CN203084541U - 一种液压机械臂智能控制装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种液压机械臂智能控制装置及系统，该装置包括信号控制单元、传感器单元、运动控制单元及数据总线比例阀组单元，且所述信号控制单元、运动控制单元以及数据总线比例阀组单元之间相互通过数据总线相连。由于在本方案中，信号控制单元、运动控制单元和数据总线比例阀组单元位于同一数据总线网络中，从而使得数据总线比例阀组单元可直接受控于信号控制单元，避免了运动控制单元故障导致系统故障的问题，提高了系统的安全性和稳定性；再有，由于运动控制单元与数据总线比例阀组单元之间可通过数据总线相连，从而有效减少了比例阀组的控制线束，增强了系统信号的抗干扰能力、提高了系统的控制精度。

Description

一种液压机械臂智能控制装置及系统

技术领域

本实用新型涉及液压机械臂技术领域，尤其涉及一种基于液压机械臂的液压机械臂智能控制装置及系统。

背景技术

混凝土喷浆设备如混凝土喷射机、混凝土泵车等的液压机械臂主要由回转机构、多个臂关节、用于驱动所述回转机构的液压马达、以及多个分别与所述多个臂关节一一对应且用于驱动相应臂关节的液压油缸组成，其工作原理是，利用自身液压机械臂的运动引导软管将混凝土输送至目标位置进行喷浆或浇灌作业，因此多关节液压机械臂运动控制的精确性和平稳性，是保证其作业稳定性以及高效率的关键。

目前，混凝土喷浆设备液压机械臂的控制方法主要分为以下两种：一种是利用无线遥控器对液压机械臂的单个臂关节进行手动控制，这种控制方式简单、可靠，对控制系统要求较低，可适应复杂环境和特殊工况，但是，由于液压机械臂具有多个臂关节，因此，在采用手动方式进行液压机械臂的多个臂关节的控制时，操作者的工作强度较高且作业效率并不高；另外一种则是利用先进的传感系统以及复杂的运动控制算法，如逆运动学控制算法来实现液压机械臂的智能运动控制，具体地，操作者可以通过无线遥控器直接控制液压机械臂的臂架末端在三维空间内走直线运动，这种控制方式操作简单、控制精度高，可以有效降低操作者的工作强度并提高作业效率，但因其采用了大量的传感器等电子元件以及复杂的运动控制算法，因此，导致在恶劣的工况环境下，稳定性并不高。

为了解决上述问题，目前业界提出了一种兼顾手动控制与自动控制两种控制模式的液压机械臂智能控制装置，如图1所示，所述液压机械臂智能控制装置包括传感器单元11、运动控制单元12（或称运动控制器）、遥控信号接收单元13、电液比例阀组单元14以及无线遥控单元15（或称无线遥控器），其中：

所述遥控信号接收单元13的一端通过无线方式与所述无线遥控单元15连接，另一端通过CAN（Controller Area Network，控制器局域网络）总线与所述运动控制单元12连接，用于接收来自无线遥控单元15的位移控制信令（如智能控制模式下针对液压机械臂末端的第一位移控制信令或手动控制模式下针对液压机械臂中任一臂关节的第二位移控制信令），并根据CAN通讯协议要求，将接收到的位移控制信令转换为CAN总线控制报文（如将第一位移控制信令转换为第一CAN总线控制报文，将第二位移控制信令转换为第二CAN总线控制报文）后发送到运动控制单元12。

所述运动控制单元12的一端通过CAN总线与所述传感器单元11以及所述遥控信号接收单元13相连，另一端通过多条适用于PWM（Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制）电流信号传输的数据线与所述电液比例阀组单元14（所述电液比例阀组单元14由N+1个电液比例阀块141组成，其中，每一电液比例阀块141分别与液压机械臂中的一液压油缸或一液压马达相对应）相连，用于接收来自遥控信号接收单元13的CAN总线控制报文（如第一CAN总线控制报文或第二CAN总线控制报文），并根据接收到的CAN总线控制报文运算得到相应的PWM电流信号后发送给电液比例阀组单元14，其中，所述N为大于1的正整数，且其数值与液压机械臂中的臂关节或驱动各臂关节的液压油缸的个数相同。

具体地，所述传感器单元11包括用于测量液压机械臂中回转机构的角位移信息的旋转编码器111，以及，N个分别与液压机械臂中驱动各臂关节的液压油缸一一对应且用于测量与该位移传感器112相对应的液压油缸的伸缩长度信息的位移传感器112。

