一种智能云梯系统的制作方法

本发明涉及云梯领域，具体涉及一种智能云梯系统。

背景技术

云梯，现代指攀援登高工具的一种，主要做消防和抢险等用途。

目前的云梯，一种为常见的消防用机械伸缩式，消防员可站在举升平台进行相关作业，举升高度最高的可达一百多米，相应的，随着举升高度的增加，机械结构也越复杂笨重，出警时难以灵活机动地适应繁忙交通状况，抵达目的地所需时间较长；部署展开时对场地的要求也越高，地面越水平坚实，抓地平稳性及安全性能也越高。世界上超高层建筑的高度不断被刷新，目前最高的建筑迪拜塔已达828米，显然举升仅一百多米的云梯已难以满足超高建筑的需求。

还有一种为飞行式云梯，如公开号为cn108238251a的专利文献，公开了一种抢险救灾飞行载具，其通过飞行单元、飞行控制装置和多功能仓的设置，实现空中作业平台的搭建，一定程度上能够满足超高建筑的需求，其水平控制多通过陀螺仪而实现，陀螺仪是角度控制，稳定性及准确性也不高。

飞行式云梯的空中作业平台在飞行过程中，不仅受到各种物理效应的作用，还很容易受到气流等外部环境的干扰，很难获得其准确的性能参数。以四轴无人飞行器为例，其是一个具有六个自由度，而只有四个控制输入的欠驱动系统，具有多变量、非线性、强耦合和干扰敏感的特性，使得飞行控制系统的设计变得非常困难，利用陀螺仪进行姿态检测需要进行累计误差的消除，怎样建立误差模型和通过组合导航修正累积误差是一个工程难题。

pid是比例、积分、微分的英文单词的首字母的简称。比例(p)控制，是一种最简单的控制方式，其控制器的输出与输入误差信号成比例关系，当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(steady-stateerror)；积分(i)控制，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系，对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(systemwithsteady-stateerror)；为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”，积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大，这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。

技术实现要素：

发明人通过对飞行式云梯的研究发现，作业时若空中作业平台因自身和/或其与地面之间连接而引起频繁重心变化，会使陀螺仪一直处于动态变动环境，使各飞行单元的输出处于频繁应激调整状态，各飞行单元之间难以协同调平，空中作业平台的水平控制效果也进一步大打折扣，这制约了空中作业区的设置及作用的发挥，还存在超限失控等安全隐患，因此，为了克服上述的不足，发明人提出了一种智能云梯系统，其能够或至少在一定程度上提高空中作业平台的水平控制性能。本发明通过以下技术方案实现：一种智能云梯系统，包括空中作业平台、地面端和主控装置，还包括均与所述主控装置连接的测距信号发射模块和测距信号接收模块，所述测距信号发射模块和所述测距信号接收模块分别设于所述空中作业平台和所述地面端，所述测距信号发射模块包括三个不在同一直线的发射部，所述测距信号接收模块包括三个不在同一直线的接收部，且一所述发射部对应一所述接收部，以形成一测距信息，所述主控装置通过至少三所述测距信息控制所述空中作业平台运动。

优选的，所述发射部或所述接收部位于所述地面端，并位于同一水平面。

优选的，所述接收部的接收面朝向所述发射部的发射面，所述接收部的接收面处设有感应接收元件，多个所述感应接收元件排列呈面状。

优选的，所述测距信号发射模块还包括与所述主控装置连接的调节座，所述发射部设于所述调节座上，所述调节座用于调整所述发射部的朝向。

优选的，所述主控装置通过所述调节座控制所述空中作业平台平移或平转。

优选的，所述测距信号发射模块发射出的测距信号包括光信号，所述测距信号接收模块接收的光信号经滤波片和/或滤波算法处理。

优选的，所述光信号形成的光斑直径为10mm以上，所述发射部和/或所述接收部处设有直径为100mm以上的护管。

优选的，所述空中作业平台上还设有降落伞，所述降落伞通过手动触发，或者通过设于所述空中作业平台上的加速度传感器和/或倾斜传感器触发而打开。

优选的，所述空中作业平台的顶面处设有作业台，所述作业台的四周围设有护栏和隔风板。

优选的，还包括机动车，所述机动车用于运载所述空中作业平台和/或作为所述地面端。

本发明与传统通过陀螺仪控制的系统相比，精度更高，平稳性能更好，对飞行驱动单元的控制更简单容易，各飞行驱动单元之间可协同配合且调平效果更好，利于空中作业平台上作业区更大范围的设置及作用的发挥，结构简单，安全可靠，操作简单，成本低廉。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明实施例的前视结构示意图；

