CN104018676B - 一种工程机械和臂架控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种臂架控制方法，包括智能控制模式，智能控制模式包括以下几个步骤：步骤1：在遥控器上打开坐标标定手柄，万向遥控手柄向工程机械的固定参照方向扳动，获得第一角度信号；步骤2：在遥控器上关闭坐标标定手柄，万向遥控手柄向臂架末端的目标移动方向扳动，获得第二角度信号；步骤3：臂架控制器接收第一角度信号和第二角度信号，控制臂架末端向目标移动方向移动。本发明还提供了一种工程机械和臂架控制系统。本发明不论操作手在任何位置操作，万向遥控手柄扳动方向与臂架末端目标移动方向一致，造价成本低，操作稳定性好。

Description

一种工程机械和臂架控制系统及方法

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种工程机械和臂架控制系统及方法。

背景技术

工程机械臂架，例如混凝土泵车的臂架，一般由4节臂、5节臂、6节臂相互铰接而成，混凝土通过臂架输送到目标浇注点。对于臂架的控制，目前包括手动控制方法，手动控制方法一般在遥控器上设置有相应的臂节遥控手柄，如果臂架由4节臂组成，遥控器上就设置有4个臂节遥控手柄，一个臂节遥控手柄控制一个臂节动作，操作人员使用遥控器对各臂节分别进行控制，使臂架的整体从初始姿态运动到目标姿态，这种方式操作较为复杂，并且效率较低。

为了解决上述问题，臂架的控制采用智能控制方法，遥控器上包括一个万向遥控手柄，万向遥控手柄可以360度方向扳动，臂架控制系统根据万向遥控手柄扳动方向和开度，经过各臂节运动规划计算，使臂架末端向目标移动方向移动。

目前，臂架的控制采用智能控制时，臂架控制系统的坐标系，一般是以臂架旋转中心为坐标系原点，混凝土泵车车身长度方向为X轴，垂直于混凝土泵车车身长度方向为Y轴。臂架在控制过程中，只有操作人员站在相对混凝土泵车车身某一固定方向上，使遥控器上的坐标系与臂架控制系统上的坐标系一致时，才能使臂架末端的目标移动方向与操作者万向手柄的扳动方向一致，如图1所示，当操作者站在C位置时，万向手柄沿箭头方向扳动，则臂架末端会朝着目标移动AB方向移动；操作者若变换站位方向，例如站在E位置，则需朝与臂架末端目标移动AB方向相反的方向扳动万向遥控手柄；如果站在其它D位置，则操作方向与臂架末端目标移动AB方向完全不一致，操作者如果移动了其操作位置，则需不断考虑自身与车身的相对角度，臂架的操作舒适感将大为降低。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种工程机械和臂架的控制系统及方法，以解决操作手位置变动后，万向遥控手柄扳动方向与臂架末端目标移动方向不一致的问题。

一方面，本发明提供了一种臂架控制方法，包括智能控制模式，建立用于控制臂架末端移动的第一坐标系，在遥控器中建立第二坐标系，智能控制模式包括以下几个步骤：步骤1：在遥控器上打开坐标标定手柄，万向遥控手柄向工程机械的固定参照方向扳动，获得第一角度信号；第一角度信号是在第二坐标系的角度信号；步骤2：在遥控器上关闭坐标标定手柄，万向遥控手柄向臂架末端的目标移动方向扳动，获得第二角度信号；第二角度信号是在第二坐标系的角度信号；步骤3：臂架控制器接收第一角度信号和第二角度信号，根据第一角度信号及固定参照方向在第一坐标系中的角度，得出第一坐标系和第二坐标系的转换角度，根据转换角度和第二角度信号计算获得臂架驱动角度信号，臂架驱动角度信号是第二角度信号在第一坐标系的角度信号；根据臂架驱动角度信号控制臂架末端向目标移动方向移动。

进一步地，工程机械的固定参照方向为工程机械车身长度方向或者工程机械车身垂直方向。

进一步地，第一坐标系的X1轴为工程机械车身长度方向，第一坐标系的Y1轴为工程机械车身垂直方向。

进一步地，第一角度信号是万向遥控手柄向工程机械车身长度方向或者工程机械车身垂直方向扳动在第二坐标系的角度信号，第二角度信号是万向遥控手柄向臂架末端的目标移动方向扳动在第二坐标系的角度信号。

