一种基于力矩电机的车载平台及其自动稳定支撑方法与流程

本发明属于车载平台支撑控制技术领域，尤其涉及一种基于力矩电机的车载平台及其自动稳定支撑方法。

背景技术：

车载四脚平台是一种用于架设高精度测量仪器的车载装置，在车辆行进过程中，平台的四个支撑腿处于缩回状态，支撑脚离开地面，平台落在车辆底盘上，保证机动运输功能。平台工作时车辆停止，平台的四个支撑腿伸出，支撑脚支撑到地面，使平台离开车辆底盘，保持稳定，确保高精度测量仪器的工作条件。

目前，车载四脚平台的支撑过程靠人工控制完成。首先操作人员控制每个支撑脚下落到离地面很小的距离，之后利用扳手循序渐进旋转支撑腿的轴系，使四个支撑脚支撑到地面，支撑平台脱开车辆底盘一段距离，最后操作人员根据扳手旋转轴系的力矩大小判断支撑脚是否压实地面。人工完成以上支撑过程有着明显的缺点，首先操作人员需要在车外操作，不利于战地人员安全，其次靠人工判断四个支撑脚的压实程度不准确，影响平台稳定性，另外人工操作费时费力，效率低。

技术实现要素：

为了保证车载平台的可靠性和稳定性、提高支撑过程的人员安全性和工作效率，本发明提供一种基于力矩电机的车载平台及其自动稳定支撑方法。

本发明拟采用一种全自动的方法，实现车载平台的稳定支撑过程。这一过程的关键是各支撑脚必须全部压实地面，不能出现某一个支撑脚虚着地甚至悬空的情况。因此，支撑脚的支撑力是判断平台是否达到稳定支撑的关键判据。但是车载平台的支撑脚位于车辆底部，尤其在车辆行进过程中，环境比较恶劣，为了保证设备的长期可靠性，不能在车辆底部布设压力传感器等电器设备。所以采用何种信息作为车载平台支撑脚达到稳定支撑状态的判据，以及如何实现各支撑脚的落地及支撑过程，是车载平台自动稳定支撑实现的关键。

本发明采用力矩电机为各支撑腿的提供驱动力，利用电机的工作力矩作为四个支撑脚完成自动着地的判据，并采用四个支撑脚循环着地，最终同步支撑的方法实现平台的自动支撑过程，该过程中操作人员在车厢内一键操作即可，无需到车厢外面。该方法不仅保证支撑平台的可靠性和稳定性，而且提高了支撑过程的人员安全性和工作效率。

本发明的技术解决方案是提供一种基于力矩电机的车载平台，包括车载平台，上述车载平台包括用于固定测量仪器的支撑平台、设置在支撑平台底部的支撑腿及设置在支撑腿端部的支撑脚；

其特殊之处在于：还包括处理器、控制cpu及用于驱动支撑腿伸缩的力矩电机，控制cpu中存储控制程序，控制程序在处理器中运行时，实现以下步骤：

1)、支撑腿下放；

控制cpu同时控制各力矩电机以空载力矩驱动各支撑腿伸出，并采集当前空载力矩值；当各支撑脚即将着地时，停止驱动；

2)、支撑脚着地；

控制cpu控制力矩电机驱动支撑腿继续伸长，使其支撑脚着地；控制cpu实时采集该力矩电机的工作力矩，当工作力矩到达预设值之后，停止驱动；

3)、支撑；

控制cpu控制各力矩电机，使各支撑腿以相同的速度伸长一定的距离，使得支撑平台离开车辆底盘。

以力矩电机的工作力矩作为支撑脚压实地面的判据的方法，在各个支撑腿中，分别采用力矩电机通过丝杠机构驱动各支撑腿下放、着地，并支撑起平台。上述过程中，各力矩电机的工作力矩可以被控制cpu实时采集，控制cpu根据各力矩电机的工作力矩判断各支撑脚的运动状态(下放、着地、支撑)，并产生相应的控制信息，控制力矩电机执行动作。利用力矩电机，便于形成闭环控制。

