專利名稱：一種對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行控制的方法、設(shè)備和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工程機(jī)械的多關(guān)節(jié)機(jī)械臂控制領(lǐng)域，尤其涉及一種對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行控制的方法、設(shè)備和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在工程機(jī)械(例如:混凝土泵車、混凝土噴射機(jī)、挖掘機(jī)等)領(lǐng)域中，多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂作為主要的作業(yè)裝置被廣泛應(yīng)用。目前，對(duì)液壓機(jī)械臂的控制大多采用開(kāi)環(huán)控制方式，其具體的控制方式為操作者通過(guò)遙控器按鈕或者搖桿單獨(dú)控制各節(jié)臂架的驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)來(lái)最終達(dá)到對(duì)機(jī)械臂姿態(tài)或者機(jī)械臂末端運(yùn)動(dòng)軌跡的控制，采用這種方式控制機(jī)械臂，控制精度較低，導(dǎo)致工作效率不高。為了解決上述問(wèn)題，隨著智能控制、人工智能和電液驅(qū)動(dòng)等技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸將傳感技術(shù)、智能控制技術(shù)以及先進(jìn)的控制算法等應(yīng)用于大型多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的控制系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的智能控制。如圖1所示，為現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用于混凝土泵車上的智能臂架控制技術(shù)原理圖?，F(xiàn)有技術(shù)中智能臂架控制系統(tǒng)包括工業(yè)控制設(shè)備、臂架姿態(tài)檢測(cè)傳感器、無(wú)線遙控器、遙控接收器以及電磁比例多路閥等。其中，所述工業(yè)控制設(shè)備包括:姿態(tài)檢測(cè)單元、指令分解單元、軌跡規(guī)劃單元和流量控制指令下發(fā)單元。具體地，所述臂架姿態(tài)檢測(cè)傳感器利用傾角傳感器和回轉(zhuǎn)編碼傳感器等位移傳感器對(duì)每節(jié)臂架的相對(duì)位置進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)到的每一節(jié)臂架的姿態(tài)信號(hào)通過(guò)傳輸線傳送給姿態(tài)檢測(cè)單元；無(wú)線遙控器向遙控接收器發(fā)出針對(duì)每一個(gè)臂架的控制指令，由遙控接收器將接收到的針對(duì)每一節(jié)臂架的控制指令發(fā)送給指令分解單元；姿態(tài)檢測(cè)單元將接收到的每一節(jié)臂架的姿態(tài)信號(hào)以及指令分解單元將接收到的針對(duì)每一節(jié)臂架的控制指令發(fā)送給軌跡規(guī)劃單元，由軌跡規(guī)劃單元根據(jù)每一節(jié)臂架的姿態(tài)信號(hào)和針對(duì)每一節(jié)臂架的控制指令對(duì)該節(jié)臂架的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行規(guī)劃，生成流量控制信號(hào)；并將生成的流量控制信號(hào)發(fā)送給流量控制指令下發(fā)單元，由流量控制指令下發(fā)單元將流量控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成PWM電流控制信號(hào)，傳輸給電磁比例多路閥；由電磁比例多路閥對(duì)該節(jié)臂架對(duì)應(yīng)的液壓缸設(shè)備以及液壓馬達(dá)設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。由此可見(jiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)中，通過(guò)對(duì)每一節(jié)臂架的智能控制使得多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂架的末端到達(dá)指定位置，但是，由于多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂架的臂架數(shù)量較多，利用對(duì)每一節(jié)臂架的控制實(shí)現(xiàn)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂架的末端到達(dá)指定位置，在這一過(guò)程中計(jì)算的數(shù)據(jù)較多，存在計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤將使得多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂架的末端不能準(zhǔn)確到達(dá)指定位置，這樣將導(dǎo)致機(jī)械的工作效率。綜上所述，在現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂架的智能控制存在控制準(zhǔn)確度低，導(dǎo)致工程機(jī)械的工作效率低的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行控制的方法、設(shè)備和系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂架的智能控制存在控制準(zhǔn)確度低，導(dǎo)致工程機(jī)械的工作效率低的問(wèn)題。一種對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行控制的方法，包括:接收采集到的當(dāng)前多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的位置信息和PLC發(fā)送的攜帶多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的目標(biāo)位置信息的控制指令；將采集到的所述位置信息與控制指令中攜帶的所述目標(biāo)位置信息進(jìn)行比較；根據(jù)比較結(jié)果生成針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令并發(fā)送給PLC，指示PLC控制多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。一種對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行控制的設(shè)備，包括:接收模塊，用于接收采集到的當(dāng)前多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的位置信息和PLC發(fā)送的攜帶多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的目標(biāo)位置信息的控制指令；比較模塊，用于將采集到的所述位置信息與控制指令中攜帶的所述目標(biāo)位置信息進(jìn)行比較；控制模塊，用于根據(jù)比較結(jié)果生成針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令并發(fā)送給PLC，指示PLC控制多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。