CN112900878A - 混凝土泵车臂架控制系统、方法及混凝土泵车 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种混凝土泵车臂架控制系统、方法及混凝土泵车，其中，臂架包括多节臂，相邻臂在同一竖直面内可转动地连接，臂架控制系统包括：多个变幅驱动部件，变幅驱动部件设在相邻两节臂之间；多个倾角检测部件，一一对应地安装于多节臂的始端，被配置为检测所在臂振动时始端在三个正交方向上的加速度和角速度；回转角度检测部件，被配置为检测臂架在水平面内的回转角度；和控制器，被配置为根据多个倾角检测部件和回转角度检测部件的检测值得出多节臂的姿态，以获得多节臂各自相对于目标位置的变形偏移量，并根据变形偏移量使对应的变幅驱动部件动作调节臂的位置，从而使臂架保持在目标位置。
Description
技术领域
本公开涉及混凝土泵车技术领域，尤其涉及一种混凝土泵车臂架控制系统、方法及混凝土泵车。
背景技术
泵车是一种用于将混凝土输送到具体施工点的机械设备，在如今的建筑施工中经常被用到。泵车输送混凝土的工作流程主要由泵送系统、臂架系统组成。泵送系统将混凝土注入臂架管道中，臂架系统负责支撑管道，将混凝土输送至指定的施工目标位置上。泵车臂架分为5节臂、6节臂或7节臂，每节臂架由相应的油缸支撑，油缸伸或缩对应控制每节臂架的展开或落下。臂架的左右运动由回转支撑控制，从而实现控制臂架以各种姿态进行工作。
泵车在工作时，臂架的稳定性是衡量泵车性能的重要指标。泵车在泵送时，随着输送管中混凝土流量的不断变化及泵送系统换向的冲击，造成臂架产生较大振动，会导致臂架出料口定位不准，增加操作危险及加速臂架机械结构的劳损等问题。严重影像了客户的使用体验及设备的使用寿命。
发明内容
本公开的实施例提供了一种混凝土泵车臂架控制系统、方法及混凝土泵车，能够提高混凝土泵车工作时臂架的稳定性。
根据本公开的第一方面，提供了一种混凝土泵车臂架控制系统，包括：
臂架包括多节臂，相邻臂在同一竖直面内可转动地连接，臂架控制系统包括：
多个变幅驱动部件，变幅驱动部件设在相邻两节臂之间；
多个倾角检测部件，一一对应地安装于多节臂的始端，被配置为检测所在臂振动时始端在三个正交方向上的加速度和角速度；
回转角度检测部件，被配置为检测臂架在水平面内的回转角度；和
控制器，被配置为根据多个倾角检测部件和回转角度检测部件的检测值得出多节臂的姿态，以获得多节臂各自相对于目标位置的变形偏移量，并根据变形偏移量使对应的变幅驱动部件动作调节臂的位置，从而使臂架保持在目标位置。
在一些实施例中，控制器被配置为使变幅驱动部件动作带动相应的臂朝向与偏移方向相反的方向调节。
在一些实施例中，倾角检测部件包括：
三轴加速度传感器，被配置为检测所在臂的始端在三个正交轴上的加速度；和
三轴陀螺仪传感器，被配置为检测所在臂的始端在三个正交轴上的角速度。
在一些实施例中，多节臂中第一节臂的始端可转动地连接于混凝土泵车的回转装置上，回转角度检测部件设在回转装置上。
在一些实施例中，多节臂的姿态包括：各节臂的弯曲角度以及相邻臂之间的夹角。
在一些实施例中，控制器被配置为根据多节臂各自的变形偏移量得到臂架的空间坐标描述矩阵，并对空间坐标描述矩阵进行变换得到多节臂的空间倾斜角真值，并根据空间倾斜角真值使对应的变幅驱动部件动作调节臂的位置。
在一些实施例中，变幅驱动部件为液压缸，臂架控制系统还包括控制阀，被配置为控制液压缸的伸缩，控制阀包括PWM阀或CAN总线阀。
根据本公开的第二方面，提供了一种混凝土泵车，包括：上述实施例的混凝土泵车臂架控制系统。
根据本公开的第三方面，提供了一种基于上述混凝土泵车臂架控制系统的控制方法，包括：
通过多个倾角检测部件一一对应地检测所在臂振动时始端在三个正交方向上的加速度和角速度；
通过回转角度检测部件检测臂架在水平面内的回转角度；
根据多个倾角检测部件和回转角度检测部件的检测值得出多节臂的姿态，以获得多节臂各自相对于目标位置的变形偏移量；
根据变形偏移量使对应的变幅驱动部件动作调节臂的位置，从而使臂架保持在目标位置。
