CN115477261A - 高空作业车及其控制单元 - Google Patents

Abstract

一种高空作业车包括：上车，由上车支撑的臂，由所述臂支撑的升降台，控制臂角度的变幅缸，控制臂长度的伸缩缸，分别通过变幅阀和伸缩阀向变幅缸和伸缩缸供应液压油的液压泵，以及控制单元，所述控制单元被配置成：基于期望的升降台期望轨迹确定所述臂在期望轨迹中的多个选定点中的每个点处的期望角度和期望长度；获取所述臂的当前实际角度和当前实际长度；对于期望轨迹中的每个点，基于所述期望角度和当前实际角度确定变幅阀控制电流，并且以确定的变幅阀控制电流控制变幅阀的开度，从而对臂角度实施开环控制以实现臂变幅；同时，基于所述期望长度、当前实际长度和当前实际角度对臂长度实施控制以实现臂伸缩。

Description

高空作业车及其控制单元

技术领域

本申请涉及一种用于高空作业车的控制单元，其能够实现升降台自动按输入的轨迹移动。本申请还涉及包含这种控制单元的高空作业车。

背景技术

高空作业车(高空作业平台)是一种用于高空作业的设备，主要应用于建筑工地、电力工程、路灯维修及其他市政行业等。高空作业车通常包括下车和上车两个主要部分。下车用于实现高空作业车在地面上移动，上车用于通过直臂将升降台移动到空中预期位置。高空作业车的直臂通常有变幅和伸缩功能。变幅功能改变直臂的角度，伸缩功能改变直臂的长度。通过对直臂的角度和长度同时控制，可以使得升降台实现垂直、水平、或其它轨迹的位移。

在一些使用场景中，比如安装玻璃、粉刷墙壁等，经常需要垂直或者水平的移动。在这些情况下，工作轨迹通常应该是垂直或水平的直线。然而，由于现有技术不成熟或者控制精度差，目前绝大多数高空作业车不能自动实现控制升降台自动沿期望的轨迹、尤其是直线轨迹移动。为了实现沿期望的轨迹移动到达一个目标位置，机手需要繁杂操作，反复控制直臂的变幅和伸缩来尝试，造成时间和能量的浪费。

发明内容

本申请的一个目的在于提供一种用于高空作业车的控制单元，其能够控制升降台沿期望的轨迹自动移动到达目标位置。

为了实现该目的，本申请在一个方面提供了一种用于高空作业车的控制单元，所述高空作业车包括：上车，由上车支撑的臂，由所述臂支撑的升降台，控制臂角度的变幅缸，控制臂长度的伸缩缸，以及分别通过变幅阀和伸缩阀向变幅缸和伸缩缸供应液压油的液压泵；所述控制单元被配置成：

基于期望的升降台期望轨迹确定所述臂在期望轨迹中的多个选定点中的每个点处的期望角度和期望长度；

获取所述臂的当前实际角度和当前实际长度；

对于期望轨迹中的每个点，基于所述期望角度和当前实际角度确定变幅阀控制电流，并且以确定的变幅阀控制电流控制变幅阀的开度，从而对臂角度实施开环控制以实现臂变幅；同时，基于所述期望长度、当前实际长度和当前实际角度对臂长度实施控制以实现臂伸缩。

在一种实施方式中，所述控制单元中存储着预先标定的臂的每个角度或角速度与变幅阀控制电流的对应关系，并且利用该角度或角速度与变幅阀控制电流对应关系确定变幅阀控制电流。

在一种实施方式中，所述控制单元配置成存储着预先标定的臂的每个角度处的角速度限值，并且所述控制单元基于所确定的每个点处的期望角度以及预期到达每个点的时间确定期望的角速度，如果到达某个点所需的角速度超过了对应的角速度限值，则降低变幅阀控制电流以使得臂的角速度不超过该角速度限值。

在一种实施方式中，对于期望轨迹中的每个点，所述控制单元对臂长度实施的控制是开环控制。

在一种实施方式中，所述控制单元中存储着预先标定的臂的每个长度或线速度与伸缩阀控制电流的对应关系，并且利用该长度或线速度与伸缩阀控制电流的对应关系确定伸缩阀控制电流。

