高空作业机械臂下降控制方法及装置、高空作业机械臂

摘要

本发明公开了一种高空作业机械臂下降控制方法及装置、高空作业机械臂，该方法包括：保持折叠臂静止，控制主臂下降，主臂下降过程中：在0≦β‑γ＜X的情况下控制主臂停止下降，以使设置在与主臂连接的小臂上的工作平台降落至设定位置；其中，γ为主臂与水平面的实时角度，β为主臂与水平面的实时基准角度，X为设定值，在β‑γ＝0的情况下，所述设定位置为地面。可以通过判断主臂与水平面的实时基准角度β和主臂与水平面的实时角度γ的差值是否在设定范围内，在该差值落入设定范围内，即在0≦β‑γ＜X的情况下控制主臂停止下降，以使设置在与主臂连接的小臂上的工作平台降落至设定位置，以避免工作平台与地面发生碰撞。

说明书

技术领域

本发明涉及高空作业机械，具体地，涉及一种高空作业机械臂下降控制方法及装置、高空作业机械臂。

背景技术

高空工作平台在高空作业的过程中，当折叠臂升起时，工作平台有时需要下降到地面将物料和工具搬运到高处。现有技术需要操作折叠臂下降，同时操作主臂或小臂，才能使工作平台降至地面。专利CN108394847.A公开了一种能够快速升降的高空工作平台，包括行走部分、底座、升降部分、折叠臂、主臂、折叠臂变幅油缸、折叠臂伸缩油缸、主臂变幅油缸、主臂伸缩油缸、小臂、小臂变幅油缸、工作平台等。其主臂与小臂的最大长度和大于折叠臂的最大长度，且主臂与折叠臂之间的最小角度小于60度。

专利CN108394847.A公开的方案存在以下不足：

要实现快速升降，主臂、折叠臂、小臂必须满足以下条件：

(1)主臂与小臂的最大长度和大于折叠臂的最大长度；

(2)主臂与折叠臂之间的最小角度小于60度。

在折叠臂升起、工作平台降至地面状态下，工作平台下降时(折叠臂收缩或主臂向下变幅)时，工作平台可能撞击地面，主臂与折叠臂下立柱交涉接触，存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种高空作业机械臂下降控制方法及装置、高空作业机械臂，该方法可以通过保持高空作业机械臂的折叠臂保持静止，至通过控制主臂下降以使设置在与主臂连接的小臂上的工作平台快速下降至设定位置，例如地面。在控制主臂快速下降过程中为避免工作平台与地面装置，具体地，可以通过判断主臂与水平面的实时基准角度β和主臂与水平面的实时角度γ的差值是否在设定范围内，在该差值落入设定范围内，即在0≦β-γ＜X的情况下控制主臂停止下降，以使设置在与主臂连接的小臂上的工作平台降落至设定位置，以避免工作平台与地面发生碰撞。

为了实现上述目的，本发明提供一种高空作业机械臂下降控制方法，该方法包括：

保持折叠臂静止，控制主臂下降，主臂下降过程中：

在0≦β-γ＜X的情况下控制主臂停止下降，以使设置在与主臂连接的小臂上的工作平台降落至设定位置；

其中，γ为主臂与水平面的实时角度，β为主臂与水平面的实时基准角度，X为设定值，在β-γ＝0的情况下，所述设定位置为地面。

优选地，该方法还包括：

在工作平台下降至设定位置后，保持主臂静止，控制折叠臂折叠下降，主臂随动下降过程中：

在γ-α＜θ的情况下，主臂保持静止，随折叠臂下降；以及

在γ-α＞θ的情况下，控制主臂向上抬升直至γ-α＜θ后停止上升；

其中，γ为主臂与水平面的实时角度，β为主臂与水平面的实时基准角度，α为折叠臂的下折叠臂与水平面的夹角，θ为主臂与折叠臂下立柱干涉时，主臂与折叠臂的上折叠臂之间的夹角。

