CN111021458B - 一种用于臂架类抢险救援车辆的智能控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于臂架类的抢险救援车辆的智能控制系统，通过实时读取各传感器测量值，构建臂架系统空间状态；根据所需工作模式激活对应的保护策略；计算出到达所需作业机具的最优运动轨迹作为目标值，解析出各比例电磁阀的控制电流和得电时间及顺序并形成指令；各电磁阀按照指令动作；臂架系统完成指令运动至所需作业机具位置后，在快换机构上的传感器与作业机具上的传感单元进行通信，完成对机具的识别。该方案将有效提升抢险救援车机具的作业使用效率和专业安全保护策略，避免因抢险救援作业机具的更换，造成的设备电气系统保护不充分、不专业和救援准备时间过长引起的救援人员体力、精力消耗过大以及设备能源损耗过多的问题。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种用于臂架类抢险救援车辆的智能控制系统及方法。
背景技术
对于发生地震、塌方、洪水等多种自然灾害的区域，作业区域的特殊性对救援车辆的作业机具种类和效率要求极为苛刻，需要占用尽可能小的空间和能源提供尽可能多的抢险救援机具工作作业。这种救援设备在更换机具作业时，既要实现对自身安全作业的保护，又要实现机具更换的快速。
而现有参与抢险救援设备基本为传统工程机械设备，主要功能单一。即使个别机型提供多功能作业，也基本为附属功能，尤其是其电气控制系统及保护策略在多功能作业方面并不完善、专业，无法进行功能完全实现或替代。如起重机械虽然可以加装载人吊篮，但无法实现吊篮的实时调平和作业幅度保护策略等电气功能；又如消防登高作业车可实现很小重量的吊重作业，但无法实现专业的起重力限保护策略。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：
本发明方案提供了一种用于臂架类抢险救援车辆的智能控制系统和方法。通过该方案将有效提升此款抢险救援车的抢险救援作业使用效率，避免因抢险救援作业机具的人工更换，造成的救援准备时间过长引起的救援人员体力、精力消耗过大以及设备能源损耗过多的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种用于臂架类抢险救援车辆的智能控制系统，包括配置在车辆转台、主臂与副臂处的多个传感器，通过实时读取各传感器测量值，构建臂架系统空间状态；
根据当前所需工作模式激活对应的保护策略实时监控臂架系统空间状态；
计算出到达所需作业机具的最优运动轨迹作为目标值，解析出控制臂架系统运动的各比例电磁阀的控制电流和得电时间及顺序并形成指令；
各电磁阀按照指令动作，实现臂架系统动作；
臂架系统完成指令运动至所需作业机具位置后，在快换机构上的传感器与作业机具上的传感单元进行通信，完成对机具的识别，并将此识别信息与所选工作模式进行比对，判断该作业机具是否与所选工作模式对应的作业机具相一致，防止因不一致引起的整机保护策略错误。
将构建的臂架系统空间状态与目标值进行比对，实时修正未到达目标值的电磁阀电流控制量。
进一步地，转台中心回转体处安装角度传感器，获取转台角度值。
进一步地，转台侧壁与主臂铰接处安装角度传感器，获取主臂变幅角度。
进一步地，在主臂上安装长角传感器，获取主臂变幅角度和伸缩长度值。
进一步地，主臂变幅阀上安装压力传感器，获取主臂变幅压力值。
进一步地，在主臂与副臂铰接处安装角度传感器，获取主臂与副臂夹角角度值。
进一步地，在副臂上安装长角传感器，获取副臂变幅角度和伸缩长度值。
进一步地，在副臂与快换机构铰接处，安装角度传感器，获取快换机构与副臂间夹角值。
一种用于臂架类抢险救援车辆的智能控制方法，包括以下步骤：
选取臂架类抢险救援车辆当前所需工作模式；
初始化各传感器并读取此时臂架系统状态，激活与所选工作模式相对应的保护策略，标定所需作业机具的位置信息；
根据激活的安全保护策略，计算出到达所需作业机具的最优运动轨迹作为目标值，解析出控制臂架系统运动的各比例电磁阀的控制电流和得电时间及顺序并形成指令；
各电磁阀按照指令动作，实现臂架系统动作；
