CN101615007A - 一种高空作业车智能控制器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种高空作业车智能控制器，包括中央处理模块、开关量输入接口、模拟量输入1接口、模拟量输入2接口、输入电路、ADC芯片、电源处理电路、复位电路，输出电路、CAN通信电路、RS232通信电路、RS485通信电路、LED、场效应管、继电器、PWM接口，中央处理模块分别与复位电路、模拟量输入1接口、CAN通信电路、RS232通信电路、RS485通信电路连接，通过***总线分别与输入电路、ADC芯片、输出电路相连；输入电路与开关量输入接口连接；ADC芯片与模拟量输入2接口连接；输出电路分别与LED、场效应管、继电器、PWM接口连接。本发明的有益效果：高空作业车作业范围更大，操作更平稳，更加安全及自动化。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能控制器及其控制方法，尤其是指一种高空作业车智能控制器及其控制方法。
背景技术
针对电力、路灯、市政、园林、通信、机场、造(修)船、交通、广告、摄影等高空作业领域，需要一种机动性能好，道路占用面积小，作业范围大，动作平稳灵活的伸缩臂式高空作业车。该车型主要由三个部分组成：底架(base)、提升机构(lifting mechanism)和作业平台(platform)组成。底架上一般还装配有可以水平伸缩的支腿(outrigger)。整车机构一般次采用液压动力驱动。传统的高空作业车没有采取智能控制器进行控制操作，通常需要将水平伸缩支腿全部伸出，再进行提升机构的操作。为确保车辆稳定性，车型体积大，重量重，作业时道路占用面积大，作业范围小，动作平稳性差。本发明涉及的控制器主要应用于该类伸缩臂式高空作业车。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足之处，提供一种高空作业车智能控制器及其控制方法，能够自动化高效控制高空作业车，在不同的的道路作业环境下，使得应用该控制器的高空作业车的作业范围更大，工作平台运行更加平稳，安全性更高。
本发明是通过以下技术方案达到上述目的：一种高空作业车智能控制器，包括中央处理模块、开关量输入接口、模拟量输入1接口、模拟量输入2接口、输入电路、ADC芯片、电源处理电路、复位电路，输出电路、CAN通信电路、RS232通信电路、RS485通信电路、LED、场效应管、继电器、PWM接口，中央处理模块分别与复位电路、模拟量输入1接口、CAN通信电路、RS232通信电路、RS485通信电路连接，通过***总线分别与输入电路、ADC芯片、输出电路相连；输入电路与开关量输入接口连接；ADC芯片与模拟量输入2接口连接；输出电路分别与LED、场效应管、继电器、PWM接口连接。
作为优选，所述的中央处理模块，包含控制信号输入模块、控制信号输出模块、错误诊断及处理模块、工作臂动作控制模块、作业范围计算及处理模块、发动机处理模块；其中工作臂动作控制模块，包括操作优先级处理、比例阀电流控制处理、自动收回控制处理、周速处理、速度缓冲处理及速度输出。
作为优选，设计了具有开路检测、短路保护功能的输出电路。
作为优选，设计了具有逆极性保护、瞬态吸收、防电源电压跌落以及电源电压监测功能的电源处理电路。
所述的高空作业车智能控制器的控制方法，包含以下处理方法：
1)控制信号输入；2)控制信号输出；3)工作臂动作控制处理；4)作业范围计算及处理；5)发动机处理；6)错误诊断及处理；
工作臂动作控制分为碰撞限制和失衡限制两部分，碰撞限制主要是防止工作臂在运动过程中与车体本身发生碰撞进行的区域限制，包括以下处理过程：
1)根据高空作业车机械结构的情况，在整个工作臂回转的360度之间，设定干涉区间；
2)设定在此干涉区间允许工作臂的动作方向
3)当工作臂回转即将进入干涉区间时，产生干涉限制，不允许进行会发生碰撞的动作输出；
失衡限制主要是防止工作臂运动过程中造成的车辆重心偏移进而发生翻车危险的动作限制处理，包括以下处理过程：
1)根据高空作业车左右侧支腿的伸出长度，将左右侧支腿伸出状态分别分为16个等级；
