CN113445752B - 臂架末端运动的控制方法、装置、系统、介质及工程机械 - Google Patents

臂架末端运动的控制方法、装置、系统、介质及工程机械 Download PDF

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Abstract

本发明涉及机械控制领域，公开了一种臂架末端运动的控制方法、装置、系统、介质及工程机械。其中，所述运动控制方法包括：接收操作者通过控制输入装置输入的针对臂架末端运动的操作指令，其中所述操作指令用于示出操作者对所述控制输入装置的操纵方式；获取在预配置的操纵坐标系上与所述操作指令相匹配的臂架末端运动目标速度矢量，其中所述操纵坐标系被配置为建立所述操纵方式与所述臂架末端运动之间的关联，且该操纵坐标系与所述臂架末端保持固定的空间关系；以及根据所述臂架末端运动目标速度矢量，控制所述臂架末端运动。本发明通过设计了操纵坐标系，建立操作者的操纵方式与臂架末端运动之间的关联，使得操纵直观方便。

Description

臂架末端运动的控制方法、装置、系统、介质及工程机械
技术领域
本发明涉及机械控制领域，具体地，涉及一种臂架末端运动的控制方法、装置、系统、介质及工程机械。
背景技术
目前，例如泵车的工程机械在作业时，一般需要操作臂架，使臂架末端沿布料轨迹进行布料。但是，臂架末端的轨迹运动往往需要人或者控制器通过操纵每一节臂来间接实现，操作复杂，且使得操纵臂架末端的轨迹运动并不直观。
发明内容
本发明的目的是提供一种臂架末端运动的控制方法、装置、系统、介质及工程机械，用于至少部分地解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种臂架末端的运动控制方法，包括：接收操作者通过控制输入装置输入的针对臂架末端运动的操作指令，其中所述操作指令用于示出操作者对所述控制输入装置的操纵方式；获取在预配置的操纵坐标系上与所述操作指令相匹配的臂架末端运动目标速度矢量，其中所述操纵坐标系被配置为建立所述操纵方式与所述臂架末端运动之间的关联，且该操纵坐标系与所述臂架末端保持固定的空间关系；以及根据所述臂架末端运动目标速度矢量，控制所述臂架末端运动。
优选地，所述操作指令包括用于反映所述操纵方式的以下数据：针对所述控制输入装置的方向操作数据以及相应方向上的开度操作数据。
并且，所述操纵坐标系被配置为：以所述臂架末端为原点；以所述臂架末端的三组相对运动方向形成三个轴，且该三组相对运动方向被配置为与所述方向操作数据所示出的针对所述控制输入装置的三组不同方向操作相对应；以及针对所述三个轴，将各轴对应的所述开度操作数据基于预设比例关系转换为该轴上的坐标数据，以使得所述臂架末端运动目标速度矢量在所述操纵坐标系上的模能够表示所述臂架末端的运动速度。
优选地，所述方向操作数据被配置为示出针对所述控制输入装置的以下三组不同方向操作：前后方向操作、左右方向操作和上下方向操作。
优选地，所述臂架末端的三组相对运动方向与所述方向操作数据所示出的针对所述控制输入装置的三组不同方向操作之间的对应关系被配置为：所述前后方向操作分别对应于所述臂架末端的延展方向和收缩方向；所述左右方向操作分别对应于臂架所在的竖直平面的左侧方向和右侧方向；以及所述上下方向操作分别对应于所述臂架末端的升高方向和降低方向。
优选地，所述操纵坐标系为直角坐标系形式或柱坐标系形式，且所述直角坐标系形式适用于控制所述臂架末端进行直线运动，而所述柱坐标系形式适用于控制所述臂架末端进行弧线运动。
优选地，针对所述直角坐标系形式，所述运动控制方法还包括：将所述操纵坐标系预存为不随臂架末端位置实时更新的固定操纵坐标系；判断当前的所述臂架末端运动目标速度矢量是否为零矢量。若否，则采用所述固定操纵坐标系，否则立即或经延时后将所述固定操纵坐标系更新为当前的操纵坐标系。
另一方面，本发明还提供一种臂架末端的运动控制装置，包括：接收模块，用于接收操作者通过控制输入装置输入的针对臂架末端运动的操作指令，其中所述操作指令用于示出操作者对所述控制输入装置的操纵方式；计算模块，用于获取在预配置的操纵坐标系上与所述操作指令相匹配的臂架末端运动目标速度矢量，其中所述操纵坐标系被配置为建立所述操纵方式与所述臂架末端运动之间的关联，且该操纵坐标系与所述臂架末端保持固定的空间关系；以及控制模块，用于根据所述臂架末端运动目标速度矢量，控制所述臂架末端运动。
优选地，所述操作指令包括用于反映所述操纵方式的以下数据：针对所述控制输入装置的方向操作数据以及相应方向上的开度操作数据。
并且，所述操纵坐标系被配置为：以所述臂架末端为原点；以所述臂架末端的三组相对运动方向形成三个轴，且该三组相对运动方向被配置为与所述方向操作数据所示出的针对所述控制输入装置的三组不同方向操作相对应；以及针对所述三个轴，将各轴对应的所述开度操作数据基于预设比例关系转换为该轴上的坐标数据，以使得所述臂架末端运动目标速度矢量在所述操纵坐标系上的模能够表示所述臂架末端的运动速度。