所述运动控制单元12包括数据采集子单元121、智能运动控制子单元122、手动控制子单元123以及总线数据收发子单元124；其中，所述总线数据收发子单元124一端与所述遥控信号接收单元13相连，另一端分别与所述智能运动控制子单元122以及手动控制子单元123相连，用于接收来自遥控信号接收单元13的CAN总线控制报文（如第一CAN总线控制报文或第二CAN总线控制报文），并根据CAN通讯协议要求，将接收到的CAN总线控制报文转换为对应的位移控制信令（如将第一CAN总线控制报文转换为第一位移控制信令，或将第二CAN总线控制报文转换为第二位移控制信令）后发送给相应的智能运动控制子单元122或手动控制子单元123。

所述智能运动控制子单元122一端与所述数据采集子单元121以及总线数据收发子单元124相连，另一端与所述电液比例阀组单元14相连，用于当所述液压机械臂智能控制装置处于智能控制模式时，根据数据采集子单元121采集到的来自所述传感器单元11的传感器数据信息（如回转机构的角位移信息以及各液压油缸的伸缩长度信息）计算液压机械臂的当前姿态信息，并根据液压机械臂的当前姿态信息以及总线数据收发子单元124发送的针对液压机械臂末端的第一位移控制信令，利用设定的运动学控制算法（如逆运动学控制算法）以及流量控制算法对液压机械臂进行运动规划及流量控制，并根据控制结果输出相应的PWM电流信号至各电液比例阀块141中，进而由各电液比例阀块141根据接收到的PWM电流信号控制（或驱动）对应的液压油缸或液压马达，从而实现将液压机械臂的臂架末端移动到指定的目标位置的目的。

所述手动控制子单元123一端与所述总线数据收发子单元124相连，另一端与所述电液比例阀组单元14相连，用于当所述液压机械臂智能控制装置处于手动控制模式时，根据总线数据收发子单元124发送的针对液压机械臂中任一臂关节的第二位移控制信令，输出PWM电流信号至相应的电液比例阀块141，并由该电液比例阀块141根据接收到的PWM电流信号控制（或驱动）对应的液压油缸或液压马达，从而实现对液压机械臂相应臂关节或回转机构的手动控制。

由于在进行液压机械臂的智能运动控制时，液压机械臂智能控制装置中的运动控制单元12需要处理大量的传感器数据以及需要执行复杂的运动学控制算法，工程机械专用的逻辑控制器的运算能力难以满足要求，因此，一般选用高性能的嵌入式工控机来形成所述运动控制单元12；但是，由于所述嵌入式工控机的防护等级以及稳定性没有工程机械专用的逻辑控制器高，且混凝土喷射机等混凝土喷浆设备通常工作在隧道、洞穴等空间狭小、粉尘强烈、供电极不稳定的恶劣施工环境下，以及，现有技术中液压机械臂智能控制装置的手动控制模式只能应对传感器等非运动控制单元12部件所出现的故障或异常，因此，若运动控制单元12因为恶劣环境出现死机或硬件故障而无法工作时，液压机械臂智能控制装置的手动/智能控制模式都是无效的，从而导致在运动控制单元12的故障排除前出现液压机械臂无法收回、混凝土喷浆设备无法驶离现场等系统故障问题，极大地降低了系统的安全性以及稳定性。

另外，由于在现有技术中，液压机械臂智能控制装置的电液比例阀组单元14由多个电液比例阀块141组成，且各电液比例阀块141均采用PWM电流控制方式（任一电液比例阀块141与所述运动控制单元12之间通过两条适用于PWM电流信号传输的数据线相连），因此导致运动控制单元12与所述电液比例阀组单元14之间存在数目较多的PWM电流信号通道，不仅会增加液压机械臂智能控制装置的布线复杂度，还会降低系统信号的抗干扰性，进而降低系统的控制精度。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种液压机械臂智能控制装置及系统，用以解决现有技术中存在的液压机械臂智能控制装置的安全性、稳定性以及控制精度均不佳的问题。

一种液压机械臂智能控制装置，其中，所述液压机械臂包括回转机构以及N个臂关节，还包括用于驱动所述回转机构的液压马达以及N个分别与所述N个臂关节一一对应并用于驱动相应臂关节的液压油缸，所述N为大于1的正整数，所述装置包括信号控制单元、传感器单元、运动控制单元以及数据总线比例阀组单元：