2)依据左右侧支腿的伸出位置将工作臂的360°回转区间分成六个区域：前方、后方、左侧前方、右侧前方、左侧后方、右侧后方；
3)分别设置六个区域的模型限制半径；
4)检测此时工作半径是否超出模型限制半径；
5)如果实际工作半径未超出模型限制半径，工作臂动作不受限制；
6)如果实际工作半径超出模型限制半径，会导致实际工作半径增大的动作和模型限制半径减小的动作被禁止掉。
作为优选，还包括工作平台运动的速度处理方法，将末端输出控制、周速处理、缓动处理和比例阀电流控制处理结合，确定最终输出速度。
本发明的有益效果是，高空作业车智能控制器结合支腿伸出长度传感器，工作臂长度传感器、工作臂升降角度传感器、转台回转角传感器、行程开关、比例阀等一系列电气元件，使得高空作业车具有防翻车、防碰撞等作业限制、工作平台作业范围自动调整以及运动速度自动缓冲等智能化功能，即使得高空作业车作业范围更大，操作更平稳，更加安全及自动化。
附图说明
图1是高空作业车智能控制器的结构原理图；
图2是中央处理模块的功能模块图；
图3是中央处理模块的功能流程图；
图4是工作臂动作控制处理的模型图；
具体实施例
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
如图1所示，高空作业车智能控制器包括中央处理模块、开关量输入接口、模拟量输入1接口、模拟量输入2接口、输入电路、ADC芯片、电源处理电路、复位电路，输出电路、CAN通信电路、RS232通信电路、RS485通信电路、LED、场效应管、继电器、PWM接口，中央处理模块分别与复位电路、模拟量输入1接口、CAN通信电路、RS232通信电路、RS485通信电路连接，通过***总线分别与输入电路、ADC芯片、输出电路相连；输入电路与开关量输入接口连接；ADC芯片与模拟量输入2接口连接；输出电路分别与LED、场效应管、继电器、PWM接口连接。
如图2、3所示，所述的中央处理模块，包含控制信号输入、控制信号输出、错误诊断及处理模块、工作臂动作控制模块、作业范围计算及处理模块、发动机处理模块；其中工作臂动作处理，包括操作优先级处理、比例阀电流控制、自动收回处理、周速处理、速度缓冲处理及速度输出；错误诊断及处理贯穿所有模块。
电源从汽车蓄电池经由电源输入部分引入控制器，为整个***供电，通过扼流圈后，经过逆极性保护电路。此后，电源电路分成两部分，一部分经过外部电源输出电路，为PWM模块以及开关量输出模块提供电能；另一部分经过内部电源电路转换成12V，5V，3.3V等电压，向内部器件供电。另外，添加***电压监测电路，通过软硬件综合处理，使得控制器在电源电压出现20ms的电压跌落时正常工作，在500ms之内的电压跌落时，不出现误动作(但允许复位)。
将该控制器安装在具有工作臂长度传感器、工作臂升降角度传感器、转台回转角度传感器、支腿伸出长度传感器及接地检测开关、比例阀组、臂托架行程开关、上部下部操作开关及手柄等装置的高空作业车。升降手柄、伸缩手柄、回转手柄分别连接控制器的模拟量输入1接口，用于采集三个运动维度的速度输入值，工作臂长度传感器、工作臂升降角度传感器、回转角度传感器的模拟量信号分别输入到控制器的模拟量输入1接口，用于计算当前的工作姿态；电液比例阀与控制器的PWM接口连接，对整车的工作臂的旋转、伸缩、升降动作的机构实现比例调速控制。发动机启停信号以及油门中高速信号与控制器的开关量输出接口连接。四只支腿伸出长度传感器与控制器的模拟量输入2接口连接，用于计算支腿伸出长度，最终确定工作臂被允许的作业范围。高空作业车上的各种诸如故障报警指示LED、作业范围限制LED、发动机控制与控制器的开关量输出接口连接。
本发明在解决上述问题中还包括一种作业平台作业范围的限制方法，包括碰撞限制和失衡限制两部分。碰撞限制主要是防止工作臂在运动过程中与车体本身发生碰撞进行的区域限制；失衡限制主要是防止工作臂运动过程中造成的车辆重心偏移进而发生翻车危险的限制处理。其中碰撞限制主要根据高空作业车机械的情况，在整个工作臂回转的360度之间，设定一些干涉区间及其允许工作臂的动作方向，当工作臂回转即将进入干涉区间时，就会产生碰撞限制，不允许进行某些动作操作，以免发生碰撞。
