專利名稱：用于控制起重機(jī)的吊鉤運(yùn)動軌跡的方法
用于控制起重機(jī)的吊鉤運(yùn)動軌跡的方法
技術(shù)領(lǐng) 域本發(fā)明涉及控制起重機(jī)的吊鉤運(yùn)動軌跡的方法。
背景技術(shù)：
起重設(shè)備在當(dāng)今社會生活中起著非常重要的作用，其廣泛的應(yīng)用于建筑工地、港 口碼頭、冶金礦山等需要對貨物或礦石進(jìn)行大規(guī)模裝卸和搬運(yùn)的場合。為了適應(yīng)不同工作 條件的需求，起重設(shè)備也不斷的發(fā)生著變化，如何提高起重設(shè)備的性能，解決其中使用起重 設(shè)備過程中遇到的問題，是工程機(jī)械領(lǐng)域長期以來不斷研究的課題之一。當(dāng)今，起重設(shè)備多由液壓驅(qū)動，每一個液壓缸可以控制每節(jié)起重臂的一個自由度 (伸縮或俯仰)，由操作人員通過遙控器或電控手柄分別對各個液壓缸進(jìn)行控制，通過所有 的液壓缸的聯(lián)合控制，能夠?qū)崿F(xiàn)將重物從起始位置搬運(yùn)到目標(biāo)位置的過程。但是，液壓缸的 運(yùn)動一方面需要時間(不能過快)，另一方面由于液壓油的沖擊所引起的運(yùn)動慣性不容易 進(jìn)行精確地控制，這就導(dǎo)致在使用起重設(shè)備時一方面可能會耗時過長，另一方面還會對操 作人員的判斷造成影響。為了解決這些問題，需要由有經(jīng)驗的操作人員進(jìn)行操作，他們對液壓缸的伸縮性 能非常熟悉，能夠在操作過程中合理的考慮到慣性的影響，而對起重臂進(jìn)行更為準(zhǔn)確的操 作，并且由于經(jīng)驗，他們能夠更加合理地控制不同油缸聯(lián)動，從而選擇最短的搬運(yùn)路徑，而 縮短搬運(yùn)時間，還大大的提高了起重臂的靈活性和靈敏度，從而提高起重效率。但這些舉措都未能從本質(zhì)上改變當(dāng)前起重設(shè)備的使用狀況，一方面，即使是再有 經(jīng)驗的操作人員也難免會出現(xiàn)錯誤，這種錯誤輕則耽誤時間，重則造成物毀人亡，而且操作 人員對路徑的選擇，對各個液壓缸的聯(lián)合操作還可以被優(yōu)化。另一方面，液壓缸的慣性的影 響仍然存在，尤其是在增加了起重臂的節(jié)數(shù)之后，這種影響變得更加不可預(yù)測且不可忽略。 因而，需要一種能夠集選擇路徑、液壓聯(lián)合控制、慣性估計與抵消等眾多功能于一身的起重 機(jī)吊鉤運(yùn)動軌跡控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的起重設(shè)備中存在的起重效率低且準(zhǔn)確度不夠高的缺陷，本發(fā)明提 出了新型的用于控制起重機(jī)的吊鉤運(yùn)動軌跡的方法。本發(fā)明提供了一種用于控制起重機(jī)的吊鉤運(yùn)動軌跡的方法，其中所述起重機(jī)具有 至少兩節(jié)臂，所述至少兩節(jié)臂中至少包括一節(jié)伸縮臂(這里的伸縮臂可包括套臂和多節(jié)可 伸縮臂節(jié))，所述吊鉤連接在末節(jié)臂的外端，每一節(jié)臂的轉(zhuǎn)動以及每一節(jié)伸縮臂的伸縮分別 由液壓缸進(jìn)行控制，該方法包括采集每一節(jié)臂與水平面的夾角和每一節(jié)伸縮臂的長度；為 每一節(jié)臂指定旋轉(zhuǎn)的角速度并為每一節(jié)伸縮臂指定伸縮速度；分別根據(jù)為每一節(jié)臂所采集 的夾角和為每一節(jié)伸縮臂所采集的長度，以及為每一節(jié)臂所指定的角速度和為每一節(jié)伸縮 臂所指定的伸縮速度來確定每一節(jié)臂的慣性指標(biāo)，其中所述每一節(jié)臂的慣性指標(biāo)為二元參 數(shù)(Ax，Ay)，Ax是由于該節(jié)臂的轉(zhuǎn)動和伸縮運(yùn)動使吊鉤在水平方向偏離預(yù)期位置的位移，Ay是由于該節(jié)臂的轉(zhuǎn)動和伸縮運(yùn)動使吊鉤在豎直方向偏離預(yù)期位置的位移；根據(jù)所述慣性指 標(biāo)來判斷所述角速度和所述伸縮速度是否滿足驅(qū)動條件；以及在所述角速度和所述伸縮速 度滿足所述驅(qū)動 條件的情況下，按照所述角速度和伸縮速度來驅(qū)動各個液壓缸以使所述吊 鉤運(yùn)動。優(yōu)選地，該方法還包括在所述角速度和所述伸縮速度不滿足所述驅(qū)動條件的情況 下，返回為每一節(jié)臂指定旋轉(zhuǎn)的角速度并為每一節(jié)伸縮臂指定伸縮速度的步驟。優(yōu)選地，所述驅(qū)動條件為所述每一節(jié)臂的Ax之和以及所述每一節(jié)臂的Ay之和分別 小于或等于一閾值。優(yōu)選地，所述Ax和Ay分別滿足以下公式Ax = a · m · L · Ω · sin α +b · m · ν · cos α ,Ay = a · m · L · Ω · cos α +b · m · ν · sin α ,其中a = (Axl2+Ayl2)1/2/(m · L · Ω)，b = (Ax22+Ay22)1/2/(m · ν)，其中α為該節(jié)臂與水平面之間的夾角，L為該節(jié)臂的長度，Ω為該節(jié)臂轉(zhuǎn)動的角 速度，ν為該節(jié)臂的伸縮速度，m為該節(jié)臂的質(zhì)量，Axl和Ayl分別為只讓該節(jié)臂以角速度Ω 轉(zhuǎn)動時吊鉤在水平方向和豎直方向的位移，Ax2和Ay2分別為只讓該節(jié)臂以速度ν進(jìn)行伸縮 時吊鉤在水平方向和豎直方向的位移。