在一些实施例中，根据变形偏移量使对应的变幅驱动部件动作调节臂的位置包括：
使变幅驱动部件动作带动相应的臂朝向与偏移方向相反的方向调节。
在一些实施例中，根据多个倾角检测部件和回转角度检测部件的检测值得出多节臂的姿态，以获得多节臂各自相对于目标位置的变形偏移量包括：
根据多个倾角检测部件和回转角度检测部件的检测值得出各节臂的弯曲角度以及相邻臂之间的夹角，以获得多节臂各自相对于目标位置的变形偏移量。
在一些实施例中，根据变形偏移量使对应的变幅驱动部件动作调节臂的位置，从而使臂架保持在目标位置包括：
根据多节臂各自的变形偏移量得到臂架的空间坐标描述矩阵；
对空间坐标描述矩阵进行变换得到多节臂的空间倾斜角真值；
根据空间倾斜角真值使对应的变幅驱动部件动作调节臂的位置。
在一些实施例中，得到臂架的空间坐标描述矩阵的步骤包括：
从第一节臂到最后一节臂，根据第i节臂的变形偏移量得出该节臂始端的空间坐标，i＝1,2，....n，得到臂架的空间描述矩阵：
本公开实施例的混凝土泵车臂架控制系统，仅在各节臂的始端设置倾角检测部件，减少了检测部件的数量，可减少控制系统的故障点，可靠性高，减少检测数据的处理周期，从而提高控制器的运算效率，缩短减振响应时间。由此，此种控制系统能够准确地获得各节臂的运动状态和实时位置，获得臂架运动轨迹，使臂架在振动的情况下保持在目标位置，可优化臂架的减振效果，从而使末节臂出料口位置准确，并减慢臂架的机械劳损从而提高使用寿命。此外，还可提高混凝土泵车臂架的机械性能及操作体验。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1是本公开混凝土泵车臂架的一些实施例的结构示意图。
图2是本公开混凝土泵车臂架控制系统的一些实施例的模块组成示意图。
图3是本公开倾角检测部件的工作原理示意图。
图4是本公开混凝土泵车臂架控制方法的一些实施例的流程图。
具体实施方式
以下详细说明本公开。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。
本公开中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系均是基于混凝土泵车臂架控制系统处于行进时的方向进行定义，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本公开提供了一种混凝土泵车臂架控制系统，在一些实施例中，如图1和图2所示，臂架包括依次连接的多节臂1，相邻臂1在同一竖直面内可转动地连接，图1所示的臂架中包括6节臂。臂架上可架设输送管，为输送混凝土的一种可折叠的机械结构。
臂架控制系统包括：多个变幅驱动部件2、多个倾角检测部件3、回转角度检测部件4和控制器6。
其中，变幅驱动部件2设在相邻两节臂1之间，用于驱动所连接的臂1调整变幅角度，例如，变幅驱动部件2可以是液压缸、电动推杆等。
多个倾角检测部件3一一对应地安装于多节臂1的始端，被配置为检测所在臂1的始端发生振动时在三个正交方向上的加速度和角速度。三个正交方向可以包括x向、y向和z向。回转角度检测部件4被配置为检测臂架在水平面内的回转角度。在通过倾角检测部件3和回转角度检测部件4进行检测之前，应该对倾角检测部件3和回转角度检测部件4进行标定，以提高检测准确性。
倾角检测部件3可以用来测量相对于水平面的倾角变化量，根据基本物理原理，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度。如果初速度已知，就可以通过积分计算出线速度，进而可以计算出直线位移，所以他是运用惯性原理的一种加速度传感器。
从倾角传感器，计算空间的倾角的方式如下，如图3，x’、y’和z’为发生倾斜后的姿态变化。1、直接读取第三轴(例如，z轴)的电压值，控制器6通过查表发将电压值解析为角度值。2、读取剩余两轴电压值，通过坐标换算，间接获取倾角检测值。