一種對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行控制的系統(tǒng)，包括:PLC，用于向控制設(shè)備發(fā)送攜帶多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的目標(biāo)位置信息的控制指令，以及接收控制設(shè)備返回的針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令，并將控制設(shè)備返回的針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令發(fā)送給多路電液比例閥設(shè)備；控制設(shè)備，用于接收采集到的當(dāng)前多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的位置信息和PLC發(fā)送的攜帶多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的目標(biāo)位置信息的控制指令，并將采集到的所述位置信息與控制指令中攜帶的所述目標(biāo)位置信息進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果生成針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令并發(fā)送給PLC ；多路電液比例閥設(shè)備，用于接收PLC發(fā)送的所述控制設(shè)備返回的針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令，并根據(jù)控制指令控制與多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)有關(guān)的油缸設(shè)備和/或馬達(dá)設(shè)備。本發(fā)明有益效果如下:本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)接收采集到的當(dāng)前多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的位置信息和PLC發(fā)送的攜帶多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的目標(biāo)位置信息的控制指令，并將采集到的所述位置信息與控制指令中攜帶的所述目標(biāo)位置信息進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果生成針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令并發(fā)送給PLC，指示PLC控制多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，這樣實(shí)時(shí)獲取多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的位置信息，并與目標(biāo)位置信息進(jìn)行比較，能夠及時(shí)對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行調(diào)整，提高了對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂控制的精確度，進(jìn)一步地提高了工作效率。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用于混凝土泵車上的智能臂架控制技術(shù)原理圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的一種對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行控制的方法的流程示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例二的一種對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行控制的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例三一種對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行控制的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為一種對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了 一種對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行控制的方法、設(shè)備和系統(tǒng)，通過(guò)接收采集到的當(dāng)前多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的位置信息和PLC發(fā)送的攜帶多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的目標(biāo)位置信息的控制指令，并將采集到的所述位置信息與控制指令中攜帶的所述目標(biāo)位置信息進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果生成針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令并發(fā)送給PLC，指示PLC控制多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，這樣實(shí)時(shí)獲取多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的位置信息，并與目標(biāo)位置信息進(jìn)行比較，能夠及時(shí)對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行調(diào)整，提高了對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂控制的精確度，進(jìn)一步地提高了工作效率。下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明各實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。實(shí)施例一:如圖2所示，為本發(fā)明實(shí)施例一的一種對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行控制的方法的流程示意圖，所述方法包括:步驟101:接收采集到的當(dāng)前多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的位置信息和PLC發(fā)送的控制指令。其中，所述控制指令中攜帶了多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的目標(biāo)位置信息。在步驟101中，由于PLC通過(guò)CAN總線與遙控接收器相連接，通過(guò)遙控接收器接收無(wú)線遙控器發(fā)出的控制指令，其中，所述控制指令中攜帶了多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架需要到達(dá)的目標(biāo)位置信息。