專利名稱：一種機(jī)械臂操控系統(tǒng)、方法及工程機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工程機(jī)械控制技術(shù)，特別涉及一種機(jī)械臂操控系統(tǒng)、方法及工程機(jī)械。
背景技術(shù)：
混凝土泵車是當(dāng)前應(yīng)用非常廣泛的工程機(jī)械之一。該泵車設(shè)備主要是利用泵送動(dòng)力將混凝土沿布置于臂架上的輸送管泵送至指定工作位置。一般地，為了滿足混凝土泵送位置的需要，輸送管的位置可以隨著臂架的調(diào)整而變動(dòng)，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)臂架的調(diào)整主要由以下兩種方式。第一種方式主要針對(duì)普通混凝土泵車，該調(diào)整方式對(duì)混凝土泵車的每節(jié)臂架都進(jìn)行單獨(dú)的調(diào)整，操作人員需要對(duì)第一臂架，第二臂架，第三臂架，第四臂架等的展開和收攏動(dòng)作分別進(jìn)行控制，操作手需要同時(shí)協(xié)調(diào)控制第一臂架，第二臂架，第三臂架，第四臂架等的動(dòng)作。操作不直觀，操作難度很大，操作技巧要求很高，操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，容易產(chǎn)生疲勞， 同時(shí)移動(dòng)效率低。第二種方式主要針對(duì)具備智能臂架技術(shù)的混凝土泵車，能夠在給定泵車機(jī)械臂末端軟管移動(dòng)速度和方向的情況下，泵車根據(jù)預(yù)存的控制方法自行規(guī)劃每節(jié)臂架的姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)速度。也就是說，操作人員只需要通過遙控器給出臂架末端的x、y、ζ方向的移動(dòng)速度指令，臂架系統(tǒng)每節(jié)臂架的姿態(tài)就會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)，以保證末端按照χ、ι、ζ的速度去運(yùn)動(dòng)，該調(diào)節(jié)方式大大降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。目前智能臂架泵車的操控一般采用遙控器進(jìn)行操控，遙控器一般包含一個(gè)手柄， 手柄可以產(chǎn)生前后、左右兩個(gè)方向的模擬信號(hào)，分別控制泵車臂架的末端軟管在水平面上的運(yùn)動(dòng)速度和方向。請(qǐng)參考圖1和圖2，設(shè)定一坐標(biāo)系0’ 0X' 0v 0r ^固結(jié)于臂架轉(zhuǎn)臺(tái)1’上，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)1’ 相對(duì)底盤2’轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，臂架也隨轉(zhuǎn)臺(tái)1’ 一起繞軸0’ J’ C1轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)定另一坐標(biāo)系0Χ’ Y’ Ζ’， 坐標(biāo)原點(diǎn)0，固定在泵車臂架的末端，0Χ，、0Υ，、0Ζ，三個(gè)軸始終與OX，o.OY' rOZ，^保持平行。遙控器上的坐標(biāo)系一般以手柄的轉(zhuǎn)動(dòng)位置為坐標(biāo)原點(diǎn)建立，一個(gè)方向用來控制末端沿 OX方向移動(dòng)速度，另一個(gè)方向用來控制轉(zhuǎn)臺(tái)1’的回轉(zhuǎn)速度，從而實(shí)現(xiàn)臂架末端在0Χ’Ζ’平面內(nèi)移動(dòng)。但是，當(dāng)機(jī)械臂的施工面為斜面時(shí)，臂架末端的運(yùn)動(dòng)方向的控制比較困難，既要控制其在水平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，又要控制其在高度方向上的運(yùn)動(dòng)，，需要多次調(diào)節(jié)手柄的運(yùn)動(dòng)才能使臂架運(yùn)動(dòng)至所需位置，控制效率比較低。因此，如何提供一種對(duì)臂架類機(jī)械臂的操控系統(tǒng)，有利于提高機(jī)械臂的控制效率， 且對(duì)操縱人員而言操控直觀、形象，是本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個(gè)目的在于，提供一種機(jī)械臂操控系統(tǒng)，有利于提高機(jī)械臂的控制效率，且對(duì)操縱人員而言，操控直觀、形象。本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種機(jī)械臂操控方法及工程機(jī)械。