混凝土泵车末端软管运动趋势检测系统的设计

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发布时间：2021-09-17

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混凝土泵车末端软管运动趋势检测系统的设计
Design of the m ovem ent trend detection system for
the end of the concrete PumP truck hose
余金华，陈新元
YU Jin．hua．CHEN Xin-yuan
(武汉科技大学机械自动化学院，武汉430000)
摘要：针对混凝土泵车末端软管的运动趋势，提出用三轴重力加速度传感器进行检测的方法，确定检
测系统的组成及功能。经过电子元器件的选型、电路的设计和程序的编写，完成了测试系统
的硬件设计和软件设计，使运动趋势检测系统得到实现。通过静态条件下的功能测试，运动
趋势检测系统能够完成对末端软管运动趋势检测，并在显示设备上进行显示。
关键词：混凝土泵车；运动趋势检测；相对方位角
中圈分类号：TU646 文献标识码：A 文章编号：1 009—01 34(2014)05(下)-oi43-03
Doi：1 0．3969／J．1ssn．1 0。9—01 34．2014．05(下)．41
0 引言
混凝土泵车臂架系统的控制是通过遥控器分
别控制单节臂来调整末端软管出料口的位置，这
种控制单节臂的方式需要多步操作才能实现，操
作方式比较复杂，对操作] 人的业务能力要求很
高，臂架动作缓慢。实现混凝土泵车臂架系统控
制智能化，可以避免现有控制方式的诸多弊端，
实现快速准确浇注。
臂架系统控制智能化的一种方式是在混凝土
泵车各节臂和末端软管上安装传感器，这些传感
器将测量数据送到中央处理器，当人工拖拽布料
软管时，中央处理器根据末端软管的运动趋势及
臂架系统的当前状态计算出各节臂及回转台的运
动状态，并将参数反馈给各执行元件执行，这样就
能实现混凝土泵车臂架系统末端随动功能，末端随
动控制要依据末端布料软管的姿态来确定其运动
趋势，因而对混凝土泵车末端软管运动趋势进行检
测，是臂架系统末端随动控制系统的重要环节。
1 运动趋势检测原理
软管在自由状态下呈现竖直状态，当人工进
行拖拽后软管会发生一定方位的倾斜，软管倾斜
的方位就是它的运动趋势。对软管倾斜状态的倾斜
方位进行相应的量化，并用数学方法进行描述，便
是对混凝土泵车末端软管运动趋势的测量。
以布料软管竖直状态时中心轴线的顶端为坐
标原点，建立一个空间直角坐标系0一xyz，将此坐
标系命名为相对方位坐标系。相对坐标系的位置
随着混凝土泵车臂架系统运动状态的改变而发生
位置的变化，坐标系的Z轴保持竖直状态。将末端
布料软管简化成一条线段，软管竖直状态如图1中
线段OA，人工拖拽发生倾斜后的状态如图1中线
线段OB。软管的运动趋势如图1中虚线所示，将
虚线投影到xOy平面上如图1中向量OP，软管的运
动趋势就是向量OP所指向的方位。
x 。
图1 末端软管运动趋势示意图
对向量OP的方位进行量化，便可用具体的数
学参量来描述末端软管的运动趋势。令向量OP与x
轴正半轴沿逆时针方向夹角为a，如图1所示，夹
角n称为相对方位角，用数学参量a可对末端软
管运动趋势进行准确的数学描述，0取值范围为
0。到360。。在对软管运动趋势的检测中，以相
对方位角a为目标参量进行测量。在得到相对方
位角a的值后，即可作为混凝土泵车臂架系统智