CN103727936B - 登高平台消防车工作平台的定位导航装置、消防车和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种登高平台消防车工作平台的定位导航装置、消防车和方法，显示装置和臂架检测装置都与控制器电连接，显示装置将输入的目标点信息发送到控制器，臂架检测装置将获取的登高平台消防车的臂架的状态信息实时发送到控制器，控制器实时计算工作平台移动到目标点的导航信息，并将此导航信息发送到显示装置中进行显示。本发明的定位导航装置、登高平台消防车和方法，可以实时根据臂架当前状态对目标点进行路径规划，保证能以最优方式到达目标点；采用的导航策略仅对操作者进行路径引导，并不对实际的操作过程进行干预，有效避免臂架运动过程中碰触到障碍物等危险工况出现，提高登高消防车安全工作系数以及救援效率。

Description

登高平台消防车工作平台的定位导航装置、消防车和方法

技术领域

本发明涉及定位导航技术领域，尤其涉及一种登高平台消防车工作平台的定位导航装置、登高平台消防车和方法。

背景技术

登高平台消防车是装备折叠式或折叠与伸缩组合式臂架、载人平台、显示器转台及灭火装置，用于扑灭高层建筑火灾以及救援的专用汽车。车上设有工作平台和消防水炮(水枪)，供消防人员进行登高扑救高层建筑、高大设施等火灾，营救被困人员，抢救贵重物资以及保护公民的生命财产安全的特殊设备。鉴于其特殊性和重要性，登高平台消防车在救援过程中的工作效率尤其重要,而提高效率的关键在于减少消防车从准备状态到达目标点的时间和提升到达目标点位置的精确程度。

目前，登高平台消防车在救援过程中缺少对操作者的引导信息，操作者如果想快速到达目标点需要对登高消防车幅度曲线有比较深入的了解，否则很有可能由于车辆停靠位置的不合适、臂架角度以及臂架伸长量的不合适等多方面因素导致无法到达目标点，这将严重影响抢险救援的效率。或者，能够计算出相应的臂架状态，然后通过一键控制达到目标点。但是这种方法存在两种缺陷，一方面由于其规划路径的唯一性，导致臂架在运行的过程中有可能会遇到电线杆、房屋等障碍物，从而导致无法到达目标点。另一方面车辆在接近计算出的目标臂架状态时会停止当前动作，但考虑到平稳性都会有一定的动作缓冲，从而导致超过理论臂架状态的现象出现，而该方法并不会根据超出的值进行最终的臂架状态修正，使得系统无法准确到达目标点，影响了抢险救援的效率，不能在实际救援过程中有很高的成功率。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种登高平台消防车工作平台的定位导航装置，能够实时提供导航信息。

一种登高平台消防车工作平台的定位导航装置，包括：控制器、臂架检测装置和显示装置；所述显示装置和所述臂架检测装置都与所述控制器电连接；所述显示装置将输入的目标点信息发送到所述控制器；所述臂架检测装置将获取的登高平台消防车的臂架的状态信息实时发送到所述控制器；所述控制器根据所述目标点信息和所述臂架的状态信息，实时计算工作平台移动到目标点的导航信息，并将此导航信息发送到所述显示装置中进行显示；其中，所述目标点信息包括：目标点的水平距离、高度、旋转角度。

根据本发明的装置的一个实施例，进一步的，所述臂架检测装置包括：臂架角度传感器；所述臂架角度传感器与所述控制器电连接。

根据本发明的装置的一个实施例，进一步的，还包括臂架执行机构；所述控制器与所述臂架执行机构电连接；所述控制器向所述臂架执行机构发送执行指令，所述臂架执行机构控制登高平台消防车的臂架装置完成与所述指令相对应的动作。

根据本发明的装置的一个实施例，进一步的，所述控制器与手柄电连接；其中，通过操作所述手柄向所述控制器发送操作指令，所述控制器向所述臂架执行机构发送与所述操作指令相对应的执行指令。