其中，所述信号控制单元与所述运动控制单元之间、所述信号控制单元与所述数据总线比例阀组单元之间以及所述运动控制单元与所述数据总线比例阀组单元之间分别通过数据总线相连；

所述信号控制单元，用于生成针对液压机械臂末端的第一位移控制信令并将所述第一位移控制信令转换为第一数据总线控制报文后发送给所述运动控制单元，或生成针对液压机械臂中任一臂关节的第二位移控制信令并将所述第二位移控制信令转换为第二数据总线控制报文后发送给所述数据总线比例阀组单元；

所述传感器单元，用于测量所述回转机构的角位移信息以及所述N个液压油缸的伸缩长度信息，并将测量得到的所述回转机构的角位移信息以及所述N个液压油缸的伸缩长度信息发送给所述运动控制单元；

所述运动控制单元，用于接收所述信号控制单元发送的第一数据总线控制报文，以及，接收所述传感器单元发送的所述回转机构的角位移信息以及所述N个液压油缸的伸缩长度信息，并根据接收到的所述回转机构的角位移信息以及所述N个液压油缸的伸缩长度信息，确定液压机械臂的当前姿态信息，以及，根据接收到的所述第一数据总线控制报文以及确定的液压机械臂的当前姿态信息，确定将液压机械臂末端移动到目标位置时液压机械臂中各臂关节所对应的位移量，并将确定的各臂关节所对应的位移量分别转换为相应的控制电流值，以及在将各控制电流值分别转换为第三数据总线控制报文后，发送给所述数据总线比例阀组单元；

所述数据总线比例阀组单元，用于接收所述运动控制单元发送的第三数据总线控制报文，并将所述第三数据总线控制报文转换为相应比例阀块对应的控制电流后，驱动对应的液压马达或液压油缸；或者，用于接收所述信号控制单元发送的第二数据总线控制报文，并将所述第二数据总线控制报文转换为相应比例阀块对应的控制电流后，驱动对应的液压马达或液压油缸。

一种液压机械臂智能控制系统，所述系统包括液压机械臂以及上述液压机械臂智能控制装置。

本实用新型有益效果如下：

本实用新型实施例提供了一种液压机械臂智能控制装置及系统，所述装置包括信号控制单元、传感器单元、运动控制单元以及数据总线比例阀组单元，其中，所述信号控制单元与所述运动控制单元之间、所述信号控制单元与所述数据总线比例阀组单元之间以及所述运动控制单元与所述数据总线比例阀组单元之间分别通过数据总线相连。在本实用新型实施例中，由于信号控制单元、运动控制单元和数据总线比例阀组单元位于同一数据总线网络中，从而使得在手动控制模式下，数据总线比例阀组单元可直接受控于信号控制单元，避免了现有技术中存在的因运动控制单元故障所导致的系统手动/智能控制模式均无效、液压机械臂无法收回、混凝土喷浆设备无法驶离现场等系统故障的问题，提高了系统的安全性与稳定性；再有，由于运动控制单元与数据总线比例阀组单元之间可通过数据总线相连，无需设置多条适用于PWM电流信号传输的数据线，因而有效减少了比例阀组的控制线束，增强了恶劣环境下系统信号的抗干扰能力、提高了系统的控制精度。

附图说明

图1所示为现有技术中所述液压机械臂智能控制装置的结构示意图；

图2所示为本实用新型实施例一中所述液压机械臂智能控制装置的结构示意图；

图3所示为本实用新型实施例一中所述处于智能控制模式下的液压机械臂智能控制装置的控制回路结构示意图；

图4所示为本实用新型实施例一中所述处于手动控制模式下的液压机械臂智能控制装置的控制回路结构示意图；

图5所示为本实用新型实施例二中所述液压机械臂智能控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型实施例作进一步说明，但本实用新型不局限于下面的实施例。

实施例一：

如图2所示，其为本实用新型实施例一中所述液压机械臂智能控制装置的结构示意图，需要说明的是，所述液压机械臂包括回转机构以及N个臂关节，还包括用于驱动所述回转机构的液压马达以及N个分别与所述N个臂关节一一对应并用于驱动相应臂关节的液压油缸，所述N为大于1的正整数；具体地，所述液压机械臂智能控制装置可以应用于混凝土喷射机、混凝土泵车等任何具备液压机械臂的混凝土喷浆设备中；具体地，在本实用新型所述实施例一中，所述液压机械臂智能控制装置包括信号控制单元21、传感器单元22、运动控制单元23以及数据总线比例阀组单元24，其中：

