CN106354049B - 移动式混凝土喷射机械手臂架缓冲控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种移动式混凝土喷射机械手臂架缓冲控制装置及方法，该装置包括控制单元及与该控制单元连接的臂架操控信号采集单元、人机交互单元及控制信号输出单元；本方法是由控制单元接收臂架操控信号采集单元采集的臂架操控指令值，以此为依据建立控制目标值，经运算处理后以变斜率的斜坡渐变形式输出，而该斜率的变化依据来源于当前实际输出指令值与控制目标值的差值，从而在取得了很好的臂架动作缓冲效果的同时，保证了臂架操控的效率。

Description

移动式混凝土喷射机械手臂架缓冲控制装置及方法

技术领域

本发明涉及移动式混凝土喷射机械手臂架缓冲控制装置及方法，具体涉及一种根据当前臂架操控信号值及实际输出信号值，通过对其输出信号进行变斜率的斜坡形式输出，以达到臂架动作控制的缓冲效果，同时降低对其操控效率的影响的装置及方法。

背景技术

移动式混凝土喷射机械手在作业时，对其臂架的操控不仅频率高、而且要求移动速度快。若未对臂架的动作进行必要的缓冲处理，在臂架运动的启动及停止时刻必然会存在较大幅度的晃动，而这种晃动将大大降低臂架结构使用寿命，同时也会传递至设备其它部位，造成整机的晃动。

现有技术中，一般采用对输出信号安装固定的变化率进行递增/递减的变化方式进行处理，以达到缓冲效果，但是该种方式在缓冲效果与操作效率方面存在矛盾。即当要求取得较好缓冲效果时，势必需要减小递增/递减变化量，同时会带来臂架启动或停止的延时变长，影响臂架的操控效率及安全性。反之当增大递增/递减的变化量时，其缓冲效果将会大大降低。

为此，需要开发设计一种控制装置及方法，以有效缓解臂架控制缓冲效果及操控效率之间的矛盾。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对上述现有技术中在进行移动式混凝土喷射机械手臂架控制时，其缓冲控制效果与操控效率之间存在的矛盾，提供一种可有效缓解该矛盾的移动式混凝土喷射机械手臂架缓冲控制装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种移动式混凝土喷射机械手臂架缓冲控制装置，其特点是，该装置包括操控信号采集单元、人机交互单元、控制单元及输出信号单元；其中：该操控信号采集单元，与该控制单元连接，用于接收操作者发出的臂架操控指令，并将该臂架操控指令发送至控制单元；该人机交互单元，与该控制单元连接，用于设定臂架缓冲参数及查看当前的臂架操控指令和对应的实际输出指令值；该控制单元，用于接收操控信号采集单元采集到的操作者的臂架操控指令，并将接收的臂架操控指令与从人机交互单元获取的臂架缓冲参数相结合进行运算处理，使输出的臂架控制指令按照变斜率的斜坡形式输出，以实时调整输出信号；该输出信号单元，与该控制单元连接，用于接收控制单元发出的臂架控制指令，并输出该臂架控制指令至控制臂架的执行单元，使执行单元动作。

上述指令为开关量或其它形式的模拟量。

本发明同时提供一种利用上述装置对移动式混凝土喷射机械手臂架缓冲控制的方法，该方法步骤如下：

A.由操控信号采集单元获取操作者的臂架操控指令，并将该臂架操控指令发送至控制单元，该指令为开关量或其它形式的模拟量；

B.控制单元接收操控信号采集单元采集的该臂架操控指令，同时获取通过人机交互单元设定的臂架缓冲参数，进行运算处理，以变斜率的斜坡形式输出臂架控制指令至输出信号单元；

上述提及的以变斜率的斜坡形式输出的臂架控制指令的运算处理过程如下：

1）变化斜率计算：设定操作者发出的臂架操控指令值为x，对应的输出指令值为y，y即为控制目标值，两者之间的对应转换系数为m，即y=m*x；设定当前实际输出指令值为y1，其与控制目标值y之间差值Δy为：Δy=y-y1；定义δ为变化斜率，建立Δy与δ之间的二次抛物线关系，即δ=k(∆y-a)²+b；其中，a,b即为抛物线的顶点坐标（a,b）的横纵坐标值，通过人机交互单元设定，a表示进入变化斜率处理的∆y最小值，b即对应的斜率值；k＞0，k为臂架缓冲效果影响因子，决定抛物线开口度大小，由人机交互单元设定；

