CN111101973A - 自动作业湿喷机机械臂的自动控制系统及零位设定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动作业湿喷机机械臂自动控制系统及零位设定方法，其零位设定方法依次为：双轴倾角传感器置零，一级转盘横摆编码器置零，二级转盘横滚编码器置零，大臂俯仰编码器置零，二臂俯仰编码器置零，三臂横摆编码器置零，三臂俯仰编码器置零，三臂位移传感器置零，喷枪头部回转编码器置零，喷枪头部俯仰编码器置零，最后调整红光指示器位置和角度，使得红色激光穿过三臂上的空心圆柱后，说明标定误差在可接受范围内，标定通过。本发明通过在隧道湿喷机臂架上设置多个编码器，并设定各关节绝对值编码器的零点位置，实现了隧道湿喷机臂架的自动控制，提高了施工质量和施工效率。
Description
技术领域
本发明涉及自动化设备技术领域，尤其涉及一种自动作业湿喷机机械臂自动控制系统及零位设定方法。
背景技术
湿喷机是一种用于湿式喷射混凝土的设备，能够有效降低施工作业时的粉尘污染、减少回弹并节约材料，综合性能好。目前广泛应用于矿山、涵洞、建筑基坑支护、河道护坡等工程中。
现有的隧道湿喷作业停留在人工操作的方式，为了提高施工质量和效率，需要对现有的传统湿喷机进行智能化改造，实现湿喷机的自动化作业。由此产生了湿喷机臂架实现自动控制的需求，因此需要在湿喷机臂架的各关节加装绝对值编码器，以实现臂架姿态的反馈。如何设定各关节绝对值编码器的零点位置，是实现臂架自动控制的基础。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种自动作业湿喷机机械臂自动控制系统及零位设定方法，其置零精度高，实现了隧道湿喷机臂架的自动控制，提高了施工质量和施工效率。
为解决现有技术中存在的问题，采用的具体技术方案是：
一种自动作业湿喷机机械臂的零位设定方法，其包括一级转盘、二级转盘、大臂、二臂、三臂、三臂横摆装置、三臂俯仰装置、喷枪头、喷枪头回转部件、喷枪头仰俯部件；所述一级转盘与湿喷机车体之间通过圆柱定位销定位，所述一级转盘和二级转盘相互垂直设置，所述一级转盘的上部设有一级转盘横摆编码器，所述二级转盘的上部设有二级转盘横滚编码器；所述二级转盘的一侧设有大臂，所述大臂与二级转盘之间转动连接，在所述大臂与二级转盘之间的转动轴上设有大臂俯仰编码器，大臂与二级转盘之间的角度通过大臂液压缸调整；所述二臂与大臂之间旋转连接，大臂与二臂之间的旋转轴上设有二臂俯仰编码器，且大臂与二臂之间设有二臂液压缸，大臂和二臂的侧面上均设有电子水平仪；所述二臂的端部连接有三臂，所述二臂和三臂之间分别设有用于实现三臂横摆和俯仰功能的三臂横摆装置和三臂仰俯装置，所述三臂横摆装置和三臂仰俯装置上分别设有三臂横摆编码器和三臂俯仰编码器；所述三臂上设有用于调节其伸长与缩短的三臂液压缸，且三臂上设有三臂位移传感器；所述三臂的末端设有喷枪头，所述三臂与喷枪头之间依次设有分别用于调整喷枪头回转与仰俯度的喷枪头回转部件和喷枪头仰俯部件，所述喷枪头回转部件和喷枪头仰俯部件上分别设有喷枪头回转编码器和喷枪头仰俯编码器。
优选的方案，湿喷机车体上设有装一级旋转机械定位块，所述一级旋转机械定位块的顶面设有双轴倾角传感器，所述一级转盘与车体之间通过圆柱定位销定位。
进一步优选的方案，所述喷枪头的另一相对侧设有红光指示器，所述三臂上部沿三臂长度方向设置的空心圆柱。