在一种实施方式中，对于期望轨迹中的每个点，所述控制单元对臂长度实施的控制是PID闭环控制，其中，所述控制单元基于实时获取的所述臂的长度对臂伸缩量进行修正。

在一种实施方式中，所述控制单元中存储着供机手选择的升降台运动，所述升降台运动至少包括：水平直线移动；垂直直线移动。

在一种实施方式中，所述控制单元配置成能够基于机手输入的升降台目标位置自动确定升降台轨迹。

在一种实施方式中，所述臂包括多个臂段，每个臂段配备各自的变幅缸，每个变幅缸配备相应的变幅阀，末端臂段配备所述伸缩缸，所述控制单元配置成：基于期望的升降台期望轨迹确定各臂段在期望轨迹中的每个点处的期望角度和末端臂段的期望长度，并且基于每个臂段的期望角度和当前实际角度确定各变幅阀控制电流；并且在每个点处以确定的个变幅阀控制电流控制各变幅阀的开度，从而对臂角度实施开环控制以实现臂变幅，同时，基于所述末端臂段的期望长度和当前实际长度以及各臂段的当前实际角度确定伸缩阀控制电流，并且以确定的伸缩阀控制电流控制伸缩阀的开度，从而对臂长度实施控制以实现臂伸缩。

在一种实施方式中，所述控制单元配置成：以一优化目标对各臂段在每个点处的期望角度进行优化。

本申请还提供了一种高空作业车，其包括：上车；由上车支撑的臂，所述臂包括直臂或曲臂；由所述臂支撑的升降台；控制臂角度的变幅缸；控制臂长度的伸缩缸；分别通过变幅阀和伸缩阀向变幅缸和伸缩缸供应液压油的液压泵；以及本申请的控制单元，所述控制单元配置成基于期望的升降台期望轨迹自动控制臂的运动。

本申请的控制单元使得高空作业车操作效率高，不需要机手的繁杂操作，并且能够节省时间。同时，能够实现优异的控制精度，实际移动轨迹与输入的期望轨迹之间的偏差很小。此外，以直臂的变幅为主动作，可以更高效地利用液压能。

附图说明

通过参照附图阅读下面的详细描述，可进一步理解本申请，在附图中：

图1是根据本申请的一种可行实施方式的高空作业车的架构；

图2是根据本申请的高空作业车的控制单元执行的控制逻辑的框图；

图3、图4是根据本申请的其它可行实施方式的高空作业车的架构；

图5-图8是展现本申请的控制单元的控制效果的实验数据的曲线图。

具体实施方式

本申请总体上涉及一种用于高空作业车(或称高空作业平台)及其控制单元。该高空作业车的一种可行构架在图1中高度简化地示出。如图1所示，直臂式高空作业车的臂包括安装在上车1上的直臂3，直臂3的下端通过铰链可相对于上车1转动，直臂3的上端承载着升降台(或称平台、作业台等)4。上车1可水平回转地支撑在下车2上。下车2具有多个车轮，可在地面上行走。

直臂3具有变幅功能和伸缩功能。变幅功能通过安装在上车1上的变幅缸5实现。变幅缸5的下端通过铰链由上车1上的支架支撑，变幅缸5的上端通过铰链支撑着直臂3的主体。变幅缸5的伸长或缩短能够改变直臂3的角度A(相对于水平方向测量)，由此实现直臂3的变幅。直臂3的主体上设有伸缩缸6，伸缩缸6的末端承载着升降台4。伸缩缸6的伸长或缩短能够改变直臂的长度L，由此实现直臂3的伸缩。变幅缸5和伸缩缸6的动力源是一个液压泵(未示出)，该液压泵通过变幅阀和伸缩阀(均未示出)向变幅缸5和伸缩缸6供应液压油，以使得变幅缸5和伸缩缸6作动。变幅阀和伸缩阀都为三位电比例阀，其开度由输入的控制电流的大小决定、由此决定变幅缸5和伸缩缸6的伸缩速度，阀位决定了液压油的流动方向、由此决定变幅缸5和伸缩缸6的移动方向。高空作业车中的这种液压泵和主阀是本领域熟知的，不再详细描述。

高空作业车具有控制单元(未示出)，其控制高空作业车的各种控制元件的操作，包括液压系统的泵(可能包括主泵和分泵)和各种控制阀，并且获取为检测各动作元件的动作配备的传感器的信号，包括直臂3的角度传感器和长度传感器(未示出)，以便得知各动作元件的实际位姿。

