器的每一个都能够检测至少一个参数，所述参数包括所述枢接端的振荡幅度和振荡频率，以及所述关节臂的配置。

控制动作因此被确定，例如作为考虑所述三个参数的数学算法的函数。

根据一个变形，所述传感器的每一个都能够检测设有该传感器的所述枢接端的振荡速度。

根据本发明的另一个特征，所述辅助致动器的每一个都能够由压电类型的驱动部件驱动，所述驱动部件被连接至靠近所述枢接端设置的一个或以上的传感器。

因此，压电类型的部件的每一个都能够向相应的辅助致动器提供力。

根据本发明的另一个特征，所述辅助致动器的每一个都被连接至电压源，所述电压源在所述关节臂外面。

例如，所述外部电压源可以是24V电源，它已经存在于安装有关节臂以泵送混凝土的车辆上。

根据一个变形，所述辅助致动器的每一个都被连接至太阳能源（solar energy source）。有利地，在该例子中，所述辅助致动器不需要任何电力供应。

本发明还涉及主动地控制关节臂的振动的方法，所述关节臂例如用于泵送混凝土，所述关节臂包含多个分段，所述分段相应于它们的枢接端而彼此枢接，所述关节臂还包含驱动致动器，每个驱动致动器都与所述分段的两个配合，从而使所述关节臂伸展和/或折叠。所述驱动致动器的每一个都被连接至驱动电路，以作用于基本上由所述关节臂的两个分段界定的垂直平面，所述两个分段与所述驱动致动器相连接。

根据本发明的一个特征，所述方法包括至少一个抑制步骤，其中至少一个辅助致动器作用于与垂直平面不同的抑制平面，该辅助致动器被连接至关节臂的分段的至少一个并且靠近枢接端的至少一个。

根据本发明的另一个特征，所述抑制步骤至少包括：第一子步骤，其中一个或以上的传感器检测与相应的枢接端相关联的参数；第二子步骤，其中所述传感器向驱动部件发送信号；以及第三子步骤，其中所述驱动部件驱动所述辅助致动器。

附图说明

从实施例的优选形式的以下描述中，本发明的这些和其他特征会变得清晰，其参照附图作为非限制性的例子，附图中：

图1示意性地示出了用于分配混凝土的具有关节臂的运作机器，其处于第一配置，其中应用了根据本发明的控制装置。

图2示意性地示出了处于第二配置的图1中的运作机器。

图3是图1和2中操作机器的放大细节的示意图。

具体实施方式

参照图1，其示出了可伸展的关节臂11，它能够分配用于建筑业的混凝土或相似材料，并且位于安装在重型工作车辆12上的位置，它处于用于运输的折叠状态，并且包含控制装置10，以控制和抑制工作状态期间关节臂11受到的振动。

关节臂11被设置来从图1所示的折叠状态转换至伸展状态或工作状态，后者的一个例子在图2中示出。

重型工作车辆12包含驾驶室13和支撑架14，关节臂11被安装在支撑架上。

关节臂11包含多个关节分段，例如在所示的方案中，包含六个分段，分别为第一分段15、第二分段16、第三分段17、第四分段18、第五分段19和第六分段20，它们在各自的枢接端23彼此枢接，还包含灵活的终端分段21，混凝土从它的自由末端被传递。

第一分段15以已知的方式被枢接至与支撑架14连接的转台（turret）22，并且能够通过它自身的致动器绕垂直轴旋转，从而使得关节臂11的末端能够到达围绕转台22的所有点。

在已知的方式中，并且在未图示的系统中，分段15-20的组合因此能够被旋转，甚至以360°旋转。

当它们处于折叠状态时（图1），关节臂11的分段15-20的全部被设置来基本上占据重型工作车辆12的整个宽度。

从工作状态（图2）可以理解，分段15-20是如何基本上相对于关节臂11的整体延展而被设置在相同的垂直运动平面，在任何情况下都考虑分段之间的错位，以使得它们能够被折叠回运输状态。

清楚的是，垂直驱动平面根据转台22的旋转而变化。

如上所述，分段15-20依次在它们各自的枢接端23彼此枢接，并且能够通过它们自身的驱动致动器24在垂直平面被单独地驱动，所述驱动致动器在本例子中为油-动态（oil-dynamic）类型并且设于各个分段15-20之间且靠近所述枢接端23。

