一种臂架控制方法及系统

摘要

本发明公开了一种臂架控制方法及系统，包括输入展开或收回臂架的预设角速度值，控制器根据所述预设角速度值控制油缸的活塞杆的伸缩速度，还包括检测展开或收回所述臂架的实时角速度值，并与所述预设角速度值对比；所述实时角速度值大于所述预设角速度值时，所述控制器控制所述活塞杆的伸缩速度减小；所述实时角速度值小于所述预设角速度值时，所述控制器控制所述活塞杆的伸缩速度增大。在输入预设角速度值后，能够调整实时角速度值向预设角速度值靠近，使臂架匀速旋转，进而平稳精确控制臂架的旋转速度，提供良好的操作性，能够线性跟随给定输入，且即使有外界因素影响，也能快速校正。

权利要求

1.一种臂架控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

输入展开或收回臂架的预设角速度值，根据所述预设角速度值控制油缸的活塞杆的伸缩速度；

检测展开或收回所述臂架的实时角速度值，并与所述预设角速度值对比；

所述实时角速度值大于所述预设角速度值时，控制所述活塞杆的伸缩速度减小；

所述实时角速度值小于所述预设角速度值时，控制所述活塞杆的伸缩速度增大；

控制所述活塞杆的伸缩速度减小或增大后，返回检测所述实时角速度值，并与所述预设角速度值对比，根据对比结果，控制所述活塞杆的伸缩速度减小或增大。

2.根据权利要求1所述的臂架控制方法，其特征在于，检测展开或收回所述臂架的所述实时角速度值包括：获得初时刻所述臂架与上级装置的夹角，获得末时刻所述臂架与所述上级装置的夹角，计算两个夹角的差值；

采集所述初时刻与所述末时刻的时间差；

计算所述差值与所述时间差的比值，获得所述实时角速度值。

3.根据权利要求2所述的臂架控制方法，其特征在于，获得所述初时刻或所述末时刻所述臂架与所述上级装置的夹角包括：获得所述油缸的伸出量，并获得此时刻所述油缸的总长度；

根据已知确定长度的线段AB、AC以及获得的线段BC的长度，并通过余弦定理计算出此时刻所述上级装置与连接杆之间的过程夹角，其中线段AB的长度为所述上级装置与所述连接杆的铰接点距所述上级装置与所述油缸的铰接点的距离，线段AC的长度为所述上级装置与所述连接杆的铰接点距所述连接杆与所述油缸的铰接点的距离，线段BC的长度为此时刻所述油缸的总长度；

根据已知确定的所述连接杆的尺寸参数和计算出的所述过程夹角，并通过正弦定理计算出此时刻所述臂架与所述上级装置的夹角。

4.根据权利要求3所述的臂架控制方法，其特征在于，还预先设置有最大临界伸出量和最小临界伸出量，对比所述伸出量与所述最大临界伸出量和所述最小临界伸出量，如所述伸出量大于所述最大临界伸出量或小于所述最小临界伸出量，减小所述预设角速度值。

5.根据权利要求1所述的臂架控制方法，其特征在于，还预先设置有最小角速度值，对比所述预设角速度值与所述最小角速度值，如所述预设角速度值小于所述最小角速度值，控制所述油缸停止工作。

6.一种臂架控制系统，其特征在于，包括：

遥控装置，用于输入展开或收回臂架的预设角速度值；

检测装置，用于检测展开或收回所述臂架的实时角速度值；

油缸，用于带动所述臂架展开或收回；

控制器，用于对比所述预设角速度值和所述实时角速度值，并根据对比结果控制所述油缸的活塞杆的伸缩速度；控制所述活塞杆的伸缩速度减小或增大后，返回检测所述实时角速度值，并与所述预设角速度值对比，根据对比结果，控制所述活塞杆的伸缩速度减小或增大。

7.根据权利要求6所述的臂架控制系统，其特征在于，所述检测装置包括用于检测所述臂架与上级装置之间夹角的角度传感器。

8.根据权利要求7所述的臂架控制系统，其特征在于，所述检测装置包括用于检测所述油缸伸出量的位移传感器。

9.根据权利要求8所述的臂架控制系统，其特征在于，所述位移传感器设置于所述油缸底部，所述油缸的活塞上设置有用于与所述位移传感器配合的感应环。

说明书

一种臂架控制方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及工程机械领域，特别是涉及一种臂架控制方法及系统。