直臂3的下端铰链以及变幅缸5两端的铰链相互平行，都沿高空作业车的横向(左右方向)布置。因此，变幅缸5作动将改变升降台4的纵向(前后方向)和垂直方向(上下方向)的位置。另一方面，伸缩缸6的作动，也将改变升降台4的纵向和垂直方向的位置。如需改变改变升降台4的横向位置，需要借助于上车1相对于下车2回转。如果需要实现升降台4的精确的横向位置，需要同时借助于上车1相对于下车2回转以及伸缩缸6的作动。以下将纵向称作X向，垂直方向称作Z向，横向称作Y向。

本申请主要涉及控制器基于输入的预期升降台4轨迹或目标位置自动控制升降台4的动作。

为此，高空作业车的操作室中可以设置可供机手输入升降台4期望轨迹或位置的人机界面，例如触控面板。控制单元中可以预先存储升降台4可以自动执行的运动模式，并且各种自动运动模式可以在人机界面显示。

如上所述控制，变幅缸5的作动(对应于直臂3的变幅)和伸缩缸6的作动(对应于直臂3的伸缩)能够改变升降台4的X向和Z向位置。为此，本申请的控制单元的一个方面涉及控制单元仅通过控制直臂3的动作就能实现在XZ平面中升降台4任意轨迹的运动。控制单元能自动实现的典型的XZ平面中的运动轨迹包括：

水平纵向移动，其中只改变X坐标，Z坐标不变；

垂直移动，其中只改变Z坐标，X坐标不变；

沿特定的轨迹的运动，例如曲线(例如圆弧)段或直线段、或曲线段-曲线段组合、曲线段-直线段组合、直线段-直线段组合的移动，其中X、Z坐标都改变。

控制单元中可以存储各种XZ平面中的运动轨迹，并且在人机界面显示这些运动轨迹以供机手选择。此外，人机界面还可以输入期望的升降台4的绝对或相对目标位置(可能还有一个或多个中间位置)或相对于当前位置沿一个或多个方向的移动距离。

根据机手输入的运动轨迹和目标位置(可能还有中间位置)或移动距离，控制单元即可自动执行直臂3的控制，使得变幅缸5和伸缩缸6作动，将升降台4带到机手期望的位置。

控制单元还可以仅根据机手输入的XZ平面中的目标位置(可能还有一个或多个中间位置)自动规划XZ平面中升降台4的运动轨迹。例如，机手输入目标位置相对于当前位置的X、Z向坐标发生变化，控制单元即可计算出从当前位置到目标位置的轨迹(直线或折线等)。X、Z向坐标变化可以是正向或负向变化。例如，+X表示纵向向前，-X表示纵向向后；+Z表示垂直向上，-Z表示垂直向下。

控制单元基于机手输入的、或是控制单元自己计算出的升降台4的运动轨迹，可以针对轨迹中的一些选定点进行位置控制，即确定轨迹中的每个选定点的直臂3长度和角度，并且由此对变幅缸5和伸缩缸6的动作进行控制，使得升降台4在运动过程中按预订的时间依次经过每个点。

在控制单元对直臂3的动作进行控制时，控制单元通过控制变幅阀和伸缩阀的阀位和开度来控制变幅缸5和伸缩缸6的伸缩。变幅阀和伸缩阀的阀位取决于其哪个控制端通电，而开度取决于供应给该控制端的控制电流的大小。

由于变幅缸5和伸缩缸6由同一个泵供应液压油，对于轨迹中的某个或某些点来说，受限于泵的输出流量，有可能无法同时满足变幅缸5和伸缩缸6的期望的动作。为此，本申请将由变幅缸5实现的直臂3的变幅为主动作，对变幅动作实施开环控制，将由伸缩缸6实现的直臂3的伸缩动作为辅助动作，对伸缩动作可以采用开环、但优选采用闭环控制来跟随变幅动作，以实现最终的目标位置。换言之，对于受限于泵的输出流量的中间点，不要求中间点的变幅动作都精确达到期望的直臂角度，由此，能够确保通过运动轨迹到达目标位置的可行性。

本申请的控制单元执行这种控制策略的一种逻辑在图2中示出。如图2中所示，控制单元中包含第一模块Ma、第二模块Mb、第三模块Mc、第四模块Md，并且控制单元采集直臂3的角度传感器Bas和长度传感器Bls的测量数据。

