專利名稱：一種高空作業(yè)平臺(tái)的工作軌跡控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高空作業(yè)平臺(tái)的控制方法，具體是一種高空作業(yè)平臺(tái)的工作軌跡控制方法，屬于高空作業(yè)平臺(tái)的工作軌跡控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模也在不斷地?cái)U(kuò)大，同時(shí)樓體清潔與維護(hù)的工作量將越來越大，對(duì)高空作業(yè)平臺(tái)的應(yīng)用也越來越廣泛，隨著高空作業(yè)車的廣泛應(yīng)用，如何提高其工作效率成為了研究的焦點(diǎn)，比較原始的高空作業(yè)平臺(tái)必須配有操作員或工作人員邊干活邊操作，影響了工作效率，而且耗費(fèi)了很多人力物力。為了提高高空作業(yè)平臺(tái)的工作效率，減少人工成本，高空作業(yè)平臺(tái)在得到不斷地改進(jìn)，使高空作業(yè)平臺(tái)能夠自動(dòng)運(yùn)行，工作人員只需站在工作平臺(tái)中工作就可以了，近幾年來很多高空作業(yè)平臺(tái)已經(jīng)開始使用垂直升降來實(shí)現(xiàn)智能控制，其實(shí)現(xiàn)方式為以變幅為主變量，伸縮為從變量，使整體運(yùn)行過程中幅度保持不變，但目前的這種高空作業(yè)平臺(tái)在整個(gè)運(yùn)行過程中沒有回轉(zhuǎn)動(dòng)作的參與，僅能實(shí)現(xiàn)在垂直方向上的動(dòng)作，而不能實(shí)現(xiàn)在水平方向上的動(dòng)作，繼而不能形成在整個(gè)工作面上的動(dòng)作，仍需人為調(diào)整高空作業(yè)平臺(tái)的水平位置，以完成整個(gè)工作面上的工作，如此便使得整體的工作效率依然不高。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種高空作業(yè)平臺(tái)的工作軌跡控制方法，集成了高空作業(yè)平臺(tái)在垂直方向和水平方向的動(dòng)作，在不增加成本的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了整個(gè)工作面上的運(yùn)動(dòng)，對(duì)高空作業(yè)平臺(tái)的控制實(shí)現(xiàn)了一大跨越。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種高空作業(yè)平臺(tái)的工作軌跡控制方法，具體步驟是(1)將工作臂停放在垂直于預(yù)設(shè)工作軌跡面的位置，當(dāng)進(jìn)入軌跡控制工作模式時(shí)， 通過數(shù)據(jù)記錄模塊記錄起始的臂長(zhǎng)、工作臂仰角和回轉(zhuǎn)角度值，并自動(dòng)計(jì)算出工作軌跡面的位置；(2)當(dāng)回轉(zhuǎn)動(dòng)作開始時(shí)，通過控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算和邏輯處理，自動(dòng)記錄臂長(zhǎng)、工作臂仰角和回轉(zhuǎn)角度；(3)通過長(zhǎng)度傳感器采集工作臂長(zhǎng)度信號(hào)值，角度傳感器采集工作臂仰角，回轉(zhuǎn)編碼器采集工作臂回轉(zhuǎn)角度值；(4)利用長(zhǎng)度傳感器、角度傳感器及編碼器的反饋值，通過數(shù)據(jù)采集模塊計(jì)算出實(shí)際臂長(zhǎng)、工作臂仰角和回轉(zhuǎn)角度值；(5)利用數(shù)據(jù)模塊中記錄的數(shù)據(jù)和采集模塊計(jì)算的數(shù)據(jù)，通過邏輯功能模塊運(yùn)用射影法和三角函數(shù)定理，在工作臂動(dòng)作過程中計(jì)算出任一回轉(zhuǎn)角度時(shí)，需要補(bǔ)償?shù)谋坶L(zhǎng)和工作臂仰角；(6)利用功能模塊中計(jì)算出的補(bǔ)償臂長(zhǎng)和工作臂仰角，通過電磁閥控制模塊控制伸縮和變幅的電磁閥應(yīng)該輸出的PWM值，實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)高空作業(yè)平臺(tái)工作軌跡的控制。