一種混凝土泵車(chē)和臂架控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種臂架控制方法，包括實(shí)時(shí)獲取遙控器動(dòng)作信號(hào)和臂架的各節(jié)臂當(dāng)前狀態(tài)角度信號(hào)及臂架旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)；對(duì)臂架末端移動(dòng)進(jìn)行規(guī)劃。還包括預(yù)測(cè)控制，預(yù)測(cè)控制包括：根據(jù)臂架末端的目標(biāo)移動(dòng)方向，并實(shí)時(shí)計(jì)算臂架末端點(diǎn)的坐標(biāo)值，如果臂架末端點(diǎn)偏離了目標(biāo)移動(dòng)方向，則對(duì)臂架末端進(jìn)行二次規(guī)劃，二次規(guī)劃輸出下一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)。本發(fā)明還提供了一種混凝土泵車(chē)。本發(fā)明由于在臂架末端偏離了目標(biāo)移動(dòng)方向的情況下，對(duì)臂架末端進(jìn)行了二次規(guī)劃，不再根據(jù)原規(guī)劃的方案控制臂架動(dòng)作，保證臂架末端點(diǎn)始終朝向目標(biāo)點(diǎn)移動(dòng)，降低了臂架伸長(zhǎng)和縮短反復(fù)交替運(yùn)作的可能性，使臂架末端移動(dòng)平穩(wěn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種混凝土泵車(chē)和臂架控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工程機(jī)械領(lǐng)域，特別涉及一種混凝土泵車(chē)和臂架控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]混凝土泵車(chē)臂架，一般由4節(jié)臂或5節(jié)臂或6節(jié)臂相互鉸接而成，混凝土通過(guò)臂架輸送到目標(biāo)澆注點(diǎn)。對(duì)于臂架的控制，通常的控制方式是由操作人員使用遙控器對(duì)各節(jié)臂分別進(jìn)行控制，即一個(gè)一個(gè)節(jié)臂姿態(tài)控制，使臂架的整體從初始姿態(tài)運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)姿態(tài)，這種方式操作較為復(fù)雜，并且效率較低。
[0003]針對(duì)上述的控制方法中存在的不足，目前臂架智能控制方法，根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)和各節(jié)臂的相關(guān)參數(shù)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)方程和各種矩陣變換求出各個(gè)自由度的值。逆向求解的結(jié)果會(huì)出現(xiàn)多組解。因?yàn)槎嘧杂啥鹊谋奂?，臂架末端移?dòng)到目標(biāo)點(diǎn)，各節(jié)臂之間有不同的姿態(tài)達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)。這樣就需要確定一組較優(yōu)解作為實(shí)際控制策略。目前確定一個(gè)最優(yōu)解較為復(fù)雜，控制效果不佳。
[0004]為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，CN201110197146.6專(zhuān)利公開(kāi)了 “一種工程機(jī)械以及機(jī)
械臂的控制方法與控制裝置”該專(zhuān)利技術(shù)每次動(dòng)作采用兩個(gè)自由度的機(jī)械臂，并遵從節(jié)臂位移量最小的原則，通過(guò)預(yù)先定義的“斜率”，根據(jù)控制指令獲取需要?jiǎng)幼鞯膬蓚€(gè)節(jié)臂。這樣雖然簡(jiǎn)化了算法，但會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)的兩個(gè)節(jié)臂運(yùn)動(dòng)突變，臂架運(yùn)動(dòng)不連續(xù)性，臂架運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性差。另外，如果臂架遇到障礙物，臂架無(wú)法控制等問(wèn)題。另外，各節(jié)臂是由液壓油缸驅(qū)動(dòng)的，臂架在實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，液壓油缸伸縮量與各節(jié)臂角度變化量不是等線性函數(shù)關(guān)系，而是非線性函數(shù)關(guān)系，因此，即使液壓油缸小的位移動(dòng)作，也會(huì)導(dǎo)致節(jié)臂角度大幅變化，造成突變不穩(wěn)定性問(wèn)題。
