泵車智能臂彈性形變的矯正方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種泵車智能臂彈性形變的矯正方法及裝置，應(yīng)用于具有n節(jié)臂的泵車智能臂，其中所述n大于等于2，所述泵車智能臂彈性形變的矯正方法包括：根據(jù)有限元理論，計算所述泵車智能臂的第n節(jié)臂在當前載荷下的彈性形變量fn；根據(jù)所述彈性形變量fn及所述第n節(jié)臂的長度，求取所述泵車智能臂的臂架末端在所述第n節(jié)臂的局部坐標系下的坐標；并通過坐標旋轉(zhuǎn)和平移實現(xiàn)所述臂架末端在各節(jié)臂的局部坐標系下的坐標轉(zhuǎn)換；以及計算所述臂架末端在當前時刻及上一時刻在同一節(jié)臂的局部坐標系下的位置差；根據(jù)所述位置差進行彈性形變補償操作。本發(fā)明提供的泵車智能臂彈性形變的矯正方法能保證形變計算的準確性，提高了臂架運行精度。
【專利說明】泵車智能臂彈性形變的矯正方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及泵車智能臂【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及泵車智能臂彈性形變的矯正方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]混凝土泵車是一個包含多機構(gòu)的復雜多體系統(tǒng)，目前，對混凝土泵車臂架的研究是將其抽象為多剛體系統(tǒng)，將泵車臂架的各節(jié)臂架和連桿看作不可變形的剛性體。實際上由于泵車臂架是一組細長柔性件的機構(gòu)組合，在工作時相當于懸臂梁結(jié)構(gòu)，并且在臂架變形的同時又與剛性運動相互作用或耦合，所以長臂架泵車的臂架實質(zhì)上是一個柔性體，在泵車實際布料過程中，臂架受自重及混凝土帶載影響，會引起臂架彈性變形。在智能臂架的控制過程中，若不對彈性變形加以矯正，則會影響布料精確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明提出一種泵車智能臂彈性形變的矯正方法及裝置，以實現(xiàn)自動校正泵車智能臂的彈性變形，避免影響布料精確性。
[0004]一方面，提供一種泵車智能臂彈性形變的矯正方法，應(yīng)用于具有η節(jié)臂的泵車智能臂，其中所述η大于 等于2，所述泵車智能臂彈性形變的矯正方法包括:根據(jù)有限元理論，計算所述泵車智能臂的第η節(jié)臂在當前載荷下的彈性形變量fn ;根據(jù)所述彈性形變量fn&所述第η節(jié)臂的長度，求取所述泵車智能臂的臂架末端在所述第η節(jié)臂的局部坐標系下的坐標；并通過坐標旋轉(zhuǎn)和平移實現(xiàn)所述臂架末端在各節(jié)臂的局部坐標系下的坐標轉(zhuǎn)換；以及計算所述臂架末端在當前時刻及上一時刻在同一節(jié)臂的局部坐標系下的位置差；根據(jù)所述位置差進行彈性形變補償操作。
[0005]進一步地，所述“根據(jù)所述彈性形變量fn及所述第η節(jié)臂的長度，求取所述泵車智能臂的臂架末端在所述第η節(jié)臂的局部坐標系下的坐標”的步驟包括:確定所述泵車智能臂的臂架末端在所述第η節(jié)臂的局部坐標系下的坐標為(x’n，y’n)，其中，x’n=Ln，y'n=-fn ；該LnS所述第η節(jié)臂的長度。
