[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

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土泵车控制领域，具体涉及的是一种混凝土泵车智能臂架系统的仿真实验装置及方法。

背景技术

混凝土泵车由于其灵活、方便、高效等特点已成为建筑行业的重要工具，国内基础设施建设的持续发展为泵车提供了更大的市场空间，同时也对泵车的各项功能提出了更高的要求。臂架系统是混凝土泵车的重要组成部分，能否保证其快速、平稳、准确地伸展到浇注位置，在很大程度上影响了混凝土泵车工作的效率和精准性，因此臂架系统的自动化、智能化改造日趋成为泵车控制领域的热点问题。

由于臂架系统是一组复杂的多自由度冗余结构，到目前为止，对混凝土泵车臂架的控制多半停留在手动方式上，即操作人员通过控制每一节臂的运动，使臂架末端运动到要求的位置，这种方式繁重且效率低，而且在实际浇注中容易产生偏差。所谓臂架系统的自动化、智能化改造是指只需指定混凝土浇筑末端位置，在计算机控制下就能实现多节臂协调动作，使臂架按设定程序连续或直接到达浇筑末端预定位置。

混凝土泵车臂架系统的自动化、智能化改造任重道远，涉及到轨迹规划、轨迹跟踪、运动控制算法，甚至是泵车臂架和执行机构的建模等问题。而这些模型和算法的验证如果直接在实际使用的泵车上进行，不仅安装困难、费用高、周期长，而且还存在很大的危险性。因此，迫切需要开发出一种智能臂架系统的仿真实验装置和方法，利用计算机仿真等技术，模拟对象的运动学和动力学特征，保证控制器接口与实际泵车一致即可。

发明内容

技术问题：针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种结构清晰、可提供模型和算法验证、与实际泵车接口一致的混凝土泵车智能臂架系统的仿真实验装置及方法。

技术方案：为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明包括手持遥控器、路径规划器、运动控制器和对象模拟器；所述手持遥控器与路径规划器之间通过无线方式实现指令的发送与状态信息的接收；路径规划器通过总线(例如CAN总线)与运动控制器和对象模拟器相连接；运动控制器与对象模拟器之间采用电气连接。

所述路径规划器带有无线收发模块，接收手持遥控器发来的启动/熄火、急停、手动/自动切换、臂架的回转和升降、快速/慢速、锁臂等控制指令，同时也将各节臂架的角度和速度、正反泵、排量、油温等信息发送到手持遥控器上显示。

所述路径规划器、运动控制器和对象模拟器分别带有总线接口，并挂接在同一总线上。

根据制定的相关通信协议，所述路径规划器通过总线接收来自对象模拟器的各节臂架角度或加速度信息。

所述路径规划器通过总线发送给运动控制器各节臂架的实时控制量。

所述运动控制器为工程机械专用逻辑控制器，可输出PWM信号直接驱动后续执行机构。

所述对象模拟器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输出的PWM信号，计算获得各节臂架角度或加速度值。

所述混凝土泵车智能臂架系统的实验方法，包括以下几个步骤：

(A)操作者通过所述手持遥控器将臂架末端所要到达的位置(自动模式)或各节臂架所要到达的角度(手动模式)发送给所述路径规划器；

(B)所述路径规划器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)，否则计算给出最优路径，并将控制输出量通过CAN总线发送给所述运动控制器；

(C)所述运动控制器根据所述路径规划器的要求，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，同时所述运动控制器还要做到对各节臂架移动位置和速度的安全保护，防止运动过程中的意外；

(D)所述对象模拟器接收所述运动控制器的PWM信号，模拟混凝土泵车的执行器、臂架系统和传感器，通过软件计算获得各节臂架的当前位置，并通过CAN接口反馈给所述路径规划器，跳回步骤(B)；

(E)结束

采用这种实验装置和方法，能够大大加快臂架系统智能化过程，降低实验费用，减少潜在危险，当某种控制算法通过验证可行后，可直接应用到实际混凝土泵车中。

所述总线可以采用CAN等工控领域的常见总线形式。

有益效果：

1、针对混凝土泵车智能臂架系统的关键部位进行合理划分，组成实验装置的四部分结构清晰、分工明确，提高了系统可靠性，同时也方便了故障排查和功能扩展；