一種臂架系統的分區間控制方法、系統及臂架設備與流程

本發明涉及建筑工程機械設備領域，更具體而言，涉及一種臂架系統的分區間控制方法、系統及臂架設備。

背景技術：

目前，現有的多折疊臂設備的穩定控制方法都是先實時檢測臂架的工作姿態，并實時計算整車的重心位置，并判斷整車重心是否在支撐范圍內的安全區域，如果因臂架的活動使整車的重心超出安全區域，控制器將控制臂架向安全方向運動。以上控制方式屬于事后控制，不能時刻保證多折疊臂設備處于安全工作狀態，有意外傾覆的風險，而且多折疊臂設備的所有臂架均需安裝姿態檢測裝置，增大了出錯概率，還需要控制系統時刻計算整車的重心，并根據重心及支腿的支撐情況，計算臂架系統是否位于安全區域內，控制系統的運算量大，對控制系統的穩定性及所有傳感器的可靠性的要求高，容易出錯。

同時，臂架系統需要頻繁地旋轉，在臂架伸縮長度一定的情況下，臂架系統的選擇也引起整車重心的變化，因此控制系統需要時刻計算整車的重心，并根據重心及各方位的支撐情況，計算臂架系統是否位于安全區域內，運算量大，出錯率高。

因此，提出一種運算量少，能時刻保證多折疊臂設備處于安全工作狀態的控制方法就顯得十分必要。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的在于，提供一種臂架系統的分區間控制方法、系統及臂架設備，以減少現有臂架設備控制系統的計算量和/或提高臂架系統的安全性。

一方面，本發明提供了一種臂架系統的分區間控制方法，用于控制由多個支腿支撐的臂架系統，所述臂架系統包括多個臂節，包括以下步驟：

步驟102：根據各個支腿的實際支撐狀態，將臂架系統的活動范圍劃分為多個支撐區間，并確定當所述臂架系統位于該支撐區間時，所述臂架系統的各臂節的允許活動范圍；

步驟104：檢測臂架系統的回轉角度以及各臂節的角度和/或伸縮長度；

步驟106：控制各臂節位于每一支撐區間時在允許活動范圍內運動，當所述臂架系統從一個支撐區間回轉至另一支撐區間時，根據檢測的各臂節的角度和/或伸縮長度判斷各臂節是否位于另一支撐區間允許的允許活動范圍內，并據此控制臂架系統的回轉。

作為上述分區間控制方法在一方面的改進，優選地，在步驟102中，各臂節的允許活動范圍包括所述臂架系統的至少一個臂節的重心變化范圍或/和各臂節允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍，在步驟106中，根據檢測的各臂節的角度和/或伸縮長度計算選定的至少一個臂節的重心變化是否位于另一支撐區間的重心變化范圍內，或/和比較檢測的各臂節的角度或伸縮長度是否位于另一支撐區間允許的變幅角度或伸縮長度范圍內。

作為上述分區間控制方法在一方面的改進，優選地，所述臂架系統包括依次連接的第1臂節、第2臂節、……、第N臂節，N為大于1的整數，在步驟102中，各臂節的允許活動范圍包括各臂節允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍，計算第1臂節允許的變幅角度或伸縮長度范圍時，假定第2臂節、……、第N臂節位于水平狀態或最大伸出狀態；計算第2臂節允許的變幅角度或伸縮長度范圍時，假定第3臂節、……、第N臂節位于水平狀態或最大伸出狀態；……；計算第N-1臂節允許的變幅角度或伸縮長度范圍時，假定第N臂節位于水平狀態或最大伸出狀態。

作為上述分區間控制方法在一方面的改進，優選地，在步驟106中，依次限制第1臂節、第2臂節、……、第N臂節在允許的變幅角度或伸縮長度范圍內運動。

作為上述分區間控制方法在一方面的改進，優選地，所述臂架設備包括4個支腿，以4個支腿的支撐點至所述臂架系統的回轉中心的連線為分界線，將臂架系統的回轉角度范圍劃分為4個支撐區間。