优选地，在所述操纵坐标系为直角坐标系形式时，所述运动控制装置还包括坐标系保持模块，在将所述操纵坐标系预存为不随臂架末端位置实时更新的固定操纵坐标系的情况下，该坐标系保持模块被配置为：判断当前的所述臂架末端运动目标速度矢量是否为零矢量。若否，则采用所述固定操纵坐标系，否则立即或经延时后将所述固定操纵坐标系更新为当前的操纵坐标系。
另一方面，本发明还提供一种臂架末端的运动控制装置，包括：存储器，其存储有能够在处理器上运行的程序；以及所述处理器，其被配置为执行所述程序时实现上述任意的臂架末端的运动控制方法。
另一方面，本发明还提供一种臂架末端的运动控制系统，包括：控制输入装置，用于采集操作者的操作动作以生成针对臂架末端运动的操作指令，其中所述操作指令用于示出操作者对所述控制输入装置的操纵方式；上述任意所述的运动控制装置，用于从所述控制输入装置接收所述操作指令，并获取在预配置的操纵坐标系上与所述操作指令相匹配的臂架末端运动目标速度矢量，以及根据所述臂架末端运动目标速度矢量来控制所述臂架末端运动，其中所述操纵坐标系被配置为建立所述操纵方式与所述臂架末端运动之间的关联，且该操纵坐标系与所述臂架末端保持固定的空间关系；以及控制执行装置，用于响应于所述运动控制装置对所述臂架末端运动的控制，对臂架姿态进行调整。
优选地，所述控制输入装置包括以下任意一者：单摇杆输入装置，其被配置为响应于操作者的上下拨动操作、左右拨动操作和顺逆旋转操作而分别示出三组方向操作；三拨杆输入装置，其被配置为每一拨杆对应一组方向操作；摇杆和拨杆的组合输入装置，其中摇杆部分被配置为响应于操作者的上下拨动操作和左右拨动操作而分别示出三组方向操作中的两组方向操作，而拨杆部分被配置为对应该三组方向操作中的剩余一组方向操作；以及双摇杆输入装置，其中第一摇杆被配置为响应于操作者的上下拨动操作和左右拨动操作而分别示出三组方向操作中的两组方向操作，而第二摇杆被配置为响应于操作者的上下拨动操作或左右拨动操作而示出三组方向操作中的剩余一组方向操作。
另一方面，本发明还提供一种工程机械，所述工程机械包括根据上述的臂架末端的运动控制系统。
另一方面，本发明还提供一种机器可读存储介质，其特征在于，所述机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述任意的运动控制方法。
通过上述技术方案，本发明的臂架末端的运动控制方法设计了操纵坐标系，进而建立操作者的操纵方式与臂架末端运动之间的关联，且该操纵坐标系与所述臂架末端保持固定的空间关系，使得操作者无需做过多思考和变换，操纵直观方便。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明实施例一的臂架末端的运动控制方法的流程示意图；
图2(a)-图2(d)是本发明实施例中的控制输入装置的四种示例构成图
图3是本发明实施例中关于x、y、z三个拨杆的开度值的示意图；
图4是本发明实施例中操纵坐标系、臂架及绝对空间坐标系之间的关系的示意图；
图5是本发明实施例中示出操纵坐标系与臂架之间的相对关系的示意图；
图6(a)是示出了臂架末端的三组相对运动方向与针对所述控制输入装置的三组不同方向操作的对应关系的示意图，而图6(b)是图6(a)示出的对应关系在方向上的示意图；
图7(a)和图7(b)是示出了在直角坐标系中操纵坐标系随臂架末端位置实时变化的过程的示意图，其中图7(b)是图7(a)对应的同一过程的俯视图；
图8是本发明实施例二中更新操纵坐标系的策略流程图；
图9是本发明实施例三中使用柱坐标系形式的操纵坐标系进行臂架末端运动控制的示意图；
图10(a)是示出了基于柱坐标系形式的臂架末端的三组相对运动方向与针对所述控制输入装置的三组不同方向操作的对应关系的示意图，而图10(b)是图10(a)示出的对应关系在方向上的示意图；
图11是本发明实施例四的一种臂架末端的运动控制装置的结构示意图；以及
图12是本发明实施例六的臂架末端的运动控制系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
需说明的是，在本发明实施例中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词，如“前、后、左、右、上、下”既可指图中相应轮廓的前侧、后侧、左侧、右侧、上部和下部，又可结合工程机械或相关装置的实际运动方向进行理解。另外，本发明实施例中，主要以泵车为例进行说明，但并不仅限于泵车。
实施例一
图1是本发明实施例一的臂架末端的运动控制方法的流程示意图，其中所述臂架例如是泵车的臂架，而对应的臂架末端例如是泵车的布料点所在处。
如图1所示，该运动控制方法可以包括以下步骤的步骤S110-步骤S120：