優(yōu)選地，所述起重機(jī)還包括由回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)驅(qū)動回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺，并且該方法還包括 采集所述轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)角，以及根據(jù)所采集的回轉(zhuǎn)角來驅(qū)動所述回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)控制轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)。本發(fā)明還提供了一種用于控制起重機(jī)的吊鉤運(yùn)動軌跡的方法，其中所述起重機(jī)具 有轉(zhuǎn)臺以及至少兩節(jié)臂，所述至少兩節(jié)臂中至少包括一節(jié)伸縮臂，所述吊鉤連接在末節(jié)臂 的外端，每一節(jié)臂的轉(zhuǎn)動和每一節(jié)伸縮臂的伸縮分別由獨(dú)立的液壓缸進(jìn)行控制，所述轉(zhuǎn)臺 的轉(zhuǎn)動由回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)進(jìn)行控制，該方法包括確定所述吊鉤的初始位置和目標(biāo)位置；根 據(jù)所述初始位置和目標(biāo)位置來設(shè)置所述吊鉤的預(yù)定運(yùn)動軌跡；周期性地采集每一節(jié)臂與水 平面的夾角、每一節(jié)伸縮臂的長度和所述轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)角；為每一節(jié)臂指定旋轉(zhuǎn)的角速度，為 每一節(jié)伸縮臂指定伸縮速度，并為所述轉(zhuǎn)臺指定回轉(zhuǎn)速度，其中所述角速度、所述伸縮速度 和所述回轉(zhuǎn)速度能夠使所述吊鉤按照預(yù)定運(yùn)動軌跡運(yùn)動；分別根據(jù)為每一節(jié)臂所采集的 夾角和為每一節(jié)伸縮臂所采集的長度，以及為每一節(jié)臂所指定的角速度和為每一節(jié)伸縮臂 所指定的伸縮速度來確定每一節(jié)臂的慣性指標(biāo)，其中所述每一節(jié)臂的慣性指標(biāo)為二元參數(shù) (Ax, Ay)，Ax是由于該節(jié)臂的轉(zhuǎn)動和伸縮運(yùn)動使吊鉤在水平方向偏離預(yù)期位置的位移，Ay是 由于該節(jié)臂的轉(zhuǎn)動和伸縮運(yùn)動使吊鉤在豎直方向偏離預(yù)期位置的位移；根據(jù)所述慣性指標(biāo) 來判斷所述角速度和所述伸縮速度是否滿足驅(qū)動條件；以及在所述角速度和所述伸縮速度 滿足所述驅(qū)動條件的情況下，按照所述角速度和伸縮速度來驅(qū)動各個液壓缸，并按照所述 回轉(zhuǎn)速度來驅(qū)動回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)，以使所述吊鉤運(yùn)動。優(yōu)選地，該方法還包括在所述角速度和所述伸縮速度不滿足所述驅(qū)動條件的情況 下，返回為每一節(jié)臂指定旋轉(zhuǎn)的角速度、為每一節(jié)伸縮臂指定伸縮速度并為所述轉(zhuǎn)臺指定 回轉(zhuǎn)速度的步驟。優(yōu)選地，所述驅(qū)動條件為所述每一節(jié)臂的Ax之和以及所述每一節(jié)臂的Ay之和分別
小于或等于一閾值。
優(yōu)選地，所述Ax和Ay分別滿足以下公式Ax = a · m · L · Ω · sin α +b · m · ν · cos α ,Ay = a · m · L · Ω · cos α +b · m · ν · sin α ,其中a = (Axl2+Ayl2)1/2/ (m · L · Ω )，b = (Ax22+Ay22)1/2/ (m · ν)，其中α為該節(jié)臂與水平面之間的夾角，L為該節(jié)臂的長 度，Ω為該節(jié)臂轉(zhuǎn)動的角 速度，ν為該節(jié)臂的伸縮速度，m為該節(jié)臂的質(zhì)量，Axl和Ayl分別為只讓該節(jié)臂以角速度Ω 轉(zhuǎn)動時吊鉤在水平方向和豎直方向的位移，Ax2和Ay2分別為只讓該節(jié)臂以速度ν進(jìn)行伸縮 時吊鉤在水平方向和豎直方向的位移。優(yōu)選地，在所述周期性地采集每一節(jié)臂與水平面的夾角、每一節(jié)伸縮臂的長度和 所述轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)角的步驟中，還能夠在所述吊鉤偏離預(yù)定軌跡的距離超過一閾值時采集以 上各項數(shù)據(jù)。通過本發(fā)明提供的用于控制折臂式起重機(jī)的吊鉤的運(yùn)動軌跡的方法，引入了慣性 指標(biāo)的概念，從而在控制吊鉤的運(yùn)動時對各節(jié)臂的慣性影響進(jìn)行了相互抵消，提高了起重 機(jī)對吊鉤的運(yùn)動軌跡控制的精確程度，并能夠提高起重機(jī)的效率。