所述信号控制单元21与所述运动控制单元23之间、所述信号控制单元21与所述数据总线比例阀组单元24之间以及所述运动控制单元23与所述数据总线比例阀组单元24之间分别通过数据总线相连；具体地，所述数据总线可以为以下总线中的任意一种：如CAN总线、485总线或以太网总线等。

具体地，在本实用新型各实施例中，由于信号控制单元21、运动控制单元23和数据总线比例阀组单元24位于同一数据总线网络中，从而使得在手动控制模式下，数据总线比例阀组单元24可直接受控于信号控制单元21，避免了现有技术中存在的运动控制单元23故障导致系统手动/智能控制模式均无效、液压机械臂无法收回、混凝土喷浆设备无法驶离现场等系统故障的问题，提高了系统的安全性与稳定性；例如，当采用CAN总线作为所述数据总线时，根据CAN总线网络的特性可知，网络中的单个节点发生故障并不会影响其他节点，即不会造成整个CAN总线网络的故障，因此，所述运动控制单元23的故障与否并不会影响手动控制模式下液压机械臂智能控制装置的正常工作。

具体地，所述信号控制单元21用于生成针对液压机械臂末端的第一位移控制信令（对应液压机械臂控制装置的智能控制模式）并将所述第一位移控制信令转换为第一数据总线控制报文后发送给所述运动控制单元23，或生成针对液压机械臂中任一臂关节的第二位移控制信令（对应液压机械臂控制装置的手动控制模式）并将所述第二位移控制信令转换为第二数据总线控制报文后发送给所述数据总线比例阀组单元24；具体地，所述信号控制单元21的控制面板上可以设置有能够区分智能控制模式与手动控制模式的模式选择开关，当所述模式选择开关处于智能控制模式时，所述信号控制单元21能够生成针对液压机械臂末端的第一位移控制信令并向所述运动控制单元23发送转换后的第一数据总线控制报文；当所述模式选择开关处于手动控制模式时，所述信号控制单元21能够生成针对液压机械臂中任一臂关节的第二位移控制信令并向所述运动控制单元23发送转换后的第二数据总线控制报文。

具体地，所述信号控制单元21可根据所述液压机械臂智能控制装置当前采用的数据总线所对应的总线通讯协议，对所述第一位移控制信令或所述第二位移控制信令进行协议转换，得到适用于所述数据总线传输的第一数据总线控制报文或第二总线控制报文。

进一步地，所述信号控制单元21可以包括信号发送子单元211以及信号接收子单元212，其中：

所述信号发送子单元211用于生成针对液压机械臂末端的第一位移控制信令或针对液压机械臂中任一臂关节的第二位移控制信令，并将所述第一位移控制信令或所述第二位移控制信令发送到所述信号接收子单元212；

所述信号接收子单元212用于接收所述信号发送子单元211发送的第一位移控制信令，并将所述第一位移控制信令转换为第一数据总线控制报文后发送给所述运动控制单元23，或接收所述信号发送子单元211发送的第二位移控制信令，并将所述第二位移控制信令转换为第二数据总线控制报文后发送给所述数据总线比例阀组单元24。

需要说明的是，所述信号发送子单元211可以通过无线方式或有线方式与所述信号接收子单元212连接，本实用新型实施例对此不作任何限定；较佳地，所述信号发送子单元211常以无线方式与所述信号接收子单元212连接。

具体地，所述传感器单元22与所述运动控制单元23相连，用于测量所述回转机构的角位移信息以及所述N个液压油缸的伸缩长度信息，并将测量得到的所述回转机构的角位移信息以及所述N个液压油缸的伸缩长度信息发送给运动控制单元23；具体地，所述传感器单元22与所述运动控制单元23之间可以采用CAN总线等数据总线相连，本实用新型实施例对此不作任何限定。

