工程机械及其臂架控制系统
技术领域
本发明涉及工程机械领域，特别是涉及一种用于工程机械的臂架控制系统。本发明还涉及一种包括上述臂架控制系统的工程机械。
背景技术
随着大型工程建设项目的增多，臂架在各种工程机械中的应用也越来越广泛，混凝土泵车、起重机等工程机械中都有臂架的存在，为了保证臂架能够按照需要到达目标位置，通常在工程机械中还设置有臂架控制系统。
下面以混凝土泵车为例，描述一下现有技术中的臂架控制系统：混凝土泵车主要包括底盘，安装于底盘的动力传动装置、泵送装置和搅拌装置、可伸缩或屈折的布料管路、支撑布料管路的臂架、臂架控制系统以及其它一些辅助装置。
工作过程中，混凝土泵车的泵送装置将由搅拌装置搅拌完成的混凝土经由布料杆泵送至浇筑位置，因此，对于臂架运动的控制的准确性直接决定了浇注的准确性。
现有技术中，混凝土泵车的臂架控制系统一般包括控制器、遥控器和电磁阀，控制过程中，操作人员根据目标位置确定臂架的运动路线，通过遥控器发出运动信号，控制器根据运动信号，发出驱动信号，控制相应的电磁阀改变其状态，进而控制臂架运动，并人为地判断臂架是否达到了目标位置，如果未到达预定位置，则操作人员再通过遥控器发出运动信号，进行调整，直至人工判断臂架到达了目标位置。
上述方式采用的是开环控制，只是通过工作人员的观察判断臂架是否到达了预定位置，并人为地进行臂架运动路线的选择，因此，控制的精确度较低，而且在进行臂架运动的控制时，需要操作人员根据目标位置和工程机械所处位置的环境，人为地进行判断，并给出臂架的运动路线，不仅非常地不方便，而且受操作人员操作过程的影响较大，不容易保证臂架运动的准确性；另一方面，对于不同厂家的工程机械，会存在一些操作差异，如果操作人员不能很快地适应，可能还会出现操作错误，或者无法使臂架在最优的姿态下工作，影响臂架的使用寿命。
因此，如何提高对工程机械的臂架运动控制的准确性，并提高对臂架状态调整的速度，延长工程机械的使用寿命，就成为本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于工程机械的臂架控制系统，该系统提高了对工程机械的臂架运动控制的准确性，保证了臂架沿最优的运动路线运动，并在最优的工作姿态下工作，从而延长了工程机械的使用寿命；同时提高了对臂架状态调整的速度。本发明的另一目的是提供一种包括上述臂架控制系统的工程机械和一种用于工程机械的臂架控制方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于工程机械的臂架控制系统，包括：
与所述工程机械具有相同结构的实物模型，用于通过设定所述实物模型的模型臂架状态，输入所述工程机械的臂架的目标位置信号；
控制装置，用于接收所述目标位置信号，并根据预定的控制策略，得出所述臂架的运动路线，发出控制指令；
执行装置，用于根据所述控制指令控制所述臂架运动，直至所述臂架到达目标位置。
优选地，所述实物模型包括臂架检测单元、处理单元和发送单元；
所述臂架检测单元检测所述模型臂架的状态，得到检测信号；
所述处理单元接收所述检测信号，并将其转化为所述目标位置信号；
所述发送单元将所述目标位置信号发送至所述控制装置。
优选地，所述臂架检测单元为角度传感器或者位移传感器。
优选地，所述实物模型还包括接收单元和显示器；
所述接收单元接收所述控制装置的控制指令，并传输至所述显示器；
所述显示器显示所述控制指令。
优选地，所述实物模型还包括臂架停止单元和发动机停止单元二者中的至少一者；
所述臂架停止单元向所述执行装置发射停止所述臂架运动的信号；
所述发动机停止单元向所述工程机械的发动机开关发送停机信号。
优选地，还包括状态检测装置，所述状态检测装置实时检测所述臂架的状态以及所述臂架所处环境的状态，得到状态信号；
所述控制装置接收所述目标位置信号和所述状态信号，并根据预定的控制策略，得出所述臂架的运动路线，发出控制指令。
优选地，所述状态检测装置包括臂架状态检测装置和障碍物检测装置；
所述臂架状态检测装置检测所述臂架的状态；
所述障碍物检测装置检测所述臂架所处环境的状态。
优选地，所述臂架状态检测装置为角度传感器或者位移传感器。
优选地，所述障碍物检测装置为雷达或者摄像头。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种工程机械，包括臂架和用于控制所述臂架的运动的臂架控制系统，所述臂架控制系统为上述任一项所述的臂架控制系统。
优选地，具体为混凝土泵车。
