一种臂架系统的分区间控制方法、系统及臂架设备与流程

本发明涉及建筑工程机械设备领域，更具体而言，涉及一种臂架系统的分区间控制方法、系统及臂架设备。

背景技术：

目前，现有的多折叠臂设备的稳定控制方法都是先实时检测臂架的工作姿态，并实时计算整车的重心位置，并判断整车重心是否在支撑范围内的安全区域，如果因臂架的活动使整车的重心超出安全区域，控制器将控制臂架向安全方向运动。以上控制方式属于事后控制，不能时刻保证多折叠臂设备处于安全工作状态，有意外倾覆的风险，而且多折叠臂设备的所有臂架均需安装姿态检测装置，增大了出错概率，还需要控制系统时刻计算整车的重心，并根据重心及支腿的支撑情况，计算臂架系统是否位于安全区域内，控制系统的运算量大，对控制系统的稳定性及所有传感器的可靠性的要求高，容易出错。

同时，臂架系统需要频繁地旋转，在臂架伸缩长度一定的情况下，臂架系统的选择也引起整车重心的变化，因此控制系统需要时刻计算整车的重心，并根据重心及各方位的支撑情况，计算臂架系统是否位于安全区域内，运算量大，出错率高。

因此，提出一种运算量少，能时刻保证多折叠臂设备处于安全工作状态的控制方法就显得十分必要。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于，提供一种臂架系统的分区间控制方法、系统及臂架设备，以减少现有臂架设备控制系统的计算量和/或提高臂架系统的安全性。

一方面，本发明提供了一种臂架系统的分区间控制方法，用于控制由多个支腿支撑的臂架系统，所述臂架系统包括多个臂节，包括以下步骤：

步骤102：根据各个支腿的实际支撑状态，将臂架系统的活动范围划分为多个支撑区间，并确定当所述臂架系统位于该支撑区间时，所述臂架系统的各臂节的允许活动范围；

步骤104：检测臂架系统的回转角度以及各臂节的角度和/或伸缩长度；

步骤106：控制各臂节位于每一支撑区间时在允许活动范围内运动，当所述臂架系统从一个支撑区间回转至另一支撑区间时，根据检测的各臂节的角度和/或伸缩长度判断各臂节是否位于另一支撑区间允许的允许活动范围内，并据此控制臂架系统的回转。

作为上述分区间控制方法在一方面的改进，优选地，在步骤102中，各臂节的允许活动范围包括所述臂架系统的至少一个臂节的重心变化范围或/和各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，在步骤106中，根据检测的各臂节的角度和/或伸缩长度计算选定的至少一个臂节的重心变化是否位于另一支撑区间的重心变化范围内，或/和比较检测的各臂节的角度或伸缩长度是否位于另一支撑区间允许的变幅角度或伸缩长度范围内。

作为上述分区间控制方法在一方面的改进，优选地，所述臂架系统包括依次连接的第1臂节、第2臂节、……、第N臂节，N为大于1的整数，在步骤102中，各臂节的允许活动范围包括各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，计算第1臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围时，假定第2臂节、……、第N臂节位于水平状态或最大伸出状态；计算第2臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围时，假定第3臂节、……、第N臂节位于水平状态或最大伸出状态；……；计算第N-1臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围时，假定第N臂节位于水平状态或最大伸出状态。

作为上述分区间控制方法在一方面的改进，优选地，在步骤106中，依次限制第1臂节、第2臂节、……、第N臂节在允许的变幅角度或伸缩长度范围内运动。

作为上述分区间控制方法在一方面的改进，优选地，所述臂架设备包括4个支腿，以4个支腿的支撑点至所述臂架系统的回转中心的连线为分界线，将臂架系统的回转角度范围划分为4个支撑区间。

作为上述分区间控制方法在一方面的改进，优选地，相邻两支撑区间的分界线为支撑线，在步骤102中，在支撑线的至少一侧的支撑区间范围内设置安全裕量区间，当所述臂架系统位于安全裕量区间时，选取相邻两支撑区间中各臂节较小的允许活动范围。

作为上述分区间控制方法在一方面的改进，优选地，在步骤102中，在支撑线两侧的支撑区间范围内设置安全裕量区间，所述安全裕量区间是以臂架回转中心为中心、以支撑线为其中一边的扇形区域。

