[发明专利]一种机械臂操控系统、方法及工程机械

说明书

技术领域

本发明涉及一种工程机械控制技术，特别涉及一种机械臂操控系统、方法及工程机械。

背景技术

混凝土泵车是当前应用非常广泛的工程机械之一。该泵车设备主要是利用泵送动力将混凝土沿布置于臂架上的输送管泵送至指定工作位置。

一般地，为了满足混凝土泵送位置的需要，输送管的位置可以随着臂架的调整而变动，现有技术中对臂架的调整主要由以下两种方式。

第一种方式主要针对普通混凝土泵车，该调整方式对混凝土泵车的每节臂架都进行单独的调整，操作人员需要对第一臂架，第二臂架，第三臂架，第四臂架等的展开和收拢动作分别进行控制，操作手需要同时协调控制第一臂架，第二臂架，第三臂架，第四臂架等的动作。操作不直观，操作难度很大，操作技巧要求很高，操作劳动强度大，容易产生疲劳，同时移动效率低。

第二种方式主要针对具备智能臂架技术的混凝土泵车，能够在给定泵车机械臂末端软管移动速度和方向的情况下，泵车根据预存的控制方法自行规划每节臂架的姿态和运动速度。也就是说，操作人员只需要通过遥控器给出臂架末端的x、y、z方向的移动速度指令，臂架系统每节臂架的姿态就会自动调节，以保证末端按照x、y、z的速度去运动，该调节方式大大降低了操作人员的劳动强度。

目前智能臂架泵车的操控一般采用遥控器进行操控，遥控器一般包含一个手柄，手柄可以产生前后、左右两个方向的模拟信号，分别控制泵车臂架的末端软管在水平面上的运动速度和方向。

请参考图1和图2，设定一坐标系O’₀X’₀Y’₀Z’₀固结于臂架转台1’上，当转台1’相对底盘2’转动时，臂架也随转台1’一起绕轴O’₀Y’₀转动。设定另一坐标系OX’Y’Z’，坐标原点O’固定在泵车臂架的末端，OX’、OY’、OZ’三个轴始终与OX’₀、OY’₀、OZ’₀保持平行。遥控器上的坐标系一般以手柄的转动位置为坐标原点建立，一个方向用来控制末端沿ox方向移动速度，另一个方向用来控制转台1’的回转速度，从而实现臂架末端在OX’Z’平面内移动。

但是，当机械臂的施工面为斜面时，臂架末端的运动方向的控制比较困难，既要控制其在水平面内的运动，又要控制其在高度方向上的运动，，需要多次调节手柄的运动才能使臂架运动至所需位置，控制效率比较低。

因此，如何提供一种对臂架类机械臂的操控系统，有利于提高机械臂的控制效率，且对操纵人员而言操控直观、形象，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的第一个目的在于，提供一种机械臂操控系统，有利于提高机械臂的控制效率，且对操纵人员而言，操控直观、形象。本发明的第二个目的在于提供一种机械臂操控方法及工程机械。

为了实现上述第一个目的，本发明提供了一种机械臂操控系统，一种机械臂操控系统，包括具有至少两节臂节的机械臂，所述机械臂的初始端铰接于转台，还包括驱动各所述臂节相对转台或其他臂节回转的驱动装置以及操控所述机械臂的末端运动的遥控器，还包括：

获取装置，用于获取所述遥控器的操纵部件所处第一坐标系与所述机械臂的末端所处第二坐标系的位置关系信号，以及所述操纵部件的动作方向信号、施工参考面的倾角参数信号；

控制器，包括方向调整单元，用于接收所述位置关系信号、所述倾角参数信号以及所述动作方向信号，并发出控制所述机械臂的末端动作的方向控制指令；

驱动装置，用于接收所述方向控制指令并控制各所述臂节运动，以便使所述机械臂的末端平行施工参考面运动。

优选地，所述获取装置包括第一获取装置、第二获取装置和第三获取装置；第一获取装置，用于获取所述第一坐标系的指定坐标轴相对参考方向在水平面内的夹角信号；第二获取装置，用于获取所述第二坐标系的对应坐标轴相对所述参考方向在水平面内的夹角信号；第三获取装置用于获取所述倾角参数信号；控制器的方向调整单元接收上述各信号，并控制机械臂的末端的运动方向与所述操纵部件的动作方向在水平面内的投影平行。

优选地，所述参考方向为地球磁场方向，所述第一获取装置和第二获取装置均为磁方位传感器。

优选地，两所述磁方位传感器分别安装于所述遥控器和所述转台上。

优选地，所述第二获取装置包括设置于所述机械臂上用于检测其在水平面内转动角度的角度传感器，以及设置于支撑所述转台的底盘上的磁方位传感器；