本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)過程中，從整體上具備兩大模塊硬件模塊和軟件模塊，其作用如下硬件模塊包括長(zhǎng)度傳感器負(fù)責(zé)采集工作臂長(zhǎng)度信號(hào)值；控制器負(fù)責(zé)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算和邏輯處理；角度傳感器負(fù)責(zé)采集工作臂仰角；回轉(zhuǎn)編碼器負(fù)責(zé)采集工作臂回轉(zhuǎn)角度值。軟件模塊包括數(shù)據(jù)采集模塊利用長(zhǎng)度、角度傳感器及編碼器的反饋值，計(jì)算出實(shí)際臂長(zhǎng)、工作臂仰角和回轉(zhuǎn)角度值；數(shù)據(jù)記錄模塊記錄進(jìn)入軌跡控制工作模式時(shí)，起始的回轉(zhuǎn)角度值、工作臂仰角和臂長(zhǎng)，并計(jì)算出模擬墻的位置；邏輯功能模塊利用數(shù)據(jù)模塊中記錄的數(shù)據(jù)，運(yùn)用投影和三角函數(shù)定理，計(jì)算出任一回轉(zhuǎn)角度時(shí)，需要補(bǔ)償?shù)谋坶L(zhǎng)和工作臂仰角；電磁閥控制模塊通過功能模塊中計(jì)算出的補(bǔ)償臂長(zhǎng)和工作臂仰角，控制伸縮和變幅的電磁閥應(yīng)該輸出的PWM值，實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償，最終實(shí)現(xiàn)軌跡控制工作模式。本發(fā)明的有益效果是集成了高空作業(yè)平臺(tái)在垂直方向和水平方向的動(dòng)作，在不增加成本的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了整個(gè)工作面上的運(yùn)動(dòng)，對(duì)高空作業(yè)平臺(tái)的控制實(shí)現(xiàn)了一大跨越， 大大地減少了工作人員在操作過程中頻繁定位的麻煩，使整個(gè)工作過程更加流暢、安全、可靠，有效地減少了碰撞事故的發(fā)生。


圖1是本發(fā)明的工作軌跡面示意2是本發(fā)明的數(shù)學(xué)模型射影示意3是本發(fā)明的工作流程中a、工作軌跡面，b、工作軌跡，A、回轉(zhuǎn)中心，Bi、工作平臺(tái)水平運(yùn)行長(zhǎng)度，H、工作臂投影長(zhǎng)度，HI、工作平臺(tái)的高度，L、工作臂長(zhǎng)度，Li、工作臂實(shí)際長(zhǎng)度，L2、工作臂實(shí)際投影長(zhǎng)度，α、工作臂仰角，β、工作臂實(shí)際回轉(zhuǎn)角，Y、工作臂實(shí)際仰角。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。如圖1、圖2和圖3所示，一種高空作業(yè)平臺(tái)的工作軌跡控制方法，具體步驟是(1)將工作臂停放在垂直于預(yù)設(shè)工作軌跡面的位置，當(dāng)進(jìn)入軌跡控制工作模式時(shí)， 通過數(shù)據(jù)記錄模塊記錄起始的臂長(zhǎng)、工作臂仰角和回轉(zhuǎn)角度值，并自動(dòng)計(jì)算出工作軌跡面的位置；(2)當(dāng)回轉(zhuǎn)動(dòng)作開始時(shí)，通過控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算和邏輯處理，自動(dòng)記錄工作臂角度、長(zhǎng)度和回轉(zhuǎn)角度；(3)通過長(zhǎng)度傳感器采集工作臂長(zhǎng)度信號(hào)值，角度傳感器采集工作臂仰角，回轉(zhuǎn)編碼器采集工作臂回轉(zhuǎn)角度值；(4)利用長(zhǎng)度傳感器、角度傳感器及編碼器的反饋值，通過數(shù)據(jù)采集模塊計(jì)算出實(shí)際臂長(zhǎng)、工作臂仰角和回轉(zhuǎn)角度值；(5)利用數(shù)據(jù)模塊中記錄的數(shù)據(jù)和采集模塊計(jì)算的數(shù)據(jù)，通過邏輯功能模塊運(yùn)用射影法和三角函數(shù)定理，在工作臂動(dòng)作過程中計(jì)算出任一回轉(zhuǎn)角度時(shí)，需要補(bǔ)償?shù)谋坶L(zhǎng)和工作臂仰角；(6)利用功能模塊中計(jì)算出的補(bǔ)償臂長(zhǎng)和工作臂仰角，通過電磁閥控制模塊控制伸縮和變幅的電磁閥應(yīng)該輸出的PWM值，實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)高空作業(yè)平臺(tái)工作軌跡的控制。