步骤S110，接收操作者通过控制输入装置输入的针对臂架末端运动的操作指令。
步骤S120，获取在预配置的操纵坐标系上与所述操作指令相匹配的臂架末端运动目标速度矢量。
步骤S130，根据所述臂架末端运动目标速度矢量，控制所述臂架末端运动。
针对步骤S110，所述操作指令用于示出操作者对所述控制输入装置的操纵方式。例如，所述控制输入装置可以是泵车遥控器、触屏显示虚拟遥控器、键盘、全息视觉虚拟遥控器等，而对应的操纵方式例如是利用对这些控制输入装置的向上、向下的按键操作而预期控制臂架末端向上或向下运动。关于控制输入装置的配置及具体的操纵方式还将在下方结合示例进行描述，在此则不再进行赘述。
针对步骤S120，所述操纵坐标系被配置为建立所述操纵方式与所述臂架末端运动之间的关联，且该操纵坐标系与所述臂架末端保持固定的空间关系。即，通过操纵坐标系来使得操作者在控制输入装置的操纵方式与臂架末端运动直接关联，从而无需操作者对于自身、控制输入装置及臂节的方位进行过多思考和变换，使得操纵直观方便。另外，关于操纵坐标系与臂架末端保持固定的空间关系，是指对于臂架末端而言，操纵坐标系是固定不变的，而在绝对空间坐标系下，臂架末端与操纵坐标系则是一起实时变化的。对此，还将在下文结合操纵坐标系的构建进行描述，在此则不再赘述。从上可知，操纵坐标系与操作指令中示出的操纵方式密切相关。因此，在此先对操纵方式进行简单介绍，再据此说明操纵坐标系的构建。
在优选的实施例中，所述操作指令可以包括用于反映所述操纵方式的以下数据：针对所述控制输入装置的方向操作数据以及相应方向上的开度操作数据。举例而言，所述方向操作数据被配置为示出针对所述控制输入装置的以下三组不同方向操作，即前后方向操作、左右方向操作和上下方向操作，且下文还将结合图2(a)-图2(d)进行说明。而开度操作数据则用于指示操作者进行的在控制输入装置的相应方向上的开度值，下文还将结合图3对此进行说明。
进一步参考图2(a)-图2(d)来理解本发明实施例的控制输入装置以及基于其得到的用于反映操作者操纵方式的方向操作数据以及相应方向上的开度操作数据。
图2(a)-图2(d)是本发明实施例中的控制输入装置的四种示例构成图。该示例中，所述控制输入装置以泵车遥控器为例，且要求遥控器采集人员的操作指令，而操作指令要求可分解为前与后、左与右、上与下3对操作。
示例1：如图2(a)所示，采用单摇杆方式配置遥控器，通过对摇杆进行上下拨动、左右拨动和顺逆旋转，可分别实现前后、左右、上下这三组方向操作。
示例2：如图2(b)所示，采用三拨杆方式配置遥控器，三个拨杆的下下拨动分别对应前后、左右、上下这三组方向操作。
示例3：如图2(c)所示，采用“摇杆+拨杆”方式配置遥控器，其中通过对摇杆的进行上下拨动和左右拨动，可实现前后和左右这两组方向操作，而通过操作拨杆，可实现上下方向的方向操作。
示例4：如图2(d)所示，采用双摇杆方式配置遥控器，其中通过对第一摇杆的进行上下拨动和左右拨动，可实现前后和左右这两组方向操作，而通过对第二摇杆进行上下或左右拨动，可实现上下方向的方向操作。
在上述示例1-示例4中，拨杆的手柄及摇杆均为比例输入，进而遥控器采集的是手柄或摇杆的开度值，例如该开度值可定义为[0,1]，其中0表示手柄或摇杆未被拨动，而1表示手柄或摇杆被全开，0-1中间的数值则表示每次操作手柄或摇杆的具体开度值。需说明的是，在上述示例1中，因利用摇杆的旋转来进行控制非常不方便，故而示例2-4中通过拨杆和双摇杆来替换针对摇杆的旋转操作。
进一步地，对应于上述示出的操作指令，所述操纵坐标系可被配置为：以所述臂架末端为原点；以所述臂架末端的三组相对运动方向形成三个轴，且该三组相对运动方向被配置为与所述方向操作数据所示出的针对所述控制输入装置的三组不同方向操作相对应；以及针对所述三个轴，将各轴对应的所述开度操作数据基于预设比例关系转换为该轴上的坐标数据，以使得所述臂架末端运动目标速度矢量在所述操纵坐标系上的模能够表示所述臂架末端的运动速度。
其中，针对所述预设比例关系，举例而言，开度操作数据一般被归一化至±1区间，而本发明实施例定义该开度操作数据与臂架末端运动目标速度矢量存在比例关系。比如，开度操作数据为[1,0,0]时，比例系数为1.5时，那么臂架末端运动目标速度矢量应为[1.5,0,0]，再进行模计算，从而可知臂架沿x轴方向以1.5m/s的速度运动。需说明的是，所述预设比例关系可以是同一个固定值如k＝1.5，即三个方向的比例系数相同；也可以是不同值如k＝[1.5,2,0.8]，即每一方向对应有一个比例系数。另外，为了计算简单以便于说明，下文除特殊说明之外，将预设比例关系确定为固定值k＝1。
即，控制输入装置采集的操作指令用于获得臂架末端目标速度矢量v，则基于上述的操纵坐系，任意时刻v的定义如下：
v＝(x,y,z) (1)
其中，控制输入装置上的方向操作与坐标轴的x、y、z三轴的关系为：
