CN106597895B - 一种臂架系统控制方法、臂架控制系统及臂架设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种臂架系统控制方法、臂架控制系统及臂架设备，该臂架系统控制方法包括以下步骤：获取各个支腿的实际支撑状态数据，根据各个支腿的实际支撑状态，确定臂架系统在不同的回转角度下，臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；检测各臂节的变幅角度或伸缩长度；控制各臂节在允许的变幅角度范围或伸缩长度范围内运动。该方法在臂架系统动作前，先确定了各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，在臂架系统的各臂节动作时，不需要时刻计算整车的重心，只需要比较臂架各臂节的变幅角度或伸缩长度是否位于各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，将现有的事后控制变成了事前控制，可以提高设备的安全性，降低倾翻风险。

Description

一种臂架系统控制方法、臂架控制系统及臂架设备

技术领域

本发明涉及建筑工程机械设备领域，更具体而言，涉及一种臂架系统控制方法、臂架控制系统及臂架设备。

背景技术

目前，现有的多折叠臂设备的稳定控制方法都是先实时检测臂架的工作姿态，并实时计算整车的重心位置，并判断整车重心是否在支撑范围内的安全区域，如果因臂架的活动使整车的重心超出安全区域，控制器将控制臂架向安全方向运动。以上控制方式属于事后控制，不能时刻保证多折叠臂设备处于安全工作状态，有意外倾覆的风险，而且多折叠臂设备的所有臂架均需安装姿态检测装置，增大了出错概率，还需要控制系统时刻计算整车的重心，控制系统的运算量大，对控制系统的稳定性及所有传感器的可靠性的要求高，容易出错。

因此，提出一种运算量少，能时刻保证多折叠臂设备处于安全工作状态的控制方法就显得十分必要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种臂架系统控制方法、臂架控制系统及臂架设备，以减少现有臂架设备控制系统的计算量和/或提高臂架系统的安全性。

一方面，本发明提供了一种臂架系统控制方法，用于控制由多个支腿支撑的臂架系统，所述臂架系统包括多个臂节，包括以下步骤：

步骤102：获取各个支腿的实际支撑状态数据，根据各个支腿的实际支撑状态，确定所述臂架系统在不同的回转角度下，所述臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；

步骤104：检测各臂节的变幅角度或伸缩长度；

步骤106：控制各臂节在允许的变幅角度范围或伸缩长度范围内运动。

作为上述臂架系统控制方法在一方面的改进，优选地，在步骤102中，根据各个支腿的实际支撑状态，将臂架系统的回转角度范围划分为多个支撑区间，并根据各个支腿的实际支撑状态计算各臂节在不同的支撑区间下，允许的变幅角度范围或伸缩长度范围。

作为上述臂架系统控制方法在一方面的改进，优选地，所述臂架系统包括依次连接的第1臂节、第2臂节、……、第N臂节，N为大于1的整数，在步骤102中，计算第1臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围时，假定第2臂节、……、第N臂节位于水平状态或最大伸出状态；计算第2臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围时，假定第3臂节、……、第N臂节位于水平状态或最大伸出状态；……；计算第N-1臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围时，假定第N臂节位于水平状态或最大伸出状态。

作为上述臂架系统控制方法在一方面的改进，优选地，所述臂架系统包括4个支腿，以4个支腿的支撑点至所述臂架系统的回转中心的连线为分界线，将臂架系统的回转角度范围划分为4个支撑区间。

作为上述臂架系统控制方法在一方面的改进，优选地，在步骤102之前，还包括步骤101：在各个支腿的活动范围内，将每个支腿的活动范围划分为多个活动区间，根据相邻两支腿在不同活动区间的组合，确定多个支撑区间，并建立支撑档位库，在所述支撑档位库中确定了在每一个支撑区间的每一个支撑档位下，当所述臂架系统位于该支撑区间时，所述臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；

所述步骤102中，根据各个支腿的实际支撑状态，在支撑档位库中查找与各个支腿的实际支撑状态相对应的每个支撑区间的支撑档位，从而确定所述臂架系统在不同的回转角度下，所述臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围。

作为上述臂架系统控制方法在一方面的改进，优选地，在步骤101中，在各个支腿的活动范围内选取多个分割点，每个支腿上相邻两个分割点之间的范围构成一个活动区间，每个活动区间的靠近臂架回转中心的分割点为内分隔点，每个活动区间的远离臂架回转中心的分割点为外分隔点；相邻两支腿中其中一个支腿的第一活动区间与臂架系统的回转中心的连线、另一个支腿的第二活动区间与臂架系统的回转中心的连线构成的范围为支撑区间，第一活动区间的内分隔点、外分隔点与第二活动区间的内分隔点、外分隔点之间的4条连线为支撑档位线，每一支撑档位线对应一个支撑档位，并预先计算每一支撑档位下，当所述臂架系统位于该支撑区间时，所述臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；

在步骤102中，查找与各个支腿的实际支撑状态相对应的每个支撑区间的支撑档位时，选择4条支撑档位线中与臂架系统的回转中心距离最近的支撑档位线对应的支撑档位。

作为上述臂架系统控制方法在一方面的改进，优选地，在步骤101中，在各个支腿的活动范围内选取n个分割点，n为大于1的整数，每个支腿上相邻两个分割点之间的范围构成一个活动区间；相邻两支腿中其中一个支腿的第一活动区间与臂架系统的回转中心的连线、另一个支腿的第二活动区间与臂架系统的回转中心的连线构成的范围为支撑区间，相邻两支腿中其中一个支腿的第i个分隔点与另一个支腿的第i个分割点的连线为支撑档位线，i为大于等于1且小于等于n的整数，且第1至第n-1个支撑档位线平行，每一支撑档位线对应一个支撑档位，并预先计算每一支撑档位下，当臂架系统位于该支撑区间时，臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；