2）单位时间周期内输出值变化率计算：定义单位时间周期内输出值变化率为α，则α=c*δ，其中，c为臂架缓冲效果影响因子，表示单位时间周期内输出值的变化基数，通过人机交互单元设定；其中单位时间周期可以为控制系统运行周期，也可以为设定固定时长。

3）实际输出的臂架控制指令值计算：定义实际输出的臂架控制指令值为y2，则当控制目标值y大于当前实际输出指令值y1时，y2=y1+α；当控制目标值y小于当前实际输出指令值y1时，y2= y1-α；

C.该输出信号单元接收控制单元发出的臂架控制指令，发送至臂架执行单元对臂架进行控制。

本发明将臂架操控指令和当前实际输出指令相结合作为缓冲控制的调节依据，采用了动态、跟随式的调节方式。是以控制目标值与当前实际输出指令值之间的差值为依据，得出输出控制指令值的变化斜率参数；并将通过人机交互单元设定的缓冲控制参数与变化斜率参数相结合，实现输出控制指令值的变斜率斜坡变化模式，有效缓解了缓冲效果与操控效率之间的矛盾；同时通过调节缓冲控制参数可达到不同的缓冲效果，满足差异化需求。本方案无需额外增加传感器成本。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：通过将臂架操控指令转换为输出控制目标值，从而计算出其与当前实际输出指令值之间的差值，以此差值为依据得出变化斜率参数，实现了臂架输出控制指令值的变斜率斜坡输出形式，有效的减低了调整时间，同时其缓冲效果优于现有固定斜坡输出的模式。

附图说明

图1是本发明缓冲控制装置的组成框图。

具体实施方式

参见图1，本发明为一种移动式混凝土喷射机械手臂架缓冲控制装置，其包括操控信号采集单元、人机交互单元、控制单元及输出信号单元。其中：

该操控信号采集单元，与该控制单元连接，用于接收操作者的臂架操控指令，并将该臂架操控指令发送至控制单元。该指令为开关量及其它形式的模拟量（即电压或电流信号）；

该人机交互单元，与该控制单元连接，用于设定臂架缓冲总时长、臂架缓冲效果影响因子等参数及查看当前的臂架操控指令（由操控信号采集单元采集并发送至控制单元的）和对应的实际输出指令值（由控制单元输出的）；

该控制单元，用于接收操控信号采集单元采集到的操作者的臂架操控指令，并将接收的臂架操控指令信号与从人机交互单元获取的缓冲控制参数等相结合进行逻辑运算处理，使输出信号（臂架控制指令）按照变斜率的斜坡形式输出，以实时调整输出信号。

该输出信号单元，与该控制单元连接，用于接收控制单元发出的有效的臂架控制指令，并输出该臂架控制指令至控制臂架的执行单元，使执行单元动作。

本发明同时提供一种利用上述装置对移动式混凝土喷射机械手臂架缓冲控制的方法，是将操作者的当前臂架操控指令及当前实际输出信号相结合作为缓冲控制的调节依据，经运算处理后，使输出信号按照变斜率的斜坡形式输出，以减少缓冲时间，同时保证缓冲效果。该方法的具体操作步骤如下：

A.由操控信号采集单元获取操作者的臂架操控指令，并将该臂架操控指令发送至控制单元，该指令为开关量及其它形式的模拟量；

B.控制单元接收操控信号采集单元获取的该臂架操控指令，同时获取通过人机交互单元设定的缓冲控制参数，进行运算处理，以变斜率的斜坡形式输出臂架控制指令至输出信号单元；

上述提及的以变斜率的斜坡形式输出的臂架控制指令的具体运算处理过程如下：

1）变化斜率计算：设定操作者发出的臂架操控指令值为x，对应的输出指令值为y（为控制目标值），两者之间的对应转换系数为m，即y=m*x。假定当前实际输出指令值为y1，其与控制目标值y之间差值Δy为：Δy=y-y1。定义δ为变化斜率，建立Δy与δ之间的二次抛物线关系，即δ=k(∆y-a)²+b；其中，a,b即为抛物线的顶点坐标（a,b）的横纵坐标值，通过人机交互单元设定，a表示进入变化斜率处理的∆y最小值，b即对应的斜率值；k为臂架缓冲效果影响因子，由人机交互单元设定，k＞0，k决定了抛物线开口度大小。k值越大，抛物线开口越小；k值越小，抛物线开口越大。即当k值越大时，δ变化越快，当k值越小时，δ变化越慢。由于k＞0，当∆y越大时δ越大，当∆y越小时δ越小。