控制器6被配置为根据多个倾角检测部件3和回转角度检测部件4的检测值得出多节臂1的姿态，以获得多节臂1各自相对于目标位置的变形偏移量，并根据变形偏移量使对应的变幅驱动部件2伸缩动作调节臂1的位置，从而使臂架保持在目标位置。由于每一节臂1的末端与相邻下一节臂1始端的倾角检测部件3距离较近，由此可通过下一节臂1始端的倾角检测部件3的检测值反映上一节臂末端的振动情况。最后一节臂由于负载较轻默认不变形处理。
例如，控制器6可采用32位微控制单元(MCU)技术，使控制器运算能力及运算效率大大提高。
具体地，控制器6用于接收多个倾角检测部件3和回转角度检测部件4的检测值，以获得臂架的空间姿态和振动状态，并向变幅驱动部件2发出减振驱动指令，以控制变幅驱动部件2的工作状态，从而实现减振控制。
该实施例仅在各节臂1的始端设置倾角检测部件3，减少了检测部件的数量，可减少控制系统的故障点，可靠性高，减少检测数据的处理周期，从而提高控制器的运算效率，缩短减振响应时间。由此，此种控制系统能够准确地获得各节臂的运动状态和实时位置，获得臂架运动轨迹，使臂架在振动的情况下保持在目标位置，可优化臂架的减振效果，从而使末节臂出料口位置准确，并减慢臂架的机械劳损从而提高使用寿命。臂架在展开的大部分角度内可实现减振功能。此外，还可提高混凝土泵车臂架的机械性能及操作体验。
在一些实施例中，控制器6被配置为使变幅驱动部件2动作带动相应的臂1朝向与偏移方向相反的方向调节。此种调节方式能够实时地将各节臂1朝向偏移方向的反方向调节，以保持在目标位置，各节臂1的调节相互独立。
在一些实施例中，每个倾角检测部件3均包括：三轴加速度传感器，被配置为检测所在臂1的始端在三个正交轴上的加速度；和三轴陀螺仪传感器，被配置为检测所在臂1的始端在三个正交轴上的角速度。此种倾角检测部件3同时包括三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器，能够分别独立地检测出加速度和角速度，检测准确，可提高检测可靠性。
在一些实施例中，多节臂1中第一节臂1的始端可转动地连接于混凝土泵车的回转装置5上，回转角度检测部件4设在回转装置5上。例如，回转角度检测部件4可以为编码器。由于臂架在作业过程中存在回转动作，通过设置回转角度检测部件4，能够与倾角检测部件3相结合共同确定出各节臂1的空间位置。
在一些实施例中，多节臂1的姿态包括：各节臂1的弯曲角度以及相邻臂1之间的夹角。该实施例中，控制器6能够根据加速度值和角速度值获得各节臂1的弯曲角度以及相邻臂1之间的夹角。在臂架受到振动时，有可能使臂1产生弯曲，使单节臂1的位置偏离目标位置，还可能改变相邻臂1之间的夹角，使该夹角偏离目标角度位置。通过综合获得各节臂1的弯曲角度以及相邻臂1之间的夹角，能够准确地获得多节臂1的姿态，以解决臂架振动的问题。
在一些实施例中，控制器6被配置为根据多节臂1各自的变形偏移量得到臂架的空间坐标描述矩阵，并对空间坐标描述矩阵进行变换得到多节臂1的空间倾斜角真值，空间倾斜角真值为经过坐标变换后的实时数据，并根据空间倾斜角真值使对应的变幅驱动部件2动作调节臂1的位置。
该实施例能够根据多节臂1各自的变形偏移量得到臂架整体的空间坐标，利用臂架空间坐标再现整个臂架实时姿态，以获得臂架的真实位置，从而准确地对各节臂1进行调整。
在一些实施例中，变幅驱动部件2为液压缸，臂架控制系统还包括控制阀，被配置为控制液压缸的伸缩，控制阀包括PWM阀或CAN总线阀。通过控制PWM阀或者CAN总线阀的开度可进一步控制液压缸的伸缩。采用CAN总线阀控制精度更高，流量控制的线性更好，批量化生产一致性更好。PWM阀也有很好的减振控制效果。
当臂架晃动时，控制器6对变幅驱动部件2发出指令，通过PWM阀或者CAN总线阀对液压缸进行反向充油，使液压缸向相反的方向调整，此过程通过实时监控臂架晃动情况，进行闭环反馈，从而进行实时调节液压缸正向及反向充油控制，使臂架晃动受到反作用力反复干预，尽快达到抑制臂架晃动的目的。
其次，本公开提供了一种混凝土泵车，包括上述实施例的混凝土泵车臂架控制系统。
最后，本公开提供了一种基于上述实施例混凝土泵车臂架控制系统的控制方法，在一些实施例中，如图4所示，该控制方法包括：