[0005]另外，對(duì)于大慣性的柔性混凝土泵車(chē)臂架控制系統(tǒng)而言，因?yàn)楦鞴?jié)臂伸長(zhǎng)油缸進(jìn)油量控制精度及臂架旋轉(zhuǎn)角控制精度，及臂架運(yùn)動(dòng)慣性等客觀原因，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)臂架末端偏離目標(biāo)移動(dòng)方向，如圖1所示，根據(jù)目標(biāo)移動(dòng)AB方向，臂架末端移動(dòng)趨勢(shì)是縮短的，在規(guī)劃臂架末端移動(dòng)時(shí)，都是根據(jù)遙控器動(dòng)作信號(hào)開(kāi)度，確定臂架末端移動(dòng)的步長(zhǎng)，如圖1所示，Pl和P2為臂架末端移動(dòng)規(guī)劃的下一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，如果臂架末端偏離了 Pl點(diǎn)，到達(dá)SI點(diǎn)，臂架會(huì)根據(jù)原規(guī)劃方案，從SI點(diǎn)向P2點(diǎn)移動(dòng)。這樣就會(huì)使得臂架末端從A點(diǎn)至SI點(diǎn)，臂架是縮短的，從SI點(diǎn)到P2點(diǎn)臂架是伸長(zhǎng)的，這樣造成規(guī)劃方案與目標(biāo)移動(dòng)方向的臂架末端移動(dòng)趨勢(shì)相反的情況，使得臂架伸長(zhǎng)和縮短反復(fù)交替運(yùn)作，造成臂架末端移動(dòng)不平穩(wěn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]有鑒于此，本發(fā)明提出一種混凝土泵車(chē)和臂架控制方法，以減少臂架運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，臂架伸長(zhǎng)和縮短反復(fù)交替動(dòng)作，造成臂架末端移動(dòng)不平穩(wěn)的問(wèn)題。
[0007]—方面，本發(fā)明提供了一種臂架控制方法，包括實(shí)時(shí)獲取遙控器動(dòng)作信號(hào)和臂架的各節(jié)臂當(dāng)前狀態(tài)角度信號(hào)及臂架旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)；對(duì)臂架末端移動(dòng)進(jìn)行規(guī)劃。包括預(yù)測(cè)控制，預(yù)測(cè)控制包括:根據(jù)臂架末端的目標(biāo)移動(dòng)方向，并實(shí)時(shí)計(jì)算臂架末端點(diǎn)的坐標(biāo)值，如果臂架末端點(diǎn)偏離了目標(biāo)移動(dòng)方向，則對(duì)臂架末端進(jìn)行二次規(guī)劃，二次規(guī)劃輸出下一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)。
[0008]進(jìn)一步地，預(yù)測(cè)控制還包括根據(jù)臂架末端的目標(biāo)移動(dòng)方向，預(yù)測(cè)臂架伸長(zhǎng)區(qū)域和/或臂架縮短區(qū)域；如果臂架末端點(diǎn)在臂架伸長(zhǎng)區(qū)域上，且臂架末端點(diǎn)偏離了目標(biāo)移動(dòng)方向，對(duì)臂架末端進(jìn)行二次規(guī)劃，二次規(guī)劃使臂架伸長(zhǎng)；如果臂架末端點(diǎn)在臂架縮短區(qū)域上，且臂架末端點(diǎn)偏離了目標(biāo)移動(dòng)方向，對(duì)臂架末端移動(dòng)進(jìn)行二次規(guī)劃，二次規(guī)劃使臂架縮短。
[0009]進(jìn)一步地，在目標(biāo)移動(dòng)方向上找到至臂架旋轉(zhuǎn)中心距離最短的垂直點(diǎn)，垂直點(diǎn)至目標(biāo)移動(dòng)方向上的區(qū)域?yàn)楸奂苌扉L(zhǎng)區(qū)域；另一側(cè)為臂架縮短區(qū)域。
[0010]進(jìn)一步地，在垂直點(diǎn)周?chē)鷦澏ㄒ粋€(gè)區(qū)域?yàn)楸奂苌炜s轉(zhuǎn)換區(qū)域，如果臂架末端點(diǎn)在臂架伸縮轉(zhuǎn)換區(qū)域上，關(guān)閉預(yù)測(cè)控制。
[0011]進(jìn)一步地，臂架末端移動(dòng)規(guī)劃包括以下幾個(gè)步驟
[0012]步驟1:根據(jù)臂架當(dāng)前位置至下一個(gè)目標(biāo)位置建立數(shù)學(xué)模型；根據(jù)各節(jié)臂移動(dòng)量最小和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性原則，建立目標(biāo)約束函數(shù)；
[0013]步驟2:根據(jù)遙控器動(dòng)作信號(hào)、臂架的各節(jié)臂當(dāng)前狀態(tài)角度信號(hào)、臂架當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)；計(jì)算獲得各節(jié)臂收展角度和臂架目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度；
[0014]步驟3:判斷各節(jié)臂收展角度是否超出臂架收展角度范圍； [0015]步驟4:如果所有節(jié)臂收展角度均超出臂架收展角度范圍，停止控制臂架動(dòng)作；如果部分節(jié)臂收展角度超出臂架移動(dòng)范圍，返回步驟2重新計(jì)算，否則，控制臂架動(dòng)作。
[0016]進(jìn)一步地，目標(biāo)約束函數(shù)包括如下:
[0017]OBJ1= Σ Wi.( Θ J- θ η)2
[0018]OBJ2= Σ Wi.(( Θ 廠 θ H) _ ( Θ H- Θ j_2))2
[0019]其中，Wi表示i節(jié)臂的權(quán)重；Θ i表示i節(jié)臂目標(biāo)角度，θ η表示i節(jié)臂當(dāng)前角度，9 1-2表示i節(jié)臂前一步的角度。
[0020]進(jìn)一步地，如果i節(jié)臂被操作手鎖定，i節(jié)臂的權(quán)重Wi為O。
[0021]進(jìn)一步地，在步驟2中:將空間軌跡規(guī)劃分成臂架旋轉(zhuǎn)和機(jī)械臂平面收展兩個(gè)規(guī)劃分別進(jìn)行計(jì)算，分別獲得各節(jié)臂收展角度和臂架目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度。