第一模块Ma接收来自高空作业车的操作杆J和人机界面S的输入指令C以及来自直臂3的角度传感器Bas检测到的直臂3的当前实际角度Aa。需要指出，操作杆J用于确定自动动作的启动和停止。在机手通过人机界面S的输入运动指令后，启动相应的操作杆J，控制单元即执行自动控制意识直臂3自动移动，并且在升降台4到达目标位置后停止运动。在运动过程中，一旦机手松开操作杆J，则无论升降台4是否到达目标位置都会立即停止。或者，可以利用人机界面上的某个按钮控制自动动作的启动和停止。

第一模块Ma基于接收到的输入指令C中包含的升降台4的期望轨迹的信息，确定期望轨迹中的下一选定点处的直臂3的期望角度。第一模块Ma还接收直臂3的当前实际角度Aa。第一模块Ma基于下一点处的直臂3的期望角度相对于直臂3的当前实际角度Aa的变化，确定为了到下一点处所需的变幅角度。基于确定的所需变幅角度，以及预定到达下一选定点所需的时间，可以确定变幅阀的变幅角速度。第一模块Ma中存储着预先标定的直臂3运动中的每个角度或角速度与变幅阀控制电流之间的对应关系，例如曲线或数据表。第一模块Ma基于该对应关系以及所需的变幅角度或角速度确定为了到达下一点所需的变幅阀控制电流Ca，并将变幅阀控制电流Ca发送给第四模块Md。第四模块Md基于变幅阀控制电流Ca控制变幅阀的阀位和开度，以控制变幅缸5的角度并且由此控制直臂3变幅。

直臂3的变幅控制是开环控制，不需要在轨迹中的每个点处利用角度传感器Bas检测到的直臂3的当前实际角度Aa相对于期望角度的偏差对变幅进行修正。

第二模块Mb接收来自高空作业车的操作杆J和人机界面S的输入指令C以及来自直臂3的角度传感器Bas检测到的直臂3的当前实际角度Aa和来自直臂3的长度传感器Bls检测到的直臂3的当前实际长度La。第二模块Mb基于升降台4与直臂3之间的几何位置关系以及直臂3的当前实际角度Aa、当前实际长度La确定期望轨迹中的下一点处的直臂3的期望长度Lt，并将确定出的期望长度Lt发送给第三模块Mc。

第三模块Mc接收下一点处的期望长度Lt。第三模块Mc可以执行开环控制以调节直臂3的长度。为此，第三模块Mc中存储着预先标定的直臂3(或伸缩缸6)的每个长度或线速度与伸缩阀控制电流之间的对应关系，例如曲线或数据表。第三模块Mc基于该对应关系以及期望长度Lt或是期望的线速度(通过期望长度与预期到达下一点的时间确定)确定为了到达下一点所需的伸缩阀控制电流Cl，并将伸缩阀控制电流Cl发送给第四模块Md。第四模块Md基于伸缩阀控制电流Cl控制伸缩阀的阀位和开度，以控制伸缩缸6的伸缩距离并且由此控制直臂3的长度。第四模块Md执行的直臂变幅控制和长度控制优选同步进行。

可以看到，在第二模块Mb计算期望轨迹中的下一点处的直臂3的期望长度Lt时，计入了角度传感器Bas检测到的直臂3的当前实际角度Aa的因素，这使得直臂3的伸缩动作跟随其变幅动作。

上面描述的直臂3的伸缩控制是开环控制，不需要在轨迹中的每个点处利用长度传感器Bls检测到的直臂3的当前实际长度La相对于期望长度的偏差对伸缩缸6的伸缩动作进行修正。

然而，更为优选的是将直臂3的伸缩控制设计成闭环控制，其中对于轨迹中的每个选定点，在第三模块Mc中不必存储预先标定的直臂3长度或线速度与伸缩阀控制电流之间的对应关系，而是基于接收实时监测的直臂3的当前实际长度La执行PID控制以便实时确定伸缩缸6在下一点处将要完成的伸缩距离，并且实时调整伸缩阀控制电流Cl，第四模块Md基于第三模块Mc中实时确定的伸缩阀控制电流Cl控制伸缩阀的阀位和开度，以控制伸缩缸6的伸缩距离并且由此控制直臂3的长度，尽可能在每个点处使得直臂长度接近期望的长度。对直臂3的伸缩进行闭环控制，可以使得升降台4经过各个点的位置精度提高，尽可能使得升降台4的实际轨迹与期望的轨迹相符，避免过度偏差。