作為上述分區間控制方法在一方面的改進，優選地，相鄰兩支撐區間的分界線為支撐線，在步驟102中，在支撐線的至少一側的支撐區間范圍內設置安全裕量區間，當所述臂架系統位于安全裕量區間時，選取相鄰兩支撐區間中各臂節較小的允許活動范圍。

作為上述分區間控制方法在一方面的改進，優選地，在步驟102中，在支撐線兩側的支撐區間范圍內設置安全裕量區間，所述安全裕量區間是以臂架回轉中心為中心、以支撐線為其中一邊的扇形區域。

本發明提供的臂架系統的分區間控制方法，通過步驟102，可以根據各個支腿的實際支撐狀態，預先計算確定臂架系統在不同的回轉角度下，臂架系統的各臂節允許活動范圍，可以理解，在各個支腿的支撐狀態確定后，其支撐能力也確定，先確定各臂節允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍，在臂架系統的各臂節動作時，不需要時刻計算整車的重心，只需要比較臂架各臂節的變幅角度或伸縮長度是否位于各臂節允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍，同時可以控制各臂節的活動范圍不超出允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍，因此，將現有的事后控制變成了事前控制，可以提高設備的安全性，降低傾翻風險，同時，減少了臂架系統控制過程中的計算量，可靠性和實時性得到提高，控制出錯率降低。

同時，通過步驟104、步驟106，可以通過角度傳感器、拉線傳感器等檢測裝置檢測各臂節的變幅角度或伸縮長度，并控制各臂節在允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍內運動，控制更簡單。

另外，當各臂節從一個支撐區間回轉至另一支撐區間時，通過比較檢測的各臂節的角度和/或伸縮長度判斷各臂節是否位于另一支撐區間允許的允許活動范圍內，可以保證臂架系統從一個支撐區間回轉至另外一個支撐區間時的安全性。

另一方面，本發明還提出了一種臂架控制系統，用于控制由多個支腿支撐的臂架系統，所述臂架系統包括多個臂節，包括：

支腿位置檢測裝置，用于檢測各個支腿的伸出長度或/和擺動角度；

臂架位置檢測裝置，用于直接或間接檢測各個臂節的俯仰角度或相鄰兩臂節之間的夾角或相鄰兩臂節的伸縮長度；

臂架回轉檢測裝置，用于檢測所述臂架系統的回轉角度；

執行驅動機構，與所述臂架系統連接，用于驅動所述臂架系統回轉以及用于驅動所述臂架系統的各臂節變幅或伸縮動作；

控制器，與所述支腿位置檢測裝置、臂架位置檢測裝置、臂架回轉檢測裝置及執行驅動機構連接，用于根據所述支腿位置檢測裝置檢測到的各個支腿的實際的伸出長度或/和擺動角度，將臂架系統的活動范圍劃分為多個支撐區間，并確定當所述臂架系統位于該支撐區間時，所述臂架系統的各臂節的允許活動范圍，并用于根據臂架位置檢測裝置、臂架回轉檢測裝置檢測的數據，通過執行驅動機構控制所述臂架系統的各臂節的運動，且用于當所述臂架系統從一個支撐區間回轉至另一支撐區間時，根據臂架位置檢測裝置檢測的各臂節的角度和/或伸縮長度判斷各臂節是否位于另一支撐區間允許的允許活動范圍內，并據此控制臂架系統的回轉。

作為上述臂架控制系統在一方面的改進，優選地，所述臂架系統包括依次連接的第1臂節、第2臂節、……、第N臂節，N為大于1的整數，所述臂架系統的允許活動范圍為各臂節允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍；控制器控制所述臂架系統的運動時，依次限制第1臂節、第2臂節、……、第N臂節在允許的變幅角度或伸縮長度范圍內運動；所述控制器還用于在相鄰兩支撐區間的分界線的至少一側的支撐區間范圍內設置安全裕量區間，當所述臂架系統位于安全裕量區間時，選取相鄰兩支撐區間中各臂節較小的允許活動范圍。