根据本发明的装置的一个实施例，进一步的，所述显示器与所述控制器通过CAN总线连接。

根据本发明的装置的一个实施例，进一步的，所述显示装置的显示屏为触摸式显示屏。

根据本发明的装置的一个实施例，进一步的，所述控制器包括：通讯单元、信号输入单元、信号输出单元和导航计算单元；所述通讯单元与所述显示装置进行数据通讯；所述信号输入单元获取来自所述臂架检测装置获取的实时臂架状态参数信息；所述信号输出单元向所述臂架执行机构发送执行指令；所述导航计算单元实时计算到达目标点的导航信息。

本发明要解决的一个技术问题是提供一种登高平台消防车，包括如上所述的登高平台消防车工作平台的定位导航装置。

本发明要解决的一个技术问题是提供一种如上所述的登高平台消防车工作平台的定位导航装置的定位导航方法，包括：

通过所述显示装置输入目标点信息，并将所述目标点信息发送到控制器；所述控制器判断该输入目标点的有效性，如果目标点位置不可达，则返回不可达信息到所述显示装置；如果目标点位置可达，所述控制器实时计算主臂能够到达目标点的最大有效区域范围，并根据检测到的当前主臂角度，计算当前需要推荐的主臂导航角度；根据确定的主臂导航角度以及检测到的曲臂角度、主臂长度信息，计算曲臂导航角度，计算完成后继续监测当前的臂架运动状态；将导航信息传递到所述显示装置，导航信息包括能够到达目标点的主臂角度、曲臂角度、主臂长度以及旋转角度信息。

根据本发明的方法的一个实施例，进一步的，登高平台消防车的臂架角度以及臂架长度的关系如下：

其中，L为主臂长度，r为曲臂长度，β为主臂曲臂夹角，α为主臂夹角，radius为主臂后绞点到曲臂前绞点水平距离，height为平台底部到主臂后绞点垂直距离。

本发明的登高平台消防车工作平台的定位导航装置、登高平台消防车和方法，可以实时根据臂架当前状态对目标点进行路径规划，保证能以最优方式到达目标点；采用的导航策略仅对操作者进行路径引导，并不对实际的操作过程进行干预，有效避免臂架运动过程中碰触到障碍物等危险工况出现，提高登高消防车安全工作系数以及救援效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明的登高平台消防车工作平台的定位导航装置的一个实施例的示意图；

图2为根据本发明的登高平台消防车工作平台的定位导航装置的另一个实施例的示意图；

图3为根据本发明的登高平台消防车的一个实施例的示意图；

图4为根据本发明的登高平台消防车工作平台的定位导航装置的定位导航方法的一个实施例的示意图；

图5为根据本发明的登高平台消防车的臂架角度以及长度关系示意图；

图6为消防车幅度曲线的一个实施例的示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，登高平台消防车工作平台的定位导航装置包括：控制器2、臂架检测装置3和显示装置1。

显示装置1和臂架检测装置3都与控制器2电连接。显示装置1将输入的目标点信息发送到控制器2。臂架检测装置3将获取的登高平台消防车的臂架的状态信息实时发送到控制器2。

控制器2根据目标点信息和臂架的状态信息，实时计算工作平台移动到目标点的导航信息，并将此导航信息发送到显示装置1中进行显示。目标点信息包括：目标点的水平距离、高度、旋转角度。

根据本发明的一个实施例，臂架检测装置3包括：臂架角度传感器。臂架角度传感器与控制器2电连接。

根据本发明的一个实施例，控制器2与臂架执行机构4电连接。控制器2向臂架执行机构4发送执行指令，臂架执行机构4控制登高平台消防车的臂架装置完成与指令相对应的动作。显示装置中显示的导航信息指导操作者操作手柄进行正确动作，驱动臂架执行机构动作到达目标点。

根据本发明的一个实施例，控制器2与手柄5电连接。通过操作手柄5向控制器2发送操作指令，控制器2向臂架执行机构4发送与操作指令相对应的执行指令。

根据本发明的一个实施例，显示器1与控制器2通过CAN总线连接。显示装置1的显示屏为触摸式显示屏。

如图2所示，控制器包括：通讯单元221、信号输入单元222、信号输出单元224和导航计算单元223。

通讯单元221与显示装置21进行数据通讯。信号输入单元222获取来自臂架检测装置23获取的实时臂架状态参数信息。信号输出单元224向臂架执行机构24发送执行指令。导航计算单元223实时计算到达目标点的导航信息。