圖1示出了一種折臂式起重機(jī)示意圖；圖2示出了一種用于控制起重機(jī)的吊鉤運(yùn)動軌跡的方法的流程圖；圖3示出了另一種用于控制起重機(jī)的吊鉤運(yùn)動軌跡的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明針對一般性的起重機(jī)結(jié)構(gòu)提出了多種用于控制起重機(jī)的吊鉤運(yùn)動軌跡的 方法。在一般的起重機(jī)結(jié)構(gòu)中，對起重機(jī)的臂的節(jié)數(shù)、其中哪些節(jié)可伸縮、哪些節(jié)可轉(zhuǎn)動都 沒有限制，因此本發(fā)明所提出的方法適用于具有任意節(jié)數(shù)的起重機(jī)。在以下的描述中，將針對具有轉(zhuǎn)臺和兩節(jié)起重臂的示例性的起重機(jī)進(jìn)行描述，其 中轉(zhuǎn)臺通過回轉(zhuǎn)支承與底盤相連并可在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，第一節(jié)臂為折疊臂，第二節(jié)臂為伸 縮臂。應(yīng)該指出的是，雖然本發(fā)明中只給出了針對這一種示例性起重機(jī)的描述，但本領(lǐng)域技 術(shù)人員顯然可以根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容和實(shí)質(zhì)推廣到任意節(jié)數(shù)、任意轉(zhuǎn)動和伸縮要求的情況， 比如，本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容覆蓋了起重機(jī)具有轉(zhuǎn)臺和至少兩節(jié)臂且該至少兩節(jié)臂中至少包括 一節(jié)伸縮臂的情形。在一般的起重機(jī)中，在末節(jié)臂的外端連接有吊鉤，并且每一節(jié)臂的轉(zhuǎn)動 以及每一節(jié)伸縮臂的伸縮分別由獨(dú)立的液壓缸進(jìn)行控制，轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動由回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)進(jìn)行 控制，底盤通常通過支腿支撐于地面之上。如圖1所示，圖1示出了一種所述示例性的具有轉(zhuǎn)臺和兩節(jié)起重臂的起重機(jī)的示 意圖。該起重機(jī)包括轉(zhuǎn)臺1 (也可稱之為回轉(zhuǎn)臂或立柱)、折疊臂2、伸縮臂3和底盤4，其 中轉(zhuǎn)臺1與折疊臂2的鉸接點(diǎn)距離地面的距離為L3,折疊臂2的兩鉸點(diǎn)長度為L1,折疊臂2 與水平面的夾角為α，伸縮臂3的長度為L2,伸縮臂3與水平面的夾角為β，轉(zhuǎn)臺1可以回 轉(zhuǎn)，其回轉(zhuǎn)角為Y (即轉(zhuǎn)臺1、折疊臂2和伸縮臂3組成的上車結(jié)構(gòu)的初始位置與目標(biāo)位置 之間在水平面內(nèi)的夾角，如圖1所示)。轉(zhuǎn)臺1可相對于底盤4在平面內(nèi)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(即 “回轉(zhuǎn)動作”)；折疊臂2可圍繞與轉(zhuǎn)臺1的鉸接點(diǎn)在所述臂結(jié)構(gòu)的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(即“俯仰動作”)，但不可伸縮；伸縮臂3可圍繞與折疊臂2的鉸接點(diǎn)在所述臂結(jié)構(gòu)的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(即 “俯仰動作”)，并可沿伸縮臂3的長度方向伸縮(即“伸縮動作”)。圖2示出了一種用于 控制起重機(jī)的吊鉤運(yùn)動軌跡的方法的流程圖，其中所述起重 機(jī)具有至少兩節(jié)臂，所述至少兩節(jié)臂中至少包括一節(jié)伸縮臂，所述吊鉤連接在末節(jié)臂的外 端，每一節(jié)臂的轉(zhuǎn)動以及每一節(jié)伸縮臂的伸縮分別由獨(dú)立的液壓缸進(jìn)行控制。如圖2所示，在步驟210中，首先采集每一節(jié)臂與水平面的夾角和每一節(jié)伸縮臂的 長度，其中對夾角的采集可以通過角度傳感器來實(shí)現(xiàn)，對伸縮臂的長度的采集可以通過線 位移傳感器來實(shí)現(xiàn)。在一種實(shí)施方式中，所選擇的角度傳感器用于測量每一節(jié)臂與水平面的夾角，在 本發(fā)明的其它實(shí)施方式中，還可以選擇測量相鄰臂之間的夾角。其中，測量水平面的夾角， 在公式建立方面更加簡單，控制器的設(shè)計也得到簡化，從而使吊鉤的運(yùn)動控制也相對更簡 單一些；測量相鄰臂之間的夾角，抗震動性能比較好，可以減少計算值與實(shí)際值之間的誤差。在圖1中，需要采集轉(zhuǎn)臺1與水平面的夾角(圖中的轉(zhuǎn)臺沿豎直方向放置，夾角為 90度)、折疊臂2與水平面之間的夾角α以及伸縮臂3與水平面之間的夾角β。在步驟220中，為每一節(jié)臂指定旋轉(zhuǎn)的角速度并為每一節(jié)伸縮臂指定伸縮速度。在每一節(jié)臂的轉(zhuǎn)動角速度允許范圍內(nèi)為該節(jié)臂選擇轉(zhuǎn)動角速度，并在每一節(jié)伸縮 臂的伸縮速度的允許范圍內(nèi)為該節(jié)臂選擇伸縮速度，在對吊鉤運(yùn)動軌跡沒有其他限制的情 況下，以上的允許范圍是由各個液壓缸的性能決定的。在一種實(shí)施方式中，還可以通過添加其他條件對所述角速度和所述伸縮速度的可 選范圍進(jìn)行進(jìn)一步的限制，比如通過規(guī)定吊鉤的預(yù)定運(yùn)動軌跡等。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，由于通過液壓缸來驅(qū)動各節(jié)臂的轉(zhuǎn)動以及各節(jié)伸縮 臂的伸縮，轉(zhuǎn)動角速度和伸縮速度是與液壓缸的伸縮速度成正比的，因此可以根據(jù)液壓缸 在臂上的連接位置關(guān)系，建立液壓缸的伸縮速度與相應(yīng)的角速度和伸縮速度之間的關(guān)系。