一种臂式高空作业平台的控制系统及控制方法与流程

本发明涉及工程机械设计领域，尤其涉及一种臂式高空作业平台的控制系统及控制方法。

背景技术：

目前主要臂式高空作业平台的主要生产厂家还是国外厂家，如jlg(捷而捷)、基尼等。目前国内有些主机厂正在积极尝试臂式高空作业平台，但电子控制系统的相关技术却被国外厂家垄断，且价格不菲。

臂式高空作业车是用于高空作业的升降设备，可跨越障碍进行高空作业。顶端的平台可在升降到任何位置时暂停，底部的移动装备可使整个作业平台边行进边作业。由于使用方便，臂式高空作业车可广泛适用于市政、电力、路灯、广告、通讯、摄影、园林、交通、码头、机场港口等行业的安装维修机登高作业。

另一方面，即便目前国内电子控制领域的厂家也在进行相关尝试，但符合国际安全功能标准的电子控制系统却很少。

传统上，安全系统在自动化系统中一直是单独实施，独立运行，并且经常与自动化系统平行运转。这样做有一个很好的理由，那就是安全系统必须一直保持可用状态。在机器的“正常”运行状态下，故障和无法预期的情况一定不能让安全保护措施发生降级或者失效。

对于安全控制系统，国内的机械制造厂商主要参照以iso13849-1来设计安全回路。

iso13849-1标准覆盖了气动系统、液压系统和机械安全控制系统；在2011年底正式生效实施，这是机械功能安全领域全新的里程碑。iso13849-1标准，在以往要求系统的确定性上，增加了一些系统故障概率方面的评估，从而可以实现从零部件到系统进行全面性安全。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种臂式高空作业平台的控制系统：所述臂式高空作业平台包括平台本体、升降手臂和底盘，所述平台本体和所述底盘分别设置于所述升降手臂的两端，所述控制系统包括设置于所述平台本体上的上控制箱和设置于所述底盘上的下控制箱，所述上控制箱和所述下控制箱之间通过一通信总线连接。

上述的臂式高空作业平台的控制系统中，所述底盘设有车轮和驱动装置；所述下控制箱包括一行动模块；所述行动模块控制所述驱动装置，以使所述臂式高空作业平台前后左右移动。

上述的臂式高空作业平台的控制系统中，所述上控制箱包括：上io接口模块、显示蜂鸣模块和上面板控制键模块；所述上io接口模块中包括控制程序，用于接收所述上面板控制键模块提供的按键信息，并将所述按键信息通过所述通信总线发送至所述下控制箱。

上述的臂式高空作业平台的控制系统中，所述下控制箱还包括：下io接口模块、人机交互模块、下面板控制键模块和主控模块；所述下io接口模块通过所述通信总线与所述上io接口模块连接，并定时向所述上io接口模块发送指定信息；所述主控模块包括控制程序，用于接收所述下io接口模块、所述人机交互模块和所述下面板控制键模块提供的信息，并根据所述信息控制所述臂式高空作业平台运动以及给出反馈信息。

上述的臂式高空作业平台的控制系统中，所述上面板控制键模块用于控制所述臂式高空作业平台的动作。

上述的臂式高空作业平台的控制系统中，所述人机交互模块用于设置参数；所述下面板控制键模块用于控制所述臂式高空作业平台的动作。

上述的臂式高空作业平台的控制系统中，所述上控制箱和所述下控制箱都还包括一急停按钮，所述急停按钮与所述下控制箱直接连接，按下时即停止所述臂式高空作业平台的一切操作。

本发明的另一目的在于提供一种臂式高空作业平台的控制方法，包括如下步骤：

s1、获取当前各控制键的开关信息及内置倾角信息；

s2、状态控制；

s3、整车电压监控；

s4、称重标定及检测；

s5、内置倾角标定及检测；

s6、显示相关信息；

s7、存储本次数据；若本次操作有故障则报警。

上述的臂式高空作业平台的控制方法中，当控制权在上控制箱时，步骤s1中所述的控制键的开关信息来自所述上控制箱；当控制权在下控制箱时，步骤s1中所述的控制键的开关信息来自所述下控制箱。

上述的臂式高空作业平台的控制方法中，还包括产线测试模式；

所述产线测试模式包括如下步骤：

p1、定时发送di数据；

p2、定时发送手柄位移量数据；

p3、定时发送模拟量采集信息；

p4、查询下发的指令，并执行。

与现有技术相比，本发明的技术方案考虑了主机厂商的多种机型，可以根据客户需求进行定制化开发，有效解决了主机厂商对整车控制的需求。通过一通信总线连接上下两个控制箱不仅能够协调两个控制箱的工作内容，满足基本动作需求，而且下控制箱作为核心控制部分，在上控制箱出现异常时能够及时发现并进行相关异常处理，从而能够保证整车动作的安全性。所谓的异常工作状态包括：上控操作手柄信号线对地短路、对5v信号短路、高速行走时，can总线丢包问题、温度对称重传感器的采样影响等情况。

