[發明專利]混凝土泵車智能臂架系統的仿真實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201110141672.0
• 申請日: 2011-05-27
• 公開（公告）號: CN102354120A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 孫曉潔;葉樺;仰燕蘭;于榮
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 朱戈勝

技術領域

本發明涉及混凝土泵車控制領域，具體涉及的是一種混凝土泵車智能臂架系統的仿真實驗裝置及方法。

背景技術

混凝土泵車由于其靈活、方便、高效等特點已成為建筑行業的重要工具，國內基礎設施建設的持續發展為泵車提供了更大的市場空間，同時也對泵車的各項功能提出了更高的要求。臂架系統是混凝土泵車的重要組成部分，能否保證其快速、平穩、準確地伸展到澆注位置，在很大程度上影響了混凝土泵車工作的效率和精準性，因此臂架系統的自動化、智能化改造日趨成為泵車控制領域的熱點問題。

由于臂架系統是一組復雜的多自由度冗余結構，到目前為止，對混凝土泵車臂架的控制多半停留在手動方式上，即操作人員通過控制每一節臂的運動，使臂架末端運動到要求的位置，這種方式繁重且效率低，而且在實際澆注中容易產生偏差。所謂臂架系統的自動化、智能化改造是指只需指定混凝土澆筑末端位置，在計算機控制下就能實現多節臂協調動作，使臂架按設定程序連續或直接到達澆筑末端預定位置。

混凝土泵車臂架系統的自動化、智能化改造任重道遠，涉及到軌跡規劃、軌跡跟蹤、運動控制算法，甚至是泵車臂架和執行機構的建模等問題。而這些模型和算法的驗證如果直接在實際使用的泵車上進行，不僅安裝困難、費用高、周期長，而且還存在很大的危險性。因此，迫切需要開發出一種智能臂架系統的仿真實驗裝置和方法，利用計算機仿真等技術，模擬對象的運動學和動力學特征，保證控制器接口與實際泵車一致即可。

發明內容

技術問題：針對現有技術上存在的不足，本發明目的是在于提供一種結構清晰、可提供模型和算法驗證、與實際泵車接口一致的混凝土泵車智能臂架系統的仿真實驗裝置及方法。

技術方案：為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現：

本發明包括手持遙控器、路徑規劃器、運動控制器和對象模擬器；所述手持遙控器與路徑規劃器之間通過無線方式實現指令的發送與狀態信息的接收；路徑規劃器通過總線(例如CAN總線)與運動控制器和對象模擬器相連接；運動控制器與對象模擬器之間采用電氣連接。

所述路徑規劃器帶有無線收發模塊，接收手持遙控器發來的啟動/熄火、急停、手動/自動切換、臂架的回轉和升降、快速/慢速、鎖臂等控制指令，同時也將各節臂架的角度和速度、正反泵、排量、油溫等信息發送到手持遙控器上顯示。

所述路徑規劃器、運動控制器和對象模擬器分別帶有總線接口，并掛接在同一總線上。

根據制定的相關通信協議，所述路徑規劃器通過總線接收來自對象模擬器的各節臂架角度或加速度信息。

所述路徑規劃器通過總線發送給運動控制器各節臂架的實時控制量。

所述運動控制器為工程機械專用邏輯控制器，可輸出PWM信號直接驅動后續執行機構。

所述對象模擬器實現對混凝土泵車執行機構、運動學模型、動力學模型和各節臂架檢測裝置的仿真，能夠受控于所述運動控制器輸出的PWM信號，計算獲得各節臂架角度或加速度值。

所述混凝土泵車智能臂架系統的實驗方法，包括以下幾個步驟：

(A)操作者通過所述手持遙控器將臂架末端所要到達的位置(自動模式)或各節臂架所要到達的角度(手動模式)發送給所述路徑規劃器；

(B)所述路徑規劃器比較收到的臂架目標位置與臂架當前位置，如果兩者一致，轉到步驟(E)，否則計算給出最優路徑，并將控制輸出量通過CAN總線發送給所述運動控制器；

(C)所述運動控制器根據所述路徑規劃器的要求，改變占空比來調節相應的PWM信號量，以驅動各節臂架的伸縮運動，使末端到達目標位置，同時所述運動控制器還要做到對各節臂架移動位置和速度的安全保護，防止運動過程中的意外；

(D)所述對象模擬器接收所述運動控制器的PWM信號，模擬混凝土泵車的執行器、臂架系統和傳感器，通過軟件計算獲得各節臂架的當前位置，并通過CAN接口反饋給所述路徑規劃器，跳回步驟(B)；

(E)結束

采用這種實驗裝置和方法，能夠大大加快臂架系統智能化過程，降低實驗費用，減少潛在危險，當某種控制算法通過驗證可行后，可直接應用到實際混凝土泵車中。

所述總線可以采用CAN等工控領域的常見總線形式。

有益效果：

1、針對混凝土泵車智能臂架系統的關鍵部位進行合理劃分，組成實驗裝置的四部分結構清晰、分工明確，提高了系統可靠性，同時也方便了故障排查和功能擴展；