本發明的臂架控制系統，控制器可以根據各個支腿的實際支撐狀態，預先計算確定臂架系統在不同的回轉角度下，臂架系統的各臂節允許活動范圍，可以理解，在各個支腿的支撐狀態確定后，其支撐能力也確定，先確定各臂節允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍，在臂架系統的各臂節動作時，不需要時刻計算整車的重心，只需要比較臂架各臂節的變幅角度或伸縮長度是否位于各臂節允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍，同時可以控制各臂節的活動范圍不超出允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍，因此，將現有的事后控制變成了事前控制，可以提高設備的安全性，降低傾翻風險，同時，減少了臂架系統控制過程中的計算量，可靠性和實時性得到提高，控制出錯率降低。

同時，控制器還可以通過角度傳感器、拉線傳感器等檢測裝置檢測各臂節的變幅角度或伸縮長度，并控制各臂節在允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍內運動，控制更簡單。

另外，當各臂節從一個支撐區間回轉至另一支撐區間時，控制器通過比較檢測的各臂節的角度和/或伸縮長度判斷各臂節是否位于另一支撐區間允許的允許活動范圍內，可以保證臂架系統從一個支撐區間回轉至另外一個支撐區間時的安全性。

再一方面，本發明還提出了一種臂架設備，包括上述任一種臂架控制系統。

對應地，該臂架設備也具有前述臂架控制系統的優點。

附圖說明

構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。

圖1為本發明實施例提供一種支腿形式的示意圖；

圖2為本發明實施例提供的一種臂架系統的分區間控制方法的示意圖；

圖3為本發明實施例提供一種支撐區間的劃分方式示意圖；

圖4為本發明實施例提供一種安全裕量區間的劃分方式示意圖；

圖5為本發明一種臂架控制系統的示意圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。

臂架系統是臂架設備的關鍵部件，如圖1所示，通常，臂架設備的臂架系統通過機架1與多個支腿連接，O點為臂架系統的回轉中心，支腿通常包括4個支腿，有伸縮支腿、擺動支腿、擺動伸縮支腿等支腿形式，圖1中的支腿包括前方的兩個伸縮支腿(左前支腿2、右前支腿3)以及后方的兩個擺動支腿(左后支腿4、右后支腿5)，其最大支撐范圍為最外側虛線所示，其它類型的支腿可以類似處理。

請參考圖2，本發明提供的一種臂架系統的分區間控制方法，用于控制由多個支腿支撐的臂架系統，臂架系統包括多個臂節，包括以下步驟：

步驟102：根據各個支腿的實際支撐狀態，將臂架系統的活動范圍劃分為多個支撐區間，并確定當臂架系統位于該支撐區間時，臂架系統的各臂節的允許活動范圍；如圖3所示，為簡化模型，以4個支腿的支撐點a、b、c、d至臂架系統的回轉中心O的連線為分界線，將臂架系統的回轉角度范圍劃分為4個支撐區間(右側的θyx、前側的θqx、左側的θzx、后側的θhx)，支撐區間的數量根據需要，還可以為2個、6個、8個、16個等等，當然還可以為3個、5個等，支撐區間越多，支撐控制越準確，但是控制計算和控制的難度提高，通過將臂架系統的回轉角度范圍劃分為多個支撐區間，可以根據各個支腿的實際支撐狀態計算各臂節在不同的支撐區間下，臂架系統的各臂節的允許活動范圍，這樣簡化了計算，當臂架系統位于某一支撐區間時，作為一種情況看待，即，臂架系統的各臂節的允許活動范圍是相同的。

步驟104：檢測臂架系統的回轉角度以及各臂節的角度和/或伸縮長度；

步驟106：控制各臂節位于每一支撐區間時在允許活動范圍內運動，當臂架系統從一個支撐區間回轉至另一支撐區間時，根據檢測的各臂節的角度和/或伸縮長度判斷各臂節是否位于另一支撐區間允許的允許活動范圍內，并據此控制臂架系統的回轉。

