CN114800502A - 臂架形变补偿方法、补偿控制系统及工程机械设备 - Google Patents

臂架形变补偿方法、补偿控制系统及工程机械设备 Download PDF

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CN114800502A
CN114800502A CN202210442250.5A CN202210442250A CN114800502A CN 114800502 A CN114800502 A CN 114800502A CN 202210442250 A CN202210442250 A CN 202210442250A CN 114800502 A CN114800502 A CN 114800502A
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康锦萱
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Shanghai Ruiyouzhun Intelligent Control Technology Co ltd
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Abstract

本申请提供一种臂架形变补偿方法、补偿控制系统及工程机械设备，涉及工程机械技术领域。本方法通过在臂架的各节机械臂上均安装多个距离传感器和多个角度传感器，通过多个距离传感器检测的各节机械臂上各臂架段的长度信息和多个角度传感器检测的各节机械臂上各臂架段的角度信息，计算各节机械臂形变前后的末端位置信息，针对一节机械臂，利用检测的各臂架段的长度和角度信息，计算机械臂的形变信息，由于各臂架段的长度为线段长度，基于各臂架段的线段长度逼近机械臂形变后的曲线长度，使得确定的各节机械臂的形变信息准确度更高，从而有效地提高了臂架形变信息的计算精度，基于臂架形变信息的精准计算，则实现了臂架末端位置的精确定位和控制。

Description

臂架形变补偿方法、补偿控制系统及工程机械设备
技术领域
本申请涉及工程机械技术领域，具体而言，涉及一种臂架形变补偿方法、补偿控制系统及工程机械设备。
背景技术
臂架系统在工程施工中发挥着重要的作用，臂架系统通常由多节机械臂构成，多节机械臂通过水平铰接轴顺序铰接相连，相邻的节臂之间通过液压油缸进行驱动，以使相邻节臂之间的角度产生预定的变化，使臂架末端的位置发生改变，从而将物料或作业人员输送到预定位置。
而在输送物料或作业人员的过程中，臂架展开时的自重及外力构成较大的弯矩，会导致臂架产生变形，从而影响臂架末端点的精确定位。
因此，如何提高多关节机械臂变形量的测量精度，实现其末端位置更精确的定位和控制，成为工程技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种臂架形变补偿方法、补偿控制系统及工程机械设备，以便于实现臂架形变量的精确测量，更加准确的对臂架形变量进行补偿，从而实现臂架作业的精准控制。
为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种臂架形变补偿方法，应用于补偿控制系统中的控制器，所述补偿控制系统包括：臂架及控制器，所述臂架的每节机械臂上安装多个距离传感器和多个角度传感器，各距离传感器分别位于所在机械臂的一个臂架段，且从所在机械臂的首端至末端均匀排布，各角度传感器与各距离传感器一一对应，且与对应的距离传感器之间的距离满足预设条件；所述方法包括：
在所述臂架展开后的初始状态下获取由各节机械臂上的多个距离传感器检测的各节机械臂对应的多个第一长度信息，并在所述臂架展开后的形变状态下获取由各节机械臂上的多个距离传感器检测的各节机械臂对应的多个第二长度信息以及多个角度传感器检测的各节机械臂对应的多个第二角度信息；
根据所述多个第一长度信息、所述多个第二长度信息以及所述多个第二角度信息，确定各节机械臂对应的多个第一角度信息，各所述第一角度信息用于指示在所述臂架展开后的初始状态下各角度传感器所在的臂架段与参考平面的夹角；
根据各节机械臂对应的多个第一长度信息和多个第一角度信息，确定各节机械臂形变前的末端位置信息；
根据各节机械臂对应的多个第二长度信息和多个第二角度信息，确定各节机械臂形变后的末端位置信息；
根据各节机械臂形变前的末端位置信息以及各节机械臂形变后的末端位置信息，确定所述臂架的形变信息，并根据所述臂架的形变信息对所述臂架进行形变补偿。
可选地，所述根据所述多个第一长度信息、所述多个第二长度信息以及所述多个第二角度信息，确定各节机械臂对应的多个第一角度信息，包括：
根据各节机械臂的各臂架段对应的第一长度信息、第二长度信息和第二角度信息，分别确定各臂架段的第一角度信息；
将各臂架段的第一角度信息组合得到各节机械臂对应的多个第一角度信息。
可选地，所述根据各节机械臂的各臂架段对应的第一长度信息、第二长度信息和第二角度信息，分别确定各臂架段的第一角度信息，包括：
根据各臂架段对应的第一长度信息以及第二长度信息的比值，得到各臂架段对应的形变前后的角度变化信息；
根据所述第二角度信息以及所述角度变化信息，确定各臂架段的第一角度信息。
可选地，所述根据各节机械臂对应的多个第一长度信息和多个第一角度信息，确定各节机械臂形变前的末端位置信息，包括：
根据各节机械臂的各臂架段对应的第一长度信息与第一角度信息，确定各臂架段的末端位置信息；
根据各臂架段的末端位置信息，确定各节机械臂形变前的末端位置信息。
可选地，所述根据各臂架段的末端位置信息，确定各节机械臂形变前的末端位置信息，包括：
将各臂架段的末端位置信息相加，得到各节机械臂形变前的末端位置信息。