进一步讲，对各个点处直臂3的期望角度对时间求导可以确定直臂3的期望角速度。然而，由于液压油的供应有限，在有些点处可能无法实现直臂3的期望角速度。为了避免直臂3无法达到期望的角速度，可以为直臂3的每个角位置预先设置角速度限值。如果为了达到某个点处期望的角度所需的角速度超过了该角度对应的角速度限值，则控制变幅缸驱动直臂3以不超过(即等于或低于)该角速度限值的角速度变幅(通过约束变幅阀控制电流实现)，以使得直臂3以相对于预期较慢的角速度到达该点处的角位置。这样，可以确保升降台4的实际轨迹具有高精度。

可以理解，控制单元中上述四个模块可以都是控制程序中的程序块。实际设计控制程序中，可以对这四个模块做出各种适合于实际应用的设计，并且可能并不必严格区分出这四个模块。

前面参照图1中的直臂式高空作业车描述了控制单元执行的为实现升降台4在XZ平面中的轨迹自动执行的控制方案，本申请的控制单元的原理同样适用于曲臂式高空作业车。

例如，在图3中高度简化地示出了一种曲臂式高空作业车，其中，高空作业车的臂包括直臂3和折臂31、32。折臂31安装于上车2。折臂31由布置在上车1与折臂31之间的第一变幅缸51驱动而改变角度，折臂32由布置在折臂31与折臂32之间的第二变幅缸52驱动而改变角度。直臂3的下端通过铰链安装于折臂32的上端，直臂3的上端承载着升降台4。变幅缸5的下端通过铰链由折臂32支撑，变幅缸5的上端通过铰链支撑着直臂3的主体。直臂3的主体上设有伸缩缸6，伸缩缸6的末端承载着升降台4。整个臂的变幅通过变幅缸5、第一变幅缸51和第二变幅缸52实现。整个臂的伸缩通过伸缩缸6实现。

又如，在图4中高度简化地示出了另一种曲臂式高空作业车，其中，高空作业车的臂包括直臂3和折臂31、32。折臂31、32各自为平行四边形的四连杆机构。折臂31安装于上车2，折臂32安装于折臂31上端，直臂3安装在折臂32上端的支架上。布置在上车1与折臂32之间的变幅缸53驱动折臂32，可同时带动折臂31联动。变幅缸53作动时可改变折臂32上端的支架的高度、即Z向位置。变幅缸5的下端通过铰链由折臂32上端的支架支撑，变幅缸5的上端通过铰链支撑着直臂3的主体。直臂3的主体上设有伸缩缸6，伸缩缸6的末端承载着升降台4。整个臂的变幅通过变幅缸5实现。整个臂的伸缩通过伸缩缸6实现。

其它形式的曲臂式高空作业车也可采用本申请的控制单元。对于各种形式的曲臂式高空作业车，可以概括地将其直臂和折臂(数量不一定局限为2)都称作臂段。整个通过相应的变幅缸(一个或多个)而改变角度。末端的臂段带有伸缩缸。伸缩缸和变幅缸由公共的液压泵供应液压油。

适用于图3、图4所示或它形式的曲臂式高空作业车的控制单元可以配置成执行与图2所示类似的控制逻辑。由于存在多个变幅缸，因此可以通过对各个臂段的角度或各个变幅缸的流量分配进行优化(例如以能耗最低、各变幅缸驱动力总和最小、各点处的变幅和伸缩速度衔接的光滑性等为目标)来实现期望的臂变幅。

作为示例，在控制单元的第一模块中，基于接收到的输入指令中包含的升降台4的期望轨迹的信息，通过优化来确定期望轨迹中的多个选定点中的下一点处的各臂段的期望角度。第一模块还从各臂段配备的角度传感器接收各臂段的当前实际角度。第一模块基于下一点处的各臂段的期望角度相对于各臂段的当前实际角度的变化，确定为了到下一点处所需的变幅角度以及角速度。第一模块中存储着预先标定的各臂段运动的每个角度或角速度与变幅阀控制电流之间的对应关系。第一模块基于该对应关系以及所需的变幅角度或角速度确定为了到达下一点所需的各变幅缸的变幅阀控制电流，并将变幅阀控制电流发送给第四模块。第四模块基于各变幅阀控制电流控制各变幅阀的阀位和开度，以控制各变幅缸的角度并且由此控制臂变幅。本例中臂的变幅控制也是开环控制。