同时，在步骤102中，查找与各个支腿的实际支撑状态相对应的每个支撑区间的支撑档位时，选择相邻两支腿的支撑点连线内侧的支撑档位线对应的支撑档位。

作为上述臂架系统控制方法在一方面的改进，优选地，在步骤102之前，还包括步骤101：在各个支腿的活动范围内，将每个支腿的活动范围划分为多个活动区间，根据各个支腿在不同活动区间的组合，建立支撑档位库，在所述支撑档位库中确定了在每一个支撑档位下，所述臂架系统在不同的回转角度下，所述臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；

所述步骤102中，根据各个支腿的实际支撑状态，在支撑档位库中查找与各个支腿的实际支撑状态相对应的支撑档位，从而确定所述臂架系统在不同的回转角度下，所述臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围。

作为上述臂架系统控制方法在一方面的改进，优选地，在步骤101中，根据各个支腿中相邻两支腿在不同活动区间的组合，确定多个支撑区间，所述支撑档位包括与多个支撑区间对应的多个支撑分档，所述支撑分档确定了所述臂架系统回转至该支撑区间时，各节臂架的允许活动范围；在步骤102中，根据各个支腿的实际支撑状态，在支撑档位库中查找出与该实际支撑状态等效的位于各个支撑区间的支撑分档，从而确定所述臂架系统在不同的回转角度下，所述臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围。

作为上述臂架系统控制方法在一方面的改进，优选地，在步骤101中，在各个支腿的活动范围内选取多个分割点，每个支腿上相邻两个分割点之间的范围构成一个活动区间，每个活动区间的靠近臂架回转中心的分割点为内分隔点，每个活动区间的远离臂架回转中心的分割点为外分隔点；相邻两支腿中其中一个支腿的第一活动区间与臂架系统的回转中心的连线、另一个支腿的第二活动区间与臂架系统的回转中心的连线构成的范围为支撑区间，第一活动区间的内分隔点、外分隔点与第二活动区间的内分隔点、外分隔点之间的4条连线为支撑档位线，每一支撑档位线对应一个支撑分档，并确定在每一个支撑分档下，所述臂架系统在该支撑区间时，所述臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；在步骤102中，查找与该实际支撑状态等效的位于各个支撑区间的支撑分档时，选择4条支撑档位线中与臂架系统的回转中心距离最近的支撑档位线对应的支撑分档。

作为上述臂架系统控制方法在一方面的改进，优选地，在步骤101中，在各个支腿的活动范围内选取n个分割点，n为大于1的整数，每个支腿上相邻两个分割点之间的范围构成一个活动区间；相邻两支腿中其中一个支腿的第一活动区间与臂架系统的回转中心的连线、另一个支腿的第二活动区间与臂架系统的回转中心的连线构成的范围为支撑区间，相邻两支腿中其中一个支腿的第i个分隔点与另一个支腿的第i个分割点的连线为支撑档位线，i为大于等于1且小于等于n的整数，且第1至第n-1个支撑档位线平行，每一支撑档位线对应一个支撑分档，并预先计算每一支撑分档下，当臂架系统位于该支撑区间时，臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；

同时，在步骤102中，查找与各个支腿的实际支撑状态相对应的每个支撑区间的支撑分档时，选择相邻两支腿的支撑点连线内侧的支撑档位线对应的支撑分档。

作为上述臂架系统控制方法在一方面的改进，优选地，所述臂架系统包括依次连接的第1臂节、第2臂节、……、第N臂节，N为大于1的整数，在步骤106中，依次限制第1臂节、第2臂节、……、第N臂节在允许的变幅角度或伸缩长度范围内运动。

作为上述臂架系统控制方法在一方面的改进，优选地，在步骤104中，还检测臂架系统的回转角度；在步骤106中，还控制臂架系统运动，且当各臂节从一个支撑区间回转至另一支撑区间时，比较检测的各臂节的角度或伸缩长度是否位于另一支撑区间允许的变幅角度或伸缩长度范围内，并据此控制臂架系统的运动。

作为上述臂架系统控制方法在一方面的改进，优选地，在步骤102中，在相邻两支撑区间的交界区域，设置预定范围的安全裕量区间，当所述臂架系统位于安全裕量区间时，选取相邻两支撑区间中各臂节较小的允许活动范围。

本发明提出的臂架系统控制方法，通过步骤102，可以根据各个支腿的实际支撑状态，通过计算或查找数据库的方式确定臂架系统在不同的回转角度下，臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，可以理解，在各个支腿的支撑状态确定后，其支撑能力也确定，在臂架动作前，可以预先计算或查找数据库(数据库中预先计算出每种支撑状态对应的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围)，在臂架系统动作前，先确定了各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，在臂架系统的各臂节动作时，不需要时刻计算整车的重心，只需要比较臂架各臂节的变幅角度或伸缩长度是否位于各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，同时可以控制各臂节的活动范围不超出允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，因此，将现有的事后控制变成了事前控制，可以提高设备的安全性，降低倾翻风险，同时，减少了臂架系统控制过程中的计算量，可靠性和实时性得到提高，控制出错率降低。

同时，通过步骤104、步骤106，可以通过角度传感器、拉线传感器等检测装置检测各臂节的变幅角度或伸缩长度，并控制各臂节在允许的变幅角度范围或伸缩长度范围内运动，控制更简单。

