專利名稱：一種臂架設備連桿機構控制裝置、系統、方法和工程機械的制作方法
技術領域：
本發明涉及工程機械領域，具體地，涉及一種臂架設備連桿機構控制裝置、系統、方法和包括所述系統的工程機械。
背景技術：
混凝土噴射機是一種廣泛應用于各種隧道和道路施工的混凝土機械，其中多關節臂架是混凝土噴射機作業的主要工作機構。目前混凝土噴射機臂架的運動控制是通過控制油缸的伸縮，推動臂節之間的連桿機構來調整各個臂節之間的夾角。通常，根據各個臂節之間的幾何運動關系，可以得出臂·節夾角與油缸長度之間的算數關系，然后設定一目標夾角，根據該算數關系求解出油缸的長度，然后將油缸伸縮到該長度以控制臂架末端達到目標位置。例如，圖1A是混凝土泵車臂架油缸、連桿機構與臂節之間的連接關系示意圖。如圖1A所示，混凝土泵車的臂架設備包括相互連接的第一臂節I和第二臂節2，在第一臂節I和第二臂節2之間連接有連桿機構3，在第一臂節I與連桿結構3之間連接有油缸4，由此，通過油缸4的伸縮驅動連桿機構3，來控制第二臂節2運動。圖1B是混凝土泵車臂架油缸、連桿機構與臂節之間的幾何關系示意圖。假設已知臂節夾角ZF0G，可以通過臂節之間的幾何關系推算出油缸4的長度AB。計算步驟如下:I) Z FCE和Z⑶E固定不變且已知，可以求得:Z CED = Z FCE+ Z⑶E- Z FOG ；2)在三角形⑶E中，可以通過余弦定理求得⑶:CD=VcE2 + DE2 - 2CE X DE x cos ZCED3)由余弦和正弦定理可分別在三角形CBD和三角形CED中求得Z B⑶和Z E⑶；4)計算Z BCE = Z BCD-廣 ECD ;5)計算Z ACB = Z FCE- Z FCA- Z BCE ；6)在三角形ABC中，計算油缸長度AB: AB=^AC2 -1- BC2 - 2 AC x BC x cos ZACB通過上面可以看出，利用幾何運算會產生較大的計算量。混凝土噴射機連桿機構的運動關系比混凝土泵車的復雜，因此，在混凝土噴射機中，直接進行幾何計算會非常復雜，很難得到解析解，且計算量龐大，計算效率低。此外，一旦臂架的幾何模型有改動，就要改變相應的控制算法，因此，無法實現僅采用一種控制算法來對不同結構的臂架設備進行控制，適用性較差。

發明內容
本發明的目的是提供一種臂架設備連桿機構控制裝置、系統、方法和包括所述系統的工程機械，以克服現有技術中利用臂架夾角直接進行公式計算得出油缸長度所帶來的計算量大、計算效率低的缺陷。
為了實現上述目的，本發明提供一種臂架設備連桿機構控制裝置，所述臂架設備包括相互連接的多個臂節，相鄰臂節之間連接有所述連桿機構和用于驅動所述連桿機構的油缸，所述裝置包括:接收器，用于接收所述相鄰臂節之間的目標夾角；以及控制器，與所述接收器連接，用于根據所述目標夾角以及目標夾角與油缸長度映射表，得出與所述目標夾角對應的油缸長度，并控制所述油缸伸縮到所述油缸長度。本發明還提供一種臂架設備連桿機構控制系統，所述臂架設備包括相互連接的多個臂節，相鄰臂節之間連接有所述連桿機構和用于驅動所述連桿機構的油缸，所述系統包括:角度給定裝置，用于給定所述相鄰臂節之間的目標夾角；以及上述臂架設備連桿機構控制裝置，與所述角度給定裝置連接。本發明還提供一種包括上述系統的工程機械。本發明還提供一種臂架設備連桿機構控制方法，所述臂架設備包括相互連接的多個臂節，相鄰臂節之間連接有所述連桿機構和用于驅動所述連桿機構的油缸，所述方法包括:接收所述相鄰臂節之間的目標夾角；根據所述目標夾角以及目標夾角與油缸長度映射表，得出與所述目標夾角對應的油缸長度；以及控制所述油缸伸縮到所述油缸長度。通過上述技術方案，可以事先將相鄰臂節之間的目標夾角與所對應的油缸長度計算出來，然后存入到映射表中，以使在接收到所述目標夾角之后，可以通過查找映射表來直接確定出與該目標夾角對應的油缸長度，計算效率高，避免了繁雜的幾何運算過程。此外，即使幾何模型有改動，也不會對控制算法產生影響，只需要將映射表中的數據重新更新即可。本發明的其他特征和優點將在隨后的具體實施方式