第二模块接收输入指令以及来自各臂段的角度传感器检测到的各臂段的当前实际角度和来自末端臂段的长度传感器检测到的末端臂段的当前实际长度。第二模块基于升降台4与各臂段之间的几何位置关系以及各臂段当前实际角度、末端臂段当前实际长度确定期望轨迹中的下一点处的末端臂段(或伸缩缸6)的期望长度，并将确定出的期望长度发送给第三模块。

第三模块接收下一点处的期望长度。第三模块可以执行开环控制来调节末端臂段的长度。为此，第三模块中存储着预先标定的末端臂段(或伸缩缸6)的每个长度或线速度与伸缩阀控制电流之间的对应关系。第三模块基于该对应关系以及期望长度或线速度确定为了到达下一点所需的伸缩阀控制电流，并将伸缩阀控制电流发送给第四模块。第四模块基于伸缩阀控制电流控制伸缩阀的阀位和开度，以控制伸缩缸6的长度并且由此控制末端臂段的伸缩距离、即整个臂的长度。第四模块执行的臂变幅控制和长度控制优选同步进行。在这种末端臂段的长度开环控制中，不需要利用长度传感器检测到的末端臂段的当前实际长度相对于期望长度的偏差对伸缩缸6的伸缩动作进行修正。

然而，较为优选的是将臂的伸缩控制设计成闭环控制，其中对于轨迹中的每个选定点，在第三模块中不必存储预先标定的末端臂段长度或线速度与伸缩阀控制电流之间的对应关系，而是基于接收实时监测的末端臂段的当前实际长度执行PID控制以便实时确定伸缩缸6在下一点处将要完成的伸缩距离，并且实时调整伸缩缸6的伸缩阀控制电流，第四模块基于第三模块中实时确定的伸缩阀控制电流控制伸缩缸6的伸缩阀的阀位和开度，以控制伸缩缸6的伸缩距离并且由此控制末端壁段的长度，尽可能在每个点处使得末端臂段的长度接近期望的长度。

前面描述的控制单元执行的臂控制涉及升降台4的X、Z坐标变化。如果升降台4的某个期望的轨迹需要发生Y坐标变化，控制单元需要同步控制上车1相对于下车2的旋转。

需要指出，臂的变幅和角度控制不涉及Y坐标变化，而对上车1回转的控制涉及Y坐标变化、同时也涉及小幅度的X坐标变化，因此，在控制单元执行臂控制时，应计入上车1回转导致的X坐标变化。

为了验证本申请的控制单元的效果，针对图1所示的直臂式高空作业车做了直臂控制实验，实验结果在图5-图8中展示。

在图5-图8中，横坐标表示时间的变化。在图5、图7中，纵轴分别表示直臂长度(单位mm，数值范围15000～25000)和直臂角度(单位°，竖直范围0～60)。在图6、图8中，纵轴表示升降台4的X、Z向坐标(单位mm，数值范围0～20000)。

图5、图6是对图1所示高空作业车执行升降台4垂直升降的控制的结果，其中直臂变幅采用开环控制、直臂伸缩采用闭环控制。图5中的曲线S1表示整个升降过程中测量到的直臂长度，曲线S2表示测量到直臂角度。图6中的曲线S3表示整个升降过程中测量到的X坐标，S4表示测量到的Z坐标。

从图6可以看到，在垂直升降过程中，X坐标基本上保持不变，误差在±100mm的范围内。

图7、图8是对图1所示高空作业车执行升降台4水平前后移动的控制的结果，其中直臂变幅采用开环控制、直臂伸缩采用闭环控制。图7中的曲线S5表示整个水平移动过程中测量到的直臂长度，曲线S6表示测量到直臂角度。图8中的曲线S7表示整个水平移动过程中测量到的X坐标，S8表示测量到的Z坐标。

从图8可以看到，在前后水平移动过程中，Z坐标基本上保持不变，误差在±100mm的范围内。

通过上述实验结果可以看出，本申请的控制单元能够实现高空作业车的高精度自动轨迹控制。

本申请的高空作业车控制单元配置成基于输入的移动轨迹确定每个时刻升降台将要到达的位置，以直臂的变幅为主动作，对变幅动作实施开环控制，以直臂的伸缩动作为辅助动作，伸缩动作跟随变幅动作，以实现最终的目标位置。伸缩动作的控制优选为闭环控制。本申请使得高空作业车操作效率高，不需要机手的繁杂操作，并且能够节省时间。同时，能够实现优异的控制精度，实际移动轨迹与输入的期望轨迹之间的偏差很小。此外，以直臂的变幅为主动作，可以更高效地利用液压能。