再进一步优选的方案，所述二臂与三臂横摆装置之间设有圆柱销定位件，通过圆柱销定位件调整三臂的横摆角度。
本发明还提供了一种自动作业湿喷机机械臂的零位设定方法，其包括以下步骤：
(1)双轴倾角传感器置零：车体上安装一级旋转机械定位块，将安装于一级旋转机械定位块顶面的双轴倾角传感器置零；
(2)一级转盘横摆编码器置零：缓慢转动一级转盘，直到一级转盘与车体之间的机械孔位对准后插入弹性圆柱销，此时将一级转盘横摆编码器置零；
(3)二级转盘横滚编码器置零：缓慢转动二级转盘，直到设于大臂上的电子水平仪横滚向读数小于0.01°，此时将二级转盘横滚编码器置零；
(4)大臂俯仰编码器置零：缓慢运行大臂液压缸，直到设于大臂上的电子水平仪俯仰向读数小于0.01°，此时将大臂俯仰编码器置零；
(5)二臂俯仰编码器置零：缓慢运动二臂液压缸，直到设于二臂上的电子水平仪读数小于0.01°，此时将二臂俯仰编码器置零；
(6)三臂横摆编码器置零：缓慢转动三臂横摆，直到三臂横摆与二臂之间的机械孔位对准后插入弹性圆柱销，此时将三臂横摆编码器置零；
(7)三臂俯仰编码器置零：缓慢转动三臂俯仰，直到设于三臂侧面的电子水平仪读数0.01°，此时将三臂俯仰编码器置零；
(8)三臂位移传感器置零：将三臂液压缸伸缩到最短行程的极限位置后，将设于三臂上的三臂位移传感器置零；
(9)喷枪头部回转编码器置零：缓慢转动喷枪头部回转液压马达，目测喷枪头为水平初始状态后，将设于回转液压马达上的喷枪头部回转编码器置零；
(10)喷枪头部俯仰编码器置零：缓慢转动枪头俯仰液压马达，目测枪头为水平初始状态后，将设于俯仰液压马达上的喷枪头部俯仰编码器置零；
(11)标定校验：调整红光指示器位置和角度，使得红色激光穿过三臂上的空心圆柱后，说明标定误差在可接受范围内，标定通过。
通过采用上述方案，本发明的一种自动作业湿喷机机械臂自动控制系统及零位设定方法与现有技术相比，其技术效果在于：
1、本发明通过一种简单的标定方法，实现了湿喷机臂架各关节编码器的精确置零，置零精度达到0.01°，工程实现方便，易于推广操作。
2、本发明通过在隧道湿喷机臂架上设置多个编码器，并设定各关节绝对值编码器的零点位置，实现了隧道湿喷机臂架的自动控制，提高了施工质量和施工效率。
附图说明
图1为本发明一种自动作业湿喷机机械臂的控制系统整体结构示意图；
图2为本发明一种自动作业湿喷机机械臂的零位设定方法的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实例并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明源于对传统隧道湿喷机全人工作业方式的智能化改造，涉及了一种在隧道湿喷机机械臂各关节加装绝对值位置编码器后，寻找各关节零位并对各个绝对值编码器进行置零的方法。
本发明的自动作业湿喷机机械臂的自动控制系统包括一级转盘1、二级转盘2、大臂3、二臂4、三臂5、三臂横摆装置6、三臂俯仰装置7、喷枪头8、、喷枪头回转部件9、喷枪头仰俯部件10。
湿喷机车体上设有装一级旋转机械定位块11，所述一级旋转机械定位块 11的顶面设有双轴倾角传感器，所述一级转盘1与车体之间通过圆柱定位销定位。
所述一级转盘1和二级转盘2相互垂直设置，所述一级转盘1的上部设有一级转盘横摆编码器12，所述二级转盘2的上部设有二级转盘横滚编码器 13；所述二级转盘2的一侧设有大臂3，所述大臂3与二级转盘2之间转动连接，在所述大臂3与二级转盘2之间的转动轴上设有大臂俯仰编码器14，大臂3与二级转盘2之间的角度通过大臂液压缸16调整。