在步驟230中，分別根據(jù)為每一節(jié)臂所采集的夾角和為每一節(jié)伸縮臂所采集的長 度，以及為每一節(jié)臂所指定的角速度和為每一節(jié)伸縮臂所指定的伸縮速度來確定每一節(jié)臂 的慣性指標(biāo)。在起重臂工作時，往往需要各節(jié)臂聯(lián)合動作，各個液壓缸同時被驅(qū)動，以使得吊鉤 按照預(yù)定的軌跡移動到指定的位置。但實(shí)際使用時，由于液壓缸中的油的流動會產(chǎn)生一定 的慣性作用，而這種慣性作用轉(zhuǎn)換到臂的轉(zhuǎn)動或伸縮則體現(xiàn)為由于不能立即停止油缸的 運(yùn)動而使臂的轉(zhuǎn)動和伸縮不能得到準(zhǔn)確的控制，此外，每一節(jié)臂自身的運(yùn)動也具有很大的 慣性，這些加在一起會對起重臂的控制帶來很大的負(fù)面影響。慣性是各種物體固有的屬性， 不能夠被消除，只要具有質(zhì)量的物體運(yùn)動都會產(chǎn)生慣性。本發(fā)明針對這一點(diǎn)，引入了慣性指 標(biāo)，對每一節(jié)臂的慣性進(jìn)行評估，從而通過不同節(jié)臂之間的慣性影響相抵消來使對起重臂 (吊鉤)的控制更加準(zhǔn)確。所述慣性指標(biāo)用于評估每一節(jié)臂由于轉(zhuǎn)動和/或伸縮而帶來的慣性影響。由于在 考慮到不同節(jié)臂之間的慣性影響相互抵消時，需要考慮到每一節(jié)臂的運(yùn)動趨勢，因此用二 元參數(shù)(Ax，Ay)來表示所述慣性指標(biāo)，Ax表示慣性指標(biāo)的水平方向分量，Ay表示慣性指標(biāo)的 豎直方向分量，每個分量Ax和Ay都包含轉(zhuǎn)動部分和伸縮部分兩部分。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，4和Ay分別是由于所考慮的臂的 轉(zhuǎn)動和伸縮運(yùn)動使吊鉤在水平方向和豎直方向偏離預(yù) 期位置(即在不受慣性影響的條件下，希望吊鉤所達(dá)到的目標(biāo)位置)的位移。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，若某一節(jié)臂與水平面之間的夾角為α，長度為L，轉(zhuǎn) 動角速度為Ω，伸縮速度為ν，則定義Ax = a · m · L · Ω · sin α +b · m · ν · cos αAy = a · m · L · Ω · cos α +b · m · ν · sin α在一種實(shí)施方式中，m為該節(jié)臂的質(zhì)量，在另一種實(shí)施方式中，m還可為從該節(jié)臂 開始直至末節(jié)臂的所有臂的質(zhì)量之和。a為轉(zhuǎn)動慣性權(quán)重，b為伸縮慣性權(quán)重，a和b分別 代表的是轉(zhuǎn)動和伸縮兩種運(yùn)動受慣性影響的程度大小，a和b可事先測定或根據(jù)經(jīng)驗值給定。可以理解的是，對于任一節(jié)臂，我們所關(guān)心的是兩個權(quán)重值的比值a/b，a/b可以 理解為就是轉(zhuǎn)動所帶來的慣性影響和伸縮運(yùn)動所帶來的慣性影響的比值，事實(shí)上，一旦對 a/b進(jìn)行了確定，并進(jìn)一步對各節(jié)臂的轉(zhuǎn)動慣性權(quán)重之間的大小關(guān)系進(jìn)行了確定，就已經(jīng)可 以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所提出的技術(shù)方案，只要在隨后對閾值K進(jìn)行選擇時進(jìn)行適當(dāng)?shù)目s放即可。在一種實(shí)施方式中，可以通過如下的方法來對a和b進(jìn)行測定只使該節(jié)臂進(jìn)行轉(zhuǎn) 動則上面用于計算\和~的兩個等式中等號右側(cè)第二項為零，只使該節(jié)臂進(jìn)行伸縮則上面 兩個等式中等號右側(cè)第一項為零，在這兩種情況下分別測定吊鉤偏離預(yù)期位置的位移隊和 Db,其中 Da = (Axl2+Ayl2)1/2, Db = (kj+kj)1/2,，則可知 OJOb = a/b · (m · L · Ω ) / (m · ν)， 由此可以導(dǎo)出a/b的值。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中可以直接令Da = a· (m-L. Q),Db = b · (m · ν)，這樣可以直接得到a和b的值，這種優(yōu)選實(shí)施方式中，Ax和Ay分別對應(yīng)于由于 所考慮的臂的轉(zhuǎn)動和伸縮運(yùn)動使吊鉤在水平方向和豎直方向偏離預(yù)期位置的位移。根據(jù)對現(xiàn)有起重臂的認(rèn)識，a和b—般為同一量級，a/b的范圍通常可限定為 0. 1-10的范圍。在本發(fā)明的其它實(shí)施方式中，Ax和Ay也可以具有其它的形式，只要(Ax，Ay)能夠 表現(xiàn)其所對應(yīng)的那一節(jié)臂的運(yùn)動趨勢(類似于“動量”的概念)即可(例如，可以用每一節(jié) 臂的相應(yīng)轉(zhuǎn)動慣量I來描述Ax和Ay中的第一項，即代替a · m · L)，這樣便可以評估每一節(jié) 臂的慣性對操作準(zhǔn)確度的影響，從而在下一步驟中，使其相互抵消，而是測量和操作更加準(zhǔn) 確。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，甚至可以忽略掉慣性指標(biāo)中的伸縮項，從而使計算 更加簡潔，當(dāng)然這樣做的代價是使得慣性評估不夠準(zhǔn)確，從而使慣性抵消的效果降低，但即 使這樣相對于現(xiàn)有技術(shù)也應(yīng)具有顯而易見的優(yōu)勢。