附图说明

图1是本发明的一实施例的整体示意图；

图2是本发明的又一实施例的整体示意图；

图3是本发明的上控制箱的面板示意图；

图4是本发明的下控制箱的面板示意图；

图5是本发明中上控制箱中的控制程序的一个详细示例；

图6是本发明中下控制箱中的控制程序的一个详细示例。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。然而，本发明可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。且，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征允许相互组合或替换。结合以下的说明，本发明的优点和特征将更清楚。

需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

还需声明的是，本发明中对步骤编号的目的在于便于引用，而非限定先后顺序。对于个别需强调顺序的步骤，文中将以专门文字进行特别说明。

本发明的设计思路在于根据行业内推荐的标准，自行设计所述臂式高空作业平台的电子控制系统，使其能够在检测作业平台上的载重，以及整个作业平台系统的稳定性，从而保证高空作业的安全性。

本发明在底盘处(地面上)和作业平台上(高空)都设置了控制箱，两个控制箱上都设有报警装置和急停按钮。两个所述报警装置同步报警，同时向地面和空中的作业人员提出警报，以便及时处理紧急状况。两个所述急停按钮则分别受控于高空作业人员和地面作业人员，并分别直接与驱动装置相连，即无论按下哪个急停按钮，无论当前正在执行什么任务，都立即停止作业，所述臂式高空作业平台都恢复到比较安全的姿态。两个所述急停按钮分别受控于高空作业人员和地面作业人员，意在保证作业人员和所述臂式高空作业平台的高度安全。

图1为一种(辆)底盘单独安装在四轮小车上的臂式高空作业平台。其中驱动装置2安装在四轮小车1上，驱动装置2用于驱动四轮小车1前进、后退或者左右转向。升降手臂3包括主臂31、折臂32和飞臂33，主臂31和折臂32之间、折臂32和飞臂33之间设置驱动装置，以驱动主臂31、折臂32和飞臂33相对运动。作业平台本体34设置于飞臂33的一端，作业平台本体34和飞臂33之间也设有驱动装置，使得作业平台本体34除跟随飞臂33运动外，还能自主左右旋转。

相类似的，图2是将所述臂式高空作业平台设置于一卡车的平板车厢上，此时，四轮小车1和驱动装置2都已集成在所述卡车上了。进一步地，图2中示出的主臂31和折臂32均为可伸缩的机械臂。

图3和图4分别示出了上控制箱4和下控制箱5的外观。其中，上控制箱4设置于作业平台本体34上，供高空作业人员使用；下控制箱5设置于驱动装置2或四轮小车1的外表面等接近地面的位置，主要供地面操作人员使用。

上控制箱4上设置了单y轴手柄、双轴手柄、蜂鸣器、防水拨钮开关、急停开关、指示灯排(也可以是显示屏)等。其中，单y轴手柄用于选择当前操作作业平台本体34或者底盘，双轴手柄用于控制底盘的前后或左右的运动方向，蜂鸣器用于报警警示，面板中间区域的一组防水拨钮开关用于控制升降手臂3的运动，急停开关用于紧急状况时立即禁止操作，指示灯排用于指示所述臂式高空作业平台的一些状态信息。

下控制箱5上设置了防水拨钮开关、急停开关和选择锁等。其中，面板中下部的一组防水拨钮开关用于控制升降手臂3和所述底盘的运动，急停开关用于紧急状况时立即禁止操作，急停开关下方的选择锁用于选择当前处于参数设置状态、下控制箱控制状态或上控制箱控制状态。

另外，上控制箱4和下控制箱5的外壳(壳体和保护盖)采用非开模的形式并使用不锈钢材料；手柄采用北谷通用的单轴霍尔传感器手柄(右手手柄)和双轴霍尔传感器手柄(左手手柄)；使用镀锌或镀镍不锈钢螺钉或螺栓进行紧固。两个控制箱之间的通信线缆通过圆形航空插头连接，保证户外使用的防水、防腐性能。进一步地，下控制箱5采用垂直安装的形式，比较便于操控。

本文所述的臂式高空作业平台的控制系统中，包括作业平台本体34、升降手臂3和底盘(即图1中的四轮小车1、驱动装置2和图2中的卡车)，作业平台本体34和所述底盘分别设置于所述升降手臂3的两端，所述控制系统包括设置于作业平台本体34上的上控制箱4和设置于所述底盘上的下控制箱5，上控制箱4和下控制箱5之间通过一通信总线连接。所述通信总线在上控制箱4和下控制箱5之间传递控制箱表面的各控制键的信息(包括开关信息或位置信息)以及一些用于显示的信息。所述通信总线包括但不限于can、rs485等通用总线协议，甚至无线通信协议。进一步地，所述通信总线上传递信息按周期、定时交换。

进一步地，所述底盘设有车轮和驱动装置；下控制箱5包括一行动模块，所述行动模块控制所述驱动装置，以使所述臂式高空作业平台前后左右移动。

相应于上控制箱4的面板，所述上控制箱4包括：上io接口模块、显示蜂鸣模块和上面板控制键模块。其中，所述上io接口模块中包括控制程序，用于接收所述上面板控制键模块提供的按键信息，并将所述按键信息通过所述通信总线发送至所述下控制箱。进一步地，所述上面板控制键模块用于控制所述臂式高空作业平台的动作。