步骤101、通过多个倾角检测部件3一一对应地检测所在臂1的始端在三个正交方向上的加速度和角速度；
步骤102、通过回转角度检测部件4检测臂架在水平面内的回转角度；
步骤103、根据多个倾角检测部件3和回转角度检测部件4的检测值得出多节臂1的姿态，以获得多节臂1各自相对于目标位置的变形偏移量；
步骤104、根据变形偏移量使对应的变幅驱动部件2动作调节臂1的位置，从而使臂架保持在目标位置。
该实施例仅在各节臂1的始端设置倾角检测部件3，减少了检测部件的数量，可减少控制系统的故障点，可靠性高，减少检测数据的处理周期，从而提高控制器的运算效率，缩短减振响应时间。由此，此种控制系统能够准确地获得各节臂的实时位置，将臂架在振动的情况下保持在目标位置，可优化臂架的减振效果，从而使末节臂出料口位置准确，并提高臂架的使用寿命。
在一些实施例中，步骤104根据变形偏移量使对应的变幅驱动部件2动作调节臂1的位置包括：
使变幅驱动部件2动作带动相应的臂1朝向与偏移方向相反的方向调节。此种调节方式能够实时地将各节臂1朝向偏移方向的反方向调节，以保持在目标位置，各节臂1的调节相互独立。
在一些实施例中，步骤103根据多个倾角检测部件3和回转角度检测部件4的检测值得出多节臂1的姿态，以获得多节臂1各自相对于目标位置的变形偏移量包括：
根据多个倾角检测部件3和回转角度检测部件4的检测值得出各节臂1的弯曲角度以及相邻臂1之间的夹角，以获得多节臂1各自相对于目标位置的变形偏移量。
在臂架受到振动时，有可能使臂1产生弯曲，使单节臂1的位置偏离目标位置，还可能改变相邻臂1之间的夹角，使该夹角偏离目标角度位置。通过综合获得各节臂1的弯曲角度以及相邻臂1之间的夹角，能够准确地获得多节臂1的姿态，以解决臂架振动的问题。
在一些实施例中，步骤104根据变形偏移量使对应的变幅驱动部件2动作调节臂1的位置，从而使臂架保持在目标位置包括：
步骤104A、根据多节臂1各自的变形偏移量得到臂架的空间坐标描述矩阵；
步骤104B、对空间坐标描述矩阵进行变换得到多节臂1的空间倾斜角真值；
步骤104C、根据空间倾斜角真值使对应的变幅驱动部件2动作调节臂1的位置。
其中，步骤104A-104C顺序执行。该实施例能够根据多节臂1各自的变形偏移量得到臂架整体的空间坐标，以实时获得臂架的真实位置，从而准确地对各节臂1进行调整。随着臂架振动状态的不同，空间坐标描述矩阵也在实时更新。
在一些实施例中，步骤104A得到臂架的空间坐标描述矩阵的步骤包括：
从第一节臂1到最后一节臂1，根据第i节臂1的变形偏移量得出该节臂1始端的空间坐标Xi，Yi，Zi，i＝1,2，....n，得到臂架的空间描述矩阵：
具体地，倾角检测部件得到的数据经互补过滤波器处理，对倾倾角检测部件的检测数据进行过滤消除漂移误差，并构建臂架的空间坐标描述矩阵，通过臂架的空间坐标描述矩阵可以绘制换算臂架空间姿态，并得到传感器的空间倾斜角真值，为减振控制提供有效准确的数据基础。
以上对本公开所提供的实施例进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开原理的前提下，还可以对本公开进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本公开权利要求的保护范围内。
Claims (13)
1.一种混凝土泵车臂架控制系统，其特征在于，臂架包括多节臂(1)，相邻臂(1)在同一竖直面内可转动地连接，所述臂架控制系统包括：
多个变幅驱动部件(2)，所述变幅驱动部件(2)设在相邻两节臂(1)之间；
多个倾角检测部件(3)，一一对应地安装于所述多节臂(1)的始端，被配置为检测所在臂(1)振动时始端在三个正交方向上的加速度和角速度；
回转角度检测部件(4)，被配置为检测所述臂架在水平面内的回转角度；和
控制器(6)，被配置为根据所述多个倾角检测部件(3)和所述回转角度检测部件(4)的检测值得出所述多节臂(1)的姿态，以获得所述多节臂(1)各自相对于目标位置的变形偏移量，并根据所述变形偏移量使对应的所述变幅驱动部件(2)动作调节臂(1)的位置，从而使所述臂架保持在所述目标位置。