為了實(shí)現(xiàn)上述第一個(gè)目的，本發(fā)明提供了一種機(jī)械臂操控系統(tǒng)，一種機(jī)械臂操控系統(tǒng)，包括具有至少兩節(jié)臂節(jié)的機(jī)械臂，所述機(jī)械臂的初始端鉸接于轉(zhuǎn)臺(tái)，還包括驅(qū)動(dòng)各所述臂節(jié)相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)或其他臂節(jié)回轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置以及操控所述機(jī)械臂的末端運(yùn)動(dòng)的遙控器，還包括獲取裝置，用于獲取所述遙控器的操縱部件所處第一坐標(biāo)系與所述機(jī)械臂的末端所處第二坐標(biāo)系的位置關(guān)系信號(hào)，以及所述操縱部件的動(dòng)作方向信號(hào)、施工參考面的傾角參數(shù)信號(hào)；控制器，包括方向調(diào)整單元，用于接收所述位置關(guān)系信號(hào)、所述傾角參數(shù)信號(hào)以及所述動(dòng)作方向信號(hào)，并發(fā)出控制所述機(jī)械臂的末端動(dòng)作的方向控制指令；驅(qū)動(dòng)裝置，用于接收所述方向控制指令并控制各所述臂節(jié)運(yùn)動(dòng)，以便使所述機(jī)械臂的末端平行施工參考面運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地，所述獲取裝置包括第一獲取裝置、第二獲取裝置和第三獲取裝置；第一獲取裝置，用于獲取所述第一坐標(biāo)系的指定坐標(biāo)軸相對(duì)參考方向在水平面內(nèi)的夾角信號(hào)； 第二獲取裝置，用于獲取所述第二坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸相對(duì)所述參考方向在水平面內(nèi)的夾角信號(hào)；第三獲取裝置用于獲取所述傾角參數(shù)信號(hào)；控制器的方向調(diào)整單元接收上述各信號(hào)，并控制機(jī)械臂的末端的運(yùn)動(dòng)方向與所述操縱部件的動(dòng)作方向在水平面內(nèi)的投影平行。優(yōu)選地，所述參考方向?yàn)榈厍虼艌?chǎng)方向，所述第一獲取裝置和第二獲取裝置均為磁方位傳感器。優(yōu)選地，兩所述磁方位傳感器分別安裝于所述遙控器和所述轉(zhuǎn)臺(tái)上。優(yōu)選地，所述第二獲取裝置包括設(shè)置于所述機(jī)械臂上用于檢測(cè)其在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的角度傳感器，以及設(shè)置于支撐所述轉(zhuǎn)臺(tái)的底盤上的磁方位傳感器；所述第二坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸相對(duì)所述參考方向在水平面內(nèi)的夾角信號(hào)包括所述角度傳感器的檢測(cè)信號(hào)和所述磁方位傳感器的檢測(cè)信號(hào)。優(yōu)選地，所述遙控器上的操控部件為萬向手柄。優(yōu)選地，所述第三獲取裝置為設(shè)置于所述遙控器上的三軸傾角傳感器。優(yōu)選地，所述獲取裝置還包括檢測(cè)所述萬向手柄的動(dòng)作幅度信號(hào)的第四獲取裝置，所述控制器還包括接收所述萬向手柄的動(dòng)作幅度信號(hào)的速度調(diào)節(jié)模塊，所述速度調(diào)節(jié)模塊根據(jù)所述手柄動(dòng)作幅度信號(hào)控制所述機(jī)械臂的末端動(dòng)作的速度。為實(shí)現(xiàn)第二目的，本發(fā)明還提供了一種工程機(jī)械，包括底盤、設(shè)于所述底盤上的轉(zhuǎn)臺(tái)、連接于所述轉(zhuǎn)臺(tái)上臂架裝置以及用于控制所述臂架裝置動(dòng)作的操控系統(tǒng)，所述臂架裝置的操控系統(tǒng)為上述任一項(xiàng)所述的機(jī)械臂的操控系統(tǒng)。此外，本發(fā)明還提供了一種機(jī)械臂的操控方法，包括機(jī)械臂，以及操控所述機(jī)械臂的末端運(yùn)動(dòng)的遙控器，具體步驟如下步驟S101)獲取所述遙控器的操縱部件所處第一坐標(biāo)系與所述機(jī)械臂的末端所處第二坐標(biāo)系的位置關(guān)系信號(hào)，以及所述操縱部件的動(dòng)作方向信號(hào)、施工參考面的傾角參數(shù)信號(hào)；步驟接收所述位置關(guān)系信號(hào)、所述傾角參數(shù)信號(hào)以及所述動(dòng)作方向信號(hào)，并發(fā)出控制所述機(jī)械臂的末端動(dòng)作的方向控制指令；步驟S103):接收所述方向控制指令并控制各所述臂節(jié)運(yùn)動(dòng)，以便使所述機(jī)械臂的末端平行施工參考面運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地，所述操縱部件為萬向手柄，所述步驟S101)中還可以獲取萬向手柄的動(dòng)作幅度信號(hào)；所述步驟S102)中還接收所述動(dòng)作幅度信號(hào)，并根據(jù)所述動(dòng)作幅度信號(hào)以及預(yù)設(shè)控制策略發(fā)出速度控制指令；所述步驟S103)中還根據(jù)所述速度控制指令控制所述機(jī)械臂的末端的運(yùn)動(dòng)速度。