1)前为x正，[0,1]；后为x负，[-1,0]；
2)左为y正，[0,1]；右为y负，[-1,0]；
3)上为z正，[0,1]；下为z负，[-1,0]。
根据以上定义式(1)，臂架末端目标速度矢量v模的范围
Figure GDA0003492455330000091
v的方向是臂架末端的运动方向，v的模是臂架末端运动速度的大小。以图2(b)的三拨杆操作方式为例，当操作者同时拨动x、y、z三个拨杆时，若相应拨杆的开度值如图3所示且开度操作数据与臂架末端运动目标速度矢量之间的比例关系为k＝1，则遥控器获得臂架末端目标速度矢量v＝(0.38,0.79,-0.66)。因此臂架末端目标速度的大小为该坐标的模1.097，而速度的方向即为(0.38,0.79,-0.66)。可知，臂架末端目标速度的方向可直接通过原始开度值来表示，也可转换成速度矢量来表示，在其他示例中，还可转换成单位向量来表示。
图2(a)-图2(d)中的其他形式的控制输入装置的操作指令可进行等同理解，在此不再赘述。
进一步地，任意时刻，臂架末端运动目标速度矢量v是定义在操纵坐标系中的向量，因而需明确臂架末端运动目标速度矢量v与臂架及绝对空间坐标系的关系，进而对操纵坐标系随臂架末端位置实时变化的情形进行具体说明。
图4是本发明实施例中操纵坐标系、臂架及绝对空间坐标系之间的关系的示意图。其中，O0表示工程机械所在的绝对空间坐标系，其对于本领域技术人员是易于知道的，O1表示当前时刻的操纵坐标系，v是臂架末端运动目标速度矢量且也是O1坐标系中的矢量，因而也由x1、y1、z1定义，vz是v的竖直方向分量，vxy是v的水平方向分量。结合图4，所述操纵坐标系可理解为所述臂架末端在绝对空间坐标系内的位置的一种数学定义，其用来描述臂架末端相对于泵车的相对位置。故而结合式(1)，在示例中，可将操纵坐标系原点定义在臂架末端，把x轴方向定义为延展方向，把y轴定义为臂架所在的竖直平面的左侧，把z轴定义为臂架末端的升高方向。如此，通过关于x、y、z轴的定义，沿用了原始臂架操纵的思维习惯，方便操纵者辨识方位，也方便泵车实现控制。
基于图4所示出的操纵坐标系的定义及其与臂架及绝对空间坐标系之间的关系，易知操纵坐标系相对于泵车(或臂架，或臂架末端)的空间关系是“固定”的，即对应于上述示例，操纵坐标系x轴永远是臂架延展方向，y轴对应了臂架转台的顺/逆回转，z轴对应了臂架末端的升降。但需要注意的是，随着臂架末端位置的改变，若从绝对空间坐标系的某一个点来进行观察，则操纵坐标系的位置是实时变化的，该变化与臂架末端运动相一致。
进一步地，图5是本发明实施例中示出操纵坐标系与臂架之间的相对关系的示意图。参考图4和图5，操纵坐标系O1的原点位于臂架末端，而臂架末端在绝对坐标系O0中的坐标可由臂架姿态信息实时获得，其中臂架姿态信息由一个7维向量θ(θ0,θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6)描述，其中θ0,为回转角度，θi(i＝1,2,3,4,5,6)为第i节臂与第i-1节臂间的夹角。
进一步地，如图5所示，臂架末端(操纵坐标系O1原点)可由一个柱坐标系的三维坐标P(α,d,h)描述，其中α为回转角度，d为臂架末端在水平面投影距回转中心的距离，h为臂架末端距水平面的高度。
从图5可知，臂架末端(操纵坐标系O1原点)坐标与臂架姿态向量θ和臂节长度向量L有着对应的映射关系，其中臂节长度向量L(l1,l2,l3,l4,l5,l6)为泵车臂架的结构常参数：
O1＝f(θ,L) (2)
该式(2)中的数学关系对于本领域技术人员是公知的，在此不再进行赘述。针对步骤S130，通过式(1)，在得到由开度操作数据构成的速度矢量后，要通过比例系数计算出具有物理意义的速度矢量v；再通过式(2)，
获知O1在绝对坐标系O0中的坐标，且已知O1的x轴与O0的x轴夹角α(回转角度)后，通过坐标变换将操纵坐标系O1中的v转换为在绝对坐标系O0中的速度矢量，即得知了臂架末端在绝对坐标系O0中的运动速度大小和方向。如此，在步骤S130中，可将绝对坐标系O0下的臂架末端运动目标速度矢量作为控制量输出给臂架的控制执行装置，以使臂架末端按输入的臂架末端运动目标速度矢量运动。需说明的是，在已知绝对坐标系下的臂架末端目标速度矢量v时，控制臂架末端按该速度矢量运动对于本领域技术人员是公知的，在此不再进行赘述。
在本发明优选的实施例中，所述臂架末端的三组相对运动方向与所述方向操作数据所示出的针对所述控制输入装置的三组不同方向操作之间的对应关系可被配置为如下：
1)针对所述控制输入装置的所述前后方向操作分别对应于所述臂架末端的延展方向和收缩方向。
2)针对所述控制输入装置的所述左右方向操作分别对应于臂架所在的竖直平面的左侧方向和右侧方向。其中，臂架所在的竖直平面也即是穿过臂架末端与回转中心的竖直平面，而臂架所在的竖直平面的左侧方向和右侧方向是从回转中心往臂架末端看时对应的左侧和右侧。