[0006]進一步地，所述“通過坐標旋轉(zhuǎn)和平移實現(xiàn)所述臂架末端在各節(jié)臂的局部坐標系下的坐標轉(zhuǎn)換；以及計算所述臂架末端在當前時刻及上一時刻在同一節(jié)臂的局部坐標系下的位置差”的步驟包括:根據(jù)上述坐標(X’ η, ? ?)、所述第η節(jié)臂根部及第n-ι節(jié)臂根部與水平方向的夾角及根據(jù)有限元理論計算得到的所述第n-Ι節(jié)臂在當前載荷下的彈性形變量，通過坐標旋轉(zhuǎn)和平移計算所述臂架末端在所述第n-Ι節(jié)臂的局部坐標系下的坐標(X’ η-ι, I，μ)，直至計算得到所述臂架末端在所述泵車智能臂的第I節(jié)臂的局部坐標系下的坐標(x/，Y1');計算所述臂架末端在當前時刻及上一時刻在所述第I節(jié)臂的局部坐標系下的位置差。
[0007]進一步地，所述根據(jù)有限元理論，計算所述泵車智能臂的第η節(jié)臂在當前載荷下的彈性形變量fn的步驟包括:依據(jù)有限元理論，根據(jù)自重載荷、臂架彎矩、垂直載荷及橫向載荷，計算所述泵車智能臂的第n節(jié)臂在當前泵送排量下的彈性形變量fn。
[0008]進一步地，所述根據(jù)所述位置差進行彈性形變補償操作的步驟包括:根據(jù)所述位置差的水平方向的差值及豎直方向的差值，補償所述泵車智能臂在水平及豎直方向的速度值以使所述臂架末端在不同時刻基本維持在同一高度。
[0009]另一方面，提供一種泵車智能臂彈性形變的矯正裝置，應(yīng)用于具有n節(jié)臂的泵車智能臂，其中所述n大于等于2，其特征在于，所述泵車智能臂彈性形變的矯正裝置包括:形變量計算單元，用于根據(jù)有限元理論，計算所述泵車智能臂的第n節(jié)臂在當前載荷下的彈性形變量fn ;位置差確定單元，用于根據(jù)所述彈性形變量4及所述第n節(jié)臂的長度，求取所述泵車智能臂的臂架末端在所述第n節(jié)臂的局部坐標系下的坐標；并通過坐標旋轉(zhuǎn)和平移實現(xiàn)所述臂架末端在各節(jié)臂的局部坐標系下的坐標轉(zhuǎn)換；以及計算所述臂架末端在當前時刻及上一時刻在同一節(jié)臂的局部坐標系下的位置差；矯正單元，用于根據(jù)所述位置差進行彈性形變補償操作。
[0010]進一步地，所述位置差確定單元包括:坐標系確定子單元，用于確定所述泵車智能臂的臂架末端在所述第η節(jié)臂的局部坐標系下的坐標為(x’n，y’n)，其中，x’n=Ln，y'n=-fn ；該LnS所述第n節(jié)臂的長度。
[0011]進一步地，所述泵車智能臂彈性形變的矯正裝置，其特征在于，還包括:安裝在各節(jié)智能臂根部的用于感測各節(jié)智能臂根部與水平方向夾角的角度傳感器；所述位置差確定單元還包括:坐標轉(zhuǎn)換子單元，根據(jù)上述坐標(X’n，y’n)、所述第n節(jié)臂根部及第n-1節(jié)臂根部與水平方向的夾角及根據(jù)有限元理論計算得到的所述第n-1節(jié)臂在當前載荷下的彈性形變量，通過坐標旋轉(zhuǎn)和平移計算所述臂架末端在所述第n-1節(jié)臂的局部坐標系下的坐標為(X’ ?-1； 1，?-:)，直至計算得到所述臂架末端在所述泵車智能臂的第1節(jié)臂的局部坐標系下的坐標為(Xl’，yi’)；位置差計算子單元，計算所述臂架末端在當前時刻及上一時刻在所述第I節(jié)臂的局部坐標系下的位置差。
[0012]進一步地，所述形變量計算單元包括:形變量計算子單元，用于依據(jù)有限元理論，根據(jù)自重載荷、臂架彎矩、垂直載荷及橫向載荷，計算所述泵車智能臂的第n節(jié)臂在當前泵送排量下的彈性形變量fn。
[0013]進一步地，所述矯正單元包括:矯正子單元，用于根據(jù)所述位置差的水平方向的差值及豎直方向的差值，補償所述泵車智能臂在水平及豎直方向的速度值以使所述臂架末端在不同時刻基本維持在同一高度。
