CN114261929B - 一种高空作业自动控制方法和高空作业自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高空作业自动控制方法和高空作业自动控制系统，高空作业自动控制方法包括：获取当前路况信息、风速V₄和高空作业设备的作业高度H₂；根据所述路况信息计算行驶方向上路面坑洼直径D₃以及所述高空作业设备的底盘与坑洼的距离L₂，以控制所述底盘转向避让；根据所述风速V₄和所述作业高度H₂控制所述高空作业设备作业。上述高空作业自动控制方法可以在行驶方向遇到坑洼不平时控制高空作业设备提前转向避让、在室外作业时根据风速自动控制高空作业设备作业高度或停止作业，一方面，可以保证作业人员的安全性；另一方面，可以避免高空作业设备陷入坑洼以致影响作业效率和损坏设备的情况，从而可以降低作业设备的安全隐患，减少作业成本。

Description

一种高空作业自动控制方法和高空作业自动控制系统

技术领域

本发明涉及机械控制技术领域，特别涉及一种高空作业自动控制方法。本发明还涉及一种采用该高空作业自动控制方法的高空作业自动控制系统。

背景技术

随着高空作业对施工的法规要求和施工安全要求越来越严，剪叉式、直臂式和曲臂式等各种高空作业设备更多的出现在各个高空施工场所。其中，剪叉式高空作业设备无疑是目前使用最广泛的一类设备。剪叉式高空作业设备既可以室内施工，也可以室外作业。然而，室外作业由于环境的复杂性，比如地面坑洼不平、刮风、障碍物等，对剪叉车操作造成较大的安全隐患，例如，当行驶方向遇到坑洼不平或者室外刮风时无法提前预警提醒操作人员提前避让，以及降低作业高度或停止作业，这样会影响作业人员的安全性。

因此，如何避免当前高空作业设备无法在遇到路面坑洼不平和室外刮风时保证作业的安全性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高空作业自动控制方法，能够在行驶方向遇到坑洼不平时自动控制高空作业设备提前转向避让、在室外刮风时自动控制高空作业设备降低作业高度或者停止作业，从而可以保证作业人员的安全性，降低作业设备的安全隐患。本发明的另一目的是提供一种采用该高空作业自动控制方法的高空作业自动控制系统。

