混凝土泵车智能臂架运动仿真与控制研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com学兔兔www.xuetutu.com第6卷第1期中国工程机械学报Vo1．6No．12008年3月CHINESEJOURNALOF(X)NSTRUCTIONMACHINERYMar．2008混凝土泵车智能臂架运动仿真与控制研究唐修俊，吴智勇，石培科，刘海明(三一重工股份有限公司，湖南长沙410100)摘要：应用计算机仿真技术对混凝土泵车臂架运动规划进行虚拟现实．基于成熟的仿真平台，进行了臂架智能控制产品的开发应用．实践证明，混凝土泵车臂架很好地实现了智能控制功能，在施工建设中有广泛的应用前

2、景．关键词：混凝土泵车；运动学仿真；智能控制中图分类号：TU6423文献标识码：A文章编号：1672—5581(2008)01—0063—05KinematicalsimulationandcontrolonintelligentboomsofconcretepumpvehiclesTANGXiu-jun，WUZhi-yong，SHIPei—ke，LjUHal—ruing(SanyHeavyIndustryCompany，Changsha410100，China)Abstract：Inthispaper，thecomputersimu

3、lationtechnologyisfirstutilizedforthevirtual—realitykinemati—calplanningwithregardtoboomsofconcretepumpvehicles．Basedontheexistingsimulationplatform，theintelligentboomsarethendevelopedandemployedintheformsofcontrolproducts．Finally，theseproductshaveindicatedtheireffectiv

4、efunctionalityintheintelligentcontrolandtheirbroadapplicabilityinthecon—structionindustry．Keywords：concretepumpvehicle；kinematicssimulation；intelligentcontrol在现代建筑施工中，尤其是在建造高层建筑、高架公路、桥梁、堤坝及地下工程方面，混凝土泵车以其机动、灵活、高效等特点，已经成为不可缺少的重要施工设备．然而由于混凝土泵车工作环境复杂，更由于臂架系统是一组多冗余度机构，因而其自动化

5、、智能化实现存在很大的难度，很大范围内就制约了泵车优势的发挥[．机器人智能化技术的深入研究，为混凝土泵车自动化、智能化系统的开发实现提供了可行的途径．近年来，如何提高施工效率，降低工人劳动强度，实现混凝土泵车智能化是现代混凝土泵车研究的热点L2J．在国外，德国的大象公司凭借其多年的技术优势率先研制实现了混凝土泵车的智能化．在国内，三一重工股份有限公司利用自有技术力量，研制成功国内第一台智能臂架泵车，是国际上继德国大象之后第二家攻克并实现泵车大型臂架智能控制技术的企业，在技术上填补了国内空白，进人世界先进行列，并形成了具有自主知识产权的

6、下一代混凝土泵车核心技术．本文着重从混凝土泵车臂架运动学规划仿真、智能控制实现、臂架智能功能等方面展开研究．1混凝土泵车臂架坐标模型混凝土泵车臂架系统基本上是由回转机构、大臂、二臂、三臂、四臂和软管等部分(以折叠式4节臂泵作者简介：唐修俊(1962一)，男，工学博士．E-maihtangxj@sany．tom．ca维普资讯http://www.cqvip.com学兔兔www.xuetutu.com中国工程机械学报第6卷车为例)组成的串联开链机构，具体结构如图1所示．图2建立了臂架机构的坐标系，，Y，z为固定坐标系，置于回转机构；z，Y

7、，z为浇筑点坐标，其z轴向外，Y轴由右手法则确定．各杆的局部坐标系可以按照类似的规则定义，在图中未作出定义．混凝土泵车智能臂架系统采用闭环控制，故需要对臂架的位姿状态进行运动学分析．为减小篇幅，本文只列出第1和第2节臂架的关节角的推导过程，公式中的符号可参照图3～5，同时给出了泵车臂架(以四节臂为例)的轨迹规划仿真模型和结果．2臂架运动学分析与仿真图1臂架示意简图Fig．1Sketchmapofboomsystem2．1臂架运动学分析如图3所示是一个二轴机械臂系统．其中关节Q固定，臂Q1Q2可绕关节Q1旋转，臂Q2A可绕关节Q2旋转．

8、在关节Q．、关节Q2处分别安装液压驱动机构，由液压油缸驱动机械臂旋转．关节Q和关节Q2的液压驱动机构分别如图4和图5所示．两关节各安装有绝对编码器，既可作为关节角位移传感器，亦可通过机械几何关系，间接测量液压驱动油缸的直