臂架系统完成指令运动至所需作业机具位置后，在快换机构上的传感器与作业机具上的传感单元进行通信，完成对机具的识别，并将此识别信息与所选工作模式进行比对，判断该作业机具是否与所选工作模式对应的作业机具相一致，防止工作模式与作业机具不对应引起因不一致保护策略错误。
进一步地，实时读取各传感器的信息，构建臂架系统空间状态，与目标值进行比对，实时修正未到达目标值的电磁阀电流控制量；同时激活的安全保护策略实时监控臂架系统空间状态，一旦触发保护动作则立即停止电磁阀动作，并在操纵室内或无线遥控器上的显示器界面进行警告。
本发明所达到的有益效果：
本发明方案针对用于臂架类的抢险救援车辆提供了一种智能控制系统，通过该方案将有效提升抢险救援车机具的作业使用效率和专业安全保护策略，避免因抢险救援作业机具的更换，造成的设备电气系统保护不充分、不专业和救援准备时间过长引起的救援人员体力、精力消耗过大以及设备能源损耗过多的问题。本发明所涉及的臂架类抢险救援车辆可实现起重、登高平台救援、液压抓取以及手持液压机具的快速切换使用。
附图说明
图1抢险救援车结构图；
图2控制系统流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明方案提供的一种用于臂架类抢险救援车辆的智能控制系统，此类臂架类抢险救援车如图1所示，包括底盘1、转台2和臂架3。臂架3包括主臂31和副臂32。两臂都带有变幅及伸缩能力并可实现相互独立运动。还包括快换机构4，可实现臂架结构与作业机具的连接作用。所带抢险救援机具初始在车辆上装走台上布置，包括吊装机具5、登高平台机具6和液压抓手机具7。
本控制系统通过在转台2、臂架3等处配置传感器，具体为：转台中心回转体21处安装角度传感器211，获取转台角度值。转台侧壁23与主臂31铰接处安装角度传感器231，获取主臂变幅角度。在主臂31上安装长角传感器311，获取主臂变幅角度和伸缩长度值。主臂31变幅阀上安装压力传感器312，获取主臂变幅压力值。在主臂31与副臂32铰接处安装角度传感器321，获取主臂31与副臂32夹角角度值。在副臂32上安装长角传感器322，获取副臂变幅角度和伸缩长度值。在副臂32与快换机构4铰接处，安装角度传感器41，获取快换机构4与副臂32间夹角值。通过获取上述各传感器测量值，以构建整车上装在作业时的实时运动信息。
本控制系统采用作业模式选取方式以实现不同作业机具的控制参数和保护策略的转换。共包含起重模式、救人平台、液压抓手、手持机具和测试/维修等五种工作模式。通过操纵室22内相应控制按板进行模式切换选取操作，并在操纵室22内或无线遥控器的显示界面实现相应作业模式的界面切换。
例如当选取起重模式后，整机的力限保护系统将开始工作，实现专业起重机械的力限保护作业，此时界面也将实时显示相应的起重力限保护界面，以方便操作人员进行相应关键参数的查看。
当选取救人平台模式后，整机的限幅保护系统将开始工作，实现专业登高平台消防车的限幅保护作业，此时界面也将实时显示相应的臂架幅度运动状态，以方便操作人员进行相应关键参数的查看。
本控制系统采用快速辅助更换作业机具策略，可实现作业机具的快速定位，更换。具体方式为：通过操作手工作模式选取，自动定位所对应的机具位置，规划最快捷的臂架系统运动轨迹并驱动液压系统执行相应动作，在距离目标作业机具合适位置后，系统将与机具进行通信握手，以防止操作手选取模式错误或作业机具初始位置放置错误造成的系统保护策略与实际机具不匹配，进而造成危险工作的情况。
具体控制流程如图2所示。其中虚线为只在工作模式选取时首先运行且只运行一次的信息流。本发明的控制方法具体步骤如下：
1)操作人员在操纵室内或通过无线遥控器将上车作业电气系统上电，选取所需工作模式。控制系统将初始化各传感器并读取此时臂架系统状态，激活与所选工作模式相对应的保护策略，标定所需作业机具的位置信息。
2)控制系统依据激活的安全保护策略，计算出到达所需作业机具的最优运动轨迹作为目标值，解析出控制臂架系统运动各比例电磁阀的控制电流和得电时间及顺序。
3)各电磁阀按照控制指令动作，实现臂架系统动作，控制器实时读取转台旋转角度、主臂变幅角度、主臂伸缩长度、副臂变幅角度、副臂伸缩长度、快换机构角度、液压压力等信息，构建臂架系统空间状态，与目标值进行比对，实时修正未到达目标值的电磁阀电流控制量。同时激活的安全保护策略实时监控臂架系统空间状态，一旦触发保护动作将立即停止电磁阀动作，并在操纵室内或无线遥控器上的显示器界面出现警告信息，提醒操作人员。