虽然这里参考具体的实施方式描述了本申请，但是本申请的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本申请的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。

Claims (11)

1.一种用于高空作业车的控制单元，所述高空作业车包括：上车(1)，由上车(1)支撑的臂，由所述臂支撑的升降台(4)，控制臂角度的变幅缸(5)，控制臂长度的伸缩缸(6)，以及分别通过变幅阀和伸缩阀向变幅缸(5)和伸缩缸(6)供应液压油的液压泵；

所述控制单元被配置成：

基于期望的升降台期望轨迹确定所述臂在期望轨迹中的多个选定点中的每个点处的期望角度和期望长度；

获取所述臂的当前实际角度和当前实际长度；

对于期望轨迹中的每个点，基于所述期望角度和当前实际角度确定变幅阀控制电流，并且以确定的变幅阀控制电流控制变幅阀的开度，从而对臂角度实施开环控制以实现臂变幅；同时，基于所述期望长度、当前实际长度和当前实际角度对臂长度实施控制以实现臂伸缩。

2.如权利要求1所述的控制单元，其中，所述控制单元中存储着预先标定的臂的每个角度或角速度与变幅阀控制电流的对应关系，并且利用该角度或角速度与变幅阀控制电流对应关系确定变幅阀控制电流。

3.如权利要求1或2所述的控制单元，其中，所述控制单元配置成存储着预先标定的臂的每个角度处的角速度限值，并且所述控制单元基于所确定的每个点处的期望角度以及预期到达每个点的时间确定期望的角速度，如果到达某个点所需的角速度超过了对应的角速度限值，则降低变幅阀控制电流以使得臂的角速度不超过该角速度限值。

4.如权利要求1-3中任一项所述的控制单元，其中，对于期望轨迹中的每个点，所述控制单元对臂长度实施的控制是开环控制。

5.如权利要求4所述的控制单元，其中，所述控制单元中存储着预先标定的臂的每个长度或线速度与伸缩阀控制电流的对应关系，并且利用该长度或线速度与伸缩阀控制电流的对应关系确定伸缩阀控制电流。

6.如权利要求1-3中任一项所述的控制单元，其中，对于期望轨迹中的每个点，所述控制单元对臂长度实施的控制是PID闭环控制，其中，所述控制单元基于实时获取的所述臂的长度对臂伸缩量进行修正。

7.如权利要求1-6中任一项所述的控制单元，其中，所述控制单元中存储着供机手选择的升降台运动，所述升降台运动至少包括：

水平直线移动；

垂直直线移动。

8.如权利要求1-7中任一项所述的控制单元，其中，所述控制单元配置成能够基于机手输入的升降台目标位置自动确定升降台轨迹。

9.如权利要求1-8中任一项所述的控制单元，其中，所述臂包括多个臂段，每个臂段配备各自的变幅缸，每个变幅缸配备相应的变幅阀，末端臂段配备所述伸缩缸，所述控制单元配置成：

基于期望的升降台期望轨迹确定各臂段在期望轨迹中的每个点处的期望角度和末端臂段的期望长度，并且基于每个臂段的期望角度和当前实际角度确定各变幅阀控制电流；并且在每个点处以确定的个变幅阀控制电流控制各变幅阀的开度，从而对臂角度实施开环控制以实现臂变幅，同时，基于所述末端臂段的期望长度和当前实际长度以及各臂段的当前实际角度确定伸缩阀控制电流，并且以确定的伸缩阀控制电流控制伸缩阀的开度，从而对臂长度实施控制以实现臂伸缩。

10.如权利要求9所述的控制单元，其中，所述控制单元配置成：以一优化目标对各臂段在每个点处的期望角度进行优化。

11.一种高空作业车，包括：

上车(1)；

由上车(1)支撑的臂，所述臂包括直臂或曲臂；

由所述臂支撑的升降台(4)；

控制臂角度的变幅缸(5)；

控制臂长度的伸缩缸(6)；

分别通过变幅阀和伸缩阀向变幅缸(5)和伸缩缸(6)供应液压油的液压泵；以及

如权利要求1-10中任一项所述的控制单元，所述控制单元配置成基于期望的升降台期望轨迹自动控制臂的运动。

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