3)针对所述控制输入装置的所述上下方向操作分别对应于所述臂架末端的升高方向和降低方向。
关于该配置，可进一步参考图6(a)和图6(b)进行理解，其中，图6(a)示出了臂架末端的三组相对运动方向与针对所述控制输入装置的三组不同方向操作的对应关系，而图6(b)是图6(a)示出的对应关系在方向上的示意图。
根据图4-图6及上述相关定义，可知臂架处于不同位置时，操纵坐标系Oi与臂架的相对关系总是固定的。即，操纵坐标系与臂架的空间关系总保持一致(如图6所示，以臂架延展/收缩方向为x轴，臂架平面左右为y轴，臂架高度方向为z轴)，因而无需操作者做过多思考和变换，操纵直观方便。
综上，本发明实施例的臂架末端的运动控制方法至少具有以下几个方面的优势：
1)如上所述，因操纵坐标系与臂架的空间关系总保持一致，使得操作者无需做过多思考和变换，操纵直观方便。
2)本发明实施例中，控制输入装置无需额外进行方位感知，因此操作者持控制输入装置对臂架末端进行操纵时，对操作者及控制输入装置都不存在方位要求；
3)基于第2)点，控制输入装置无需安装方位感知传感器，也无需标定。
4)本发明实施例的方法可使得操作者直接通过控制输入装置(如遥控器)给出臂架末端的运动方向，无需操作者间接操纵臂节来实现末端运动。
5)本发明实施例的方法适用于臂架末端的三维空间控制，相对于二维平面，能够在臂架投影以外的方向上控制臂架末端进行直线运动，不再局限于仅能走弧线，使得操纵更为便利。
实施例二
实施例一中的图4-图6中所示出的操纵坐标系为直角坐标系形式，其适用于控制所述臂架末端进行直线运动。图7(a)和图7(b)进一步示出了在直角坐标系中操纵坐标系随臂架末端位置实时变化的过程，其中图7(b)是图7(a)对应的同一过程的俯视图。
参考图7(a)和图7(b)，在单位时间内，臂架末端按矢量v从位置1直线运动至位置2，操纵坐标系Oi也随着由O1变为O2。
按照人的操作习惯，当控制输入装置的开度信息没有变化时，v应该保持不变，即臂架末端应按照固定的速度矢量运动。而根据上文及图7(a)和图7(b)，臂架末端在移动过程中，操纵坐标系Oi会随着臂架末端的位置不同而改变，且臂架末端目标速度矢量v定义在操纵坐标系Oi，v因而也会随着臂架末端的位置不同而改变，因而与人的操作习惯不符。针对这一问题，本发明实施例二提出了以下解决方案。
图8是本发明实施例二中更新操纵坐标系的策略流程图，该图同时示出了在臂架末端运动时，通过保持操纵坐标系不变而实现臂架直线运动的控制方法的流程。如图8所示，该方法可以包括以下步骤：
步骤S810，读取所述臂架末端运动目标速度矢量。
需说明的是，在执行该步骤之前，已经将所述操纵坐标系预存为不随臂架末端位置实时更新的固定操纵坐标系。举例而言，设该固定操纵坐标系为O保持，其被保存在执行步骤S110-步骤S130的核心计算装置中，且作为核心算法中实际使用的操纵坐标系，不随臂架末端位置实时更新。
步骤S820，判断当前的所述臂架末端运动目标速度矢量是否为零矢量，若否，则采用所述固定操纵坐标系，否则执行步骤S830。
举例而言，判断当前的所述臂架末端运动目标速度矢量是否为零矢量，相当于检测有无人员在操作臂架运动。若控制输入装置输出的不是零矢量，则表明有人员在操作臂架运动，此时控制采用O保持而不变化。
步骤S830，立即或经延时后将所述固定操纵坐标系更新为当前的操纵坐标系。
在示例中，针对步骤S830，立即进行操纵坐标系的更新可理解为不进行计时，只要没有速度矢量，就立即更新当前的操纵坐标系。
在示例中，针对步骤S830，经延时后进行操纵坐标系的更新可以包括：步骤S831，触发计时；步骤S832，判断计时是否达到预设时长，若否，则采用所述固定操纵坐标系，若是则将所述固定操纵坐标系更新为当前的操纵坐标系。
举例而言，若控制输入装置输出的是零矢量，则表明没有人员在操作臂架运动，此时要先经过一次计时，计时的时长t可以根据策略人为设定。例如，t的选值范围可以是[0.01s,10s]，优选为[0.1s,5s]；并且t值不宜过大，也不宜过小，进而更加优选为0.5s。在计时完成前，令O保持不变化。
当计时完成后，则令O保持＝O当前，即，将当前时刻臂架末端的操纵坐标系O当前赋值给用于计算控制的O保持。
需说明的是，关于操纵坐标系的更新，可采用自锁开关输入来进行自动更新，也可以人为地进行更新。
通过图8及其相关步骤，对需要保持操纵坐标系不变和需要更新操纵坐标系的时机进行了判断。其中，速度矢量建立在操纵坐标系内，如果操纵坐标系不随臂架末端实时变化，则速度矢量也不随臂架末端实时变化，臂架末端就会沿固定速度矢量运动，即实现了直线运动。即，若是人的操作动作不变，则臂架的运动速度(大小和方向)不变。
