CN103217989B - 一种全数字控制的工程机械臂架***及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种全数字控制的工程机械臂架***及控制方法，其中所述全数字控制的工程机械臂架***包括机械臂架、连接相邻机械臂架的臂架转轴及控制机械臂架转动的液压缸和数字传感器，其中，所述液压缸还连接有数字伺服阀；所述数字伺服阀还连接有控制器。本发明简化了连杆的非线性解算过程，提高了响应速度和可靠性，从而解决了机械臂架难于控制的难题。
Description
技术领域
本发明涉及一种全数字控制的工程机械臂架***及控制方法，属流体工作***领域。
背景技术
在工程机械中，机械臂架控制非常重要，如混泥土泵车将混泥土输送到指定位置，挖掘机操纵铲斗进行各种作业，多关节机械手手臂进行各种灵活的操纵，均牵涉到多连杆臂架的控制，尤其是数十米高空作业的混凝土定点输送，输送过程中由于是间断输送，还要求防止臂架的振动，更要求末端输送点准确地控制位置。为了解决这样的难题，传统方法均采用了在液压缸内装置传感器的闭环伺服控制方法。但是，由于工程机械环境恶劣，伺服***抗污染和抗干扰能力差，调试麻烦，维护不易，也降低了整个***的可靠性。另外，多连杆机构是冗余***，解算也比较麻烦，更增加了难度。
发明内容
本发明的目的是提供一种全数字控制的工程机械臂架***及控制方法，其通过对数字脉冲信号进行全数字控制，解决多臂架难于控制的难题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种全数字控制的工程机械臂架***，包括机械臂架、连接相邻机械臂架的臂架转轴及控制机械臂架转动的液压缸和数字传感器，其中，
所述液压缸还连接有数字伺服阀；
所述数字伺服阀还连接有控制器。
进一步地，所述数字伺服阀包括阀体、阀芯、螺母套及电机，其中，
所述阀芯设于阀体内，所述阀体开有流体口；
所述螺母套轴向固定于所述阀体上，所述阀芯与所述螺母套相对转动带动所述阀芯轴向移动；
所述电机为步进电机或者伺服电机。
进一步地，所述数字伺服阀为单驱动数字伺服阀或者双驱动数字伺服阀。
进一步地，所述数字伺服阀与臂架转轴直接连接。
进一步地，所述数字传感器为数字增量传感器。
进一步地，所述数字增量传感器设置在臂架转轴上或者液压缸内部。
本发明还提供了一种利用前述的全数字控制工程机械臂架***的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：数字伺服阀接收信号，推动机械臂架转动；
步骤2：增量传感器检测到臂架转轴转动，并向所述控制器发出信号。
步骤3：控制器对接收所述信号并进行运算，输出脉冲信号至数字伺服阀；
步骤4：所述伺服阀控制液压缸推动机械臂架运动，完成闭环伺服控制；
进一步地，步骤1中的信号由操纵手柄或者计算机发送至数字伺服阀电机。
本发明提供的全数字控制的工程机械臂架***及控制方法，其通过采用数字脉冲信号进行直接测量和反馈，简化了连杆的非线性解算过程，提高了响应速度和可靠性，从而解决了机械臂架难于控制的难题。
附图说明
图1为多节臂机械臂架的一种结构示意图；
图2为本发明一种优选的全数字控制的工程机械臂架***的结构示意图；
图3为本发明一种优选的全数字控制的工程机械臂架***的控制方法流程示意图；
图4为本发明优选的一种单驱动数字伺服阀；
图5为本发明优选的一种双驱动数字伺服阀。
图6为本发明优选的一种数字伺服阀直接连接于动臂转轴的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-2所示，本发明提供的一种全数字控制的工程机械臂架***，包括机械臂架4、连接相邻机械臂架4的臂架转轴2及控制机械臂架4转动的液压缸3和数字传感器1，其中，液压缸3还连接有数字伺服阀5；数字伺服阀5还连接有控制器。
使用上述***时，如图3所示，包括如下步骤：
步骤1：数字伺服阀接收信号，推动机械臂架转动；
步骤2：增量传感器检测到臂架转轴转动，并向所述控制器发出信号。
步骤3：控制器对接收所述信号并进行运算，输出脉冲信号至数字伺服阀；
步骤4：所述伺服阀控制液压缸推动机械臂架运动，完成闭环伺服控制；
优选地，步骤1中的信号由操纵手柄或者计算机发送至数字伺服阀电机。
由于多连杆装置中的每只臂架长度都是已知的，液压缸控制只需改变相邻两个臂架的夹角，若已知夹角，就知道了每个臂架的的空间状态。因此，本发明优选地将数字传感器直接装在臂架的臂架转轴上直接测量转角。而数字伺服阀同样凭借增量式旋转脉冲信号控制阀芯转角再转化为阀芯开度工作，这样就都可以采用数字脉冲信号进行直接测量、反馈、运算和调节等工作了，不但简化掉A\D转换，而且大大简化了连杆的非线性解算过程，还提高了响应速度和可靠性。由于采用了全数字控制，可以共享电子领域的所有资源，这就为总线控制、集群控制、远程控制、示教控制等提供了可能，从而解决了多臂架难于控制的难题。
作为本发明的一种优选方案，如图4-5所示，本发明的数字伺服阀为单驱动数字伺服阀或者双驱动数字伺服阀。具体地，数字伺服阀5包括阀体51、阀芯52、螺母套及电机53，其中，阀芯52设于阀体51内，阀体51开有流体口54；螺母套轴向固定于阀体51上，阀芯52与螺母套相对转动带动阀芯52轴向移动；优选地，电机53为步进电机或者伺服电机。
另外，本发明可将数字伺服阀与臂架转轴直接连接，如图6所示，此时就构成了机械硬反馈，可以直接进行动臂转角的直接开环控制，而无需任何电反馈。
为了更准确测量臂架的旋转角度，本发明中的数字传感器优选为数字增量传感器，其优选地设置在臂架转轴上或者液压缸内部。当然本发明还可以采用本领域技术人员所熟悉的其他种类适于测定旋转角度的传感器，此处不再赘述。
通过上述方法和***，本发明可大大简化臂架的非线性解算过程，提高响应速度和可靠性，解决了机械臂架难于控制的难题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。
Claims (4)
1.一种全数字控制的工程机械臂架***的控制方法，所述***包括机械臂架、连接相邻机械臂架的臂架转轴及控制机械臂架转动的液压缸和数字传感器，其中，
所述液压缸还连接有数字伺服阀；
所述数字伺服阀还连接有控制器；
所述数字伺服阀包括阀体、阀芯、螺母套及电机，其中，
所述阀芯设于阀体内，所述阀体开有流体口；
所述螺母套轴向固定于所述阀体上，所述阀芯与所述螺母套相对转动带动所述阀芯轴向移动；
所述电机为步进电机或者伺服电机；
其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1：由操纵手柄或者计算机向数字伺服阀电机发送信号，数字伺服阀接收信号，推动机械臂架转动；
步骤2：数字传感器检测到臂架转轴转动，并向所述控制器发出信号；
步骤3：控制器对接收所述信号并进行运算，输出脉冲信号至数字伺服阀；
步骤4：所述伺服阀控制液压缸推动机械臂架运动，完成闭环伺服控制。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述数字伺服阀为单驱动数字伺服阀或者双驱动数字伺服阀。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述数字传感器为数字增量传感器。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述数字增量传感器设置在臂架转轴上或者液压缸内部。
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