所述二臂4与大臂3之间旋转连接，大臂3与二臂4之间的旋转轴上设有二臂俯仰编码器15，且大臂3与二臂4之间设有二臂液压缸17，大臂3 和二臂4的侧面上均设有电子水平仪18。
所述二臂4的端部连接有三臂5，所述二臂4和三臂5之间分别设有用于实现三臂横摆和俯仰功能的三臂横摆装置6和三臂仰俯装置7，所述三臂横摆装置6和三臂仰俯装置7上分别设有三臂横摆编码器19和三臂俯仰编码器20。所述二臂4与三臂横摆装置6之间设有圆柱销定位件，通过圆柱销定位件调整三臂5的横摆角度。
所述三臂5上设有用于调节其伸长与缩短的三臂液压缸，且三臂5上设有三臂位移传感器21；所述三臂的末端设有喷枪头8，所述三臂5与喷枪头 8之间依次设有分别用于调整喷枪头8回转与仰俯度的喷枪头回转部件9和喷枪头仰俯部件10，所述喷枪头回转部件9和喷枪头仰俯部件10上分别设有喷枪头回转编码器22和喷枪头仰俯编码器23。
在所述喷枪头8的另一相对侧设有红光指示器24，所述三臂5上部沿三臂长度方向设置的空心圆柱25。调整红光指示器24位置和角度，使得红色激光穿过三臂上的空心圆柱25后，说明标定误差在可接受范围内，标定通过
本发明还提供了一种自动作业湿喷机机械臂的零位设定方法，如图2所示，其包括以下步骤：
(1)双轴倾角传感器置零：车体上安装一级旋转机械定位块，将安装于一级旋转机械定位块顶面的双轴倾角传感器置零；
(2)一级转盘横摆编码器置零：缓慢转动一级转盘，直到一级转盘与车体之间的机械孔位对准后插入弹性圆柱销，此时将一级转盘横摆编码器置零；
(3)二级转盘横滚编码器置零：缓慢转动二级转盘，直到设于大臂上的电子水平仪横滚向读数小于0.01°，此时将二级转盘横滚编码器置零；
(4)大臂俯仰编码器置零：缓慢运行大臂液压缸，直到设于大臂上的电子水平仪俯仰向读数小于0.01°，此时将大臂俯仰编码器置零；
(5)二臂俯仰编码器置零：缓慢运动二臂液压缸，直到设于二臂上的电子水平仪读数小于0.01°，此时将二臂俯仰编码器置零；
(6)三臂横摆编码器置零：缓慢转动三臂横摆，直到三臂横摆与二臂之间的机械孔位对准后插入弹性圆柱销，此时将三臂横摆编码器置零；
(7)三臂俯仰编码器置零：缓慢转动三臂俯仰，直到设于三臂侧面的电子水平仪读数0.01°，此时将三臂俯仰编码器置零；
(8)三臂位移传感器置零：将三臂液压缸伸缩到最短行程的极限位置后，将设于三臂上的三臂位移传感器置零；
(9)喷枪头部回转编码器置零：缓慢转动喷枪头部回转液压马达，目测喷枪头为水平初始状态后，将设于回转液压马达上的喷枪头部回转编码器置零；
(10)喷枪头部俯仰编码器置零：缓慢转动枪头俯仰液压马达，目测枪头为水平初始状态后，将设于俯仰液压马达上的喷枪头部俯仰编码器置零；
(11)标定校验：调整红光指示器位置和角度，使得红色激光穿过三臂上的空心圆柱后，说明标定误差在可接受范围内，标定通过。
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的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种自动作业湿喷机机械臂的自动控制系统，其特征在于，其包括一级转盘、二级转盘、大臂、二臂、三臂、三臂横摆装置、三臂俯仰装置、喷枪头、喷枪头回转部件、喷枪头仰俯部件；所述一级转盘与湿喷机车体之间通过圆柱定位销定位，所述一级转盘和二级转盘相互垂直设置，所述一级转盘的