[0014]本發(fā)明泵車智能臂彈性形變的矯正方法及裝置通過有限元法計算臂架彈性形變節(jié)省大量人力物力財力，且與泵送排量關(guān)聯(lián)，保證形變計算的準確性；并通過臂架彈性形變的矯正，提高了臂架運行精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中:
[0016]圖1為本發(fā)明實施例提供的泵車智能臂彈性形變的矯正方法的流程圖；
[0017]圖2為圖1中坐標轉(zhuǎn)換操作的原理示意圖；
[0018]圖3為圖1中根據(jù)位置差進行彈性形變補償操作的原理示意圖；[0019]圖4為本發(fā)明實施例提供的泵車智能臂彈性形變的矯正裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。【具體實施方式】
[0020]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。經(jīng)過深入分析泵車智能臂每節(jié)臂架變形與載荷的變化關(guān)系的得知，臂架平均變形量大概為0.67%，可以認為臂架滿足小變形理論。該臂架小變形假定是:
[0021 ] I)臂架變形和載荷成線性關(guān)系；
[0022]2)只考慮沿作用力方向上的變形(主變形)；
[0023]3)可用疊加原理來組合臂架的變形問題。
[0024]由于臂架滿足上述小變形理論，其彈性形變可以適用于圖1所示方式來獲取；圖1為本發(fā)明實施例一提供的泵車智能臂彈性形變的矯正方法的流程圖，其應(yīng)用于具有η節(jié)臂的泵車智能臂，其中η大于等于2 ;圖2為圖1中坐標轉(zhuǎn)換操作的原理示意圖；圖3為圖1中根據(jù)位置差進行彈性形變補償操作的原理示意圖；如圖1-圖3所示，該泵車智能臂彈性形變的矯正方法包括:
[0025]步驟11:根據(jù)有限元理論，計算泵車智能臂的第η節(jié)臂在當前載荷下的彈性形變
量4 ；
[0026]當前載荷主要為各節(jié)臂架及輸送管等的固定載荷，由于泵送排量會影響載荷，而載荷會影響彈性形變量的大小，具體操作時，當前載荷優(yōu)選考慮泵送排量的變化，當然還可以考慮風載等不可預見的載荷，結(jié)合當前載荷并基于有限元理論來獲得彈性形變量fn，具體如:
[0027]依據(jù)有限元理論，根據(jù)自重載荷、臂架彎矩、垂直載荷及橫向載荷，計算泵車智能臂的第η節(jié)臂在當前載荷下的彈性形變量fn ;具體操作時，可以利用現(xiàn)有大型應(yīng)用有限元程序NASTRAN，分析每節(jié)臂架在受自重分布載荷、當量彎矩、當量垂直載荷、橫向載荷情況下的臂架變形量；對于現(xiàn)有大型應(yīng)用有限元程序NASTRAN的操作應(yīng)用均為現(xiàn)有技術(shù)，茲不贅述。
[0028]步驟12:根據(jù)彈性形變量fn及第η節(jié)臂的長度，求取泵車智能臂的臂架末端在第η節(jié)臂的局部坐標系下的坐標；并通過坐標旋轉(zhuǎn)和平移實現(xiàn)臂架末端在各節(jié)臂的局部坐標系下的坐標轉(zhuǎn)換；
[0029]具體操作時，如圖2所示，若將臂架抽象為多剛性系統(tǒng)，臂架末端的位置為Α，然而臂架實際為柔性件的機構(gòu)組合，柔性臂架存在彈性形變，實際的臂架末端位置為B。顯然，隨著臂架節(jié)數(shù)的增加，這種偏差會越來越大，從而對智能臂架末端位置的精確控制造成極大困難；為了矯正柔性臂架的彈性形變，進行如下操作:
[0030]首先:可以確定泵車智能臂的臂架末端在第η節(jié)臂的局部坐標系[0;xn，yn]下的坐標為(X’ n.y’ η)，其中，X’ n=Ln，y’ n=-fn ;該Ln為第Π節(jié)臂的長度；該局部坐標系[O ; Xn, Yn]可以第η節(jié)臂的根部為原點，以與第η節(jié)臂相切的線為橫坐標軸，并相應(yīng)確定縱坐標軸，該局部坐標系的確定方式可以適用于各節(jié)臂；
[0031]其次，根據(jù)上述坐標(x’n，y’n)及第η節(jié)臂根部及第n-1節(jié)臂根部與水平方向的夾角，通過坐標旋轉(zhuǎn)和平移計算臂架末端在第n-Ι節(jié)臂的局部坐標系下的坐標(x’n+y’M)；具體過程如下:
[0032]由安裝在第η臂及第n-Ι節(jié)臂根部的兩個角度傳感器分別對應(yīng)感測兩個傾角值(每節(jié)臂根部與水平面的夾角)9?和Qiri，各局部坐標系下，臂架末端的坐標可通過坐標旋轉(zhuǎn)和平移計算得出:具體如下述公式(1)，[0033]
【權(quán)利要求】
1.一種泵車智能臂彈性形變的矯正方法，應(yīng)用于具有η節(jié)臂的泵車智能臂，其中所述η大于等于2，其特征在于，所述泵車智能臂彈性形變的矯正方法包括: 根據(jù)有限元理論，計算所述泵車智能臂的第η節(jié)臂在當前載荷下的彈性形變量fn ； 根據(jù)所述彈性形變量4及所述第η節(jié)臂的長度，求取所述泵車智能臂的臂架末端在所述第η節(jié)臂的局部坐標系下的坐標；并通過坐標旋轉(zhuǎn)和平移實現(xiàn)所述臂架末端在各節(jié)臂的局部坐標系下的坐標轉(zhuǎn)換；以及計算所述臂架末端在當前時刻及上一時刻在同一節(jié)臂的局部坐標系下的位置差； 根據(jù)所述位置差進行彈性形變補償操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述泵車智能臂彈性形變的矯正方法，其特征在于，所述“根據(jù)所述彈性形變量fn及所述第η節(jié)臂的長度，求取所述泵車智能臂的臂架末端在所述第η節(jié)臂的局部坐標系下的坐標”的步驟包括: 確定所述泵車智能臂的臂架末端在所述第η節(jié)臂的局部坐標系下的坐標為(X’ n, f η)，其中，X’ n=Ln, y’ n=-fn ;該Ln為所述第η節(jié)臂的長度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述泵車智能臂彈性形變的矯正方法，其特征在于，所述“通過坐標旋轉(zhuǎn)和平移實現(xiàn)所述臂架末端在各節(jié)臂的局部坐標系下的坐標轉(zhuǎn)換；以及計算所述臂架末端在當前時刻及上一時刻在同一節(jié)臂的局部坐標系下的位置差”的步驟包括: 根據(jù)上述坐標(X’ η, ? ?)、所述第η節(jié)臂根部及第n-ι節(jié)臂根部與水平方向的夾角及根據(jù)有限元理論計算得到的所述第n-Ι節(jié)臂在當前載荷下的彈性形變量，通過坐標旋轉(zhuǎn)和平移計算所述臂架末端在所述第n-Ι節(jié)臂的局部坐標系下的坐標(X’n_i，y’n_i)，直至計算得到所述臂架末端在所述泵車智能臂的第I節(jié)臂的局部坐標系下的坐標(Xl’ ,Y1')； 計算所述臂架末端在當前時刻及上一時刻在所述第I節(jié)臂的局部坐標系下的位置差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述泵車智能臂彈性形變的矯正方法，其特征在于，所述根據(jù)有限元理論，計算所述泵車智能臂的第η節(jié)臂在當前載荷下的彈性形變量fn的步驟包括: 依據(jù)有限元理論，根據(jù)自重載荷、臂架彎矩、垂直載荷及橫向載荷，計算所述泵車智能臂的第η節(jié)臂在當前泵送排量下的彈性形變量fn。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述泵車智能臂彈性形變的矯正方法，其特征在于，所述根據(jù)所述位置差進行彈性形變補償操作的步驟包括: 根據(jù)所述位置差的水平方向的差值及豎直方向的差值，補償所述泵車智能臂在水平及豎直方向的速度值以使所述臂架末端在不同時刻基本維持在同一高度。