背景技术

[0002] 旋转式臂架在工程机械领域有着广泛的应用，例如在混凝土泵车设置多级臂架，有效提高了混凝土泵车布料的操作方便性。在现有技术中，臂架与上级装置铰接，且油缸分别铰接臂架与上级装置，通过控制油缸的伸缩实现臂架的旋转。对臂架的控制是通过遥控装置实现的，遥控装置的每个手柄分别对应每节臂架。推动手柄的程度和遥控装置输出的模拟量成正比，当推动手柄时，模拟量信号输出至控制器，控制器将手柄的模拟量和臂架多路阀的开度按正比对应起来，控制进入油缸的液压油流量，控制活塞杆的伸缩速度，进而实现对臂架旋转速度的控制。

[0003] 但是，由于受到重力的影响，臂架在不同的姿态下油缸运动的阻力不一样，使臂架多路阀的流量和油缸的直线运动不能成正比，同时，油缸的直线运动和臂架展开收回动作的角速度也是不成正比的，上述原因使臂架并不能在输入定值时匀速转动。可见，在操作臂架时，指令值是遥控装置输入的值，控制值是臂架的转动速度，指令值和控制值不成线性比例，影响对臂架的平稳精确控制。

[0004] 因此，如何提供一种能够平稳精确控制臂架旋转速度的控制方法是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种臂架控制方法及系统，能够平稳精确控制臂架的旋转速度。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供一种臂架控制方法，包括如下步骤：

[0007] 输入展开或收回臂架的预设角速度值，根据所述预设角速度值控制油缸的活塞杆的伸缩速度；

[0008] 检测展开或收回所述臂架的实时角速度值，并与所述预设角速度值对比；

[0009] 所述实时角速度值大于所述预设角速度值时，控制所述活塞杆的伸缩速度减小；

[0010] 所述实时角速度值小于所述预设角速度值时，控制所述活塞杆的伸缩速度增大；

[0011] 控制所述活塞杆的伸缩速度减小或增大后，返回检测所述实时角速度值，并与所述预设角速度值对比，根据对比结果，控制所述活塞杆的伸缩速度减小或增大。

[0012] 优选地，检测展开或收回所述臂架的所述实时角速度值包括：

[0013] 获得初时刻所述臂架与上级装置的夹角，获得末时刻所述臂架与所述上级装置的夹角，计算两个夹角的差值；

[0014] 采集所述初时刻与所述末时刻的时间差；

[0015] 计算所述差值与所述时间差的比值，获得所述实时角速度值。

[0016] 优选地，获得所述初时刻或所述末时刻所述臂架与所述上级装置的夹角包括：

[0017] 获得所述油缸的伸出量，并获得此时刻所述油缸的总长度；

[0018] 根据已知确定长度的线段AB、AC以及获得的线段BC的长度，并通过余弦定理计算出此时刻所述上级装置与连接杆之间的过程夹角，其中线段AB的长度为所述上级装置与所述连接杆的铰接点距所述上级装置与所述油缸的铰接点的距离，线段AC的长度为所述上级装置与所述连接杆的铰接点距所述连接杆与所述油缸的铰接点的距离，线段BC的长度为此时刻所述油缸的总长度；

[0019] 根据已知确定的所述连接杆的尺寸参数和计算出的所述过程夹角，并通过正弦定理计算出此时刻所述臂架与所述上级装置的夹角。

[0020] 优选地，还预先设置有最大临界伸出量和最小临界伸出量，对比所述伸出量与所述最大临界伸出量和所述最小临界伸出量，如所述伸出量大于所述最大临界伸出量或小于所述最小临界伸出量，减小所述预设角速度值。

[0021] 优选地，还预先设置有最小角速度值，对比所述预设角速度值与所述最小角速度值，如所述预设角速度值小于所述最小角速度值，控制所述油缸停止工作。

[0022] 本发明还提供一种臂架控制系统，包括：

[0023] 遥控装置，用于输入展开或收回臂架的预设角速度值；

[0024] 检测装置，用于检测展开或收回所述臂架的实时角速度值；

[0025] 油缸，用于带动所述臂架展开或收回；

[0026] 控制器，用于对比所述预设角速度值和所述实时角速度值，并根据对比结果控制所述油缸的活塞杆的伸缩速度；控制所述活塞杆的伸缩速度减小或增大后，返回检测所述实时角速度值，并与所述预设角速度值对比，根据对比结果，控制所述活塞杆的伸缩速度减小或增大。