本发明提供的臂架系统的分区间控制方法，通过步骤102，可以根据各个支腿的实际支撑状态，预先计算确定臂架系统在不同的回转角度下，臂架系统的各臂节允许活动范围，可以理解，在各个支腿的支撑状态确定后，其支撑能力也确定，先确定各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，在臂架系统的各臂节动作时，不需要时刻计算整车的重心，只需要比较臂架各臂节的变幅角度或伸缩长度是否位于各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，同时可以控制各臂节的活动范围不超出允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，因此，将现有的事后控制变成了事前控制，可以提高设备的安全性，降低倾翻风险，同时，减少了臂架系统控制过程中的计算量，可靠性和实时性得到提高，控制出错率降低。

同时，通过步骤104、步骤106，可以通过角度传感器、拉线传感器等检测装置检测各臂节的变幅角度或伸缩长度，并控制各臂节在允许的变幅角度范围或伸缩长度范围内运动，控制更简单。

另外，当各臂节从一个支撑区间回转至另一支撑区间时，通过比较检测的各臂节的角度和/或伸缩长度判断各臂节是否位于另一支撑区间允许的允许活动范围内，可以保证臂架系统从一个支撑区间回转至另外一个支撑区间时的安全性。

另一方面，本发明还提出了一种臂架控制系统，用于控制由多个支腿支撑的臂架系统，所述臂架系统包括多个臂节，包括：

支腿位置检测装置，用于检测各个支腿的伸出长度或/和摆动角度；

臂架位置检测装置，用于直接或间接检测各个臂节的俯仰角度或相邻两臂节之间的夹角或相邻两臂节的伸缩长度；

臂架回转检测装置，用于检测所述臂架系统的回转角度；

执行驱动机构，与所述臂架系统连接，用于驱动所述臂架系统回转以及用于驱动所述臂架系统的各臂节变幅或伸缩动作；

控制器，与所述支腿位置检测装置、臂架位置检测装置、臂架回转检测装置及执行驱动机构连接，用于根据所述支腿位置检测装置检测到的各个支腿的实际的伸出长度或/和摆动角度，将臂架系统的活动范围划分为多个支撑区间，并确定当所述臂架系统位于该支撑区间时，所述臂架系统的各臂节的允许活动范围，并用于根据臂架位置检测装置、臂架回转检测装置检测的数据，通过执行驱动机构控制所述臂架系统的各臂节的运动，且用于当所述臂架系统从一个支撑区间回转至另一支撑区间时，根据臂架位置检测装置检测的各臂节的角度和/或伸缩长度判断各臂节是否位于另一支撑区间允许的允许活动范围内，并据此控制臂架系统的回转。

作为上述臂架控制系统在一方面的改进，优选地，所述臂架系统包括依次连接的第1臂节、第2臂节、……、第N臂节，N为大于1的整数，所述臂架系统的允许活动范围为各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；控制器控制所述臂架系统的运动时，依次限制第1臂节、第2臂节、……、第N臂节在允许的变幅角度或伸缩长度范围内运动；所述控制器还用于在相邻两支撑区间的分界线的至少一侧的支撑区间范围内设置安全裕量区间，当所述臂架系统位于安全裕量区间时，选取相邻两支撑区间中各臂节较小的允许活动范围。

本发明的臂架控制系统，控制器可以根据各个支腿的实际支撑状态，预先计算确定臂架系统在不同的回转角度下，臂架系统的各臂节允许活动范围，可以理解，在各个支腿的支撑状态确定后，其支撑能力也确定，先确定各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，在臂架系统的各臂节动作时，不需要时刻计算整车的重心，只需要比较臂架各臂节的变幅角度或伸缩长度是否位于各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，同时可以控制各臂节的活动范围不超出允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，因此，将现有的事后控制变成了事前控制，可以提高设备的安全性，降低倾翻风险，同时，减少了臂架系统控制过程中的计算量，可靠性和实时性得到提高，控制出错率降低。

同时，控制器还可以通过角度传感器、拉线传感器等检测装置检测各臂节的变幅角度或伸缩长度，并控制各臂节在允许的变幅角度范围或伸缩长度范围内运动，控制更简单。

另外，当各臂节从一个支撑区间回转至另一支撑区间时，控制器通过比较检测的各臂节的角度和/或伸缩长度判断各臂节是否位于另一支撑区间允许的允许活动范围内，可以保证臂架系统从一个支撑区间回转至另外一个支撑区间时的安全性。

再一方面，本发明还提出了一种臂架设备，包括上述任一种臂架控制系统。

对应地，该臂架设备也具有前述臂架控制系统的优点。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例提供一种支腿形式的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种臂架系统的分区间控制方法的示意图；