通过上述步骤S810-S830，可使得操作者在一次臂架末端运动操作中，操纵坐标系保持不变，从而若控制输入装置的开度状态未改变，则v保持不变，臂架末端以固定速度(大小和方向)进行直线运动。并且，当操作者在短暂经过控制输入装置的中位(如松开全部摇杆/拨杆)再立即拨动摇杆/拨杆时，O保持可在定时时长t内保持不变，操作者可连续对臂架末端进行操作，而不会因操纵坐标系变化再重新调整适应手柄开度与臂架速度方向变化的对应关系。
综上，本发明实施例二的臂架末端运动的控制方法可使操作者在不改变控制输入装置的开度状态时，臂架末端按给定的速度方向走出平滑的直线，避免了臂架末端在传统操纵下出现的抖动、摆动，布料更平稳、高效、安全。
但需要说明的是，操作者在某些操作下，也可以控制臂架末端按要求走出曲线，例如：当操作者拨动遥控器拨杆的开度不变时，臂架末端走直线，当操作者拨动遥控器拨杆的开度缓慢变化时，臂架末端就会走曲线。即，采用本发明实施例的方案，臂架末端不是只能走直线，而是也可以走曲线。
实施例三
实施例一中的图4-图6中所示出的操纵坐标系为直角坐标系形式，其适用于控制所述臂架末端进行直线运动，而在实施例三中，可将该直角坐标形式替换为适用于控制所述臂架末端进行弧线运动的柱坐标系形式。
图9是本发明实施例三中使用柱坐标系形式的操纵坐标系进行臂架末端运动控制的示意图。如图9所示，使用柱坐标系后，运动由[r,θ,z]描述，即使用半径、回转角度和高度确定运动。与此对应，任意时刻臂架末端运动目标速度矢量v的定义如下：
v＝(vr,v切,vz) (3)
其中，控制输入装置上的方向操作与坐标轴的vr、v切、vz三轴的关系为：
1)前(臂架延展)为vr正，[0,1]；后(臂架收缩)为vr负，[-1,0]；
2)左(逆时针)为v切正，[0,1]；右(顺时针)为v切负，[-1,0]；
3)上为vz正，[0,1]；下为vz负，[-1,0]。
在此，需说明的是，同直角坐标系形式相同，在柱坐标系形式下，开度操作数据与臂架末端运动目标速度矢量同样存在比例关系。即，式(3)是对开度操作数据进行比例运算后得到的臂架末端运动目标速度矢量v，比例系数k＝1。
进一步地，可参考图10(a)和图10(b)理解所述臂架末端的三组相对运动方向与针对所述控制输入装置的三组不同方向操作之间的对应关系，其中，图10(a)示出了基于柱坐标系形式的臂架末端的三组相对运动方向与针对所述控制输入装置的三组不同方向操作的对应关系，而图10(b)是图10(a)示出的对应关系在方向上的示意图。
相比于实施例一和实施例二的直角坐标系形式，采用柱坐标系形式的操纵坐标系具有以下优点：
1)控制输入装置的运动控制信息与臂架的操纵坐标实时保持一致，无需使用O保持与O当前的控制策略来内部转换坐标系；
2)可以走出平滑圆弧。
但是，采用柱坐标系形式的操纵坐标系会使得非臂架伸缩方向的直线轨迹难以操纵，需要操作者手动修正操纵，而采用直角坐标系形式的操纵坐标系则可以避免这一缺陷。
实施例四
图11是本发明实施例四的一种臂架末端的运动控制装置的结构示意图，该运动控制装置与上述三个实施例的运动控制方法基于相同的发明思路。
如图11所示，所述运动控制装置100可以包括：接收模块110，用于接收操作者通过控制输入装置输入的针对臂架末端运动的操作指令，其中所述操作指令用于示出操作者对所述控制输入装置的操纵方式；计算模块120，用于获取在预配置的操纵坐标系上与所述操作指令相匹配的臂架末端运动目标速度矢量，其中所述操纵坐标系被配置为建立所述操纵方式与所述臂架末端运动之间的关联，且该操纵坐标系与所述臂架末端保持固定的空间关系；以及控制模块130，用于根据所述臂架末端运动目标速度矢量，控制所述臂架末端运动。
举例而言，接收模块110不仅可以与过控制输入装置进行信息交互之外，还可以接收相关传感器输入的相关数据，以向计算模块120输出规范的、具有明确物理含义的数据，如臂架倾角、臂架末端运动目标速度矢量等。
进一步举例，计算模块120被作为核心算法模块，用于根据输入读取模块获得的臂架倾角和臂架末端运动目标速度矢量等，计算出臂架运动的控制量。
更进一步举例，控制模块130用于将控制量实时输出，进而驱动臂架的控制执行装置，使臂架末端按输入的目标矢量方向运动。
另外，所述运动控制装置100可采用具有计算能力的装置来进行配置，例如PLC、单片机、PC、控制器等。
优选地，在所述操纵坐标系为直角坐标系形式时，所述运动控制装置100还包括坐标系保持模块(图中未示出)，在将所述操纵坐标系预存为不随臂架末端位置实时更新的固定操纵坐标系的情况下，该坐标系保持模块被配置为：判断当前的所述臂架末端运动目标速度矢量是否为零矢量。若是，则采用所述固定操纵坐标系，否则立即或经延时后将所述固定操纵坐标系更新为当前的操纵坐标系。关于本发明实施例四的运动控制装置的其他实施细节及效果可参考前述关于运动控制方法的实施例，在此则不再进行赘述。
实施例五
本发明实施例五提供了一种臂架末端的运动控制装置，包括：存储器，其存储有能够在处理器上运行的程序；以及所述处理器，其被配置为执行所述程序时实现上述的运动控制方法。
