專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高空作業(yè)車(chē)智能控制器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能控制器及其控制方法，尤其是指一種高空作業(yè)車(chē)智能 控制器及其控制方法。
背景技術(shù)：
針對(duì)電力、路燈、市政、園林、通信、機(jī)場(chǎng)、造(修)船、交通、廣告、 攝影等高空作業(yè)領(lǐng)域，需要一種機(jī)動(dòng)性能好，道路占用面積小，作業(yè)范圍大，動(dòng)作平穩(wěn)靈活的伸縮臂式高空作業(yè)車(chē)。該車(chē)型主要由三個(gè)部分組成:底架(base)、 提升機(jī)構(gòu)(liftingmechanism)和作業(yè)平臺(tái)(platform)組成。底架上-一般還裝配 有可以水平伸縮的支腿(outrigger)。整車(chē)機(jī)構(gòu)一般次采用液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。傳統(tǒng) 的高空作業(yè)車(chē)沒(méi)有采取智能控制器進(jìn)行控制操作，通常需要將水平伸縮支腿全 部伸出，再進(jìn)行提升機(jī)構(gòu)的操作。為確保車(chē)輛穩(wěn)定性，車(chē)型體積大，重量重， 作業(yè)時(shí)道路占用面積大，作業(yè)范圍小，動(dòng)作平穩(wěn)性差。本發(fā)明涉及的控制器主 要應(yīng)用于該類(lèi)伸縮臂式高空作業(yè)車(chē)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種高空作業(yè)車(chē)智能控制器及其 控制方法，能夠自動(dòng)化高效控制高空作業(yè)車(chē)，在不同的的道路作業(yè)環(huán)境下，使 得應(yīng)用該控制器的高空作業(yè)車(chē)的作業(yè)范圍更大，工作平臺(tái)運(yùn)行更加平穩(wěn)，安全 性更高。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案達(dá)到上述目的 一種高空作業(yè)車(chē)智能控制器，包 括中央處理模塊、開(kāi)關(guān)量輸入接口、模擬量輸入l接口、模擬量輸入2接口、輸入電路、ADC芯片、電源處理電路、復(fù)位電路，輸出電路、CAN通信電路、RS232通信電路、RS485通信電路、LED、場(chǎng)效應(yīng)管、繼電器、PWM接口，中 央處理模塊分別與復(fù)位電路、模擬量輸入l接口、 CAN通信電路、RS232通信 電路、RS485通信電路連接，通過(guò)系統(tǒng)總線分別與輸入電路、ADC芯片、輸出 電路相連；輸入電路與開(kāi)關(guān)量輸入接口連接；ADC芯片與模擬量輸入2接口連 接；輸出電路分別與LED、場(chǎng)效應(yīng)管、繼電器、PWM接口連接。作為優(yōu)選，所述的中央處理模塊，包含控制信號(hào)輸入模塊、控制信號(hào)輸出 模塊、錯(cuò)誤診斷及處理模塊、工作臂動(dòng)作控制模塊、作業(yè)范圍計(jì)算及處理模塊、 發(fā)動(dòng)機(jī)處理模塊；其中工作臂動(dòng)作控制模塊，包括操作優(yōu)先級(jí)處理、比例閥電 流控制處理、自動(dòng)收回控制處理、周速處理、速度緩沖處理及速度輸出。 作為優(yōu)選，設(shè)計(jì)了具有開(kāi)路檢測(cè)、短路保護(hù)功能的輸出電路。 作為優(yōu)選，設(shè)計(jì)了具有逆極性保護(hù)、瞬態(tài)吸收、防電源電壓跌落以及電源 電壓監(jiān)測(cè)功能的電源處理電路。