进一步地，上述车载平台还包括与力矩电机输出轴连接的丝杆机构，力矩电机通过丝杠机构驱动支撑腿伸缩。

进一步地，上述控制cpu是由具有数字控制能力的控制芯片构成(例如单片机、dsp、fpga等)，控制cpu能够同时控制多个力矩电机工作。

进一步地，控制程序在处理器中运行时，步骤2)具体为：

2.1)、控制cpu控制其中一个力矩电机驱动相应支撑腿继续伸长，使其支撑脚着地；控制cpu实时采集该力矩电机的工作力矩，当工作力矩到达预设值之后，停止驱动；

2.2)、按照与步骤2.1)同样的方法依次控制其他各支撑脚完成着地。

进一步地，通过如下方法获得预设值：

a、标定在实验室环境条件下力矩电机的空载力矩值及支撑脚压实地面时的工作力矩值；

b、利用公式(1)获得预设值：

其中，f(x)表示预设值；x表示具体应用环境条件下，步骤1)中力矩电机的空载力矩值；x0表示实验室环境条件下的空载力矩值；a表示实验室环境条件下，支撑脚压实地面时，力矩电机的工作力矩值。

本发明还提供一种上述基于力矩电机的车载平台的自动稳定支撑方法，包括以下步骤：

1)、支撑腿下放；

控制cpu同时控制各力矩电机以空载力矩驱动各支撑腿以相同的速度伸出，并采集当前空载力矩值；当各支撑脚即将着地时，停止驱动；

2)、支撑脚着地，是各支撑脚刚接触到地面，到支撑平台离开车辆底盘之前的过程：

控制cpu控制力矩电机驱动支撑腿继续伸长，使其支撑脚着地；控制cpu实时采集该力矩电机的工作力矩，当工作力矩到达预设值之后，停止驱动；

3)、支撑；

控制cpu控制各力矩电机，使各支撑腿以相同的速度伸长一定的距离，使得支撑平台离开车辆底盘。

进一步地，在上述步骤2)中，为了避免出现某一个支撑脚虚着地甚至悬空的情况，各支撑脚不能同时着地，需要采用循环着地的方法，具体过程如下：

2.1)、控制cpu控制其中一个力矩电机驱动相应支撑腿继续伸长，使其支撑脚着地；控制cpu实时采集该力矩电机的工作力矩，当工作力矩到达预设值之后，停止驱动；

2.2)、按照与步骤2.1)同样的方法依次控制其他各支撑脚完成着地。

进一步地，为保证设备的环境适应性，预设值必须是一个与环境相关的变化值，通过如下方法获得预设值：

a、标定在标定环境条件下力矩电机的空载力矩值及支撑脚压实地面时的工作力矩值；

b、利用公式(1)获得预设值：

其中，f(x)表示预设值；x表示具体应用环境条件下，步骤1)中力矩电机的空载力矩值；x0表示实验室环境条件下的空载力矩值；a表示实验室环境条件下，支撑脚压实地面时，力矩电机的工作力矩值。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用力矩电机，并以其工作力矩作为判据，实现车载平台自动稳定支撑过程，实现了平台支撑全过程的自动化，避免了战地环境人员操作带来的安全隐患问题，提高了工作效率。

2、本发明通过支撑脚循环着地的方法，实现平台稳定支撑。可以确保每个支撑脚压实地面，起到稳定支撑平台的作用，有效避免了某一个支撑脚虚着地，甚至悬空等情况的发生。

3、本发明利用自适应判据的方法，判断四个支撑脚是否压实地面。保证在环境温度变化时，该方法的仍然有效实现，提高了环境适应性。

附图说明

图1为实施例车载平台的安装效果图；

图中附图标记为：1-精密测量仪器，2-支撑平台，3-力矩电机，4-车辆底盘，5-支撑腿，6-支撑脚，7-丝杠机构；

图2为车载平台的控制流程图；

图中附图标记为：1-控制cpu，2-力矩电机。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步地描述。