为实现上述目的，本发明提供一种高空作业自动控制方法，包括：

获取当前路况信息、风速V₄和高空作业设备的作业高度H₂；

根据所述路况信息计算行驶方向上路面坑洼直径D₃以及所述高空作业设备的底盘与坑洼的距离L₂，以控制所述底盘转向避让；

根据所述风速V₄和所述作业高度H₂控制所述高空作业设备作业。

可选地，所述根据所述路况信息计算行驶方向上路面坑洼直径D₃以及所述高空作业设备的底盘与坑洼的距离L₂，以控制所述底盘转向避让的步骤，包括：

根据所述底盘的左右宽度值和前后长度值以及X方向和Y方向报警角度值计算纵向报警值D₁和横向报警值D₂；

判断D₃/2是否大于D₁或D₃/2是否大于D₂；

如果是，则判断L₂是否大于预设值L₁，其中L₁根据所述底盘的左右宽度值和前后长度值确定；

若L₂小于等于L₁，则控制所述底盘转向避让。

可选地，所述根据所述风速V₄和所述作业高度H₂控制所述高空作业设备作业的步骤，包括：

判断所述风速V₄是否大于第一预设风速V₁；

如果是，则控制所述高空作业设备停止作业；

如果否，则判断所述风速V₄是否大于第二预设风速V₂；

若所述风速V₄大于所述第二预设风速V₂，则判断所述作业高度H₂是否大于预设高度H₁，其中，预设高度H₁是指所述高空作业设备的工作平台最大高度的一半；

若所述作业高度H₂大于预设高度H₁，则控制所述高空作业设备降低所述作业高度H₂，直至所述作业高度H₂降低至所述预设高度H₁；

若所述作业高度H₂小于等于预设高度H₁，则控制所述高空作业设备持续作业；

若所述风速V₄小于等于第二预设风速V₂，则判断所述风速V₄是否小于第三预设风速V₃；

若所述风速V₄小于所述第三预设风速V₃，则控制所述高空作业设备持续作业。

本发明还提供一种高空作业自动控制系统，采用上述所述的高空作业自动控制方法，包括：

用以获取所述路况信息的CCD相机；

用以获取所述风速V₄的风速仪；

用以获取所述作业高度H₂的光电传感器；

与所述CCD相机、所述风速仪和所述光电传感器电连接的控制器，所述控制器用以输出控制信号控制所述底盘转向和所述高空作业设备启停。

可选地，所述CCD相机包括前置双目CCD相机和后置双目CCD相机。

可选地，所述高空作业设备包括位于所述底盘上方的工作平台，所述风速仪和所述光电传感器分别安装于所述工作平台顶部的两侧。

可选地，所述前置双目CCD相机安装于所述底盘前部的中间位置，所述后置双目CCD相机安装于所述底盘后部的中间位置。

可选地，还包括设于所述工作平台上、用以在作业时供用户执行模式选择和转向控制的手柄控制盒。

可选地，还包括与所述控制器电连接、用以提示作业人员的蜂鸣器。

可选地，还包括设于所述底盘、用以设置所述底盘参数的显示屏，所述显示屏通过CAN总线与所述控制器相连。

相对于上述背景技术，本发明实施例所提供的高空作业自动控制方法，包括：S1：获取当前路况信息、风速V₄和高空作业设备的作业高度H₂；S2：根据路况信息计算行驶方向上路面坑洼直径D₃以及高空作业设备的底盘与坑洼的距离L₂，以控制底盘转向避让；S3：根据风速V₄和作业高度H₂控制高空作业设备作业。也就是说，采用上述高空作业自动控制方法，可以根据当前路况信息在行驶方向遇到坑洼不平时自动控制高空作业设备提前转向避让、并根据当前风速V₄和高空作业设备的作业高度H₂在室外刮风时自动控制高空作业设备降低作业高度或者停止作业。同时，本发明实施例所提供还提供一种高空作业自动控制系统，采用上述高空作业自动控制方法，包括CCD相机、风速仪、光电传感器和控制器，其中，CCD相机用以获取路况信息，风速仪用以获取当前风速V₄，光电传感器用以获取当前高空作业设备的作业高度H₂；控制器与CCD相机、风速仪和光电传感器电连接，控制器用以根据路况信息在行驶方向遇到坑洼不平时控制底盘提前转向避让、根据当前风速V₄和高空作业设备的作业高度H₂在室外刮风时控制高空作业设备降低作业高度或者停止作业。

这样一来，相较于当行驶方向遇到坑洼不平无法提前预警提醒操作人员提前避让，以及在室外刮风时无法降低作业高度或停止作业以致影响作业安全性的方式，本发明实施例所提供的高空作业自动控制方法和系统，可以在行驶方向遇到坑洼不平时控制高空作业设备提前转向避让、在室外刮风时控制高空作业设备降低作业高度或者停止作业，一方面，可以保证作业人员的安全性；另一方面，可以避免高空作业设备陷入坑洼以致影响作业效率和损坏设备的情况，从而可以降低作业设备的安全隐患，减少作业成本。

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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的高空作业自动控制方法的流程图；

图2为本发明实施例所提供的高空作业自动控制方法中的路况分析控制流程图；

图3为本发明实施例所提供的高空作业自动控制方法中的风速分析控制流程图；

图4为本发明实施例所提供的高空作业自动控制系统的结构框图；

图5为本发明实施例所提供的剪叉式高空作业设备的结构示意图；

图6为本发明实施例所提供的高空作业自动控制系统中电气元件的安装示意图一；

图7为本发明实施例所提供的高空作业自动控制系统中电气元件的安装示意图二。

其中：

1-底盘、2-驱动轮、3-伸展机构、4-工作平台、5-转向轮、6-控制器、7-风速仪、8-手柄控制盒、9-电机驱动器、10-后置双目CCD相机、11-光电传感器、12-前置双目CCD相机、13-蜂鸣器、14-举升油缸。