可选地，所述根据各节机械臂形变前的末端位置信息以及各节机械臂形变后的末端位置信息，确定所述臂架的形变信息，并根据所述臂架的形变信息对所述臂架进行形变补偿，包括：
根据各节机械臂形变前的末端位置信息，确定所述臂架形变前的末端位置信息；
根据各节机械臂形变后的末端位置信息，确定所述臂架形变后的末端位置信息；
根据所述臂架形变前的末端位置信息以及所述臂架形变后的末端位置信息，确定所述臂架的形变信息；
根据所述臂架的形变信息以及所述臂架形变前的末端位置信息，确定所述臂架形变后的实际末端位置信息；
根据所述臂架形变后的实际末端位置信息、以及所述臂架末端的期望位置信息，进行闭环控制，对所述臂架进行形变补偿。
可选地，所述根据所述臂架形变后的实际末端位置信息、以及所述臂架末端的期望位置信息，进行闭环控制，对所述臂架进行形变补偿，包括：
根据所述臂架形变后的实际末端位置信息与所述臂架末端的期望位置信息的偏差，调整臂架运动控制参数；
根据所述臂架运动控制参数，控制所述臂架末端运行，并接收反馈的臂架末端的新的实际位置信息；
根据所述臂架末端的新的实际位置信息与所述臂架末端的期望位置信息的偏差，调整臂架运动控制参数，直至所述臂架末端的新的实际位置信息与所述臂架末端的期望位置信息的偏差满足预设阈值则停止对臂架运动控制参数的调整。
第二方面，本申请实施例还提供了一种补偿控制系统，包括：臂架及控制器，所述臂架上的距离传感器和角度传感器分别与所述控制器电连接；
所述臂架的每节机械臂上安装多个距离传感器和多个角度传感器，各距离传感器分别位于所在机械臂的一个臂架段，且从所在机械臂的首端至末端均匀排布，各角度传感器与各距离传感器一一对应，且与对应的距离传感器之间的距离满足预设条件；
在所述臂架运行时，所述臂架中各节机械臂上的距离传感器以及角度传感器检测所述各节机械臂的第一长度信息、第二长度信息以及第二角度信息；
所述控制器用于执行上述第一方面所述的臂架形变补偿方法。
可选地，所述系统还包括：输入设备及接收器，所述输入设备通过所述接收器与所述控制器电连接；
所述输入设备用于响应输入操作，获取所述臂架末端的期望位置信息并发送至所述接收器；
所述控制器通过所述接收器接收所述臂架末端的期望位置信息。
可选地，所述系统还包括：电磁多路阀和臂架油缸，所述电磁多路阀分别和所述控制器以及所述臂架油缸电连接；
所述控制器根据调整后的臂架运动控制参数，控制所述电磁多路阀、以及所述臂架油缸运动以驱动所述臂架运动。
第三方面，本申请实施例提供了一种工程机械设备，包括：设备本体以及上述第二方面所述的补偿控制系统，所述补偿控制系统通过回转机构安装在所述设备本体上。
第四方面，本申请实施例提供了一种控制器，包括：处理器、存储介质和总线，存储介质存储有处理器可执行的机器可读指令，当控制器运行时，处理器与存储介质之间通过总线通信，处理器执行机器可读指令，以执行时执行如第一方面中提供的方法的步骤。
第五方面，本申请实施例提供了一种存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如第一方面提供的方法的步骤。
本申请的有益效果是：
本申请提供一种臂架形变补偿方法、补偿控制系统及工程机械设备，该方法可包括：在臂架展开后的初始状态下获取由各节机械臂上的多个距离传感器采集的各节机械臂对应的多个第一长度信息，并在臂架展开后的形变状态下获取由各节机械臂上的多个距离传感器采集的各节机械臂对应的多个第二长度信息以及多个角度传感器采集的各节机械臂对应的多个第二角度信息；根据多个第一长度信息、多个第二长度信息以及多个第二角度信息，确定各节机械臂对应的多个第一角度信息；根据各节机械臂对应的多个第一长度信息和多个第一角度信息，确定各节机械臂形变前的末端位置信息；根据各节机械臂对应的多个第二长度信息和多个第二角度信息，确定各节机械臂形变后的末端位置信息；根据各节机械臂形变前的末端位置信息以及各节机械臂形变后的末端位置信息，确定臂架的形变信息，并根据臂架的形变信息对臂架进行形变补偿。本方法通过在臂架的各节机械臂上均安装多个距离传感器和多个角度传感器，通过多个距离传感器检测的各节机械臂上各臂架段的长度信息和多个角度传感器检测的各节机械臂上各臂架段的角度信息，计算各节机械臂形变前后的末端位置信息，针对一节机械臂，利用检测的各臂架段的长度和角度信息，计算机械臂的形变信息，由于各臂架段的长度为线段长度，基于各臂架段的线段长度逼近机械臂形变后的曲线长度，使得确定的各节机械臂的形变信息准确度更高，而基于各节机械臂的形变信息组合得到臂架的形变信息，对于同一精度的N个距离传感器和N个角度传感器，其组合测量的臂架变形量所带来的误差，只相当于利用一个角度传感器和一个距离传感器进行测量时的误差的1/N，误差率显著降低，从而有效地提高了臂架形变信息的计算精度，基于臂架形变信息的精准计算，则实现了臂架末端位置的精确定位和控制。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种补偿控制系统的架构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种一节机械臂上传感器分布示意图；
图3为本申请实施例提供的一种臂架形变补偿方法的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的另一种臂架形变补偿方法的流程示意；
图5为本申请实施例提供的又一种臂架形变补偿方法的流程示意；
图6为本申请实施例提供的一种臂架形变示意图；
图7为本申请实施例提供的另一种臂架形变补偿方法的流程示意；
图8为本申请实施例提供的又一种臂架形变补偿方法的流程示意；
图9为本申请实施例提供的另一种臂架形变示意图；