在本發(fā)明實(shí)施例中，PLC具有兩個(gè)功能:一個(gè)功能是可以直接將接收到的控制指令轉(zhuǎn)換成PWM電流信號(hào)，并發(fā)送給多路電液比例閥設(shè)備，由多路電液比例閥設(shè)備根據(jù)接收到的PWM電流信號(hào)控制電流，改變閥的流量來(lái)驅(qū)動(dòng)各節(jié)臂架的液壓缸和液壓馬達(dá)，使得各節(jié)臂架驅(qū)使末端臂架到達(dá)目標(biāo)位置；另一個(gè)功能是將接收到的控制指令發(fā)送給步驟101中所述的接收設(shè)備。具體地，所述采集到的當(dāng)前多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的位置信息的方式包括但不限于以下兩種:第一種方式為:直接利用預(yù)設(shè)在多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂末端臂架上的傳感器獲取末端臂架的位置信息。這種方式比較直接，但是應(yīng)用起來(lái)不是很實(shí)用。第二種方式為:計(jì)算得到多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂末端臂架的位置信息具體地，首先，利用預(yù)設(shè)在多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂不同位置上的傳感器實(shí)時(shí)獲取除了末端臂架之外的其他每一節(jié)臂架的實(shí)際位置信息。所述實(shí)際位置信息包括水平坐標(biāo)信息、垂直坐標(biāo)信息和縱向坐標(biāo)信息。即每一節(jié)臂架的終點(diǎn)所在空間的位置信息。其次，根據(jù)預(yù)設(shè)的算法以及獲取的所述其他每一節(jié)臂架的實(shí)際位置信息，計(jì)算得到當(dāng)前多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的位置信息。其中，所述預(yù)設(shè)的算法為逆運(yùn)動(dòng)學(xué)算法。利用多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中各節(jié)臂架運(yùn)動(dòng)間的相互關(guān)系、以及當(dāng)前各節(jié)臂架所在的實(shí)際位置信息，確定出關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)路徑，并根據(jù)確定的運(yùn)動(dòng)路徑得到當(dāng)前多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的位置信息。較優(yōu)地，根據(jù)PLC發(fā)送的控制指令中攜帶多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的目標(biāo)位置信息，利用預(yù)設(shè)的算法，計(jì)算當(dāng)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架到達(dá)目標(biāo)位置信息時(shí)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中其他臂架的理論位置信息。其中，所述預(yù)設(shè)的算法為逆運(yùn)動(dòng)學(xué)算法，或者其他物理學(xué)領(lǐng)域的算法都可，這里不做具體限定。步驟102:將采集到的所述位置信息與控制指令中攜帶的所述目標(biāo)位置信息進(jìn)行比較。在步驟102中，將采集到的所述位置信息與控制指令中攜帶的所述目標(biāo)位置信息進(jìn)行比較，形成了對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的閉環(huán)控制，這樣能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架當(dāng)前實(shí)際位置與確定的目標(biāo)位置信息之間的差距，為下一步進(jìn)行調(diào)整控制做準(zhǔn)備。具體地，針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中每一個(gè)臂架執(zhí)行以下操作:首先，將實(shí)時(shí)獲取的一個(gè)臂架的實(shí)際位置信息與計(jì)算得到的該臂架的理論位置信息進(jìn)行比較。其次，根據(jù)比較結(jié)果確定該臂架需要調(diào)整的位移信息和旋轉(zhuǎn)角度信息。假設(shè)實(shí)際位置信息和理論位置信息都是該臂架終點(diǎn)的空間位置信息，包括水平坐標(biāo)信息、垂直坐標(biāo)信息和縱向坐標(biāo)信息，即常見(jiàn)的三維坐標(biāo)系中X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)和Z坐標(biāo)，利用X坐標(biāo)的差值和Y坐標(biāo)的差值確定該臂架需要調(diào)整的位移信息，以及利用X坐標(biāo)的差值、Y坐標(biāo)的差值和Z坐標(biāo)的差值確定該臂架需要調(diào)整的旋轉(zhuǎn)角度信息。步驟103:根據(jù)比較結(jié)果生成針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令并發(fā)送給PLC。具體地，在步驟103中，根據(jù)確定該臂架需要調(diào)整的位移信息和旋轉(zhuǎn)角度信息，生成調(diào)整該臂架運(yùn)動(dòng)的控制指令，并將生成的針對(duì)每一節(jié)臂架運(yùn)動(dòng)的控制指令發(fā)送給PLC。較優(yōu)地，PLC在接收到所述針對(duì)每一節(jié)臂架運(yùn)動(dòng)的控制指令后，將接收到所述針對(duì)每一節(jié)臂架運(yùn)動(dòng)的控制指令轉(zhuǎn)換成為PWM流量控制信號(hào)并發(fā)送給多路電液比例閥設(shè)備，由多路電液比例閥設(shè)備根據(jù)接收到PWM流量控制信號(hào)控制該節(jié)臂架對(duì)應(yīng)的液壓缸和/或液壓馬達(dá)進(jìn)行工作。通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例一的方案，接收采集到的當(dāng)前多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的位置信息和PLC發(fā)送的攜帶多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的目標(biāo)位置信息的控制指令，并將采集到的所述位置信息與控制指令中攜帶的所述目標(biāo)位置信息進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果生成針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令并發(fā)送給PLC，指示PLC控制多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，這樣實(shí)時(shí)獲取多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的位置信息，并與目標(biāo)位置信息進(jìn)行比較，能夠及時(shí)對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行調(diào)整，提高了對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂控制的精確度，進(jìn)一步地提高了工作效率。