一种臂架防碰撞控制设备、方法、系统及工程机械的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种臂架防碰撞控制设备、方法、系统及工程机械。该控制设备包括：接收装置，用于接收臂架末端距离障碍物距离S、臂架角度θ、臂架长度L、以及比例阀电流i；计算装置，用于根据θ、L、以及i计算臂架末端靠近障碍物的运动速度V0、油缸伸缩速度的变化率a1、以及臂架末端靠近障碍物的运动速度的变化率a0，并根据V0以及a0计算出臂架末端靠近障碍物的安全距离S0；以及控制装置，用于在臂架末端距离障碍物距离S与S0相等时控制油缸以a1减速，直至臂架末端距离障碍物距离S符合预设的条件。本发明能够实时检测臂架末端运动速度和距离障碍物的距离，控制臂架末端靠近障碍物的加速度，实现控制臂架末端快速平稳地靠近障碍物。
【专利说明】一种臂架防碰撞控制设备、方法、系统及工程机械
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种臂架防碰撞控制设备、方法、系统及工程机械。
【背景技术】
[0002]在需要高空作业的工程机械中配置有臂架，例如云台。如图1示出了一种配置有臂架的工程机械，其具有臂架13，臂架13的臂架末端12上设置有距离传感器11，在臂架13的下部设置有用于支撑臂架13的油缸14。为了安全起见，臂架不能与障碍物碰撞，但为了便于操作，希望尽可能地靠近障碍物。为了保证作业安全，在现有技术中，通过设定安全阈值，在传感器检测到臂架末端距离障碍物达到安全距离时，切断驱动臂架运动的液压系统动作，锁定臂架的进一步运动，防止发生碰撞。但是由于，驱动臂架的液压系统存在滞后性，反应相对慢，并且臂架还存在一定的惯性，从而导致臂架可能越过安全距离。如果为了避免此情况发生而增加安全距离的阈值，则会造成作业效率和有效作业半径下降。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种臂架防碰撞控制设备、方法、系统及工程机械，防止在作业过程中臂架与障碍物发生碰撞。
[0004]为了实现上述目的，本发明提供一种臂架防碰撞控制设备，该控制设备包括:接收装置，用于接收臂架末端距离障碍物距离S、臂架角度Θ、臂架长度L、以及比例阀电流i ;计算装置，用于根据臂架角度Θ、臂架长度L、以及比例阀电流i计算臂架末端靠近障碍物的运动速度Vtl、油缸伸缩速度的变化率&1、以及臂架末端靠近障碍物的运动速度的变化率aQ，并根据臂架末端靠近障碍物的运动速度Vtl以及臂架末端靠近障碍物的运动速度的变化率%计算出臂架末端靠近障碍物的安全距离Stl ;以及控制装置，用于在臂架末端距离障碍物距离S与臂架末端靠近障碍物的安全距离Stl相等时控制油缸以油缸伸缩速度的变化率B1减速，直至臂架末端距离障碍物距离S符合预设的条件。
[0005]相应地，本发明提供了一种臂架防碰撞控制方法，该控制方法包括:接收臂架末端距离障碍物距离S、臂架角度θ、臂架长度L、以及比例阀电流i ;根据臂架角度Θ、臂架长度L、以及比例阀电流i计算臂架末端靠近障碍物的运动速度Vtl、油缸伸缩速度的变化率&1、以及臂架末端靠近障碍物的运动速度的变化率％，并根据臂架末端靠近障碍物的运动速度V0以及臂架末端靠近障碍物的运动速度的变化率％计算出臂架末端靠近障碍物的安全距离Stl ；以及在臂架末端距离障碍物距离S与臂架末端靠近障碍物的安全距离Stl相等时控制油缸以油缸伸缩速度的变化率ai减速，直至臂架末端距离障碍物距离S符合预设的条件。
[0006]相应地，本发明提供了一种臂架防碰撞控制系统，该控制系统包括:距离检测装置，用于检测臂架末端距离障碍物距离S ;角度检测装置，用于检测臂架角度θ ;长度检测装置，用于检测臂架长度L ；电流检测装置，用于检测比例阀电流i ;以及所述的控制设备。