具体实施方式

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。

本发明的核心是提供一种高空作业自动控制方法，能够在行驶方向遇到坑洼不平时自动控制高空作业设备提前转向避让、在室外刮风时自动控制高空作业设备降低作业高度或者停止作业，从而可以保证作业人员的安全性，降低作业设备的安全隐患。本发明的另一核心是提供一种采用该高空作业自动控制方法的高空作业自动控制系统。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

需要说明的是，下文所述的“上端、下端、左侧、右侧”等方位词都是基于说明书附图所定义的。

请参考图1至图7，图1为本发明实施例所提供的高空作业自动控制方法的流程图；图2为本发明实施例所提供的高空作业自动控制方法中的路况分析控制流程图；图3为本发明实施例所提供的高空作业自动控制方法中的风速分析控制流程图；图4为本发明实施例所提供的高空作业自动控制系统的结构框图；图5为本发明实施例所提供的剪叉式高空作业设备的结构示意图；图6为本发明实施例所提供的高空作业自动控制系统中电气元件的安装示意图一；图7为本发明实施例所提供的高空作业自动控制系统中电气元件的安装示意图二。

本发明实施例所提供的高空作业自动控制方法，包括：

S1：获取当前路况信息、风速V₄和高空作业设备的作业高度H₂；

S2：根据路况信息计算行驶方向上路面坑洼直径D₃以及高空作业设备的底盘1与坑洼的距离L₂，以控制底盘1转向避让；

S3：根据风速V₄和作业高度H₂控制高空作业设备作业。

也就是说，采用上述高空作业自动控制方法，可以根据当前路况信息在行驶方向遇到坑洼不平时控制高空作业设备提前转向避让、并根据当前风速V₄和高空作业设备的作业高度H₂在室外刮风时控制高空作业设备降低作业高度或者停止作业。

这样一来，相较于当行驶方向遇到坑洼不平无法提前预警提醒操作人员提前避让，以及在室外刮风时无法降低作业高度或停止作业以致影响作业安全性的方式，本发明实施例所提供的高空作业自动控制方法，可以在行驶方向遇到坑洼不平时控制高空作业设备提前转向避让、在室外刮风时控制高空作业设备降低作业高度或者停止作业，一方面，可以保证作业人员的安全性；另一方面，可以避免高空作业设备陷入坑洼以致影响作业效率和损坏设备的情况，从而可以降低作业设备的安全隐患，减少作业成本。

具体地说，在S1中，可以通过CCD相机获取当前路况信息，CCD相机包括前置双目CCD相机12和后置双目CCD相机10，通过风速仪7获取当前风速V₄，通过光电传感器11获取当前高空作业设备的作业高度H₂。

当然，上述控制方法可以通过控制器6执行，控制器6与上述CCD相机、风速仪7和光电传感器11电连接。

在S2中，根据路况信息计算行驶方向上路面坑洼直径D₃以及高空作业设备的底盘1与坑洼的距离L₂，以控制底盘1转向避让的步骤，包括：

首先，根据机型选择时给控制器6输入的底盘1的左右宽度值和前后长度值，以及设计时确定的X方向和Y方向报警角度值，计算纵向报警值D₁和横向报警值D₂；

然后，判断D₃/2大于D₁是否成立或D₃/2大于D₂是否成立；

如果D₃/2大于D₁或D₃/2大于D₂成立，则判断L₂大于预设值L₁是否成立，其中L₁根据所述底盘1的左右宽度值和前后长度值确定；

若D₃/2大于D₁或D₃/2大于D₂成立，以及L₂小于等于L₁成立，则控制底盘1转向避让；

若L₂大于L₁成立，则继续作业。

换言之，如果D₃/2大于D₁和D₃/2大于D₂两个条件中只要有一个条件成立，以及L₂小于等于L₁的关系成立，则通过蜂鸣器13报警提示施工人员转向避让，避让过程中上述判断过程也在重复进行，一直到L₂大于L₁的关系成立，蜂鸣器13才会停止报警，继续作业。

