CN105217390B - 用于控制空中设备的运动的控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于控制空中设备的运动的控制系统和方法，尤其用于控制消防车的可转动云梯，所述控制系统包括：手动可操作的输入装置，通过偏转力在至少一个空间方向上可偏转；处理单元(14)，用于将输入装置的偏转量转换成相应的速度信号；以及驱动单元(16)，用于以与所述速度信号对应的速度，移动所述空中设备。本发明的特征在于：确定装置(18、20)，用于确定可能最大速度；以及制约装置(22)，用于根据所确定的可能最大速度抵消或限制输入装置的偏转。

Description

用于控制空中设备的运动的控制系统和方法

技术领域

本发明涉及用于控制空中设备的运动，尤其用于控制消防车的可转动云梯，的控制系统和方法。

背景技术

操作人员从给其提供空间概览的位置中控制诸如消防车的可转动云梯的空中设备，其中，空中设备在该空间移动。出于简单性的原因，进一步的描述将参照作为空中设备的一个实例的可转动云梯虽然这个实例不要理解为在本发明的意义中进行限制。众所周知，这种可转动云梯可以围绕垂直轴转动并且还抽出以及降低或提高，以在救援的情况下达到远程的位置。非常重要的是，尽可能快地达到这个远程点，以便不失去救人等所需要的时间。另一方面，可转动云梯的运动速度受结构参数限制，并且还取决于其当前位置，尤其是其伸展范围。操作人员在救援情况下不能概述所有这些参数。

可转动云梯的通用控制站通常配备有手动可操作的输入装置，例如，操纵杆或控制杆，其通过操作人员施加的偏转力在至少一个空间方向可偏转。例如，控制杆允许输入可转动云梯的移动方向和速度。处理单元将输入装置的偏转量转换成相应的速度信号，速度信号传输给驱动单元，用于以与速度信号对应的速度移动空中设备。

为了帮助操作人员控制可转动云梯，众所周知，系统包括传感器，例如，在云梯的端部的距离传感器，用于生成警报信号，以避免与物体碰撞。保护其他种类的传感器不超负荷。然而，生成警报信号或执行强迫关闭系统，仅仅是控制云梯的运动的不完整的辅助功能。尤其地，希望根据现状以最大运动速度控制云梯。然而，甚至在具有生成警报信号或者防止云梯碰撞或超负荷的传感器时，云梯的控制依然需要有经验的操作人员和大量技术来控制，以在困难的情况下(例如，在窄空间内通过最大的距离)操作。

发明内容

因此，本发明的一个目标在于，提供一种用于控制空中设备(例如，消防车的可转动云梯)的运动的控制系统，，该空中设备给操作人员提供更直接的反馈，以根据本系统状态简化控制。

另一个目标在于，提供一种用于控制空中设备的运动的相应的方法。

由下面描述的控制系统和相应的方法实现这些目标。

根据本发明的控制系统包括确定装置，用于确定用于移动空中设备的可能最大速度。制约装置根据所确定的可能最大速度抵消或限制输入装置的偏转。

通过这种抵消或限制活动，在操作人员将手动偏转力施加到输入装置中时，操作人员在输入装置处获得直接并且直观的触觉反馈。

例如，根据实际上确定的可能最大速度，输入装置的偏转范围受到限制，以便不能进行进一步偏转。例如，制约(restrict)装置根据所确定的可能最大速度将用作输入装置的控制杆或操纵杆的运动自由制约在某个范围内。由于根据空中设备的现状，可以实时更新最大速度的确定，所以可以动态地调整输入装置的偏转的抵消或限制。这种触觉反馈系统提供超过比较简单的系统的优点，在碰撞危险的情况下，该比较简单的系统生成警报信号或者仅仅直接关闭云梯运动。

根据本发明的优选实施方式，制约装置被设置为将根据所确定的可能最大速度的恢复力施加到输入装置，用于恢复所述输入装置，抵抗偏转力。这个恢复力用于将输入装置向回调整到与比可能的最大速度低的速度对应的位置，并且由于不施加任何手动偏转力，恢复力将输入装置放回空挡位置。具有施加恢复力的几个可能性。例如，如果达到可能最大速度(或仅仅低于可能最大速度的速度值)，那么可以立即施加非常强大的恢复力，以便操作人员不能手动克服这个强大的恢复力。根据另一个实例，在输入装置的偏转接近与可能最大速度对应的极限时，恢复力逐渐增大。这给操作人员提供了更直观的触觉反馈，能够允许操作人员感测到接近最大速度极限。