相应于下控制箱5的面板，所述下控制箱5还包括：下io接口模块、人机交互模块、下面板控制键模块和主控模块。其中，所述下io接口模块通过所述通信总线与所述上io接口模块连接，并定时向所述上io接口模块发送指定信息；所述主控模块包括控制程序，用于接收所述下io接口模块、所述人机交互模块和所述下面板控制键模块提供的信息，并根据所述信息控制所述臂式高空作业平台运动以及给出反馈信息。进一步地，所述人机交互模块用于设置参数；所述下面板控制键模块用于控制所述臂式高空作业平台的动作。

本发明还提供了一种臂式高空作业平台的控制方法。包括如下步骤：

s1、获取当前各控制键的开关信息及内置倾角信息。

s2、状态控制，主要体现在控制电机驱动器和相关电磁阀，以使主臂升降、折臂升降、飞臂升降、转台回转、整车行驶或转向。

s3、整车电压监控，当电压过低时，则通过蜂鸣器发出警报声，以提示人工介入。

s4、称重标定及检测。其中，称重标定为开始工作时的一次性操作。由于称重传感器安装固定在平台篮子的下方，且所述称重传感器本身具有输出偏移误差，为了去除所述输出偏移误差和所述平台篮子的自重，故需要进行称重标定。检测是指对平台篮子上所承载物品和/或人员的总重。车辆静态的情况下(车辆不动作)，若检测到超载，则禁止所有动作，只有在超载情况解除后，车辆才能进行其他动作；车辆动态的情况下(车辆动作)检测到超载，则允许运动继续保持。

s5、内置倾角标定及检测。所述内置倾角包括2个，分别为车辆前后方向与水平面的夹角和左右方向与水平面的夹角。由于可能会因为ecu安装固定时引入的安装偏差导致所述内置倾角出现偏差，为了去除安装导致的角度偏差，需要进行内置倾角标定。同上，内置倾角的标定也只需要在安装ecu时进行一次即可。内置倾角检测通过两轴重力加速度进行。当车辆处于收藏状态时，检测到角度超出范围，不禁止动作；当车辆处于非收藏状态时，检测到角度超出范围，则禁止所有动作，防止车辆侧翻。

s6、显示相关信息。具体的，车辆无故障时，在lcd屏幕上显示工作时间、电池电压等信息；车辆出现故障时，则显示故障代码信息；按下特定组合按键，可显示当前车辆的其他状态监控信息。

s7、存储本次数据，另外，如本次操作过程中有故障则报警。

上述步骤以软件的形式固化于下控制箱5中，当控制权在上控制箱4时，步骤s1中所述的控制键的开关信息来自所述上控制箱4；当控制权在下控制箱5时，步骤s1中所述的控制键的开关信息来自所述下控制箱5。图6为一个比较完整和详细的流程图。

下控制箱5中的控制程序(软件)包含启动程序bootloader和应用程序application。启动程序需要烧录到主芯片的flash指定区间，而应用程序可烧录也可通过软件更新工具更新到应用程序区域。所述应用程序体现了臂式(直臂和曲臂、电驱和柴油)高空车可以实现的各安全功能，包括主臂的伸缩、主臂的升降、折臂的升降(直臂车没有折臂)、飞臂的升降、转台转向、平台旋转、平台调平、以及车辆行走转向刹车等。

上控制箱4中也包括控制程序，所述控制程序主要用于收集控制键信息并将其通过通信总线传递给下控制箱5。当然，当下控制箱5发送一些显示或警报信息时，所述控制程序也是通过通信总线接收的，并将所述显示或警报信息显示在上控制箱4的面板上。下控制箱5的控制程序作为主控制程序，接收来自上控制箱4的控制键信息，并执行这些控制指令(控制键信息)。上控制箱4和下控制箱5之间的关系为：下控制箱5为主，上控制箱4为辅。上控制箱4的控制程序接收来自下控制箱5的一些反馈信息，如显示信息；同时忠实传递上控制箱4面板上的控制键信息，由下控制箱5具体执行。

另外，为了便于生产调试，上控制箱4和下控制箱5的控制程序中还包括了一个产线测试模式，即，当处于调试程序(尤其指调整两个控制程序之间的通信状态)的状态时，包括如下步骤：

p1、定时发送di数据；

p2、定时发送手柄位移量数据；

p3、定时发送模拟量采集信息；

p4、查询下发的指令，并执行。

图5显示的是上控制箱4中的控制程序的一个较为详细的示例的流程图，其中进一步包括了产线测试模式这一部分的流程。

上述的臂式高空作业平台的控制系统和控制方法有效解决了主机厂商整车控制问题，不仅能够满足基本动作需求，而且考虑了多种可能异常情况并分别进行了处理，能够保证整车动作的安全性。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。