在圖1中，可以根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施方式來計算各節(jié)臂的慣性指標(biāo)。先不考慮轉(zhuǎn) 臺1的回轉(zhuǎn)，對于折疊臂2來講，只有轉(zhuǎn)動項，沒有伸縮項，因此Ax2 = a2 ·πι2 -L1 ·Ω2.8 ηα , Ay2 = a2 · m2 · L1 · Ω2 · cos α，其中數(shù)字2表示這些參數(shù)都是對應(yīng)于折疊臂2的參數(shù)， 以下的數(shù)字3也應(yīng)如此來理解。對于伸縮臂3來講，既有轉(zhuǎn)動項，又有伸縮項，Ax3 = a3 · m3 · L2 · Ω 3 · sin β +b3 · m3 · V3 · cos β，Ay3 = a3 · m3 · L2 · Ω 3 · cos β +b3 · m3 · V3 · sin β 0在步驟240中，根據(jù)所述慣性指標(biāo)來判斷所述角速度和所述伸縮速度是否滿足驅(qū) 動條件。在一種實(shí)施方式中，所述驅(qū)動條件為所述每一節(jié)臂的Ax之和以及所述每一節(jié)臂的Ay之和分別小于或等于一閾值。在一種實(shí)施方式中，可以設(shè)定一個閾值K使得各節(jié)臂的Ax之和I Σ Ax|以及各節(jié) 臂的Ay之和I Σ Ay|均小于等于Ax(在本發(fā)明的其它實(shí)施方式中也可以通過其它規(guī)則來限 制，比如使[ (Σ Αχ)2+( Σ Ay)2]1/2小于等于K等等)，從而在最大程度上抵消各節(jié)臂的慣性 對吊鉤位置控制精確度的影響。這里給出的限制規(guī)則只是給出了上界，在實(shí)際操作過程中， 可以根據(jù)起重機(jī)搬運(yùn)的貨物需求(比如貴重等級、搬運(yùn)準(zhǔn)確度要求等等)給出多個檔位，這 些檔位分別對應(yīng)于I Σ Αχ|和I Σ Ay|等于Κ1、Κ2. ...Κη(Κ1 >K2>... > Kn)的情況，對 精度要求越高K值就越小(對于給定的a和b而言)。如前文所述，一旦對a/b進(jìn)行了確定，并進(jìn)一步對各節(jié)臂的轉(zhuǎn)動慣性權(quán)重之間的 大小關(guān)系進(jìn)行了確定，只要在隨后對閾值K進(jìn)行選擇時進(jìn)行適當(dāng)?shù)目s放便可實(shí)現(xiàn)相同的精 度要求。以單節(jié)臂為例，若原來取a = l，b = 2，達(dá)到某一精度時需要K =常量c，則在a = 2，b = 4的情況下，達(dá)到同一精度需要K =常量c X 2。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，閾值K對應(yīng)于對吊鉤偏離預(yù)期位置的距離的限制，在 這種優(yōu)選實(shí)施方式中，\和Ay分別對應(yīng)于由于所考慮的臂的轉(zhuǎn)動和伸縮運(yùn)動使吊鉤在水平 方向和豎直方向偏離預(yù)期位置的位移。在這種實(shí)施方式中，通常將K的范圍限制為5厘米 100厘米的范圍。由于規(guī)定起重臂包括至少兩節(jié)臂，且其中至少包括一節(jié)伸縮臂，因此整個起重臂 至少具有三個自由度(即至少三個變量)，而吊鉤的運(yùn)動軌跡要求只是一個限制規(guī)則(即一 個方程)，并不能對該起重臂的操作進(jìn)行完全的限制，因此還可以至少再增加一個限制(即 再增加一個方程)，從而通過慣性指標(biāo)來限制起重臂的操作是完全可以實(shí)現(xiàn)的，不會出現(xiàn)由 于無解而鎖死的情況，事實(shí)上，在現(xiàn)有的起重機(jī)控制方法中，也需要對起重機(jī)各節(jié)臂的運(yùn)動 進(jìn)行一定的限制才能讓起重臂不遲疑的自動行進(jìn)，本發(fā)明中通過引入慣性指標(biāo)來限制起重 臂的行進(jìn)，能夠大大的改善對吊鉤位置的控制精確度。在步驟250中，在所述角速度和所述伸縮速度滿足所述驅(qū)動條件的情況下，按照 所述角速度和伸縮速度來驅(qū)動各個液壓缸以使所述吊鉤運(yùn)動。如果所述角速度和所述伸縮速度不滿足所述驅(qū)動條件，則返回為每一節(jié)臂指定旋 轉(zhuǎn)的角速度并為每一節(jié)伸縮臂指定伸縮速度的步驟，重新制定所述角速度和所述伸縮速 度，并從新進(jìn)行后續(xù)步驟，直到獲得滿足要求的角速度和速度為止。在一種實(shí)施方式中，由于系統(tǒng)參數(shù)測量的誤差以及公式選擇帶來的誤差，在精度 要求較高的情況下，對吊鉤的控制精確度有可能達(dá)不到要求，因此，在本發(fā)明的一種實(shí)施方 式中，還能夠通過對吊鉤位置的精確程度進(jìn)行反饋，來修正慣性指標(biāo)，這種修正可以通過在 慣性指標(biāo)的公式中添加常數(shù)項來實(shí)現(xiàn)，也可以通過修正慣性權(quán)重a和b來實(shí)現(xiàn)，所述修正可 以是實(shí)時進(jìn)行的，也可以是在進(jìn)行完一次搬運(yùn)工作后，通過對該次搬運(yùn)過程中的位置數(shù)據(jù) 進(jìn)行統(tǒng)計來進(jìn)行的。在一種實(shí)施方式中，所述起重機(jī)還包括由回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)驅(qū)動回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺，從而所 述方法還可以包括采集所述轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)角，以及根據(jù)所采集的回轉(zhuǎn)角來驅(qū)動所述回轉(zhuǎn)液壓 馬達(dá)控制轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)。