[0007]相应地，本发明提供了一种工程机械，该工程机械包括所述的控制系统。[0008]本发明能够实时检测臂架末端运动速度和距离障碍物的距离，控制臂架末端靠近障碍物的加速度，实现控制臂架末端快速平稳地靠近障碍物。
[0009]本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。【专利附图】
【附图说明】
[0010]附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0011]图1是配置有臂架的工程机械示意图；
[0012]图2是本发明提供的臂架防碰撞控制设备示意图；
[0013]图3是本发明提供的臂架防碰撞控制方法流程图；
[0014]图4是本发明提供的臂架防碰撞控制系统示意图；
[0015]图5是本发明提供的工程机械示意图。
[0016]附图标记说明
[0017]11距离传感器12臂架末端
[0018]13臂架14油缸
[0019]15长度感器16角度传感器
[0020]100接收装置200计算装置
[0021]300控制装置400距离检测装置
[0022]500角度检测装置600长度检测装置
[0023]700电流检测装置
【具体实施方式】
[0024]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0025]为了解决现有技术中存在的臂架可能发生碰撞的问题，本发明提供了一种臂架防碰撞控制设备。如图2所示，该控制设备包括:接收装置100，用于接收臂架末端距离障碍物距离S、臂架角度Θ、臂架长度L、以及比例阀电流i ;计算装置200，用于根据臂架角度Θ、臂架长度L、以及比例阀电流i计算臂架末端靠近障碍物的运动速度Vtl、油缸伸缩速度的变化率％、以及臂架末端靠近障碍物的运动速度的变化率以及控制装置300，用于根据臂架末端靠近障碍物的运动速度\以及臂架末端靠近障碍物的运动速度的变化率％计算出臂架末端靠近障碍物的安全距离Stl，并在臂架末端距离障碍物距离S与臂架末端靠近障碍物的安全距离Stl相等时控制油缸以油缸伸缩速度的变化率ai减速，直至臂架末端距离障碍物距离S符合预设的条件。本发明中，主要是通过先计算出臂架末端与障碍物之间的安全距离，并通过控制油缸在该安全距离进行减速运动，在臂架末端运行该安全距离后，正好速度等于0，从而使臂架末端紧贴障碍物停止。
[0026]优选地，所述预设的条件为S=0。当然，此条件仅作为示例而非限制，对于预设条件而言，也可以设定可以允许的误差，例如l_2mm的误差，落入该误差范围内，可以认为已经符合了预设的条件。
[0027]优选地，臂架末端靠近障碍物的运动速度Vtl=LX ω，臂架末端靠近障碍物的运动速度的变化率a^LX ，油缸伸缩速度的变化率B1通过对所述比例阀电流i和流量Q进行多项式拟合并对所述比例阀电流i求导数得到，ω为臂架绕根部铰点旋转角速度，Βω为臂架绕根部铰点旋转角速度的变化率，所述通过对所述臂架绕根部铰点旋转角速度ω、所述比例阀电流i和所述臂架角度Θ进行多项式曲面进行拟合并利用所述臂架绕根部铰点旋转角速度ω对所述比例阀电流i求偏导数得到。
[0028]实际上，在整个臂架末端运动的过程中，最主要就是控制油缸比例阀流量Q，可以通过比例阀电流i来控制比例阀阀芯的开度实现对该流量Q的控制。
[0029]根据现有技术，比例阀阀芯开度流量公式如下:
【权利要求】
1.一种臂架防碰撞控制设备，其特征在于，该控制设备包括: 接收装置，用于接收臂架末端距离障碍物距离S、臂架角度Θ、臂架长度L、以及比例阀电流i ; 计算装置，用于根据臂架角度Θ、臂架长度L、以及比例阀电流i计算臂架末端靠近障碍物的运动速度Vtl、油缸伸缩速度的变化率&1、以及臂架末端靠近障碍物的运动速度的变化率％，并根据臂架末端靠近障碍物的运动速度Vtl以及臂架末端靠近障碍物的运动速度的变化率％计算出臂架末端靠近障碍物的安全距离Stl ；以及 控制装置，用于在臂架末端距离障碍物距离S与臂架末端靠近障碍物的安全距离Stl相等时控制油缸以油缸伸缩速度的变化率B1减速，直至臂架末端距离障碍物距离S符合预设的条件。