[0027] 优选地，所述检测装置包括用于检测所述臂架与上级装置之间夹角的角度传感器。

[0028] 优选地，所述检测装置包括用于检测所述油缸伸出量的位移传感器。

[0029] 优选地，所述位移传感器设置于所述油缸底部，所述油缸的活塞上设置有用于与所述位移传感器配合的感应环。

[0030] 本发明提供的臂架控制方法及系统，控制器根据输入的展开或收回臂架的预设角速度值，控制油缸的活塞杆的伸缩速度，同时检测展开或收回臂架的实时角速度值，并与预设角速度值对比；当实时角速度值大于预设角速度值时，控制器控制活塞杆的伸缩速度减小；当实时角速度值小于预设角速度值时，控制器控制活塞杆的伸缩速度增大。通过对实时角速度值的检测，并与预设角速度值对比，将对比结果反馈回控制器，控制器控制油缸的活塞杆的伸缩速度增大或减小，进而调整臂架旋转的角速度值。在输入预设角速度值后，能够调整实时角速度值向预设角速度值靠近，使臂架匀速旋转，进而平稳精确控制臂架的旋转速度，提供良好的操作性，能够线性跟随给定输入，且即使有外界因素影响，也能快速校正。

附图说明

[0031] 图1为本发明所提供的臂架控制方法的一种具体实施方式的流程图；

[0032] 图2为本发明所提供的臂架控制方法的一种具体实施方式中控制活塞杆伸缩速度的方法的流程图；

[0033] 图3为本发明所提供的臂架机构的一种具体实施方式的结构示意图；

[0034] 图4为本发明所提供的臂架机构的一种具体实施方式的几何结构图；

[0035] 图5为本发明所提供的臂架控制方法的一种具体实施方式中的预设角速度值与输出控制信号关系示意图。

具体实施方式

[0036] 本发明的核心是提供一种臂架控制方法及系统，能够平稳精确控制臂架的旋转速度。

[0037] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

[0038] 请参考图1和图2，图1为本发明所提供的臂架控制方法的一种具体实施方式的流程图；图2为本发明所提供的臂架控制方法的一种具体实施方式中控制活塞杆伸缩速度的方法的流程图。

[0039] 在本发明的具体实施方式中，臂架机构包括上级装置1、臂架2和油缸3，上级装置1与臂架2铰接，油缸3的两端分别铰接上级装置1和臂架2，通过油缸3的伸缩带动臂架2旋转。其中上级装置1可以为与臂架2连接的上一级臂架，也可以为固定的转台。

[0040] 本发明具体实施方式提供的臂架控制方法具体为：

[0041] S1：输入展开或收回臂架2的预设角速度值。

[0042] 可以通过多种方式输入预设角速度值，具体地可以为推动遥控装置的手柄，每个手柄对应相应的臂架2，手柄推动的程度越大，代表预设角速度值越大，反之，手柄推动的程度越小，代表预设角速度值越小。同时，通过手柄输入的信号具有正负两个方向，对应于臂架2的展开和收回，具体可以通过手柄推动的方向区分，如将手柄处于中间位置时设为初始位置，向前推动表示输入展开的正信号，向后表示输入收回的负信号。也可采用设置转换按钮等其他方式控制方向，均在本发明的保护范围之内。同时，也可采用其他遥控方式，如使用旋钮或输入具体数值等方式，均在本发明的保护范围之内。

[0043] S2：控制器根据预设角速度值控制油缸的活塞杆的伸缩速度。

[0044] 由于活塞杆带动臂架2转动，通过控制活塞杆的伸缩速度，即可控制臂架2的转动速度，即活塞杆伸缩速度越快，臂架2转动的角速度越快，活塞杆伸缩速度越慢，臂架2转动的角速度越慢。

[0045] 其中，控制器根据预设角速度值控制油缸的活塞杆的伸缩速度的具体方法可以为：

[0046] S21：控制器根据预设角速度值输出电流值。

[0047] 在上一步骤中，遥控装置接收到操作人员输出的信息，在使用手柄时，手柄的推动程度与模拟量输出控制信号成正比，即推动手柄后，遥控装置产生对应的模拟量输出控制信号，并输出至控制器。控制器通过对模拟量输出控制信号进行脉宽调制，形成相应的电流值并输出至多路阀。其中也可采用其他信号处理方式，均在本发明的保护范围之内。