本實施例中，通過步驟102，可以根據各個支腿的實際支撐狀態，預先計算確定臂架系統在不同的回轉角度下，臂架系統的各臂節允許活動范圍，可以理解，在各個支腿的支撐狀態確定后，其支撐能力也確定，先確定各臂節允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍，在臂架系統的各臂節動作時，不需要時刻計算整車的重心，只需要比較臂架各臂節的變幅角度或伸縮長度是否位于各臂節允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍，同時可以控制各臂節的活動范圍不超出允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍，因此，將現有的事后控制變成了事前控制，可以提高設備的安全性，降低傾翻風險，同時，減少了臂架系統控制過程中的計算量，可靠性和實時性得到提高，控制出錯率降低。

同時，通過步驟104、步驟106，可以通過角度傳感器、拉線傳感器等檢測裝置檢測各臂節的變幅角度或伸縮長度，并控制各臂節在允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍內運動，控制更簡單。控制各臂節的動作時，可以參考現有技術，具體地，可以通過臂架俯仰控制閥和臂架回轉控制閥，控制各臂節的俯仰運動和臂架系統整體的回轉運動。

另外，當各臂節從一個支撐區間回轉至另一支撐區間時，通過比較檢測的各臂節的角度和/或伸縮長度判斷各臂節是否位于另一支撐區間允許的允許活動范圍內，可以保證臂架系統從一個支撐區間回轉至另外一個支撐區間時的安全性。

上述臂架系統的分區間控制方法中，臂架系統的各臂節的允許活動范圍可以作廣義的解釋，比如各臂節的變幅角度、伸縮長度，各臂節的重心變化范圍，或者，部分臂節的重心變化范圍，甚至所有臂架的重心變化范圍，具體地，在步驟102中，各臂節的允許活動范圍包括臂架系統的至少一個臂節的重心變化范圍(如第1臂節的重心變化范圍，第1、第2臂節的重心變化范圍等)或/和各臂節允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍(如第1臂節允許的變幅角度范圍，第1、第2臂節允許的變幅角度范圍等)，在步驟106中，根據檢測的各臂節的角度和/或伸縮長度計算選定的至少一個臂節的重心變化是否位于另一支撐區間的重心變化范圍內，或/和比較檢測的各臂節的角度或伸縮長度是否位于另一支撐區間允許的變幅角度或伸縮長度范圍內。當臂架系統的允許活動范圍為臂架系統的至少一個臂節的重心變化范圍時，在控制臂架系統的動作時，只需要比較選定的至少一個臂節的重心是否位于允許的變化范圍內，不需計算整車重心，更不需要根據重心和支撐情況計算臂架系統的動作是否安全，因此，計算量大幅度減少。當臂架系統的允許活動范圍為各臂節允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍，只需要限制各個臂節在允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍內動作即可。

通常，臂架系統包括依次連接的第1臂節、第2臂節、……、第N臂節，N為大于1的整數，在計算臂架系統各臂節允許的變幅角度或伸縮長度范圍時，為保證安全性，假定其它臂節位于穩定性最不利的點(通常，折疊臂架在水平位置對穩定性最不利，豎直位置對穩定性最有利，伸縮臂架在最大伸出長度時對穩定性最不利，最大縮回長度時，對穩定性最有利)，具體地，在步驟102中，各臂節的允許活動范圍包括各臂節允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍，計算第1臂節允許的變幅角度或伸縮長度范圍時，假定第2臂節、……、第N臂節位于水平狀態或最大伸出狀態；計算第2臂節允許的變幅角度或伸縮長度范圍時，假定第3臂節、……、第N臂節位于水平狀態或最大伸出狀態；……；計算第N-1臂節允許的變幅角度或伸縮長度范圍時，假定第N臂節位于水平狀態或最大伸出狀態。算各臂節允許的變幅角度或伸縮長度范圍時，依次計算第1-N臂節允許的變幅角度或伸縮長度范圍，若第i臂節(如第3臂節)的動作無限制時，可以不需要計算第i+1臂節。