优选地，所述α和γ通过倾角传感器而被检测。

优选地，所述β通过以下公式而被计算：

其中，L_T为折叠臂的实际长度，L_TD为折叠臂底部离地面的距离，L_TL1为折叠臂上立柱的实际长度，L_TL2为折叠臂下立柱的实际长度，L_F为小臂的实际长度，L_Z为主臂的实际长度。

优选地，所述θ通过以下公式而被计算：

其中，AB、BC、CD及AD为已知长度，其中，A点为主臂与折叠臂上立柱的接点、B点为折叠臂上立柱与上折叠臂的接点、C点为上折叠臂与折叠臂下立柱的接点、D点为主臂与下立柱交涉时主臂与下立柱的交点，O点为主臂与下立柱交涉时主臂与上折叠臂的交点。

优选地，所述设定位置为地面或高于地面设定距离的位置。

本发明还提供一种高空作业机械臂下降控制装置，该装置包括：

角度传感器，用于检测主臂与水平面的角度以及折叠臂的下折叠臂与水平面的夹角；以及

控制器，用于执行以下操作：

保持折叠臂静止，控制主臂下降，主臂下降过程中：

在0≦β-γ＜X的情况下控制主臂停止下降，以使设置在与主臂连接的小臂上的工作平台降落至设定位置；

其中，γ为主臂与水平面的实时角度，β为主臂与水平面的实时基准角度，X为设定值，在β-γ＝0的情况下，所述设定位置为地面。

优选地，所述控制器还用于执行以下操作：

在工作平台下降至设定位置后，保持主臂静止，控制折叠臂折叠下降，主臂随动下降过程中：

在γ-α＜θ的情况下，主臂保持静止，随折叠臂下降；以及

在γ-α＞θ的情况下，控制主臂向上抬升直至γ-α＜θ后停止上升；

其中，γ为主臂与水平面的实时角度，β为主臂与水平面的实时基准角度，α为折叠臂的下折叠臂与水平面的夹角，θ为主臂与折叠臂下立柱干涉时，主臂与折叠臂的上折叠臂之间的夹角。

优选地，所述角度传感器为倾角传感器。

优选地，所述β通过以下公式而被计算：

其中，L_T为折叠臂的实际长度，L_TD为折叠臂底部离地面的距离，L_TL1为折叠臂上立柱的实际长度，L_TL2为折叠臂下立柱的实际长度，L_F为小臂的实际长度，L_Z为主臂的实际长度；

该装置还包括：

长度传感器，设置在主臂上，用于检测主臂的实际长度L_Z；

距离传感器，设置在折叠臂底部，用于检测得到折叠臂底部离地面的距离L_TD。

优选地，所述θ通过以下公式而被计算：

其中，AB、BC、CD及AD为已知长度，其中，A点为主臂与折叠臂上立柱的接点、B点为折叠臂上立柱与上折叠臂的接点、C点为上折叠臂与折叠臂下立柱的接点、D点为主臂与下立柱交涉时主臂与下立柱的中点，O点为主臂与下立柱交涉时主臂与上折叠臂的交点。

优选地，所述设定位置为地面或高于地面设定距离的位置。

本发明还提供一种高空作业机械臂，该高空作业机械臂包括所述高空作业机械臂下降控制装置。

通过上述技术方案，可以使处于高点的工作平台快速下降至设定位置。具体地，机械臂的折叠臂和主臂都处于展开状态，设置在与主臂连接的小臂上的工作平台处于高点。使折叠臂保持静止，并控制主臂开始下降，在主臂下降过程中判断主臂与水平面的实时基准角度β和主臂与水平面的实时角度γ的差值是否在设定范围内在该差值落入设定范围内，即在0≦β-γ＜X的情况下控制主臂停止下降，以使设置在与主臂连接的小臂上的工作平台降落至设定位置，以避免工作平台与地面发生碰撞。在需要工作平台直接下降至地面时，可以在β-γ＝0时控制主臂停止下降以使工作平台根据主臂快速下降至地面，同时避免主臂下降幅度过大致使工作平台撞击地面的问题。可以根据用户需求，控制主臂下降以使工作平台下降至高于地面设定距离的位置。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1现有技术中高空作业机械臂的结构示意图；