进一步地，所述传感器单元22包括旋转编码器221以及N个分别与所述N个液压油缸一一对应的位移传感器222，其中：

所述旋转编码器221用于测量所述液压机械臂中的回转机构的角位移信息，并将测量得到的所述回转机构的角位移信息发给运动控制单元23；所述位移传感器222用于测量与该位移传感器222相对应的液压油缸的伸缩长度信息，并将测量得到的所述液压油缸的伸缩长度信息发送给运动控制单元23。

具体地，所述运动控制单元23分别与所述信号控制单元21、传感器单元22以及数据总线比例阀组单元24相连，用于接收所述信号控制单元21发送的第一数据总线控制报文，以及，接收所述传感器单元22发送的所述回转机构的角位移信息以及所述N个液压油缸的伸缩长度信息，并根据接收到的所述回转机构的角位移信息以及所述N个液压油缸的伸缩长度信息，确定液压机械臂的当前姿态信息，以及，根据接收到的所述第一数据总线控制报文以及确定的液压机械臂的当前姿态信息，确定将液压机械臂末端移动到目标位置时液压机械臂中各臂关节所对应的位移量，并将确定的各臂关节所对应的位移量分别转换为相应的控制电流值，以及在将各控制电流值分别转换为第三数据总线控制报文后，发送给所述数据总线比例阀组单元25。

具体地，所述运动控制单元23可采用逆运动学控制算法和轨迹规划算法来确定将液压机械臂末端移动到目标位置时液压机械臂中各臂关节所对应的位移量，以及，可采用流量控制算法（其中，所述流量控制是指液压流量控制）来将确定的各臂关节所对应的位移量分别转换为相应的控制电流值。

进一步地，所述运动控制单元23包括传感器数据采集子单元231、智能运动控制子单元232以及总线数据收发子单元233，其中：

所述传感器数据采集子单元231分别与所述传感器单元22以及智能运动控制子单元232相连，用于接收所述传感器单元22发送的所述回转机构的角位移信息以及所述N个液压油缸的伸缩长度信息，并将接收到的所述回转机构的角位移信息以及所述N个液压油缸的伸缩长度信息发送给智能运动控制子单元232；

所述智能运动控制子单元232分别与所述传感器数据采集子单元231以及总线数据收发子单元233相连，用于根据接收到的所述回转机构的角位移信息以及所述N个液压油缸的伸缩长度信息，确定液压机械臂的当前姿态信息，并根据确定的液压机械臂的当前姿态信息以及总线数据收发子单元233发送的第一位移控制信令，确定将液压机械臂末端移动到目标位置时液压机械臂中各臂关节所对应的位移量，并将确定的各臂关节所对应的位移量分别转换为相应的控制电流值，以及，将转换后的各控制电流值发送给总线数据收发子单元233；

所述总线数据收发子单元233与所述信号控制单元21、智能运动控制子单元232以及数据总线比例阀组单元24相连，用于接收来自所述信号控制单元21的第一数据总线控制报文，并将所述第一数据总线控制报文转换为相应的第一位移控制信令后，发送给智能运动控制子单元232，以及，接收智能运动控制子单元232发送的控制电流值，并将各控制电流值分别转换为第三数据总线控制报文后，发送给数据总线比例阀组单元24；具体地，所述总线数据收发子单元233与所述信号控制单元21中的信号接收子单元212相连，并接收来自所述信号接收子单元212发送的第一数据总线控制报文。

具体地，所述数据总线比例阀组单元24用于接收所述运动控制单元23发送的第三数据总线控制报文，并将所述第三数据总线控制报文转换为相应比例阀块241对应的控制电流后，驱动对应的液压马达或液压油缸，进而达到驱动相应的臂关节或回转结构的目的；或者，用于接收所述信号控制单元21发送的第二数据总线控制报文，并将所述第二数据总线控制报文转换为相应比例阀块对应的控制电流后，驱动对应的液压马达或液压油缸，进而达到驱动相应的臂关节或回转结构的目的。

进一步地，所述数据总线比例阀组单元24包括N+1个分别与所述液压机械臂中的液压马达以及N个液压油缸一一对应的比例阀块241；其中，各比例阀块241分别用于接收转换后的控制电流，并根据接收到的转换后的控制电流，驱动对应的液压马达或液压油缸。

也就是说，根据运动控制单元23输出的数据总线控制报文（该数据总线控制报文与相应的控制电流值相对应），可以达到控制数据总线比例阀组单元24中的相应比例阀块241的阀芯开度，从而控制液压机械臂驱动装置（如液压油缸、液压马达等）的液压流量（该液压流量对应着液压机械臂相应臂关节的移动速度），达到通过控制电流来控制液压机械臂中各臂关节的位移的效果。