另一方面，本发明还提出了一种臂架控制系统，用于控制由多个支腿支撑的臂架系统，所述臂架系统包括多个臂节，包括：

支腿位置检测装置，用于检测各个支腿的伸出长度或/和摆动角度；

臂架位置检测装置，用于直接或间接检测各个臂节的俯仰角度或相邻两臂节之间的夹角或相邻两臂节的伸缩长度；

臂架回转检测装置，用于检测所述臂架系统的回转角度；

执行驱动机构，与所述臂架系统连接，用于驱动所述臂架系统回转以及用于驱动所述臂架系统的各臂节变幅或伸缩动作；

控制器，与所述支腿位置检测装置、臂架位置检测装置、臂架回转检测装置及执行驱动机构连接，用于根据所述支腿位置检测装置检测的各个支腿的实际支撑状态，确定所述臂架系统在不同的回转角度下，所述臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；并用于根据臂架位置检测装置、臂架回转检测装置检测的数据，通过执行驱动机构控制所述臂架系统的回转以及控制各臂节在允许的变幅角度范围或伸缩长度范围内运动。

上述的臂架控制系统，控制器可以根据支腿位置检测装置的信号获知各个支腿的实际支撑状态，通过计算或查找数据库的方式确定臂架系统在不同的回转角度下，臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，可以理解，在各个支腿的支撑状态确定后，其支撑能力也确定，在臂架动作前，可以预先计算或查找数据库(数据库中预先计算出每种支撑状态对应的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围)，在臂架系统动作前，先确定了各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，在臂架系统的各臂节动作时，不需要时刻计算整车的重心，只需要比较臂架各臂节的变幅角度或伸缩长度是否位于各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，同时可以控制各臂节的活动范围不超出允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，因此，将现有的事后控制变成了事前控制，可以提高设备的安全性，降低倾翻风险，同时，减少了臂架系统控制过程中的计算量，可靠性和实时性得到提高，控制出错率降低。

同时，根据臂架位置检测装置、臂架回转检测装置检测的数据，控制器可通过执行驱动机构控制臂架系统的回转以及控制各臂节在允许的变幅角度范围或伸缩长度范围内运动，臂架位置检测装置可以为角度传感器、拉线传感器等，通过角度传感器、拉线传感器检测各臂节的变幅角度或伸缩长度，臂架回转检测装置检测可以为角度传感器、旋转编码传感器等，可以发现，本实施例的臂架控制方法，控制简单。

作为上述臂架控制系统在一方面的改进，优选地，所述控制器还用于根据各个支腿的实际支撑状态，将臂架系统的回转角度范围划分为多个支撑区间，并根据各个支腿的实际支撑状态计算各臂节在不同的支撑区间下，允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；或，

所述控制器内预设有支撑档位库，在所述支撑档位库中确定了在每一个支撑档位下，所述臂架系统在不同的回转角度下，所述臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围。

再一方面，本发明还提出了一种臂架设备，包括上述任一种臂架控制系统。

对应地，该臂架设备也具有前述臂架控制系统的优点。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例提供的第一种臂架系统控制方法的示意图；

图2为本发明实施例提供的第二种臂架系统控制方法的示意图；

图3为本发明实施例提供一种支腿形式的示意图；

图4为本发明实施例提供一种支撑区间的划分方式示意图；

图5为本发明实施例提供一种活动区间及支撑档位的划分方式示意图；

图6为本发明实施例提供一种支撑档位的划分方式示意图；

图7为本发明实施例提供另一种支撑档位的划分方式示意图；

图8为本发明实施例提供一种安全裕量区间的划分方式示意图；

图9为本发明一种臂架控制系统的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

请参考图1-图2，本发明提供的一种臂架系统控制方法，用于控制由多个支腿支撑的臂架系统，臂架系统包括多个臂节，包括以下步骤：

步骤102：获取各个支腿的实际支撑状态数据，根据各个支腿的实际支撑状态，确定臂架系统在不同的回转角度下，臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；

步骤104：检测各臂节的变幅角度或伸缩长度；

步骤106：控制各臂节在允许的变幅角度范围或伸缩长度范围内运动。

本实施例中，通过步骤102，可以根据各个支腿的实际支撑状态，通过计算或查找数据库(比如下面实施例中的支撑档位库)的方式确定臂架系统在不同的回转角度下，臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，可以理解，在各个支腿的支撑状态确定后，其支撑能力也确定，在臂架动作前，可以预先计算或查找数据库(数据库中预先计算出每种支撑状态对应的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围)，在臂架系统动作前，先确定了各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，在臂架系统的各臂节动作时，不需要时刻计算整车的重心，只需要比较臂架各臂节的变幅角度或伸缩长度是否位于各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，同时可以控制各臂节的活动范围不超出允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，因此，将现有的事后控制变成了事前控制，可以提高设备的安全性，降低倾翻风险，同时，减少了臂架系统控制过程中的计算量，可靠性和实时性得到提高，控制出错率降低。

同时，通过步骤104、步骤106，可以通过角度传感器、拉线传感器等检测装置检测各臂节的变幅角度或伸缩长度，并控制各臂节在允许的变幅角度范围或伸缩长度范围内运动，控制更简单。控制各臂节的动作时，可以参考现有技术，具体地，可以通过臂架俯仰控制阀和臂架回转控制阀，控制各臂节的俯仰运动和臂架系统整体的回转运动。