图10为本申请实施例提供的另一种臂架形变补偿方法的流程示意；
图11为本申请实施例提供的另一种补偿控制系统的架构示意图；
图12为本申请实施例提供的一种控制器的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，本申请中附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本申请的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本申请中使用的流程图示出了根据本申请的一些实施例实现的操作。应该理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本申请内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。
另外，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请实施例中将会用到术语“包括”，用于指出其后所声明的特征的存在，但并不排除增加其它的特征。
图1为本申请实施例提供的一种补偿控制系统的架构示意图，如图1所示，该补偿控制系统可包括臂架及控制器，臂架可包括多节机械臂，最小端节机械臂的大头端与汽车底盘通过一个竖向轴铰接相连，该节机械臂称为一臂；其它节机械臂的大头端通过水平铰接轴铰接。这样，多节机械臂通过水平铰接轴顺序铰接相连，最末端的机械臂称为末节臂，其外端称为机械臂末端；相邻的机械臂之间通过液压油缸进行驱动，以使相邻机械臂之间的角度产生预定的变化，使臂架末端的位置发生改变，将物料或人员输送到预定位置。
本申请所提供的补偿控制系臂架的每节机械臂上安装多个距离传感器和多个角度传感器，控制器可包括臂架运动控制单元和臂架形变补偿单元，在臂架运动的过程中，通过臂架上每节机械臂上所安装的距离传感器和角度传感器可检测臂架形变前后各节机械臂的长度信息和角度信息，控制器中的臂架形变补偿单元可根据所检测的各节机械臂的长度信息和角度信息进行处理计算，得到臂架末端的形变量，进而得到形变补偿后臂架末端的实际位置。
补偿控制系统还可包括输入设备和接收器，输入设备可以是遥控器，控制器中的臂架运动控制单元可通过接收器接收用户通过输入设备所输入的臂架末端的期望位置，从而基于形变补偿后臂架末端的实际位置以及输入的臂架末端的期望位置进行闭环控制，对臂架形变进行补偿。
另外，补偿控制系统还可包括电磁多路阀和臂架油缸，臂架运动控制单元基于闭环控制，不断调整臂架运动控制参数，从而基于运动控制参数控制电磁多路阀的阀门开度，液压油驱动臂架油缸，从而使臂架末端到达其所期望的位置。
图2为本申请实施例提供的一种一节机械臂上传感器分布示意图；如图2所示，图中仅示例性的以臂架中任一节机械臂上安装有2个距离传感器和2个角度传感器为例对传感器的分布方式进行展示，实际应用中，一节机械臂上可以安装多个距离传感器和多个角度传感器。
如图2所示，机械臂上各距离传感器分别位于机械臂的一个臂架段，需要解释的是，这里的臂架段指代的是机械臂上的一个距离段，其中，各臂架段是根据机械臂的总长度均匀划分的，机械臂上的多个距离传感器的安装位置处于臂架截面的中心轴线上，距离传感器1对应设置在机械臂的臂架段1上，距离传感器2对应设置在机械臂的臂架段2上，从而各距离传感器从机械臂的首端至末端均匀排布。可选地，如图所示，以距离传感器1为例，距离传感器1可包括检测端和拉线端，检测端与臂架段1的一端固定，拉线端与靠近下一臂架段2的固定端5连接。
而各角度传感器与各距离传感器一一对应设置，角度传感器1对应设置在距离传感器1的预设距离处，角度传感器2对应设置在距离传感器2的预设距离处。
各臂架段上所对应安装的距离传感器和角度传感器分别用于检测臂架段的长度信息和角度信息。
本申请的臂架形变补偿方法可应用于上述图1所示的补偿控制系统中，且本方法可由补偿控制系统中的控制器执行。图3为本申请实施例提供的一种臂架形变补偿方法的流程示意图。可选地，如图3所示，本申请的方法可包括：
S301、在臂架展开后的初始状态下获取由各节机械臂上的多个距离传感器采集的各节机械臂对应的多个第一长度信息，并在臂架展开后的形变状态下获取由各节机械臂上的多个距离传感器采集的各节机械臂对应的多个第二长度信息以及多个角度传感器采集的各节机械臂对应的多个第二角度信息。
需要说明的是，臂架展开后的初始状态可以表征臂架未发生形变的状态，臂架在刚展开时，其不受外力的影响且其自重未对其产生较大的影响，可认为臂架在刚展开后的初始状态下未产生形变。
在臂架展开后的初始状态下，可通过臂架上各节机械臂上所安装的多个距离传感器检测各节机械臂对应的多个第一长度信息，一个距离传感器对应检测一个第一长度信息。其中，多个第一长度信息可以表示臂架形变前各节机械臂对应的多个长度信息。
而臂架展开后的形变状态下可以表征臂架发生形变的状态，在臂架展开一段时间后，由于臂架自重及外力的影响，臂架会产生一定的形变。
在臂架展开后的形变状态下，同样可通过臂架上各节机械臂上所安装的多个距离传感器检测各节机械臂对应的多个第二长度信息，一个距离传感器对应检测一个第二长度信息，同时，还可通过臂架上各节机械臂上所安装的多个角度传感器检测各节机械臂对应的多个第二角度信息，一个角度传感器对应检测一个第二角度信息。其中，多个第二长度信息可以表示臂架形变后各节机械臂对应的多个长度信息，多个第二角度信息可以表示臂架形变后各节机械臂对应的多个角度信息。
这里，臂架展开后的初始状态下的各节机械臂对应的多个第一角度信息是无法通过角度传感器检测到的。由于臂架从初始状态至形变状态运动的过程中，臂架的角度发生了变化，那么，通过角度传感器则可检测到所产生的角度信息，而在臂架初始状态下，臂架的角度保持不变，那么，通过角度传感器则检测不到角度信息。