需要说明的是，在本实用新型所述实施例中，所述液压机械臂智能控制装置可以具备智能控制模式以及手动控制模式两种工作模式；具体地，如图3所示，其为本实用新型实施例一中所述处于智能控制模式下的液压机械臂智能控制装置的控制回路结构示意图，此时，所述液压机械臂智能控制装置的控制回路中包括信号控制单元21、传感器单元22、运动控制单元23以及数据总线比例阀组单元24，且所述信号控制单元21包括信号发送子单元211和信号接收子单元212，所述运动控制单元23包括传感器数据采集子单元231、智能运动控制子单元232以及总线数据收发子单元233，其中：

所述运动控制单元23的一端分别与所述传感器单元22以及信号控制单元21相连，另一端与所述数据总线比例阀组单元24相连；具体地，所述数据总线比例阀组单元24以及所述信号控制单元21中的信号接收子单元212分别通过数据总线与所述运动控制单元23中的总线数据收发子单元233相连。

此时，处于智能控制模式下的液压机械臂智能控制装置的工作原理可以为：

（1）操作者通过所述信号发送子单元211向所述信号接收子单元212发送液压机械臂末端在三维空间内的第一位移控制信令，所述信号接收子单元212在根据数据总线的通讯协议要求将所述第一位移控制信令转换为第一数据总线控制报文后，通过数据总线网络发送给运动控制单元23的总线数据收发子单元233；

（2）所述总线数据收发子单元233在接收到所述第一数据总线控制报文后，将接收到的所述第一数据总线控制报文转换为第一位移控制信令；进而，所述运动控制单元23的智能运动控制子单元232读取总线数据收发子单元233中的第一位移控制信令，并根据传感器数据采集子单元231采集到的传感器信息（如所述回转机构的角位移信息以及所述N个液压油缸的伸缩长度信息）计算液压机械臂的当前姿态信息，以及，根据确定的液压机械臂的当前姿态信息以及总线数据收发子单元233转换后的第一位移控制信令，通过逆运动学算法和轨迹规划算法进行运动规划从而计算出液压机械臂末端移动到目标位置时液压机械臂中各臂关节所对应的位移量，并通过流量控制算法将确定的各臂关节所对应的位移量分别转换为相应的控制电流值后发送给总线数据收发子单元233；

（3）所述动控制单元23中的总线数据收发子单元233在接收到各控制电流值后，将各控制电流值按照数据总线的通讯协议要求转换为相应的第三数据总线控制报文后，经数据总线网络发送给数据总线比例阀组单元24；

（4）所述数据总线比例阀组单元24接收到所述第三数据总线控制报文后，根据数据总线的通讯协议要求将其转换为相应比例阀块241的控制电流，进而由各电液比例阀块241根据接收到的控制电流驱动对应的液压油缸或液压马达，从而实现将液压机械臂的臂架末端移动到指定的目标位置的目的。

进一步地，如图4所示，其为本实用新型实施例一中所述处于手动控制模式下的液压机械臂智能控制装置的控制回路结构示意图；此时，所述液压机械臂智能控制装置的控制回路中包括信号控制单元21以及数据总线比例阀组单元24，且所述信号控制单元21包括信号发送子单元211和信号接收子单元212，其中：

所述信号接收子单元212的一端通过无线方式（或有线方式）与所述信号发送子单元211连接，另一端通过数据总线与所述数据总线比例阀组单元24相连。

此时，处于手动控制模式下的液压机械臂智能控制装置的工作原理可以为：

（1）操作者通过所述信号发送子单元211向所述信号接收子单元212发送针对液压机械臂中任一单臂关节的第二位移控制信令，所述信号接收子单元212在根据数据总线的通讯协议要求将所述第二位移控制信令转换为第二数据总线控制报文后，通过数据总线网络发送给所述数据总线比例阀组单元24；需要说明的是，此时操作者通过信号发送子单元211发出的不再是液压机械臂末端的第一位移控制信令，而是液压机械臂任一单臂关节的第二位移控制信令，该第二位移控制信令的值直接代表着所述数据总线比例阀组单元24完成相应控制时所需的电流的大小；

