[发明专利]隧道多臂架、多关节作业设备的末端臂架姿态多模式自动控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种末端臂架姿态控制装置及方法，具体涉及一种对隧道多臂架、多关节作业设备的末端臂架姿态多模式自动控制的装置及方法。

背景技术

现有工业用智能机器手臂实现臂架的控制，主要分为两种控制方式：第一种，按照预定轨迹进行运动控制；第二种，通过图像识别、位置传感器等设备采集信号，由专用计算机软件进行运算处理，控制其运动。显然，作为隧道作业设备，其作业工况多变复杂，无法预先设定器运动轨迹，且现场实际工况条件恶劣，高精度的传感设备无法应用，也不适合采用专用计算机进行现场运算处理。

现有隧道作业设备对臂架控制，一般采用在臂架上加装倾角传感器的方式，实时测量相应臂架与水平面的夹角，以此作为臂架姿态控制的依据，基本实现了臂架末端与水平面保持固定姿态的功能。但是，隧道作业设备受其作业空间的限制，往往要求作业设备具有很好的灵活性，为此多关节、可多方向运动的臂架的结构运用得越来越广泛，在带来灵活性的同时，也造成了臂架的运动控制越来越复杂，尤其是末端姿态的控制，往往需要操作手反复调整才能接近目标位置。为此，开发一种针对多臂架、多运动方向作业设备的末端臂架姿态控制装置及方法意义重大。

发明内容

本发明所需要解决的技术问题是：针对上述现有技术的不足，提供一种隧道多臂架、多关节作业设备的末端臂架姿态多模式自动控制装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种隧道多臂架、多关节作业设备的末端臂架姿态多模式自动控制装置，其特点是，该控制装置包括传感单元、控制单元、人机交互单元及执行单元，其中：

该传感单元，包括倾角传感器、回转角度传感器及位移传感器，该倾角传感器设于作业设备臂架组的各臂架上以测量各臂架与水平面的夹角值，该回转角度传感器设于该臂架组中各臂架的回转机构上以测量各回转机构的回转角度值，该位移传感器设于该臂架组中各臂架的伸缩机构上以测量各伸缩机构的运动位移值；该传感单元与该控制单元连接，以通过各传感器实时采集传感信号并传送至控制单元；

该人机交互单元，与该控制单元连接，用于接收操作者的操控指令并发送至控制单元；同时接受并显示控制单元发出的控制指令信息，将该臂架组的当前运行状态实时展示给操作者；其中，该操作者的操控指令包括末端臂架水平方向调节指令、末端臂架朝向调节指令以及末端臂架尾端点与支撑装置铰接点之间的垂直距离调节指令；

该控制单元，其包括工业控制器，该工业控制器用于接收各传感信号，同时接收人机交互单元传送的操控指令，并结合传感信号进行运算处理后输出控制指令，并将控制指令发送到执行机构单元，同时将控制指令的相关信息反馈至人机交互系统进行显示；

该执行机构单元，与该控制单元连接；该执行机构单元包括控制阀组，用于接收控制单元发出的控制指令，以使控制阀组执行该控制指令使该臂架组的基本臂架和末端臂架动作，实现对该臂架组末端臂架的姿态控制。

上述传感单元采集的信号包括所述臂架组的各臂架与水平面的当前夹角值；该臂架组中各回转机构的当前回转角度值；该臂架组中各伸缩机构的当前运动位移值。

本发明同时提供一种隧道多臂架、多关节作业设备的末端臂架姿态多模式自动控制方法，该方法步骤如下：

A.于该作业设备一臂架组的伸缩机构、回转机构、以及各臂架上设置对应的位移传感器、回转角度传感器、和倾角传感器；

B.人机交互单元获取操作者的操控指令并发送至控制单元，该操控指令包括末端臂架水平方向调节指令、末端臂架朝向调节指令以及末端臂架尾端点与支撑装置铰接点之间的垂直距离调节指令；同时传感单元中各回转角度传感器、倾角传感器及位移传感器采集当前传感信号并发送至控制单元；

C.控制单元接收操作者的操控指令和当前的各传感信号，经运算处理后输出相应的控制指令至执行机构单元使臂架组基本臂架和末端臂架动作，实现对末端臂架姿态的自动控制；

上述提及的控制指令的运算处理过程如下：