臂架控制方法及系統技術方案

本發明專利技術公開了一種臂架控制方法及系統。該臂架控制方法包括：a、獲得臂架夾角與油缸位移的運動學方程以及油缸位移與臂架夾角的運動學方程；b、根據上述兩個運動學方程得到臂架夾角角速度與油缸速度以及油缸速度與臂架夾角角速度的動力學關系；c、根據臂架夾角角速度與油缸速度以及油缸速度與臂架夾角角速度的動力學關系，預設平穩控制策略；d、根據當前的臂架夾角、控制輸入信號和上述平穩控制策略，得到最優的油缸運動速度和運動時間；e、控制油缸按照所述油缸運動速度和所述運動時間動作。實施本發明專利技術，能夠有效提高作業過程中臂架控制的連續性和平穩性，降低臂架控制過程對操作者的依賴，在提高泵送機械作業性能的同時降低了人工成本。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及機械臂控制
，特別涉及一種臂架控制方法及系統。
技術介紹
混凝土泵車等泵送機械是利用壓力將混凝土沿管道連續輸送的機械設備，一般由行走裝置、泵送裝置和臂架裝置組成。其中，臂架裝置由依次鉸接相連的多節臂架組成，首節臂架的底端鉸接于轉臺，首節臂架于轉臺之間以及相連兩節臂架之間設置有油缸（可稱為臂架油缸），用于調整首節臂架于轉臺的夾角以及相連兩節臂架之間的夾角（可成為臂架夾角）；為了便于調節臂架夾角，在某些相鄰的兩個臂架之間采用多連桿機構，由臂架油缸調整連桿機構的變化以實現臂架夾角的變化。另外，多節臂架上設置有與泵送裝置連接的輸送管，在工作過程中，當輸送位置確定下來后，即可控制臂架裝置帶動輸送管實現展開、收攏或者旋轉等動作，以使末節臂架末端的輸送管對準輸送位置，從而實現輸送。目前，臂架裝置的控制通常依靠操作者與遙控裝置配合完成。通常，為了對末節臂架末端的位置進行控制，可建立整體臂架模型，并利用該整體臂架模型及臂架末端的目標位置，計算每一臂架在臂架末端運動至目標位置時的目標傾斜角（與各臂架夾角一一對應），之后通過施加控制電流，使臂架油缸伸出或縮回相應位移，以使每一臂架具有其目標傾斜角。在施加控制電流期間，需不斷將安裝于每一臂架上的傾角傳感器所測的當前傾斜角反饋至控制器，該控制器將當前傾斜角與目標傾斜角進行比較，并根據比較結果對施加至臂架油缸的控制電流進行控制，直至每一臂架具有其目標傾斜角。然而，由于整個臂架裝置包括相連的多節臂架，具有很強的非線性，某些臂架姿態下，臂架前段產生的一個微小振動，經多節臂架傳遞至末節臂架時，將引起劇烈震蕩，而且隨著臂架姿態的不同，整個臂架裝置的非線性性質也不相同，所以對臂架末端的位置進行精確控制且又能適應大部分姿態極為困難。目前通過操作者與遙控裝置配合的操控方式有利于操作者進行直觀的判斷，然而，為了保證整個臂架動作須有較大的連續性和平穩性，操作者需要有相應的經驗積累以及在操控時需要投入極大的精力，不同操作者的操控水平不同，將使同一設備具有不同的作業效率，此外，若操控不穩，將容易導致臂架損傷和施工浪費。因此，如何針對現有的上述不足進行改進，以便更加適應使用需要，是本領域技術人員亟待解決的技術問題。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術旨在提供一種臂架控制方法及系統，以便在控制過程中同時考慮臂架夾角與油缸位移以及油缸位移與臂架夾角的運動學和動力學信息，進而有效提高臂架動作的連續性和平穩性，有效降低臂架控制過程對操作者的依賴。具體而言，本專利技術提供的臂架控制方法包括如下步驟：a、獲得臂架夾角與油缸位移的運動學方程以及油缸位移與臂架夾角的運動學方程；b、根據上述兩個運動學方程得到臂架夾角角速度與油缸速度的動力學關系以及油缸速度與臂架夾角角速度的動力學關系；c、根據臂架夾角角速度與油缸速度以及油缸速度的動力學關系與臂架夾角角速度的動力學關系，預設平穩控制策略；d、根據當前的臂架夾角、控制輸入信號和上述平穩控制策略，得到最優的油缸運動速度和運動時間；e、控制油缸按照所述油缸運動速度和所述運動時間動作。進一步地，步驟a具體為：a1、通過順序求解方式計算臂架夾角與油缸位移的第一實際關系式，將該第一實際關系式作為臂架夾角與油缸位移的運動學方程；a2、通過順序求解方式計算油缸位移與臂架夾角的第二實際關系式，若能夠計算出該第二實際關系式，則將其作為油缸位移與臂架夾角的運動學方程。進一步地，步驟a2中還包括：a21、若無法計算出所述第二實際關系式，則根據所述第一實際關系式建立迭代函數，并根據該迭代函數得出油缸位移與臂架夾角的擬合函數，以及將該擬合函數作為油缸位移臂架夾角的運動學方程。進一步地，b1、分析臂架夾角與油缸位移的運動學方程，得到臂架夾角角速度與油缸速度的關系；b2、分析油缸位移與臂架夾角的運動學方程，得到油缸速度與臂架夾角角速度的關系；b3、對臂架夾角角速度與油缸速度的關系以及油缸速度與臂架夾角角速度的關系進行采樣，并存儲為控制數據。