[發(fā)明專利]多關(guān)節(jié)類機(jī)械臂架的控制方法、設(shè)備、系統(tǒng)及工程機(jī)械

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310061674.8
• 申請日: 2013-02-27
• 公開（公告）號: CN103147577A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡敏;梁聰慧;齊彪;曾揚(yáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 中聯(lián)重科股份有限公司
• 主分類號: E04G21/02
• 分類號: E04G21/02;E21D11/10;B66C23/70;E02F3/38
• 代理公司: 北京同達(dá)信恒知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11291
• 代理人: 黃志華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工程機(jī)械領(lǐng)域，尤其涉及一種多關(guān)節(jié)類機(jī)械臂架的控制方法、設(shè)備、系統(tǒng)及工程機(jī)械。

背景技術(shù)

在現(xiàn)有的工程機(jī)械產(chǎn)品中，如：混凝土泵車、混凝土噴射機(jī)、汽車起重機(jī)和液壓挖掘機(jī)等，大型機(jī)械的主要工作裝置均為多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂。這一類液壓機(jī)械臂系統(tǒng)具有自由度數(shù)目多、質(zhì)量大、柔度大和慣量大等特征，在使用過程中存在操作復(fù)雜程度高、安全性要求高等特點(diǎn)，且長時間工作在復(fù)雜的工程施工環(huán)境下，進(jìn)行高強(qiáng)度的作業(yè)，因此，在對這類大型機(jī)械的多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂架進(jìn)行控制時，對操作者的協(xié)調(diào)性、準(zhǔn)確性和控制的平穩(wěn)性要求較高。

目前，對多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的控制方式一般采用以下方式：

如圖1所示，為現(xiàn)有技術(shù)中多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，所述控制系統(tǒng)中包括了：無線搖控器、接收設(shè)備、PLC控制設(shè)備和單個多路閥。其中：無線遙控器，用于根據(jù)操作者的操作指令生成控制臂架的控制指令，并發(fā)送給接收設(shè)備；

接收設(shè)備，用于通過無線方式接收無線遙控器的控制指令，并將該控制指令發(fā)送給PLC控制設(shè)備；

PLC控制設(shè)備，用于將接收到的控制指令轉(zhuǎn)換成為液壓電路閥的控制信號發(fā)送給單個多路閥。

該控制系統(tǒng)具體的工作原理為：

大型機(jī)械的操作者根據(jù)自身的肉眼觀察或者通過經(jīng)驗(yàn)判斷確定多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的末端的運(yùn)動軌跡；

根據(jù)確定的運(yùn)動軌跡形成控制指令，并通過無線遙控設(shè)備輸入對臂架末端的控制信號，由臂架末端的控制設(shè)備在接收到該控制指令時，將接收到的控制指令轉(zhuǎn)換成為PWM電流控制液壓多路閥的流量，實(shí)現(xiàn)對多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂對應(yīng)的液壓馬達(dá)、液壓油缸等對各關(guān)節(jié)的運(yùn)動控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對臂架末端的控制。

由于該多關(guān)節(jié)臂架系統(tǒng)是多冗余自由度機(jī)構(gòu)，完成同一任務(wù)可以以不同的姿態(tài)和運(yùn)動路徑實(shí)現(xiàn)，但是控制指令的發(fā)出完全依靠操作肉眼觀察或者經(jīng)驗(yàn)確定，因此，對多關(guān)節(jié)臂架的控制完全取決于操作者的操作經(jīng)驗(yàn)，很難保證對操作機(jī)械的柔和度要求，容易在操作過程中出現(xiàn)較大晃動，損害臂架結(jié)構(gòu)，使得多關(guān)節(jié)臂架的末端不能準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)位置，出現(xiàn)操作效率低的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多關(guān)節(jié)類機(jī)械臂架的控制方法、設(shè)備、系統(tǒng)及工程機(jī)械，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中在對多關(guān)節(jié)臂架控制時出現(xiàn)的多關(guān)節(jié)臂架的末端不能準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)位置導(dǎo)致的操作效率低的問題。

一種多關(guān)節(jié)類機(jī)械臂架的控制方法，包括：

利用設(shè)定的模擬機(jī)械臂架末端移動的方法，將機(jī)械臂架末端移動的軌跡路徑劃分為成N條子軌跡路徑，其中，N為不小于1的正整數(shù)；

針對除了得到的第一條子軌跡路徑之外的其他每一條子軌跡路徑，分別執(zhí)行以下操作：

根據(jù)機(jī)械臂架運(yùn)動在上一條子軌跡路徑上的目標(biāo)位移距離、實(shí)際位移距離、位移線速度和位移線加速度，計(jì)算得到機(jī)械臂架運(yùn)動在當(dāng)前子軌跡路徑的位移線速度、位移線加速度，以及在設(shè)定時間周期內(nèi)當(dāng)前機(jī)械臂架末端能夠移動的長度值；

采集機(jī)械臂架各個關(guān)節(jié)的當(dāng)前位置信息，利用設(shè)定的逆運(yùn)動學(xué)計(jì)算方法，計(jì)算在當(dāng)前機(jī)械臂架末端能夠到達(dá)的子目標(biāo)位置信息時機(jī)械臂架各個關(guān)節(jié)當(dāng)前需要移動的角度信息，其中，所述當(dāng)前機(jī)械臂架末端能夠到達(dá)的子目標(biāo)位置信息是根據(jù)確定的當(dāng)前機(jī)械臂架末端能夠移動的長度值確定的；

將得到的各個關(guān)節(jié)的角度信息轉(zhuǎn)換成為控制指令，控制機(jī)械臂架各個關(guān)節(jié)對應(yīng)的電液比例閥進(jìn)行運(yùn)動。

一種多關(guān)節(jié)類機(jī)械臂架的控制設(shè)備，包括：

劃分模塊，用于利用設(shè)定的模擬機(jī)械臂架末端移動的方法，將機(jī)械臂架末端移動的軌跡路徑劃分為成N條子軌跡路徑，其中，N為不小于1的正整數(shù)；

控制模塊，用于針對除了得到的第一條子軌跡路徑之外的其他每一條子軌跡路徑，分別執(zhí)行以下操作：

根據(jù)機(jī)械臂架運(yùn)動在上一條子軌跡路徑上的目標(biāo)位移距離、實(shí)際位移距離、位移線速度和位移線加速度，計(jì)算得到機(jī)械臂架運(yùn)動在當(dāng)前子軌跡路徑的位移線速度、位移線加速度，以及在設(shè)定時間周期內(nèi)當(dāng)前機(jī)械臂架末端能夠移動的長度值；

采集機(jī)械臂架各個關(guān)節(jié)的當(dāng)前位置信息，利用設(shè)定的逆運(yùn)動學(xué)計(jì)算方法，計(jì)算在當(dāng)前機(jī)械臂架末端能夠到達(dá)的子目標(biāo)位置信息時機(jī)械臂架各個關(guān)節(jié)當(dāng)前需要移動的角度信息，其中，所述當(dāng)前機(jī)械臂架末端能夠到達(dá)的子目標(biāo)位置信息是根據(jù)確定的當(dāng)前機(jī)械臂架末端能夠移動的長度值確定的；

將得到的各個關(guān)節(jié)的角度信息轉(zhuǎn)換成為控制指令，控制機(jī)械臂架各個關(guān)節(jié)對應(yīng)的電液比例閥進(jìn)行運(yùn)動。

一種多關(guān)節(jié)類機(jī)械臂架的控制系統(tǒng)，包括：

采集設(shè)備，用于采集機(jī)械臂架當(dāng)前各個關(guān)節(jié)的位置信息；