本發(fā)明中所提供的機(jī)械臂控制系統(tǒng)中獲取裝置不僅可以獲取第一坐標(biāo)系和第二坐標(biāo)系的位置關(guān)系信號(hào)，控制機(jī)械臂的末端的運(yùn)動(dòng)方向與操控部件的控制方向相對(duì)應(yīng)，并且還可以獲取施工參考面的傾角參數(shù)信號(hào)，控制的機(jī)械臂末端始終平行施工參考面運(yùn)動(dòng)， 該控制系統(tǒng)可以通過簡單操作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂于三維空間的運(yùn)動(dòng)，不僅可以提高機(jī)械臂控制效率，而且控制比較直觀、形象，便于操作人員對(duì)控制方向的判斷。同樣，包括上述機(jī)械臂控制系統(tǒng)的工程機(jī)械以及機(jī)械臂控制方法也具有相應(yīng)的技術(shù)效果，實(shí)現(xiàn)上述相對(duì)應(yīng)的目的。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中混凝土泵車上建立的坐標(biāo)系示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中遙控器上建立的坐標(biāo)系示意圖；圖3為本發(fā)明所提供的機(jī)械臂控制系統(tǒng)中一種遙控器上建立的坐標(biāo)系示意圖；圖4為圖3的俯視示意圖；圖5為本發(fā)明所提供的機(jī)械臂控制系統(tǒng)中一種機(jī)械臂上建立的坐標(biāo)系示意圖；圖6為圖5的俯視示意圖；+圖7為本發(fā)明所提供的機(jī)械臂處于施工面上方工作的狀態(tài)圖；圖8為本發(fā)明所提供的第一種機(jī)械臂控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖示意圖；圖9為本發(fā)明所提供的第一種機(jī)械臂控制方法的流程圖；圖10為本發(fā)明所提供的第二種機(jī)械臂控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖示意圖；圖11為本發(fā)明所提供的第二種機(jī)械臂控制方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式不失一般性，本文以具有臂架的智能混凝土泵車為例進(jìn)行介紹本發(fā)明的技術(shù)方案，智能混凝土泵車的臂架就相當(dāng)于機(jī)械臂，當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明技術(shù)方案應(yīng)用于其他類工程機(jī)械也在本文的保護(hù)范圍內(nèi)。請(qǐng)參考圖3和圖4，圖3為本發(fā)明所提供的機(jī)械臂控制系統(tǒng)中一種遙控器上建立的坐標(biāo)系示意圖；圖4為圖3的俯視示意圖。以具有五節(jié)臂架的智能混凝土泵車為例，所謂智能混凝土泵車是指混凝土泵車在進(jìn)行混凝土泵送時(shí)，只要給出臂架的末端的移動(dòng)速度指令，臂架系統(tǒng)中的其他節(jié)臂架的姿態(tài)就會(huì)自動(dòng)調(diào)整，以保證臂架的末端向著預(yù)期規(guī)定的方向運(yùn)動(dòng)?；炷帘密囍械谋奂芟到y(tǒng)中一般包括依次鉸接的若干節(jié)臂架，通過基本臂的始端連接于轉(zhuǎn)臺(tái)22上，本文中以與轉(zhuǎn)臺(tái)22連接的臂架為基本臂，其中為滿足泵送作業(yè)多方向性的需求，轉(zhuǎn)臺(tái)22可以帶動(dòng)臂架系統(tǒng)相對(duì)混凝土泵車的底盤23轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明提供了一種機(jī)械臂控制系統(tǒng)，包括具有至少兩節(jié)臂節(jié)的機(jī)械臂，機(jī)械臂的初始端鉸接于轉(zhuǎn)臺(tái)22上，機(jī)械臂還包括驅(qū)動(dòng)各臂節(jié)相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)22或其他臂節(jié)回轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置，一般地，驅(qū)動(dòng)裝置可以為伸縮油缸，控制器可以通過控制各油缸的流量來調(diào)節(jié)不同臂節(jié)的展開角度；該機(jī)械臂控制系統(tǒng)還包括控制機(jī)械臂的末端運(yùn)動(dòng)的遙控器，在混凝土泵車中該機(jī)械臂就相當(dāng)于臂架系統(tǒng)，機(jī)械臂控制系統(tǒng)還包括獲取裝置、控制器以及驅(qū)動(dòng)裝置。其中，獲取裝置用于獲取所述遙控器的操縱部件所處第一坐標(biāo)系與所述機(jī)械臂的末端所處第二坐標(biāo)系的位置關(guān)系信號(hào)、所述操縱部件的動(dòng)作方向信號(hào)以及施工參考面相對(duì)水平面的傾角參數(shù)信號(hào)，需要說明的是，本文中的施工參考面為遙控器的操作平面，它也可以為施工面本身，也可以為通過計(jì)算機(jī)模擬虛擬設(shè)置的其他平面；遙控器可以為有線控制方式，也可以為無線控制方式?？