下面详细描述高空作业自动控制方法中根据路况信息控制底盘1转向的控制流程。

高空作业设备上电后，先进行机型选择，机型选择是为给控制器6输入工作底盘1的左右宽度值和前后长度值，并根据设计时确定的X方向和Y方向报警角度值计算出纵向报警值D₁和横向报警值D₂；然后，选择自动模式后，控制器6根据设备的移动方向决定是前置双目CCD相机12工作还是后置双目CCD相机10工作，CCD相机采集的实时图片信息通过视频电缆传送至控制器6，控制器6通过图片预处理算法、特征提取算法计算出移动方向前部的路面状况，即路面坑洼直径D₃和设备底盘1距离坑洼的距离L₂。

先通过比较D₃/2和D1、D₃/2和D2的大小，再比较L₂与预设值L₁的大小；若D₃/2大于D₁或D₃/2大于D₂成立，以及L₂小于等于L₁成立，则控制底盘1转向避让；若L₂大于L₁成立，则继续作业。

在S3中，根据风速V₄和作业高度H₂控制高空作业设备作业的步骤，包括：

判断风速V₄是否大于第一预设风速V₁；

如果是，则控制高空作业设备停止作业；

如果否，则判断风速V₄是否大于第二预设风速V₂；

若风速V₄大于第二预设风速V₂，则判断作业高度H₂是否大于预设高度H₁；

若作业高度H₂大于预设高度H₁，则控制高空作业设备降低作业高度H₂，直至作业高度H₂降低至预设高度H₁；

若作业高度H₂小于等于预设高度H₁，则控制高空作业设备持续作业；

若风速V₄小于等于第二预设风速V₂，则判断风速V₄是否小于第三预设风速V₃；

若风速V₄小于第三预设风速V₃，则控制高空作业设备持续作业。

下面详细描述高空作业自动控制方法中根据风速V₄和作业高度H₂控制高空作业设备作业的控制流程。

户外施工时，先选择自动模式，光电传感器11和风速仪7分别实时读取设备工作平台4上升高度值H₂和当前风速V₄，首先，判断V₄是否大于第一预设风速V₁，如果是，则控制高空作业设备停止作业，如果否(即V₄在允许作业的最大风速范围内)，则再进一步判断V₄是否大于第二预设风速V₂。

若风速V₄大于第二预设风速V₂，则判断作业高度H₂是否大于预设高度H₁，若作业高度H₂大于预设高度H₁，则控制高空作业设备降低作业高度H₂，直至作业高度H₂降低至预设高度H₁；若作业高度H₂小于等于预设高度H₁，则控制高空作业设备持续作业。

若风速V₄小于等于第二预设风速V₂，则判断风速V₄是否小于第三预设风速V₃，若风速V₄小于第三预设风速V₃，则控制高空作业设备持续作业，若风速V₄大于等于第三预设风速V₃，则返回判断V₄是否大于第二预设风速V₂的步骤。

需要说明的是，其中，V₁>V₂>V₃。所谓V₁一般为12.3m/s，即立即停止作业的风速；所谓第二预设风速V₂是指工作平台4升高到最大高度的一半(H₁)时所允许的最大风速，如果H₂大于H₁，则报警提醒只允许降低动作，直至降低到H₁才会停止报警；所谓第三预设风速V₃是指工作平台4在最大高度作业时所允许的最大风速，如果V₄不大于第三预设风速V₃，则设备上升不受限制。

同时，本发明实施例所提供还提供一种高空作业自动控制系统，采用上述高空作业自动控制方法，包括CCD相机、风速仪7、光电传感器11和控制器6，其中，CCD相机用以获取路况信息，风速仪7用以采集当前风速V₄，光电传感器11用以获取当前高空作业设备的作业高度H₂；控制器6与CCD相机、风速仪7和光电传感器11电连接，控制器6用以根据路况信息在行驶方向遇到坑洼不平时控制底盘1提前转向避让、根据当前风速V₄和高空作业设备的作业高度H₂在室外刮风时控制高空作业设备降低作业高度或者停止作业。