每个驱动致动器24由驱动电路25（图3）驱动，该电路由操作人员控制。

驱动致动器24不仅可以被连接至驱动电路25，还可以被连接至控制电路26，其被选择性地激活，以在垂直运动方向抑制沿关节臂11产生的振动，特别是接近每个分段的枢接端23的振动。

在以例子示出的这个方案中，每个分段15-20上还有相应的支撑件27a、27b，在它们之上安装有各自的辅助致动器28，该辅助致动器能够抑制在分段上产生的横向振动，更一般地是整个关节臂上的振动，特别是对应于枢接端23的振动。

特别地，每个辅助致动器28设有至少两个操作端28a和28b。每个操作端28a和28b被连接至支撑件27a、27b的一个。支撑件27a、27b界定辅助致动器28的力的相应的应用区域127a和127b。

支撑件27a、27b沿分段15-20的纵向延展彼此相隔。所述辅助致动器28能够被选择性地激活，以在应用区域127a和127b诱导补偿力，该补偿力适于控制关节臂11的横向振动，并因此防止后者相对于垂直平面的横向振荡。

在本发明的一个实施例中，所述辅助致动器28是直线致动器（linear actuator）。

在其他实施例中，所述辅助致动器28基本上与分段15-20的纵向延展平行地设置和连接。

根据本发明的一些实施例，所述辅助致动器28相对于分段15-20的横截面主体横向地连接至分段15-20。

所述辅助致动器28在分段15-20（特别是在被包含于两个应用区域127a、127b之间的区域）诱导压缩力或牵引力，该力补偿横向振动，该横向振动作用于与所述分段和各自的致动器所在的平面不同的平面。

在一个实施例中，分段15-20的至少一个为管状，其设有在单一的主体中相互连接的多个壁。

根据一个实施例，所述辅助致动器28被连接至分段15-20的壁中的一个，这些壁位于相对于垂直平面基本上平行的平面。换句话说，辅助致动器28不被连接至分段15-20的拱背壁或内弧面壁（extrados or intrados walls），在这些壁上辅助致动器28的动作对横向振荡不能有效。

如图3所示，辅助致动器28可以被设在各个壁的外侧。或者，根据未示出的变形，辅助致动器28可以被设在壁的内侧。

横向振动可以例如由刮风的大气条件或其他不利的大气条件产生，或者由关节臂11的特定的配置而产生。

在本发明的范围内，并非所有分段都配有辅助致动器28。

同样在本发明的范围内的是，一个分段配有两个或以上的辅助致动器28，它们全部在各自的平面动作，该平面与驱动致动器24动作的运动平面不同。

在该例子中，为了抑制横向振动，每个辅助致动器28被设置成它的纵向延展平行于驱动致动器24动作的垂直平面。

所述结构的横向振动期间的横向力通常小于在垂直平面作用的力。这一特点使得能够使用与油-动态类型不同的辅助致动器28。

在该例子中（仅仅是示例的方式），辅助致动器28是电气类型（electrical type），例如由驱动部件驱动，该驱动部件例如是连接至一个或多个传感器30的电动电机，所述传感器能够检测三个参数，亦即，相应的枢接端23的振动的幅度和频率以及关节臂11的配置。

在该例子中，控制电路26被连接至电动电机29和传感器30，从而驱动辅助致动器28。

控制装置10还包含供给源，它在该例子中有利地已经存在于重型工作车辆12中，它可以例如是24V电源（在图中未示出），以供给电动电机29。

根据一个变形，所述控制装置10包含太阳能供给源。

根据一个变形，被连接至驱动辅助致动器28的电动电机29的所述传感器30是能够检测辅助致动器28的连接点的振荡速度的类型。同样在该例子中，所述控制装置10包含已经存在于重型工作车辆12中的电压源或太阳能源。

根据一个变形，所述辅助致动器28是压电类型（piezoelectric type），它利用压电元件的形变，该压电元件靠近相应的分段的枢接端23设置。在该例子中，根据受到的形变，压电元件能够提供力，该力能够驱动相应的辅助致动器28。有利地，在该例子中不需要供给源。

所描述的控制装置10安装非常简单，同时能够抑制已知的装置不能抑制的横向振动。

进一步地，辅助致动器28的方向的组合和类型的组合在控制装置10和关节臂11整体上形成有限的主体（bulk）。

显然地，可以对此前描述的控制装置进行修改和/或增加零件，而不偏离本发明的区域和范围。

同样显然地，虽然参照某些具体例子描述了本发明，但本领域技术人员显然能够获得控制装置的许多其他等同形式，其具有权利要求中规定的特征，并因此落入由其决定的保护范围之中。

