臂架位置确定方法、装置、设备及作业机械与流程

1.本发明涉及智能臂架技术领域，尤其涉及一种臂架位置确定方法、装置、设备及作业机械。


背景技术：

2.混凝土泵车臂架长、关节多，易发生柔性形变。在臂架控制过程中，臂架的变形会影响臂架末端的准确定位和轨迹控制。通常采用在臂架上添加传感器来获取变形相关角度和位置来进行变形补偿。目前，多采用将倾角传感器分别安装在混凝土泵车的各个智能臂的首端和末端，来获取相邻臂架间的相对夹角，然后通过人工实验的方法得到臂架变形补偿角度。
3.但是，通过人工实验的方法获取变形补偿角度，获取的结果受到人为造作性和样本缺陷等主观因素的影响，导致臂架末端的定位和轨迹控制精度较低。


技术实现要素：

4.本发明提供一种臂架位置确定方法、装置、设备及作业机械，用以解决现有技术中臂架变形补偿受人为主观因素影响较大的缺陷，实现精准的完成臂架末端的定位与轨迹控制。
5.本发明提供一种臂架位置确定方法，包括：
6.采集每节臂架的转角和相邻臂架间的相对夹角；
7.获取每节所述臂架的弯矩与正压力；
8.根据每节所述臂架的转角、长度和对应的所述弯矩与正压力，确认每节所述臂架的臂架挠度；
9.根据每节所述臂架的臂架挠度和对应的所述相对夹角，确定末端臂架的末端位置。
10.根据本发明提供的一种臂架位置确定方法，所述采集每节臂架的转角和相邻臂架间的相对夹角，包括：
11.获取倾角传感器组中每个倾角传感器采集的角度值，所述倾角传感器组中的倾角传感器分别设置于每节所述臂架的首端和末端；
12.根据每节臂架上的所述倾角传感器采集的角度值，确定每节臂架的转角和相邻臂架间的相对夹角。
13.根据本发明提供的一种臂架位置确定方法，所述确定每节所述臂架的弯矩，包括：
14.获取每节所述臂架受到的液压油缸推力；
15.确定所述液压油缸到对应臂架旋转中心的距离；
16.根据所述液压油缸推力和所述距离，确定每节所述臂架的弯矩。
17.根据本发明提供的一种臂架位置确定方法，所述确定每节所述臂架的正压力，包括：
18.根据每节臂架的质量，确定每节臂架的重力，并根据每节所述臂架的重力确定每节臂架受到的臂架压力；
19.采集每节臂架与水平面的水平夹角；
20.根据所述臂架压力与所述水平夹角，确定每节所述臂架的正压力。
21.根据本发明提供的一种臂架位置确定方法，所述根据每节所述臂架的转角、长度和对应的所述弯矩与正压力，确认每节所述臂架的臂架挠度，包括：
22.基于预设挠度计算关系，根据每节所述臂架的转角、长度和对应的所述弯矩与正压力，确认每节所述臂架的臂架挠度。
23.根据本发明提供的一种臂架位置确定方法，所述基于预设挠度计算关系，根据每节所述臂架的转角、长度和对应的所述弯矩与正压力，确认每节所述臂架的臂架挠度之前，还包括：
24.根据臂架长度和臂架受到的弯矩，确定臂架受弯矩产生的第一转角和第一挠度；
25.根据臂架长度和臂架受到的正压力，确定臂架受正压力产生的第二转角和第二挠度；
26.根据所述第一转角、所述第一挠度、所述第二转角和所述第二挠度建立挠度计算关系。
27.根据本发明提供的一种臂架位置确定方法，所述根据每节所述臂架的臂架挠度和对应的所述相对夹角，确定末端臂架的末端位置，包括：
28.基于正运动学，根据所述臂架挠度和对应的所述相对夹角，确定末端臂架的末端位置。
29.根据本发明提供的一种臂架位置确定方法，所述确定末端臂架的末端位置之后，还包括：
30.根据所述末端臂架的末端位置，对所述末端臂架的进行变形补偿。
31.本发明还提供一种臂架位置确定装置，包括：
32.采集模块，用于采集每节臂架的转角和相邻臂架间的相对夹角；
33.获取模块，用于获取每节所述臂架的弯矩与正压力；
34.确定模块，用于根据每节所述臂架的转角、长度和对应的所述弯矩与正压力，确认每节所述臂架的臂架挠度；根据每节所述臂架的臂架挠度和对应的所述相对夹角，确定末端臂架的末端位置。
35.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述臂架位置确定方法的步骤。
36.本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述臂架位置确定方法的步骤。
37.本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述臂架位置确定方法的步骤。
38.本发明还提供一种作业机械，包括作业机械本体和控制系统；
39.所述控制系统用于通过如上述任一项所述臂架位置确定方法对作业机械本体中的臂架进行变形补偿，以实现臂架位置确定。