S302、根据多个第一长度信息、多个第二长度信息以及多个第二角度信息，确定各节机械臂对应的多个第一角度信息，各第一角度信息用于指示在臂架展开后的初始状态下各角度传感器所在的臂架段与参考平面的夹角。
在一些实施例中，可根据上述所获取多个第一长度信息、多个第二长度信息以及多个第二角度信息，计算得到各节机械臂对应的多个第一角度信息。这里的多个第一角度信息可以指臂架形变前各节机械臂对应的多个角度信息。
需要说明的是，上述的第一长度信息和第二长度信息均用于表征臂架段的参考长度信息，第一角度信息和第二角度信息均用于表征臂架段与参考平面的夹角。
S303、根据各节机械臂对应的多个第一长度信息和多个第一角度信息，确定各节机械臂形变前的末端位置信息。
可选地，基于各节机械臂对应的多个第一长度信息和多个第一角度信息，可以计算得到各节机械臂形变前的末端位置信息，一节机械臂的末端也即该节机械臂与下节机械臂铰接的一端。
S304、根据各节机械臂对应的多个第二长度信息和多个第二角度信息，确定各节机械臂形变后的末端位置信息。
可选地，基于各节机械臂对应的多个第二长度信息和多个第二角度信息，可以计算得到各节机械臂形变后的末端位置信息，这里的位置信息均指的是末端位置的坐标。
本实施例中，针对任一节机械臂，通过在机械臂上安装多个距离传感器和角度传感器，通过测量一节机械臂上各臂架段的长度，利用多条线段(多条臂架段的长度)逼近变形曲线(形变后的机械臂的形状)的原理，以提高臂架形变量的测量准确性。
S305、根据各节机械臂形变前的末端位置信息以及各节机械臂形变后的末端位置信息，确定臂架的形变信息，并根据臂架的形变信息对臂架进行形变补偿。
在一些实施例中，基于各节机械臂形变前的末端位置信息可确定出形变前臂架的末端位置信息，基于各节机械臂形变后的末端位置信息可确定出形变后臂架的末端位置信息，从而可确定臂架的形变信息。
通过各节机械臂形变量的计算，按照误差累计的方式，可确定由各节机械臂所构成的臂架的形变量，对于同一精度的N个距离传感器和N个角度传感器，其组合测量的臂架变形量所带来的误差，只相当于利用一个角度传感器和一个距离传感器进行测量时的误差的1/N。
可选地，基于所确定的臂架的形变信息，可以对臂架进行形变补偿，确定形变补偿后臂架的末端位置信息，从而进一步地对臂架运动进行规划，使得臂架末端运行至所期望的位置。
综上，本实施例提供的臂架形变补偿方法，包括：在臂架展开后的初始状态下获取由各节机械臂上的多个距离传感器采集的各节机械臂对应的多个第一长度信息，并在臂架展开后的形变状态下获取由各节机械臂上的多个距离传感器采集的各节机械臂对应的多个第二长度信息以及多个角度传感器采集的各节机械臂对应的多个第二角度信息；根据多个第一长度信息、多个第二长度信息以及多个第二角度信息，确定各节机械臂对应的多个第一角度信息；根据各节机械臂对应的多个第一长度信息和多个第一角度信息，确定各节机械臂形变前的末端位置信息；根据各节机械臂对应的多个第二长度信息和多个第二角度信息，确定各节机械臂形变后的末端位置信息；根据各节机械臂形变前的末端位置信息以及各节机械臂形变后的末端位置信息，确定臂架的形变信息，并根据臂架的形变信息对臂架进行形变补偿。本方法通过在臂架的各节机械臂上均安装多个距离传感器和多个角度传感器，通过多个距离传感器检测的各节机械臂上各臂架段的长度信息和多个角度传感器检测的各节机械臂上各臂架段的角度信息，计算各节机械臂形变前后的末端位置信息，针对一节机械臂，利用检测的各臂架段的长度和角度信息，计算机械臂的形变信息，由于各臂架段的长度为线段长度，基于各臂架段的线段长度逼近机械臂形变后的曲线长度，使得确定的各节机械臂的形变信息准确度更高，而基于各节机械臂的形变信息组合得到臂架的形变信息，对于同一精度的N个距离传感器和N个角度传感器，其组合测量的臂架变形量所带来的误差，只相当于利用一个角度传感器和一个距离传感器进行测量时的误差的1/N，误差率显著降低，从而有效地提高了臂架形变信息的计算精度，基于臂架形变信息的精准计算，则实现了臂架末端位置的精确定位和控制。
图4为本申请实施例提供的另一种臂架形变补偿方法的流程示意。可选地，步骤S302中，根据多个第一长度信息、多个第二长度信息以及多个第二角度信息，确定各节机械臂对应的多个第一角度信息，可以包括：
S401、根据各节机械臂的各臂架段对应的第一长度信息、第二长度信息和第二角度信息，分别确定各臂架段的第一角度信息。
在一种可实现的方式中，针对各节机械臂形变前的第一角度信息的计算，可根据各节机械臂形变前各臂架段对应的第一长度信息、以及各节机械臂形变后各臂架段对应的第二长度信息和第二角度信息来计算。
S402、将各臂架段的第一角度信息组合得到各节机械臂对应的多个第一角度信息。
可选地，将各臂架段的第一角度信息组合得到各节机械臂对应的多个第一角度信息，也可以理解为各节机械臂对应的多个第一角度信息包括各臂架段的第一角度信息。
本实施例中仅以一节机械臂的计算为例进行说明，对于任意一节机械臂其计算方式是相同的，可参考所举例的一节机械臂的计算进行处理。
图5为本申请实施例提供的又一种臂架形变补偿方法的流程示意。可选地，步骤S401中，根据各节机械臂的各臂架段对应的第一长度信息、第二长度信息和第二角度信息，分别确定各臂架段的第一角度信息，可以包括：
S501、根据各臂架段对应的第一长度信息以及第二长度信息的比值，得到各臂架段对应的形变前后的角度变化信息。
图6为本申请实施例提供的一种臂架形变示意图。图6以单节臂架为例，也即臂架仅包括一节机械臂，假设该节机械臂上安装有2个距离传感器和2个角度传感器。