需要说明的是，本发明实施例所提供的高空作业自动控制系统应用于剪叉式高空作业设备，剪叉式高空作业设备包括底盘1、伸展机构3和工作平台4，举升油缸14安装在伸展机构3的内部，举升油缸14是剪叉车高空作业设备的举升执行机构；其中，底盘1设有驱动轮2、转向轮5，底盘1还设有两个分别安装于剪叉车前进方向和后退方向的双目CCD相机，双目CCD相机用于实时采集路况信息并将图片信息通过视频电缆输入控制器6。控制器6能够根据剪叉车的结构，包括轮子半径，底盘1结构纵横向边长、举升油缸14和电机工作特性等做出正确的安全逻辑控制。

此外，高空作业设备还包括设于底盘1的电机驱动器9，通过电机驱动器9带动直流电机，再由直流电机带动液压马达实现驱动，转向轮5由一个双向伸缩油缸控制。

具体地说，在高空作业自动控制系统中，CCD相机包括前置双目CCD相机12和后置双目CCD相机10。其中，前置双目CCD相机12安装于底盘1前部的中间位置，后置双目CCD相机10安装于底盘1后部的中间位置。这样的设置方式用以最大左右均衡获取现场图像信息。

高空作业设备包括位于底盘1上方的工作平台4，风速仪7和光电传感器11分别安装于工作平台4顶部的两侧。这样可以最大限度不影响施工作业；工作平台4的所有线路沿着伸展机构3设计固定点进行绑扎。

需要注意的是，双目CCD相机是通过专用视频线与带视频接口的控制器6连接；安装在工作平台4最高位置的风速仪7通过带屏蔽功能的CAN总线与控制器6连接；安装在工作平台4最高位置的光电传感器11是通过4-20mA的模拟量信号接入控制器6的AI端口。

为了便于选择手动/自动模式选择，高空作业自动控制系统还包括设于工作平台4上的手柄控制盒8，该手柄控制盒8主要用于户外作业工况手动/自动模式选择，以及转向和行驶控制。当然，根据实际需要，手柄控制盒8上可以设置相应的控制手柄和开关，上述自动模式的选择可以由安装在手柄操作盒上的钮子开关执行。手柄控制盒8根据作业要求可以调整固定位置。

为了便于提示作业人员，高空作业自动控制系统还包括与控制器6电连接的蜂鸣器13，蜂鸣器13用以提示作业人员进行安全施工。蜂鸣器13安装在车架的底部，且蜂鸣器13通过控制器6发出控制信号进行报警。

此外，高空作业自动控制系统还包括设于底盘1、用以设置底盘1参数的显示屏，显示屏通过CAN总线与控制器6相连。

这样一来，底盘1的轮子半径等参数可通过安装在底盘1的显示屏进行设置，输入车型号即可获取轮子半径，底盘1边长信息等。

综上可知，在本发明实施例所提供的高空作业自动控制系统中，分别安装于底盘1结构前进方向和后退方向的前置双目CCD相机12和后置双目CCD相机10，用来实时采集路况信息，并将信息输入控制器6计算出坑洼的半径，并根据剪叉车轮子半径模拟计算出设备驶入该坑洼最低处X-Y方向的倾角，并与预设值进行比较，判断是否会出现报警；与此同时，通过电机驱动器9的CAN总线实时传输电机转速，计算剪叉式高空作业设备行驶到该坑洼处的时间，通过蜂鸣器13提醒作业人员改变行驶方向；在工作平台4最高点安装风速仪7和光电传感器11，其中，风速仪7用于测量户外作业风速，光电传感器11用于测量检查设备作业高度，在自动模式下根据风速和高度来计算安全行驶速度，同时风速还可以用来根据控制自适应调整剪叉式高空作业设备的高度以及同时进行蜂鸣器13报警。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的高空作业自动控制方法和高空作业自动控制系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高空作业自动控制方法，其特征在于，包括：