图3为本发明实施例提供一种支撑区间的划分方式示意图；

图4为本发明实施例提供一种安全裕量区间的划分方式示意图；

图5为本发明一种臂架控制系统的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

臂架系统是臂架设备的关键部件，如图1所示，通常，臂架设备的臂架系统通过机架1与多个支腿连接，O点为臂架系统的回转中心，支腿通常包括4个支腿，有伸缩支腿、摆动支腿、摆动伸缩支腿等支腿形式，图1中的支腿包括前方的两个伸缩支腿(左前支腿2、右前支腿3)以及后方的两个摆动支腿(左后支腿4、右后支腿5)，其最大支撑范围为最外侧虚线所示，其它类型的支腿可以类似处理。

请参考图2，本发明提供的一种臂架系统的分区间控制方法，用于控制由多个支腿支撑的臂架系统，臂架系统包括多个臂节，包括以下步骤：

步骤102：根据各个支腿的实际支撑状态，将臂架系统的活动范围划分为多个支撑区间，并确定当臂架系统位于该支撑区间时，臂架系统的各臂节的允许活动范围；如图3所示，为简化模型，以4个支腿的支撑点a、b、c、d至臂架系统的回转中心O的连线为分界线，将臂架系统的回转角度范围划分为4个支撑区间(右侧的θyx、前侧的θqx、左侧的θzx、后侧的θhx)，支撑区间的数量根据需要，还可以为2个、6个、8个、16个等等，当然还可以为3个、5个等，支撑区间越多，支撑控制越准确，但是控制计算和控制的难度提高，通过将臂架系统的回转角度范围划分为多个支撑区间，可以根据各个支腿的实际支撑状态计算各臂节在不同的支撑区间下，臂架系统的各臂节的允许活动范围，这样简化了计算，当臂架系统位于某一支撑区间时，作为一种情况看待，即，臂架系统的各臂节的允许活动范围是相同的。

步骤104：检测臂架系统的回转角度以及各臂节的角度和/或伸缩长度；

步骤106：控制各臂节位于每一支撑区间时在允许活动范围内运动，当臂架系统从一个支撑区间回转至另一支撑区间时，根据检测的各臂节的角度和/或伸缩长度判断各臂节是否位于另一支撑区间允许的允许活动范围内，并据此控制臂架系统的回转。

本实施例中，通过步骤102，可以根据各个支腿的实际支撑状态，预先计算确定臂架系统在不同的回转角度下，臂架系统的各臂节允许活动范围，可以理解，在各个支腿的支撑状态确定后，其支撑能力也确定，先确定各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，在臂架系统的各臂节动作时，不需要时刻计算整车的重心，只需要比较臂架各臂节的变幅角度或伸缩长度是否位于各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，同时可以控制各臂节的活动范围不超出允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，因此，将现有的事后控制变成了事前控制，可以提高设备的安全性，降低倾翻风险，同时，减少了臂架系统控制过程中的计算量，可靠性和实时性得到提高，控制出错率降低。

同时，通过步骤104、步骤106，可以通过角度传感器、拉线传感器等检测装置检测各臂节的变幅角度或伸缩长度，并控制各臂节在允许的变幅角度范围或伸缩长度范围内运动，控制更简单。控制各臂节的动作时，可以参考现有技术，具体地，可以通过臂架俯仰控制阀和臂架回转控制阀，控制各臂节的俯仰运动和臂架系统整体的回转运动。

另外，当各臂节从一个支撑区间回转至另一支撑区间时，通过比较检测的各臂节的角度和/或伸缩长度判断各臂节是否位于另一支撑区间允许的允许活动范围内，可以保证臂架系统从一个支撑区间回转至另外一个支撑区间时的安全性。

上述臂架系统的分区间控制方法中，臂架系统的各臂节的允许活动范围可以作广义的解释，比如各臂节的变幅角度、伸缩长度，各臂节的重心变化范围，或者，部分臂节的重心变化范围，甚至所有臂架的重心变化范围，具体地，在步骤102中，各臂节的允许活动范围包括臂架系统的至少一个臂节的重心变化范围(如第1臂节的重心变化范围，第1、第2臂节的重心变化范围等)或/和各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围(如第1臂节允许的变幅角度范围，第1、第2臂节允许的变幅角度范围等)，在步骤106中，根据检测的各臂节的角度和/或伸缩长度计算选定的至少一个臂节的重心变化是否位于另一支撑区间的重心变化范围内，或/和比较检测的各臂节的角度或伸缩长度是否位于另一支撑区间允许的变幅角度或伸缩长度范围内。当臂架系统的允许活动范围为臂架系统的至少一个臂节的重心变化范围时，在控制臂架系统的动作时，只需要比较选定的至少一个臂节的重心是否位于允许的变化范围内，不需计算整车重心，更不需要根据重心和支撑情况计算臂架系统的动作是否安全，因此，计算量大幅度减少。当臂架系统的允许活动范围为各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，只需要限制各个臂节在允许的变幅角度范围或伸缩长度范围内动作即可。

