CN116237953A - 一种臂架环形轨迹运动控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种臂架环形轨迹运动控制系统及其控制方法，属于臂架运动控制技术领域，包括回转编码器，用于检测回转角度并发送给控制器；倾角传感器，用于检测下臂角度和伸缩臂角度并发送给控制器；长度传感器，用于检测伸缩臂长度并发送给控制器；控制器，用于根据所述回转角度、下壁角度、伸缩臂角度和伸缩臂长度进行逻辑运算，并根据运算结果和预设轨迹驱动液压执行机构，依次带动臂架中的依次连接的大回转、下臂、伸缩臂和小回转，从而控制臂架进行环形轨迹运动，在控制器驱动液压执行机构时采用自动调平技术实现伸缩臂的自动调平；本发明能够实现臂架的环形轨迹运动控制，动作灵活度高，并将其运用在洗消装置中。

Description

一种臂架环形轨迹运动控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种臂架环形轨迹运动控制系统及其控制方法，属于臂架运动控制技术领域。

背景技术

目前，工程机械中臂架机构运动控制系统，动作单一、运动轨迹简单，不需要精确控制；有的控制系统只是简单的单一动作控制，不设有软件控制，动作灵活度差，且无法实现环形轨迹运动，无法应用于需要环形轨迹运动的机械装置中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种臂架环形轨迹运动控制系统及其控制方法，解决现有技术中存在的无法实现环形轨迹运动、应用受限制的问题。

为实现以上目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种臂架环形轨迹运动控制系统，包括：

回转编码器，用于检测回转角度并发送给控制器；

倾角传感器，用于检测下臂角度和伸缩臂角度并发送给控制器；

长度传感器，用于检测伸缩臂长度并发送给控制器；

控制器，用于根据所述回转角度、下壁角度、伸缩臂角度和伸缩臂长度进行逻辑运算，并根据运算结果和预设轨迹驱动液压执行机构，依次带动臂架中的依次连接的大回转、下臂、伸缩臂和小回转，从而控制臂架进行环形轨迹运动，在控制器驱动液压执行机构时采用自动调平技术实现伸缩臂的自动调平。

结合第一方面，进一步的，所述回转角度包括大回转的大回转角度和小回转的小回转角度，所述回转编码器检测回转角度，控制器根据所述回转角度驱动液压执行机构，带动臂架执行回转动作，并确定臂架的回转极限。

结合第一方面，进一步的，所述倾角传感器检测下臂角度和伸缩臂角度，控制器根据所述下臂角度和伸缩臂角度实现臂架的自动展收和自动行走。

结合第一方面，进一步的，所述长度传感器检测伸缩臂的伸缩长度，得到伸缩臂长度，所述控制器根据所述伸缩臂长度驱动液压执行机构带动伸缩臂执行直线行走动作。

结合第一方面，进一步的，所述采用自动调平技术实现伸缩臂的自动调平包括：

当缩臂动作时，控制器驱动液压执行机构带动伸缩臂只做变幅向下运动；

当伸臂洗消时，控制器驱动液压执行机构带动伸缩臂只做变幅向上运动；

在回转过程中，采用慢速PID调节结合前馈预调节实现伸缩臂的自动调平。

结合第一方面，进一步的，控制器控制臂架进行环形轨迹运动时，以大回转角度为控制基准，每一度给定一个大回转速度、伸缩臂伸缩速度和小回转速度，然后根据三角函数关系计算出大回转和小回转在不同角度下、直线运动时的大回转位置、伸缩臂位置和小回转位置，得到各部件的理论位置；根据检测到的伸缩臂长度，计算出实际的伸缩臂长度下的伸缩臂位置和小回转位置，得到各部件的实际位置；以理论位置为基准，计算出实际位置与理论位置的偏差，采用PID调节使所述偏差减小；若所述偏差为负值，修正为以大回转角度为控制基准控制臂架进行环形轨迹运动，实现偏差过程补偿调节。

第二方面，本发明还提供了基于第一方面任一项所述系统的控制方法，包括：

控制下臂和伸缩臂同时展开至预设角度；

控制小回转顺时针旋转预设角度，控制大回转顺时针旋转预设角度；

控制伸缩臂伸出预设长度，到达洗消初始位置；

控制大回转、小回转和伸缩臂按照预设轨迹进行环形轨迹运动，完成洗消作业，最终回到洗消初始位置。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

本发明提供的一种臂架环形轨迹运动控制系统及其控制方法，控制器根据各传感器采集到的回转角度、下壁角度、伸缩臂角度和伸缩臂长度进行逻辑运算，根据运算结果控制臂架上的大回转、下臂、伸缩臂和小回转，实现“大回转回转-伸缩臂伸缩-小回转回转-伸缩臂变幅”四个复合动作的叠加，从而实现臂架环形轨迹运动，动作灵活度高，能够快速有效精确地完成对车辆全方位洗消作业，实现洗消作业所需的直线运动轨迹与精度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种臂架环形轨迹运动控制系统的控制方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的臂架的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的臂架的运动轨迹示意图。