上述方案中，優選地，在步驟106中，依次限制第1臂節、第2臂節、……、第N臂節在允許的變幅角度或伸縮長度范圍內運動。即，當第1臂節位于穩定性最優的點(豎直狀態)，仍然不能滿足整車的穩定性要求時，再限制第2臂節的變幅角度，當第1臂節、第2臂節均位于穩定性最優的點(豎直狀態)，仍然不能滿足整車的穩定性要求時，再限制第3臂節的變幅角度，依次類推，反之，當第1臂節不需要位于穩定性最優的點(豎直狀態)，就能夠滿足整車的穩定性要求時，無需限制第2-N臂節的變幅角度，當第i臂節無限制時，也不需要對第i+1臂節進行限制。通過該方案，有效的對臂架系統進行事前控制。

為進一步提高臂架系統在支撐區間過渡時的安全性，如圖4所述，上述臂架系統的分區間控制方法中，優選地，相鄰兩支撐區間的分界線為支撐線，在步驟102中，在支撐線的至少一側的支撐區間范圍內設置安全裕量區間(δyqx、δyhx、δzqx、δzhx)，設置安全裕量區間后，將臂架系統的活動范圍劃分為8個區間，其中4個支撐區間(δyx、δhx、δzx、δqx)、4個安全裕量區間(δyqx、δyhx、δzqx、δzhx)，當臂架系統位于安全裕量區間時，選取相鄰兩支撐區間中各臂節較小的允許活動范圍。通過設置安全裕量區間，當臂架系統從一個支撐區間經過安全裕量區間回轉至另一支撐區間時，具有較長的響應時間，可以避免臂架系統在支撐區間快速過渡時，可能發生的不安全因素。

安全裕量區間的設置方法有多種，可以設置于支撐線一側，可以設置于支撐線的兩側，寬度根據控制要求選擇，具體地，在步驟102中，在支撐線兩側的支撐區間范圍內設置安全裕量區間，安全裕量區間是以臂架回轉中心為中心、以支撐線為其中一邊的扇形區域，扇形區域是一個近似區域形狀，優選地，其扇形區域的圓心角可以選擇5-20°，如10°、15°。各個扇形區域的圓心角可以相同，也可以不同。

另外一方面，如圖5所示，本發明還提供一種臂架控制系統，用于控制由多個支腿支撐的臂架系統，臂架系統包括多個臂節，包括：

支腿位置檢測裝置，用于檢測各個支腿的伸出長度或/和擺動角度；

臂架位置檢測裝置，用于直接或間接檢測各個臂節的俯仰角度或相鄰兩臂節之間的夾角或相鄰兩臂節的伸縮長度；

臂架回轉檢測裝置，用于檢測臂架系統的回轉角度；

執行驅動機構，與臂架系統連接，用于驅動臂架系統回轉以及用于驅動臂架系統的各臂節變幅或伸縮動作；

控制器，與支腿位置檢測裝置、臂架位置檢測裝置、臂架回轉檢測裝置及執行驅動機構連接，用于根據支腿位置檢測裝置檢測到的各個支腿的實際的伸出長度或/和擺動角度，將臂架系統的活動范圍劃分為多個支撐區間，并確定當臂架系統位于該支撐區間時，臂架系統的各臂節的允許活動范圍，并用于根據臂架位置檢測裝置、臂架回轉檢測裝置檢測的數據，通過執行驅動機構控制臂架系統的各臂節的運動，且用于當臂架系統從一個支撐區間回轉至另一支撐區間時，根據臂架位置檢測裝置檢測的各臂節的角度和/或伸縮長度判斷各臂節是否位于另一支撐區間允許的允許活動范圍內，并據此控制臂架系統的回轉。