根据本发明的一个优选实施方式，输入装置是控制杆。

更优选地，确定装置包括以下中的至少一个：速度传感器、加速度传感器、负载传感器、偏转传感器以及用于确定与物体间距离的距离传感器。

根据本发明的另一个优选实施方式，确定装置被设置为根据测量的传感器数据和与待控制的空中设备的结构参数相关的预定数据，确定可能最大速度。

本发明进一步涉及用于控制空中设备的运动，尤其用于控制消防车的可转动云梯的方法，其中，手动可操作的输入装置通过偏转力在至少一个空间方向上偏转，将输入装置的偏转量转换成相应的速度信号，并且以与速度信号对应的速度移动空中设备，其中，确定可能最大速度，并且根据所确定的可能最大速度抵消或限制输入装置的偏转。

优选地，将根据所确定的可能最大速度的恢复力施加到所述输入装置中，用于恢复所述输入装置，抵抗偏转力。

根据按照本发明的方法的另一个优选实施方式，根据测量的传感器数据和与待控制的空中设备的结构参数相关的预定数据，确定可能最大速度。

从在后文中描述的本发明的一个优选的实施方式中，本发明的这些和其他方面显而易见，并且参照该实施方式，阐明这些和其他方面。

附图说明

唯一的图1是根据本发明的用于控制空中设备的运动的控制系统的实施方式的布局的示意图。

具体实施方式

提供图中显示的控制系统10，用于控制作为空中设备的一个实例的消防车的可转动云梯。要注意的是，根据本发明的控制系统不限于控制这种可转动云梯，而是还适用于其他类型的空中设备。控制系统10包括控制杆12，作为手动可操作的输入装置的一个实施方式。众所周知，控制杆12通过操作人员可以手动施加的偏转力(未示出)在不同的空间方向(例如，上、下、左以及右)可偏转。因此，通过向侧面倾斜控制杆，可以偏转被示出为在空挡中间位置的控制杆。这个倾斜运动包括：方向分量，由控制杆12偏转到的方向限定；以及对应于偏转量的绝对值，与移动到规定方向的预期速度对应。控制杆12的偏转量通过处理单元14被转换成相应的速度信号，该处理单元感测控制杆12的偏转方向及其偏转量，并且将其转换成相应的电气速度信号，该信号由处理单元14输出并且输入驱动单元内，用于以与当前速度信号对应的速度移动可转动云梯。例如，驱动单元(actuating unit)16是液压单元，该液压单元输出液压压力，用于以由相应的速度信号给定的速度将可转动云梯移动到给定方向。驱动单元16还可以包括电动机或其他类型的驱动器或驱动单元。

通过上述设置，，输入装置的偏转量被转变成可转动云梯以由输入装置的偏转确定的速度的相应运动。

对于每个空中设备，例如，在本实施方式中的可转动云梯，根据不同的参数，例如，可转动云梯的伸展范围、在不同点的当前加速度、机械负荷(例如，在云梯的末端测量的重量)、作用在云梯上的弯曲力等，对运动速度具有某些限制。一个进一步的速度限制因素还可以是云梯与外部物体相距的距离。例如，可以确定在目标附近缓慢地移动云梯，以防止云梯与物体碰撞的危险。

为了确定移动云梯的可能最大速度，提供确定装置，包括传感器18，例如，速度传感器、加速度传感器、重量传感器、负荷传感器和/或用于确定与物体相距的距离的距离传感器。确定装置可以进一步包括计算单元20，用于从由传感器18测量的传感器数据和/或通过与待控制的可转动云梯的结构参数相关的其他预定数据，计算可能的最大速度。

控制系统10进一步包括制约装置22，用于根据由确定装置18、20确定的可能最大速度抵消控制杆12的偏转。在本实施方式中，通过将根据确定的可能最大速度的恢复力施加到控制杆12，提供这种抵消。这种恢复力用于恢复控制杆12，抵抗操作人员手动施加的偏转力。通过施加恢复力，促使控制杆12返回其空挡位置，以减少其偏转量并且降低由控制杆12设置的速度。恢复力给操作人员提供触觉反馈，因为控制杆12的操作仅仅能够抵抗由制约装置22施加的恢复力。有鉴于此，制约装置22可以包括施加恢复力的电机或任何其他驱动装置。如上所述，根据所确定的可能的最大速度，设置由这些电机或驱动装置施加的力。