所述的高空作業(yè)車(chē)智能控制器的控制方法，包含以下處理方法 1)控制信號(hào)輸入；2)控制信號(hào)輸出；3)工作臂動(dòng)作控制處理；4)作業(yè) 范圍計(jì)算及處理；5)發(fā)動(dòng)機(jī)處理；6)錯(cuò)誤診斷及處理；工作臂動(dòng)作控制分為碰撞限制和失衡限制兩部分，碰撞限制主要是防止工 作臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與車(chē)體本身發(fā)生碰撞進(jìn)行的區(qū)域限制，包括以下處理過(guò)程1) 根據(jù)高空作業(yè)車(chē)機(jī)械結(jié)構(gòu)的情況，在整個(gè)工作臂回轉(zhuǎn)的360度之間，設(shè) 定干涉區(qū)間；2) 設(shè)定在此干涉區(qū)間允許工作臂的動(dòng)作方向3) 當(dāng)工作臂回轉(zhuǎn)即將進(jìn)入干涉區(qū)間時(shí)，產(chǎn)生干涉限制，不允許進(jìn)行會(huì)發(fā)生 碰撞的動(dòng)作輸出失衡限制主要是防止工作臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程中造成的車(chē)輛重心偏移進(jìn)而發(fā)生翻車(chē) 危險(xiǎn)的動(dòng)作限制處理，包括以下處理過(guò)程1) 根據(jù)高空作業(yè)車(chē)左右側(cè)支腿的伸出長(zhǎng)度，將左右側(cè)支腿伸出狀態(tài)分別分 為16個(gè)等級(jí)；2) 依據(jù)左右側(cè)支腿的伸出位置將工作臂的360?；剞D(zhuǎn)區(qū)間分成六個(gè)區(qū)域 前方、后方、左側(cè)前方、右側(cè)前方、左側(cè)后方、右側(cè)后方；3) 分別設(shè)置六個(gè)區(qū)域的模型限制半徑；4) 檢測(cè)此時(shí)工作半徑是否超出模型限制半徑；5) 如果實(shí)際工作半徑未超出模型限制半徑，工作臂動(dòng)作不受限制；6) 如果實(shí)際工作半徑超出模型限制半徑，會(huì)導(dǎo)致實(shí)際工作半徑增大的動(dòng)作 和模型限制半徑減小的動(dòng)作被禁止掉。作為優(yōu)選，還包括工作平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的速度處理方法，將末端輸出控制、周速 處理、緩動(dòng)處理和比例閥電流控制處理結(jié)合，確定最終輸出速度。本發(fā)明的有益效果是，高空作業(yè)車(chē)智能控制器結(jié)合支腿伸出長(zhǎng)度傳感器， 工作臂長(zhǎng)度傳感器、工作臂升降角度傳感器、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)角傳感器、行程開(kāi)關(guān)、 比例閥等一系列電氣元件，使得高空作業(yè)車(chē)具有防翻車(chē)、防碰撞等作業(yè)限制、 工作平臺(tái)作業(yè)范圍自動(dòng)調(diào)整以及運(yùn)動(dòng)速度自動(dòng)緩沖等智能化功能，即使得高空 作業(yè)車(chē)作業(yè)范圍更大，操作更平穩(wěn)，更加安全及自動(dòng)化。


圖1是高空作業(yè)車(chē)智能控制器的結(jié)構(gòu)原理圖； 圖2是中央處理模塊的功能模塊圖； 圖3是中央處理模塊的功能流程圖； 圖4是工作臂動(dòng)作控制處理的模型圖；具體實(shí)施例下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明如圖1所示，高空作業(yè)車(chē)智能控制器包括中央處理模塊、開(kāi)關(guān)量輸入接口、模擬量輸入l接口、模擬量輸入2接口、輸入電路、ADC芯片、電源處理電路、 復(fù)位電路，輸出電路、CAN通信電路、RS232通信電路、RS485通信電路、LED、 場(chǎng)效應(yīng)管、繼電器、PWM接口，中央處理模塊分別與復(fù)位電路、模擬量輸入l 接口、 CAN通信電路、RS232通信電路、RS485通信電路連接，通過(guò)系統(tǒng)總線 分別與輸入電路、ADC芯片、輸出電路相連；輸入電路與開(kāi)關(guān)量輸入接口連接； ADC芯片與模擬量輸入2接口連接；輸出電路分別與LED、場(chǎng)效應(yīng)管、繼電器、 PWM接口連接。