工作人員在實(shí)施本發(fā)明所述的工作軌跡控制方法時(shí)，應(yīng)熟悉車體結(jié)構(gòu)，弄清楚回轉(zhuǎn)中心到主臂鉸鏈處的垂直距離；熟悉車體各動(dòng)作的速度控制，測(cè)試該車各液壓閥的動(dòng)作最小電流和最大電流；建立數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出在預(yù)設(shè)墻面內(nèi)任意回轉(zhuǎn)角度對(duì)應(yīng)的理論臂長(zhǎng)和工作臂仰角；其中建立數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜，同時(shí)還要將車體的結(jié)構(gòu)參數(shù)準(zhǔn)確地運(yùn)用到數(shù)學(xué)模型中，這是運(yùn)行軌跡好壞的關(guān)鍵。如圖1所示，首先人為選定好墻面(即選定工作軌跡面，a為選定的工作軌跡面)， 然后將工作臂停放在垂直于墻面的位置，當(dāng)回轉(zhuǎn)開始動(dòng)作時(shí)，控制器自動(dòng)記錄下此時(shí)工作臂的長(zhǎng)度、工作臂仰角和回轉(zhuǎn)角，并且在工作臂運(yùn)動(dòng)的過程中自動(dòng)計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)墓ぷ鞅垩鼋呛捅坶L(zhǎng)值，在計(jì)算出上面的數(shù)據(jù)之后，還必須保證工作臂運(yùn)行的平穩(wěn)性，這樣就對(duì)高空作業(yè)車的工作臂回轉(zhuǎn)、變幅、伸縮這三個(gè)動(dòng)作運(yùn)動(dòng)要求比較高。(b為工作平臺(tái)的示例工作軌跡1 軌跡4)如圖2所示，(以其中一條工作軌跡在地面的投影為例)當(dāng)工作臂垂直于工作軌跡面a，以A點(diǎn)為回轉(zhuǎn)中心，計(jì)算任一回轉(zhuǎn)角度所需的工作臂仰角和臂長(zhǎng)是最重要的環(huán)節(jié)， 以它計(jì)算出各變量的目標(biāo)值，為工作軌跡控制方法提供可能。當(dāng)工作臂開始動(dòng)作時(shí)，工作臂的長(zhǎng)度L、工作臂仰角α以及回轉(zhuǎn)角度值，全部記錄在控制器中，利用空間幾何原理，根據(jù)運(yùn)行軌跡射影計(jì)算得出投影幅度H，并計(jì)算出工作平臺(tái)高度Η1，即工作臂初始工作位置相對(duì)于地面的投影計(jì)算值為H，工作平臺(tái)的高度計(jì)算值為Η1，這兩個(gè)值作為工作軌跡控制方法的基準(zhǔn)計(jì)算值。在工作臂運(yùn)行過程中，實(shí)際回轉(zhuǎn)角β和工作臂實(shí)際工作仰角Y都可以通過回轉(zhuǎn)編碼器和角度傳感器進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)要保證工作臂沿直線Bl運(yùn)行，必須計(jì)算出在任意一回轉(zhuǎn)角β時(shí)，所需的工作臂仰角和臂長(zhǎng)，根據(jù)與當(dāng)前的工作臂仰角和臂長(zhǎng)進(jìn)行比較，結(jié)合各比例閥的最大和最小速度使電磁閥控制模塊輸出合適的PWM值，控制高空作業(yè)車各比例閥來補(bǔ)償誤差仰角或臂長(zhǎng)。根據(jù)三角形余弦定理，可計(jì)算出在任一回轉(zhuǎn)角度時(shí)，所需要的工作臂仰角和工作臂長(zhǎng)度值，通過與當(dāng)前工作臂實(shí)際仰角和臂長(zhǎng)進(jìn)行比較，計(jì)算出在該回轉(zhuǎn)角度時(shí)需要的工作臂仰角和工作臂長(zhǎng)度補(bǔ)償值，控制高空作業(yè)車的各比例閥來補(bǔ)償誤差工作臂仰角或臂長(zhǎng)。當(dāng)工作平臺(tái)在墻面的一個(gè)高度完成作業(yè)以后(Li代表工作臂的實(shí)際位置長(zhǎng)度值)，可控制工作臂沿墻面垂直升降，即在工作臂下降的過程中，保證Ll的投影L2的長(zhǎng)度不變，此時(shí)需要根據(jù)工作臂仰角Y，利用三角形余弦定理，計(jì)算出此時(shí)工作臂需要的補(bǔ)償值，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)伸縮比例閥來進(jìn)行臂長(zhǎng)的補(bǔ)償。