CN104453238B - 一种工作区域可控的臂架的工作区域计算方法 - Google Patents

一种工作区域可控的臂架的工作区域计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工作区域可控的臂架的工作区域计算方法，包括：臂架泵、臂架液压多路阀、伸展臂架、可编程控制器及铰接设置在伸展臂架底部的转台，所述伸展臂架包括n节从转台开始依次铰接的子臂架，所述子臂架上分别设置有角度传感器，所述转台上设置有旋转编码器，所述角度传感器和旋转编码器分别与可编程控制器相连接以输入信号。通过上述方式，本发明所述的一种工作区域可控的臂架及其工作区域计算方法，通过设定边界值来限制伸展臂架的活动范围，从而避免伸展臂架在工作过程中撞击到附近的障碍物，提高施工现场的安全性，降低操作者误操作带来的危险，主要用于混凝土泵车或者其他类似的工程车辆。

Description

一种工作区域可控的臂架的工作区域计算方法
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，特别是涉及一种工作区域可控的臂架及其工作区域计算方法。
背景技术
当前工程机械行业的臂架安全保护措施较少，臂架越多，越难以控制运动轨迹，一般是通过操作人员对现场环境的观察，以保持臂架与周围障碍物之间的距离来规避臂架碰撞的危险，防护程度低，且过于依赖操作人员在操作过程中的观察力，不具有智能化。
授权公告号为CN202156890U的实用新型专利公开了一种限制起重机臂架工作区域的系统级包括该系统的起重机，通过探测器收集臂架的工况组合、角度大小等信息来确定臂架的位置，其针对起重机设计，结构相对简单，对混凝土泵车的臂架工作区域的限制没有启发，而且其并没有公开具体的结构和计算方法。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种工作区域可控的臂架及其工作区域计算方法，通过混凝土泵车子臂架角度变化来计算每节子臂架末端点坐标，通过预先的设定值产生的约束条件使得臂架限制在某一区域内活动。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种工作区域可控的臂架，包括：臂架泵、臂架液压多路阀、伸展臂架及铰接设置在伸展臂架底部的转台，所述转台上设置有一个转台油缸，所述伸展臂架包括n节从转台开始依次铰接的子臂架，3≤n≤7，所述子臂架上分别设置有对应的伸展液压缸，所述臂架液压多路阀连接在臂架泵与伸展液压缸、转台油缸之间，所述工作区域可控的臂架还包括有一个可编程控制器，所述可编程控制器连接设置有一个边界值输入装置，所述子臂架上分别设置有角度传感器，所述转台上设置有旋转编码器，所述角度传感器和旋转编码器分别与可编程控制器相连接以输入信号，所述可编程控制器分别与臂架液压多路阀中的电磁阀门控制端相连接。
在本发明一个较佳实施例中，所述边界值输入装置为PDA、触控屏或者遥控器手柄。
在本发明一个较佳实施例中，所述可编程控制器上连接设置有一个报警装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种工作区域计算方法，包括建立一个直角坐标系，所述直角坐标系以转台和伸展臂架的铰接点为原点，所述n节从转台开始依次铰接的子臂架的长度分别为L1、L2、L3…Ln，所述子臂架依次为第一节臂架、第二节臂架、第三节臂架…第n节臂架，所述旋转编码器测得的旋转角度为φ，所述角度传感器测量子臂架的实际角度θ分别为θ1~θn，所述子臂架末端的坐标值为：X，Y，Z，所述第一节臂架末端的坐标值计算:
X1=，Y1=，Z1=；
第二节臂架末端的坐标值计算：
X2=，Y2=，Z2=；
以此类推，第n节臂架末端的坐标值计算：
Xn=，
Yn=，
Zn=；
θ的取值范围：当子臂架的末端处于子臂架起始点所在水平线下方时，θ取值范围为180°~360°；当子臂架末端处于子臂架起始点所在水平线上方时，θ取值范围为0°~180°；