[0048] S22：多路阀根据电流值调整开度。

[0049] S23：根据开度控制进入油缸3的液压油流量。

[0050] 多路阀根据控制器输出的电流值调整自身的开度，根据开度大小控制进入油缸3的液压油流量。

[0051] S24：根据液压油流量控制活塞杆的伸缩速度。

[0052] 最终根据液压油流量控制活塞杆的伸缩速度，结合上述各步骤，控制过程为当需要输入预设角速度时，推动手柄至对应位置，遥控装置将推动量转换为模拟量输出控制信号并输出至控制器，控制器将输出控制信号进行脉宽调制形成电流值输出至多路阀，多路阀的开度与电流值成正比，多路阀打开与电流值对应的开度，进而控制进入油缸3的液压油流量，流量越大，活塞杆的伸缩速度越快，流量越小，活塞杆的伸缩速度越慢，控制了臂架的转动速度。也可采用其他方式控制伸缩速度，如调整多路阀的结构，调整各数值的比例关系，均在本发明的保护范围之内。

[0053] S3：检测展开或收回臂架2的实时角速度值。

[0054] 可以有多种检测实时角速度值的方法，可以通过计算短时间内角度变化量的方式得出实时角速度值。

[0055] 具体地，控制器取时间间隔极短的两个时刻作为初时刻和末时刻，获得初时刻上级装置1和臂架2之间的夹角，并获得末时刻上级装置1和臂架2之间的夹角，计算两个夹角的差值。

[0056] 控制器采集初时刻与末时刻的时间差，计算差值与时间差的比值，当两个时刻的时间间隔极短时，初时刻与末时刻很接近，可近似认为是一个时刻，计算出的差值即可认为是此时刻的瞬时角速度，即为实时角速度值。采集不同的初时刻与末时刻，即得到不同时刻的实时角速度值。

[0057] S4：对比实时角速度值与预设角速度值。

[0058] 根据S3获得的实时角速度值，与S1输入的预设角速度值对比，比较两者的大小，当实时角速度值大于预设角速度值时，进入S5；当实时角速度值小于预设角速度值时，进入S6；当两者相等时，表示臂架2的旋转速度符合需求，不需要进行调整，继续保持当前速度。其中S5和S6不具有先后顺序，对比后只能存在一种情况，进行相应操作即可。

[0059] S5：控制器控制活塞杆的伸缩速度减小，减小实时角速度。

[0060] S6：控制器控制活塞杆的伸缩速度增大，增大实时角速度。

[0061] 在本发明具体实施方式中，可根据S2中提供的方式控制伸缩速度，即控制器通过增大或减小输出电流值增大或减小多路阀的开度，进而增大或减小进入油缸3的液压油流量，增大或减小了活塞杆的伸缩速度，最终提高或降低了臂架2的旋转速度，实现了对旋转速度的控制与调整。当然也可采用前文提到的其他方式对油缸3进行控制，均在本发明的保护范围之内。

[0062] 在控制器控制活塞杆的伸缩速度增大或减小后，返回检测实时角速度值，并对比新的实时角速度值与之前输入的预设角速度值，根据对比结果，控制器重复控制活塞杆的伸缩速度增大或减小，具体控制方式如前所述。如此每次调整速度后均检测新的实时角速度值，并进行对比与调整，实现了对角速度的实时监控与调整。当实时角速度值与预设角速度值相等时，表示表示臂架2的旋转速度符合需求，不需要进行调整，继续保持当前速度，但在实际工作过程中，由于油缸3为直线运动而臂架为圆周运动等多种因素，多数情况下较难保持匀速，因此速度调整是时刻均在进行的。

[0063] 通过对实时角速度值的检测，并与预设角速度值对比，将对比结果反馈回控制器，控制器控制油缸3的活塞杆的伸缩速度增大或减小，进而调整臂架2旋转的角速度值。在输入预设角速度值后，能够调整实时角速度值向预设角速度值靠近，使臂架2匀速旋转，进而平稳精确控制臂架2的旋转速度，提供良好的操作性，能够线性跟随给定输入，且即使有外界因素影响，也能快速校正。

[0064] 请参考图3和图4，图3为本发明所提供的臂架机构的一种具体实施方式的结构示意图；图4为本发明所提供的臂架机构的一种具体实施方式的几何结构图。

[0065] 在本发明具体实施方式提供的臂架控制方法中，臂架机构还包括连接杆4，上级装置1与臂架2铰接，连接杆4分别与上级装置1和臂架2铰接，油缸3的两端分别与上级装置2和连接杆4铰接，油缸3的伸缩仍然能带动臂架2旋转。其中上级装置1与连接杆4的铰接点距上级装置1与油缸3的铰接点的距离为已知并固定的参数，上级装置1与连接杆4的铰接点距连接杆4与油缸3的铰接点的距离为已知并固定参数，并且连接杆4的各尺寸参数也为已知并固定。