2.根据权利要求1所述的混凝土泵车臂架控制系统，其特征在于，所述控制器(6)被配置为使所述变幅驱动部件(2)动作带动相应的臂(1)朝向与偏移方向相反的方向调节。
3.根据权利要求1所述的混凝土泵车臂架控制系统，其特征在于，所述倾角检测部件(3)包括：
三轴加速度传感器，被配置为检测所在臂(1)的始端在三个正交轴上的加速度；和
三轴陀螺仪传感器，被配置为检测所在臂(1)的始端在所述三个正交轴上的角速度。
4.根据权利要求1所述的混凝土泵车臂架控制系统，其特征在于，所述多节臂(1)中第一节臂(1)的始端可转动地连接于所述混凝土泵车的回转装置(5)上，所述回转角度检测部件(4)设在所述回转装置(5)上。
5.根据权利要求1所述的混凝土泵车臂架控制系统，其特征在于，所述多节臂(1)的姿态包括：各节臂(1)的弯曲角度以及相邻臂(1)之间的夹角。
6.根据权利要求1所述的混凝土泵车臂架控制系统，其特征在于，所述控制器(6)被配置为根据所述多节臂(1)各自的变形偏移量得到臂架的空间坐标描述矩阵，并对所述空间坐标描述矩阵进行变换得到所述多节臂(1)的空间倾斜角真值，并根据所述空间倾斜角真值使对应的所述变幅驱动部件(2)动作调节臂(1)的位置。
7.根据权利要求1所述的混凝土泵车臂架控制系统，其特征在于，所述变幅驱动部件(2)为液压缸，所述臂架控制系统还包括控制阀，被配置为控制所述液压缸的伸缩，所述控制阀包括PWM阀或CAN总线阀。
8.一种混凝土泵车，其特征在于，包括：权利要求1～7任一所述的混凝土泵车臂架控制系统。
9.一种基于权利要求1～7任一所述混凝土泵车臂架控制系统的控制方法，其特征在于，包括：
通过所述多个倾角检测部件(3)一一对应地检测所在臂(1)振动时始端在三个正交方向上的加速度和角速度；
通过所述回转角度检测部件(4)检测所述臂架在水平面内的回转角度；
根据所述多个倾角检测部件(3)和所述回转角度检测部件(4)的检测值得出所述多节臂(1)的姿态，以获得所述多节臂(1)各自相对于目标位置的变形偏移量；
根据所述变形偏移量使对应的所述变幅驱动部件(2)动作调节臂(1)的位置，从而使所述臂架保持在所述目标位置。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，根据所述变形偏移量使对应的所述变幅驱动部件(2)动作调节臂(1)的位置包括：
使所述变幅驱动部件(2)动作带动相应的臂(1)朝向与偏移方向相反的方向调节。
11.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，根据所述多个倾角检测部件(3)和所述回转角度检测部件(4)的检测值得出所述多节臂(1)的姿态，以获得所述多节臂(1)各自相对于目标位置的变形偏移量包括：
根据所述多个倾角检测部件(3)和所述回转角度检测部件(4)的检测值得出各节臂(1)的弯曲角度以及相邻臂(1)之间的夹角，以获得所述多节臂(1)各自相对于目标位置的变形偏移量。
12.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，根据所述变形偏移量使对应的所述变幅驱动部件(2)动作调节臂(1)的位置，从而使所述臂架保持在所述目标位置包括：
根据所述多节臂(1)各自的变形偏移量得到臂架的空间坐标描述矩阵；
对所述空间坐标描述矩阵进行变换得到所述多节臂(1)的空间倾斜角真值；
根据所述空间倾斜角真值使对应的所述变幅驱动部件(2)动作调节臂(1)的位置。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，得到臂架的空间坐标描述矩阵的步骤包括：
从第一节臂(1)到最后一节臂(1)，根据第i节臂(1)的变形偏移量得出该节臂(1)始端的空间坐标(Xi，Yi，Zi)，i＝1,2，....n，得到臂架的空间描述矩阵：
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