图6中，图中线段OA表示形变前机械臂的形状，A点则表示形变前(也即无形变时)臂架末端的位置(xA，yA)，OA1表示形变前机械臂上第一臂架段的长度，也即机械臂上第一臂架段的第一长度信息，假设为L1，A1A表示形变前机械臂上第二臂架段的长度，也即机械臂上第二臂架段的第一长度信息，假设为L2，图中加粗曲线(也即曲线OA′)表示的为形变后机械臂的形状，A′表示形变后臂架末端的位置(xAp,yAp)，OA′1表示形变后机械臂上第一臂架段的长度，通过距离传感器可检测OA′1的直线长度以表征形变后机械臂上第一臂架段的长度，也即机械臂上第一臂架段的第二长度信息，假设为L1x，A′1A′表示形变后机械臂上第二臂架段的长度，通过距离传感器可检测A′1A′的直线长度以表征形变后机械臂上第二臂架段的长度，也即机械臂上第二臂架段的第二长度信息，假设为L2x。
假设参考平面OX平面，也即水平面，而形变后机械臂的第一臂架段的第二角度信息，也即形变后机械臂的第一臂架段与OX平面的夹角信息，也即形变后第一臂架段的切线OA″1与OX的夹角，假设为α1x，形变后机械臂的第二臂架段的第二角度信息，也即形变后机械臂的第二臂架段与OX平面的夹角信息，也即形变后第一臂架段的切线OA′12与OX的夹角，假设为α2x。
而形变前机械臂的第一臂架段的第一角度信息，也即形变前机械臂的第一臂架段与OX平面的夹角信息，也即OA1与OX的夹角，假设为α1，形变前机械臂的第二臂架段的第一角度信息，也即形变前机械臂的第二臂架段与OX平面的夹角信息，也即A1A与OX的夹角，假设为α2。
S502、根据第二角度信息以及角度变化信息，确定各臂架段的第一角度信息。
可选地，基于上述的举例，针对臂架仅包括一节机械臂，该节机械臂上安装有2个距离传感器和2个角度传感器，该节机械臂的各臂架段的第一角度信息可采用如下公式计算得到：
Figure BDA0003614436640000131
Figure BDA0003614436640000132
也即，机械臂中第一臂架段的第一角度信息为α1，机械臂中第二臂架段的第一角度信息为α2
同理，针对臂架包括m节机械臂，每节机械臂上安装N个距离传感器和N个角度传感器的情况，假设各臂架段对应的第一长度信息分别为L1、L2、…、Lm、…、Lm×N，各臂架段对应的第二长度信息分别为L1x、L2x、…、Lmx、…、L(m×N)x，各臂架段对应的第二角度信息分别为α1x、α2x、…、αmx、…、α(m×N)x，那么，各臂架段对应的第一角度信息α1、α2、…、αm、…、αm×N可采用如下公式计算得到
Figure BDA0003614436640000133
图7为本申请实施例提供的另一种臂架形变补偿方法的流程示意。可选地，步骤S303中，根据各节机械臂对应的多个第一长度信息和多个第一角度信息，确定各节机械臂形变前的末端位置信息，可以包括：
S701、根据各节机械臂的各臂架段对应的第一长度信息与第一角度信息，确定各臂架段的末端位置信息。
继续基于上述的举例，假设一节机械臂的各臂架段对应的第一长度信息分别为L1、L2，各臂架段对应的第一角度信息分别为α1、α2，那么，各臂架段的末端位置信息包括：第一臂架段的末端位置信息为L1×cosα1，第二臂架段的末端位置信息为L2×cosα2。
S702、根据各臂架段的末端位置信息，确定各节机械臂形变前的末端位置信息。
可选地，基于上述所计算得到的一节机械臂中各臂架段的末端位置信息，由于各臂架段的长度依次相接得到机械臂的长度，那么，则可将各节机械臂中各臂架段的末端位置信息相加，得到各节机械臂形变前的末端位置信息。
可选地，步骤S702中，根据各臂架段的末端位置信息，确定各节机械臂形变前的末端位置信息，可以包括：将各臂架段的末端位置信息相加，得到各节机械臂形变前的末端位置信息。
在一些实施例中，基于步骤S701中的举例，该节机械臂形变前的末端位置信息X前＝L1×cosα1+L2×cosα2；Y前＝L1×sinα1+L2×sinα2。
同理，针对臂架包括m节机械臂，每节机械臂上安装N个距离传感器和N个角度传感器的情况，则各节机械臂形变前的末端位置信息(X1,前,Y1,前)、(X2,前,Y2,前)、…、(Xm,前,Ym,前)则采用如下公式计算得到：
Figure BDA0003614436640000141
上述结合具体举例，对各节机械臂形变前的末端位置信息的计算进行详细说明，而针对各节机械臂形变后的末端位置信息的计算，与形变前的计算方式是相同的，此处不再详细列举。
可知，各节机械臂形变后的末端位置信息(X1,后,Y1,后)、(X2,后,Y2,后)、…、(Xm,后,Ym,后)可采用如下公式计算得到：
Figure BDA0003614436640000151
图8为本申请实施例提供的又一种臂架形变补偿方法的流程示意。可选地，步骤S305中，根据各节机械臂形变前的末端位置信息以及各节机械臂形变后的末端位置信息，确定臂架的形变信息，并根据臂架的形变信息对臂架进行形变补偿，可以包括：
S801、根据各节机械臂形变前的末端位置信息，确定臂架形变前的末端位置信息。
可选地，基于上述所得到的各节机械臂形变前的末端位置信息(X1,前,Y1,前)、(X2,前,Y2,前)、…、(Xm,前,Ym,前)，可计算得到臂架形变前的末端位置信息：
Figure BDA0003614436640000152
S802、根据各节机械臂形变后的末端位置信息，确定臂架形变后的末端位置信息。
可选地，基于上述所得到的各节机械臂形变后的末端位置信息(X1,后,Y1,后)、(X2,后,Y2,后)、…、(Xm,后,Ym,后)，可计算得到臂架形变后的末端位置信息：
Figure BDA0003614436640000161
S803、根据臂架形变前的末端位置信息以及臂架形变后的末端位置信息，确定臂架的形变信息。
