臂架控制方法及系统的制作方法【技术领域】，特别涉及一种臂架控制方法及系统。[0002]混凝土泵车等泵送机械是利用压力将混凝土沿管道连续输送的机械设备，一般由行走装置、泵送装置和臂架装置组成。其中，臂架装置由依次铰接相连的多节臂架组成，首节臂架的底端铰接于转台，首节臂架于转台之间以及相连两节臂架之间设置有油缸(可称为臂架油缸)，用于调整首节臂架于转台的夹角以及相连两节臂架之间的夹角(可成为臂架夹角)；为了便于调节臂架夹角，在某些相邻的两个臂架之间采用多连杆机构，由臂架油缸调整连杆机构的变化以实现臂架夹角的变化。[0003]另外，多节臂架上设置有与泵送装置连接的输送管，在工作过程中，当输送位置确定下来后，即可控制臂架装置带动输送管实现展开、收拢或者旋转等动作，以使末节臂架末端的输送管对准输送位置，从而实现输送。目前，臂架装置的控制通常依靠操作者与遥控装置配合完成。[0004]通常，为了对末节臂架末端的位置进行控制，可建立整体臂架模型，并利用该整体臂架模型及臂架末端的目标位置，计算每一臂架在臂架末端运动至目标位置时的目标倾斜角(与各臂架夹角一一对应)，之后通过施加控制电流，使臂架油缸伸出或缩回相应位移，以使每一臂架具有其目标倾斜角。在施加控制电流期间，需不断将安装于每一臂架上的倾角传感器所测的当前倾斜角反馈至控制器，该控制器将当前倾斜角与目标倾斜角进行比较，并根据比较结果对施加至臂架油缸的控制电流进行控制，直至每一臂架具有其目标倾斜角。[0005]然而，由于整个臂架装置包括相连的多节臂架，具有很强的非线性，某些臂架姿态下，臂架前段产生的一个微小振动，经多节臂架传递至末节臂架时，将引起剧烈震荡，而且随着臂架姿态的不同，整个臂架装置的非线性性质也不相同，所以对臂架末端的位置进行精确控制且又能适应大部分姿态极为困难。[0006]目前通过操作者与遥控装置配合的操控方式有利于操作者进行直观的判断，然而，为了保证整个臂架动作须有较大的连续性和平稳性，操作者需要有相应的经验积累以及在操控时需要投入极大的精力，不同操作者的操控水平不同，将使同一设备具有不同的作业效率，此外，若操控不稳，将容易导致臂架损伤和施工浪费。[0007]因此，如何针对现有的上述不足进行改进，以便更加适应使用需要，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


[0008]有鉴于此，本发明旨在提供一种臂架控制方法及系统，以便在控制过程中同时考虑臂架夹角与油缸位移以及油缸位移与臂架夹角的运动学和动力学信息，进而有效提高臂架动作的连续性和平稳性，有效降低臂架控制过程对操作者的依赖。[0009]具体而言，本发明提供的臂架控制方法包括如下步骤:a、获得臂架夹角与油缸位移的运动学方程以及油缸位移与臂架夹角的运动学方程；b、根据上述两个运动学方程得到臂架夹角角速度与油缸速度的动力学关系以及油缸速度与臂架夹角角速度的动力学关系；C、根据臂架夹角角速度与油缸速度以及油缸速度的动力学关系与臂架夹角角速度的动力学关系，预设平稳控制策略；d、根据当前的臂架夹角、控制输入信号和上述平稳控制策略，得到最优的油缸运动速度和运动时间；e、控制油缸按照所述油缸运动速度和所述运动时间动作。
[0010]进一步地，步骤a具体为:al、通过顺序求解方式计算臂架夹角与油缸位移的第一实际关系式，将该第一实际关系式作为臂架夹角与油缸位移的运动学方程；a2、通过顺序求解方式计算油缸位移与臂架夹角的第二实际关系式，若能够计算出该第二实际关系式，则将其作为油缸位移与臂架夹角的运动学方程。
[0011]进一步地，步骤a2中还包括:a21、若无法计算出所述第二实际关系式，则根据所述第一实际关系式建立迭代函数，并根据该迭代函数得出油缸位移与臂架夹角的拟合函数，以及将该拟合函数作为油缸位移臂架夹角的运动学方程。
[0012]进一步地，bl、分析臂架夹角与油缸位移的运动学方程，得到臂架夹角角速度与油缸速度的关系山2、分析油缸位移与臂架夹角的运动学方程，得到油缸速度与臂架夹角角速度的关系山3、对臂架夹角角速度与油缸速度的关系以及油缸速度与臂架夹角角速度的关系进行采样，并存储为控制数据。