图中：1、大回转；2、下臂；3、伸缩臂；4、小回转；5、底盘；6、运动轨迹；7、小回转中心/洗消初始位置；8、大回转中心。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

臂架机构环形轨迹运动控制系统是通过控制臂架自身机构运动，由液压系统和电气控制系统相结合，实现多自由度复合运动控制，控制四个动作复合走环形轨迹运动，此种技术是国内国际首创，达到国际先进水平。

一种臂架环形轨迹运动控制系统，特别是一种臂架环形轨迹运动控制系统在洗消装置上的应用，在国内国际是首创，达到国际先进水平。

臂架环形轨迹运动控制系统，采用电控制器和CAN总线负载敏感比例多路阀相结合，通过电控系统逻辑程序来控制液压动作，通过控制“大回转回转-伸缩臂伸缩-小回转回转-伸缩臂变幅”四个复合动作执行机构,完成臂架机构的环形轨迹运动，能够完成对车辆全方位洗消作业。在运动过程中应用两项关键技术解决影响直线运行轨迹精度的因素：环形轨迹运动控制技术、自动调平控制技术。

本发明实施例提供了一种臂架环形轨迹运动控制系统，本发明应用在如图2所示的臂架上。

一种臂架环形轨迹运动控制系统，主要由软件和硬件组成，软件程序通过控制器和传感器来控制各个液压执行机构。控制系统硬件有：控制器、回转编码器、倾角传感器、长度传感器；回转编码器包括大回转编码器和小回转编码器，倾角传感器包括下臂倾角传感器和伸缩臂倾角传感器，长度传感器为伸缩臂长度传感器。

控制器，主要用于控制系统逻辑运算，动作元件驱动，检测元件数据采集，数据处理，故障分析、数据通信。

回转编码器，主要用于大小回转角度检测，为回转动作提供角度数值，同时为臂架回转极限提供角度数值。

倾角传感器，主要用于下臂2、伸缩臂3角度检测，为自动展收、自动行走提供各个臂架角度。

长度传感器，主要用于伸缩臂3伸缩长度测量，在臂架环形轨迹运动过程中，为行走动作提供伸缩臂3长度数值，使其能够直线行走。

在控制器中运用环形轨迹运动控制技术，采用的是以大回转1角度为控制基准，每一度给定一个大回转、伸缩臂伸缩、小回转的速度(即电磁比例阀的开口度或者电流值的百分比)。根据三角函数关系，计算出大回转1及小回转4在不同角度下，直线运动时，大回转位置、伸缩臂3位置、小回转4位置。再计算出实际的伸缩臂长度下，伸缩臂3位置，小回转4位置。以理论计算的正确位置为基准，计算出实际位置与理论正确位置的偏差，采用PID调节，使实际位置与理论正确位置的偏差逐渐减小。在程序中，还加入了偏差过程补偿调节，即在空行程直线运动过程中，如果偏差为负值，就修正以大回转1角度为控制基准，每一度给定一个伸缩臂伸缩、小回转的速度(即电磁比例阀的开口度或者电流值的百分比)。

在控制器驱动液压执行机构时采用自动调平技术实现伸缩臂3的自动调平，自动调平控制技术，由于臂架机构在环形轨迹运动过程中，伸缩臂3的挠度不断发生变化，影响小回转4下方竖直水管垂直度和高度，需要加入伸缩臂3自动调平功能。同时，由于伸缩臂3在环形轨迹运动过程中的挠度变化具有固有规律特性，所以简化了调平逻辑，当缩臂动作时，伸缩臂3只做变幅向下运动；当伸臂洗消时，伸缩臂3只做变幅向上运动。由于回转过程中，伸缩臂3挠度变化缓慢，采用慢速PID调节+前馈预调节就可以实现自动调平。

本发明控制系统的控制方式主要是采集伸缩臂3伸缩量和两个回转角度数值通过预设轨迹进行运行。预设轨迹是根据产品设计要求(行走速度，行走路线等)计算出来不同时间段回转角度及伸缩长度，作为操控伸缩臂3伸缩和大小回转4的基础。伸缩臂3轨迹通过调节伸缩臂3伸缩的参数，使其满足设计要求。当操控轨迹和预设轨迹接近时，其行走轨迹符合设计要求；运动轨迹如图3所示，图3中，附图标记5代表底盘5，用于承载大回转1，附图标记6代表小回转中心/洗消初始位置，附图标记7代表运动轨迹，附图标记8代表大回转中心。