可选地，基于上述计算得到的臂架形变前的末端位置信息以及臂架形变后的末端位置信息，可计算得到臂架的形变信息ΔX、ΔY为：
Figure BDA0003614436640000162
S804、根据臂架的形变信息以及臂架形变前的末端位置信息，确定臂架形变后的实际末端位置信息。
在一种可实现的方式中，臂架形变后的实际末端位置(形变补偿后的臂架末端位置)可以是在臂架形变前的末端位置(形变补偿前臂架的末端位置)的基础上减去上述得到的臂架的形变信息。
S805、根据臂架形变后的实际末端位置信息、以及臂架末端的期望位置信息，进行闭环控制，对臂架进行形变补偿。
本实施例中，基于所得到的臂架形变后的实际末端位置信息、以及接收到的臂架末端的期望位置信息，进行闭环控制，以对臂架运动进行规划，进行臂架形变补偿，从而使得形变补偿后的臂架末端可运行至所期望的位置。
图9为本申请实施例提供的另一种臂架形变示意图。区别于图6中的单节臂的臂架，图9中以五节臂的臂架为例，其中，各节机械臂上仍旧以安装2个距离传感器和2个角度传感器为例。如图9所示，假设各节机械臂上的角度传感器测量的第二角度信息分别为α1x、α2x、α3x、α4x、α5x、α6x、α7x、α8x、α9x、α10x，各节机械臂上的距离传感器测量的第一长度信息分别为L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10，各节机械臂上的距离传感器测量的第二长度信息分别L1x、L2x、L3x、L4x、L5x、L6x、L7x、L8x、L9x、L10x。则可计算得到形变前臂架的末端位置信息为：
Figure BDA0003614436640000171
形变后臂架的末端位置信息为：
Figure BDA0003614436640000172
其中，
α1＝α1x+arccos(L1/L1x)；α2＝α2x+arccos(L2/L2x)；
α3＝α3x+arccos(L3/L3x)；α4＝α4x+arccos(L4/L4x)；
α5＝α5x+arccos(L5/L5x)；α6＝α6x+arccos(L6/L6x)；
α7＝α7x+arccos(L7/L7x)；α8＝α8x+arccos(L8/L8x)；
α9＝α9x+arccos(L9/L9x)；α10＝α10x+arccos(L10/L10x)
则臂架的形变信息
Figure BDA0003614436640000173
图10为本申请实施例提供的另一种臂架形变补偿方法的流程示意。可选地，步骤S805中，根据臂架形变后的实际末端位置信息、以及臂架末端的期望位置信息，进行闭环控制，对臂架进行形变补偿，可以包括：
S110、根据臂架形变后的实际末端位置信息与臂架末端的期望位置信息的偏差，调整臂架运动控制参数。
闭环控制是指控制论的一个基本概念。指作为被控的输出量以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的一种控制关系。带有反馈信息的系统控制方式。在本实施例中，这里被控的输出量则指上述的臂架形变后的实际末端位置。
可选地，计算臂架形变后的实际末端位置信息与臂架末端的期望位置信息的偏差，对当前臂架运动控制参数进行调整。
S111、根据臂架运动控制参数，控制臂架末端运行，并接收反馈的臂架末端的新的实际位置信息。
而基于调整后得到的运动控制参数，可控制臂架按照调整后的运动控制参数运行，当臂架运行结束后，可获取到所反馈的臂架末端的新的实际位置信息。
S112、根据臂架末端的新的实际位置信息与臂架末端的期望位置信息的偏差，调整臂架运动控制参数，直至臂架末端的新的实际位置信息与臂架末端的期望位置信息的偏差满足预设阈值则停止对臂架运动控制参数的调整。
循环执行步骤S110-S111，直至接收的反馈的臂架末端的新的实际位置信息与臂架末端的期望位置信息的偏差满足预设阈值，也即满足偏差阈值，则停止调整臂架运动控制参数，闭环控制结束。这里的偏差阈值可以是预先设定的。
综上，本实施例提供的臂架形变补偿方法，包括：在臂架展开后的初始状态下获取由各节机械臂上的多个距离传感器采集的各节机械臂对应的多个第一长度信息，并在臂架展开后的形变状态下获取由各节机械臂上的多个距离传感器采集的各节机械臂对应的多个第二长度信息以及多个角度传感器采集的各节机械臂对应的多个第二角度信息；根据多个第一长度信息、多个第二长度信息以及多个第二角度信息，确定各节机械臂对应的多个第一角度信息；根据各节机械臂对应的多个第一长度信息和多个第一角度信息，确定各节机械臂形变前的末端位置信息；根据各节机械臂对应的多个第二长度信息和多个第二角度信息，确定各节机械臂形变后的末端位置信息；根据各节机械臂形变前的末端位置信息以及各节机械臂形变后的末端位置信息，确定臂架的形变信息，并根据臂架的形变信息对臂架进行形变补偿。本方法通过在臂架的各节机械臂上均安装多个距离传感器和多个角度传感器，通过多个距离传感器检测的各节机械臂上各臂架段的长度信息和多个角度传感器检测的各节机械臂上各臂架段的角度信息，计算各节机械臂形变前后的末端位置信息，针对一节机械臂，利用检测的各臂架段的长度和角度信息，计算机械臂的形变信息，由于各臂架段的长度为线段长度，基于各臂架段的线段长度逼近机械臂形变后的曲线长度，使得确定的各节机械臂的形变信息准确度更高，而基于各节机械臂的形变信息组合得到臂架的形变信息，对于同一精度的N个距离传感器和N个角度传感器，其组合测量的臂架变形量所带来的误差，只相当于利用一个角度传感器和一个距离传感器进行测量时的误差的1/N，误差率显著降低，从而有效地提高了臂架形变信息的计算精度，基于臂架形变信息的精准计算，则实现了臂架末端位置的精确定位和控制。
