[发明专利]高空作业车操作平台轨迹控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及变幅伸缩臂高空作业设备领域，特别涉及高空作业车操作平台控制装置。

背景技术

高空作业车是用来运送工作人员和使用器材到指定高度进行作业的特种工程车辆，操作平台是作业车在空中承载工作人员和使用器材的装置。本发明应用对象为带伸缩机构的直臂高空作业车，其臂架由两端分别安装在转台和臂架上的油缸驱动变幅，臂架伸缩由油缸带动伸缩机构（如绳排、链轮等）实现。

高空作业车进行沿高层建筑墙壁上下擦洗玻璃或沿顶壁顺序安装物体时，或快速到达指定作业点时，为使操作平台按期望轨迹运动，操作者需不断操作变幅和伸缩手柄。对此典型“开环”运动控制方法，就要求操作者具有较高的操作技能。而且仅依靠操作者视觉，实现平台沿期望轨迹是非常困难并且很难复现。与之相反，本发明的“闭环”运动控制系统，利用安装在臂架上的长角传感器和油缸上的长度传感器检测，经控制器运算，实现操作平台精确的沿着拟定轨迹运动并可复现，例如沿着墙壁升降或顺着墙顶移动。

电子与液压技术在工程机械上的应用与发展，使得轨迹控制在多种工程设备中得以应用。目前在混凝土泵车、挖掘机、装载机、履带式起重机、动臂塔机、叉车等设备上已经出现能够实现按设定轨迹进行作业的控制系统并申请了诸多专利。

在高空车上，利用控制器，已经实现的运动控制有以下方面：

（1）利用工作平台水平传感器，进行平台的实时调平。

（2）利用臂架长角传感器，控制臂架伸缩和升降，使设备工作在安全作业区间内。同时控制器接收此传感器信号后，根据不同臂架工况，限制整车行走速度.

（3）利用转台水平传感器，检测整机倾斜角度，限定相应机构动作。

（4）利用平台载荷传感器，限定平台载荷不超过额定载荷，保证整机稳定性。

以上传感器属于高空车通常必需安装的设备。控制器接收传感器信号，根据编制的程序，做出相应控制指令。但上述运动控制局限于特定点或局部的限制性动作，本发明则实现了一种连续性轨迹控制。

以下内容为与本专利保护内容相类似专利和文献，但均存在明显区别并总结如下：

专利申请号为201110027467.1，名称为《一种高空作业平台的工作轨迹控制方法》中介绍了采用六个步骤实现一种高空作业平台的工作轨迹控制方法。该专利中介绍了选用的控制元器件及其使用功能。在专利算法中介绍了通过多种传感器采集信号，经控制器计算实际需求长度和角度。但存在以下技术问题：

（1）专利的控制算法公开不充分。该专利中虽给出了误差补偿概念，但在利用目标值与状态值的差值通过控制器，以PWM信号作用到比例阀上的具体补偿阐述上模糊不清。具体存在以下四个问题：一是，该专利中PWM信号作用到比例阀上，而比例阀是整个控制中的非线性环节，即比例阀的输出流量不会与控制电流PWM值成比例关系，所以仅通过实验测量出比例阀最大和最小电流，无论怎样调整PWM信号都不会得不到文中所述的控制要求，不能实现误差补偿，进而不能实现所述控制功能；二是，由工程控制理论可知，在此仅带有负反馈的典型阀控缸的位置控制一型系统中，当经三角函数运算后的信号作为输入命令，执行系统会产生稳态误差，无法实现误差的完全补偿；三是，在实现该专利阐述的理想垂直升降和水平伸缩运动中，没有回转角度参与运算。四是，该专利未明确给出回转角度与臂架角度和变幅角度数学运算关系。

（2）该专利实施时存在安全隐患。作为将人员举升高空作业的设备，保证操作人员安全是首要的。文中进行的水平回转动作，仅考虑工作臂回转、变幅和伸缩，而忽略了对载人的操作平台的回转控制。实施该专利描述的水平回转时，按照该专利所述仅实现了工作臂臂头的水平回转，而此运动中操作平台则与臂头的水平回转平面产生夹角，从而位于臂架末端的操作平台不会进行设计者期望的水平回转。此控制结果可能导致操作平台与临近的高空物体发生碰撞，不但造成设备损坏，甚至危害操作人员生命安全，造成安全事故。

（3）该专利缺乏所述动作控制要素的完整性。高空作业车臂架常为几节臂架搭接组合而成。因臂架自重、平台载荷作用以及臂架之间搭接间隙，臂架都会产生明显挠度变形。随着臂架长度增加，挠度变形会越显著，严重影响该专利阐述的位置控制效果。该专利中并未涉及挠度变形，也未提出解决办法。