[发明专利]混凝土泵车智能臂架系统的仿真实验装置及方法

权利要求书

1.一种混凝土泵车智能臂架系统的仿真实验装置，其特征在于，包括手持遥控器(101)、路径规划器(102)、运动控制器(103)和对象模拟器(104)；所述手持遥控器(101)与路径规划器(102)之间通过无线方式实现指令的发送与状态信息的发送/接收；路径规划器(102)通过现场总线与运动控制器(103)以及对象模拟器(104)连接通信；运动控制器(103)与对象模拟器(104)之间采用电气连接。

2.根据权利要求1所述的混凝土泵车智能臂架系统的仿真实验装置，其特征在于，所述路径规划器(102)带有无线收发模块，接收手持遥控器(101)发来的控制指令；同时也将各节臂架的信息发送到手持遥控器(101)上显示。

3.根据权利要求1所述的混凝土泵车智能臂架系统的仿真实验装置，其特征在于，所述路径规划器(102)、运动控制器(103)和对象模拟器(104)分别带有总线接口，并连接在同一现场总线上。

4.根据权利要求1所述的混凝土泵车智能臂架系统的仿真实验装置，其特征在于，所述运动控制器(103)为PLC，输出PWM信号直接驱动后续执行机构。

5.根据权利要求1所述的混凝土泵车智能臂架系统的仿真实验装置，其特征在于，所述对象模拟器(104)实现对混凝土泵车执行机构、运动学模型、动力学模型和各节臂架检测装置的仿真，能够受控于所述运动控制器(103)输出的PWM信号，通过对所述模型的计算而获得各节臂架角度或加速度值。

6.根据权利要求2所述的混凝土泵车智能臂架系统的仿真实验装置， 其特征在于，

所述路径规划器(102)接收手持遥控器(101)发来的控制指令包括：启动/熄火、急停、手动/自动切换、臂架的回转和升降、快速/慢速和锁臂；

所述各节臂架的信息包括：角度和速度、正反泵、排量和油温。

7.一种权利要求1～6任一所述装置的实验方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

(A)操作者通过手持遥控器(101)将臂架末端所要到达的位置即自动模式，或各节臂架所要到达的角度即手动模式发送给路径规划器(102)；

(B)所述路径规划器(102)比较收到的臂架目标位置与臂架当前位置；如果两者一致，转到步骤(E)；如果两者不一致，则计算给出最优路径，然后将控制输出量通过总线发送给运动控制器(103)；

(C)所述运动控制器(103)根据所述路径规划器(102)的要求，改变占空比来调节相应的PWM信号量，以驱动各节臂架的伸缩运动，使末端到达目标位置；

(D)所述对象模拟器(104)接收所述运动控制器(103)的PWM信号，模拟混凝土泵车臂架动作，并通过总线接口反馈动作信息给所述路径规划器(102)，跳回步骤(B)；

(E)结束。

8.根据权利要求7所述的的实验方法，其特征在于，所述步骤(B)中，最优路径的计算方法是，针对不同型号混凝土泵车的结构差异，选择路径中，臂架关节运动小，变量连续，能量最省，即大臂尽量保持不动，各节臂的变化角度量最小的路径。

9.根据权利要求7所述的的实验方法，其特征在于，所述步骤(C)中，所述运动控制器(103)对各节臂架移动位置和速度的安全保护：在 控制周期内，对臂架需要转过的角度加以限制，使其满足各臂的角度范围。

10.根据权利要求7所述的的实验方法，其特征在于，所述对象模拟器(104)模拟真实泵车的执行、臂架和传感机构；对象模拟器(104)包括执行器(401)、臂架系统402)和传感器403)；

执行器(401)模拟混凝土泵车的液压缸系统，受控于运动控制器(103)发送来的各节臂PWM信号，并将其转化成液压缸行程；

臂架系统(402)模拟各节臂的运动，利用泵车的液压缸行程和臂架关节角之间的关系，推导出各节臂架的当前位置，并以三维图形和参数列表两种方式显示；

传感器(403)模拟安装在臂架系统上的角度传感器，带有总线接口，将臂架关节角度值发送到总线上，反馈给路径规划器(102)。