如下将对本申请所提供的补偿控制系统进行说明。在一种可实现的方式中，本申请所提供的补偿控制系统可如图1中所示出的，包括：臂架及控制器，控制器可包括臂架运动控制单元和臂架形变补偿单元。
其中臂架形变补偿单元可接收通过距离传感器和角度传感器所检测的形变前后各机械臂上各臂架段所对应的第一长度信息、第二长度信息和第二角度信息，并进行臂架形变信息的计算，进而计算得到臂架形变后的末端实际位置信息(形变补偿后臂架的末端实际位置)。
可选地，补偿控制系统还可包括：输入设备及接收器，这里的输入设备可以是遥控器，输入设备用于响应输入操作，获取臂架末端的期望位置信息并发送至接收器；臂架运动控制单元通过接收器接收臂架末端的期望位置信息。其中，可以是作业人员通过输入设备按键输入臂架末端的期望位置信息。
可选地，补偿控制系统还可包括：电磁多路阀和臂架油缸，电磁多路阀分别和控制器中的臂架运动控制单元以及臂架油缸电连接；
在一些实施例中，臂架运动控制单元可根据所接收的臂架末端的期望位置信息、以及臂架形变补偿单元计算得到的臂架形变后的末端实际位置信息，进行闭环控制。
可选地，臂架运动控制单元可根据臂架末端的期望位置信息、以及臂架形变后的末端实际位置，计算偏差信息，从而根据偏差信息对臂架运动控制参数进行调整，基于调整后的臂架运动控制参数，控制电磁多路阀的阀门开度，液压油驱动臂架油缸从而使臂架末端运行至所期望的位置。
图11为本申请实施例提供的另一种补偿控制系统的架构示意图，在图1所示的系统中，用于执行臂架形变信息计算及闭环控制的两个功能单元是集成在一个控制器中的。而本实施例中，用于执行臂架形变信息计算及闭环控制的两个功能单元是独立存在的，其中，臂架形变补偿器用于执行臂架形变信息计算，臂架运动控制器用于执行闭环控制。
如图11所示，该补偿控制系统还可包括信号采集卡及处理器，各距离传感器的一端用支架固定装在臂架上，另一端接可接信号采集卡，将检测的模拟信号输入到信号采集卡中，经处理器处理后得到的数字信号通过CAN总线输入到臂架形变补偿器中。各角度传感器的两端通过CAN总线依次相连，将检测的模拟信号通过CAN总线输入到臂架形变补偿器中，臂架形变补偿器则根据所接收到的各长度信息和角度信息执行本申请的臂架形变补偿方法，计算得到臂架形变后的末端实际位置，并将其发送至臂架运动控制器。
臂架运动控制器接收通过遥控器输入的臂架末端的期望位置信息，根据臂架末端的期望位置信息以及臂架形变后的末端实际位置执行闭环控制。
可选地，本申请还提供一种工程机械设备，该工程机械设备可包括设备本体以及上述的补偿控制系统，补偿控制系统通过回转机构安装在设备本体上。
可选地，工程机械设备可以包括：泵车、布料杆、高空作业车、起重机或其它工程机械设备。在一些实施例中，包括该补偿控制系统的工程机械设备在使用中具有与补偿控制系统相同的技术效果。
图12为本申请实施例提供的一种控制器的结构示意图，该控制器可以集成于终端设备或者终端设备的芯片，该终端可以是具备数据处理功能的计算设备。
该控制器可以包括：处理器801、存储器802。
存储器802用于存储程序，处理器801调用存储器802存储的程序，以执行上述方法实施例。具体实现方式和技术效果类似，这里不再赘述。
其中，存储器802存储有程序代码，当程序代码被处理器801执行时，使得处理器801执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本申请各种示例性实施方式的臂架形变补偿方法中的各种步骤。
处理器801可以是通用处理器，例如中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件，可以实现或者执行本申请实施例中公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
存储器802作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。存储器可以包括至少一种类型的存储介质，例如可以包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器、随机访问存储器(Random Access Memory,RAM)、静态随机访问存储器(Static Random Access Memory,SRAM)、可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory,PROM)、只读存储器(Read Only Memory,ROM)、带电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory,EEPROM)、磁性存储器、磁盘、光盘等等。存储器是能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。本申请实施例中的存储器802还可以是电路或者其它任意能够实现存储功能的装置，用于存储程序指令和/或数据。
可选地，本申请还提供一种程序产品，例如计算机可读存储介质，包括程序，该程序在被处理器执行时用于执行上述方法实施例。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(英文：Processor)执行本申请各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (11)

1.一种臂架形变补偿方法，其特征在于，应用于补偿控制系统中的控制器，所述补偿控制系统包括：臂架及控制器，所述臂架的每节机械臂上安装多个距离传感器和多个角度传感器，各距离传感器分别位于所在机械臂的一个臂架段，且从所在机械臂的首端至末端均匀排布，各角度传感器与各距离传感器一一对应，且与对应的距离传感器之间的距离满足预设条件；所述方法包括：