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，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式
一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中:圖1A是混凝土泵車臂架油缸、連桿機構與臂節之間的連接關系示意圖；圖1B是混凝土泵車臂架油缸、連桿機構與臂節之間的幾何關系示意圖；圖2是混凝土噴射機臂架結構示意圖；圖3A是混凝土噴射機第一種臂架油缸、連桿機構與臂節之間的連接關系示意圖；圖3B是混凝土噴射機第一種臂架油缸、連桿機構與臂節之間的幾何關系示意圖；圖4A是混凝土噴射機第二種臂架油缸、連桿機構與臂節之間的連接關系示意圖；圖4B是混凝土噴射機第二種臂架油缸、連桿機構與臂節之間的幾何關系示意圖；圖5是根據本發明的臂架設備連桿機構控制裝置的結構圖；圖6是二分查表法的流程圖；圖7是根據本發明的臂架設備連桿機構控制系統的結構圖；以及圖8是根據本發明的臂架設備連桿機構控制方法的流程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
僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
圖2混凝土噴射機臂架結構示意圖。該混凝土噴射機臂架結構包括:基座201、雙回轉轉臺202、三節“Z”型臂節(大臂203、第二節臂204、第三節臂205)、伸縮機構206、以及噴射頭207。其中，在雙回轉轉臺202與大臂203之間連接有第一油缸208和第一連桿機構209，該第一油缸208的伸縮驅動大臂203繞第一連桿機構209轉動。在大臂203與第二節臂204之間連接有第二油缸210和第二連桿機構211，該第二油缸210的伸縮驅動所述第二連桿機構211轉動，以控制第二節臂204轉動。由此，在混凝土噴射機中，存在油缸與連桿機構的兩種結構，分別如圖3A和圖4A所示。圖3B是與圖3A對應的幾何關系示意圖。在圖3B中，第一油缸208的油缸長度⑶與大臂203的傾角Z GBF之間的數學關系推導如下:DZ CBF是固定已知的，Z DBG是固定已知的，Z GBF是大臂203需要達到的目標角度，故有:Z CBD= Z CBF- Z DBF= Z CBF- ( Z DBG+ Z GBF)；2)三角形CBD的兩條邊CB、BD和一個夾角Z CBD已知，由余弦定理可以求得CD=VCB2 + BD2 - 2CB x BD x cos ZCBD。由此，可以通過設定大臂203的目標角度Z GBF計算出對應的第一油缸208的油缸長度⑶。圖4B是與圖4A對應的幾何關系示意圖。在圖4B中，第二油缸210的油缸長度EG與第二節臂204和第三節臂205之間的夾角Z FIJ之間的數學關系推導如下:I)在三角形EFG中，EF和GF邊是不可伸縮的，邊EG是第二油缸210油缸長度，因
此，三角形EFG的三邊都為已知，故由余弦定理可知
權利要求
1.一種臂架設備連桿機構控制裝置，所述臂架設備包括相互連接的多個臂節，相鄰臂節之間連接有所述連桿機構和用于驅動所述連桿機構的油缸，其特征在于，所述裝置包括: 接收器，用于接收所述相鄰臂節之間的目標夾角；以及 控制器，與所述接收器連接，用于根據所述目標夾角以及目標夾角與油缸長度映射表，得出與所述目標夾角對應的油缸長度，并控制所述油缸伸縮到所述油缸長度。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述控制器根據二分查表法來查找所述目標夾角與油缸長度映射表。