40.本发明提供的一种臂架位置确定方法、装置、设备及作业机械，方法通过采集每节臂架的转角和相邻臂架间的相对夹角；获取每节所述臂架的弯矩与正压力，根据每节所述臂架的转角、长度和对应的所述弯矩与正压力，确认每节所述臂架的臂架挠度；根据每节所述臂架的臂架挠度和对应的所述相对夹角，确定末端臂架的末端位置，以实现臂架变形补偿，通过挠度计算关系来对臂架变形进行补偿，杜绝了人为等主观因素的干扰，保证了补偿结果的精确度，有效地提高了对臂架末端的定位与轨迹控制的精度。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1是本发明实施例提供的臂架位置确定方法的流程示意图之一；
43.图2是倾角传感器的安装与测量结构示意图；
44.图3是每节臂架的弯矩、正压力和每节臂架与水平面的水平夹角的原理示意图；
45.图4是臂架挠度计算的原理示意图；
46.图5是本发明实施例提供的臂架位置确定方法的流程示意图之二；
47.图6是本发明实施例提供的臂架位置确定装置的结构示意图；
48.图7是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
49.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
50.下面结合图1至图7描述本发明的一种臂架位置确定方法、装置、设备及作业机械。
51.图1是本发明实施例提供的臂架位置确定方法的流程示意图之一，图2是倾角传感器的安装与测量结构示意图；图3是每节臂架的弯矩、正压力和每节臂架与水平面的水平夹角的原理示意图；图4是臂架挠度计算的原理示意图。
52.如图1所示，本发明实施例提供的一种臂架位置确定方法，包括以下步骤：
53.101、采集每节臂架的转角和相邻臂架间的相对夹角。
54.在一个具体的实现过程中，以混凝土泵车作为本实施例中的作业机械进行举例说明，同时以混凝土泵车的臂架共有六节为例进行详细说明。如图2所示，首先，需要将倾角传感器分别安装于六节臂架的起始位置和结束位置，也就是每节臂架的首端和末端，分别为s1～s
12
，可以记作倾角传感器组，也就是将12个倾角传感器均匀分配给六节臂架，倾角传感器可以获取每节臂架的两端的角度值，然后实时获取倾角传感器组中每个倾角传感器采集的角度值，倾角传感器组中的倾角传感器分别设置于每节臂架的首端和末端；根据每节臂架上的倾角传感器采集的角度值，确定每节臂架的转角和相邻臂架间的相对夹角。例如，获取第i节臂架的s
2i-1
传感器和s
2i
传感器数值α1～α
12
，计算得到臂架的转角θi和臂架间的相
对夹角βi，α1～α
12
表示倾角传感器的数值。
55.第i节臂架的转角计算公式：
56.θi＝α
2i-1-α
2i
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
57.第i节臂架和第i-1节臂架之间的相对夹角计算公式：
58.βi＝α
2i-1-α
2(i-1)
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
59.102、获取每节臂架的弯矩与正压力。
60.具体的，获取每节臂架的弯矩可以是，获取每节臂架受到的液压油缸推力fi，例如通过压力传感器获取每节臂架液压油缸的推力fi，然后确定液压油缸到对应臂架旋转中心的距离；如图3所示，根据臂架的几何关系计算可以得到液压油缸到臂架旋转中心的距离hi，在得到推力fi和距离hi之后，便可以根据液压油缸推力和距离，确定每节臂架的弯矩mi，如公式(3)：
61.mi＝fi×hi
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
62.具体的，确定每节臂架的正压力，包括：根据每节臂架的质量mi，确定每节臂架的重力gi，并根据每节臂架的重力确定每节臂架受到的臂架压力f
gi
，如公式(4)：
[0063][0064]
其中，n表示臂架的节数，由于本实施例中的臂架数量为6节，于是n便为6。
[0065]
然后采集每节臂架与水平面的水平夹角γi；也可以通过倾角传感器获得。最后，根据臂架压力与水平夹角，确定每节臂架的正压力pi，如公式(5)：
[0066]
pi＝f
gi
×
cosγiꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0067]
103、根据每节臂架的转角、长度和对应的弯矩与正压力，确认每节臂架的臂架挠度。
[0068]
具体的，在混凝土泵车生产出之后，其每节臂架的长度与质量都是确定的，如图4所示，于是在长度已知的情况下，在根据上述步骤得到的每节臂架的转角、每节臂架对应的弯矩和每节臂架对应的正压力，根据挠度计算关系，便可以计算确定得出每节臂架的臂架挠度，其中，挠度计算关系如公式(6)：
[0069][0070]
其中，y
bi
表示第i节臂架的臂架挠度，mi表示第i节臂架的弯矩，li表示第i节臂架的长度，pi表示第i节臂架的正压力，θi表示第i节臂架转角。