图2为本发明实施例的立体结构示意图；

图3为本发明实施例的操控系统示意图；

图4为本发明实施例测距信号发射模块的结构示意图；

图5为本发明实施例接收部的接收面的结构示意图；

图6为本发明实施例空中作业平台的空中平移原理示意图。

图1至2中各标号对应如下，第一测距信号接收模块11，第二测距信号接收模块12，作业台13，护栏14，云梯架15，飞行驱动单元16，软管线2，第一测距信号发射模块31，第二测距信号发射模块32，第三测距信号发射模块33，车载平台34，发射部301，调节座302，护管303。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的描述：

作为一种示例，本实施例的智能云梯系统，如图1-2所示，包括空中作业平台、车载平台34和主控装置。

如图1-2所示，空中作业平台包括云梯架15和飞行驱动单元16，12个飞行驱动单元16按二行六列方式均匀地设于云梯架15上，云梯架15的外框呈长方形状，外框底面处设有测距信号接收模块，一测距信号接收模块包括一接收部，6个测距信号接收模块呈二行三列方式设置并分别位于外框的四角及中部。由于本实施例的空中作业平台运行更加平稳，所以作业台13可设于云梯架15的顶面处，并位于旋翼之间，其设置的范围更大，更利于空中作业平台作用的发挥；作业台13的四周优选设有护栏14及隔风板，以提升安全性和舒适性，搭载人员可通过安全带与护栏连接在一起，通过移动安全带的挂钩在作业台13上移动，隔风板的设置可削减旋翼产生的风力对空中作业的影响，同时可进一步确保作业安全。一并参考图3，空中作业平台上优选还设有数个降落伞，当遇有故障时，降落伞可通过手动触发，或者通过设于空中作业平台上的加速度传感器和/或倾斜传感器触发而打开，具体地，可用加速度传感器判断空中作业平台的失重或迅猛飞行，也可用倾斜传感器判断空中作业平台过度倾斜，触发打开降落伞机构开伞，降落伞就打开，让空中作业平台平稳降落。基于四轴飞行器的控制问题，空中作业平台实施时优选包括六个以上的旋翼。

如图1-2所示，车载平台34作为地面端设于消防车上，车载平台34上设有测距信号发射模块，一测距信号发射模块包括一接收部，6个测距信号发射模块呈二行三列方式设置并分别与测距信号接收模块一一固定地对应设置，例如，第一测距信号发射模块31与第一测距信号接收模块11对应并相互配合，第二测距信号发射模块32与第二测距信号接收模块12对应并相互配合，第三测距信号发射模块33与第三测距信号接收模块对应并相互配合，第一、第二、第三测距信号发射模块31、32、33不在同一直线以用于形成地面参考面，该地面参考面可通过对车载平台34或测距信号发射模块位置的调整而与水平面齐平。相应地，第一、第二测距信号接收模块11、12和第三测距信号接收模块不在同一直线，以用于形成用于调平空中作业平台所参考的空中调整面，空中作业平台起飞之前，优选先对地面参考面进行调平以起到地面水平台的作用，当然，也可以通过算法起到相同或相似的作用。在其他一些实施例中，消防车还可以变换为其他类型的机动车，以用于运载空中作业平台和/或作为地面端，需要说明的是，本实施例不包括机动车时，也能够实施，此时3个及以上固定位置的测距信号发射模块可设于地面或房顶。

应当理解的是，在其它的实施方式中，测距信号发射模块也可以设于空中作业平台，测距信号接收模块相应地也可以设于地面端，作为一种优选实施方式，地面端的发射部和/或接收部位于同一水平面。

如图1-2所示，空中作业平台通过软管线2与车载平台34连接，本实施例的飞行驱动单元16为电力驱动，因此软管线2优选包括电源线，电源线可从地面端取电，为空中作业平台的运行提供主用或备用电能，电源线和供电设备优选配置多个(冗余备份)以确保安全；若飞行驱动单元16为燃油或燃气驱动，则燃料容器优选装设于云梯架15上。软管线2优选包括灭火材料输送管，如送水软管，灭火材料输送管用于将灭火材料从地面端输送至空中作业平台以供灭火使用。

如图3所示，各测距信号发射模块和各测距信号接收模块均与中央处理器连接，一测距信号发射模块固定对应一测距信号接收模块，其发射时间和接收时间由中央处理器实时测量作为一测距信息，中央处理器基于该测距信息计算收发用时进而可获得一测距信号发射模块与一测距信号接收模块之间的直线距离，中央处理器可基于最少三测距信息对空中作业平台进行调平。主控装置包括中央处理器，中央处理器优选设于空中作业平台，主控装置还包括监控中心，监控中心优选设于地面端，并可与中央处理器双向通信，以使监控中心可实时监控智能云梯系统的运行状态，进行危机处理，根据实际需要操控空中作业平台。高度输入端与中央处理器连接，并优选设于空中作业平台，以供搭载人员实时根据需要控制空中作业平台的升降。每个飞行驱动单元的驱动电机均通过电子调速器与中央处理器连接，中央处理器可通过电子调速器分别对各飞行驱动单元的输出进行控制。