刂破?，包括用于接收動(dòng)作方向信號(hào)、位置關(guān)系信號(hào)以及傾角參數(shù)信號(hào)的方向調(diào)節(jié)模塊，并根據(jù)預(yù)設(shè)控制策略發(fā)出控制所述機(jī)械臂的末端動(dòng)作的方向控制指令，方向調(diào)節(jié)模塊可以根據(jù)傾角參數(shù)信號(hào)判斷施工參考面的傾斜角度以及施工參考面的朝向等參數(shù)。該機(jī)械臂控制系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)裝置用于接收方向控制指令控制機(jī)械臂的末端平行施工參考面運(yùn)動(dòng)，在混凝土泵車中驅(qū)動(dòng)裝置也就是控制各節(jié)臂架相對(duì)伸縮的各級(jí)伸縮油缸，通過調(diào)節(jié)流過伸縮油缸的液壓油的流量調(diào)節(jié)機(jī)械臂的末端的運(yùn)動(dòng)方向。本發(fā)明中所提供的機(jī)械臂控制系統(tǒng)中獲取裝置不僅可以獲取第一坐標(biāo)系和第二坐標(biāo)系的位置關(guān)系信號(hào)，控制機(jī)械臂的末端的運(yùn)動(dòng)方向與操控部件的控制方向相對(duì)應(yīng)，并且還可以獲取施工參考面的傾角參數(shù)信號(hào)，控制的機(jī)械臂末端始終平行施工參考面方向運(yùn)動(dòng)，該控制系統(tǒng)可以通過簡單操作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂于三維空間的運(yùn)動(dòng)，不僅可以提高機(jī)械臂控制效率，而且控制比較直觀、形象，便于操作人員對(duì)控制方向的判斷。此處所述的位置關(guān)系信號(hào)可以為具體的坐標(biāo)值，也可以為兩坐標(biāo)系相應(yīng)坐標(biāo)軸之間偏轉(zhuǎn)角度值。第一坐標(biāo)系和第二坐標(biāo)系位置關(guān)系的判斷有多種方式，可以以其中一坐標(biāo)系為參考坐標(biāo)系，實(shí)時(shí)計(jì)算另一坐標(biāo)系相對(duì)其的變化，得到兩坐標(biāo)系在某一時(shí)刻的位置關(guān)系；也可以利用固定不變的第三坐標(biāo)系，計(jì)算第一坐標(biāo)系和第二坐標(biāo)系分別相對(duì)第三坐標(biāo)系的位置關(guān)系，從而得到第一坐標(biāo)系和第二坐標(biāo)系之間的位置關(guān)系，下面給出了幾種第一坐標(biāo)系和第二坐標(biāo)系的優(yōu)選判定方法，具體內(nèi)容如下所述。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，選取某一方向?yàn)閰⒖挤较颍搮⒖挤较蚩梢詾榈孛嫔蟽晒潭ㄎ矬w之間的連線，獲取裝置包括第一獲取裝置和第二獲取裝置；第一獲取裝置，用于獲取所述第一坐標(biāo)系的指定坐標(biāo)軸相對(duì)參考方向在水平面內(nèi)的夾角信號(hào)；第二獲取裝置， 用于獲取第二坐標(biāo)系中與所述第一坐標(biāo)系的指定坐標(biāo)軸對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸相對(duì)參考方向在水平面內(nèi)的夾角信號(hào)；獲取裝置還包括用于獲取所述傾角參數(shù)信號(hào)的第三獲取裝置；第四獲取裝置，用于獲取所述操縱部件的動(dòng)作方向信號(hào)，該獲取裝置可以為設(shè)置于遙控器上的傳感器，控制器的方向調(diào)整單元接收上述各信號(hào)，并控制機(jī)械臂的末端的運(yùn)動(dòng)方向與所述操縱部件的動(dòng)作方向在水平面內(nèi)的投影平行。選取第三者作為兩坐標(biāo)系位置關(guān)系的判斷，該方式比較簡單，并且控制機(jī)械臂的末端的運(yùn)動(dòng)方向與所述操縱部件的動(dòng)作方向在水平面內(nèi)的投影平行，有利于簡化控制器的程序編制。在一種具體的實(shí)施方式中，上述參考方向可以為地球磁場(chǎng)方向，第一獲取裝置和第二獲取裝置均為磁方位傳感器，兩磁方位傳感器分別用來檢測(cè)第一坐標(biāo)系和第二坐標(biāo)系的相應(yīng)坐標(biāo)軸相對(duì)地球磁場(chǎng)方向的夾角信號(hào)，為了描述的方便，安裝于遙控器和機(jī)械臂上的兩磁方位傳感器分別成為第一磁方位傳感器11和第二磁方位傳感器21，從而控制器判斷第一坐標(biāo)系和第二坐標(biāo)系之間的位置關(guān)系，檢測(cè)操縱部件的初始位置與動(dòng)作后的最終位置，判斷其在參考坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)方向，當(dāng)操作人員操作控制部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，第一獲取裝置可以得到實(shí)時(shí)檢測(cè)該控制部件在參考坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)方向，遙控器將該方位信號(hào)發(fā)送至控制器，該方位信號(hào)可以為多個(gè)參數(shù)，也可以為經(jīng)遙控器處理、分析、判斷的一個(gè)的參數(shù)，具體判斷、控制如下。