實(shí)施例二:如圖3所示，為本發(fā)明實(shí)施例二的一種對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行控制的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，所述設(shè)備包括:接收模塊11、比較模塊12和控制模塊13，其中:接收模塊11，用于接收采集到的當(dāng)前多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的位置信息和PLC發(fā)送的攜帶多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的目標(biāo)位置信息的控制指令；比較模塊12，用于將采集到的所述位置信息與控制指令中攜帶的所述目標(biāo)位置信息進(jìn)行比較；控制模塊13，用于根據(jù)比較結(jié)果生成針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令并發(fā)送給PLC，指示PLC控制多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。較優(yōu)地，所述設(shè)備還包括:計(jì)算模塊14，其中:計(jì)算模塊14，用于根據(jù)PLC發(fā)送的控制指令中攜帶多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的目標(biāo)位置信息，利用預(yù)設(shè)的算法，計(jì)算當(dāng)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架到達(dá)目標(biāo)位置信息時(shí)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中其他臂架的理論位置信息。具體地，所述比較模塊12，具體用于針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中每一個(gè)臂架執(zhí)行以下操作:將實(shí)時(shí)獲取的一個(gè)臂架的實(shí)際位置信息與計(jì)算得到的該臂架的理論位置信息進(jìn)行比較，確定該臂架需要調(diào)整的位移信息和旋轉(zhuǎn)角度信息。所述控制模塊13，具體用于根據(jù)確定該臂架需要調(diào)整的位移信息和旋轉(zhuǎn)角度信息，生成調(diào)整該臂架運(yùn)動(dòng)的控制指令，并將生成的針對(duì)每一節(jié)臂架運(yùn)動(dòng)的控制指令發(fā)送給PLC。實(shí)施例三:如圖4所示，為本發(fā)明實(shí)施例三一種對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行控制的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，所述系統(tǒng)包括:PLC21，用于向控制設(shè)備發(fā)送攜帶多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的目標(biāo)位置信息的控制指令，以及接收控制設(shè)備返回的針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令，并將控制設(shè)備返回的針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令發(fā)送給多路電液比例閥設(shè)備；控制設(shè)備22，用于接收采集到的當(dāng)前多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的位置信息和PLC發(fā)送的攜帶多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的目標(biāo)位置信息的控制指令，并將采集到的所述位置信息與控制指令中攜帶的所述目標(biāo)位置信息進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果生成針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令并發(fā)送給PLC ；多路電液比例閥設(shè)備23，用于接收PLC發(fā)送的所述控制設(shè)備返回的針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令，并根據(jù)控制指令控制與多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)有關(guān)的油缸設(shè)備24和/或馬達(dá)設(shè)備25。較優(yōu)地，所述系統(tǒng)還包括:至少一個(gè)傳感器26，用于實(shí)時(shí)獲取除了末端臂架之外的其他每一節(jié)臂架的實(shí)際位置信息，并根據(jù)預(yù)設(shè)的算法計(jì)算得到當(dāng)前多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的位置信息。
其中，所述傳感器包括位移傳感器27和旋轉(zhuǎn)編碼傳感器28。如圖5所示，為一種對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。所述系統(tǒng)包括兩部分:第一部分為第一層智能控制部分，第二部分為第二層人工智能控制部分。第一層智能控制部分包括:位移傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼傳感器和嵌入式工控設(shè)備。其中，位移傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼傳感器采集各個(gè)臂架的位置信息，并通過(guò)CAN總線將采集到的各個(gè)臂架的位置信息發(fā)送給嵌入式工控設(shè)備。較優(yōu)地，所述第一層智能控制部分還包括:電源設(shè)備，用于為嵌入式工控設(shè)備提供電源；功能擴(kuò)展模塊，用于增加嵌入式工控設(shè)備的功能；觸摸顯示設(shè)備，用于方便對(duì)嵌入式工控設(shè)備的智能控制。第二層人工智能控制部分包括:無(wú)線傳感器、遙控接收器、PLC設(shè)備、顯示屏、多路電液比例閥設(shè)備和驅(qū)動(dòng)油缸和/或馬達(dá)。其中，遙控接收器接收無(wú)線遙控器的控制指令，并通過(guò)CAN總線將接收到的控制指令發(fā)送給PLC設(shè)備。