混凝土喷射机的喷嘴喷射角度控制设备、方法及工程机械技术

本发明专利技术公开了一种用于混凝土喷射机的喷嘴喷射角度控制设备、方法以及包含该设备的工程机械，该设备包括：接收装置，用于接收喷射机的臂架姿态信号；以及控制装置，用于执行以下操作：根据臂架姿态信号，确定喷嘴的根部中心坐标及末端中心坐标；根据根部中心坐标及末端中心坐标，确定喷嘴的指向向量；根据受喷面的曲面轮廓模型以及向量，计算喷射点的位置坐标；根据曲面轮廓模型及位置坐标，计算受喷面在该位置坐标的法向量；计算法向量与代表喷嘴指向的向量之间的夹角；以及在夹角大于预设值的情况下，调整喷嘴的位置，以使代表喷嘴指向的向量与所述法向量之间的夹角小于或等于预设值。本发明专利技术可准确控制的喷射角度，增强喷射的混凝土的密实度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种用于混凝土喷射机的喷嘴喷射角度控制设备、方法以及包含该设备的工程机械，该设备包括：接收装置，用于接收喷射机的臂架姿态信号；以及控制装置，用于执行以下操作：根据臂架姿态信号，确定喷嘴的根部中心坐标及末端中心坐标；根据根部中心坐标及末端中心坐标，确定喷嘴的指向向量；根据受喷面的曲面轮廓模型以及向量，计算喷射点的位置坐标；根据曲面轮廓模型及位置坐标，计算受喷面在该位置坐标的法向量；计算法向量与代表喷嘴指向的向量之间的夹角；以及在夹角大于预设值的情况下，调整喷嘴的位置，以使代表喷嘴指向的向量与所述法向量之间的夹角小于或等于预设值。本专利技术可准确控制的喷射角度，增强喷射的混凝土的密实度。【专利说明】混凝土喷射机的喷嘴喷射角度控制设备、方法及工程机械
本专利技术涉及工程机械领域，具体地，涉及一种用于混凝土喷射机的喷嘴喷射角度控制设备、方法以及包含该设备的工程机械。
技术介绍
混凝土喷射机用于将混凝土喷射至受喷面，其喷射角度(B卩，喷嘴的指向与受喷面之间的夹角)适当与否关系直接到喷射质量和混凝土的回弹率。以上对喷射质量的影响主要表现在受喷面上喷射层混凝土的密实度下降，进而会降低喷射层的结构强度；而回弹率较高，则会造成混凝土浪费，增加施工成本。理想的喷射角度是喷嘴的指向与受喷面成90°，这样可减少混凝土的回弹率、增强喷射层的密实度。目前，喷射机的作业大多采是用人工手动控制的，所以对喷射角度的控制完全是通过肉眼观测进而手动控制的。手动操作方式控制喷嘴的喷射角度存在两方面的缺陷:(I)控制不精确，造成喷射质量差以及混凝土的浪费；(2)增加机手的劳动强度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于混凝土喷射机的喷嘴喷射角度控制设备、方法以及包含该设备的工程机械，其可准确控制混凝土喷射机的喷射角度。为了实现上述目的，本专利技术提供一种用于混凝土喷射机的喷嘴喷射角度控制设备，该设备包括:接收装置，用于接收所述喷射机的臂架姿态信号；以及控制装置，用于执行以下操作:根据所述臂架姿态信号，确定所述喷嘴的根部中心及末端中心于一三维直角坐标系内的坐标；根据所述喷嘴的根部中心坐标及末端中心坐标，确定所述喷嘴的指向向量；根据受喷面的曲面轮廓模型以及所述指向向量，计算喷射点的位置坐标；根据所述曲面轮廓模型及所述喷射点的位置坐标，计算所述受喷面在该位置坐标的法向量；计算该法向量与代表喷嘴指向的向量之间的夹角；以及在该夹角大于预设值的情况下，调整所述喷嘴的位置，以使代表喷嘴指向的向量与所述法向量之间的夹角小于或等于所述预设值。相应地，本专利技术还提供一种工程机械，该工程机械包含上述喷嘴喷射角度控制设备。相应地，本专利技术还提供一种用于混凝土喷射机的喷嘴喷射角度控制方法，该方法包括:接收代表所述喷射机的臂架姿态信号；根据所述臂架姿态信号，确定所述喷嘴的根部中心及末端中心于一三维直角坐标系内的坐标；根据所述喷嘴的根部中心坐标及末端中心坐标，确定所述喷嘴的指向向量；根据受喷面的曲面轮廓模型以及所述指向向量，计算喷射点的位置坐标；根据所述曲面轮廓模型及所述喷射点的位置坐标，计算所述受喷面在该位置坐标的法向量；计算该法向量与代表喷嘴指向的向量之间的夹角；以及在该夹角大于预设值的情况下，调整所述喷嘴的位置，以使代表喷嘴指向的向量与所述法向量之间的夹角小于或等于所述预设值。通过该方案，由于喷射角度的控制是由控制装置自动完成的，不需要机手参与，从而减少了机手的劳动强度，可很好地实现对喷嘴喷射角度的控制。由于喷射角度适当，可增强喷射的混凝土的密实度，增强喷射的壁面结构强度，从而保证了喷射质量。另外，由于喷射角度适当，在喷射过程中可减少混凝土的反弹率，从而减少混凝土的浪费，节约施工成本。