本发明所提供的用于工程机械的臂架控制系统，包括与工程机械具有相同结构的实物模型、控制装置和执行装置，其中，实物模型用于通过设定所述实物模型的模型臂架状态，输入所述工程机械的臂架的目标位置信号；控制装置接收目标位置信号，并根据预存的控制策略，得出臂架的运动路线，进而根据上述运动路线发出控制指令；执行装置根据控制装置所发出的控制指令控制臂架的运动。这样，当需要改变臂架的状态时，使实物模型进入工作状态，并通过设定实物模型的模型臂架状态，输入臂架的目标位置，并将目标位置信号传输至控制装置，控制装置根据目标位置信号以及预存的控制策略，得出臂架的运动路线，进而控制执行装置动作，使臂架按照得出的运动路线运动，直至臂架到达目标位置，完成状态的调整。可以看出，本发明所提供的臂架控制系统，在进行臂架状态的调整时，操作人员只需要将臂架的目标位置通过设定实物模型的模型臂架的状态输入至系统，臂架控制系统就可以根据需要独立地确定运动路线，并最终使臂架到达目标位置。不仅臂架操作过程简单，而且非常直观，同时，由于臂架控制系统能够独立地确定运动路线，并最终使臂架到达目标位置，也使得操作结果非常准确，大大提高了调整的准确性，使臂架能够在最优的姿态下工作，延长了臂架的使用寿命。
在一种优选实施方式中，本发明所提供的用于工程机械的臂架控制系统的实物模型包括臂架检测单元、处理单元和发送单元；臂架检测单元检测模型臂架的状态，得到检测信号；处理单元接收检测信号，并将其转化为目标位置信号；发送单元将目标位置信号发送至控制装置。可以看出，为了保证模型臂架的状态顺利地传输至控制装置，本发明所提供的工程机械具有相同结构的实物模型设置了单独的臂架检测单元以准确地获得模型臂架的状态，并通过处理单元转化为易识别的信号，进而通过发送单元实现目标位置信号的传输，采用了伺服控制，保证了传输信号的准确性，进而保证了对臂架控制的准确性。
在另一种优选实施方式中，本发明所提供的用于工程机械的臂架控制系统的实物模型还包括接收单元和显示器；接收单元接收控制装置的控制指令，并传输至显示器；显示器显示控制指令。这样，操作人员可以通过显示器了解控制装置的控制指令，当控制指令显示工程机械的当前状态受臂架所处位置的障碍物的影响或其他方面的影响，无法到达目标位置时，操作人员可以第一时间得知，并进而改变目标位置，或者清楚障碍物，以最终实现操作目标。
在另一种优选实施方式中，本发明所提供的用于工程机械的臂架控制系统还包括状态检测装置，状态检测装置实时检测臂架的状态以及臂架所处环境的状态，得到状态信号；控制装置接收目标位置信号和状态信号，并根据预定的控制策略，得出臂架的运动路线，发出控制指令。状态检测装置的设置，使得控制过程成为一种闭环控制，控制装置可以时刻了解臂架的状态和臂架所处环境的状态，从而进一步提高了调整的准确性。
本发明所提供的工程机械的有益效果与臂架控制系统的有益效果类似，在此不再赘述。
附图说明
图1为本发明一种具体实施方式所提供的用于工程机械的臂架控制系统的原理框图；
图2为本发明第二种具体实施方式所提供的用于工程机械的臂架控制系统的原理框图；
图3为本发明第三种具体实施方式所提供的用于工程机械的臂架控制系统的原理框图；
图4为本发明第四种具体实施方式所提供的用于工程机械的臂架控制系统的原理框图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种用于工程机械的臂架控制系统，该系统提高了对工程机械的臂架运动控制的准确性，保证了臂架沿最优的运动路线运动，并在最优的工作姿态下工作，从而延长了工程机械的使用寿命；同时提高了对臂架状态调整的速度。本发明的另一核心是提供一种包括上述臂架控制系统的工程机械。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明一种具体实施方式所提供的用于工程机械的臂架控制系统的原理框图。
在一种具体实施方式中，如图1所示，本发明所提供的用于工程机械的臂架控制系统，包括实物模型21、控制装置23和执行装置24，其中，实物模型21与工程机械具有相同结构，用于通过改变其模型臂架的状态，输入工程机械的臂架25的目标位置信号；控制装置23接收目标位置信号，并根据预存的控制策略，得出臂架25的运动路线，进而根据上述运动路线发出控制指令；执行装置24根据控制装置23所发出的控制指令控制臂架25的运动。
具体地，上述实物模型21在进行信号的传输时，可以通过有线的方式与控制装置23建立信号的传输，也可以通过无线方式与控制装置23进行信号的传输；上述控制装置23内部存有成熟的控制策略，可以根据所得的信息，得出臂架25到达目标位置的最优运动路线；执行装置24可以为控制臂架25运动的各种控制法，动力油缸等装置。
当然，本文所述的与工程机械具有相同的结构是指，与工程机械实体具有相类似的机械结构和电气系统，但实物模型的尺寸远远小于工程机械的尺寸，且实物模型不具有液压等系统。
