三维空间平面追踪控制方法、系统及高空作业设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程机械领域，具体涉及一种三维空间平面追踪控制方法、系统及高空作业设备。
【背景技术】
[0002]当直臂式高空作业设备长期使用于一垂直建筑平面作业时，如进行墙体粉刷工作、建筑物外层玻璃安装或更换等工作，作业平台操作者作业过程中需要不断地准确调整臂架变幅、伸缩、转台平台回转动作使平台与作业平面保持相同的距离，如果操作不慎，平台可能会撞到垂直建筑平面上，会造成平台的损坏或目标平面物的损坏如玻璃，另外人为手动动作调节也会大大影响工作效率。
【发明内容】
[0003]本发明的其中一个目的是提出一种三维空间平面追踪控制方法、系统及高空作业设备，用以实现三维空间内平面的追踪控制。
[0004]为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案:
[0005]本发明提供了一种三维空间平面追踪控制方法，包括以下步骤:
[0006]检测作业平台处于初始作业位置时，作业平台距离目标平面的初始间距；在调整作业平台的作业位置过程中，实时调节臂架的长度和/或转台的转角，使得调整位置后作业平台距离目标平面的距离等于所述初始间距。
[0007]在可选的实施例中，包括以下步骤:
[0008]步骤10、检测作业平台处于初始作业位置时的臂架初始长度h、臂架与水平面的初始夹角β:和作业平台相对于臂架的初始角度Θ i，以确定作业平台距离目标平面的初始间距；
[0009]步骤20、在调整作业平台作业位置的过程中保持lpin β:= 12sin β 2以及Θ j =a fa 2，以使得在调整后作业平台与目标平面之间的距离等于两者之间的初始间距；其中，12为臂架伸缩后的长度，β 2为臂架与水平面的夹角，a i为作业平台相对于臂架转动的角度，<12为转台绕自身回转中心的转动角度。
[0010]在可选的实施例中，所述步骤20包括:
[0011]α1= 0，在抬升所述作业平台的过程中，实时伸长所述臂架的长度以保持
12^1102;在降低所述作业平台的过程中，实时回缩所述臂架的长度以保持l^in β != 1 2sin β 2。
[0012]在可选的实施例中，所述步骤20包括:
[0013]a 0，在转动所述作业平台的过程中，实时逆方向转动所述转台，使得Θ i =α ι+α 2；
[0014]实时改变所述臂架的长度以保持Ιρ?ηβ:= l2sinP2。
[0015]本发明又提供一种三维空间平面追踪控制系统，包括臂架、转台、作业平台和检测与控制器，所述臂架的一端与所述转台连接，另一端与所述作业平台连接；
[0016]所述检测与控制器用于检测所述作业平台的位置，且能调整所述臂架的长度和/或转台的转角，使得调整位置后作业平台距离目标平面的距离等于所述初始间距。
[0017]在可选的实施例中，所述检测与控制器包括第一角度检测器、第二角度检测器、第三角度检测器、臂架长度传感器和控制器；所述控制器与所述第一角度检测器、第二角度检测器、第三角度检测器和臂架长度传感器电连接；
[0018]所述第一角度检测器用于实时检测所述臂架与水平面的角度β2，所述第二角度检测器用于实时检测转台绕自身回转中心转动的角度α2，所述第三角度检测器用于实时检测作业平台相对于所述臂架转动的角度a i，所述臂架长度传感器用于检测臂架长度12;
[0019]其中，在调整作业平台作业位置的过程中保持Μ?ηβ, l2sini32以及Θ 1 =a fa 2;1 检测作业平台处于初始作业位置时的臂架长度、β i为臂架与水平面的初始夹角，作业平台相对于臂架的初始角度。
[0020]在可选的实施例中，所述第一角度检测器为角度传感器。
[0021 ] 在可选的实施例中，所述第二角度检测器为编码器。
[0022]在可选的实施例中，所述第三角度检测器为编码器。
[0023]本发明又提供一种高空作业设备，包括本发明任一技术方案所提供的三维空间平面追踪控制系统。
[0024]基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果:
[0025]上述技术方案，通过对作业平台距离目标平面的距离进行检测，当检测到作业平台距离目前平面的位置发生改变时，能够通过调整高空作业设备的臂架的长度和/或转台的转角，来使得作业平台距离目标平面的距离始终等于两者之间初始间距，以保证作业的可靠性。
【附图说明】
[0026]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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。在附图中:
[0027]图1为本发明实施例一提供的三维空间平面追踪控制方法流程示意图；
[0028]图2为本发明实施例二提供的三维空间平面追踪控制系统应用于高空作业设备的结构示意图；
[0029]图3为图2中臂架、转台和作业平台处于原始位置示意图；
[0030]图4为臂架、转台和作业平台抬高或降低位置后的示意图；