本专利技术的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。【专利附图】【附图说明】附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中:图1为本专利技术提供的喷嘴喷射角度控制设备的结构示意图；图2A和2B分别示出了所拟合出的曲面轮廓以及一喷射点在该曲面轮廓上的法向量;图3为喷射机的结构示意图；图4为喷射角度求解示意图；以及图5示出了调整后的喷嘴位置。附图标记说明10接收装置 20控制装置【具体实施方式】以下结合附图对本专利技术的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。图1为本专利技术提供的喷嘴喷射角度控制设备的结构示意图。如图1所示，本专利技术提供了一种用于混凝土喷射机的喷嘴喷射角度控制设备，该设备包括:接收装置10，用于接收所述喷射机的臂架姿态信号；控制装置20，用于执行以下操作:根据所述臂架姿态信号，确定所述喷嘴的根部中心及末端中心于一三维直角坐标系内的坐标；根据所述喷嘴的根部中心坐标及末端中心坐标，确定所述喷嘴的指向向量；根据受喷面的曲面轮廓模型以及所述指向向量，计算喷射点的位置坐标；根据所述曲面轮廓模型及所述喷射点的位置坐标，计算所述受喷面在该位置坐标的法向量；计算该法向量与所述代表喷嘴指向的向量之间的夹角；以及在该夹角大于预设值的情况下，调整所述喷嘴的位置，以使代表喷嘴指向的向量与所述法向量之间的夹角小于或等于所述预设值。通过该方案，由于喷射角度的控制是由控制装置20自动完成的，不需要机手参与，从而减少了机手的劳动强度，可很好地实现对喷嘴喷射角度的控制。由于喷射角度适当，可增强喷射的混凝土的密实度，增强喷射的壁面结构强度，从而保证了喷射质量。另外，由于喷射角度适当，在喷射过程中可减少混凝土的反弹率，从而减少混凝土的浪费，节约施工成本。以下介绍如何生成所述曲面轮廓模型。喷射机在进行喷射作业之前，可利用扫描仪对受喷面进行扫描，采集该扫描仪中心与所述受喷面各点之间的距离，并将该距离传送至所述控制装置20。该控制装置20可以以喷射机的转台中心为坐标原点建立空间坐标系(例如，所述三维直角坐标系)，然后将扫描仪所采集的该扫描仪距离受喷面上各点的距离转换为受喷面上各点在此坐标系下的坐标值，并对这些坐标值进行插值拟合，从而拟合出受喷面的曲面轮廓模型，如图2A所示。对于受喷面上的任意一点，控制装置20可根据曲面轮廓模型，得出该点的法向量，如图2B所示。其中，调整所述喷嘴的位置包括:根据末端中心与所述喷射点之间的距离以及代表喷嘴指向的向量与所述法向量之间的目标夹角，计算所述喷嘴的末端中心目标坐标；根据所述喷射点的位置坐标、所述末端中心目标坐标以及所述喷嘴的根部中心与末端中心之间的距离，计算述喷嘴的根部中心目标坐标；以及调整所述喷嘴，以使得所述喷嘴的根部中心坐标及末端中心坐标分别等于所述根部中心目标坐标及所述末端中心目标坐标。具体调节方式可为，调整所述喷嘴的位置，以使得所述喷嘴的根部中心坐标分别等于所述根部中心目标坐标；以及控制所述喷嘴旋转一角度，该角度等于所述夹角与所述目标夹角之差。以下对该过程进行具体描述。在生成所述曲面轮廓模型之后，喷射机可进行喷射作业。所述控制装置20可根据臂架姿态传感器的信号，计算出任一时刻喷射机臂架上任一点在上述坐标系中的坐标(X，y, Z)。藉此，可得出喷嘴的根部中心坐标(Xl，yl本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于混凝土喷射机的喷嘴喷射角度控制设备，其特征在于，该设备包括：接收装置，用于接收所述喷射机的臂架姿态信号；以及控制装置，用于执行以下操作：根据所述臂架姿态信号，确定所述喷嘴的根部中心及末端中心于一三维直角坐标系内的坐标；根据所述喷嘴的根部中心坐标及末端中心坐标，确定所述喷嘴的指向向量；根据受喷面的曲面轮廓模型以及所述指向向量，计算喷射点的位置坐标；根据所述曲面轮廓模型及所述喷射点的位置坐标，计算所述受喷面在该位置坐标的法向量；计算该法向量与代表喷嘴指向的向量之间的夹角；以及在该夹角大于预设值的情况下，调整所述喷嘴的位置，以使代表喷嘴指向的向量与所述法向量之间的夹角小于或等于所述预设值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李育明，梁聪慧，陶泽安，
申请(专利权)人：中联重科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：