在所述臂架展开后的初始状态下获取由各节机械臂上的多个距离传感器检测的各节机械臂对应的多个第一长度信息，并在所述臂架展开后的形变状态下获取由各节机械臂上的多个距离传感器检测的各节机械臂对应的多个第二长度信息以及多个角度传感器检测的各节机械臂对应的多个第二角度信息；
根据所述多个第一长度信息、所述多个第二长度信息以及所述多个第二角度信息，确定各节机械臂对应的多个第一角度信息，各所述第一角度信息用于指示在所述臂架展开后的初始状态下各角度传感器所在的臂架段与参考平面的夹角；
根据各节机械臂对应的多个第一长度信息和多个第一角度信息，确定各节机械臂形变前的末端位置信息；
根据各节机械臂对应的多个第二长度信息和多个第二角度信息，确定各节机械臂形变后的末端位置信息；
根据各节机械臂形变前的末端位置信息以及各节机械臂形变后的末端位置信息，确定所述臂架的形变信息，并根据所述臂架的形变信息对所述臂架进行形变补偿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个第一长度信息、所述多个第二长度信息以及所述多个第二角度信息，确定各节机械臂对应的多个第一角度信息，包括：
根据各节机械臂的各臂架段对应的第一长度信息、第二长度信息和第二角度信息，分别确定各臂架段的第一角度信息；
将各臂架段的第一角度信息组合得到各节机械臂对应的多个第一角度信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据各节机械臂的各臂架段对应的第一长度信息、第二长度信息和第二角度信息，分别确定各臂架段的第一角度信息，包括：
根据各臂架段对应的第一长度信息以及第二长度信息的比值，得到各臂架段对应的形变前后的角度变化信息；
根据所述第二角度信息以及所述角度变化信息，确定各臂架段的第一角度信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各节机械臂对应的多个第一长度信息和多个第一角度信息，确定各节机械臂形变前的末端位置信息，包括：
根据各节机械臂的各臂架段对应的第一长度信息与第一角度信息，确定各臂架段的末端位置信息；
根据各臂架段的末端位置信息，确定各节机械臂形变前的末端位置信息。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据各臂架段的末端位置信息，确定各节机械臂形变前的末端位置信息，包括：
将各臂架段的末端位置信息相加，得到各节机械臂形变前的末端位置信息。
6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，所述根据各节机械臂形变前的末端位置信息以及各节机械臂形变后的末端位置信息，确定所述臂架的形变信息，并根据所述臂架的形变信息对所述臂架进行形变补偿，包括：
根据各节机械臂形变前的末端位置信息，确定所述臂架形变前的末端位置信息；
根据各节机械臂形变后的末端位置信息，确定所述臂架形变后的末端位置信息；
根据所述臂架形变前的末端位置信息以及所述臂架形变后的末端位置信息，确定所述臂架的形变信息；
根据所述臂架的形变信息以及所述臂架形变前的末端位置信息，确定所述臂架形变后的实际末端位置信息；
根据所述臂架形变后的实际末端位置信息、以及所述臂架末端的期望位置信息，进行闭环控制，对所述臂架进行形变补偿。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述臂架形变后的实际末端位置信息、以及所述臂架末端的期望位置信息，进行闭环控制，对所述臂架进行形变补偿，包括：
根据所述臂架形变后的实际末端位置信息与所述臂架末端的期望位置信息的偏差，调整臂架运动控制参数；
根据所述臂架运动控制参数，控制所述臂架末端运行，并接收反馈的臂架末端的新的实际位置信息；
根据所述臂架末端的新的实际位置信息与所述臂架末端的期望位置信息的偏差，调整臂架运动控制参数，直至所述臂架末端的新的实际位置信息与所述臂架末端的期望位置信息的偏差满足预设阈值则停止对臂架运动控制参数的调整。
8.一种补偿控制系统，其特征在于，包括：臂架及控制器，所述臂架上的距离传感器和角度传感器分别与所述控制器电连接；
所述臂架的每节机械臂上安装多个距离传感器和多个角度传感器，各距离传感器分别位于所在机械臂的一个臂架段，且从所在机械臂的首端至末端均匀排布，各角度传感器与各距离传感器一一对应，且与对应的距离传感器之间的距离满足预设条件；
在所述臂架运行时，所述臂架中各节机械臂上的距离传感器以及角度传感器检测所述各节机械臂的第一长度信息、第二长度信息以及第二角度信息；
所述控制器用于执行权利要求1-7任一所述的臂架形变补偿方法。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：输入设备及接收器，所述输入设备通过所述接收器与所述控制器电连接；
所述输入设备用于响应输入操作，获取所述臂架末端的期望位置信息并发送至所述接收器；
所述控制器通过所述接收器接收所述臂架末端的期望位置信息。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：电磁多路阀和臂架油缸，所述电磁多路阀分别和所述控制器以及所述臂架油缸电连接；
所述控制器根据调整后的臂架运动控制参数，控制所述电磁多路阀、以及所述臂架油缸运动以驱动所述臂架运动。
11.一种工程机械设备，其特征在于，包括：设备本体以及权利要求8-10任一所述的补偿控制系统，所述补偿控制系统通过回转机构安装在所述设备本体上。
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