本實施例中，控制器可以根據各個支腿的實際支撐狀態，預先計算確定臂架系統在不同的回轉角度下，臂架系統的各臂節允許活動范圍，可以理解，在各個支腿的支撐狀態確定后，其支撐能力也確定，先確定各臂節允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍，在臂架系統的各臂節動作時，不需要時刻計算整車的重心，只需要比較臂架各臂節的變幅角度或伸縮長度是否位于各臂節允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍，同時可以控制各臂節的活動范圍不超出允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍，因此，將現有的事后控制變成了事前控制，可以提高設備的安全性，降低傾翻風險，同時，減少了臂架系統控制過程中的計算量，可靠性和實時性得到提高，控制出錯率降低。

同時，控制器還可以通過角度傳感器、拉線傳感器等檢測裝置檢測各臂節的變幅角度或伸縮長度，并控制各臂節在允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍內運動，控制更簡單。控制各臂節的動作時，可以參考現有技術，具體地，可以通過臂架俯仰控制閥和臂架回轉控制閥，控制各臂節的俯仰運動和臂架系統整體的回轉運動。

另外，當各臂節從一個支撐區間回轉至另一支撐區間時，控制器通過比較檢測的各臂節的角度和/或伸縮長度判斷各臂節是否位于另一支撐區間允許的允許活動范圍內，可以保證臂架系統從一個支撐區間回轉至另外一個支撐區間時的安全性。

具體地，如圖3所示，為簡化模型，以4個支腿的支撐點a、b、c、d至臂架系統的回轉中心O的連線為分界線，將臂架系統的回轉角度范圍劃分為4個支撐區間(右側的θyx、前側的θqx、左側的θzx、后側的θhx)，支撐區間的數量根據需要，還可以為2個、6個、8個、16個等等，當然還可以為3個、5個等，支撐區間越多，支撐控制越準確，但是控制計算和控制的難度提高，通過將臂架系統的回轉角度范圍劃分為多個支撐區間，可以根據各個支腿的實際支撐狀態計算各臂節在不同的支撐區間下，臂架系統的各臂節的允許活動范圍，這樣簡化了計算，當臂架系統位于某一支撐區間時，作為一種情況看待，即，臂架系統的各臂節的允許活動范圍是相同的，因此，計算量小，系統響應快，控制方便。

通常，臂架系統包括依次連接的第1臂節、第2臂節、……、第N臂節，N為大于1的整數，上述方案中，優選地，臂架系統的允許活動范圍為各臂節允許的變幅角度范圍或伸縮長度范圍；控制器控制臂架系統的運動時，依次限制第1臂節、第2臂節、……、第N臂節在允許的變幅角度或伸縮長度范圍內運動；即，當第1臂節位于穩定性最優的點(豎直狀態)，仍然不能滿足整車的穩定性要求時，再限制第2臂節的變幅角度，當第1臂節、第2臂節均位于穩定性最優的點(豎直狀態)，仍然不能滿足整車的穩定性要求時，再限制第3臂節的變幅角度，依次類推，反之，當第1臂節不需要位于穩定性最優的點(豎直狀態)，就能夠滿足整車的穩定性要求時，無需限制第2-N臂節的變幅角度，當第i臂節無限制時，也不需要對第i+1臂節進行限制。通過該方案，有效的對臂架系統進行事前控制。

同時，為進一步提高臂架系統在支撐區間過渡時的安全性，控制器還用于在相鄰兩支撐區間的分界線的至少一側的支撐區間范圍內設置安全裕量區間(δyqx、δyhx、δzqx、δzhx)，設置安全裕量區間后，將臂架系統的活動范圍劃分為8個區間，其中4個支撐區間(δyx、δhx、δzx、δqx)、4個安全裕量區間(δyqx、δyhx、δzqx、δzhx)，當臂架系統位于安全裕量區間時，選取相鄰兩支撐區間中各臂節較小的允許活動范圍。通過設置安全裕量區間，當臂架系統從一個支撐區間經過安全裕量區間回轉至另一支撐區間時，具有較長的響應時間，可以避免臂架系統在支撐區間快速過渡時，可能發生的不安全因素。

再一方面，本發明還提出一種臂架設備，包括上述任一種臂架控制系統。對應地，該臂架設備也具有前述臂架控制系統的優點。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。