4)臂架系统完成控制指令运动后，在快换机构上的传感器将与机具上的传感单元进行通信，完成对机具的识别，防止因操作人员误选工作模式或作业机具空间位置变化等引起的实际需求工作模式、保护策略与所更换机具的不匹配、实际所需保护策略未被激活动作等问题。只有实际需求工作模式、该工作模式的保护策略与所更换作业机具三者完全匹配，臂架系统才会实现作业机具的更换动作。
采用其他形式对臂架系统空间状态进行感知，亦可实现本发明效果；
本发明方案不仅限于抢险救援车辆，同样适用于其他快速更换机具设备的军用车辆、工程机械等领域。
塌方、泥石流、洪水、地震等灾害现场，救援工况具有复杂性和危险性，对作业机具的多样性和专业性都有较高的要求，需要参与抢险救援车辆的电控系统能够实现不同机具的灵敏控制和专业的安全保护。本发明上述的技术方案可以实现对不同机具的安全保护策略。
在上述抢险救援现场，救援的效率要求很高，同时要减少设备对能源和操作人员体力、精力的消耗，需要实现机具的快速定位和更换作业，本发明可以实现对不同机具的快速定位和更换。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于臂架类抢险救援车辆的智能控制系统，其特征是，包括配置在车辆转台、主臂与副臂处的多个传感器，通过实时读取各传感器测量值，构建臂架系统空间状态；
根据当前所需工作模式激活对应的保护策略实时监控臂架系统空间状态；
计算出到达所需作业机具的最优运动轨迹作为目标值，解析出控制臂架系统运动的各比例电磁阀的控制电流和得电时间及顺序并形成指令；
各电磁阀按照指令动作，实现臂架系统动作；
臂架系统完成指令运动至所需作业机具位置后，在快换机构上的传感器与作业机具上的传感单元进行通信，完成对机具的识别，并将此识别信息与所选工作模式进行比对，判断该作业机具是否与所选工作模式对应的作业机具相一致；
将构建的臂架系统空间状态与目标值进行比对，实时修正未到达目标值的电磁阀电流控制量。
2.根据权利要求1所述的一种用于臂架类抢险救援车辆的智能控制系统，其特征是，转台中心回转体处安装角度传感器，获取转台角度值。
3.根据权利要求1所述的一种用于臂架类抢险救援车辆的智能控制系统，其特征是，转台侧壁与主臂铰接处安装角度传感器，获取主臂变幅角度。
4.根据权利要求1所述的一种用于臂架类抢险救援车辆的智能控制系统，其特征是，在主臂上安装长角传感器，获取主臂变幅角度和伸缩长度值。
5.根据权利要求1所述的一种用于臂架类抢险救援车辆的智能控制系统，其特征是，主臂变幅阀上安装压力传感器，获取主臂变幅压力值。
6.根据权利要求1所述的一种用于臂架类抢险救援车辆的智能控制系统，其特征是，在主臂与副臂铰接处安装角度传感器，获取主臂与副臂夹角角度值。
7.根据权利要求1所述的一种用于臂架类抢险救援车辆的智能控制系统，其特征是，在副臂上安装长角传感器，获取副臂变幅角度和伸缩长度值。
8.根据权利要求1所述的一种用于臂架类抢险救援车辆的智能控制系统，其特征是，在副臂与快换机构铰接处，安装角度传感器，获取快换机构与副臂间夹角值。
9.一种用于臂架类抢险救援车辆的智能控制方法，其特征是，包括以下步骤：
选取臂架类抢险救援车辆当前所需工作模式；
初始化各传感器并读取此时臂架系统状态，激活与所选工作模式相对应的保护策略，标定所需作业机具的位置信息；
根据激活的安全保护策略，计算出到达所需作业机具的最优运动轨迹作为目标值，解析出控制臂架系统运动的各比例电磁阀的控制电流和得电时间及顺序并形成指令；
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10.根据权利要求9所述的一种用于臂架类抢险救援车辆的智能控制方法，其特征是，实时读取各传感器的信息，构建臂架系统空间状态，与目标值进行比对，实时修正未到达目标值的电磁阀电流控制量；同时激活的安全保护策略实时监控臂架系统空间状态，一旦触发保护动作则立即停止电磁阀动作，并在操纵室内或无线遥控器上的显示器界面进行警告。
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