[發明專利]隧道多臂架、多關節作業設備的末端臂架姿態多模式自動控制裝置及方法

有效

• 申請號: 201611090660.9
• 申請日: 2016-12-01
• 公開（公告）號: CN106625629B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 邵凡;郎媛;林叔斌
• 申請（專利權）人: 長沙科達智能裝備股份有限公司
• 主分類號: B25J9/06
• 分類號: B25J9/06;B25J9/16;B25J13/06
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司43113
• 代理人: 何為,袁穎華

技術領域

本發明涉及一種末端臂架姿態控制裝置及方法，具體涉及一種對隧道多臂架、多關節作業設備的末端臂架姿態多模式自動控制的裝置及方法。

背景技術

現有工業用智能機器手臂實現臂架的控制，主要分為兩種控制方式：第一種，按照預定軌跡進行運動控制；第二種，通過圖像識別、位置傳感器等設備采集信號，由專用計算機軟件進行運算處理，控制其運動。顯然，作為隧道作業設備，其作業工況多變復雜，無法預先設定器運動軌跡，且現場實際工況條件惡劣，高精度的傳感設備無法應用，也不適合采用專用計算機進行現場運算處理。

現有隧道作業設備對臂架控制，一般采用在臂架上加裝傾角傳感器的方式，實時測量相應臂架與水平面的夾角，以此作為臂架姿態控制的依據，基本實現了臂架末端與水平面保持固定姿態的功能。但是，隧道作業設備受其作業空間的限制，往往要求作業設備具有很好的靈活性，為此多關節、可多方向運動的臂架的結構運用得越來越廣泛，在帶來靈活性的同時，也造成了臂架的運動控制越來越復雜，尤其是末端姿態的控制，往往需要操作手反復調整才能接近目標位置。為此，開發一種針對多臂架、多運動方向作業設備的末端臂架姿態控制裝置及方法意義重大。

發明內容

本發明所需要解決的技術問題是：針對上述現有技術的不足，提供一種隧道多臂架、多關節作業設備的末端臂架姿態多模式自動控制裝置及方法。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種隧道多臂架、多關節作業設備的末端臂架姿態多模式自動控制裝置，其特點是，該控制裝置包括傳感單元、控制單元、人機交互單元及執行單元，其中：

該傳感單元，包括傾角傳感器、回轉角度傳感器及位移傳感器，該傾角傳感器設于作業設備臂架組的各臂架上以測量各臂架與水平面的夾角值，該回轉角度傳感器設于該臂架組中各臂架的回轉機構上以測量各回轉機構的回轉角度值，該位移傳感器設于該臂架組中各臂架的伸縮機構上以測量各伸縮機構的運動位移值；該傳感單元與該控制單元連接，以通過各傳感器實時采集傳感信號并傳送至控制單元；

該人機交互單元，與該控制單元連接，用于接收操作者的操控指令并發送至控制單元；同時接受并顯示控制單元發出的控制指令信息，將該臂架組的當前運行狀態實時展示給操作者；其中，該操作者的操控指令包括末端臂架水平方向調節指令、末端臂架朝向調節指令以及末端臂架尾端點與支撐裝置鉸接點之間的垂直距離調節指令；

該控制單元，其包括工業控制器，該工業控制器用于接收各傳感信號，同時接收人機交互單元傳送的操控指令，并結合傳感信號進行運算處理后輸出控制指令，并將控制指令發送到執行機構單元，同時將控制指令的相關信息反饋至人機交互系統進行顯示；

該執行機構單元，與該控制單元連接；該執行機構單元包括控制閥組，用于接收控制單元發出的控制指令，以使控制閥組執行該控制指令使該臂架組的基本臂架和末端臂架動作，實現對該臂架組末端臂架的姿態控制。

上述傳感單元采集的信號包括所述臂架組的各臂架與水平面的當前夾角值；該臂架組中各回轉機構的當前回轉角度值；該臂架組中各伸縮機構的當前運動位移值。

本發明同時提供一種隧道多臂架、多關節作業設備的末端臂架姿態多模式自動控制方法，該方法步驟如下：

A.于該作業設備一臂架組的伸縮機構、回轉機構、以及各臂架上設置對應的位移傳感器、回轉角度傳感器、和傾角傳感器；

B.人機交互單元獲取操作者的操控指令并發送至控制單元，該操控指令包括末端臂架水平方向調節指令、末端臂架朝向調節指令以及末端臂架尾端點與支撐裝置鉸接點之間的垂直距離調節指令；同時傳感單元中各回轉角度傳感器、傾角傳感器及位移傳感器采集當前傳感信號并發送至控制單元；

C.控制單元接收操作者的操控指令和當前的各傳感信號，經運算處理后輸出相應的控制指令至執行機構單元使臂架組基本臂架和末端臂架動作，實現對末端臂架姿態的自動控制；

上述提及的控制指令的運算處理過程如下：