遙控器自身坐標(biāo)系如圖3和圖4所示，在本實(shí)施方式中以遙控器的操作手柄的轉(zhuǎn)動(dòng)中心建立第一坐標(biāo)系OXYZ，遙控器在水平放置的情況下，對(duì)于第一坐標(biāo)系，X方向?yàn)檫b控器前方向，Z方向?yàn)檫b控器右方向，Y方向?yàn)樨Q直方向，當(dāng)操作人員動(dòng)作遙控器的操縱部件沿OF方向移動(dòng)時(shí)，第一獲取裝置還可以檢測(cè)出第一坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)軸相對(duì)參考坐標(biāo)系三個(gè)坐標(biāo)軸相對(duì)位置關(guān)系，即兩坐標(biāo)系中相應(yīng)軸之間的偏轉(zhuǎn)角度，本實(shí)施例中以第一坐標(biāo)系中的Z方向相對(duì)地球磁場(chǎng)的北極(以下簡稱N方向)的偏轉(zhuǎn)角度為例進(jìn)行介紹，假設(shè)第一坐標(biāo)系中的Z方向相對(duì)N方向?yàn)棣?，也就是說遙控器的坐標(biāo)系相對(duì)的地球磁場(chǎng)坐標(biāo)系偏轉(zhuǎn)了 α角度，該角度參數(shù)由第一磁方位傳感器11獲取，控制器通過該角度信號(hào)可以判斷遙控器坐標(biāo)系和地球磁場(chǎng)坐標(biāo)系的位置關(guān)系，然后再通過第三獲取裝置獲取操縱部件在第一坐標(biāo)系中相對(duì)Z方向的偏轉(zhuǎn)角度即圖4中的角度φ，該角度參數(shù)可以由設(shè)于遙控器的萬向手柄的傳感器獲取，控制器可以得到操縱部件在地球磁場(chǎng)坐標(biāo)系中相對(duì)N極的動(dòng)作方向。請(qǐng)參考圖5至圖8，圖5為本發(fā)明所提供的機(jī)械臂控制系統(tǒng)中一種機(jī)械臂上建立的坐標(biāo)系示意圖；圖6為圖5的俯視示意圖；圖7為本發(fā)明所提供的機(jī)械臂處于施工面上方工作的狀態(tài)圖；圖8為本發(fā)明所提供的第一種機(jī)械臂控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖示意圖。同理，如圖5和圖6建立第二坐標(biāo)系OJJ2Z2，為了控制方便還可以建立轉(zhuǎn)臺(tái)22坐標(biāo)系OAlYtlZtl,兩坐標(biāo)系的相應(yīng)軸可以為平行的，第二獲取裝置可以檢測(cè)此時(shí)第二坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸相對(duì)參考坐標(biāo)系坐標(biāo)軸相對(duì)位置關(guān)系，可以檢測(cè)一個(gè)坐標(biāo)軸相對(duì)另一坐標(biāo)系中相應(yīng)坐標(biāo)軸的變化，也可以檢測(cè)多個(gè)相應(yīng)坐標(biāo)軸間的變化，即兩坐標(biāo)系中相應(yīng)軸之間的偏轉(zhuǎn)角度，本實(shí)施例中以獲取)(2方向相對(duì)地球磁場(chǎng)的北極(以下簡稱N方向)的偏轉(zhuǎn)角度為例進(jìn)行介紹，在一種具體實(shí)施例中，獲取)(2方向相對(duì)N方向的偏轉(zhuǎn)角度為η，也就是獲得了臂架的末端相對(duì)于參考方向的空間位置信號(hào)，結(jié)合上述控制器對(duì)遙控器坐標(biāo)系與地球磁場(chǎng)坐標(biāo)系位置的判斷，可以實(shí)現(xiàn)遙控器的第一坐標(biāo)系和臂架的第二坐標(biāo)系位置關(guān)系的判斷。當(dāng)然也可以是\相對(duì)N方向的偏轉(zhuǎn)角度，并且參考方向不局限于地球磁場(chǎng)，也可以為地球或地面上的某個(gè)物體，例如以固定某位置的支架等物體為參考位置，再或者還可以為太空中的某個(gè)特定的物體，例如衛(wèi)星或其他星體等作為參考。施工參考面的傾角參數(shù)信號(hào)可以由操作人員手動(dòng)輸入到遙控器中，發(fā)送給控制器，也可以設(shè)置檢測(cè)傳感器檢測(cè)施工參考面的傾角參數(shù)，例如設(shè)置三軸傾角傳感器13，為操作方便，三軸傾角傳感器13可以設(shè)置于遙控器上，機(jī)械臂工作前，將遙控器先置于施工面上測(cè)量施工面的傾角參數(shù)，請(qǐng)參考圖7。
在一種具體實(shí)施方式