通常，臂架系统包括依次连接的第1臂节、第2臂节、……、第N臂节，N为大于1的整数，在计算臂架系统各臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围时，为保证安全性，假定其它臂节位于稳定性最不利的点(通常，折叠臂架在水平位置对稳定性最不利，竖直位置对稳定性最有利，伸缩臂架在最大伸出长度时对稳定性最不利，最大缩回长度时，对稳定性最有利)，具体地，在步骤102中，各臂节的允许活动范围包括各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，计算第1臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围时，假定第2臂节、……、第N臂节位于水平状态或最大伸出状态；计算第2臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围时，假定第3臂节、……、第N臂节位于水平状态或最大伸出状态；……；计算第N-1臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围时，假定第N臂节位于水平状态或最大伸出状态。算各臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围时，依次计算第1-N臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围，若第i臂节(如第3臂节)的动作无限制时，可以不需要计算第i+1臂节。

上述方案中，优选地，在步骤106中，依次限制第1臂节、第2臂节、……、第N臂节在允许的变幅角度或伸缩长度范围内运动。即，当第1臂节位于稳定性最优的点(竖直状态)，仍然不能满足整车的稳定性要求时，再限制第2臂节的变幅角度，当第1臂节、第2臂节均位于稳定性最优的点(竖直状态)，仍然不能满足整车的稳定性要求时，再限制第3臂节的变幅角度，依次类推，反之，当第1臂节不需要位于稳定性最优的点(竖直状态)，就能够满足整车的稳定性要求时，无需限制第2-N臂节的变幅角度，当第i臂节无限制时，也不需要对第i+1臂节进行限制。通过该方案，有效的对臂架系统进行事前控制。

为进一步提高臂架系统在支撑区间过渡时的安全性，如图4所述，上述臂架系统的分区间控制方法中，优选地，相邻两支撑区间的分界线为支撑线，在步骤102中，在支撑线的至少一侧的支撑区间范围内设置安全裕量区间(δyqx、δyhx、δzqx、δzhx)，设置安全裕量区间后，将臂架系统的活动范围划分为8个区间，其中4个支撑区间(δyx、δhx、δzx、δqx)、4个安全裕量区间(δyqx、δyhx、δzqx、δzhx)，当臂架系统位于安全裕量区间时，选取相邻两支撑区间中各臂节较小的允许活动范围。通过设置安全裕量区间，当臂架系统从一个支撑区间经过安全裕量区间回转至另一支撑区间时，具有较长的响应时间，可以避免臂架系统在支撑区间快速过渡时，可能发生的不安全因素。

安全裕量区间的设置方法有多种，可以设置于支撑线一侧，可以设置于支撑线的两侧，宽度根据控制要求选择，具体地，在步骤102中，在支撑线两侧的支撑区间范围内设置安全裕量区间，安全裕量区间是以臂架回转中心为中心、以支撑线为其中一边的扇形区域，扇形区域是一个近似区域形状，优选地，其扇形区域的圆心角可以选择5-20°，如10°、15°。各个扇形区域的圆心角可以相同，也可以不同。

另外一方面，如图5所示，本发明还提供一种臂架控制系统，用于控制由多个支腿支撑的臂架系统，臂架系统包括多个臂节，包括：

支腿位置检测装置，用于检测各个支腿的伸出长度或/和摆动角度；

臂架位置检测装置，用于直接或间接检测各个臂节的俯仰角度或相邻两臂节之间的夹角或相邻两臂节的伸缩长度；

臂架回转检测装置，用于检测臂架系统的回转角度；

执行驱动机构，与臂架系统连接，用于驱动臂架系统回转以及用于驱动臂架系统的各臂节变幅或伸缩动作；

控制器，与支腿位置检测装置、臂架位置检测装置、臂架回转检测装置及执行驱动机构连接，用于根据支腿位置检测装置检测到的各个支腿的实际的伸出长度或/和摆动角度，将臂架系统的活动范围划分为多个支撑区间，并确定当臂架系统位于该支撑区间时，臂架系统的各臂节的允许活动范围，并用于根据臂架位置检测装置、臂架回转检测装置检测的数据，通过执行驱动机构控制臂架系统的各臂节的运动，且用于当臂架系统从一个支撑区间回转至另一支撑区间时，根据臂架位置检测装置检测的各臂节的角度和/或伸缩长度判断各臂节是否位于另一支撑区间允许的允许活动范围内，并据此控制臂架系统的回转。