如圖2、 3所示，所述的中央處理模塊，包含控制信號(hào)輸入、控制信號(hào)輸出、 錯(cuò)誤診斷及處理模塊、工作臂動(dòng)作控制模塊、作業(yè)范圍計(jì)算及處理模塊、發(fā)動(dòng) 機(jī)處理模塊；其中工作臂動(dòng)作處理，包括操作優(yōu)先級(jí)處理、比例閥電流控制、 自動(dòng)收回處理、周速處理、速度緩沖處理及速度輸出；錯(cuò)誤診斷及處理貫穿所 有模塊。電源從汽車(chē)蓄電池經(jīng)由電源輸入部分引入控制器，為整個(gè)系統(tǒng)供電，通過(guò) 扼流圈后，經(jīng)過(guò)逆極性保護(hù)電路。此后，電源電路分成兩部分， 一部分經(jīng)過(guò)外 部電源輸出電路，為PWM模塊以及開(kāi)關(guān)量輸出模塊提供電能；另一部分經(jīng)過(guò)內(nèi) 部電源電路轉(zhuǎn)換成12V， 5V， 3.3V等電壓，向內(nèi)部器件供電。另外，添加系統(tǒng) 電壓監(jiān)測(cè)電路，通過(guò)軟硬件綜合處理，使得控制器在電源電壓出現(xiàn)20ms的電壓 跌落時(shí)正常工作，在500ms之內(nèi)的電壓跌落時(shí)，不出現(xiàn)誤動(dòng)作(但允許復(fù)位)。將該控制器安裝在具有工作臂長(zhǎng)度傳感器、工作臂升降角度傳感器、轉(zhuǎn)臺(tái) 回轉(zhuǎn)角度傳感器、支腿伸出長(zhǎng)度傳感器及接地檢測(cè)開(kāi)關(guān)、比例閥組、臂托架行程開(kāi)關(guān)、上部下部操作開(kāi)關(guān)及手柄等裝置的高空作業(yè)車(chē)。升降手柄、伸縮手柄、 回轉(zhuǎn)手柄分別連接控制器的模擬量輸入1接口，用于采集三個(gè)運(yùn)動(dòng)維度的速度 輸入值，工作臂長(zhǎng)度傳感器、工作臂升降角度傳感器、回轉(zhuǎn)角度傳感器的模擬
量信號(hào)分別輸入到控制器的模擬量輸入l接口，用于計(jì)算當(dāng)前的工作姿態(tài)；電 液比例閥與控制器的PWM接口連接，對(duì)整車(chē)的工作臂的旋轉(zhuǎn)、伸縮、升降動(dòng)作 的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)比例調(diào)速控制。發(fā)動(dòng)機(jī)啟停信號(hào)以及油門(mén)中高速信號(hào)與控制器的開(kāi) 關(guān)量輸出接口連接。四只支腿伸出長(zhǎng)度傳感器與控制器的模擬量輸入2接口連 接，用于計(jì)算支腿伸出長(zhǎng)度，最終確定工作臂被允許的作業(yè)范圍。高空作業(yè)車(chē) 上的各種諸如故障報(bào)警指示LED、作業(yè)范圍限制LED、發(fā)動(dòng)機(jī)控制與控制器的 開(kāi)關(guān)量輸出接口連接。
本發(fā)明在解決上述問(wèn)題中還包括一種作業(yè)平臺(tái)作業(yè)范圍的限制方法，包括 碰撞限制和失衡限制兩部分。碰撞限制主要是防止工作臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與車(chē)體 本身發(fā)生碰撞進(jìn)行的區(qū)域限制；失衡限制主要是防止工作臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程中造成的 車(chē)輛重心偏移進(jìn)而發(fā)生翻車(chē)危險(xiǎn)的限制處理。其中碰撞限制主要根據(jù)高空作業(yè) 車(chē)機(jī)械的情況，在整個(gè)工作臂回轉(zhuǎn)的360度之間，設(shè)定一些干涉區(qū)間及其允許 工作臂的動(dòng)作方向，當(dāng)工作臂回轉(zhuǎn)即將進(jìn)入干涉區(qū)間時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生碰撞限制， 不允許進(jìn)行某些動(dòng)作操作，以免發(fā)生碰撞。