[0031]图5为臂架、转台和作业平台左转或右转后的俯视示意图。
[0032]附图标记:
[0033]1、臂架；2、转台；3、作业平台；
[0034]4、检测与控制器； 41、第一角度检测器；42、第二角度检测器；
[0035]43、第三角度检测器；
[0036]44、臂架长度传感器。
【具体实施方式】
[0037]下面结合图1?图5对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。
[0038]本实施例中需要用到的技术术语或名词解释。
[0039]高空作业设备三维空间平面追踪:指高空作业设备作业时，控制系统可保持平台前端面与三维空间内与其平行的平面保持一定的距离，不管臂架做变幅、伸缩动作还是转台平台做回转动作，平台前端面可始终与该平面平行且距离保持一定，这种功能也叫做“刷墙”式功能。
[0040]参见图1，本发明实施例提供一种用于高空作业设备的三维空间平面追踪控制方法，其包括以下步骤:
[0041]检测作业平台3处于初始作业位置时，作业平台3距离目标平面的初始间距；在调整作业平台3的作业位置过程中，实时调节臂架1的长度和/或转台2的转角，使得调整位置后作业平台3距离目标平面的距离等于初始间距。
[0042]比如可以设定作用平台上一个固定的、与目标平面平行的面作为计算作业平台3距离目标平面距离的参考，比如以图2为例，可以以作业平台3左侧的竖直平面作为计算两者之间间距的参考平面，在作业平台3移位的过程中，保持该平面与目标平行且距离相等，就能保证作业平台3始终处于较为适宜的作业位置。
[0043]上述技术方案，通过对作业平台3距离目标平面的距离进行检测，当检测到作业平台3距离目前平面的位置发生改变时，能够通过调整高空作业设备的臂架1的长度和/或转台2的转角，来使得作业平台3距离目标平面的距离始终等于两者之间初始间距，以保证作业的可靠性。
[0044]进一步地，该三维空间平面追踪控制方法包括以下步骤:
[0045]步骤10、检测作业平台3处于初始作业位置时的臂架1初始长度h、臂架1与水平面的初始夹角^和作业平台3相对于臂架1的初始角度Θ i，以确定作业平台距离目标平面的初始间距，参见图3。
[0046]步骤20、在调整作业平台3作业位置的过程中保持l2sin02以及Θ:=α1+α2，以使得在调整后作业平台与目标平面之间的距离等于两者之间的初始间距。其中，12为臂架1伸缩后的长度，β 2为臂架1与水平面的夹角，a i为作业平台3相对于臂架1转动的角度，α 2为转台2绕自身回转中心的转动角度。
[0047]具体而言，根据作业平台3上升、下降、左转、右转等不同的动作方式，步骤20具体可包括:
[0048]α 1= 0，在抬升作业平台3的过程中，实时伸长臂架1的长度以保持1 lSinf3 1 =l2sinP 2;在降低作业平台3的过程中，实时回缩臂架1的长度以保持1 ρ?ηβ:= 12sinP 2。此情况针对臂架1上升、下降的情况，即图4示意的情形。
[0049]α ^ 0，在转动作业平台3的过程中，实时逆方向转动转台2，使得θ 1= a fa 2;实时改变臂架1的长度以保持llSini3128?ηβ2ο此情况针对臂架1左转、右转的情况，即图5示意的情形。
[0050]下面介绍一个具体实施例。
[0051]如图2所示，为保证三维空间平面追踪功能的实现，自行走直臂式高空作业设备装有第一角度检测器41 (用于检测臂架1的变幅角度，即臂架1相对于水平面的夹角)、臂架长度传感器44、第二角度检测器42 (用于检测转台2的回转角度，具体为编码器)、第三角度检测器43 (用于检测作业平台3的回转角度，具体为编码器)。第一角度检测器41用于实时检测臂架1变幅的角度，臂架长度传感器44用于实时检测臂架1伸缩长度，第二角度检测器42用于实时检测转台2回转的角度，第三角度检测器43用于实时检测作业平台3的回转角度。高空作业设备控制器通过检测到的臂架1角度、臂架1长度、转台2回转角度、作业平台3回转角度的变化来控制臂架1、转台2、作业平台3动作输出。控制系统可通过一种新型三维空间平面追踪控制方法保证高空作业设备的平台前端面保持与目标平面相同的距离，从而实现平面追踪功能。
[0052]三维空间平面追踪控制方法:如图3所示，控制系统需要从三维角度保证平台前端面始终与目标平面保持在同一距离，即图3、图4中的水平、垂直方向和图5中的角度回转方向。当操作人员向上或向下动作时，臂架1角度发生变化，因转台2、平台无需旋转，故只需要调整臂架1伸缩长度来补偿由于臂架1变幅造成的平台前端面与目标平面的距离变化，补偿距离的多少通过臂架长度传感器44计算，臂架1上变幅时，臂架1需要同时外伸；臂架1下变幅时，臂架1需要同时内缩，如图4所示。当操作人员向左或向右动作时，转台2回转，如图5所示，平台前端平面与目标平面形成一定的角度并有一定距离，为保证平台前端面与目标平面距离不变且平台高度不发生变化，故需要同时调整作业平台3旋转角度、臂架1变幅角度、臂架1伸缩长度来补偿形成的角度距离变化，当转台2顺时针旋转时，需要作业平台3逆时针旋转，旋转角度的多少通过第二角度检测器42和第三角度检测器