中，設(shè)置于遙控器上的第一獲取裝置和第三獲取裝置可以實(shí)時(shí)檢測(cè)操縱平面的位置參數(shù)，從而可以實(shí)時(shí)更新控制器內(nèi)的施工參考面方位參數(shù)和傾角參數(shù)，保持機(jī)械臂末端的運(yùn)動(dòng)方向始終與施工參考面平行，可以完成曲面施工。請(qǐng)參考圖9，圖9為本發(fā)明所提供的第一種機(jī)械臂控制方法的流程圖。上述機(jī)械臂控制系統(tǒng)的控制方法可以按如下步驟進(jìn)行步驟S101)獲取所述遙控器的操縱部件所處第一坐標(biāo)系與所述機(jī)械臂的末端所處第二坐標(biāo)系的位置關(guān)系信號(hào)，以及所述操縱部件的動(dòng)作方向信號(hào)、施工參考面的傾角參數(shù)信號(hào)；步驟接收所述位置關(guān)系信號(hào)、所述傾角參數(shù)信號(hào)以及所述動(dòng)作方向信號(hào)， 并發(fā)出控制所述機(jī)械臂的末端動(dòng)作的方向控制指令；步驟S103):接收所述方向控制指令并控制各所述臂節(jié)運(yùn)動(dòng)，以便使所述機(jī)械臂的末端平行施工參考面運(yùn)動(dòng)。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，第一獲取裝置和第二獲取裝置可以均包括磁方位傳感器，為了描述方便分別稱為第一磁方位傳感器11和第二磁方位傳感器21，兩方位磁傳感器分別用于檢測(cè)遙控器的操縱部件所處的第一坐標(biāo)系和機(jī)械臂的末端所處的第二坐標(biāo)系相對(duì)地球磁場(chǎng)的位置關(guān)系信號(hào)；該設(shè)置方式中直接以地球磁場(chǎng)坐標(biāo)系作為參考坐標(biāo)系有利于檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，控制程序比較簡單。以下將具體介紹幾種磁方位傳感器的安裝方式，具體內(nèi)容如下。在一種具體實(shí)施方式
中，第一磁方位傳感器11和第二磁方位傳感器21可以分別安裝在遙控器和臂架上，由于臂架可以隨轉(zhuǎn)臺(tái)22 —起同步轉(zhuǎn)動(dòng)，第二磁方位傳感器21也可以設(shè)置于轉(zhuǎn)臺(tái)22上，該設(shè)置方式比較簡單，可以進(jìn)一步降低控制器的程序編制的難度。在另一種具體實(shí)施方式
中，第二獲取裝置包括設(shè)置于機(jī)械臂或轉(zhuǎn)臺(tái)22上且用于檢測(cè)其在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的角度傳感器，以及設(shè)置于固定轉(zhuǎn)臺(tái)的底盤上的磁方位傳感器，機(jī)械臂末端所處的第二坐標(biāo)系的位置關(guān)系包括上述兩傳感器的檢測(cè)信號(hào)，控制器根據(jù)角度傳感器的檢測(cè)信號(hào)和磁方位傳感器的檢測(cè)信號(hào)判斷機(jī)械臂的末端相對(duì)參考方向的空間位置信號(hào)；該方式中可以通過磁方位傳感器和角度傳感器計(jì)算出轉(zhuǎn)臺(tái)22和機(jī)械臂相對(duì)參考方向的方位角，該方式中兩檢測(cè)部件的安裝位置比較靈活、方便。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，遙控器上的控制部件可以為萬向手柄12，萬向手柄12動(dòng)作比較靈活，可以自由控制臂架的末端向多個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。請(qǐng)參考圖10和圖11，圖10為本發(fā)明所提供的第二種機(jī)械臂控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖示意圖；圖11為本發(fā)明所提供的第二種機(jī)械臂控制方法的流程圖。在另一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，第四獲取裝置還包括檢測(cè)萬向手柄12的動(dòng)作幅度信號(hào)，控制器還可以包括接收動(dòng)作幅度信號(hào)的速度調(diào)節(jié)模塊，速度調(diào)節(jié)模塊根據(jù)動(dòng)作幅度信號(hào)控制機(jī)械臂的末端動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)速度，當(dāng)?shù)氖直鷦?dòng)作幅度比較小時(shí)，速度調(diào)節(jié)模塊控制機(jī)械臂末端沿某一方向緩慢的運(yùn)動(dòng)；當(dāng)?shù)氖直鷦?dòng)作幅度比較大時(shí)，速度調(diào)節(jié)模塊控制機(jī)械臂末端沿某一方向快速的運(yùn)動(dòng)；通過增加速度調(diào)節(jié)模塊可以根據(jù)實(shí)際工況的控制機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)速度，不僅可以提高工作效率，而且可以增加施工安全性。