显示装置21为交互式的显示器，主要用来输入目标点位置并将该数据传递到控制器中，同时实时显示臂架参数以及导航信息以便于操作人员进行操作。

控制器通过通讯单元221与交互式的显示装置21完成数据通讯，通过信号输入单元222监测来自臂架检测装置23的实时臂架参数信息，通过导航计算单元223实时计算到达目标点的导航信息，通过信号输出单元224驱动臂架执行机构24进行相应动作以达到目标点；

臂架执行机构24执行来自控制器的电信号指令，通过一定的液压动力装置驱动臂架结构完成相应动作。

手柄25根据显示装置上的导航信息操作，将操纵数据通过信号输入单元222传递到控制器，控制器根据目标点信息和臂架的状态信息，实时计算工作平台移动到目标点的导航信息，并将此导航信息发送到显示装置，能够提供实时的最佳的导航信息。

本发明的登高平台消防车工作平台的定位导航装置，能够实时根据当前臂架状态进行路径的重新规划，保证导航结果的实时性、最优性。采用仅对操作者进行路径引导的导航策略，实际的操作过程中仍然依靠操作者的观察判断，有效规避登高平台消防车运动过程中的未知危险状况出现。

如图3所示，提供一种登高平台消防车，包括如上的登高平台消防车工作平台的定位导航装置。

图4为一种如上的登高平台消防车工作平台的定位导航装置的定位导航方法，如图4所示：

步骤S1，通过显示装置输入目标点信息，并将目标点信息发送到控制器。

步骤S2，控制器判断该输入目标点的有效性，如果目标点位置不可达，则返回不可达信息到显示装置。

步骤S3如果目标点位置可达，控制器实时计算主臂能够到达目标点的最大有效区域范围。

步骤S4，根据检测到的当前主臂角度，计算当前需要推荐的主臂导航角度。

步骤S5，根据确定的主臂导航角度以及检测到的曲臂角度、主臂长度信息，计算曲臂导航角度，最后根据确定的主臂角度、曲臂角度计算所需的主臂长度，计算完成后继续监测当前的臂架运动状态并执行S6。

步骤S6，将导航信息传递到显示装置，包括能够到达目标点的主臂角度、曲臂角度、主臂长度以及旋转角度信息。

根据本发明的方法的一个实施例，登高平台消防车的臂架角度以及臂架长度的关系如下：

其中，如图5所示，L为主臂长度，r为曲臂长度，β为主臂曲臂夹角，α为主臂夹角，radius（半径或幅度）为主臂后绞点到曲臂前绞点水平距离，height（高度）为平台底部到主臂后绞点垂直距离。

根据本发明的一个实施例，根据检测到的当前主臂角度，依据主臂最优导航原则首先确定当前需要推荐的主臂导航角度。

主臂最优导航原则是指导航目标点输入并确认有效后，导航算法依据上述实施例的臂架角度以及臂架长度的关系、结合登高平台消防车结构限制计算平台到达目标点时的大概的主臂角度范围，在幅度曲线的基础上以及上述角度范围内最终确定有效的主臂角度范围，最后根据消防车当前主臂角度从有效主臂角度范围内选择最近（小）角度为到达目标点时最终导航的主臂角度。

根据先前确定的主臂角度以及检测到的曲臂角度、主臂长度信息，依据曲臂最优导航原则计算当前需要推荐的曲臂导航角度，然后根据确定的主臂导航角度、曲臂导航角度以及上述实施例的臂架角度及臂架长度关系计算导航所需的主臂长度信息，计算成功后一方面执行S6将信息传递到显示装置进行显示，另一方面返回S4继续监测当前臂架运动状态。

曲臂最优导航原则是指在确定导航主臂角度的前提下，导航算法计算平台到达目标点时的有效曲臂角度，主臂角度确定后，利用上述实施例的臂架角度以及臂架长度的关系计算曲臂角度有多个有效解，根据消防车当前主臂长度、曲臂角度信息，采用最短路径法选出曲臂最优解进行导航。