上部设有一级转盘横摆编码器，所述二级转盘的上部设有二级转盘横滚编码器；所述二级转盘的一侧设有大臂，所述大臂与二级转盘之间转动连接，在所述大臂与二级转盘之间的转动轴上设有大臂俯仰编码器，大臂与二级转盘之间的角度通过大臂液压缸调整；所述二臂与大臂之间旋转连接，大臂与二臂之间的旋转轴上设有二臂俯仰编码器，且大臂与二臂之间设有二臂液压缸，大臂和二臂的侧面上均设有电子水平仪；所述二臂的端部连接有三臂，所述二臂和三臂之间分别设有用于实现三臂横摆和俯仰功能的三臂横摆装置和三臂仰俯装置，所述三臂横摆装置和三臂仰俯装置上分别设有三臂横摆编码器和三臂俯仰编码器；所述三臂上设有用于调节其伸长与缩短的三臂液压缸，且三臂上设有三臂位移传感器；所述三臂的末端设有喷枪头，所述三臂与喷枪头之间依次设有分别用于调整喷枪头回转与仰俯度的喷枪头回转部件和喷枪头仰俯部件，所述喷枪头回转部件和喷枪头仰俯部件上分别设有喷枪头回转编码器和喷枪头仰俯编码器。
2.根据权利要求1所述的一种自动作业湿喷机机械臂的自动控制系统，其特征在于，湿喷机车体上设有装一级旋转机械定位块，所述一级旋转机械定位块的顶面设有双轴倾角传感器，所述一级转盘与车体之间通过圆柱定位销定位。
3.根据权利要求1所述的一种自动作业湿喷机机械臂的自动控制系统，其特征在于，所述喷枪头的另一相对侧设有红光指示器，所述三臂上部沿三臂长度方向设置的空心圆柱。
4.根据权利要求1所述的一种自动作业湿喷机机械臂的自动控制系统，其特征在于，所述二臂与三臂横摆装置之间设有圆柱销定位件，通过圆柱销定位件调整三臂的横摆角度。
5.一种自动作业湿喷机机械臂的零位设定方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1、双轴倾角传感器置零：车体上安装一级旋转机械定位块，将安装于一级旋转机械定位块顶面的双轴倾角传感器置零；
S2、一级转盘横摆编码器置零：缓慢转动一级转盘，直到一级转盘与车体之间的机械孔位对准后插入弹性圆柱销，此时将一级转盘横摆编码器置零；
S3、二级转盘横滚编码器置零：缓慢转动二级转盘，直到设于大臂上的电子水平仪横滚向读数小于0.01°，此时将二级转盘横滚编码器置零；
S4、大臂俯仰编码器置零：缓慢运行大臂液压缸，直到设于大臂上的电子水平仪俯仰向读数小于0.01°，此时将大臂俯仰编码器置零；
S5、二臂俯仰编码器置零：缓慢运动二臂液压缸，直到设于二臂上的电子水平仪读数小于0.01°，此时将二臂俯仰编码器置零；
S6、三臂横摆编码器置零：缓慢转动三臂横摆，直到三臂横摆与二臂之间的机械孔位对准后插入弹性圆柱销，此时将三臂横摆编码器置零；
S7、三臂俯仰编码器置零：缓慢转动三臂俯仰，直到设于三臂侧面的电子水平仪读数0.01°，此时将三臂俯仰编码器置零；
S8、三臂位移传感器置零：将三臂液压缸伸缩到最短行程的极限位置后，将设于三臂上的三臂位移传感器置零；
S9、喷枪头部回转编码器置零：缓慢转动喷枪头部回转液压马达，目测喷枪头为水平初始状态后，将设于回转液压马达上的喷枪头部回转编码器置零；
S10、喷枪头部俯仰编码器置零：缓慢转动枪头俯仰液压马达，目测枪头为水平初始状态后，将设于俯仰液压马达上的喷枪头部俯仰编码器置零；
S11、标定校验：调整红光指示器位置和角度，使得红色激光穿过三臂上的空心圆柱后，说明标定误差在可接受范围内，标定通过。
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