Claims (14)

1. 主动地控制关节臂（11）的振动的装置，所述关节臂例如用于泵送混凝土，

所述关节臂（11）包含多个分段（15-20），所述分段相应于所述分段（15-20）的枢接端（23）而彼此枢接，所述关节臂（11）还包含驱动致动器（24），每个驱动致动器都与所述分段（15-20）的两个配合，从而使所述关节臂（11）伸展和/或折叠，

所述驱动致动器（24）的每一个都被连接至驱动电路（25），从而作用于基本上由所述关节臂（11）的两个分段（15-20）界定的垂直平面，所述两个分段与所述驱动致动器相连接，其特征在于，

所述装置包含与所述分段（15-20）的至少一个相连接的至少一个辅助致动器（28），所述辅助致动器（28）设有至少两个操作端（28a, 28b），所述操作端（28a, 28b）的每一个都被连接至相应的支撑件（27a, 27b），所述支撑件（27a, 27b）设于所述分段（15-20）上且沿所述相应的分段（15-20）的纵向延展彼此相隔，并且在分段（15-20）上界定各自的应用区域（127a, 127b），所述辅助致动器（28）能够被选择性地激活，以在所述应用区域（127a, 127b）中诱导作用于抑制平面的补偿力，所述抑制平面与所述垂直平面不同。

2. 根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述辅助致动器（18）被连接至相应的分段（15-20）且靠近所述枢接端（23）的至少一个。

3. 根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述辅助致动器（28）的每一个都被连接至控制电路（26），所述控制电路独立于所述驱动电路（25）。

4. 根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于，所述抑制平面与所述垂直平面正交。

5. 根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述辅助致动器（28）的每一个都被连接至调节装置，所述调节装置能够调节所述辅助致动器（28）相对于相应的分段（15-20）的方向。

6. 根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述辅助致动器（28）的每一个都能够由电气类型的驱动部件（29）驱动，所述驱动部件被连接至一个或以上的传感器（30），所述传感器靠近所述枢接端（23）设置并且能够检测电气类型的所述驱动部件（29）的运行的参数。

7. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述一个或以上的传感器（30）的每一个都能够检测至少一个参数，所述参数包括所述枢接端（23）的振荡幅度和振荡频率，以及所述关节臂（11）的配置。

8. 根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述一个或以上的传感器（30）的每一个都能够检测设有该传感器的所述枢接端（23）的振荡速度。

9. 根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述辅助致动器（28）的每一个都能够由压电类型的驱动部件驱动，所述驱动部件被连接至靠近所述枢接端（23）设置的一个或以上的传感器。

10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，压电类型的所述部件的每一个都能够向所述辅助致动器（28）提供力。

11. 根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述辅助致动器（28）的每一个都被连接至电压源，所述电压源在所述关节臂（11）外面。

12. 根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述辅助致动器（28）的每一个都被连接至太阳能源。

13. 主动地控制关节臂（11）的振动的方法，所述关节臂例如用于泵送混凝土，所述关节臂包含多个分段（15-20），所述分段相应于它们自身的枢接端（23）而彼此枢接，所述关节臂还包含驱动致动器（24），每个驱动致动器都与所述分段（15-20）的两个配合，从而使所述关节臂（11）伸展和/或折叠，所述驱动致动器（24）的每一个都被连接至驱动电路（25），从而作用于基本上由所述关节臂（11）的两个分段（15-20）界定的垂直平面，所述两个分段与所述驱动致动器相连接，其特征在于，

所述方法包括至少一个抑制步骤，其中至少一个辅助致动器（28）向所述分段（15-20）的至少一个选择性地诱导作用于抑制平面的补偿力，所述抑制平面所述垂直平面不同，

所述辅助致动器（28）设有至少两个操作端（28a, 28b），所述操作端（28a, 28b）的每一个都被连接至相应的支撑件（27a, 27b），所述支撑件（27a, 27b）设于所述分段（15-20）上且沿所述分段（15-20）的纵向延展彼此相隔，并且在所述分段（15-20）上界定各自的应用区域（127a, 127b），所述补偿力在所述应用区域发生作用。

14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述抑制步骤至少包括：

第一子步骤，其中一个或以上的传感器（30）检测与相应的枢接端（23）相关联的参数；

第二子步骤，其中所述传感器（30）向驱动部件（29）发送信号；以及

第三子步骤，其中所述驱动部件（29）驱动所述辅助致动器（28）。

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