控制臂架末端運動的設備、系統、方法以及工程機械設備的製作方法

2023-09-16 05:30:10 1

專利名稱：控制臂架末端運動的設備、系統、方法以及工程機械設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及機械控制領域，具體地，涉及一種用於控制臂架末端運動的設備、系統、方法以及具有該系統的工程機械設備。
背景技術：
在建築業、高鐵等的蓬勃發展背景下，混凝土機械行業這幾年呈現了強勁的發展， 混凝土機械設備向著個性化、智能化方向發展，出現了智能臂架的概念，以使得臂架操作更為實用及方便。一種典型的具有智能臂架的施工車輛是混凝土泵車，這種車輛在需要混凝土澆築的施工現場，按照操控要求進行混凝土澆築施工。當臂架設備用於混凝土澆築以及其他類似場合時，對其控制具有較高的要求，尤其是對其臂架未端的位置需要進行準確的控制。目前，為了利用對臂架末端的運動方向和運動速率進行控制，多採用具有三自由度的操縱杆同時發出用於控制臂架末端的運動方向和運動速率的指令。臂架末端的運動方向和運動速率根據操縱杆在X、Y、Z三個方向上的矢量方向及矢量大小這六個變量計算得到，該六個變量既要用於控制臂架末端的運動方向，又要用於控制臂架末端的運動速率，該計算具有強耦合性，這是一個複雜的耦合運算過程。這六個變量在利用操縱杆實現的過程中存在相互強耦合關係，上述六個變量中任何一個的改變都將導致最終輸出結果的改變， 這會給智能臂架操縱帶來困難。

發明內容
本發明的目的是提供一種用於控制臂架末端運動的設備、系統、方法以及具有該系統的工程機械設備，該設備可解決上述現有的利用一操縱杆控制臂架末端運動所存在的問題。為了實現上述目的，本發明提供一種用於控制臂架末端運動的設備，該設備包括 運動方向輸入裝置，用於生成代表所述臂架末端運動方向的信號；運動速率輸入裝置，用於生成代表所述臂架末端運動速率的信號，該運動速率輸入裝置與所述運動方向輸入裝置相互獨立；以及發射機，與所述運動方向輸入裝置和運動速率輸入裝置相連，用於發送所述代表運動方向的信號和代表運動速率的信號。相應地，本發明還提供一種用於控制臂架末端運動的系統，該系統包括上述用於控制臂架末端運動的設備；接收機，用於接收所述代表運動方向的信號和代表運動速率的信號；以及控制器，與所述接收機相連，用於根據所輸入的代表運動方向的信號和代表運動速率的信號，控制所述臂架末端運動。相應地，本發明還提供一種工程機械設備，該工程機械設備包括上述用於控制臂架末端運動的系統。相應地，本發明還提供一種用於控制臂架末端運動的方法，該方法包括接收來自運動方向輸入裝置的代表所述臂架末端運動方向的信號；接收來自運動速率輸入裝置的代表所述臂架末端運動速率的信號，該運動速率輸入裝置與所述運動方向輸入裝置相互獨立；以及根據所述代表運動方向的信號和代表運動速率的信號，控制所述臂架末端運動。通過上述技術方案，可完成臂架末端的運動方向和運動速率各自獨立運算和操作，避免了利用同一輸入裝置同時輸入臂架末端運動方向和運動速率兩個信號時的耦合問題，方便了臂架末端的操控，避免了臂架操控不穩定的問題。本發明的其他特徵和優點將在隨後的具體實施方式
部分予以詳細說明。


附圖是用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式
一起用於解釋本發明，但並不構成對本發明的限制。在附圖中圖1為本發明的用於控制臂架末端運動的設備的結構示意圖；圖2為本發明的用於控制臂架末端運動的系統的結構示意圖；圖3A為運動方向輸入裝置的一實例的結構示意圖；圖IBB為示出了圖3A所示的運動方向輸入裝置的操作狀態的示意圖；圖4A為運動速率輸入裝置的一實例的結構示意圖；圖4B為示出了圖4A所示的運動速率輸入裝置的操作狀態的示意圖。附圖標記說明110運動方向輸入裝置120運動速率輸入裝置130發射機210接收機220控制器
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的具體實施方式
進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式
僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。圖1為本發明的用於控制臂架末端運動的設備的結構示意圖。如圖1所示，本發明提供了一種用於控制臂架末端運動的設備，該設備包括運動方向輸入裝置110，用於生成代表所述臂架末端運動方向的信號；運動速率輸入裝置120，用於生成代表所述臂架末端運動速率的信號，該運動速率輸入裝置120與所述運動方向輸入裝置110相互獨立；以及發射機130 (例如，電磁波發射機)，與所述運動方向輸入裝置110和運動速率輸入裝置120 相連，用於發送所述代表運動方向的信號和代表運動速率的信號。藉此，可通過兩個獨立的裝置，分別獨立輸入代表臂架末端的運動方向和運動速率的信號，避免了利用同一輸入裝置同時輸入臂架末端運動方向和運動速率兩個信號時的耦合問題，可使臂架末端位置更易於控制，且臂架運動穩定。具體而言，該用於控制臂架末端運動的設備可實施為遙控器。有關該用於控制臂架末端運動的設備可參見以下針對控制臂架末端運動的系統的描述。圖2為本發明的用於控制臂架末端運動的系統的結構示意圖。如圖2所示，本發明還提供了一種用於控制臂架末端運動的系統，該系統包括上述用於控制臂架末端運動的設備；接收機210 (例如，電磁波接收機)，用於接收所述代表運動方向的信號和代表運動速率的信號；以及控制器220，與所述接收機相連，用於根據所輸入的代表運動方向的信號和代表運動速率的信號，控制所述臂架末端運動。其中，所述運動方向輸入裝置110所輸入的代表運動方向的信號可包括X及X、f 及f以及f及之這三組變量中的至少一組變量，所述控制器220通過以下公式計算臂架末端的運動方向V = F(X,Y,Z,X,Y,Z)(I)其中，X表示臂架末端的運動方向在X軸方向分量的矢量方向，X表示臂架末端的運動方向在X軸方向分量的矢量大小；f表示臂架末端的運動方向在Y軸方向分量的矢量方向，f表示臂架末端的運動方向在Y軸方向分量的矢量大小i表示臂架末端的運動方向在Z軸方向分量的矢量方向，f表示臂架末端的運動方向在Z軸方向分量的矢量大小；f 表示臂架末端的運動方向；函數FO表示運動方向合成運算公式，其可採用矢量相加運算方法或其他相應的運算方法。上述公式以需控制臂架末端在任意方向上運動為例而給出，實際上，對於臂架末端僅需於一方向上運動的情形而言，僅需考慮該方向上的矢量方向及矢量大小即可。所述運動方向輸入裝置110可採用任何可輸入所需方向上的矢量方向及矢量大小的輸入裝置來實現，諸如觸控螢幕、旋轉編碼器、變阻器等。其中，所述代表運動速率的信號包括變量V，所述控制器220可通過以下公式計算臂架末端的運動速率V = G (v)(2)其中，ν表示所述運動速率輸入裝置120輸入的代表所述臂架末端的運動速率的變量，函數GO表示運動速率運算公式，V表示與ν相對應的運動速率。所述運動速率輸入裝置120亦可採用任何輸入裝置來實現，諸如觸控螢幕、旋轉編碼器、變阻器等。優選地，所述運動方向輸入裝置110可為具有至少一自由度的操縱杆，例如，具有一自由度的操縱杆(此時，可控制臂架末端於一方向上運動)、具有二自由度的操縱杆(此時，可控制臂架末端於一平面上運動)、有三自由度的操縱杆(此時，可控制臂架末端於三維空間中任意方向上運動)。圖3Α為運動方向輸入裝置的一實施例的結構示意圖，圖中所示的運動方向輸入裝置為具有三自由度的操縱杆。圖3Β示出了該運動方向輸入裝置的操作狀態，以下結合圖 3Β描述控制器如何根據操縱杆的操作狀態，計算臂架末端的運動方向。臂架末端的運動方向計算公式如下V = F(X,Y,Z,X,f,Z)(3)其中，X表示操縱杆的擺角方向在X軸方向分量的矢量方向，X表示操縱杆的擺角方向在X軸方向分量的矢量大小，即在X軸方向上的擺角大小；f表示操縱杆的擺角方向在 Y軸方向分量的矢量方向，f表示操縱杆的擺角方向在Y軸方向分量的矢量大小，即在Y軸方向上的擺角大小；f表示操縱杆的擺角方向在Z軸方向分量的矢量方向，f表示操縱杆的擺角方向在Z軸方向分量的矢量大小，即在Z軸方向上的擺角大小#表示臂架末端的運動方向；函數FO表示運動方向合成運算公式。優選地，所述運動速率輸入裝置120為具有一自由度的操縱杆。當然，具有多個自由度的操縱杆亦可以實現此運動速率輸入裝置，這裡僅採用一最簡單的實施例進行說明。所述運動速率輸入裝置可為一旋轉鈕或具有一自由度的操縱杆。圖4A為運動速率輸入裝置的一實施例的結構示意圖，圖中所示的運動速率輸入裝置為具有一自由度的操縱杆。圖4B示出了該運動速率輸入裝置的操作狀態，以下結合圖4B描述控制器220如何根據操縱杆的操作狀態，計算臂架末端的運動速率。