如图4所示，失衡限制主要根据高空作业车左右侧支腿的伸出长度，将左右侧直腿伸出状态分别分为16个等级，依据左右侧支腿的伸出位置将工作臂的360°回转区间分成六个区域：前方、后方、左侧前方、右侧前方、左侧后方、右侧后方，分别设置六个区域的模型限制半径，检测此时工作半径是否超出模型限制半径，当实际工作半径未超出模型限制半径，工作臂动作不受限制，当实际工作半径超出模型限制半径，会导致实际工作半径增大的动作和模型限制半径减小的动作被禁止掉。其余方向不受影响。
在解决上述问题中还包括工作平台运动的速度处理方法，将末端输出控制、周速处理、缓动处理和比例阀电流控制处理结合，确定最终输出速度。在行程末端进行了末端输出控制。为了使得工作平台在机械行程末端运行平稳，减小机械撞击，需要提前减速。
周速处理，由于工作平台运动线速度还与工作臂此时的伸长量和工作半径有关系，为减小工作平台运动过程中工作臂伸长量和工作半径变化对工作平台运动速度的影响，进行线速度恒定处理。根据伸长量和半径对PWM速度值进行比例衰减或放大。缓动处理，对于任何原因导致的输出速度变化，都不会跳变，而是采取渐变的缓冲过程。
以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。
Claims (6)
1、一种高空作业车智能控制器，其特征在于包括中央处理模块、开关量输入接口、模拟量输入1接口、模拟量输入2接口、输入电路、ADC芯片、电源处理电路、复位电路，输出电路、CAN通信电路、RS232通信电路、RS485通信电路、LED、场效应管、继电器、PWM接口，中央处理模块分别与复位电路、模拟量输入1接口、CAN通信电路、RS232通信电路、RS485通信电路连接，通过***总线分别与输入电路、ADC芯片、输出电路相连；输入电路与开关量输入接口连接；ADC芯片与模拟量输入2接口连接；输出电路分别与LED、场效应管、继电器、PWM接口连接。
2、根据权利要求1所述的高空作业车智能控制器，其特征在于，所述的中央处理模块，包含控制信号输入模块、控制信号输出模块、错误诊断及处理模块、工作臂动作控制模块、作业范围计算及处理模块、发动机处理模块；工作臂动作控制模块包括操作优先级处理、比例阀电流控制、自动收回处理、周速处理、速度缓冲处理及速度输出。
3、根据权利要求1所述的高空作业车智能控制器，其特征在于，设计了具有开路检测、短路保护功能的输出电路。
4、根据权利要求1或3所述的高空作业车智能控制器，其特征在于，设计了具有逆极性保护、瞬态吸收、防电源电压跌落以及电源电压监测功能的电源处理电路。
5、根据权利要求1所述的高空作业车智能控制器的控制方法，包含以下处理方法：1)控制信号输入；2)控制信号输出；3)工作臂动作控制处理；4)作业范围计算及处理；5)发动机处理；6)错误诊断及处理；其特征在于，工作臂动作控制处理分为碰撞限制和失衡限制两部分，碰撞限制主要是防止工作臂在运动过程中与车体本身发生碰撞进行的区域限制，包括以下处理过程：
1)根据高空作业车机械结构的情况，在整个工作臂回转的360度之间，设定干涉区间；
2)设定在此干涉区间允许工作臂的动作方向；
3)当工作臂回转即将进入干涉区间时，产生干涉限制，不允许进行会发生碰撞的动作输出；
失衡限制主要是防止工作臂运动过程中造成的车辆重心偏移进而发生翻车危险的动作限制处理，包括以下处理过程：
1)根据高空作业车左右支腿的伸出长度，将左右侧支腿的伸出状态分为16个等级；
2)根据左右支腿的伸出位置将工作臂的360°回转区间分成六个区域：前方、后方、左侧前方、右侧前方、左侧后方、右侧后方、后方；
3)分别设置六个区域的模型限制半径；
4)检测此时实际工作半径是否超出模型限制半径；
5)如果实际工作半径未超出模型限制半径，工作臂动作不受限制；
6)如果实际工作半径超出模型限制半径，会导致实际工作半径增大的动作和模型限制半径减小的动作被禁止掉。
6、根据要求要求5所述的高空作业车智能控制器的控制方法，其特征在于，还包括工作平台运动的速度处理方法，将末端输出控制、周速处理、缓动处理和比例阀电流控制处理结合，确定最终输出速度。
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