如圖4所示，失衡限制主要根據(jù)高空作業(yè)車(chē)左右側(cè)支腿的伸出長(zhǎng)度，將左 右側(cè)直腿伸出狀態(tài)分別分為16個(gè)等級(jí)，依據(jù)左右側(cè)支腿的伸出位置將工作臂的 360°回轉(zhuǎn)區(qū)間分成六個(gè)區(qū)域前方、后方、左側(cè)前方、右側(cè)前方、左側(cè)后方、 右側(cè)后方，分別設(shè)置六個(gè)區(qū)域的模型限制半徑，檢測(cè)此時(shí)工作半徑是否超出模 型限制半徑，當(dāng)實(shí)際工作半徑未超出模型限制半徑，工作臂動(dòng)作不受限制，當(dāng)實(shí)際工作半徑超出模型限制半徑，會(huì)導(dǎo)致實(shí)際工作半徑增大的動(dòng)作和模型限制 半徑減小的動(dòng)作被禁止掉。其余方向不受影響。
在解決上述問(wèn)題中還包括工作平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的速度處理方法，將末端輸出控制、周 速處理、緩動(dòng)處理和比例閥電流控制處理結(jié)合，確定最終輸出速度。在行程末 端進(jìn)行了末端輸出控制。為了使得工作平臺(tái)在機(jī)械行程末端運(yùn)行平穩(wěn)，減小機(jī) 械撞擊，需要提前減速。
周速處理，由于工作平臺(tái)運(yùn)動(dòng)線速度還與工作臂此時(shí)的伸長(zhǎng)量和工作半徑 有關(guān)系，為減小工作平臺(tái)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中工作臂伸長(zhǎng)量和工作半徑變化對(duì)工作平臺(tái) 運(yùn)動(dòng)速度的影響，進(jìn)行線速度恒定處理。根據(jù)伸長(zhǎng)量和半徑對(duì)PWM速度值進(jìn)行 比例衰減或放大。緩動(dòng)處理，對(duì)于任何原因?qū)е碌妮敵鏊俣茸兓?，都不?huì)跳變， 而是采取漸變的緩沖過(guò)程。
以上的所述乃是本發(fā)明的具體實(shí)施例及所運(yùn)用的技術(shù)原理，若依本發(fā)明的 構(gòu)想所作的改變，其所產(chǎn)生的功能作用仍未超出說(shuō)明書(shū)及附圖所涵蓋的精神時(shí)， 仍應(yīng)屬本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種高空作業(yè)車(chē)智能控制器，其特征在于包括中央處理模塊、開(kāi)關(guān)量輸入接口、模擬量輸入1接口、模擬量輸入2接口、輸入電路、ADC芯片、電源處理電路、復(fù)位電路，輸出電路、CAN通信電路、RS232通信電路、RS485通信電路、LED、場(chǎng)效應(yīng)管、繼電器、PWM接口，中央處理模塊分別與復(fù)位電路、模擬量輸入1接口、CAN通信電路、RS232通信電路、RS485通信電路連接，通過(guò)系統(tǒng)總線分別與輸入電路、ADC芯片、輸出電路相連；輸入電路與開(kāi)關(guān)量輸入接口連接；ADC芯片與模擬量輸入2接口連接；輸出電路分別與LED、場(chǎng)效應(yīng)管、繼電器、PWM接口連接。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高空作業(yè)車(chē)智能控制器，其特征在于，所述的中央 處理模塊，包含控制信號(hào)輸入模塊、控制信號(hào)輸出模塊、錯(cuò)誤診斷及處理模塊、 工作臂動(dòng)作控制模塊、作業(yè)范圍計(jì)算及處理模塊、發(fā)動(dòng)機(jī)處理模塊；工作臂動(dòng) 作控制模塊包括操作優(yōu)先級(jí)處理、比例閥電流控制、自動(dòng)收回處理、周速處理、 速度緩沖處理及速度輸出。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高空作業(yè)車(chē)智能控制器，其特征在于，設(shè)計(jì)了具有開(kāi) 路檢測(cè)、短路保護(hù)功能的輸出電路。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的高空作業(yè)車(chē)智能控制器，其特征在于，設(shè)計(jì)了具 有逆極性保護(hù)、瞬態(tài)吸收、防電源電壓跌落以及電源電壓監(jiān)測(cè)功能的電源處理 電路。