臂架末端的運動速率計算公式如下
V = G(|ZV|) (4)
其中，Z V表示操縱杆的擺角大小，當操縱杆朝一擺動方向擺動時，ZV為正數；當操縱杆朝相反方向擺動時，ζ ν為負數。11表示絕對值運算。函數GO表示運動速率運算方法，ν表示與ι ZVl相對應的運動速率。
在很多工況下，臂架末端需要沿著一固定方向作往復運動，即需要臂架末端的運動方向進行180度換向。為簡化操作，優選地，所述接收機還接收來自所述運動速率輸入裝置的代表該運動速率輸入裝置的擺動方向的信號；所述控制器在所述運動方向輸入裝置所輸出的運動方向一定的情況下，當所述運動速率輸入裝置的擺角方向改變時(例如，對於旋轉鈕而言，順時針旋轉一角度改為逆時針旋轉該角度；對於具有一自由度的操縱杆而言， 朝一擺動方向擺動一角度改為朝相反方向擺動該角度)，控制所述臂架末端的運動方向改變180度。具體計算公式如下
V = F(X, , Ζ, Χ, , Ζ) χ Sign(ZV)(5)
其中 Sign(ZV) = I, ZV >0(八
(6) {sign(ZV) = -l,ZV <0
這裡，旬表示f 方向轉變了 180度。從而，可在需臂架末端的運動方向進行180度換向時，通過引入運動速率輸入裝置的擺動方向，使所述臂架末端的運動方向改變180度。藉此，可避免操作運動方向輸入裝置使臂架末端的運動方向進行180 度換向而所存在的換向不夠精確等諸多不便。
優選地，所述運動方向輸入裝置和/或運動速率輸入裝置為自鎖式運動方向輸入裝置和/或自鎖式運動速率輸入裝置，其能夠在達到一狀態時，鎖定於該狀態。因此，當臂架末端工作於固定運動方向和/或固定運動速率的工況下時，可鎖定運動方向輸入裝置和 /或運動速率輸入裝置的狀態，藉此降低了操作者的勞動強度，同時保證了運動方向和/或運動速率的恆定，增強了臂架末端運動的穩定性。
相應地，本發明還提供了一種工程機械設備，該工程機械設備具有上述用於控制臂架末端運動的系統。該工程機械設備可為各種需進行臂架控制的設備，諸如泵車、挖掘機、起重機等。
相應地，本發明還提供了一種用於控制臂架末端運動的方法，該方法包括接收來自運動方向輸入裝置的代表所述臂架末端運動方向的信號；接收來自運動速率輸入裝置的代表所述臂架末端運動速率的信號，該運動速率輸入裝置與所述運動方向輸入裝置相互獨立；以及根據所述代表運動方向的信號和代表運動速率的信號，控制所述臂架末端運動。
其中，所述代表運動方向的信號可包括X和X、f和f以及f和f這三組變量中的至少一組變量，其中，X表示臂架末端的運動方向在X軸方向分量的矢量方向，X表示臂架末端的運動方向在X軸方向分量的矢量大小；f表示臂架末端的運動方向在Y軸方向分量的矢量方向，f表示臂架末端的運動方向在Y軸方向分量的矢量大小i表示臂架末端的運動方向在Z軸方向分量的矢量方向，f表示臂架末端的運動方向在Z軸方向分量的矢量大小； P表示臂架末端的運動方向。
其中，所述運動速率輸入裝置可為一旋轉鈕或具有一自由度的操縱杆，該方法還可包括接收來自所述運動速率輸入裝置的代表該運動速率輸入裝置的擺動方向的信號； 以及在所述運動方向輸入裝置所輸出運動方向一定的情況下，當所述運動速率輸入裝置的擺動方向改變時，控制所述臂架末端運動方向改變180度。
有關該用於控制臂架末端運動的方法的細節及益處可參閱之前對用於控制臂架末端運動的系統的描述，於此不再贅述。
通過本發明，可完成臂架末端的運動方向和運動速率各自獨立運算和操作，避免了單操縱杆同時進行方向和速率運算和操作的耦合過程，方便了臂架末端的操作，避免了臂架運動不穩定的問題。
以上結合附圖詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本發明的保護範圍。
另外需要說明的是，在上述具體實施方式
中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。
此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。
權利要求
1.一種用於控制臂架末端運動的設備，其特徵在於，該設備包括運動方向輸入裝置，用於生成代表所述臂架末端運動方向的信號；運動速率輸入裝置，用於生成代表所述臂架末端運動速率的信號，該運動速率輸入裝置與所述運動方向輸入裝置相互獨立；以及發射機，與所述運動方向輸入裝置和運動速率輸入裝置相連，用於發送所述代表運動方向的信號和代表運動速率的信號。