进一步地，在步骤1中，获得第一角度信号后，喇叭或指示灯提醒操作者，完成臂架和遥控器信息交互动作。

进一步地，还包括手动控制模式，在手动控制模式下，坐标标定手柄和万向手柄和/或万向遥控手柄用于控制单个臂节动作。

另一方面还提供了一种臂架控制系统，包括臂架控制器和遥控器，臂架控制器安装在工程机械上，在臂架控制系统中建立用于控制臂架末端移动的第一坐标系，在遥控器中建立第二坐标系，遥控器包括万向遥控手柄和坐标标定手柄，当坐标标定手柄打开时，万向遥控手柄向工程机械的固定参照方向扳动，获得第一角度信号；当坐标标定手柄关闭时，万向遥控手柄向臂架末端的目标移动方向扳动，获得第二角度信号；第一角度信号和第二角度信号是第二坐标系的角度信号；

臂架控制器接收第一角度信号和第二角度信号，根据第一角度信号及固定参照方向在第一坐标系中的角度，得出第一坐标系和第二坐标系的转换角度，根据转换角度和第二角度信号计算获得臂架驱动角度信号，臂架驱动角度信号是第二角度信号在第一坐标系的角度信号；根据臂架驱动角度信号控制臂架末端向目标移动方向移动。

进一步地，工程机械的固定参照方向为工程机械车身长度方向或者工程机械车身垂直方向。

进一步地，用于手动控制模式和智能控制模式的切换开关、坐标标定手柄；在手动控制模式下，坐标标定手柄和/或万向遥控手柄用于控制单个臂节动作。

进一步地，还包括喇叭或指示灯。

进一步地，还包括臂节遥控手柄，在手动控制模式下，臂节遥控手柄用于控制单个臂节动作；臂架控制器还包括处理器和接收器，接收器用于接收第一角度信号和第二角度信号，通过处理器计算获得臂架驱动角度信号。

另一方面还提供了一种工程机械，包括上述的臂架控制系统。

本发明提供的工程机械和臂架控制系统及方法，如果遥控器上的坐标系与臂架控制系统上的坐标系不一致，也就是，操作人员不站在相对混凝土泵车车身某一固定方向上时，在遥控器上打开坐标标定手柄，万向遥控手柄向工程机械的固定参照方向(如工程机械车身长度方向或者工程机械车身垂直方向)扳动，获得第一角度信号；通过第一角度信号可以计算获得第一坐标系与第二坐标系的转换角度，第二角度信号加上转换角度可以得到臂架驱动角度信号，臂架驱动角度信号也就是第二角度信号在第一坐标系的角度信号。这样就解决了不论操作手在任何位置操作，万向遥控手柄扳动方向与臂架末端目标移动方向不一致的问题。

另外，为了确保获得第一角度信号，还增加了喇叭或指示灯提醒功能。在获得第一角度号后，喇叭响一次或多次，或者指示灯亮一次或多次提醒操作者，完成臂架控制系统和遥控器信息交互动作。如果喇叭或指示灯没有提醒，可以重复步骤1动作，重新获取第一角度信号。确保万向遥控手柄扳动方向与臂架末端目标移动方向一致。

另外，遥控器还设置有臂节遥控手柄、万向遥控手柄、坐标标定手柄及手动控制模式和智能控制模式的切换开关。在手动控制模式下，坐标标定手柄和/或万向遥控手柄用于控制单个臂节动作，在智能控制模式下，坐标标定手柄作为臂架控制器获得第一角度信号和第二角度信号的开关。本发明的臂架控制系统不仅可以实现手动控制，也可以实现智能控制。造价成本低，结构非常巧妙，控制移动性非常好。

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为现有技术的臂架控制示意图；

图2为本发明臂架控制方法流程示意图；

图3为本发明臂架控制示意图；

图4为本发明遥控器示意图。

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。

臂架控制系统一般会设定一个用于控制臂架末端移动的第一坐标系，如图3所示，第一坐标系x₁oy₁一般是以臂架旋转中心为坐标系原点O，混凝土泵车车身长度方向为X1轴，垂直于混凝土泵车车身长度方向为Y1轴。

对于智能控制臂架的遥控器一般也会设定一个用于获得万向遥控手柄扳动角度方位的第二坐标系x₂oy₂，如图3所示，第二坐标系x₂oy₂一般是以万向遥控手柄的中心为原点O，横向为X2轴，纵向为Y2轴。