图2是本发明提供的高空作业机械臂下降阶段示意图；

图3是本发明提供的高空作业机械臂下降控制装置的结构示意图；

图4是本发明提供的高空作业机械臂下降控制方法的流程示意图。

附图标记说明

1 行走机构 2转台

3 转台回转机构 4折叠臂

401 下折叠臂 402折叠臂变幅油缸

403 同步拉杆 404下立柱

405 上折叠臂 406上立柱

5 主臂501基本臂

502 主臂变幅油缸503主臂伸缩油缸

504 伸缩臂6调平油缸

7 小臂连接座8小臂

9 小臂变幅油缸10 工作平台回转机构

11工作平台12 控制系统

1201折叠臂倾角传感器1202 主臂倾角传感器

1203主臂长度传感器13 液压系统

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”、“内、外”、“远、近”是指参考附图的方向，因此，使用方向用语是用来说明并非来限制本发明。

图1示出了现有技术中高空作业机械臂的结构示意图，如图1所示，转台2通过转台回转机构3与行走机构1连接。折叠臂4由下折叠臂401、上折叠臂405、下立柱404、上立柱406、折叠臂变幅油缸402和同步连杆403组成，下折叠臂402两端分别连接转台2和下立柱404，上折叠臂405两端分别与下立柱404和上立柱406铰接，折叠臂伸缩油缸和同步拉杆403分别与下折叠臂401和上折叠臂405铰接。主臂5由基本臂501、伸缩臂504、主臂变幅油缸9、主臂伸缩油缸503和调平油缸6组成，主臂变幅油缸502两端与上立柱406和基本臂501铰接，主臂伸缩油缸503两端分别与基本臂501和伸缩臂504铰接。小臂8通过小臂连接座7与伸缩臂504铰接，调平油缸6两端分别与伸缩臂504和小臂连接座7铰接，小臂变幅油缸9两端分别与小臂连接座7和小臂8铰接。工作平台11通过工作平台回转机构10与小臂8连接。

行走机构1带动整机行走，转台回转机构3可以实现转台以上部位360°回转。下折叠臂401、上折叠臂405、下立柱404、上立柱406组成两个平行四边形机构，通过折叠臂变幅油缸401和同步连杆403实现折叠臂4的上升和下降。主臂变幅油缸驱502动主臂变幅，主臂伸缩油缸503实现主臂5的伸缩。当主臂变幅油缸502驱动主臂5变幅处于不同角度时，调平油缸6同步调整保证工作平台11始终水平。小臂连接座7、小臂变幅油缸9、小臂8和工作平台回转机构10构成一个平行四边形，由小臂变幅油缸9驱动实现变幅。小臂连接座7、小臂变幅油缸9、小臂8可根据实际情况选择配置，不影响工作平台11快速升降的实现。液压系统13为油缸、回转机构等执行元件提供动能。控制系统12由控制器、折叠臂倾角传感器1201、主臂倾角传感器1202、主臂长度传感器1203等元件组成，通过逻辑控制实现折叠臂4与主臂5的跟随功能，避免工作平台11快速下降时撞击地面，同时避免折叠臂4处于上升位置且工作平台下降至地面时，由于人员的误操作折叠臂4突然下降导致折叠臂4与主臂5的撞击，确保人员安全。

当折叠臂4与主臂5均处于展开状态时，工作平台处于高点作业，根据工作平台11的作业高度不同，主臂5的伸缩臂504的伸缩长度不同，导致主臂5的实际长度不同，可以通过设置在主臂5上的主臂长度传感器1203检测主臂的实际长度L_Z。根据已知信息还可知：L_T为折叠臂的实际长度，L_TD为折叠臂底部离地面的距离，L_TL1为折叠臂上立柱的实际长度，L_TL2为折叠臂下立柱的实际长度，L_F为小臂的实际长度。