如图6所示，为根据一种消防车的具体车型的消防车幅度曲线图，用以确定在操作中臂架的操作范围，幅度是指从转台回转中心到工作平台前沿的水平距离。图中阴影部分表示消防车安全工作范围，超过阴影可能导致车辆倾翻；目标点的有效性即目标点在阴影范围内。

本发明的登高平台消防车工作平台的定位导航装置、登高平台消防车和方法，可以实时根据臂架当前状态对目标点进行路径规划，从而保证登高平台消防车在有效臂架状态范围内都能以最优方式到达目标点；采用的导航策略仅对操作者进行路径引导，并不对实际的操作过程进行干预，有效避免臂架运动过程中碰触到障碍物等危险工况出现，提高登高消防车安全工作系数以及救援效率；能够分析目标点位置的可达性，给予不熟悉幅度曲线的操作者当前登高平台消防车驻车位置是否合适的提醒。

可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施。

Claims (10)

1.一种登高平台消防车工作平台的定位导航装置，其特征在于，包括：

控制器、臂架检测装置和显示装置；

所述显示装置和所述臂架检测装置都与所述控制器电连接；所述显示装置将输入的目标点信息发送到所述控制器；所述臂架检测装置将获取的登高平台消防车的臂架的状态信息实时发送到所述控制器；

所述控制器根据所述目标点信息和所述臂架的状态信息，实时计算工作平台移动到目标点的导航信息，并将此导航信息发送到所述显示装置中进行显示；

其中，所述目标点信息包括：目标点的水平距离、高度、旋转角度；所述控制器判断输入目标点的有效性，如果目标点位置可达，所述控制器实时计算主臂能够到达目标点的最大有效区域范围，并根据检测到的当前主臂角度，计算当前需要推荐的主臂导航角度；根据确定的主臂导航角度以及检测到的曲臂角度、主臂长度信息，计算曲臂导航角度，计算完成后继续监测当前的臂架运动状态。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述臂架检测装置包括：臂架角度传感器；

所述臂架角度传感器与所述控制器电连接。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：

还包括臂架执行机构；所述控制器与所述臂架执行机构电连接；

所述控制器向所述臂架执行机构发送执行指令，所述臂架执行机构控制登高平台消防车的臂架装置完成与所述指令相对应的动作。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：

所述控制器与手柄电连接；

其中，通过操作所述手柄向所述控制器发送操作指令，所述控制器向所述臂架执行机构发送与所述操作指令相对应的执行指令。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：

显示器与所述控制器通过CAN总线连接。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：

所述显示装置的显示屏为触摸式显示屏。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：

所述控制器包括：通讯单元、信号输入单元、信号输出单元和导航计算单元；

所述通讯单元与所述显示装置进行数据通讯；所述信号输入单元获取来自所述臂架检测装置获取的实时臂架状态参数信息；所述信号输出单元向所述臂架执行机构发送执行指令；所述导航计算单元实时计算到达目标点的导航信息。

8.一种登高平台消防车，其特征在于：

包括如权利要求1至7任意一项所述的登高平台消防车工作平台的定位导航装置。

9.一种如权利要求1至7任意一项所述的登高平台消防车工作平台的定位导航装置的定位导航方法，包括：

通过所述显示装置输入目标点信息，并将所述目标点信息发送到控制器；

如果目标点位置不可达，则所述控制器返回不可达信息到所述显示装置；

将导航信息传递到所述显示装置，导航信息包括能够到达目标点的主臂角度、曲臂角度、主臂长度以及旋转角度信息。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：

登高平台消防车的臂架角度以及臂架长度的关系为：

$\left\{\begin{array}{c}L\cos \mathrm{\α}+r\cos (\mathrm{\β}+\mathrm{\α}-180)=radius\\ L\sin \mathrm{\α}+r\sin (\mathrm{\β}+\mathrm{\α}-180)=height\end{array}\right.;$

其中，L为主臂长度，r为曲臂长度，β为主臂曲臂夹角，α为主臂夹角，radius为主臂后绞点到曲臂前绞点水平距离，height为平台底部到主臂后绞点垂直距离。