進一步地，步驟c具體為：c1、根據所述控制數據形成平穩控制策略，所述平穩控制策略包括：在預定范圍的臂架夾角下，使油缸速度小于第一預設值，以免臂架角速度超過第二預設值。進一步地，步驟d具體為：d1、獲取當前的臂架夾角和控制輸入信號；d2、計算在當前的臂架夾角下，符合所述平穩控制策略的最優的油缸運動速度，并根據控制輸入信號計算油缸運動時間。本專利技術提供的臂架控制系統包括：第一獲取單元，用于獲得臂架夾角與油缸位移的運動學方程以及油缸位移與臂架夾角的運動學方程；第二獲取單元，用于根據上述兩個運動學方程得到臂架夾角角速度與油缸速度的動力學關系以及油缸速度與臂架夾角角速度的動力學關系；控制策略配置單元，用于根據臂架夾角角速度與油缸速度的動力學關系以及油缸速度與臂架夾角角速度的動力學關系，預設平穩控制策略；第一處理單元，用于根據當前的臂架夾角、控制輸入信號和上述平穩控制策略，得到最優的油缸運動速度和油缸運動時間；第二處理單元，用于控制油缸按照所述油缸運動速度和所述運動時間動作。進一步地，所述第一獲取單元包括：第一計算模塊，用于通過順序求解方式計算臂架夾角與油缸位移的第一實際關系式，將該第一實際關系式作為臂架夾角與油缸位移的運動學方程；第二計算模塊，用于通過順序求解方式計算油缸位移與臂架夾角的第二實際關系式，在能夠計算出該第二實際關系式時，則將其作為油缸位移與臂架夾角的運動學方程。進一步地，所述第一獲取單元還包括：第三計算模塊，用于在無法計算出所述第二實際關系式時，根據所述第一實際關系式建立迭代函數，并根據該迭代函數得出油缸位移與臂架夾角的擬合函數，以及將該擬合函數作為油缸位移與臂架夾角的運動學方程。進一步地，所述第二獲取單元包括：第一分析模塊，用于分析臂架夾角與油缸位移的運動學方程，得到臂架夾角角速度與油缸速度的關系；第二分析模塊，用于分析油缸位移與臂架夾角的運動學方程，得到油缸速度與臂架夾角角速度的關系；采樣存儲模塊，用于對臂架夾角角速度與油缸速度的關系以及油缸速度與臂架夾角角速度的關系進行采樣，并將采樣結果存儲為控制數據。采用本專利技術的臂架控制方法或者臂架控制系統時，由于同時考慮了臂架夾角（夾角角速度）與油缸位移（速度）的動力學方程和動力學關系，以及油缸位移（速度）與臂架夾角（夾角角速度）的運動學方程和動力學關系，并將其作為平穩控制策略的配置依據，使得在控制過程中本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種臂架控制方法，其特征在于，包括如下步驟：
a、獲得臂架夾角與油缸位移的運動學方程以及油缸位移與臂架夾角的運動
學方程；
b、根據上述兩個運動學方程得到臂架夾角角速度與油缸速度的動力學關系
以及油缸速度與臂架夾角角速度的動力學關系；
c、根據臂架夾角角速度與油缸速度的動力學關系以及油缸速度與臂架夾角
角速度的動力學關系，預設平穩控制策略；
d、根據當前的臂架夾角、控制輸入信號和上述平穩控制策略，得到最優的
油缸運動速度和運動時間；
e、控制油缸按照所述油缸運動速度和所述運動時間動作。
2.如權利要求1所述的臂架控制方法，其特征在于，步驟a具體為：
a1、通過順序求解方式計算臂架夾角與油缸位移的第一實際關系式，將該
第一實際關系式作為臂架夾角與油缸位移的運動學方程；
a2、通過順序求解方式計算油缸位移與臂架夾角的第二實際關系式，若能
夠計算出該第二實際關系式，則將其作為油缸位移與臂架夾角的運動學方程。
3.如權利要求2所述的臂架控制方法，其特征在于，步驟a2中還包括：
a21、若無法計算出所述第二實際關系式，則根據所述第一實際關系式建立
迭代函數，并根據該迭代函數得出油缸位移與臂架夾角的擬合函數，以及將該
擬合函數作為油缸位移與臂架夾角的運動學方程。
4.如權利要求1所述的臂架控制方法，其特征在于，步驟b具體為：
b1、分析臂架夾角與油缸位移的運動學方程，得到臂架夾角角速度與油缸
速度的關系；
b2、分析油缸位移與臂架夾角的運動學方程，得到油缸速度與臂架夾角角
速度的關系；
b3、對臂架夾角角速度與油缸速度的關系以及油缸速度與臂架夾角角速度

\t的關系進行采樣，并將采樣數據存儲為控制數據。
5.如權利要求4所述的臂架控制方法，其特征在于，步驟c具體為：
c1、根據所述控制數據形成平穩控制策略，所述平穩控制策略包括：在預
定范圍的臂架夾角下，使油缸速度小于第一預設值，以免臂架夾角角速度超過
第二預設值。
6.如權利要求5所述的臂架控制方法，其特征在于，步驟d具體為：
d1、獲取當前的臂架夾角和控制輸入信...

【專利技術屬性】
技術研發人員：代晴華，譚凌群，武利沖，蒲東亮，
申請(專利權)人：三一汽車制造有限公司，
類型：發明
國別省市：