φ的取值范围：转台逆时针方向旋转为负，顺时针方向旋转为正，取值范围为-360°~360°；
通过边界值输入装置对可编程控制器输入根据现场情况进行设定的边界值A、B、C、α、β，根据下列边界约束条件确定工作区域：
Zn≤A，第n节臂架的末端点高度不超出设定值A；
，第n节臂架末端点限制在以原点为圆心，半径为B的圆内活动；
，第n节臂架末端点限制在以原点为圆心，半径为C的球体能活动；
，转台旋转角度只能在大于等于，小于等于的范围内转动；
所述可编程控制器对子臂架的坐标值和边界条件进行比较分析，控制相应的伸展液压缸工作，达到边界值后，发送指令给臂架液压多路阀，限制伸展液压缸动作，并发出报警信号。
本发明的有益效果是：本发明所述的一种工作区域可控的臂架及其工作区域计算方法，通过设定边界值来限制伸展臂架的活动范围，从而避免伸展臂架在工作过程中撞击到附近的障碍物，提高施工现场的安全性，降低操作者误操作带来的危险，主要用于混凝土泵车或者其他类似的工程车辆。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明一种工作区域可控的臂架及其工作区域计算方法一较佳实施例的结构示意图；
图2是本发明一种工作区域可控的臂架中伸展臂架和转台的结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，本发明实施例包括：
一种工作区域可控的臂架，包括：臂架泵、臂架液压多路阀、伸展臂架及铰接设置在伸展臂架底部的转台，所述转台上设置有一个转台油缸1，所述伸展臂架包括n节从转台开始依次铰接的子臂架，3≤n≤7，所述子臂架上分别设置有对应的伸展液压缸，伸展液压缸对应子臂架分为第一油缸21、第二油缸22…第n油缸，所述臂架液压多路阀连接在臂架泵与伸展液压缸、转台油缸之间，所述工作区域可控的臂架还包括有一个可编程控制器，所述可编程控制器连接设置有一个边界值输入装置，所述边界值输入装置为PDA、触控屏或者遥控器手柄，方便边界值的输入，所述子臂架上分别设置有角度传感器，检测子臂架与水平方向的夹角，所述角度传感器对应子臂架分为第一角度传感器31、第二角度传感器32…第n角度传感器，所述转台上设置有旋转编码器，所述角度传感器和旋转编码器分别与可编程控制器相连接以输入信号，所述可编程控制器分别与臂架液压多路阀中的电磁阀门控制端相连接，以控制和限制子臂架的伸展。
进一步的，述可编程控制器上连接设置有一个报警装置。
所述的工作区域可控的臂架的工作区域计算方法为：首先建立一个直角坐标系，所述直角坐标系以转台和伸展臂架的铰接点为原点，所述n节从转台开始依次铰接的子臂架的长度分别为L1、L2、L3…Ln，所述子臂架依次为第一节臂架11、第二节臂架12、第三节臂架13…第n节臂架，所述旋转编码器测得的旋转角度为φ，所述角度传感器测量子臂架的实际角度θ分别为θ1~θn，所述子臂架末端的坐标值为：X，Y，Z，所述第一节臂架11末端的坐标值计算:
X1=，Y1=，Z1=；
第二节臂架末端的坐标值计算：
X2=，Y2=，Z2=；
以此类推，第n节臂架末端的坐标值计算：
Xn=，
Yn=，
Zn=；
θ的取值范围：当子臂架的末端处于子臂架起始点所在水平线下方时，θ取值范围为180°~360°；当子臂架末端处于子臂架起始点所在水平线上方时，θ取值范围为0°~180°，角度的取值范围会影响正弦和余弦函数的正负，需要以水平线为界，分别确认取值范围；
φ的取值范围：转台逆时针方向旋转为负，顺时针方向旋转为正，取值范围为-360°~360°；
通过边界值输入装置对可编程控制器输入根据现场情况进行设定的边界值A、B、C、α、β，一般通过观察周围的障碍物来确定，根据下列边界约束条件确定工作区域：
Zn≤A，第n节臂架的末端点高度不超出设定值A；
，第n节臂架末端点限制在以原点为圆心，半径为B的圆内活动；
，第n节臂架末端点限制在以原点为圆心，半径为C的球体能活动；
，转台旋转角度只能在大于等于，小于等于的范围内转动；
