[发明专利]喷射机械及其机械臂、喷射控制方法和喷射控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种喷射机械的机械臂控制技术，特别涉及一种喷射机械的喷射控制方法和喷射控制装置，还涉及到一种包括该喷射控制装置的喷射机械的机械臂及一种包括该机械臂的喷射机械。

背景技术

混凝土喷射是将一定配比的混凝土拌和料通过管道输送到喷头部分，在喷头部分将混凝土拌和料高速喷射到施工面上凝结硬化，进而形成混凝土支护层的施工技术。由于具有工艺简单、经济造价低和施工快捷等特点，因此，混凝土喷射技术广泛应用在建筑、铁路、公路、隧道施工、矿山井巷建设、边坡加固等领域。混凝土喷射技术包括干喷、潮喷、湿喷和混合喷等施工工艺；其中，混凝土湿喷工艺的应用最为广泛。

混凝土湿喷一般利用混凝土湿喷机进行。混凝土湿喷机一般包括车体和机械臂；机械臂通常包括多个顺序相连的臂段，臂段之间形成适当的运动副；机械臂的根端臂段与车体形成转动幅。相邻的臂段之间及车体与根端臂段之间设置有适当的驱动器。机械臂还设置有安装在末端臂段的喷头。通过驱动器可以使机械臂相对于车体运动，也可以使相邻的臂段之间产生相对运动，进而使喷头相对于车体有多个自由度，进而满足对多种施工面进行湿喷的需要。在进行混凝土喷射时，通过改变机械臂相应运动幅的状态参数，可以使喷头相对车体在预定的方向上移动或绕预定的轴线旋转，进而使喷头沿预定的喷射轨迹移动，完成对预定施工面的湿喷作业。

一般来讲，为保证混凝土喷射的最佳效果，需要保证两个喷射参数：第一个喷射参数是喷头的喷射方向与施工面之间的角度，称为喷射角度；第二个喷射参数是喷头到施工面受喷点之间的距离，称为喷射距离。一般来讲，在保持其他参数不变的情况下，喷射角度为90度时，湿喷效果最好；在保持其他参数不变的情况下，根据混凝土拌和料的特性不同，喷射距离应当保持在预定的范围之内(如1米)。如果喷射角度和喷射距离不能满足预定的要求，要增加混凝土的回弹量，不仅增加喷射成本，还会导致喷射效率降低，降低施工现场的施工环境。

目前，利用带有机械臂的混凝土湿喷机进行喷射时，均由操作手通过摇控器或手动阀等机构手动控制机械臂相应运动幅的状态参数，并通过对机械臂运动幅的控制调节喷射角度和喷射距离。喷射角度和喷射距离是否保持在预定的范围均由操作手根据目测及控制经验判断。操作手的经验、情绪及其他个人因素对喷射质量、效果影响很大；长时间的控制操作积累，还会导致操作手劳动强度过大，进而影响喷射质量的稳定性。因此，现有技术存在对操作手的个人因素依赖过大的问题。由于相同的原因，在利用其他带有机械臂的混凝土喷射机械时，也存在混凝土喷射质量对操作手的个人因素依赖过大的问题。

因此，如何减少喷射机械对操作手个人因素的依赖，提高喷射质量是目前喷射技术的一个难题。

发明内容

针对上述技术难题，本发明目的在于，提供一种喷射机械的喷射控制方法和喷射控制装置，以减少对操作手个人因素的依赖，提高混凝土等物料的喷射质量。

在提供上述喷射机械的喷射控制装置的基础，本发明还提供一种包括该喷射控制装置的喷射机械的机械臂和包括该机械臂的喷射机械。

为实现上述目的，本发明提供的喷射机械的喷射控制装置包括若干状态传感器和控制器；

各所述状态传感器用于检测机械臂的相应运动幅的当前状态参数；

所述控制器根据相应运动幅的当前状态参数确定喷头的当前位置姿态参数；再根据喷头的当前位置姿态参数和预定的喷射轨迹数据组确定喷头的目标位置姿态参数，或者根据喷头的当前位置姿态参数和预定的喷射轨迹函数确定喷头的目标位置姿态参数；还能够根据喷头的目标位置姿态参数及预定的策略确定机械臂各运动幅的目标状态参数；再根据机械臂各运动幅的目标状态参数和当前状态参数形成预定的控制信号，并将控制信号发送给机械臂的相应驱动器。

可选的，所述喷射机械的喷射控制装置还包括探测装置，所述探测装置用于确定喷射轨迹中预定点与预定位置之间的距离；所述控制器根据该距离及探测装置的角度确定喷射轨迹中的多个预定点的位置参数，并根据该位置参数形成所述预定的喷射轨迹数据组或预定的喷射轨迹函数。

可选的，所述控制器还能够根据至少二组运动幅状态参数确定喷射机械的车体行驶方向与施工面的延伸方向之间的行驶夹角；各组所述运动幅状态参数为预定状态下，机械臂各运动幅的状态参数。

可选的，所述控制器还能够根据预定的喷射轨迹数据组和预定的规则将喷射轨迹分成若干喷射轨迹段，或根据预定的喷射轨迹函数和预定的规则将喷射轨迹分成若干喷射轨迹段；还根据各喷射轨迹段的特点形成预定的控制信号。