（2）所述数据总线比例阀组单元24接收到所述第二数据总线控制报文后，根据数据总线的通讯协议要求将其转换为相应比例阀块241的控制电流，进而由该电液比例阀块241根据接收到的控制电流驱动对应的液压油缸或液压马达，从而实现对液压机械臂的单臂关节的手动控制。

需要说明的是，在手动控制模式下，运动控制单元23虽然在物理结构上仍处于整个数据总线网络中，但其本身并不参与液压机械臂的运动控制，因此运动控制单元23的故障与否并不会对手动控制模式的正常工作造成影响。

本实用新型实施例一提供了一种液压机械臂智能控制装置及系统，所述装置包括信号控制单元、传感器单元、运动控制单元以及数据总线比例阀组单元，其中，所述信号控制单元与所述运动控制单元之间、所述信号控制单元与所述数据总线比例阀组单元之间以及所述运动控制单元与所述数据总线比例阀组单元之间分别通过数据总线相连。在本实用新型实施例一中，由于信号控制单元、运动控制单元和数据总线比例阀组单元位于同一数据总线网络中，从而使得在手动控制模式下，数据总线比例阀组单元可直接受控于信号控制单元，避免了现有技术中存在的运动控制单元故障所导致的系统手动/智能控制模式均无效、液压机械臂无法收回、混凝土喷浆设备无法驶离现场等系统故障的问题，提高了系统的安全性与稳定性；再有，由于运动控制单元与数据总线比例阀组单元之间可通过一数据总线相连，无需设置多条适用于PWM电流信号传输的数据线，因而有效减少了比例阀组的控制线束，增强了恶劣环境下系统信号的抗干扰能力、提高了系统的控制精度。

实施例二：

如图5所示，其为本实用新型实施例二中所述液压机械臂智能控制系统的结构示意图，所述液压机械臂智能控制系统包括液压机械臂31以及液压机械臂智能控制装置32。

具体地，所述液压机械臂31包括回转机构以及N个臂关节，还包括用于驱动所述回转机构的液压马达以及N个分别与所述N个臂关节一一对应并用于驱动相应臂关节的液压油缸，所述N为大于1的正整数；进一步地，所述液压机械臂智能控制装置32包括信号控制单元、传感器单元、运动控制单元以及数据总线比例阀组单元，其中：

所述信号控制单元与所述运动控制单元之间、所述信号控制单元与所述数据总线比例阀组单元之间以及所述运动控制单元与所述数据总线比例阀组单元之间分别通过数据总线相连；具体地，所述数据总线可以为以下总线中的任意一种：如CAN总线、485总线或以太网总线等。

进一步地，所述液压机械臂智能控制装置32中的各单元的具体结构以及连接关系等与本实用新型实施例一中所述相同，本实用新型实施例二对此不再赘述。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种液压机械臂智能控制装置，其中，所述液压机械臂包括回转机构以及N个臂关节，还包括用于驱动所述回转机构的液压马达以及N个分别与所述N个臂关节一一对应并用于驱动相应臂关节的液压油缸，所述N为大于1的正整数，其特征在于，所述装置包括信号控制单元、传感器单元、运动控制单元以及数据总线比例阀组单元：

其中，所述信号控制单元与所述运动控制单元之间、所述信号控制单元与所述数据总线比例阀组单元之间以及所述运动控制单元与所述数据总线比例阀组单元之间分别通过数据总线相连；

所述信号控制单元，用于生成针对液压机械臂末端的第一位移控制信令并将所述第一位移控制信令转换为第一数据总线控制报文后发送给所述运动控制单元，或生成针对液压机械臂中任一臂关节的第二位移控制信令并将所述第二位移控制信令转换为第二数据总线控制报文后发送给所述数据总线比例阀组单元；

所述传感器单元，用于测量所述回转机构的角位移信息以及所述N个液压油缸的伸缩长度信息，并将测量得到的所述回转机构的角位移信息以及所述N个液压油缸的伸缩长度信息发送给所述运动控制单元；

所述运动控制单元，用于接收所述信号控制单元发送的第一数据总线控制报文，以及，接收所述传感器单元发送的所述回转机构的角位移信息以及所述N个液压油缸的伸缩长度信息，并根据接收到的所述回转机构的角位移信息以及所述N个液压油缸的伸缩长度信息，确定液压机械臂的当前姿态信息，以及，根据接收到的所述第一数据总线控制报文以及确定的液压机械臂的当前姿态信息，确定将液压机械臂末端移动到目标位置时液压机械臂中各臂关节所对应的位移量，并将确定的各臂关节所对应的位移量分别转换为相应的控制电流值，以及在将各控制电流值分别转换为第三数据总线控制报文后，发送给所述数据总线比例阀组单元；