2）单位时间周期内输出值变化率计算：定义该变化率为α，则α=c*δ，其中，c为臂架缓冲效果影响因子，通过人机交互单元设定，c表示单位时间周期内输出值的变化基数，即c越大，对应同一变化斜率δ时，变化率α越大，输出值变化越快，反之c 越小，对应同一变化斜率δ时，变化率α越小，输出值变化越慢。其中单位时间周期可以为控制系统运行周期，也可以为设定固定时长。

3）实际输出的臂架控制指令值计算：定义实际输出的臂架控制指令值为y2，则当控制目标值y大于当前实际输出指令值y1时，y2=y1+α；当控制目标值y小于当前实际输出指令值y1时，y2= y1-α；

由于δ为实时变化值，反应了控制目标值与当前实际输出指令值之间的差值大小关系，则当操作者的控制目标值与当前实际输出指令值之间的差值越大时，输出值的调整幅度越大，反之差值越小时，调整幅度越小。

C.该输出信号单元接收控制单元发出的臂架控制指令，发送至臂架执行单元对臂架进行控制。

Claims (3)

1.一种移动式混凝土喷射机械手臂架缓冲控制装置，其特征在于，该装置包括操控信号采集单元、人机交互单元、控制单元及输出信号单元；其中：

该操控信号采集单元，与该控制单元连接，用于接收操作者发出的臂架操控指令，并将该臂架操控指令发送至控制单元；

该人机交互单元，与该控制单元连接，用于设定臂架缓冲参数及查看当前的臂架操控指令和对应的实际输出指令值；

该控制单元，用于接收操控信号采集单元采集到的操作者的臂架操控指令，并将接收的臂架操控指令与从人机交互单元获取的臂架缓冲参数相结合进行运算处理，使输出的臂架控制指令按照变斜率的斜坡形式输出，以实时调整输出信号；

该输出信号单元，与该控制单元连接，用于接收控制单元发出的臂架控制指令，并输出该臂架控制指令至控制臂架的执行单元，使执行单元动作。

2.如权利要求1所述的移动式混凝土喷射机械手臂架缓冲控制装置，其特征在于，所述指令为开关量、电流或电压信号。

3.一种利用权利要求1所述装置对移动式混凝土喷射机械手臂架缓冲控制的方法，其特征在于，该方法步骤如下：

A.由操控信号采集单元获取操作者的臂架操控指令，并将该臂架操控指令发送至控制单元，该指令为开关量、电流或电压信号；

B.控制单元接收操控信号采集单元采集的该臂架操控指令，同时获取人机交互单元设定的臂架缓冲参数，进行运算处理，以变斜率的斜坡形式输出臂架控制指令至输出信号单元；

上述提及的以变斜率的斜坡形式输出的臂架控制指令的运算处理过程如下：

1)变化斜率计算：设定操作者发出的臂架操控指令值为x，对应的输出指令值作为控制目标值为y，两者之间的对应转换系数为m，即y＝m*x；设定当前实际输出指令值为y1，其与控制目标值y之间差值Δy为：Δy＝y-y1；定义δ为变化斜率，建立Δy与δ之间的二次抛物线关系，即δ＝k(Δy-a)²+b；其中，a,b即为抛物线的顶点坐标(a,b)的横纵坐标值，通过人机交互单元设定，a表示进入变化斜率处理的Δy最小值，b即对应的斜率值；k＞0，k为臂架缓冲效果影响因子，决定抛物线开口度大小，由人机交互单元设定；

2)单位时间周期内输出值变化率计算：定义单位时间周期内输出值变化率为α，则α＝c*δ，其中，c为臂架缓冲效果影响因子，表示单位时间周期内输出值的变化基数，通过人机交互单元设定；其中单位时间周期可以为控制系统运行周期，也可以为设定固定时长。

3)实际输出的臂架控制指令值计算：定义实际输出的臂架控制指令值为y2，则当控制目标值y大于当前实际输出指令值y1时，y2＝y1+α；当控制目标值y小于当前实际输出指令值y1时，y2＝y1-α；

C.该输出信号单元接收控制单元发出的臂架控制指令，发送至控制臂架的执行单元，对臂架进行控制。