本实施例中，控制器可以根据各个支腿的实际支撑状态，预先计算确定臂架系统在不同的回转角度下，臂架系统的各臂节允许活动范围，可以理解，在各个支腿的支撑状态确定后，其支撑能力也确定，先确定各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，在臂架系统的各臂节动作时，不需要时刻计算整车的重心，只需要比较臂架各臂节的变幅角度或伸缩长度是否位于各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，同时可以控制各臂节的活动范围不超出允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，因此，将现有的事后控制变成了事前控制，可以提高设备的安全性，降低倾翻风险，同时，减少了臂架系统控制过程中的计算量，可靠性和实时性得到提高，控制出错率降低。

同时，控制器还可以通过角度传感器、拉线传感器等检测装置检测各臂节的变幅角度或伸缩长度，并控制各臂节在允许的变幅角度范围或伸缩长度范围内运动，控制更简单。控制各臂节的动作时，可以参考现有技术，具体地，可以通过臂架俯仰控制阀和臂架回转控制阀，控制各臂节的俯仰运动和臂架系统整体的回转运动。

另外，当各臂节从一个支撑区间回转至另一支撑区间时，控制器通过比较检测的各臂节的角度和/或伸缩长度判断各臂节是否位于另一支撑区间允许的允许活动范围内，可以保证臂架系统从一个支撑区间回转至另外一个支撑区间时的安全性。

具体地，如图3所示，为简化模型，以4个支腿的支撑点a、b、c、d至臂架系统的回转中心O的连线为分界线，将臂架系统的回转角度范围划分为4个支撑区间(右侧的θyx、前侧的θqx、左侧的θzx、后侧的θhx)，支撑区间的数量根据需要，还可以为2个、6个、8个、16个等等，当然还可以为3个、5个等，支撑区间越多，支撑控制越准确，但是控制计算和控制的难度提高，通过将臂架系统的回转角度范围划分为多个支撑区间，可以根据各个支腿的实际支撑状态计算各臂节在不同的支撑区间下，臂架系统的各臂节的允许活动范围，这样简化了计算，当臂架系统位于某一支撑区间时，作为一种情况看待，即，臂架系统的各臂节的允许活动范围是相同的，因此，计算量小，系统响应快，控制方便。

通常，臂架系统包括依次连接的第1臂节、第2臂节、……、第N臂节，N为大于1的整数，上述方案中，优选地，臂架系统的允许活动范围为各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；控制器控制臂架系统的运动时，依次限制第1臂节、第2臂节、……、第N臂节在允许的变幅角度或伸缩长度范围内运动；即，当第1臂节位于稳定性最优的点(竖直状态)，仍然不能满足整车的稳定性要求时，再限制第2臂节的变幅角度，当第1臂节、第2臂节均位于稳定性最优的点(竖直状态)，仍然不能满足整车的稳定性要求时，再限制第3臂节的变幅角度，依次类推，反之，当第1臂节不需要位于稳定性最优的点(竖直状态)，就能够满足整车的稳定性要求时，无需限制第2-N臂节的变幅角度，当第i臂节无限制时，也不需要对第i+1臂节进行限制。通过该方案，有效的对臂架系统进行事前控制。

同时，为进一步提高臂架系统在支撑区间过渡时的安全性，控制器还用于在相邻两支撑区间的分界线的至少一侧的支撑区间范围内设置安全裕量区间(δyqx、δyhx、δzqx、δzhx)，设置安全裕量区间后，将臂架系统的活动范围划分为8个区间，其中4个支撑区间(δyx、δhx、δzx、δqx)、4个安全裕量区间(δyqx、δyhx、δzqx、δzhx)，当臂架系统位于安全裕量区间时，选取相邻两支撑区间中各臂节较小的允许活动范围。通过设置安全裕量区间，当臂架系统从一个支撑区间经过安全裕量区间回转至另一支撑区间时，具有较长的响应时间，可以避免臂架系统在支撑区间快速过渡时，可能发生的不安全因素。

再一方面，本发明还提出一种臂架设备，包括上述任一种臂架控制系统。对应地，该臂架设备也具有前述臂架控制系统的优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。