6.一種泵車智能臂彈性形變的矯正裝置，應(yīng)用于具有η節(jié)臂的泵車智能臂，其中所述η大于等于2，其特征在于，所述泵車智能臂彈性形變的矯正裝置包括: 形變量計算單元(21)，用于根據(jù)有限元理論，計算所述泵車智能臂的第η節(jié)臂在當前載荷下的彈性形變量fn ; 位置差確定單元(22)，用于根據(jù)所述彈性形變量4及所述第η節(jié)臂的長度，求取所述泵車智能臂的臂架末端在所述第η節(jié)臂的局部坐標系下的坐標；并通過坐標旋轉(zhuǎn)和平移實現(xiàn)所述臂架末端在各節(jié)臂的局部坐標系下的坐標轉(zhuǎn)換；以及計算所述臂架末端在當前時刻及上一時刻在同一節(jié)臂的局部坐標系下的位置差； 矯正單元(23)，用于根據(jù)所述位置差進行彈性形變補償操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述泵車智能臂彈性形變的矯正裝置，其特征在于，所述位置差確定單元(22)包括: 坐標系確定子單元，用于確定所述泵車智能臂的臂架末端在所述第η節(jié)臂的局部坐標系下的坐標為(X’ n, y’ n)，其中，X’ n=Ln, y’ n=-fn ;該Ln為所述第η節(jié)臂的長度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述泵車智能臂彈性形變的矯正裝置，其特征在于，還包括:安裝在各節(jié)智能臂根部的用于感測各節(jié)智能臂根部與水平方向夾角的角度傳感器； 所述位置差確定單元(22)還包括: 坐標轉(zhuǎn)換子單元，根據(jù)上述坐標(X’ n, f η)、所述第η節(jié)臂根部及第n-Ι節(jié)臂根部與水平方向的夾角及根據(jù)有限元理論計算得到的所述第n-Ι節(jié)臂在當前載荷下的彈性形變量，通過坐標旋轉(zhuǎn)和平移計算所述臂架末端在所述第n-Ι節(jié)臂的局部坐標系下的坐標為(X’ η-ι, I，μ)，直至計算得到所述臂架末端在所述泵車智能臂的第I節(jié)臂的局部坐標系下的坐標為(X1,，y/ ); 位置差計算子單元，計算所述臂架末端在當前時刻及上一時刻在所述第I節(jié)臂的局部坐標系下的位置差。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項所述泵車智能臂彈性形變的矯正裝置，其特征在于，所述形變量計算單元(21)包括: 形變量計算子單元，用于依據(jù)有限元理論，根據(jù)自重載荷、臂架彎矩、垂直載荷及橫向載荷，計算所述泵車智能臂的第η節(jié)臂在當前泵送排量下的彈性形變量fn。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述泵車智能臂彈性形變的矯正裝置，其特征在于，所述矯正單元(23)包括: 矯正子單元，用于根據(jù)所述位置差的水平方向的差值及豎直方向的差值，補償所述泵車智能臂在水平及豎直方向的速度值以使所述臂架末端在不同時刻基本維持在同一高度。
【文檔編號】E04G21/04GK103806665SQ201410036749
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】代晴華, 王建明, 曾啟, 賈劍峰 申請人:三一汽車制造有限公司