实施例以四脚车载平台为例进行说明，如图1所示，本实施例车载平台的安装示意图，包括支撑平台2、力矩电机3、支撑腿5及支撑脚6，精密测量仪器1固定在支撑平台2上，支撑腿5为四个，分别安装在支撑平台2的底部穿过车辆底盘，支撑脚6位于支撑腿5的端部，为着地机构，用于增加面积，减小对地面的压强。力矩电机3用于驱动支撑腿伸缩。

精密测量仪器一般是高精度光学测角仪器，该仪器对平台的稳定性要求非常高，平台的不稳定(比如晃动)会对其测量精度产生影响。力矩电机是一种可以由cpu控制，并且将工作力矩实时反馈到cpu的电机，利用该电机便于实现闭环控制。支撑腿具有伸缩功能，其伸缩动作由力矩电机驱动丝杠机构完成，具体电机丝杆及支撑腿的连接关系同现有技术中丝杠驱动装置；车辆行进时，支撑腿缩回，支撑平台落在车辆底盘上；仪器工作时支撑腿伸出，直到支撑平台离开车辆底盘。控制cpu是由具有数字控制能力的控制芯片(例如片机、dsp、fpga等)构成。控制cpu可以同时向四个控制力矩电机发送命令，控制力矩电机工作。

本实施例四脚车载平台自动稳定支撑方法的实现过程包括下放、着地、支撑三个步骤。其中下放步骤是指，四个支撑脚同时以相同的速度从最顶端开始运动，到接触地面之前的过程，该过程中四个支撑脚处于悬空状态，力矩电机电机的工作力矩最小，该阶段的力矩作为电机的空载力矩；着地步骤是四个支撑脚刚接触到地面，到支撑平台离开车辆底盘之前的过程。该步骤是一个临界阶段，力矩电机的工作力矩会出现一个跳跃式的增加，也是决定平台是否稳定的关键；支撑步骤是指四个支撑腿继续以相同的速度伸长，直到平台离开车辆底盘的一定距离。

首先，如图2所示控制cpu接到操作人员输入的一键启动命令之后，同时控制四个力矩电机以空载力矩驱动支撑腿伸出，与此同时，控制cpu采集力矩电机实时返回的空载力矩值，并根据该力矩值，利用公式(1)算出当前环境条件下的预设值。

预设值采用随环境条件变化的自适应动态值。具体如下：由于车载平台属于户外移动工作的设备，工作环境比较复杂，特别是温度变化范围非常大，这会导致力矩电机和支撑腿的传动丝杠中的润滑油粘度发生较大的变化，因此力矩电机的工作力矩也会随之产生较大的变化。为保证设备的环境适应性，预设值必须是一个与环境相关的变化值，计算方法如下：

其中，f(x)表示预设值；x表示具体应用环境条件下，在下放步骤中力矩电机的空载力矩值。x0表示标定环境条件下的空载力矩值；a表示标定环境条件下，支撑脚压实地面时，力矩电机的工作力矩值。

其次，当四个支撑脚下放到即将接触到地面时停止运动，进入着地步骤：先由一个支撑脚慢速着地，控制cpu实时采集该力矩电机的工作力矩，当工作力矩到达预设值之后，表示该支撑脚着地完成，立即停止移动，按照同样的方法依次控制其他三个支撑脚以相同的方法完成着地，直到四个力矩电机的工作力矩全部达到预设值。

最后进行支撑步骤：控制cpu控制四个力矩电机，使四个支撑腿以相同的速度伸长一定的距离，支撑平台离开车辆底盘，整个支撑过程完成。

上述实现过程中，力矩电机的力矩预设值的计算过程需要用到标定参数，因此，本发明的实现过程还需要有标定过程(具体标定过程为本领域常规技术手段)，标明在标定环境条件下的空载力矩值，和标定环境条件下，支撑脚压实地面时，力矩电机的工作力矩。