如图2所示，本发明提供了一种优选的臂架控制方法，包括智能控制模式，智能控制模式包括以下几个步骤：

步骤1：在遥控器上打开坐标标定手柄，万向遥控手柄向工程机械的固定参照方向扳动，获得第一角度信号；

步骤2：在遥控器上关闭坐标标定手柄，万向遥控手柄向臂架末端的目标移动方向扳动，获得第二角度信号；

步骤3：臂架控制器接收第一角度信号和第二角度信号，控制臂架末端向目标移动方向移动。

通过设置工程机械的固定参照方向，可以解决万向遥控手柄在任何位置时，臂架移动的第一坐标系和万向遥控手柄所在的第二坐标系的角度转换，受影响因素少，控制方便。优选地，工程机械的固定参照方向为工程机械车身长度方向或者工程机械车身垂直方向，这样可以充分利用工程机械的特征，便于标定，当然也可以在工程机械上设置其他工程机械的固定参照方向，如与工程机械的长度方向呈45度，30度等，或者设定为某条伸缩支腿的伸缩方向等。

因为万向遥控手柄安装在遥控器上，万向遥控手柄扳动产生的角度信号都是基于第二坐标系x₂oy₂而言的。第一角度信号是万向遥控手柄向工程机械的固定参照方向(如工程机械车身长度方向或者工程机械车身垂直方向)扳动在第二坐标系x₂oy₂的角度信号，第二角度信号是万向遥控手柄向臂架末端的目标移动方向扳动在第二坐标系x₂oy₂的角度信号。

第一角度信号是万向遥控手柄向工程机械车身长度方向或者工程机械车身垂直方向扳动在第二坐标系x₂oy₂的角度信号。相对第一坐标系x₁oy₁而言，如果万向遥控手柄向工程机械车身尾端方向扳动，此时万向遥控手柄扳动向量在第一坐标系x₁oy₁中与x₁轴正向所形成的角度为0度，如果万向遥控手柄向工程机械车头方向扳动，此时万向遥控手柄扳动向量在第一坐标系x₁oy₁中与x₁轴正向所形成的角度为180度；如果万向遥控手柄向工程机械车身垂直正方向扳动，此时万向遥控手柄扳动向量在第一坐标系x₁oy₁中与x₁轴正向所形成的角度为90度；如果万向遥控手柄向工程机械车身垂直负方向扳动，此时万向遥控手柄扳动向量在第一坐标系x₁oy₁中与x₁轴正向所形成的角度为270度。因此，万向遥控手柄扳动向量在第一坐标系x₁oy₁和第二坐标系x₂oy₂的角度差就是该两个坐标的转换角度，第二角度信号加上转换角度可以得到臂架驱动角度信号，臂架驱动角度信号也就是第二角度信号在第一坐标系x₁oy₁的角度信号。这样就解决了不论操作手在任何位置操作，万向遥控手柄扳动方向与臂架末端目标移动方向一致的问题。

另外，为了确保获得第一角度信号，还增加了喇叭或指示灯提醒功能。在获得第一角度号后，喇叭响一次或多次，或者指示灯亮一次或多次提醒操作者，完成臂架控制系统和遥控器信息交互动作。如果喇叭或指示灯没有提醒，可以重复步骤1动作，重新获取第一角度信号。确保万向遥控手柄扳动方向与臂架末端目标移动方向一致。

另外，本发明的臂架控制方法包括自动控制模式和智能控制模式,在手动控制模式下，可以设定坐标标定手柄用于控制单个臂节动作，也可以设定万向遥控手柄上下扳动控制一个臂节动作，万向遥控手柄左右扳动控制另一个臂节动作，也可设定万向遥控手柄扳动控制臂架旋转动作。在智能控制模式下，坐标标定手柄作为臂架控制器获得第一角度信号和第二角度信号的开关。本发明的臂架控制系统不仅可以实现手动控制，也可以实现智能控制。造价成本低，结构非常巧妙，控制移动性非常好。

如图3所示,臂架控制过程如下:

如果，操作人员位于a位置时，第二坐标系x₂oy₂也就是操作人员站在相对混凝土泵车车身某一固定方向上时，第一坐标系x₁oy₁和第二坐标系x₂oy₂相互平行，操作人员可以不进行步骤1动作，操作人员直接进行步骤2动作，万向遥控手柄沿OM向量方向扳动，产生第二角度信号，则臂架末端会朝着目标移动AB方向移动；OM向量方向与目标移动AB方向一致。因为第一坐标系x₁oy₁和第二坐标系x₁oy₁相互平行，OM向量在第二坐标系的角度等于OM向在第一坐标系的角度，因此臂架驱动角度信号等于第二角度信号。

如果，操作人员位于b位置时，操作人员在任意一方向上操作，第一坐标系x₁oy₁和第二坐标系x₂oy₂不平行，操作人员需要进行步骤1动作，在遥控器上将坐标标定手柄方向拨动，打开坐标标定手柄，万向遥控手柄向工程机械车头方向OP扳动，OP向量在第二坐标系x₂oy₂中产生第一角度信号，第一角度信号发送至臂架控制器，臂架控制器根据该第一角度信号可以计算得到第一坐标系x₁oy₁与第二坐标系x₂oy₂的转换角度，也就是遥控器相对第一坐标系x₁oy₁的旋转角度。然后，操作人员需要进行步骤2动作，在遥控器上关闭坐标标定手柄，万向遥控手柄向ON方向扳动，ON向量与臂架末端的目标移动AB向量平行。ON向量在第二坐标系x₂oy₂中产生第二角度信号；第二角度信号发送至臂架控制器，臂架控制器根据该第二角度信号加上转换角度计算得到臂架驱动角度信号，臂架控制器根据该驱动角度信号驱动臂架末端向目标移动AB方向移动。不论操作手在任何位置操作，万向遥控手柄扳动方向与臂架末端目标移动方向一致。

另外，第一坐标系x₁oy₁和第二坐标x₂oy₂如何设定不受限制，如果第一坐标系x₁oy₁的X1轴相对工程机械车身长度方向旋转一个角度，通过数学计算也可以获得第一坐标系x₁oy₁和第二坐标系x₂oy₂之间的转换角度。

本发明还提供了一种优选的臂架控制系统，包括臂架控制器(图中未示出)和遥控器，臂架控制器安装在工程机械上，遥控器包括万向遥控手柄1、用于手动控制模式和智能控制模式的切换开关2、坐标标定手柄5、转台及臂架遥控手柄6、4、3；在手动控制模式下，坐标标定手柄5用于控制第二个臂节动作，臂架遥控手柄6用于控制第一个臂节动作，臂架遥控手柄4用于控制第三个臂节动作，臂架遥控手柄3用于控制第四个臂节动作，万向遥控手柄1上下扳动用于控制第五个臂节动作，万向遥控手柄1左右扳动用于控制第六个臂节动作，万向遥控手柄1旋动扳动用于控制臂架旋转动作。在智能控制模式下，当坐标标定手柄5打开时，万向遥控手柄1向工程机械的固定参照方向扳动，获得第一角度信号；当坐标标定手柄5关闭时，万向遥控手柄1向臂架末端的目标移动方向扳动，获得第二角度信号；臂架控制器接收第一角度信号和第二角度信号，控制臂架末端向目标移动方向移动。优选地，工程机械的固定参照方向为工程机械车身长度方向或者工程机械车身垂直方向，这样可以充分利用工程机械的特征，便于标定，当然也可以在工程机械上设置其他工程机械的固定参照方向，如与工程机械的长度方向呈45度，30度等。此时，根据遥控器的第二坐标系x₂oy₂(参照图3)，第一角度信号可以是万向遥控手柄1向工程机械车身长度方向或者工程机械车身垂直方向扳动在第二坐标系的角度信号，第二角度信号是万向遥控手柄1向臂架末端的目标移动方向扳动在第二坐标系的角度信号。坐标标定手柄5作为臂架控制器获得第一角度信号和第二角度信号的开关。臂架控制器还包括处理器和接收器，接收器用于接收第一角度信号和第二角度信号，通过处理器计算获得臂架驱动角度信号。

另外，为了确保获得第一角度信号，还增加了喇叭或指示灯提醒功能。在获得第一角度号后，喇叭响一次或多次，或者指示灯亮一次或多次提醒操作者，完成臂架控制系统和遥控器信息交互动作。如果喇叭或指示灯没有提醒，可以重复步骤1动作，重新获取第一角度信号。确保万向遥控手柄扳动方向与臂架末端目标移动方向一致。