圖1中，轉(zhuǎn)臺1的回轉(zhuǎn)角(為Y。應(yīng)該注意到，慣性指標(biāo)是與轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動無關(guān)的，雖然轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動也具有慣性，也會 影響吊鉤在水平面內(nèi)的運(yùn)動的準(zhǔn)確性，但在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動自由度中，只有這樣一種運(yùn)動，故根據(jù)本發(fā)明的方法無法對該自由度內(nèi)的轉(zhuǎn)動慣性的影響進(jìn)行削弱或消除。圖3示出了另一種用于控制起重機(jī)的吊鉤運(yùn)動軌跡的方法的流程圖。該方法中， 起重機(jī)具有轉(zhuǎn)臺以及至少兩節(jié)臂，所述至少兩節(jié)臂中至少包括一節(jié)伸縮臂，所述吊鉤連接 在末節(jié)臂的外端，每一 節(jié)臂的轉(zhuǎn)動和每一節(jié)伸縮臂的伸縮分別由獨(dú)立的液壓缸進(jìn)行控制， 所述轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動由回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)進(jìn)行控制。與圖2相比，圖3中的方法添加了確定吊鉤運(yùn)動軌跡的步驟。在步驟302中，首先 確定所述吊鉤的初始位置和目標(biāo)位置。吊鉤位置的采集可通過位置傳感器來實(shí)現(xiàn)，其中在 一種實(shí)施方式中，所述初始位置可以直接取為上一次移動的目標(biāo)位置。在步驟307中，可以根據(jù)步驟302中采集的位置，再結(jié)合貨物狀況、路徑要求、搬運(yùn) 速度要求等眾多因素中的至少一者來確定吊鉤的預(yù)定運(yùn)動軌跡。優(yōu)選的，可以盡量使吊鉤 按直線行進(jìn)，從而節(jié)省搬運(yùn)時間。根據(jù)所確定的預(yù)定運(yùn)動軌跡，可以驅(qū)動所有液壓缸運(yùn)動，從而使吊鉤按照預(yù)定軌 跡行進(jìn)。在步驟310中，可以設(shè)定周期性地采集每一節(jié)臂與水平面的夾角、每一節(jié)伸縮臂 的長度和所述轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)角。其中所述采集周期可以預(yù)先設(shè)定，也可以根據(jù)吊鉤的實(shí)際運(yùn)動軌跡而動態(tài)的進(jìn)行 規(guī)定。比如，在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，可以實(shí)時監(jiān)控吊鉤的實(shí)際位置，當(dāng)?shù)蹉^的實(shí)際位 置偏離預(yù)定軌跡達(dá)到一定的閾值時，便采集步驟310中所規(guī)定的各個參數(shù)。最簡單的方式， 還是定時采集，每隔一個預(yù)先設(shè)定的時間周期，便對各個參數(shù)進(jìn)行一次采集，時間周期設(shè)定 的越小，采集的越頻繁，對吊鉤軌跡的控制就越準(zhǔn)確，當(dāng)時間周期足夠小時，也可稱其為“實(shí) 時采集”。在步驟320中，為每一節(jié)臂指定旋轉(zhuǎn)的角速度，為每一節(jié)伸縮臂指定伸縮速度，并 為所述轉(zhuǎn)臺指定回轉(zhuǎn)速度，其中所述角速度、所述伸縮速度和所述回轉(zhuǎn)速度能夠使所述吊 鉤按照預(yù)定運(yùn)動軌跡運(yùn)動在步驟330中，分別根據(jù)為每一節(jié)臂所采集的夾角和為每一節(jié)伸縮臂所采集的長 度，以及為每一節(jié)臂所指定的角速度和為每一節(jié)伸縮臂所指定的伸縮速度來確定每一節(jié)臂 的慣性指標(biāo)。在步驟340中，根據(jù)所述慣性指標(biāo)來判斷所述角速度和所述伸縮速度是否滿足驅(qū) 動條件。在步驟350中，在所述角速度和所述伸縮速度滿足所述驅(qū)動條件的情況下，按照 所述角速度和伸縮速度來驅(qū)動各個液壓缸并按照所述回轉(zhuǎn)速度來驅(qū)動回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)，以使 所述吊鉤運(yùn)動。關(guān)于步驟320-350的描述可參見圖2中的相關(guān)描述。在圖3的方法中，在確定了初始位置和目標(biāo)位置，并由此確定了預(yù)定的運(yùn)動軌跡 之后，各個液壓缸開始驅(qū)動各節(jié)臂做初始運(yùn)動，該初始運(yùn)動指的是在當(dāng)前的各節(jié)臂的初始 參數(shù)條件(夾角和長度)下帶動吊鉤按照預(yù)定軌跡運(yùn)動。一旦發(fā)生運(yùn)動之后，各節(jié)臂的參 數(shù)都發(fā)生了改變，如果不作調(diào)整，吊鉤便會偏離設(shè)定的軌跡，因此，需要重新選擇滿足條件 的角速度和速度，也就是需要對各個液壓缸的設(shè)置進(jìn)行調(diào)整，以使參數(shù)變化后的各節(jié)臂繼 續(xù)帶動吊鉤按照預(yù)定的軌跡運(yùn)動。