本發(fā)明集成了高空作業(yè)平臺(tái)在垂直方向和水平方向的動(dòng)作，在不增加成本的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了整個(gè)工作面上的運(yùn)動(dòng)，對(duì)高空作業(yè)平臺(tái)的控制實(shí)現(xiàn)了一大跨越，同時(shí)該功能還可以應(yīng)用于船廠等企業(yè)用作噴砂、噴漆或自動(dòng)焊機(jī)等領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1. 一種高空作業(yè)平臺(tái)的工作軌跡控制方法，其特征在于所述的工作軌跡控制方法的具體步驟是(1)將工作臂停放在垂直于預(yù)設(shè)工作軌跡面的位置，當(dāng)進(jìn)入軌跡控制工作模式時(shí)，通過數(shù)據(jù)記錄模塊記錄起始的臂長(zhǎng)、工作臂仰角和回轉(zhuǎn)角度值，并自動(dòng)計(jì)算出工作軌跡面的位置；(2)當(dāng)回轉(zhuǎn)動(dòng)作開始時(shí)，通過控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算和邏輯處理，自動(dòng)記錄臂長(zhǎng)、工作臂仰角和回轉(zhuǎn)角度；(3)通過長(zhǎng)度傳感器采集工作臂長(zhǎng)度值，角度傳感器采集工作臂仰角值，回轉(zhuǎn)編碼器采集工作臂回轉(zhuǎn)角度值；(4)利用長(zhǎng)度傳感器、角度傳感器及編碼器的反饋值，通過數(shù)據(jù)采集模塊計(jì)算出實(shí)際臂長(zhǎng)、工作臂仰角和回轉(zhuǎn)角度值；(5)利用數(shù)據(jù)模塊中記錄的數(shù)據(jù)和采集模塊計(jì)算的數(shù)據(jù)，通過邏輯功能模塊運(yùn)用射影法和三角函數(shù)定理，在工作臂動(dòng)作過程中計(jì)算出任一回轉(zhuǎn)角度時(shí)，需要補(bǔ)償?shù)谋坶L(zhǎng)和工作臂仰角；(6)利用功能模塊中計(jì)算出的補(bǔ)償臂長(zhǎng)和工作臂仰角，通過電磁閥控制模塊控制伸縮和變幅的電磁閥應(yīng)該輸出的PWM值，實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)高空作業(yè)平臺(tái)工作軌跡的控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高空作業(yè)平臺(tái)的工作軌跡控制方法，屬于高空作業(yè)平臺(tái)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體步驟是(1)預(yù)設(shè)工作面，工作臂垂直停放于工作面，記錄起始臂長(zhǎng)、工作臂仰角和回轉(zhuǎn)角，計(jì)算工作面位置；(2)進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算和邏輯處理，讀取臂長(zhǎng)、工作臂仰角和回轉(zhuǎn)角；(3)采集臂長(zhǎng)、工作臂仰角和回轉(zhuǎn)角；(4)計(jì)算實(shí)際需要的臂長(zhǎng)、工作臂仰角和回轉(zhuǎn)角；(5)計(jì)算任一回轉(zhuǎn)角時(shí)需要補(bǔ)償?shù)谋坶L(zhǎng)和工作臂仰角；(6)控制伸縮和變幅的電磁閥輸出的PWM值，實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償；有益效果是實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作面上的運(yùn)動(dòng)，減少在操作過程中頻繁定位的麻煩，工作過程更加流暢、安全、可靠，減少碰撞事故的發(fā)生。
文檔編號(hào)G05D3/00GK102183963SQ20111002746
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者何光義, 張偉, 楊玉杰, 譚龍玉 申請(qǐng)人:徐州赫思曼電子有限公司