上述實(shí)施例的控制方法如下所示步驟S201)獲取所述遙控器的操縱部件所處第一坐標(biāo)系與所述機(jī)械臂的末端所處第二坐標(biāo)系的位置關(guān)系信號(hào)、所述操縱部件的動(dòng)作方向信號(hào)、施工參考面的傾角參數(shù)信號(hào)，萬向手柄12的動(dòng)作方向信號(hào)；步驟S202)接收位置關(guān)系信號(hào)、傾角參數(shù)信號(hào)、手柄動(dòng)作幅度信號(hào)以及動(dòng)作方向信號(hào)，并根據(jù)上述各信號(hào)發(fā)出控制指令；動(dòng)作方向信號(hào)和位置關(guān)系信號(hào)通過方向調(diào)節(jié)模塊進(jìn)行調(diào)整，控制器發(fā)出方向控制指令；動(dòng)作幅度信號(hào)經(jīng)控制器的速度調(diào)節(jié)模塊分析、判斷、處理后，控制器發(fā)出速度控制指令；步驟S203)根據(jù)控制器發(fā)出的方向控制指令，驅(qū)動(dòng)裝置調(diào)節(jié)機(jī)械臂的末端平行施工參考面運(yùn)動(dòng)；根據(jù)控制器發(fā)出的速度控制指令，驅(qū)動(dòng)裝置可以調(diào)節(jié)機(jī)械臂末端的運(yùn)動(dòng)速度。當(dāng)萬向手柄運(yùn)動(dòng)幅度比較大時(shí)，控制器控制機(jī)械臂末端快速運(yùn)動(dòng)；當(dāng)萬向手柄運(yùn)動(dòng)幅度比較小時(shí)，控制器控制機(jī)械臂末端緩慢運(yùn)動(dòng)。基于上述機(jī)械臂控制系統(tǒng)和機(jī)械臂的控制方法，本發(fā)明還提供了一種包括上述機(jī)械臂控制系統(tǒng)的工程機(jī)械，包括底盤23、設(shè)于底盤23上的轉(zhuǎn)臺(tái)22、連接于所述轉(zhuǎn)臺(tái)22上臂架裝置以及用于控制所述臂架裝置動(dòng)作的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述臂架裝置的控制系統(tǒng)為上述任一實(shí)施例所述的機(jī)械臂的控制系統(tǒng)，由于機(jī)械臂控制系統(tǒng)具有上述技術(shù)效果， 提供的工程機(jī)械的機(jī)械臂控制系統(tǒng)也具有相對(duì)應(yīng)的技術(shù)效果。在一種優(yōu)選實(shí)施例中，本文中所述的工程機(jī)械為泵車，也可以是布料桿、多節(jié)機(jī)械臂串接起來的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，相應(yīng)工程機(jī)械其他部分的資料請(qǐng)參考現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械臂控制系統(tǒng)，包括具有至少兩節(jié)臂節(jié)的機(jī)械臂，所述機(jī)械臂的初始端鉸接于轉(zhuǎn)臺(tái)，還包括驅(qū)動(dòng)各所述臂節(jié)相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)或其他臂節(jié)回轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置以及控制所述機(jī)械臂的末端運(yùn)動(dòng)的遙控器，其特征在于，還包括獲取裝置，用于獲取所述遙控器的操縱部件所處第一坐標(biāo)系與所述機(jī)械臂的末端所處第二坐標(biāo)系的位置關(guān)系信號(hào)，以及所述操縱部件的動(dòng)作方向信號(hào)、施工參考面的傾角參數(shù)信號(hào)；控制器，包括方向調(diào)整單元，用于接收所述位置關(guān)系信號(hào)、所述傾角參數(shù)信號(hào)以及所述動(dòng)作方向信號(hào)，并發(fā)出控制所述機(jī)械臂的末端動(dòng)作的方向控制指令；驅(qū)動(dòng)裝置，用于接收所述方向控制指令并控制各所述臂節(jié)運(yùn)動(dòng)，以便使所述機(jī)械臂的末端平行施工參考面運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械臂控制系統(tǒng)，其特征在于，所述獲取裝置包括第一獲取裝置、第二獲取裝置和第三獲取裝置；第一獲取裝置，用于獲取所述第一坐標(biāo)系的指定坐標(biāo)軸相對(duì)參考方向在水平面內(nèi)的夾角信號(hào)；第二獲取裝置，用于獲取所述第二坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸相對(duì)所述參考方向在水平面內(nèi)的夾角信號(hào)；第三獲取裝置，用于獲取所述傾角參數(shù)信號(hào)；第四獲取裝置，用于獲取所述操縱部件的動(dòng)作方向信號(hào)；控制器的方向調(diào)整單元接收上述各信號(hào)，并控制機(jī)械臂的末端的運(yùn)動(dòng)方向與所述操縱部件的動(dòng)作方向在水平面內(nèi)的投影平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)械臂控制系統(tǒng)，其特征在于，所述參考方向?yàn)榈厍虼艌?chǎng)方向，所述第一獲取裝置和第二獲取裝置均為磁方位傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)械臂控制系統(