如图3所示，通常，臂架设备的臂架系统通过机架1与多个支腿连接，O点为臂架系统的回转中心，支腿通常包括4个支腿，有伸缩支腿、摆动支腿、摆动伸缩支腿等支腿形式，图3中的支腿包括前方的两个伸缩支腿(左前支腿2、右前支腿3)以及后方的两个摆动支腿(左后支腿4、右后支腿5)，其最大支撑范围为最外侧虚线所示，其它类型的支腿可以类似处理。在上述臂架系统控制方法中，可以将臂架的支撑状态作为一个整体进行控制，为提高控制的准确性和臂架的灵活性，降低控制难度，如图4所示，在步骤102中，根据各个支腿的实际支撑状态，将臂架系统的回转角度范围划分为多个支撑区间，并根据各个支腿的实际支撑状态计算各臂节在不同的支撑区间下，允许的变幅角度范围或伸缩长度范围。为简化模型，图4中以4个支腿的支撑点a、b、c、d至臂架系统的回转中心O的连线为分界线，将臂架系统的回转角度范围划分为4个支撑区间(右侧的θyx、前侧的θqx、左侧的θzx、后侧的θhx)，支撑区间的数量根据需要，还可以为2个、6个、8个、16个等等，当然还可以为3个、5个等，支撑区间越多，支撑控制越准确，但是控制计算和控制的难度提高，通过将臂架系统的回转角度范围划分为多个支撑区间，可以根据各个支腿的实际支撑状态计算各臂节在不同的支撑区间下，允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，这样简化了计算，当臂架系统位于某一支撑区间时，作为一种情况看待，各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围是一样的。

臂架设备的臂架系统有多种方式，常见的有全伸缩臂架、全折叠臂架、伸缩+折叠臂架，通常臂架系统包括依次连接(有伸缩或折叠)的第1臂节、第2臂节、……、第N臂节，N为大于1的整数，在计算臂架系统各臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围时，为保证安全性，假定其它臂节位于稳定性最不利的点(通常，折叠臂架在水平位置对稳定性最不利，竖直位置对稳定性最有利，伸缩臂架在最大伸出长度时对稳定性最不利，最大缩回长度时，对稳定性最有利)，具体地，在步骤102中，计算第1臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围时，假定第2臂节、……、第N臂节位于水平状态或最大伸出状态；计算第2臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围时，假定第3臂节、……、第N臂节位于水平状态或最大伸出状态；……；计算第N-1臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围时，假定第N臂节位于水平状态或最大伸出状态。计算各臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围时，依次计算第1-N臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围，若第i臂节(如第3臂节)的动作无限制时，可以不需要计算第i+1臂节。

同时，优选地，在步骤106中，依次限制第1臂节、第2臂节、……、第N臂节在允许的变幅角度或伸缩长度范围内运动。即，当第1臂节位于稳定性最优的点(竖直状态)，仍然不能满足整车的稳定性要求时，再限制第2臂节的变幅角度，当第1臂节、第2臂节均位于稳定性最优的点(竖直状态)，仍然不能满足整车的稳定性要求时，再限制第3臂节的变幅角度，依次类推，反之，当第1臂节不需要位于稳定性最优的点(竖直状态)，就能够满足整车的稳定性要求时，无需限制第2-N臂节的变幅角度，当第i臂节无限制时，也不需要对第i+1臂节进行限制。

上述臂架系统控制方法中，是通过在支腿支撑后，预先计算得到臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围，当然还可以通过设置数据库，通过支腿的实际支撑状态，查找数据库的方式得到，具体而言，如图5所示，在步骤102之前，还包括步骤101：在各个支腿的活动范围内，将每个支腿的活动范围划分为多个活动区间，根据相邻两支腿在不同活动区间的组合，确定多个支撑区间(右侧的θyx、前侧的θqx、左侧的θzx、后侧的θhx)，并建立支撑档位库，在支撑档位库中确定了在每一个支撑区间的每一个支撑档位(如右侧支撑区间的第1档、第2档、……、第n档)下，当臂架系统位于该支撑区间时，臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；具体地，在右侧的L2档时，可以L2为支撑线，预先计算得到各个各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，计算方法可以采用上述计算方式，具体地：计算第1臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围时，假定第2臂节、……、第N臂节位于水平状态或最大伸出状态；计算第2臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围时，假定第3臂节、……、第N臂节位于水平状态或最大伸出状态；……；计算第N-1臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围时，假定第N臂节位于水平状态或最大伸出状态。可以理解，要保证整车稳定，在各臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围内，整车的重心位于支撑线内侧。

同时，上述步骤102中，根据各个支腿的实际支撑状态，在支撑档位库中查找与各个支腿的实际支撑状态相对应的每个支撑区间的支撑档位，从而确定臂架系统在不同的回转角度下，臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围。

活动区间和支撑档位可以有多种划分方式，一种方式中，如图6所示，优选地，在步骤101中，在各个支腿的活动范围内选取多个分割点，每个支腿上相邻两个分割点之间的范围构成一个活动区间(如b1b2、d1d2)，每个活动区间的靠近臂架回转中心的分割点为内分隔点(如b1、d1)，每个活动区间的远离臂架回转中心的分割点为外分隔点(如b2、d2)，内分隔点和外分隔点是相对的，在一个活动区间的内分隔点，可能是另外一个活动区间的为分割点，一个活动区间的外分隔点，可能是另一活动区间的内分隔点；相邻两支腿(如右前支腿3、右后支腿5)中其中一个支腿的第一活动区间(如b1b2)与臂架系统的回转中心O的连线、另一个支腿的第二活动区间(如d1d2)与臂架系统的回转中心O的连线构成的范围为支撑区间，为简化模型，以bOd为一个支撑区间，第一活动区间的内分隔点、外分隔点与第二活动区间的内分隔点、外分隔点之间的4条连线为支撑档位线b1d1、b2d2、b2d1、b1d2，每一支撑档位线对应一个支撑档位，并预先计算每一支撑档位下，当臂架系统位于该支撑区间时，臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；通过该方式确定的支撑档位，更接近支腿的实际支撑状态，因此，能够保证支撑能力的同时发挥臂架的展开能力。