3.根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述控制器還用于在所述映射表中沒有與所述目標夾角對應的油缸長度的情況下，根據所述目標夾角以及一直線方程，得出與所述目標夾角對應的油缸長度，其中所述直線方程是通過所述映射表中存儲的與所述目標夾角相鄰的兩個夾角以及與所述兩個夾角對應的兩個油缸長度來確定的。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述控制器還用于將所得出的油缸長度和對應的所述目標夾角存入所述目標夾角與油缸長度映射表，以更新所述目標夾角與油缸長度映射表。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于， 所述接收器還用于接收所述相鄰臂節之間的目標角速度；以及 所述控制器還用于根據所述目標角速度以及目標角速度與油缸伸縮速度映射表，得出與所述目標角速度對應的油缸伸縮速度，并控制所述油缸以所述油缸伸縮速度伸縮到所述油缸長度。
6.一種臂架設備連桿機構控制系統，所述臂架設備包括相互連接的多個臂節，相鄰臂節之間連接有所述連桿機構和用于驅動所述連桿機構的油缸，其特征在于，所述系統包括: 角度給定裝置，用于給定所述相鄰臂節之間的目標夾角；以及 根據權利要求1-5中任意一項權利要求所述的臂架設備連桿機構控制裝置，與所述角度給定裝置連接。
7.一種包括權利要求6所述的系統的工程機械。
8.一種臂架設備連桿機構控制方法，所述臂架設備包括相互連接的多個臂節，相鄰臂節之間連接有所述連桿機構和用于驅動所述連桿機構的油缸，其特征在于，所述方法包括: 接收所述相鄰臂節之間的目標夾角； 根據所述目標夾角以及目標夾角與油缸長度映射表，得出與所述目標夾角對應的油缸長度；以及 控制所述油缸伸縮到所述油缸長度。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，根據二分查表法來查找所述目標夾角與油缸長度映射表。
10.根據權利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 在所述映射表中沒有與所述目標夾角對應的油缸長度的情況下，根據所述目標夾角以及一直線方程，得出與所述目標夾角對應的油缸長度，其中所述直線方程是通過所述映射表中存儲的與所述目標夾角相鄰的兩個夾角以及與所述兩個夾角對應的兩個油缸長度來確定的。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 將所得出的油缸長度和對應的所述目標夾角存入所述目標夾角與油缸長度映射表，以更新所述目標夾角與油缸長度映射表。
12.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 接收所述相鄰臂節之間的目標角速度； 根據所述目標角速度以及目標角速度與油缸伸縮速度映射表，得出與所述目標角速度對應的油缸伸縮速度；以及 控制所述油缸以所述油 缸伸縮速度伸縮到所述油缸長度。
全文摘要
本發明公開了一種臂架設備連桿機構控制裝置、系統、方法和包括所述系統的工程機械，其中，所述臂架設備包括相互連接的多個臂節，相鄰臂節之間連接有所述連桿機構和用于驅動所述連桿機構的油缸。所述裝置包括接收器，用于接收所述相鄰臂節之間的目標夾角；以及控制器，與所述接收器連接，用于根據所述目標夾角以及目標夾角與油缸長度映射表，得出與所述目標夾角對應的油缸長度，并控制所述油缸伸縮到所述油缸長度。通過上述技術方案，可以通過查找映射表來直接確定出與該目標夾角對應的油缸長度，計算效率高，避免了繁雜的幾何運算過程。此外，即使幾何模型有改動，也不會對控制算法產生影響，只需要將映射表中的數據重新更新即可。
文檔編號E01C19/18GK103147768SQ20131008384
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月15日 優先權日2013年3月15日
發明者梁聰慧, 胡敏, 陶澤安, 曾楊 申請人:中聯重科股份有限公司