2.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于，所述预设的条件为S=0。
3.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于，臂架末端靠近障碍物的运动速度V0=LX ω，臂架末端靠近障碍物的运动速度的变化率Btl=LXau，油缸伸缩速度的变化率通过对所述比例阀电流i和流量Q进行多项式拟合并对所述比例阀电流i求导数得到，ω为臂架绕根部铰点旋转角速度，为臂架绕根部铰点旋转角速度的变化率，所述通过对所述臂架绕根部铰点旋转角速度ω、所述比例阀电流i和所述臂架角度Θ进行多项式曲面进行拟合并利用所述臂架绕根部铰点旋转角速度ω对所述比例阀电流i求偏导数得到。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的控制设备，其特征在于，臂架末端靠近障碍物的女全距尚 S0=l/2Xa0X t，t=V0/a00
5.根据权利要求1-3任意一项所述的控制设备，其特征在于，臂架末端靠近障碍物的女全距尚S0=l/2 X a0max`X t2, t=V0/a0max? aOmax为末^而罪近障碍物的运动速度的变化率a。的最大值。
6.—种臂架防碰撞控制方法,其特征在于,该控制方法包括: 接收臂架末端距离障碍物距离S、臂架角度Θ、臂架长度L、以及比例阀电流i ; 根据臂架角度Θ、臂架长度L、以及比例阀电流i计算臂架末端靠近障碍物的运动速度Vtl、油缸伸缩速度的变化率％、以及臂架末端靠近障碍物的运动速度的变化率％，并根据臂架末端靠近障碍物的运动速度\以及臂架末端靠近障碍物的运动速度的变化率％计算出臂架末端靠近障碍物的安全距离Stl ;以及 在臂架末端距离障碍物距离S与臂架末端靠近障碍物的安全距离Stl相等时控制油缸以油缸伸缩速度的变化率％减速，直至臂架末端距离障碍物距离S符合预设的条件。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述预设的条件为S=0。
8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，臂架末端靠近障碍物的运动速度V0=LX ω，臂架末端靠近障碍物的运动速度的变化率Btl=LXau，油缸伸缩速度的变化率通过对所述比例阀电流i和流量Q进行多项式拟合并对所述比例阀电流i求导数得到，ω为臂架绕根部铰点旋转角速度，为臂架绕根部铰点旋转角速度的变化率，所述通过对所述臂架绕根部铰点旋转角速度ω、所述比例阀电流i和所述臂架角度Θ进行多项式曲面进行拟合并利用所述臂架绕根部铰点旋转角速度ω对所述比例阀电流i求偏导数得到。
9.根据权利要求6-8任意一项所述的控制方法，其特征在于，臂架末端靠近障碍物的女全距尚 S0=l/2Xa0X t，t=V0/a00
10.根据权利要求6-8任意一项所述的控制方法，其特征在于，臂架末端靠近障碍物的女全距尚S0=l/2 X a0maxX t2, t=V0/a0max? aOmax为末^而罪近障碍物的运动速度的变化率a。的最大值。
11.一种臂架防碰撞控制系统，其特征在于，该控制系统包括: 距离检测装置，用于检测臂架末端距离障碍物距离S ； 角度检测装置，用于检测臂架角度Θ ; 长度检测装置，用于检测臂架长度L ； 电流检测装置，用于检测比例阀电流i ;以及 根据权利要求1-5任意一项所述的控制设备。
12.—种工程机械，其特征在于，该工程机械包括根据权利要求11所述的控制系统。
【文档编号】B66F17/00GK103663304SQ201310683580
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】李志杰 申请人:中联重科股份有限公司