第一層人工智能控制部分與第二層人工控制部分之間通過(guò)CAN總線相連，嵌入式工控設(shè)備接收采集到的當(dāng)前多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的位置信息和PLC發(fā)送的攜帶多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的目標(biāo)位置信息的控制指令，并將采集到的所述位置信息與控制指令中攜帶的所述目標(biāo)位置信息進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果生成針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令并發(fā)送給PLC設(shè)備；PLC接收控制設(shè)備返回的針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令，并將控制設(shè)備返回的針對(duì)多關(guān)節(jié)液 壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令發(fā)送給多路電液比例閥設(shè)備；多路電液比例閥設(shè)備接收PLC發(fā)送的所述控制設(shè)備返回的針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令，并根據(jù)控制指令控制與多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)有關(guān)的油缸設(shè)備和/或馬達(dá)設(shè)備。通過(guò)上述兩層控制部分間的協(xié)調(diào)工作，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂系統(tǒng)的智能控制。第一層主要負(fù)責(zé)臂架臂架姿態(tài)的檢測(cè)、臂架智能運(yùn)動(dòng)控制算法的計(jì)算以及實(shí)現(xiàn)各種功能的軟件編程等，第二層主要負(fù)責(zé)手動(dòng)控制指令的輸入、PLC對(duì)多路電液比例閥的控制進(jìn)而控制液壓馬達(dá)和液壓缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及對(duì)設(shè)備工作狀態(tài)的監(jiān)控顯示等。這種分工可以讓~■者各司其職，有利于系統(tǒng)的效率的提聞和功能的完善。由于嵌入式工控設(shè)備具有實(shí)時(shí)性好、運(yùn)算速度快、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，所以可以實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)學(xué)算法。在這里，嵌入式工控設(shè)備一方面接受到控制指令后，對(duì)臂架的運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行規(guī)劃、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)算法求解以及生成臂架的修正控制指令；另一方面，嵌入式工控設(shè)備通過(guò)CAN總線接受臂架的姿態(tài)信號(hào)或油缸和馬達(dá)的壓力信號(hào)等，對(duì)臂架的實(shí)時(shí)姿態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，從而由逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求出來(lái)的臂架的位置信息與臂架當(dāng)前位置信息進(jìn)行比較，形成對(duì)臂架的閉環(huán)控制，得到實(shí)時(shí)的臂架控制指令，同時(shí)將該控制指令實(shí)時(shí)傳輸至PLC設(shè)備，PLC設(shè)備將該控制指令轉(zhuǎn)換成電液比例多路閥的流量控制信號(hào)，最終控制臂架達(dá)到理想位置或狀態(tài)。也就是說(shuō)，第一層是以原多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂架控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，對(duì)原有控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)改變小，穩(wěn)定性及可靠性有保證；在第二層智能運(yùn)動(dòng)控制模塊停止工作的情況下，第一層手動(dòng)控制系統(tǒng)依然能夠正常工作，因此，這種分層結(jié)構(gòu)可以滿足緊急情況的處理，能夠適應(yīng)某些特別需要人工操作的特殊的場(chǎng)合，如隧道中有障礙的地方而自動(dòng)控制方式又難以實(shí)現(xiàn)，這時(shí)候就可以切換到手動(dòng)模式進(jìn)行作業(yè)。需要說(shuō)明的是，圖5中的嵌入式工控設(shè)備是具有本發(fā)明實(shí)施例二中所述的對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行控制功能的設(shè)備。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行控制的方法，其特征在于，包括: 接收采集到的當(dāng)前多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的位置信息和PLC發(fā)送的攜帶多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的目標(biāo)位置信息的控制指令； 將采集到的所述位置信息與控制指令中攜帶的所述目標(biāo)位置信息進(jìn)行比較； 根據(jù)比較結(jié)果生成針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令并發(fā)送給PLC，指示PLC控制多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集到的當(dāng)前多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的位置信息，具體包括: 利用預(yù)設(shè)在多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂不同位置上的傳感器實(shí)時(shí)獲取除了末端臂架之外的其他每一節(jié)臂架的實(shí)際位置信息； 根據(jù)預(yù)設(shè)的算法以及獲取的所述其他每一節(jié)臂架的實(shí)際位置信息，計(jì)算得到當(dāng)前多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的位置信息。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述將采集到的所述位置信息與控制指令中攜帶的所述目標(biāo)位置信息進(jìn)行比較之前，所述方法還包括: 根據(jù)PLC發(fā)送的控制指令中攜帶多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的目標(biāo)位置信息，利用預(yù)設(shè)的算法，計(jì)算當(dāng)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架到達(dá)目標(biāo)位置信息時(shí)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中其他臂架的理論位置信息。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述將采集到的所述位置信息與控制指令中攜帶的所述目標(biāo)位置信息進(jìn)行比較，具體包括: 針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂 中每一個(gè)臂架執(zhí)行以下操作: 將實(shí)時(shí)獲取的一個(gè)臂架的實(shí)際位置信息與計(jì)算得到的該臂架的理論位置信息進(jìn)行比較，確定該臂架需要調(diào)整的位移信息和旋轉(zhuǎn)角度信息。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)比較結(jié)果生成針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令并發(fā)送給PLC，具體包括: 根據(jù)確定該臂架需要調(diào)整的位移信息和旋轉(zhuǎn)角度信息，生成調(diào)整該臂架運(yùn)動(dòng)的控制指令； 將生成的針對(duì)每一節(jié)臂架運(yùn)動(dòng)的控制指令發(fā)送給PLC。