tǒng)，其特征在于，兩所述磁方位傳感器分別安裝于所述遙控器和所述轉(zhuǎn)臺(tái)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)械臂控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第二獲取裝置包括設(shè)置于所述機(jī)械臂上用于檢測(cè)其在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的角度傳感器，以及設(shè)置于支撐所述轉(zhuǎn)臺(tái)的底盤上的磁方位傳感器；所述第二坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸相對(duì)所述參考方向在水平面內(nèi)的夾角信號(hào)包括所述角度傳感器的檢測(cè)信號(hào)和所述磁方位傳感器的檢測(cè)信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的機(jī)械臂控制系統(tǒng)，其特征在于，所述遙控器上的控制部件為萬向手柄(12)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的機(jī)械臂操控系統(tǒng)，其特征在于，所述第三獲取裝置為設(shè)置于所述遙控器上的三軸傾角傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機(jī)械臂操控系統(tǒng)，其特征在于，所述第四獲取裝置還獲取所述萬向手柄的動(dòng)作幅度信號(hào)，所述控制器還包括接收所述動(dòng)作幅度信號(hào)的速度調(diào)節(jié)模塊， 所述速度調(diào)節(jié)模塊根據(jù)所述動(dòng)作幅度信號(hào)控制所述機(jī)械臂的末端動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)速度。
9.一種工程機(jī)械，包括底盤(23)、設(shè)于所述底盤上的轉(zhuǎn)臺(tái)(22)、連接于所述轉(zhuǎn)臺(tái)上臂架裝置以及用于控制所述臂架裝置動(dòng)作的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述臂架裝置的控制系統(tǒng)為權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的機(jī)械臂的控制系統(tǒng)。
10.一種機(jī)械臂的控制方法，包括機(jī)械臂，以及控制所述機(jī)械臂的末端運(yùn)動(dòng)的遙控器， 其特征在于，具體步驟如下5101、獲取所述遙控器的操縱部件所處第一坐標(biāo)系與所述機(jī)械臂的末端所處第二坐標(biāo)系的位置關(guān)系信號(hào)，以及所述操縱部件的動(dòng)作方向信號(hào)、施工參考面的傾角參數(shù)信號(hào)；5102、接收所述位置關(guān)系信號(hào)、所述傾角參數(shù)信號(hào)以及所述動(dòng)作方向信號(hào)，并發(fā)出控制所述機(jī)械臂的末端動(dòng)作的方向控制指令；5103、接收所述方向控制指令并控制各所述臂節(jié)運(yùn)動(dòng)，以便使所述機(jī)械臂的末端平行施工參考面運(yùn)動(dòng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的機(jī)械臂的控制方法，其特征在于，所述操縱部件為萬向手柄(12)，所述步驟SlOl中還可以獲取萬向手柄的動(dòng)作幅度信號(hào)；所述步驟S102中還接收所述動(dòng)作幅度信號(hào)，并根據(jù)所述動(dòng)作幅度信號(hào)發(fā)出速度控制指令；所述步驟S103中還根據(jù)所述速度控制指令控制所述機(jī)械臂的末端的運(yùn)動(dòng)速度。
全文摘要
本發(fā)明公開一種機(jī)械臂操控系統(tǒng)，還涉及到機(jī)械臂操控方法和工程機(jī)械。機(jī)械臂操控系統(tǒng)中獲取裝置用于獲取操縱部件所處第一坐標(biāo)系與機(jī)械臂的末端所處第二坐標(biāo)系的位置關(guān)系信號(hào)、操縱部件的動(dòng)作方向信號(hào)、施工參考面的傾角參數(shù)信號(hào)；控制器根據(jù)上述各信號(hào)發(fā)出控制指令，以便驅(qū)動(dòng)裝置控制機(jī)械臂的末端平行于施工參考面運(yùn)動(dòng)；該控制系統(tǒng)可以通過簡單操作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂于三維空間的運(yùn)動(dòng)，不僅可以提高機(jī)械臂控制效率，而且控制比較直觀、形象，便于操作人員對(duì)控制方向的判斷。
文檔編號(hào)E04G21/04GK102535852SQ201210013058
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者周繼輝, 周翔, 鄧侃 申請(qǐng)人:三一重工股份有限公司