事實(shí)上，吊鉤不可能嚴(yán)格按照預(yù)定的軌跡進(jìn)行運(yùn)動，通常情況下，如果吊鉤偏離預(yù)定軌跡的距離在一定的范圍之內(nèi)，便可認(rèn)定吊鉤按照預(yù)定軌跡運(yùn) 動。因此，在上面的步驟310中，還可以根據(jù)吊鉤偏離預(yù)定軌跡的距離來確定是否對數(shù)據(jù)進(jìn) 行再次采集，當(dāng)然，這需要附加的檢測裝置，在優(yōu)選的實(shí)施方式中，可以設(shè)定周期性的自動 采集數(shù)據(jù)，采集周期越短，對吊鉤的位置控制也就越精確。在以上所述的用于控制起重機(jī)的吊鉤運(yùn)動軌跡的方法中，規(guī)定了起重機(jī)至少具有 兩節(jié)臂，且其中至少具有一節(jié)伸縮臂，這樣規(guī)定一方面一般的起重機(jī)是符合這種結(jié)構(gòu)要求 的，另一方面也是為了使整個起重臂具有至少三個自由度，從而能夠引入慣性指標(biāo)對其進(jìn) 行限制。當(dāng)然，本發(fā)明所提供的方法也適用于不包括伸縮臂的起重機(jī)，但這時需要具有至少 三節(jié)臂，從而保持自由 度至少為三。本發(fā)明的各種方法對吊鉤的運(yùn)動軌跡進(jìn)行控制，對吊鉤的運(yùn)動速度沒有進(jìn)行限 制，在本發(fā)明所提供的各種方法的實(shí)施方式中，都可規(guī)定起重機(jī)至少具有高速和低速兩種 運(yùn)行模式，從而根據(jù)需求進(jìn)行選擇和切換。通過本發(fā)明提供的用于控制折臂式起重機(jī)的吊鉤的運(yùn)動軌跡的方法，引入了慣性 指標(biāo)的概念，從而在控制吊鉤的運(yùn)動時對各節(jié)臂的慣性影響進(jìn)行了相互抵消，提高了起重 機(jī)對吊鉤的運(yùn)動軌跡控制的精確程度，并能夠提高起重機(jī)的效率。
權(quán)利要求
1.一種用于控制起重機(jī)的吊鉤運(yùn)動軌跡的方法，其中所述起重機(jī)具有至少兩節(jié)臂，所 述至少兩節(jié)臂中至少包括一節(jié)伸縮臂，所述吊鉤連接在末節(jié)臂的外端，每一節(jié)臂的轉(zhuǎn)動以 及每一節(jié)伸縮臂的伸縮分別由液壓缸進(jìn)行控制，該方法包括采集每一節(jié)臂與水平面的夾角和每一節(jié)伸縮臂的長度；為每一節(jié)臂指定旋轉(zhuǎn)的角速度并為每一節(jié)伸縮臂指定伸縮速度；分別根據(jù)為每一節(jié)臂所采集的夾角和為每一節(jié)伸縮臂所采集的長度，以及為每一節(jié)臂 所指定的角速度和為每一節(jié)伸縮臂所指定的伸縮速度來確定每一節(jié)臂的慣性指標(biāo)，其中所 述每一節(jié)臂的慣性指標(biāo)為二元參數(shù)(Ax，Ay)，Ax是由于該節(jié)臂的轉(zhuǎn)動和伸縮運(yùn)動使吊鉤在水 平方向偏離預(yù)期位置的位移，Ay是由于該節(jié)臂的轉(zhuǎn)動和伸縮運(yùn)動使吊鉤在豎直方向偏離預(yù) 期位置的位移；根據(jù)所述慣性指標(biāo)來判斷所述角速度和所述伸縮速度是否滿足驅(qū)動條件；以及在所述角速度和所述伸縮速度滿足所述驅(qū)動條件的情況下，按照所述角速度和伸縮速 度來驅(qū)動各個液壓缸以使所述吊鉤運(yùn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該方法還包括在所述角速度和所述伸縮速度不滿足所述驅(qū)動條件的情況下，返回為每一節(jié)臂指定旋 轉(zhuǎn)的角速度并為每一節(jié)伸縮臂指定伸縮速度的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述驅(qū)動條件為所述每一節(jié)臂的Ax之和以 及所述每一節(jié)臂的Ay之和分別小于或等于一閾值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述Ax和Ay分別滿足以下公式Ax = aemeL· Ω · sin α +b · m · ν · cos α，Ax = aemeL· Ω · cos α +b · m · ν · sin α，其中a為轉(zhuǎn)動慣性權(quán)重，a = (Axl2+Ayl2)1/2/ (m · L · Ω )，b為伸縮慣性權(quán)重，b = (Ax22+Ay22)"2/(m· v)，其中α為該節(jié)臂與水平面之間的夾角，L為該節(jié)臂的長度，Ω為該節(jié)臂轉(zhuǎn)動的角速度， ν為該節(jié)臂的伸縮速度，m為該節(jié)臂的質(zhì)量，Axl和Ayl分別為只讓該節(jié)臂以角速度Ω轉(zhuǎn)動時 吊鉤在水平方向和豎直方向的位移，Ax2和Ay2分別為只讓該節(jié)臂以速度ν進(jìn)行伸縮時吊鉤 在水平方向和豎直方向的位移。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述起重機(jī)還包括由回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)驅(qū)動回轉(zhuǎn) 的轉(zhuǎn)臺，該方法還包括采集所述轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)角；以及根據(jù)所采集的回轉(zhuǎn)角來驅(qū)動所述回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)控制轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)。