在本控制系统10中，具有通知操作人员关于可转动云梯的速度现状的直接反馈，这是因为可能的最大速度是实时地并且针对操作现状确定的，并且在任何时间点，立即通知操作人员关于可能的最大速度。通过施加足够高的恢复力，可以有效地防止超出目前可能最大速度。这个直接反馈效应还可以描述为“力反馈”。

根据本发明的一个不同的实施方式，提供限制装置22，以根据所确定的可能最大速度限制输入装置的偏转。在这个实施方式中，输入装置(如控制杆12)可以在某个限制内自由地移动而不需施加任何恢复力。然而，根据确定装置18、20基于传感器数据以及与待控制的空中设备的结构参数相关的预定数据确定的可能最大速度，设置这个运动的限制。根据空中设备的现状，可以实时地动态调整输入装置的运动的限制，与当前可能最大速度对应。

在这个实施方式的控制系统10中，作为手动可操作输入装置的一个实例，控制杆12通过操作人员施加的偏转力在至少一个空间方向偏转，并且输入装置的偏转量被转换成相应的速度信号。可转动云梯是空中设备的一个实例，以与速度信号对应的速度移动。在操作期间，确定空中设备的运动的可能最大速度，并且根据确定的可能最大速度抵消或限制输入装置的偏转。

在本实施方式中，根据所确定的可能最大速度的恢复力被施加到控制杆12中，用于恢复控制杆12，抵抗由操作人员施加的偏转力。可能最大速度可以基于测量的传感器数据和与待控制的空中设备的结构参数相关的预定数据确定。

本发明可以有利地在计算机程序中实现，该计算机程序包括计算机程序代码方法，在计算机上运行这种程序时，所述计算机程序代码方法用于执行这种方法的一个或多个步骤。有鉴于此，本专利还涵盖这种计算机程序以及包括记录消息的计算机可读介质，这种计算机可读介质包括程序代码方法，在计算机上运行这种程序时，所述计算机程序代码方法用于执行这种方法的一个或多个步骤。

在考虑公开了其优选的实施方式的说明书和附图之后，本发明的很多变更、修改、变化以及其他使用和应用对于本领域的技术人员显而易见。不背离本发明的精神和范围的所有这种变更、修改、变化以及其他使用和应用被视为由本发明涵盖。

由于从以上描述的教导内容出发，本领域的技术人员能够实施本发明，所以将不描述进一步的实现细节。

Claims (11)

1.一种控制系统(10)，用于控制空中设备的运动，所述控制系统包括：手动可操作的输入装置，通过偏转力在至少一个空间方向上可偏转；处理单元(14)，用于将所述输入装置的偏转量转换成相应的速度信号；以及驱动单元(16)，用于以与所述速度信号对应的速度，移动所述空中设备，其特征在于：确定装置(18、20)，用于确定可能最大速度；以及制约装置(22)，用于根据所确定的可能最大速度抵消或限制输入装置的偏转。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述制约装置被设置为将根据所确定的可能最大速度的恢复力施加到所述输入装置，用于恢复所述输入装置，抵抗所述偏转力。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述输入装置是控制杆(12)。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述确定装置(18)包括以下中的至少一个：速度传感器、加速度传感器、负荷传感器、偏转传感器以及用于确定与物体间距离的距离传感器。

5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述确定装置(18、20)被设置用于基于测量的传感器数据和与待控制的所述空中设备的结构参数相关的预定数据，确定可能最大速度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述空中设备为消防车的可转动云梯。

7.一种用于控制空中设备的运动的方法，其中，手动可操作的输入装置通过偏转力在至少一个空间方向上偏转，将所述输入装置的偏转量转换成相应的速度信号，并且以与所述速度信号对应的速度移动所述空中设备，其特征在于，确定可能最大速度，并且根据所确定的可能最大速度抵消或限制所述输入装置的偏转。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将根据所确定的可能最大速度的恢复力施加到所述输入装置，用于恢复所述输入装置，抵抗所述偏转力。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，基于测量的传感器数据和与待控制的所述空中设备的结构参数相关的预定数据，确定可能最大速度。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，所述空中设备为消防车的可转动云梯。

11.一种计算机可读介质，在其上记录有程序，所述计算机可读介质包括计算机程序代码方法，在计算机上运行所述程序时，所述计算机程序代码方法适合于执行根据权利要求7-10中任一项所述的所有步骤。