[0066] 需要获得某一时刻臂架2与上级装置1之间的夹角时，具体方式可以为获得油缸3的伸出量，并通过伸出量及油缸3的尺寸参数获得此时刻油缸3的总长度。上级装置1、油缸3和连接杆4形成了三角形，根据上面已知固定的参数以及油缸3的总长度，通过余弦定理计算出此时刻上级装置1与连接杆4之间的过程夹角。并通过正弦定理计算出此时刻臂架2与上级装置1的之间的夹角。

[0067] 具体计算方法如下：

[0068] 上级装置1与油缸3铰接点至上级装置1与连接杆4铰接点为线段AB，连接杆4为三角形ACD，铰接上级装置1与臂架2的铰接杆为线段AE，铰接臂架2与连接杆4的铰接杆为线段DF，臂架2为折线EFG。

[0069] 其中L2至L10的长度已知，∠EAB、∠CAD和∠EFG已知，通过测量可知油缸3总长度L1，计算出∠BAC的角度值，即∠a的角度值；

[0070] ∠EAD＝∠EAB-∠CAD-∠a

[0071]

[0072]

[0073]

[0074]

[0075] 由(1)(2)可得：

[0076] ∠AEG＝∠AED+∠DEF-∠FEG

[0077]

[0078] 由正弦定理可得：

[0079]

[0080] ∠b＝∠BAG＝∠EAB-∠EAG

[0081] 其中，∠b即为臂架2与上级装置1的之间的夹角，上述测量方法仅是针对特定结构进行测量的一种方式，当臂架结构的各部件连接方式不同时，通过上述原理也能够得出相应夹角，各计算方法均在本发明的保护范围之内。

[0082] 通过测量直线距离并计算出角度的方式，获得某一时刻的角度，且测量的为油缸3的数值，便于测量，也可采用其他方式，如直接测量角度，均在本发明的保护范围之内。

[0083] 在本发明具体实施方式提供的臂架控制方法中，可以预想设定最大临界伸出量和最小临界伸出量，如伸出量大于最大临界伸出量或小于最小临界伸出量，则减小预设角速度值。当臂架2展开或收回到临近极限位置时，油缸3中的活塞杆也运动至极限位置，位移传感器检测到的信号值临近最大或最小行程，随即减小预设角速度值，进而控制活塞杆的伸缩速度减小，避免臂架2运动至极限位置时产生强烈的冲击碰撞，保护臂架2及油缸3。例如，位移传感器信号值到达最小或最大行程50mm范围区间时，将预设角速度值变为最大允许值的70％，根据实际情况调整距离与比例，或采用如检测角度极限位置等其他方式限定极限位置，均在本发明的保护范围之内。

[0084] 请参考图5，图5为本发明所提供的臂架控制方法的一种具体实施方式中的预设角速度值与输出控制信号关系示意图。

[0085] 在本发明具体实施方式提供的臂架控制方法中，在输入预设角速度值后，可将此值与预先设定的最小角速度值对比，如预设角速度值小于最小角速度值，则控制器不输出控制信号，控制油缸3停止工作，输入的预设角速度值与输出控制信号的关系如图4所示，其中正负表示运动方向。输入的预设角速度值由0开始增长，但在到达最小角速度值之前，输出控制信号一直为0，直至大于最小角速度值，预设角速度值与输出控制信号呈线性关系，输出控制信号随预设角速度值的增长而增长。

[0086] 本发明具体实施方式还提供臂架控制系统，包括遥控装置、检测装置、油缸3和控制器，其中遥控装置用于输入展开或收回臂架2的预设角速度值；检测装置用于检测展开或收回臂架2的实时角速度值；油缸3用于带动臂架2展开或收回；控制器用于对比预设角速度值和实时角速度值，并跟对比结果控制油缸3的活塞杆的伸缩速度。

[0087] 在输入预设角速度值后，能够调整实时角速度值向预设角速度值靠近，使臂架2匀速旋转，进而平稳精确控制臂架2的旋转速度，提供良好的操作性，能够线性跟随给定输入，且即使有外界因素影响，也能快速校正。

[0088] 在本发明提供的控制系统中，检测装置可以直接为直接测量臂架2与上级装置1之间角度的角度传感器，也可以是测量油缸3伸出量的位移传感器，具体地将位移传感器设置与油缸3底部，在活塞上设置有感应环，通过检测感应环与位移传感器的距离获得油缸3的伸出量。也可采用传感器外置或条形码检测等多种检测方式进行测量，均在本发明的保护范围之内。

[0089] 以上对本发明所提供的臂架控制方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。