同时，在步骤102中，查找与各个支腿的实际支撑状态相对应的每个支撑区间的支撑档位时，选择4条支撑档位线中与臂架系统的回转中心距离最近的支撑档位线对应的支撑档位。通过选择4条支撑档位线中与臂架系统的回转中心距离最近的支撑档位线对应的支撑档位，具体地，图6中为b1d1档位线，可以保证支撑档位线位于相邻两支腿支撑点连线的内侧(内侧为靠近臂架系统回转中心O的一侧)，安全性能更高，更容易保证整车安全。

在另一种方式中，如图5所示，采用平行档位线法，在机架1的前、后、左、右四个方向，以支腿的支撑点至臂架系统回转中心O的连线划分为前、后、左、右四个支撑区间，每个支撑区间采取平行的支撑档位线，如右侧的第1、……、n档，其中，第1、……、n-1档与机架1的右侧平行，具体地，在步骤101中，在各个支腿的活动范围内选取n个分割点，n为大于1的整数，每个支腿上相邻两个分割点之间的范围构成一个活动区间；相邻两支腿(如右前支腿3、右后支腿5)中其中一个支腿的第一活动区间与臂架系统的回转中心O的连线、另一个支腿的第二活动区间与臂架系统的回转中心O的连线构成的范围为支撑区间，为简化模型，以bOd为一个支撑区间，相邻两支腿中其中一个支腿的第i个分隔点与另一个支腿的第i个分割点的连线为支撑档位线，i为大于等于1且小于等于n的整数，且，第1至第n-1个支撑档位线平行，即除最外侧的支撑档位线外，其它支撑档位线平行，优选地与机架1的前、后、左、右四个方向平行，前、后、左、右侧均有第1、……、n档，每一支撑档位线也对应一个支撑档位，并预先计算每一支撑档位下，当臂架系统位于该支撑区间时，臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；通过该方式确定的支撑档位，安全系数更高，能够保证支腿的支撑安全。

同时，在步骤102中，查找与各个支腿的实际支撑状态相对应的每个支撑区间的支撑档位时，选择相邻两支腿的支撑点连线内侧的支撑档位线对应的支撑档位。通过选择相邻两支腿的支撑点连线内侧的支撑档位线对应的支撑档位，具体地，图5中，当四个支腿的支撑点为a、b、c、d时，支撑档位线分别为L1、L2、L3、L4档位线，安全性能更高，更容易保证整车安全。

上述的臂架系统控制方法，设置支撑档位库的方法可以有多种，除上述分支撑区间设置支撑档位的方式外，还可以采用如下方式：如图7所示，在步骤102之前，还包括步骤101：在各个支腿的活动范围内，将每个支腿的活动范围划分为多个活动区间，根据各个支腿在不同活动区间的组合，建立支撑档位库，在支撑档位库中确定了在每一个支撑档位下，臂架系统在不同的回转角度下，臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；该支撑档位库建立时，各个支腿在不同活动区间的组合，确定了一个支撑档位，即，每一个支撑档位包括了支腿前、后、左、右四个方向的支撑档位(当有更多支撑方位时，有更多方向的支撑档位)，因此，一个支撑档位并可以限定臂架系统在不同的回转角度下，臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围。

同时，步骤102中，根据各个支腿的实际支撑状态，在支撑档位库中查找与各个支腿的实际支撑状态相对应的支撑档位，从而确定臂架系统在不同的回转角度下，臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围。

具体地，为简化计算，参考图7所示，在步骤101中，根据各个支腿中相邻两支腿在不同活动区间的组合，确定多个支撑区间，支撑档位包括与多个支撑区间对应的多个支撑分档(如前、后、左、右四个分档)，支撑分档确定了臂架系统回转至该支撑区间时，各节臂架的允许活动范围；在步骤102中，根据各个支腿的实际支撑状态，在支撑档位库中查找出与该实际支撑状态等效的位于各个支撑区间的支撑分档，从而确定臂架系统在不同的回转角度下，臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围。

活动区间和支撑档位可以有多种划分方式，一种方式中，参考图6所示，在步骤101中，在各个支腿的活动范围内选取多个分割点，每个支腿上相邻两个分割点之间的范围构成一个活动区间(如b1b2、d1d2)，每个活动区间的靠近臂架回转中心的分割点为内分隔点(如b1、d1)，每个活动区间的远离臂架回转中心的分割点为外分隔点(如b2、d2)，内分隔点和外分隔点是相对的，在一个活动区间的内分隔点，可能是另外一个活动区间的为分割点，一个活动区间的外分隔点，可能是另一活动区间的内分隔点；相邻两支腿(如右前支腿3、右后支腿5)中其中一个支腿的第一活动区间(如b1b2)与臂架系统的回转中心O的连线、另一个支腿的第二活动区间(如d1d2)与臂架系统的回转中心O的连线构成的范围为支撑区间，第一活动区间的内分隔点、外分隔点与第二活动区间的内分隔点、外分隔点之间的4条连线为支撑档位线b1d1、b2d2、b2d1、b1d2，每一支撑档位线对应一个支撑分档，并确定在每一个支撑分档下，臂架系统在该支撑区间时，臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；在步骤102中，查找与该实际支撑状态等效的位于各个支撑区间的支撑分档时，选择4条支撑档位线中与臂架系统的回转中心距离最近的支撑档位线对应的支撑分档。通过该方式确定的支撑档位，更接近支腿的实际支撑状态，因此，能够保证支撑能力的同时发挥臂架的展开能力。通过选择4条支撑档位线中与臂架系统的回转中心距离最近的支撑档位线对应的支撑分档，具体地，图6中为b1d1档位线，可以保证支撑档位线位于相邻两支腿支撑点连线的内侧(内侧为靠近臂架系统回转中心O的一侧)，安全性能更高，更容易保证整车安全。