这样，当需要改变臂架25的状态时，首先使实物模型21进入工作状态，并通过设定实物模型21的模型臂架的状态，输入臂架的目标位置，进而将目标位置信号传输至控制装置22，控制装置根据目标位置信号以及预存的控制策略，得出臂架25运动至目标位置的运动路线，进而向执行装置24发送运动指令，执行装置24根据运动指令动作，使臂架25按照运动路线运动，直至臂架25到达目标位置，完成臂架25状态和位置的调整。
可以看出，本发明所提供的臂架控制系统，在进行臂架25位置和状态的调整时，操作人员只需要将臂架25的目标位置通过设定实物模型21的模型臂架的状态输入至系统，臂架控制系统内部就可以根据目标位置，独立地确定运动路线，并最终使臂架25到达目标位置，操作过程非常简单方便，非常直观，操作人员可以直接看到臂架目标处于目标位置时的状态；同时，由于臂架控制系统内部存储的控制策略可以得出最优的运动路线，使得调整结果非常准确，还可以使臂架在最优的姿态下工作，延长了臂架的使用寿命。
请参考图2，图2为本发明第二种具体实施方式所提供的用于工程机械的臂架控制系统的原理框图。
在另一种具体实施方式中，本发明所提供的用于工程机械的臂架控制系统包括状态检测装置22，状态检测装置22实时检测臂架25的状态以及臂架25所处环境的状态，得到状态信号；控制装置23接收目标位置信号和状态信号，并根据预定的控制策略，得出臂架25的运动路线，发出控制指令。
上述状态检测装置22不仅检测臂架25本身的状态，而且检测臂架25所在位置的障碍物等的状态；由于状态检测装置22不仅检测臂架25本身的状态，而且检测臂架25所在位置的障碍物等的状态，因此，状态检测装置22包括臂架状态检测装置和障碍物检测装置；其中，臂架状态检测装置用于检测臂架的状态，具体可以通过角度传感器或者位移传感器实现臂架25状态的检测；障碍物检测装置用于检测臂架25所处环境的状态，具体可以通过摄像头或者雷达等装置，实现对臂架25所处环境状态的检测。
因此，在控制过程中，不仅通过设定实物模型21的模型臂架的状态，输入臂架25的目标位置，而且通过状态检测装置22实时检测到的检测信号(包括臂架25本身的状态信号和臂架25所处环境的状态信号)，控制装置根据上述两种信号，制定运动路线，使得控制过程成为一种闭环控制，控制装置可以时刻了解臂架的状态和臂架所处环境的状态，从而进一步提高了调整的准确性。
请参考图3，图2为本发明第三种具体实施方式所提供的用于工程机械的臂架控制系统的原理框图。
在第三种具体实施方式中，本发明所提供的用于工程机械的臂架控制系统的实物模型21可以包括臂架检测单元211、处理单元212和发送单元213；臂架检测单元211可以检测模型臂架的状态，得到检测信号；处理单元212接收检测信号，并将其转化为目标位置信号；发送单元213将目标位置信号发送至控制装置22。
具体地，上述臂架检测单元211可以为角度传感器或者位移传感器，以检测模型臂架在经过操作人员的调整后的状态，方便向控制装置23传输。
可以看出，本发明所提供的实物模型形式的实物模型21，设置了单独的臂架检测单元211以准确地获得模型臂架的状态，从而保证模型臂架的状态顺利地传输至控制装置23，并通过处理单元212转化为易识别的信号，进而通过发送单元213实现目标位置信号的传输，采用了伺服控制，保证了传输信号的准确性，进而保证了对臂架控制的准确性。
请参考图4，图4为本发明第四种具体实施方式所提供的用于工程机械的臂架控制系统的原理框图。
如图4所示，本发明所提供的用于工程机械的臂架控制系统的实物模型21还可以进一步包括接收单元214和显示器215；接收单元214接收控制装置23的控制指令，并传输至显示器215；显示器215显示控制指令。
这样，操作人员可以通过显示器215了解控制装置23的控制指令，当控制指令显示工程机械的当前状态受臂架25所处位置的障碍物的影响或其他方面的影响，无法到达目标位置时，操作人员可以第一时间得知，并进而改变目标位置，或者清楚障碍物，以最终实现操作目标。
进一步地，实物模型21还可以包括臂架停止单元和发动机停止单元二者中的至少一者；通过臂架停止单元操作人员可以向执行装置发射停止臂架运动信号；通过发动机停止单元操作人员可以向工程机械的发动机开关发送停机信号。
由于工程机械的体积一般较大，为了方便观察臂架25的运动，操作人员很有可能在驾驶室的外侧通过有线或者无线的方式输入目标位置，而当需要臂架停止运动，或者需要发动机停机时，实物模型21的上述两单元的设置就使得操作人员无需回到驾驶室进行操作，大大简化了操作过程。
另外，为解决上述技术问题，本发明还提供一种工程机械，包括臂架和用于控制臂架的运动的臂架控制系统，其中，臂架控制系统为如上述的臂架控制系统，工程机械的其他结构与现有技术相同，本文不再赘述。
具体地，上述工程机械可以为混凝土泵车，当然，也可以为起重机等其他具有臂架的工程机械。
以上对本发明所提供的工程机械及其臂架控制系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。