[0013]进一步地，步骤c具体为:cl、根据所述控制数据形成平稳控制策略，所述平稳控制策略包括:在预定范围的臂架夹角下，使油缸速度小于第一预设值，以免臂架角速度超过
第二预设值。
[0014]进一步地，步骤d具体为:dl、获取当前的臂架夹角和控制输入信号；d2、计算在当前的臂架夹角下，符合所述平稳控制策略的最优的油缸运动速度，并根据控制输入信号计算油缸运动时间。
[0015]本发明提供的臂架控制系统包括:第一获取单元，用于获得臂架夹角与油缸位移的运动学方程以及油缸位移与臂架夹角的运动学方程；第二获取单元，用于根据上述两个运动学方程得到臂架夹角角速度与油缸速度的动力学关系以及油缸速度与臂架夹角角速度的动力学关系；控制策略配置单元，用于根据臂架夹角角速度与油缸速度的动力学关系以及油缸速度与臂架夹角角速度的动力学关系，预设平稳控制策略；第一处理单元，用于根据当前的臂架夹角、控制输入信号和上述平稳控制策略，得到最优的油缸运动速度和油缸运动时间；第二处理单元，用于控制油缸按照所述油缸运动速度和所述运动时间动作。
[0016]进一步地，所述第一获取单元包括:第一计算模块，用于通过顺序求解方式计算臂架夹角与油缸位移的第一实际关系式，将该第一实际关系式作为臂架夹角与油缸位移的运动学方程；第二计算模块，用于通过顺序求解方式计算油缸位移与臂架夹角的第二实际关系式，在能够计算出该第二实际关系式时，则将其作为油缸位移与臂架夹角的运动学方程。
[0017]进一步地，所述第一获取单元还包括:第三计算模块，用于在无法计算出所述第二实际关系式时，根据所述第一实际关系式建立迭代函数，并根据该迭代函数得出油缸位移与臂架夹角的拟合函数，以及将该拟合函数作为油缸位移与臂架夹角的运动学方程。
[0018]进一步地，所述第二获取单元包括:第一分析模块，用于分析臂架夹角与油缸位移的运动学方程，得到臂架夹角角速度与油缸速度的关系；第二分析模块，用于分析油缸位移与臂架夹角的运动学方程，得到油缸速度与臂架夹角角速度的关系；采样存储模块，用于对臂架夹角角速度与油缸速度的关系以及油缸速度与臂架夹角角速度的关系进行采样，并将采样结果存储为控制数据。
[0019]采用本发明的臂架控制方法或者臂架控制系统时，由于同时考虑了臂架夹角(夹角角速度)与油缸位移(速度)的动力学方程和动力学关系，以及油缸位移(速度)与臂架夹角(夹角角速度)的运动学方程和动力学关系，并将其作为平稳控制策略的配置依据，使得在控制过程中，当控制输入信号和当前的臂架夹角给定时，将能够得到符合平稳控制策略的最优的油缸运动速度和运动时间，这样可以避免油缸或者臂架夹角因变化过快而引起抖动、突变或者振荡现象，从而实现每一臂架夹角连续、平稳地变化到目标角度，与现有技术相比，有效提高了作业过程中臂架控制的连续性和平稳性，有效降低了臂架控制过程对操作者的依赖，在有效提高泵送机械作业性能的同时降低了人工成本。



[0020]构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0021]图1为本发明实施例提供的一种臂架控制方法的流程示意图；
[0022]图2为图1中臂架夹角与油缸位移的运动学方程求解过程的一种臂架结构模型示意图；
[0023]图3为图1所示方式中油缸位移与臂架夹角的运动学方程求解过程的一种臂架结构模型示意图；
[0024]图4为无法通过顺序求解油缸位移与臂架夹角的实际关系式时的一种优选处理方式的流程示意图；
[0025]图5为按照图4所示方式得出的一种油缸位移与臂架夹角的拟合曲线示意图；
[0026]图6为图1中步骤S2的一种优选实现方式的流程示意图；
[0027]图7为本发明实施例提供的一种臂架控制系统的结构框图。

[0028]应当指出，本部分中对具体结构的描述及描述顺序仅是对具体实施例的说明，不应视为对本发明的保护范围有任何限制作用。此外，在不冲突的情形下，本部分中的实施例以及实施例中的特征可以相互组合。
[0029]请参考图1至图7，下面将结合附图对本发明实施例作详细说明。