主要工作流程如下：

(1)臂架展开流程：

下臂2和伸臂同时展开到30°→下臂2和伸臂同时展开到60°→下臂2和伸臂同时展开到90°→小回转4顺时针旋转90°→大回转1顺时针旋转90°→伸臂伸出210mm(大小回转中心距达到3050mm)→到洗消初始位置。

(2)洗消作业流程：

大回转1、小回转4、伸缩臂3三个动作复合走直线运动：大回转1逆时针旋转44°、小回转4顺时针旋转44°、伸臂伸出1250mm(大小回转中心距达到4300mm)→小回转4顺时针旋转90°→大回转1顺时针旋转9°、小回转4逆时针旋转9°、伸臂伸出900mm(大小回转中心距达到5200mm)→小回转4顺时针旋转90°→大回转1顺时针旋转70°、小回转4逆时针旋转70°、伸臂先缩910mm再伸出910mm(大小回转中心距达到5200mm)→小回转4顺时针旋转90°→大回转1顺时针旋转9°、小回转4逆时针旋转9°、伸臂缩回900mm(大小回转中心距达到4300mm)→小回转4顺时针旋转90°→大回转1逆时针旋转44°、小回转4顺时针旋转44°、伸臂缩回1250mm(大小回转中心距达到3050mm)→到洗消初始位置。

实施例2

如图1所示，本发明实施例还提供了实施例1提供的控制系统的控制方法，包括：

控制下臂2和伸缩臂3同时展开至预设角度；

控制小回转4顺时针旋转预设角度，控制大回转1顺时针旋转预设角度；

控制伸缩臂3伸出预设长度，到达洗消初始位置；

控制大回转1、小回转4和伸缩臂3按照预设轨迹进行环形轨迹运动，完成洗消作业，最终回到洗消初始位置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种臂架环形轨迹运动控制系统，其特征在于，包括：

回转编码器，用于检测回转角度并发送给控制器；

倾角传感器，用于检测下臂角度和伸缩臂角度并发送给控制器；

长度传感器，用于检测伸缩臂长度并发送给控制器；

控制器，用于根据所述回转角度、下壁角度、伸缩臂角度和伸缩臂长度进行逻辑运算，并根据运算结果和预设轨迹驱动液压执行机构，依次带动臂架中的依次连接的大回转、下臂、伸缩臂和小回转，从而控制臂架进行环形轨迹运动，在控制器驱动液压执行机构时采用自动调平技术实现伸缩臂的自动调平。

2.根据权利要求1所述的一种臂架环形轨迹运动控制系统，其特征在于，所述回转角度包括大回转的大回转角度和小回转的小回转角度，所述回转编码器检测回转角度，控制器根据所述回转角度驱动液压执行机构，带动臂架执行回转动作，并确定臂架的回转极限。

3.根据权利要求1所述的一种臂架环形轨迹运动控制系统，其特征在于，所述倾角传感器检测下臂角度和伸缩臂角度，控制器根据所述下臂角度和伸缩臂角度实现臂架的自动展收和自动行走。

4.根据权利要求1所述的一种臂架环形轨迹运动控制系统，其特征在于，所述长度传感器检测伸缩臂的伸缩长度，得到伸缩臂长度，所述控制器根据所述伸缩臂长度驱动液压执行机构带动伸缩臂执行直线行走动作。

5.根据权利要求1所述的一种臂架环形轨迹运动控制系统，其特征在于，所述采用自动调平技术实现伸缩臂的自动调平包括：

当缩臂动作时，控制器驱动液压执行机构带动伸缩臂只做变幅向下运动；

当伸臂洗消时，控制器驱动液压执行机构带动伸缩臂只做变幅向上运动；

在回转过程中，采用慢速PID调节结合前馈预调节实现伸缩臂的自动调平。

6.根据权利要求2所述的一种臂架环形轨迹运动控制系统，其特征在于，控制器控制臂架进行环形轨迹运动时，以大回转角度为控制基准，每一度给定一个大回转速度、伸缩臂伸缩速度和小回转速度，然后根据三角函数关系计算出大回转和小回转在不同角度下、直线运动时的大回转位置、伸缩臂位置和小回转位置，得到各部件的理论位置；根据检测到的伸缩臂长度，计算出实际的伸缩臂长度下的伸缩臂位置和小回转位置，得到各部件的实际位置；以理论位置为基准，计算出实际位置与理论位置的偏差，采用PID调节使所述偏差减小；若所述偏差为负值，修正为以大回转角度为控制基准控制臂架进行环形轨迹运动，实现偏差过程补偿调节。

7.基于权利要求1-6任一项所述系统的控制方法，其特征在于，包括：

控制下臂和伸缩臂同时展开至预设角度；

控制小回转顺时针旋转预设角度，控制大回转顺时针旋转预设角度；

控制伸缩臂伸出预设长度，到达洗消初始位置；

控制大回转、小回转和伸缩臂按照预设轨迹进行环形轨迹运动，完成洗消作业，最终回到洗消初始位置。

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