所述可编程控制器对子臂架的坐标值和边界条件进行比较分析，控制相应的伸展液压缸工作，达到边界值后，发送指令给臂架液压多路阀，限制伸展液压缸动作，并发出报警信号。
可编程控制器发出电信号驱动臂架液压多路阀中对应电磁阀的开度，用于控制伸展液压缸的供油量，电信号越大电磁阀开度越大，对应子臂架动作越快，反之动作越慢，无电信号输入则子臂架不动作。
如果操作人员通过现场观察没有臂架碰撞危险，而此时子臂架已经到达边界限位，可以通过边界值输入装置先取消工作区域限制，在人工观察下该区域工作完成后再开启区域限制，或者更改边界值放大工作区域范围，更好地适应实际工作需要。
综上所述，本发明指出的一种工作区域可控的臂架及其工作区域计算方法，通过输入相应值而实现对伸展臂架工作区域的限制，可辅助混凝土泵车操作者进行工作，提高操作的安全性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (1)

1.一种工作区域可控的臂架的工作区域计算方法，包括: 工作区域可控的臂架,所述工作区域可控的臂架包括臂架泵、臂架液压多路阀、伸展臂架及铰接设置在伸展臂架底部的转台，所述转台上设置有一个转台油缸，所述伸展臂架包括n节从转台开始依次铰接的子臂架，3≤n≤7，所述子臂架上分别设置有对应的伸展液压缸，所述臂架液压多路阀连接在臂架泵与伸展液压缸、转台油缸之间，所述工作区域可控的臂架还包括有一个可编程控制器，所述可编程控制器连接设置有一个边界值输入装置，所述子臂架上分别设置有角度传感器，所述转台上设置有旋转编码器，所述角度传感器和旋转编码器分别与可编程控制器相连接以输入信号，所述可编程控制器分别与臂架液压多路阀中的电磁阀门控制端相连接，所述边界值输入装置为PDA、触控屏或者遥控器手柄，所述可编程控制器上连接设置有一个报警装置，其特征在于，包括建立一个直角坐标系，所述直角坐标系以转台和伸展臂架的铰接点为原点，所述n节从转台开始依次铰接的子臂架的长度分别为L1、L2、L3…Ln，所述子臂架依次为第一节臂架、第二节臂架、第三节臂架…第n节臂架，所述旋转编码器测得的旋转角度为φ，所述角度传感器测量子臂架的实际角度θ分别为θ1~θn，所述子臂架末端的坐标值为：X，Y，Z，所述第一节臂架末端的坐标值计算:
X1=L1*cosθ1*sinφ，Y1=L1*cosθ1*cosφ, Z1=L1 *sinθ1；
第二节臂架末端的坐标值计算：
X2=L1*cosθ1*sinφ+ L2*cosθ2* sinφ,Y2=L1*cosθ1*cosφ+ L2*cosθ2* cosφ,Z2=L1* sinθ1+ L2 *sinθ2；
以此类推，第n节臂架末端的坐标值计算：
Xn=( L1*cosθ1+ L2*cosθ2+…+ Ln*cosθn) *sinφ,Yn=( L1*cosθ1+ L2*cosθ2+…+ Ln*cosθn) *cosφ,Zn=L1 *sinθ1+ L2*sinθ2+…+ Ln*sinθn；
θ的取值范围：当子臂架的末端处于子臂架起始点所在水平线下方时，θ取值范围为180°~360°；当子臂架末端处于子臂架起始点所在水平线上方时，θ取值范围为0°~180°；
φ的取值范围：转台逆时针方向旋转为负，顺时针方向旋转为正，取值范围为-360°~360°；
通过边界值输入装置对可编程控制器输入根据现场情况进行设定的边界值A、B、C、α、β，根据下列边界约束条件确定工作区域：
Zn≤A，第n节臂架的末端点高度不超出设定值A；
XN 2+ YN 2≤B2，第n节臂架末端点限制在以原点为圆心，半径为B的圆内活动；
XN 2 +YN 2+ZN 2≤C2，第n节臂架末端点限制在以原点为圆心，半径为C的球体内活动；
α≤φ≤β,转台旋转角度只能在大于等于α，小于等于β的范围内转动；
所述可编程控制器对子臂架的坐标值和边界条件进行比较分析，控制相应的伸展液压缸工作，达到边界值后，发送指令给臂架液压多路阀，限制伸展液压缸动作，并发出报警信号。
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