需要说明的是，也可以采用平行档位线法划分支撑档位线，如图7所示，具体可以参考上述实施例(如图5)。具体地，在步骤101中，在各个支腿的活动范围内选取n个分割点，n为大于1的整数，每个支腿上相邻两个分割点之间的范围构成一个活动区间；相邻两支腿(如右前支腿3、右后支腿5)中其中一个支腿的第一活动区间与臂架系统的回转中心O的连线、另一个支腿的第二活动区间与臂架系统的回转中心O的连线构成的范围为支撑区间，为简化模型，以bOd为一个支撑区间，相邻两支腿中其中一个支腿的第i个分隔点与另一个支腿的第i个分割点的连线为支撑档位线，i为大于等于1且小于等于n的整数，且，第1至第n-1个支撑档位线平行，即除最外侧的支撑档位线外，其它支撑档位线平行，优选地与机架1的前、后、左、右四个方向平行，前、后、左、右侧均有第1、……、n档，每一支撑档位线也对应一个支撑分档，并预先计算每一支撑分档下，当臂架系统位于该支撑区间时，臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；通过该方式确定的支撑档位，安全系数更高，能够保证支腿的支撑安全。

同时，在步骤102中，查找与各个支腿的实际支撑状态相对应的每个支撑区间的支撑分档时，选择相邻两支腿的支撑点连线内侧的支撑档位线对应的支撑档位。通过选择相邻两支腿的支撑点连线内侧的支撑档位线对应的支撑分档，具体地，图5中，当四个支腿的支撑点为a、b、c、d时，支撑档位线分别为L1、L2、L3、L4档位线，安全性能更高，更容易保证整车安全。

以设置前、后、左、右四个支撑区间，且各臂节为折叠臂架为例，在确定支撑档位库以后，对于每一支撑区间(如θqx)，对于每一档位(如第2档)，某一臂节(如第2臂节)的允许活动范围就已经确定(α_q2-Ⅱ)，具体参考下表：

表1支撑区间、支撑档位(支撑分档)和各臂节的允许活动范围对应表

上述各个实施例的臂架系统控制方法，在步骤104中，还检测臂架系统的回转角度；在步骤106中，还控制臂架系统的回转运动，且当各臂节从一个支撑区间回转至另一支撑区间时，比较检测的各臂节的变幅角度或伸缩长度是否位于另一支撑区间允许的变幅角度或伸缩长度范围内，并据此控制臂架系统的运动，当各臂节从一个支撑区间回转至另一支撑区间时，通过比较检测的各臂节的变幅角度或伸缩长度是否位于另一支撑区间允许的变幅角度或伸缩长度范围内，可以保证臂架系统从一个支撑区间回转至另外一个支撑区间时的安全性。

为提高臂架系统在支撑区间变化时的安全性，如图8所示，在步骤102中，在相邻两支撑区间的交界区域，设置预定范围的安全裕量区间(δyqx、δyhx、δzqx、δzhx)，设置安全裕量区间后，将臂架系统的活动范围划分为8个区间，其中4个支撑区间(δyx、δhx、δzx、δqx)、4个安全裕量区间(δyqx、δyhx、δzqx、δzhx)，当臂架系统位于安全裕量区间时，选取由安全裕量区间分隔的相邻两支撑区间中各臂节较小的允许活动范围。通过设置安全裕量区间，当臂架系统从一个支撑区间经过安全裕量区间回转至另一支撑区间时，具有较长的响应时间，可以避免臂架系统在支撑区间快速过渡时，可能发生的不安全因素。

另外一方面，如图9所示，本发明还提供一种实现上述臂架控制方法的臂架控制系统，其用于控制由多个支腿支撑的臂架系统，臂架系统包括多个臂节，其包括：

支腿位置检测装置，用于检测各个支腿的伸出长度或/和摆动角度；

臂架位置检测装置，用于直接或间接检测各个臂节的俯仰角度或相邻两臂节之间的夹角或相邻两臂节的伸缩长度；

臂架回转检测装置，用于检测臂架系统的回转角度；

执行驱动机构，与臂架系统连接，用于驱动臂架系统回转以及用于驱动臂架系统的各臂节变幅或伸缩动作；

控制器，与支腿位置检测装置、臂架位置检测装置、臂架回转检测装置及执行驱动机构连接，用于根据支腿位置检测装置检测的各个支腿的实际支撑状态，确定臂架系统在不同的回转角度下，臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；并用于根据臂架位置检测装置、臂架回转检测装置检测的数据，通过执行驱动机构控制臂架系统的回转以及控制各臂节在允许的变幅角度范围或伸缩长度范围内运动。

本实施例中，控制器可以根据支腿位置检测装置的信号获知各个支腿的实际支撑状态，通过计算或查找数据库(比如上面实施例中的支撑档位库)的方式确定臂架系统在不同的回转角度下，臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，可以理解，在各个支腿的支撑状态确定后，其支撑能力也确定，在臂架动作前，可以预先计算或查找数据库(数据库中预先计算出每种支撑状态对应的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围)，在臂架系统动作前，先确定了各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，在臂架系统的各臂节动作时，不需要时刻计算整车的重心，只需要比较臂架各臂节的变幅角度或伸缩长度是否位于各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，同时可以控制各臂节的活动范围不超出允许的变幅角度范围或伸缩长度范围，因此，将现有的事后控制变成了事前控制，可以提高设备的安全性，降低倾翻风险，同时，减少了臂架系统控制过程中的计算量，可靠性和实时性得到提高，控制出错率降低。