其中，所述运动控制装置包括处理器和存储器，上述接收模块110、计算模块120和控制模块130等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。所述运动控制装置可以利用常规的具有计算能力和数据传输能力的装置，例如PLC、单片机、PC、控制器等。
处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来实现本发明实施例涉及的运动控制。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。
实施例六
图12是本发明实施例六的臂架末端的运动控制系统的结构示意图。如图12所示，所述运动控制系统可以包括：控制输入装置200，用于采集操作者的操作动作以生成针对臂架末端运动的操作指令，其中所述操作指令用于示出操作者对所述控制输入装置的操纵方式；上述任意的运动控制装置100，用于从所述控制输入装置接收所述操作指令，并获取在预配置的操纵坐标系上与所述操作指令相匹配的臂架末端运动目标速度矢量，以及根据所述臂架末端运动目标速度矢量来控制所述臂架末端运动，其中所述操纵坐标系被配置为建立所述操纵方式与所述臂架末端运动之间的关联，且该操纵坐标系与所述臂架末端保持固定的空间关系；以及控制执行装置300，用于响应于所述运动控制装置对所述臂架末端运动的控制，对臂架姿态进行调整。
其中，运动控制装置100可参考前面的实施例进行理解，在此不再进行赘述。
其中，控制输入装置200可利用泵车遥控器、触屏显示虚拟遥控器、键盘、全息视觉虚拟遥控器等进行配置。优选地，所配置的控制输入装置200可以包括以下任意一者：
1)单摇杆输入装置，其被配置为响应于操作者的上下拨动操作、左右拨动操作和顺逆旋转操作而分别示出三组方向操作；
2)三拨杆输入装置，其被配置为每一拨杆对应一组方向操作；
3)摇杆和拨杆的组合输入装置，其中摇杆部分被配置为响应于操作者的上下拨动操作和左右拨动操作而分别示出三组方向操作中的两组方向操作，而拨杆部分被配置为对应该三组方向操作中的剩余一组方向操作；以及
4)双摇杆输入装置，其中第一摇杆被配置为响应于操作者的上下拨动操作和左右拨动操作而分别示出三组方向操作中的两组方向操作，而第二摇杆被配置为响应于操作者的上下拨动操作或左右拨动操作而示出三组方向操作中的剩余一组方向操作。
在示例中，对于这四种形式的控制输入装置可分别参考实施例一的图2(a)-图2(d)进行设计。
其中，控制执行装置300是指可以根据运动控制装置输出的控制信息，对臂架姿态进行调整的装置，如液压系统/液压油缸、电动系统/电动缸等。
本发明其他实施例还提供了一种工程机械，所述工程机械包括上述的运动控制系统。
其中，所述工程机械例如是泵车、起重机、消防车等。
本发明其他实施例还提供了一种机器可读存储介质，所述机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的运动控制方法。
本发明其他实施例还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有如上述运动控制方法的步骤的程序。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (14)

1.一种臂架末端的运动控制方法，其特征在于，所述运动控制方法包括：
接收操作者通过控制输入装置输入的针对臂架末端运动的操作指令，其中所述操作指令用于示出操作者对所述控制输入装置的操纵方式；
获取在预配置的操纵坐标系上与所述操作指令相匹配的臂架末端运动目标速度矢量，其中所述操纵坐标系被配置为建立所述操纵方式与所述臂架末端运动之间的关联，且该操纵坐标系与所述臂架末端保持固定的空间关系；以及
根据所述臂架末端运动目标速度矢量，控制所述臂架末端运动。
2.根据权利要求1所述的臂架末端的运动控制方法，其特征在于，所述操作指令包括用于反映所述操纵方式的以下数据：针对所述控制输入装置的方向操作数据以及相应方向上的开度操作数据；
并且，所述操纵坐标系被配置为：
以所述臂架末端为原点；
以所述臂架末端的三组相对运动方向形成三个轴，且该三组相对运动方向被配置为与所述方向操作数据所示出的针对所述控制输入装置的三组不同方向操作相对应；以及
针对所述三个轴，将各轴对应的所述开度操作数据基于预设比例关系转换为该轴上的坐标数据，以使得所述臂架末端运动目标速度矢量在所述操纵坐标系上的模能够表示所述臂架末端的运动速度。
3.根据权利要求2所述的臂架末端的运动控制方法，其特征在于，所述方向操作数据被配置为示出针对所述控制输入装置的以下三组不同方向操作：前后方向操作、左右方向操作和上下方向操作。
4.根据权利要求3所述的臂架末端的运动控制方法，其特征在于，所述臂架末端的三组相对运动方向与所述方向操作数据所示出的针对所述控制输入装置的三组不同方向操作之间的对应关系被配置为：