[0022]進(jìn)一步地，數(shù)學(xué)模型如下:
【權(quán)利要求】
1.一種臂架控制方法，包括實(shí)時(shí)獲取遙控器動(dòng)作信號(hào)和臂架的各節(jié)臂當(dāng)前狀態(tài)角度信號(hào)及臂架旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)；對(duì)臂架末端移動(dòng)進(jìn)行規(guī)劃，其特征在于，包括預(yù)測(cè)控制，預(yù)測(cè)控制包括:根據(jù)臂架末端的目標(biāo)移動(dòng)方向，并實(shí)時(shí)計(jì)算臂架末端點(diǎn)的坐標(biāo)值，如果臂架末端點(diǎn)偏離了目標(biāo)移動(dòng)方向，則對(duì)臂架末端進(jìn)行二次規(guī)劃，二次規(guī)劃輸出下一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臂架控制方法，其特征在于，預(yù)測(cè)控制還包括根據(jù)臂架末端的目標(biāo)移動(dòng)方向，預(yù)測(cè)臂架伸長(zhǎng)區(qū)域和/或臂架縮短區(qū)域；如果臂架末端點(diǎn)在臂架伸長(zhǎng)區(qū)域上，且臂架末端點(diǎn)偏離了目標(biāo)移動(dòng)方向，對(duì)臂架末端進(jìn)行二次規(guī)劃，二次規(guī)劃使臂架伸長(zhǎng)；如果臂架末端點(diǎn)在臂架縮短區(qū)域上，且臂架末端點(diǎn)偏離了目標(biāo)移動(dòng)方向，對(duì)臂架末端移動(dòng)進(jìn)行二次規(guī)劃，二次規(guī)劃使臂架縮短。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的臂架控制方法，其特征在于，在目標(biāo)移動(dòng)方向上找到至臂架旋轉(zhuǎn)中心距離最短的垂直點(diǎn)，垂直點(diǎn)至目標(biāo)移動(dòng)方向上的區(qū)域?yàn)楸奂苌扉L(zhǎng)區(qū)域；另一側(cè)為臂架縮短區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的臂架控制方法，其特征在于，在垂直點(diǎn)周?chē)鷦澏ㄒ粋€(gè)區(qū)域?yàn)楸奂苌炜s轉(zhuǎn)換區(qū)域，如果臂架末端點(diǎn)在臂架伸縮轉(zhuǎn)換區(qū)域上，關(guān)閉預(yù)測(cè)控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臂架控制方法，其特征在于，臂架末端移動(dòng)規(guī)劃包括以下幾個(gè)步驟 步驟1:根據(jù)臂架當(dāng)前位置至下一個(gè)目標(biāo)位置建立數(shù)學(xué)模型；根據(jù)各節(jié)臂移動(dòng)量最小和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性原則，建立目標(biāo)約束函數(shù)； 步驟2:根據(jù)遙控器動(dòng)作 信號(hào)、臂架的各節(jié)臂當(dāng)前狀態(tài)角度信號(hào)、臂架當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)；計(jì)算獲得各節(jié)臂收展角度和臂架目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度； 步驟3:判斷各節(jié)臂收展角度是否超出臂架收展角度范圍； 步驟4:如果所有節(jié)臂收展角度均超出臂架收展角度范圍，停止控制臂架動(dòng)作；如果部分節(jié)臂收展角度超出臂架移動(dòng)范圍，返回步驟2重新計(jì)算，否則，控制臂架動(dòng)作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的臂架控制方法，其特征在于，目標(biāo)約束函數(shù)包括如下:
OBJ1= Σ Wi.( θ「θ η)2
OBJ2= Σ Wi * ( ( Θ 廠 Θ H) - ( Θ H- Θ 卜2))2 其中，Wi表示i節(jié)臂的權(quán)重；Θ i表示i節(jié)臂目標(biāo)角度，Θ H表示i節(jié)臂當(dāng)前角度，Θ i_2表示i節(jié)臂前一步的角度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的臂架控制方法，其特征在于，如果i節(jié)臂被操作手鎖定，i節(jié)臂的權(quán)重Wi為O。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的臂架控制方法，其特征在于，在步驟2中:將空間軌跡規(guī)劃分成臂架旋轉(zhuǎn)和機(jī)械臂平面收展兩個(gè)規(guī)劃分別進(jìn)行計(jì)算，分別獲得各節(jié)臂收展角度和臂架目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的臂架控制方法，其特征在于，數(shù)學(xué)模型如下: Σ cosWoX COS(之 Θ丨-(/ -1).π) = Xend Mj=l
10.一種混凝土泵車(chē)，包括臂架，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至9所述任意一項(xiàng)所述的臂架控制方法。
【文檔編號(hào)】E04G21/04GK103806666SQ201410036995
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】唐修俊, 譚凌群, 武利沖, 蒲東亮 申請(qǐng)人:三一汽車(chē)制造有限公司