获取当前路况信息、风速V₄和高空作业设备的作业高度H₂；

根据所述路况信息计算行驶方向上路面坑洼直径D₃以及所述高空作业设备的底盘(1)与坑洼的距离L₂，以控制所述底盘(1)转向避让；

根据所述风速V₄和所述作业高度H₂控制所述高空作业设备作业；

所述根据所述风速V₄和所述作业高度H₂控制所述高空作业设备作业的步骤，包括：

判断所述风速V₄是否大于第一预设风速V₁；

如果是，则控制所述高空作业设备停止作业；

如果否，则判断所述风速V₄是否大于第二预设风速V₂；

若所述风速V₄大于所述第二预设风速V₂，则判断所述作业高度H₂是否大于预设高度H₁，其中，预设高度H₁是指所述高空作业设备的工作平台(4)最大高度的一半；

若所述作业高度H₂大于预设高度H₁，则控制所述高空作业设备降低所述作业高度H₂，直至所述作业高度H₂降低至所述预设高度H₁；

若所述作业高度H₂小于等于预设高度H₁，则控制所述高空作业设备持续作业；

若所述风速V₄小于等于第二预设风速V₂，则判断所述风速V₄是否小于第三预设风速V₃；

若所述风速V₄小于所述第三预设风速V₃，则控制所述高空作业设备持续作业。

2.如权利要求1所述的高空作业自动控制方法，其特征在于，所述根据所述路况信息计算行驶方向上路面坑洼直径D₃以及所述高空作业设备的底盘(1)与坑洼的距离L₂，以控制所述底盘(1)转向避让的步骤，包括：

根据所述底盘(1)的左右宽度值和前后长度值以及X方向和Y方向报警角度值计算纵向报警值D₁和横向报警值D₂；

判断D₃/2是否大于D₁或D₃/2是否大于D₂；

如果是，则判断L₂是否大于预设值L₁，其中L₁根据所述底盘(1)的左右宽度值和前后长度值确定；

若L₂小于等于L₁，则控制所述底盘(1)转向避让。

3.一种高空作业自动控制系统，采用上述权利要求1-2任意一项所述的高空作业自动控制方法，其特征在于，包括：

用以获取所述路况信息的CCD相机；

用以获取所述风速V₄的风速仪(7)；

用以获取所述作业高度H₂的光电传感器(11)；

与所述CCD相机、所述风速仪(7)和所述光电传感器(11)电连接的控制器(6)，所述控制器(6)用以输出控制信号控制所述底盘(1)转向和所述高空作业设备启停。

4.如权利要求3所述的高空作业自动控制系统，其特征在于，所述CCD相机包括前置双目CCD相机(12)和后置双目CCD相机(10)。

5.如权利要求3所述的高空作业自动控制系统，其特征在于，所述高空作业设备包括位于所述底盘(1)上方的工作平台(4)，所述风速仪(7)和所述光电传感器(11)分别安装于所述工作平台(4)顶部的两侧。

6.如权利要求4所述的高空作业自动控制系统，其特征在于，所述前置双目CCD相机(12)安装于所述底盘(1)前部的中间位置，所述后置双目CCD相机(10)安装于所述底盘(1)后部的中间位置。

7.如权利要求5所述的高空作业自动控制系统，其特征在于，还包括设于所述工作平台(4)上、用以在作业时供用户执行模式选择和转向控制的手柄控制盒(8)。

8.如权利要求3-7任意一项所述的高空作业自动控制系统，其特征在于，还包括与所述控制器(6)电连接、用以提示作业人员的蜂鸣器(13)。

9.如权利要求3-7任意一项所述的高空作业自动控制系统，其特征在于，还包括设于所述底盘(1)、用以设置所述底盘(1)参数的显示屏，所述显示屏通过CAN总线与所述控制器(6)相连。