6.一種對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行控制的設(shè)備，其特征在于，包括: 接收模塊，用于接收采集到的當(dāng)前多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的位置信息和PLC發(fā)送的攜帶多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的目標(biāo)位置信息的控制指令； 比較模塊，用于將采集到的所述位置信息與控制指令中攜帶的所述目標(biāo)位置信息進(jìn)行比較； 控制模塊，用于根據(jù)比較結(jié)果生成針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令并發(fā)送給PLC，指示PLC控制多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括: 計(jì)算模塊，用于根據(jù)PLC發(fā)送的控制指令中攜帶多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的目標(biāo)位置信息，利用預(yù)設(shè)的算法，計(jì)算當(dāng)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架到達(dá)目標(biāo)位置信息時(shí)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中其他臂架的理論位置信息。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述比較模塊，具體用于針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中每一個(gè)臂架執(zhí)行以下操作:將實(shí)時(shí)獲取的一個(gè)臂架的實(shí)際位置信息與計(jì)算得到的該臂架的理論位置信息進(jìn)行比較，確定該臂架需要調(diào)整的位移信息和旋轉(zhuǎn)角度信息。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于， 所述控制模塊，具體用于根據(jù)確定該臂架需要調(diào)整的位移信息和旋轉(zhuǎn)角度信息，生成調(diào)整該臂架運(yùn)動(dòng)的控制指令，并將生成的針對(duì)每一節(jié)臂架運(yùn)動(dòng)的控制指令發(fā)送給PLC。
10.一種對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行控制的系統(tǒng)，其特征在于，包括: PLC，用于向控制設(shè)備發(fā)送攜帶多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的目標(biāo)位置信息的控制指令，以及接收控制設(shè)備返回的針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令，并將控制設(shè)備返回的針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令發(fā)送給多路電液比例閥設(shè)備； 控制設(shè)備，用于接收采集到的當(dāng)前多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的位置信息和PLC發(fā)送的攜帶多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的目標(biāo)位置信息的控制指令，并將采集到的所述位置信息與控制指令中攜帶的所述目標(biāo)位置信息進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果生成針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令并發(fā)送給PLC ； 多路電液比例閥設(shè)備，用于接收PLC發(fā)送的所述控制設(shè)備返回的針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令，并根據(jù)控制指令控制與多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)有關(guān)的油缸設(shè)備和/或馬達(dá)設(shè)備。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括: 至少一個(gè)傳感器，用于實(shí)時(shí)獲取除了末端臂架之外的其他每一節(jié)臂架的實(shí)際位置信息，并根據(jù)預(yù)設(shè)的算法計(jì)算得到當(dāng)前多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的位置信息。
12.如權(quán)利要 求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器包括位移傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行控制的方法、設(shè)備和系統(tǒng)，其主要內(nèi)容包括通過(guò)接收采集到的當(dāng)前多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的位置信息和PLC發(fā)送的攜帶多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂中末端臂架的目標(biāo)位置信息的控制指令，并將采集到的所述位置信息與控制指令中攜帶的所述目標(biāo)位置信息進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果生成針對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制指令并發(fā)送給PLC，指示PLC控制多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，這樣實(shí)時(shí)獲取多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂的位置信息，并與目標(biāo)位置信息進(jìn)行比較，能夠及時(shí)對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂進(jìn)行調(diào)整，提高了對(duì)多關(guān)節(jié)液壓機(jī)械臂控制的精確度，進(jìn)一步地提高了工作效率。
文檔編號(hào)F15B21/02GK103148057SQ20131006170
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月27日
發(fā)明者李育明, 梁聰慧, 陶澤安 申請(qǐng)人:中聯(lián)重科股份有限公司