2.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述運動方向輸入裝置為具有至少一自由度的操縱杆。
3.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述運動速率輸入裝置為一旋轉鈕或具有一自由度的操縱杆。
4.根據權利要求2或3所述的設備，其特徵在於，所述運動方向輸入裝置和/或運動速率輸入裝置為自鎖式的。
5.一種用於控制臂架末端運動的系統，其特徵在於，該系統包括根據權利要求1-4中任一項權利要求所述的設備；接收機，用於接收所述代表運動方向的信號和代表運動速率的信號；以及控制器，與所述接收機相連，用於根據所輸入的代表運動方向的信號和代表運動速率的信號，控制所述臂架末端運動。
6.根據權利要求5所述的系統，其特徵在於，所述代表運動方向的信號包括1和χ、f 和f以及f和之這三組變量中的至少一組變量，其中，X表示臂架末端的運動方向在X軸方向分量的矢量方向，X表示臂架末端的運動方向在X軸方向分量的矢量大小；f表示臂架末端的運動方向在Y軸方向分量的矢量方向， f表示臂架末端的運動方向在Y軸方向分量的矢量大小i表示臂架末端的運動方向在Z軸方向分量的矢量方向，2表示臂架末端的運動方向在Z軸方向分量的矢量大小卞表示臂架末端的運動方向。
7.根據權利要求5所述的系統，其特徵在於，所述運動速率輸入裝置為一旋轉鈕或具有一自由度的操縱杆，所述接收機還接收來自所述運動速率輸入裝置的代表該運動速率輸入裝置的擺動方向的信號；所述控制器在所述運動方向輸入裝置所輸出運動方向一定的情況下，當所述運動速率輸入裝置的擺動方向改變時，控制所述臂架末端運動方向改變180度。
8.—種工程機械設備，其特徵在於，該工程機械設備包括權利要求5-7中任一項權利要求所述的用於控制臂架末端運動的系統。
9.一種用於控制臂架末端運動的方法，其特徵在於，該方法包括接收來自運動方向輸入裝置的代表所述臂架末端運動方向的信號；接收來自運動速率輸入裝置的代表所述臂架末端運動速率的信號，該運動速率輸入裝置與所述運動方向輸入裝置相互獨立；以及根據所述代表運動方向的信號和代表運動速率的信號，控制所述臂架末端運動。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述代表運動方向的信號包括χ和 X、f和f以及f和之這三組變量中的至少一組變量，其中，X表示臂架末端的運動方向在X軸方向分量的矢量方向，X表示臂架末端的運動方向在X軸方向分量的矢量大小；f表示臂架末端的運動方向在Y軸方向分量的矢量方向， f表示臂架末端的運動方向在Y軸方向分量的矢量大小i表示臂架末端的運動方向在Z軸方向分量的矢量方向，2表示臂架末端的運動方向在Z軸方向分量的矢量大小卞表示臂架末端的運動方向。
11.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述運動速率輸入裝置為一旋轉鈕或具有一自由度的操縱杆，該方法還包括接收來自所述運動速率輸入裝置的代表該運動速率輸入裝置的擺動方向的信號；以及在所述運動方向輸入裝置所輸出運動方向一定的情況下，當所述運動速率輸入裝置的擺動方向改變時，控制所述臂架末端運動方向改變180度。
全文摘要
本發明公開了一種用於控制臂架末端運動的設備、系統以及具有該系統的工程機械設備，該用於控制臂架末端運動的設備包括運動方向輸入裝置，用於生成代表所述臂架末端運動方向的信號；運動速率輸入裝置，用於生成代表所述臂架末端運動速率的信號，該運動速率輸入裝置與所述運動方向輸入裝置相互獨立；以及發射機，與所述運動方向輸入裝置和運動速率輸入裝置相連，用於發送所述代表運動方向的信號和代表運動速率的信號。藉此，可通過兩個獨立的裝置，分別輸入代表臂架末端運動方向和運動速率的信號，避免了解耦過程，可使臂架末端位置更易於控制，且臂架運動穩定。
文檔編號G05B13/04GK102495548SQ201110367640
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者易偉春, 李葵芳, 王嶽宇, 王帥, 羅建利 申請人:中聯重科股份有限公司