同时，根据臂架位置检测装置、臂架回转检测装置检测的数据，控制器可通过执行驱动机构控制臂架系统的回转以及控制各臂节在允许的变幅角度范围或伸缩长度范围内运动，臂架位置检测装置可以为角度传感器、拉线传感器等，通过角度传感器、拉线传感器检测各臂节的变幅角度或伸缩长度，臂架回转检测装置检测可以为角度传感器、旋转编码传感器等，可以发现，本实施例的臂架控制方法，控制简单，控制各臂节的动作时，可以参考现有技术，具体地，可以通过臂架俯仰控制阀和臂架回转控制阀，控制各臂节的俯仰运动和臂架系统整体的回转运动。

上述的臂架控制系统，优选地，控制器还用于根据各个支腿的实际支撑状态，将臂架系统的回转角度范围划分为多个支撑区间，并根据各个支腿的实际支撑状态计算各臂节在不同的支撑区间下，允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；或，控制器内预设有支撑档位库，在支撑档位库中确定了在每一个支撑档位下，臂架系统在不同的回转角度下，臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围。通过计算和查找方式获得各臂架允许的变幅角度范围或伸缩长度范围时，可以参考上述技术。

再一方面，本发明还提出一种臂架设备，包括上述任一种臂架控制系统。对应地，该臂架设备也具有前述臂架控制系统的优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种臂架系统控制方法，用于控制由多个支腿支撑的臂架系统，所述臂架系统包括多个臂节，其特征在于，包括以下步骤：

步骤102：获取各个支腿的实际支撑状态数据，根据各个支腿的实际支撑状态，确定所述臂架系统在不同的回转角度下，所述臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；

步骤104：检测各臂节的变幅角度或伸缩长度；

步骤106：控制各臂节在允许的变幅角度范围或伸缩长度范围内运动。

2.根据权利要求1所述的臂架系统控制方法，其特征在于，在步骤102中，根据各个支腿的实际支撑状态，将臂架系统的回转角度范围划分为多个支撑区间，并根据各个支腿的实际支撑状态计算各臂节在不同的支撑区间下，允许的变幅角度范围或伸缩长度范围。

3.根据权利要求2所述的臂架系统控制方法，其特征在于，所述臂架系统包括依次连接的第1臂节、第2臂节、……、第N臂节，N为大于1的整数，在步骤102中，计算第1臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围时，假定第2臂节、……、第N臂节位于水平状态或最大伸出状态；计算第2臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围时，假定第3臂节、……、第N臂节位于水平状态或最大伸出状态；……；计算第N-1臂节允许的变幅角度或伸缩长度范围时，假定第N臂节位于水平状态或最大伸出状态。

4.根据权利要求2所述的臂架系统控制方法，其特征在于，所述臂架系统包括4个支腿，以4个支腿的支撑点至所述臂架系统的回转中心的连线为分界线，将臂架系统的回转角度范围划分为4个支撑区间。

5.根据权利要求1所述的臂架系统控制方法，其特征在于，在步骤102之前，还包括步骤101：在各个支腿的活动范围内，将每个支腿的活动范围划分为多个活动区间，根据相邻两支腿在不同活动区间的组合，确定多个支撑区间，并建立支撑档位库，在所述支撑档位库中确定了在每一个支撑区间的每一个支撑档位下，当所述臂架系统位于该支撑区间时，所述臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；

所述步骤102中，根据各个支腿的实际支撑状态，在支撑档位库中查找与各个支腿的实际支撑状态相对应的每个支撑区间的支撑档位，从而确定所述臂架系统在不同的回转角度下，所述臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围。

6.根据权利要求5所述的臂架系统控制方法，其特征在于，在步骤101中，在各个支腿的活动范围内选取多个分割点，每个支腿上相邻两个分割点之间的范围构成一个活动区间，每个活动区间的靠近臂架回转中心的分割点为内分隔点，每个活动区间的远离臂架回转中心的分割点为外分隔点；相邻两支腿中其中一个支腿的第一活动区间与臂架系统的回转中心的连线、另一个支腿的第二活动区间与臂架系统的回转中心的连线构成的范围为支撑区间，第一活动区间的内分隔点、外分隔点与第二活动区间的内分隔点、外分隔点之间的4条连线为支撑档位线，每一支撑档位线对应一个支撑档位，并预先计算每一支撑档位下，当所述臂架系统位于该支撑区间时，所述臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；

在步骤102中，查找与各个支腿的实际支撑状态相对应的每个支撑区间的支撑档位时，选择4条支撑档位线中与臂架系统的回转中心距离最近的支撑档位线对应的支撑档位。

7.根据权利要求5所述的臂架系统控制方法，其特征在于，在步骤101中，在各个支腿的活动范围内选取n个分割点，n为大于1的整数，每个支腿上相邻两个分割点之间的范围构成一个活动区间；相邻两支腿中其中一个支腿的第一活动区间与臂架系统的回转中心的连线、另一个支腿的第二活动区间与臂架系统的回转中心的连线构成的范围为支撑区间，相邻两支腿中其中一个支腿的第i个分隔点与另一个支腿的第i个分割点的连线为支撑档位线，i为大于等于1且小于等于n的整数，且第1至第n-1个支撑档位线平行，每一支撑档位线对应一个支撑档位，并预先计算每一支撑档位下，当臂架系统位于该支撑区间时，臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；

同时，在步骤102中，查找与各个支腿的实际支撑状态相对应的每个支撑区间的支撑档位时，选择相邻两支腿的支撑点连线内侧的支撑档位线对应的支撑档位。

8.根据权利要求1所述的臂架系统控制方法，其特征在于，在步骤102之前，还包括步骤101：在各个支腿的活动范围内，将每个支腿的活动范围划分为多个活动区间，根据各个支腿在不同活动区间的组合，建立支撑档位库，在所述支撑档位库中确定了在每一个支撑档位下，所述臂架系统在不同的回转角度下，所述臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；