另外，遥控器也可以只有一个智能控制模式，坐标标定手柄5也可以仅作为臂架控制器获得第一角度信号和第二角度信号的开关。

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，包括智能控制模式，其特征在于，在臂架控制系统中建立用于控制臂架末端移动的第一坐标系，在遥控器中建立第二坐标系，智能控制模式包括以下几个步骤：

步骤1：在遥控器上打开坐标标定手柄(5)，万向遥控手柄(1)向工程机械的固定参照方向扳动，获得第一角度信号；第一角度信号是在第二坐标系的角度信号；

步骤2：在遥控器上关闭坐标标定手柄(5)，万向遥控手柄(1)向臂架末端的目标移动方向扳动，获得第二角度信号；第二角度信号是在第二坐标系的角度信号；

步骤3：臂架控制器接收第一角度信号和第二角度信号，根据第一角度信号及固定参照方向在第一坐标系中的角度，得出第一坐标系和第二坐标系的转换角度，根据转换角度和第二角度信号计算获得臂架驱动角度信号，臂架驱动角度信号是第二角度信号在第一坐标系的角度信号；根据臂架驱动角度信号控制臂架末端向目标移动方向移动。

2.根据权利要求1所述臂架控制方法，其特征在于，工程机械的固定参照方向为工程机械车身长度方向或者工程机械车身垂直方向。

3.根据权利要求2所述臂架控制方法，其特征在于，第一坐标系的X1轴为工程机械车身长度方向，第一坐标系的Y1轴为工程机械车身垂直方向。

4.根据权利要求2所述臂架控制方法，其特征在于，第一角度信号是万向遥控手柄(1)向工程机械车身长度方向或者工程机械车身垂直方向扳动在第二坐标系的角度信号，第二角度信号是万向遥控手柄(1)向臂架末端的目标移动方向扳动在第二坐标系的角度信号。

5.根据权利要求2所述臂架控制方法，其特征在于，在步骤1中，获得第一角度信号后，喇叭或指示灯提醒操作者，完成臂架和遥控器信息交互动作。

6.根据权利要求1至5任意一项所述臂架控制方法，其特征在于，还包括手动控制模式，在手动控制模式下，坐标标定手柄(5)和/或万向遥控手柄(1)用于控制单个臂节动作。

7.一种臂架控制系统，包括臂架控制器和遥控器，臂架控制器安装在工程机械上，在臂架控制系统中建立用于控制臂架末端移动的第一坐标系，在遥控器中建立第二坐标系，其特征在于，遥控器包括万向遥控手柄(1)和坐标标定手柄(5)，当坐标标定手柄(5)打开时，万向遥控手柄(1)向工程机械的固定参照方向扳动，获得第一角度信号；当坐标标定手柄(5)关闭时，万向遥控手柄(1)向臂架末端的目标移动方向扳动，获得第二角度信号；第一角度信号和第二角度信号是第二坐标系的角度信号；

臂架控制器接收第一角度信号和第二角度信号，根据第一角度信号及固定参照方向在第一坐标系中的角度，得出第一坐标系和第二坐标系的转换角度，根据转换角度和第二角度信号计算获得臂架驱动角度信号，臂架驱动角度信号是第二角度信号在第一坐标系的角度信号；根据臂架驱动角度信号控制臂架末端向目标移动方向移动。

8.根据权利要求7所述臂架控制系统，其特征在于，工程机械的固定参照方向为工程机械车身长度方向或者工程机械车身垂直方向。

9.根据权利要求7所述臂架控制系统，其特征在于，还包括用于手动控制模式和智能控制模式的切换开关(2)；在手动控制模式下，坐标标定手柄(5)和/或万向遥控手柄(1)用于控制单个臂节动作。

10.根据权利要求7所述臂架控制系统，其特征在于，还包括喇叭或指示灯。

11.根据权利要求7所述臂架控制系统，其特征在于，还包括臂节遥控手柄(3、4、6)，在手动控制模式下，臂节遥控手柄(3、4、6)用于控制单个臂节动作；臂架控制器还包括处理器和接收器，接收器用于接收第一角度信号和第二角度信号，通过处理器计算获得臂架驱动角度信号。

12.一种工程机械，其特征在于，包括如权利要求7至11任意一项所述的臂架控制系统。