所述数据总线比例阀组单元，用于接收所述运动控制单元发送的第三数据总线控制报文，并将所述第三数据总线控制报文转换为相应比例阀块对应的控制电流后，驱动对应的液压马达或液压油缸；或者，用于接收所述信号控制单元发送的第二数据总线控制报文，并将所述第二数据总线控制报文转换为相应比例阀块对应的控制电流后，驱动对应的液压马达或液压油缸。

2.如权利要求1所述的液压机械臂智能控制装置，其特征在于，所述信号控制单元包括信号发送子单元以及信号接收子单元，其中：

所述信号发送子单元，用于生成针对液压机械臂末端的第一位移控制信令或针对液压机械臂中任一臂关节的第二位移控制信令，并将所述第一位移控制信令或所述第二位移控制信令发送到所述信号接收子单元；

所述信号接收子单元，用于接收所述信号发送子单元发送的第一位移控制信令，并将所述第一位移控制信令转换为第一数据总线控制报文后发送给所述运动控制单元，或接收所述信号发送子单元发送的第二位移控制信令，并将所述第二位移控制信令转换为第二数据总线控制报文后发送给所述数据总线比例阀组单元。

3.如权利要求2所述的液压机械臂智能控制装置，其特征在于，

所述信号发送子单元与所述信号接收子单元之间通过无线方式或有线方式进行连接。

4.如权利要求1所述的液压机械臂智能控制装置，其特征在于，所述传感器单元包括旋转编码器以及N个分别与所述N个液压油缸一一对应的位移传感器，其中：

所述旋转编码器，用于测量所述回转机构的角位移信息；

所述位移传感器，用于测量与自身相对应的液压油缸的伸缩长度信息。

5.如权利要求1所述的液压机械臂智能控制装置，其特征在于，所述运动控制单元包括传感器数据采集子单元、智能运动控制子单元以及总线数据收发子单元，其中：

所述传感器数据采集子单元分别与所述传感器单元以及所述智能运动控制子单元相连，用于接收所述传感器单元发送的所述回转机构的角位移信息以及所述N个液压油缸的伸缩长度信息，并将接收到的所述回转机构的角位移信息以及所述N个液压油缸的伸缩长度信息发送给所述智能运动控制子单元；

所述智能运动控制子单元分别与所述传感器数据采集子单元以及所述总线数据收发子单元相连，用于根据接收到的所述回转机构的角位移信息以及所述N个液压油缸的伸缩长度信息，确定液压机械臂的当前姿态信息，并根据确定的液压机械臂的当前姿态信息以及所述总线数据收发子单元发送的第一位移控制信令，确定将液压机械臂末端移动到目标位置时液压机械臂中各臂关节所对应的位移量，并将确定的各臂关节所对应的位移量分别转换为相应的控制电流值，以及，将转换后的各控制电流值发送给所述总线数据收发子单元；

所述总线数据收发子单元与所述信号控制单元、所述智能运动控制子单元以及所述数据总线比例阀组单元相连，用于接收来自所述信号控制单元的第一数据总线控制报文，并将所述第一数据总线控制报文转换为相应的第一位移控制信令后，发送给所述智能运动控制子单元，以及，接收所述智能运动控制子单元发送的控制电流值，并将各控制电流值分别转换为第三数据总线控制报文后，发送给所述数据总线比例阀组单元。

6.如权利要求1所述的液压机械臂智能控制装置，其特征在于，所述数据总线比例阀组单元包括N+1个分别与所述液压机械臂中的液压马达以及N个液压油缸一一对应的比例阀块，其中：

所述比例阀块，用于接收转换后的控制电流，并根据接收到的转换后的控制电流驱动对应的液压马达或液压油缸。

7.如权利要求1所述的液压机械臂智能控制装置，其特征在于，所述数据总线为以下总线中的任意一种：

控制器局域网络CAN总线、485总线或以太网总线。

8.一种液压机械臂智能控制系统，其特征在于，所述系统包括液压机械臂以及权利要求1～7任一所述的液压机械臂智能控制装置。

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