所述步骤102中，根据各个支腿的实际支撑状态，在支撑档位库中查找与各个支腿的实际支撑状态相对应的支撑档位，从而确定所述臂架系统在不同的回转角度下，所述臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围。

9.根据权利要求8所述的臂架系统控制方法，其特征在于，在步骤101中，根据各个支腿中相邻两支腿在不同活动区间的组合，确定多个支撑区间，所述支撑档位包括与多个支撑区间对应的多个支撑分档，所述支撑分档确定了所述臂架系统回转至该支撑区间时，各节臂架的允许活动范围；在步骤102中，根据各个支腿的实际支撑状态，在支撑档位库中查找出与该实际支撑状态等效的位于各个支撑区间的支撑分档，从而确定所述臂架系统在不同的回转角度下，所述臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围。

10.根据权利要求9所述的臂架系统控制方法，其特征在于，在步骤101中，在各个支腿的活动范围内选取多个分割点，每个支腿上相邻两个分割点之间的范围构成一个活动区间，每个活动区间的靠近臂架回转中心的分割点为内分隔点，每个活动区间的远离臂架回转中心的分割点为外分隔点；相邻两支腿中其中一个支腿的第一活动区间与臂架系统的回转中心的连线、另一个支腿的第二活动区间与臂架系统的回转中心的连线构成的范围为支撑区间，第一活动区间的内分隔点、外分隔点与第二活动区间的内分隔点、外分隔点之间的4条连线为支撑档位线，每一支撑档位线对应一个支撑分档，并确定在每一个支撑分档下，所述臂架系统在该支撑区间时，所述臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；在步骤102中，查找与该实际支撑状态等效的位于各个支撑区间的支撑分档时，选择4条支撑档位线中与臂架系统的回转中心距离最近的支撑档位线对应的支撑分档。

11.根据权利要求9所述的臂架系统控制方法，其特征在于，在步骤101中，在各个支腿的活动范围内选取n个分割点，n为大于1的整数，每个支腿上相邻两个分割点之间的范围构成一个活动区间；相邻两支腿中其中一个支腿的第一活动区间与臂架系统的回转中心的连线、另一个支腿的第二活动区间与臂架系统的回转中心的连线构成的范围为支撑区间，相邻两支腿中其中一个支腿的第i个分隔点与另一个支腿的第i个分割点的连线为支撑档位线，i为大于等于1且小于等于n的整数，且第1至第n-1个支撑档位线平行，每一支撑档位线对应一个支撑分档，并预先计算每一支撑分档下，当臂架系统位于该支撑区间时，臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；

同时，在步骤102中，查找与各个支腿的实际支撑状态相对应的每个支撑区间的支撑分档时，选择相邻两支腿的支撑点连线内侧的支撑档位线对应的支撑分档。

12.根据权利要求1-10任一项所述的臂架系统控制方法，其特征在于，所述臂架系统包括依次连接的第1臂节、第2臂节、……、第N臂节，N为大于1的整数，在步骤106中，依次限制第1臂节、第2臂节、……、第N臂节在允许的变幅角度或伸缩长度范围内运动。

13.根据权利要求2-7、9-11任一项所述的臂架系统控制方法，其特征在于，在步骤104中，还检测臂架系统的回转角度；在步骤106中，还控制臂架系统运动，且当各臂节从一个支撑区间回转至另一支撑区间时，比较检测的各臂节的角度或伸缩长度是否位于另一支撑区间允许的变幅角度或伸缩长度范围内，并据此控制臂架系统的运动。

14.根据权利要求12所述的臂架系统控制方法，其特征在于，在步骤102中，在相邻两支撑区间的交界区域，设置预定范围的安全裕量区间，当所述臂架系统位于安全裕量区间时，选取相邻两支撑区间中各臂节较小的允许活动范围。

15.一种臂架控制系统，用于控制由多个支腿支撑的臂架系统，所述臂架系统包括多个臂节，其特征在于，包括：

支腿位置检测装置，用于检测各个支腿的伸出长度或/和摆动角度；

臂架位置检测装置，用于直接或间接检测各个臂节的俯仰角度或相邻两臂节之间的夹角或相邻两臂节的伸缩长度；

臂架回转检测装置，用于检测所述臂架系统的回转角度；

执行驱动机构，与所述臂架系统连接，用于驱动所述臂架系统回转以及用于驱动所述臂架系统的各臂节变幅或伸缩动作；

控制器，与所述支腿位置检测装置、臂架位置检测装置、臂架回转检测装置及执行驱动机构连接，用于根据所述支腿位置检测装置检测的各个支腿的实际支撑状态，确定所述臂架系统在不同的回转角度下，所述臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；并用于根据臂架位置检测装置、臂架回转检测装置检测的数据，通过执行驱动机构控制所述臂架系统的回转以及控制各臂节在允许的变幅角度范围或伸缩长度范围内运动。

16.根据权利要求15所述的臂架控制系统，其特征在于，所述控制器还用于根据各个支腿的实际支撑状态，将臂架系统的回转角度范围划分为多个支撑区间，并根据各个支腿的实际支撑状态计算各臂节在不同的支撑区间下，允许的变幅角度范围或伸缩长度范围；或，

所述控制器内预设有支撑档位库，在所述支撑档位库中确定了在每一个支撑档位下，所述臂架系统在不同的回转角度下，所述臂架系统的各臂节允许的变幅角度范围或伸缩长度范围。

17.一种臂架设备，其特征在于，包括如权利要求15或16所述的臂架控制系统。