所述前后方向操作分别对应于所述臂架末端的延展方向和收缩方向；
所述左右方向操作分别对应于臂架所在的竖直平面的左侧方向和右侧方向；以及
所述上下方向操作分别对应于所述臂架末端的升高方向和降低方向。
5.根据权利要求1所述的臂架末端的运动控制方法，其特征在于，所述操纵坐标系为直角坐标系形式或柱坐标系形式，且所述直角坐标系形式适用于控制所述臂架末端进行直线运动，而所述柱坐标系形式适用于控制所述臂架末端进行弧线运动。
6.根据权利要求5所述的臂架末端的运动控制方法，其特征在于，针对所述直角坐标系形式，所述运动控制方法还包括：
将所述操纵坐标系预存为不随臂架末端位置实时更新的固定操纵坐标系；
判断当前的所述臂架末端运动目标速度矢量是否为零矢量，若否，则采用所述固定操纵坐标系，否则立即或经延时后将所述固定操纵坐标系更新为当前的操纵坐标系。
7.一种臂架末端的运动控制装置，其特征在于，所述运动控制装置包括：
接收模块，用于接收操作者通过控制输入装置输入的针对臂架末端运动的操作指令，其中所述操作指令用于示出操作者对所述控制输入装置的操纵方式；
计算模块，用于获取在预配置的操纵坐标系上与所述操作指令相匹配的臂架末端运动目标速度矢量，其中所述操纵坐标系被配置为建立所述操纵方式与所述臂架末端运动之间的关联，且该操纵坐标系与所述臂架末端保持固定的空间关系；以及
控制模块，用于根据所述臂架末端运动目标速度矢量，控制所述臂架末端运动。
8.根据权利要求7所述的臂架末端的运动控制装置，其特征在于，所述操作指令包括用于反映所述操纵方式的以下数据：针对所述控制输入装置的方向操作数据以及相应方向上的开度操作数据；
并且，所述操纵坐标系被配置为：
以所述臂架末端为原点；
以所述臂架末端的三组相对运动方向形成三个轴，且该三组相对运动方向被配置为与所述方向操作数据所示出的针对所述控制输入装置的三组不同方向操作相对应；以及
针对所述三个轴，将各轴对应的所述开度操作数据基于预设比例关系转换为该轴上的坐标数据，以使得所述臂架末端运动目标速度矢量在所述操纵坐标系上的模能够表示所述臂架末端的运动速度。
9.根据权利要求7所述的臂架末端的运动控制装置，其特征在于，在所述操纵坐标系为直角坐标系形式时，所述运动控制装置还包括坐标系保持模块，在将所述操纵坐标系预存为不随臂架末端位置实时更新的固定操纵坐标系的情况下，该坐标系保持模块被配置为：
判断当前的所述臂架末端运动目标速度矢量是否为零矢量，若否，则采用所述固定操纵坐标系，否则立即或经延时后将所述固定操纵坐标系更新为当前的操纵坐标系。
10.一种臂架末端的运动控制装置，其特征在于，所述运动控制装置包括：
存储器，其存储有能够在处理器上运行的程序；以及
所述处理器，其被配置为执行所述程序时实现权利要求1至6中任意一项所述的臂架末端的运动控制方法。
11.一种臂架末端的运动控制系统，其特征在于，所述运动控制系统包括：
控制输入装置，用于采集操作者的操作动作以生成针对臂架末端运动的操作指令，其中所述操作指令用于示出操作者对所述控制输入装置的操纵方式；
权利要求7至9中任意一项所述的运动控制装置，用于从所述控制输入装置接收所述操作指令，并获取在预配置的操纵坐标系上与所述操作指令相匹配的臂架末端运动目标速度矢量，以及根据所述臂架末端运动目标速度矢量来控制所述臂架末端运动，其中所述操纵坐标系被配置为建立所述操纵方式与所述臂架末端运动之间的关联，且该操纵坐标系与所述臂架末端保持固定的空间关系；以及
控制执行装置，用于响应于所述运动控制装置对所述臂架末端运动的控制，对臂架姿态进行调整。
12.根据权利要求11所述的臂架末端的运动控制系统，其特征在于，所述控制输入装置包括以下任意一者：
单摇杆输入装置，其被配置为响应于操作者的上下拨动操作、左右拨动操作和顺逆旋转操作而分别示出三组方向操作；
三拨杆输入装置，其被配置为每一拨杆对应一组方向操作；
摇杆和拨杆的组合输入装置，其中摇杆部分被配置为响应于操作者的上下拨动操作和左右拨动操作而分别示出三组方向操作中的两组方向操作，而拨杆部分被配置为对应该三组方向操作中的剩余一组方向操作；以及
双摇杆输入装置，其中第一摇杆被配置为响应于操作者的上下拨动操作和左右拨动操作而分别示出三组方向操作中的两组方向操作，而第二摇杆被配置为响应于操作者的上下拨动操作或左右拨动操作而示出三组方向操作中的剩余一组方向操作。
13.一种工程机械，其特征在于，所述工程机械包括根据权利要求12所述的臂架末端的运动控制系统。
14.一种机器可读存储介质，其特征在于，所述机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行根据权利要求1-6中任一项所述的臂架末端的运动控制方法。
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