[0071]
于是便可以根据预设挠度公式计算得出每节臂架的臂架挠度。
[0072]
104、根据每节臂架的臂架挠度和对应的相对夹角，确定末端臂架的末端位置。
[0073]
在得到每节臂架的臂架挠度之后，根据每节臂架的臂架挠度和对应的相对夹角，确定末端臂架的末端位置，具体为基于正运动学，根据臂架挠度和对应的相对夹角，确定末端臂架的末端位置，从而实现臂架的变形补偿。
[0074]
具体可以为，由倾角传感器可以获取每节臂架的关节角也就相邻臂架之间的相对夹角θ
1-θ6，已知臂架的关节轴不同心，根据其中的间隙可以推到得出第i节臂架的旋转轴和同轴度误差变换矩阵、第i节臂架的臂架杆长和挠度变形变换矩阵，最后根据操作臂正运动学，可以推到得出臂架的其次变换矩阵，最后便可以根据得到的矩阵计算得出末端臂架的末端位置，以实现臂架末端的变形补偿。
[0075]
本发明实施例提供的一种臂架位置确定方法，通过采集每节臂架的转角和相邻臂架间的相对夹角；获取每节所述臂架的弯矩与正压力，根据每节所述臂架的转角、长度和对应的所述弯矩与正压力，确认每节所述臂架的臂架挠度；根据每节所述臂架的臂架挠度和对应的所述相对夹角，确定末端臂架的末端位置，通过挠度计算关系来对臂架变形进行补偿，杜绝了人为等主观因素的干扰，有效地提高了对臂架末端的定位与轨迹控制的精度。
[0076]
图5是本发明实施例提供的臂架位置确定方法的流程示意图之二。
[0077]
如图5所示，本发明实施例提供的一种臂架位置确定方法，包括以下步骤：
[0078]
501、根据臂架长度和臂架受到的弯矩，确定臂架受弯矩产生的第一转角和第一挠度。
[0079]
具体的，在臂架生成完成以后，已知第i节臂架长度为li，臂架受到的弯矩为mi＝fi×hi
，臂架受到垂直于臂架的正压力pi＝f
gi
×
cosγi。
[0080]
于是，便可以计算得到臂架受弯矩产生的第一转角和第一挠度，如公式(7)和(8)：
[0081][0082][0083]
其中，θ
mi
为臂架受弯矩产生的第一转角，y
mbi
为臂架受弯矩产生的第一挠度，e常数，i为常数。
[0084]
502、根据臂架长度和臂架受到的正压力，确定臂架受正压力产生的第二转角和第二挠度。
[0085]
同理，臂架受正压力产生的第二转角和第二挠度，如公式(9)和(10)：
[0086][0087][0088]
其中，θ
pi
为臂架受正压力产生的第二转角，y
pbi
为臂架受正压力产生的第二挠度，e常数，i为常数。
[0089]
503、根据第一转角、第一挠度、第二转角和第二挠度建立挠度计算关系。
[0090]
因此，臂架同时受到弯矩和正压力时的转角θi和挠度y
bi
分别为公式(11)和(12)：
[0091][0092][0093]
对公式(11)和公式(12)进行整理，便可以得出挠度计算关系的计算公式(13)：
[0094][0095]
于是便可以根据倾角传感器测量得到的转角而得出对应的臂架的挠度。
[0096]
504、采集每节臂架的转角和相邻臂架间的相对夹角。
[0097]
505、获取每节臂架的弯矩与正压力。
[0098]
506、根据每节臂架的转角、长度和对应的弯矩与正压力，确认每节臂架的臂架挠度。
[0099]
507、根据每节臂架的臂架挠度和对应的相对夹角，确定末端臂架的末端位置。
[0100]
其中，关于步骤504-507在上述实施例中的101-104中已经做了详尽的介绍说明，因此在本实施例中不再进行具体阐述。
[0101]
进一步的，在上述实施例的基础上，本实施例中，在确定末端臂架的末端位置之后，还可以包括：根据末端臂架的末端位置，对末端臂架的进行变形补偿。也就是根据计算得到的末端臂架的位置，对当前位置进行补偿控制，从而保证臂架位置控制的精准度。
[0102]
基于同一总的发明构思，本技术还保护一种臂架位置确定装置，下面对本发明提供的臂架位置确定装置进行描述，下文描述的臂架位置确定装置与上文描述的臂架位置确定方法可相互对应参照。
[0103]
图6是本发明实施例提供的臂架位置确定装置的结构示意图。
[0104]
如图6所示，本发明实施例提供的一种臂架位置确定装置，包括：
[0105]
采集模块61，用于采集每节臂架的转角和相邻臂架间的相对夹角；
[0106]
获取模块62，用于获取每节所述臂架的弯矩与正压力；
[0107]
确定模块63，用于根据每节所述臂架的转角、长度和对应的所述弯矩与正压力，确认每节所述臂架的臂架挠度；根据每节所述臂架的臂架挠度和对应的所述相对夹角，确定末端臂架的末端位置。
[0108]