[0030]结合图1所示，本发明实施例的一种臂架控制方法可以包括如下步骤:S1、获得臂架夹角与油缸位移的运动学方程以及油缸位移与臂架夹角的运动学方程；S2、根据上述两个运动学方程得到臂架夹角角速度与油缸速度的动力学关系以及油缸速度与臂架夹角角速度的动力学关系；S3、根据臂架夹角角速度与油缸速度的动力学关系以及油缸速度与臂架夹角角速度的动力学关系，预设平稳控制策略；S4、根据当前的臂架夹角、控制输入信号和上述平稳控制策略，得到最优的油缸运动速度和运动时间；S5、控制油缸按照所述油缸运动速度和所述运动时间动作。[0031]具体而言，在对整个臂架进行操控过程中，相邻两节臂架之间的夹角(即臂架夹角)是通过油缸驱动连杆机构实现的，对于不同的连杆机构或者不同的位姿，相同的臂架夹角控制量需要不同的油缸伸缩长度，在本实施例中，充分考虑了结构运动学，该结构运动学包括油缸位移(伸缩长度)与臂架夹角的双向运动学关系(即对应步骤SI中的两个运动学方程)；在得到双向运动学关系后，可以进一步得到双向动力学关系(如油缸速度与臂架夹角角速度的关系)，进而能够为平稳控制策略的配置提供依据，以保证臂架控制过程平稳、连续。
[0032]这样当控制输入信号(如臂架夹角的目标角度)和当前的臂架夹角给定时，能够得到符合平稳控制策略的最优的油缸运动速度和运动时间，这样可以避免臂架夹角或者油缸因变化过快而引起抖动、突变或者振荡现象，从而实现每一臂架夹角连续、平稳地变化到目标角度，与现有技术相比，有效提高了作业过程中臂架控制的连续性和平稳性，有效降低了臂架控制过程对操作者的依赖，在有效提高泵送机械作业性能的同时降低了人工成本。
[0033]在具体实施时，上述实施例的步骤SI中，获得臂架夹角与油缸位移的运动学方程以及油缸位移与臂架夹角的运动学方程可以有不同方式，例如:若臂架夹角与油缸位移的运动学关系可以通过显示函数表示出来，则可以将该显示函数作为臂架夹角与油缸位移的运动学方程，若臂架夹角与油缸位移的运动学关系无法通过显示函数表示出来，则可以通过顺序求解方式得到臂架夹角与油缸位移的实际关系式(称为第一实际关系式)，并将该第一实际关系式作为臂架夹角与油缸位移的运动学方程；若油缸位移与臂架夹角的实际关系式(称为第二实际关系式)可以通过顺序求解方式得到，则将该第二实际关系式作为油缸位移与臂架夹角的运动学方程，否则可以将油缸位移与臂架夹角的近似关系式作为油缸位移与臂架夹角的运动学方程。
[0034]例如，图2给出了臂架夹角与油缸位移的运动学方程求解过程的一种臂架结构模型示意图。其中，图2中每一个黑色圆点表示臂架、油缸和连杆机构的铰接点；铰接点之间的连线表示臂架、连杆和油缸，ou之间连线表示第一节臂架，ZU之间的连线表示第二节臂架，sw之间的连线表示油缸，其他连线表示连杆机构的各连杆。为了便于表达，Dxy表示X点到I点的距离，Ang_ouz表示ο点、u点、z点顺时针为边的夹角；因此,获得臂架夹角与油缸位移的运动学方程，就是求出Dsw的Ang_ouz表达式,其顺序求解方式如下:
[0035]Ang_wvx:=acos ((Dvw*Dvw+Dvx*Dvx_Dwx*Dwx)/ (2*Dvw*Dvx));
[0036]If Ang_ouz*pi/180+Ang_out+Ang_vuz>pi
[0037]Ang_tuv:=2*p1-Ang_out-Ang_vuz_Ang_ouz*pi/180;
[0038]else
[0039]Ang_tuv:=Ang_out+Ang_vuz+Ang_ouz*pi/180;
[0040]end
[0041]Dtv:=SQRT(Dtu*Dtu+Duv*Duv_2*cos(Ang_tuv)*Dtu*Duv);
[0042]Ang_utv:=acos((Dtu*Dtu+Dtv*Dtv_Duv*Duv)/(2*Dtu*Dtv));
[0043]Ang_vtx:=acos((Dtv*Dtv+Dtx*Dtx_Dvx*Dvx)/ (2*Dtv*Dtx));
[0044]If Ang_ouz*pi/180+Ang_out+Ang_vuz>pi
[0045]Ang_utx:=Ang_vtx-Ang_utv;
[0046]else