6.一種用于控制起重機(jī)的吊鉤運(yùn)動軌跡的方法，其中所述起重機(jī)具有轉(zhuǎn)臺以及至少兩 節(jié)臂，所述至少兩節(jié)臂中至少包括一節(jié)伸縮臂，所述吊鉤連接在末節(jié)臂的外端，每一節(jié)臂的 轉(zhuǎn)動和每一節(jié)伸縮臂的伸縮分別由液壓缸進(jìn)行控制，所述轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)由回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)進(jìn)行 控制，該方法包括確定所述吊鉤的初始位置和目標(biāo)位置；根據(jù)所述初始位置和目標(biāo)位置來設(shè)置所述吊鉤的預(yù)定運(yùn)動軌跡；周期性地采集每一節(jié)臂與水平面的夾角、每一節(jié)伸縮臂的長度和所述轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)角；為每一節(jié)臂指定旋轉(zhuǎn)的角速度，為每一節(jié)伸縮臂指定伸縮速度，并為所述轉(zhuǎn)臺指定回轉(zhuǎn)速度，其中所述角速度、所述伸縮速度和所述回轉(zhuǎn)速度能夠使所述吊鉤按照預(yù)定運(yùn)動軌 跡運(yùn)動； 分別根據(jù)為每一節(jié)臂所采集的夾角和為每一節(jié)伸縮臂所采集的長度，以及為每一節(jié)臂 所指定的角速度和為每一節(jié)伸縮臂所指定的伸縮速度來確定每一節(jié)臂的慣性指標(biāo)，其中所 述每一節(jié)臂的慣性指標(biāo)為二元參數(shù)(Ax，Ay)，Ax是由于該節(jié)臂的轉(zhuǎn)動和伸縮運(yùn)動使吊鉤在水 平方向偏離預(yù)期位置的位移，Ay是由于該節(jié)臂的轉(zhuǎn)動和伸縮運(yùn)動使吊鉤在豎直方向偏離預(yù) 期位置的位移；根據(jù)所述慣性指標(biāo)來判斷所述角速度和所述伸縮速度是否滿足驅(qū)動條件；以及在所述角速度和所述伸縮速度滿足所述驅(qū)動條件的情況下，按照所述角速度和伸縮速 度來驅(qū)動各個液壓缸，并按照所述回轉(zhuǎn)速度來驅(qū)動所述回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)，以使所述吊鉤運(yùn)動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中該方法還包括在所述角速度和所述伸縮速度不滿足所述驅(qū)動條件的情況下，返回為每一節(jié)臂指定旋 轉(zhuǎn)的角速度、為每一節(jié)伸縮臂指定伸縮速度并為所述轉(zhuǎn)臺指定回轉(zhuǎn)速度的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其中所述驅(qū)動條件為所述每一節(jié)臂的Ax之和以 及所述每一節(jié)臂的Ay之和分別小于或等于一閾值。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其中所述\和Ay分別滿足以下公式Ax = aemeL· Ω · sin α +b · m · ν · cos α，Ay = aemeL· Ω · cos α +b · m · ν · sin α，其中 a = (Axl2+Ayl2) "2/ (m · L · Ω )，b = (Ax22+Ay22)1/2/ (m · v)，其中α為該節(jié)臂與水平面之間的夾角，L為該節(jié)臂的長度，Ω為該節(jié)臂轉(zhuǎn)動的角速度， ν為該節(jié)臂的伸縮速度，m為該節(jié)臂的質(zhì)量，Axl和Ayl分別為只讓該節(jié)臂以角速度Ω轉(zhuǎn)動時 吊鉤在水平方向和豎直方向的位移，Ax2和Ay2分別為只讓該節(jié)臂以速度ν進(jìn)行伸縮時吊鉤 在水平方向和豎直方向的位移。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其中在所述周期性地采集每一節(jié)臂與水平面的夾 角、每一節(jié)伸縮臂的長度和所述轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)角的步驟中，還能夠在所述吊鉤偏離預(yù)定軌跡 的距離超過一閾值時采集以上各項數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于控制起重機(jī)的吊鉤運(yùn)動軌跡的方法，其中通過采集每一節(jié)臂與水平面的夾角和每一節(jié)伸縮臂的長度以及制定每一節(jié)臂的旋轉(zhuǎn)角速度和每一節(jié)伸縮臂的伸縮速度等參數(shù)，可以得到每一節(jié)臂的慣性指標(biāo)，并根據(jù)所確定的慣性指標(biāo)來判斷是否按照所述角速度和速度參數(shù)來驅(qū)動各個液壓缸，以使所述吊鉤運(yùn)動。通過本發(fā)明提供的用于控制起重機(jī)的吊鉤的運(yùn)動軌跡的方法，能夠在控制吊鉤的運(yùn)動時對各節(jié)臂的慣性影響進(jìn)行了相互抵消，從而提高起重機(jī)對吊鉤的運(yùn)動軌跡控制的精確程度，并提高起重機(jī)的效率。
文檔編號B66C13/20GK102040160SQ201010268059
公開日2011年5月4日 申請日期2010年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月30日
發(fā)明者段卓 申請人:湖南中聯(lián)重科專用車有限責(zé)任公司