本实施例提供的一种臂架位置确定装置，通过采集每节臂架的转角和相邻臂架间的相对夹角；获取每节所述臂架的弯矩与正压力；根据每节所述臂架的转角、长度和对应的所述弯矩与正压力，确认每节所述臂架的臂架挠度；根据每节所述臂架的臂架挠度和对应的所述相对夹角，确定末端臂架的末端位置，以实现臂架变形补偿，通过挠度计算关系来对臂架变形进行补偿，杜绝了人为等主观因素的干扰，有效地提高了对臂架末端的定位与轨迹控制的精度。
[0109]
进一步的，本实施例中的采集模块61，具体用于：
[0110]
获取倾角传感器组中每个倾角传感器采集的角度值，所述倾角传感器组中的倾角传感器分别设置于每节所述臂架的首端和末端；
[0111]
根据每节臂架上的所述倾角传感器采集的角度值，确定每节臂架的转角和相邻臂架间的相对夹角。
[0112]
进一步的，本实施例中的获取模块62，具体用于：
[0113]
获取每节所述臂架受到的液压油缸推力；
[0114]
确定所述液压油缸到对应臂架旋转中心的距离；
[0115]
根据所述液压油缸推力和所述距离，确定每节所述臂架的弯矩。
[0116]
进一步的，本实施例中的获取模块62，具体还用于：
[0117]
根据每节臂架的质量，确定每节臂架的重力，并根据每节所述臂架的重力确定每节臂架受到的臂架压力；
[0118]
采集每节臂架与水平面的水平夹角；
[0119]
根据所述臂架压力与所述水平夹角，确定每节所述臂架的正压力。
[0120]
进一步的，本实施例中还包括挠度计算关系建立模块，用于：
[0121]
根据臂架长度、臂架受到的弯矩与臂架受到的正压力，建立挠度计算关系。
[0122]
进一步的，本实施例中的挠度计算关系建立模块，具体用于：
[0123]
根据臂架长度和臂架受到的弯矩，确定臂架受弯矩产生的第一转角和第一挠度；
[0124]
根据臂架长度和臂架受到的正压力，确定臂架受正压力产生的第二转角和第二挠度；
[0125]
根据所述第一转角、所述第一挠度、所述第二转角和所述第二挠度建立挠度计算关系。
[0126]
进一步的，本实施例中的确定模块63，具体用于：
[0127]
基于正运动学，根据所述臂架挠度和对应的所述相对夹角，确定末端臂架的末端位置。
[0128]
进一步的，本实施例中还包括：补偿模块，用于：
[0129]
根据所述末端臂架的末端位置，对所述末端臂架的进行变形补偿。
[0130]
图7示例了一种电子设备的实体结构示意图。
[0131]
如图7所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)710、通信接口(communications interface)720、存储器(memory)730和通信总线740，其中，处理器710，通信接口720，存储器730通过通信总线740完成相互间的通信。处理器710可以调用存储器730中的逻辑指令，以执行臂架位置确定方法，该方法包括：采集每节臂架的转角和相邻臂架间的相对夹角；获取每节所述臂架的弯矩与正压力，根据每节所述臂架的转角、长度和对应的所述弯矩与正压力，确认每节所述臂架的臂架挠度；根据每节所述臂架的臂架挠度和对应的所述相对夹角，确定末端臂架的末端位置。
[0132]
本发明还提供一种作业机械，包括作业机械本体和控制系统；
[0133]
所述控制系统用于通过如上述任一项所述臂架位置确定方法对作业机械本体中的臂架进行变形补偿，以实现臂架位置确定。
[0134]
此外，上述的存储器730中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可获取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0135]
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的臂架位置确定方法，该方法包括：采集每节臂架的转角和相邻臂架间的相对夹角；获取每节所述臂架的弯矩与正压力，根据每节所述臂架的转角、长度和对应的所述弯矩与正压力，确认每节所述臂架的臂架挠度；根据每节所述臂架的臂架挠度和对应的所述相对夹角，确定末端臂架的末端位置。
[0136]
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的臂架位置确定方法，该方法包括：采集每节臂架的转角和相邻臂架间的相对夹角；获取每节所述臂架的弯矩与正压力，根据每节所述臂架的转角、长度和对应的所述弯矩与正压力，确认每节所述臂架的臂架挠度；
根据每节所述臂架的臂架挠度和对应的所述相对夹角，确定末端臂架的末端位置。
[0137]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0138]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0139]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。