如图4所示，一测距信号发射模块包括一发射部301和一调节座302，发射部301安装于调节座302上端的运动部上，调节座302的固定部安装于车载平台34上，一并参考图3所示，调节座302(相当于角度控制器)与中央处理器连接，中央处理器可通过对调节座302的控制，实现对发射部301发射朝向的控制，调节座302的运动部优选可360°以内平转、180°以内翻转。相应地，控制调节座302的角度输入端与中央处理器连接，并优选设于空中作业平台，也可以设于监控中心端，以供人工输入操控指令。

本实施例发射及接收的测距信号包括光信号，如图5所示，若干感应接收元件呈点阵排列状设于测距信号接收模块的接收部处，其形成的接收面呈面状，并形成定位坐标系，图中xy轴交点处为原点(或称为轴心)，接收部的接收面朝向发射部的发射面，发射的光信号投射在接收面上时可形成光斑，接收面可对光斑进行定位，具体地，作为一种定位方式，测距信号接收模块包括测轴心模块，测轴心模块用于测定光斑相对轴心的xy值偏移，定位精度可达1厘米以内，以供中央处理器根据定位光斑的坐标位置信息，对空中作业平台进行调整。

调节座302的设置可使空中作业平台做平移和/或平转运动，具体地，一并参考图6所示，测距信号发射模块的发射部设于a′、b′、c′、d′点中至少三个点处以确定a′b′c′d′平面，相对应地，测距信号接收模块的接收部设于a、b、c、d点中对应的至少三个点处以确定abcd平面，发射部的发射面朝向接收部的接收面，升降时，中央处理器通过控制aa′、bb′、cc′和dd′间距中至少三个间距相等，即可确保空中作业平台的平稳升降，具体操控可选为自动模式或人工模式，作为一种人工调平方式，可保持a、b、c、d点中的一个点位置不变，然后通过一维pid算法逐个调整其它点的升降，调平指令可以由空中作业平台搭载的人员发出，也可以由监控中心端发出，中央处理器通过pid算法调整飞行驱动单元输出的升力大小，使两个平面至平行状态，水平精度可控制在5厘米以内；平移时，中央处理器通过统一同步控制调节座302，使发射部301发射的朝向角度发生同步相同的变化，变化的过程以形成的光斑不超出接收面为宜，中央处理器根据光斑的坐标位置信息变化，相应地调整空中作业平台的位置，进而可实现平稳地平移，参考上述原理，通过对各调节座302的控制也能够实现空中作业平台的平转。

当收发测距信号存在异常时，例如光信号被外物(如飞鸟、树)遮挡，为了确保安全，优选空中作业平台可自动保持悬停状态，等待搭载的人员或地面端的监控人员介入并操控。当收发的测距信号包括光信号时，优选中央处理器基于大于3个(冗余备份)的测距信息调平空中作业平台，以提高调平作业时的稳定可靠性；为了防止其它光波如阳光的干扰，测距信号接收模块接收的光信号优选经滤波片和/或滤波算法处理以滤除，以提高参考的光信号的质量；为了防止昆虫、烟雾、灰、水滴等遮挡干扰，光信号形成的光斑直径优选为10mm以上；为了防止其他角度太阳光或其他高频无线电干扰，发射部和/或接收部处优选设有直径为100mm以上的护管，具体实施时，以发射部为例，如图4所示，护管303呈圆柱筒状，套设在发射部301和调节座302外，并于底端处固设于车载平台34上，当发射部和接收部处均设置护管时，优选发射部的护管与接收部的护管可相互嵌套，并且嵌套在一起时发射部与接收部之间不接触，如此，可方便空中作业平台在车载平台34上的固定，并利于起飞和降落。护管的设置还可对光信号的发射及接收角度进行限定，进一步利于滤除干扰信号。

需要说明的是，主控装置通过至少三测距信息不仅可用于调平所述空中作业平台，而且还可根据实际情况需要用于控制空中作业平台在三维空间的任意运动轨迹。

本发明的空中作业平台载重能力可达数吨的物资，如救援绳、救生衣、灭火装置、测绘、通信、指挥系统等，应用于灭火时，空中作业平台可平稳位移至高楼着火点进行救援灭火作业，结构简单，安全可靠，操作简单，成本低廉。可以在任何需要高空作业的场合使用，如高空电力线，高塔上的移动基站、高楼、烟囱、水塔、气象站处理、高空监控(如边境监控、森林消防、海港、环境、交通、牧场)。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

上面对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。