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高空作業(yè)車(chē)智能控制器的控制方法，包含以下處理方 法1)控制信號(hào)輸入；2)控制信號(hào)輸出；3)工作臂動(dòng)作控制處理；4)作業(yè) 范圍計(jì)算及處理；5)發(fā)動(dòng)機(jī)處理；6)錯(cuò)誤診斷及處理；其特征在于，工作臂 動(dòng)作控制處理分為碰撞限制和失衡限制兩部分，碰撞限制主要是防止工作臂在 運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與車(chē)體本身發(fā)生碰撞進(jìn)行的區(qū)域限制，包括以下處理過(guò)程1) 根據(jù)高空作業(yè)車(chē)機(jī)械結(jié)構(gòu)的情況，在整個(gè)工作臂回轉(zhuǎn)的360度之間，設(shè)定干 涉區(qū)間；2) 設(shè)定在此干涉區(qū)間允許工作臂的動(dòng)作方向；3) 當(dāng)工作臂回轉(zhuǎn)即將進(jìn)入干涉區(qū)間時(shí)，產(chǎn)生干涉限制，不允許進(jìn)行會(huì)發(fā)生碰撞 的動(dòng)作輸出；失衡限制主要是防止工作臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程中造成的車(chē)輛重心偏移進(jìn)而發(fā)生翻車(chē)危險(xiǎn) 的動(dòng)作限制處理，包括以下處理過(guò)程-.1) 根據(jù)高空作業(yè)車(chē)左右支腿的伸出長(zhǎng)度，將左右側(cè)支腿的伸出狀態(tài)分為16個(gè) 等級(jí)；2) 根據(jù)左右支腿的伸出位置將工作臂的360°回轉(zhuǎn)區(qū)間分成六個(gè)區(qū)域前方、 后方、左側(cè)前方、右側(cè)前方、左側(cè)后方、右側(cè)后方、后方；3) 分別設(shè)置六個(gè)區(qū)域的模型限制半徑；4) 檢測(cè)此時(shí)實(shí)際工作半徑是否超出模型限制半徑；5) 如果實(shí)際工作半徑未超出模型限制半徑，工作臂動(dòng)作不受限制；6) 如果實(shí)際工作半徑超出模型限制半徑，會(huì)導(dǎo)致實(shí)際工作半徑增大的動(dòng)作和模 型限制半徑減小的動(dòng)作被禁止掉。
6、根據(jù)要求要求5所述的高空作業(yè)車(chē)智能控制器的控制方法，其特征在于，還 包括工作平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的速度處理方法，將末端輸出控制、周速處理、緩動(dòng)處理和 比例閥電流控制處理結(jié)合，確定最終輸出速度。
全文摘要
一種高空作業(yè)車(chē)智能控制器，包括中央處理模塊、開(kāi)關(guān)量輸入接口、模擬量輸入1接口、模擬量輸入2接口、輸入電路、ADC芯片、電源處理電路、復(fù)位電路，輸出電路、CAN通信電路、RS232通信電路、RS485通信電路、LED、場(chǎng)效應(yīng)管、繼電器、PWM接口，中央處理模塊分別與復(fù)位電路、模擬量輸入1接口、CAN通信電路、RS232通信電路、RS485通信電路連接，通過(guò)系統(tǒng)總線分別與輸入電路、ADC芯片、輸出電路相連；輸入電路與開(kāi)關(guān)量輸入接口連接；ADC芯片與模擬量輸入2接口連接；輸出電路分別與LED、場(chǎng)效應(yīng)管、繼電器、PWM接口連接。本發(fā)明的有益效果高空作業(yè)車(chē)作業(yè)范圍更大，操作更平穩(wěn)，更加安全及自動(dòng)化。
文檔編號(hào)G05B19/04GK101615007SQ20091010073
公開(kāi)日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月20日
發(fā)明者全劍敏, 吳光榮, 於曉宇, 毛立武, 江傳尚, 汪曉波, 王建中, 鄒洪波, 齊國(guó)強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十二研究所;杭州園林機(jī)械廠