图2示出了本发明实施例提供的高空作业机械臂下降阶段示意图，图3示出了高空作业机械臂下降控制装置的结构示意图，图4示出了本发明提供的高空作业机械臂下降控制方法的流程示意图，结合图2、图3和图4所示，设置在与主臂5连接的小臂8上的工作平台11需要由高点下降至设定位置时，可以通过控制器保持折叠臂4静止，仅通过控制主臂5下降以使设置在与主臂5连接的小臂8上的工作平台11降落至设定位置。在主臂5下降过程中判断主臂5与水平面的实时基准角度β和主臂5与水平面的实时角度γ的差值，并在0≦β-γ＜X的情况下控制主臂5停止下降，以使设置在与主臂5连接的小臂8上的工作平台11降落至设定位置，例如使工作平台11下降至地面，在β-γ＝0的情况下控制主臂5停止下降，以使工作平台11下降至地面。若需工作平台11下降至高于地面的相应位置上，可以在β-γ＝设定高度X的情况下控制主臂5停止下降，以使工作平台11下降至用户预想的位置上。

高空作业机械臂由高空下降时，可以首先保持折叠臂4静止，控制主臂5由高点下降，在主臂5下降过程中通过设置在主臂5上的主臂倾角传感器1202检测主臂5与水平面的实时夹角为γ，将主臂5与水平面的实时基准角度β和主臂5与水平面的实时夹角γ作差，并在0≦β-γ＜X的情况下控制主臂5停止下降，以使设置在与主臂5连接的小臂8上的工作平台11下降至设定位置。

根据图2示出的高空作业机械臂下降阶段示意图，折叠臂4与主臂5升降过程中，工作平台下降至地面时满足以下关系式：

其中，L_T为折叠臂4的实际长度，L_TD为折叠臂底部离地面的距离，L_TL1为折叠臂4的上立柱406的实际长度，L_TL2为折叠臂4的下立柱404的实际长度，L_F为小臂8的实际长度，L_Z为主臂5的实际长度，该小臂8可看作垂直于地面，即小臂8与主臂5的接点相对于地面的垂直高度可看作为L_F。

根据上述关系式①可以得出以下关系式：

即

因此将β作为主臂与水平面的实时基准角度，在主臂下降过程中0≦β-γ，以避免工作平台随主臂下降过程中工作平台撞击地面。

在工作平台11下降至设定位置后可能存在以下情况：

1、高空作业终止将高空作业机械臂进行复位。

2、操控人员误操作控制折叠臂4开始下降。

在上述情况下中，折叠臂4在下降过程中，主臂5随动下降过程中会出现工作平台撞击地面和主臂5与折叠臂下立柱交涉后撞击的问题，为避免上述问题，在出现以上情况时，可以通过以下控制方法避免工作平台撞击地面和折叠臂下立柱交涉后撞击的问题，同时确保高空作业机械臂成功复位。

如图2所示，在折叠臂4下降回收过程中，预设主臂5与折叠臂4的下立柱404干涉后接触(此时主臂5与上折叠臂405交叉)，其中，在主臂与折叠臂下立柱干涉时，主臂5与折叠臂4的上折叠臂之间的夹角为θ。

为避免主臂折叠臂下立柱交涉碰撞，控制器实时判断γ-α的差值与θ的大小关系。其中，可以通过以下公式

计算出主臂5与折叠臂4的下立柱404干涉接触时，主臂5与折叠臂4的上折叠臂405之间的夹角θ。其中，AB、BC、CD及AD为已知长度，其中，A点为主臂5与上立柱406的接点、B点为上立柱404与上折叠臂405的接点、C点为上折叠臂405与下立柱404的接点、D点为主臂5与下立柱404交涉时主臂5与下立柱404的交点，O点为主臂5与下立柱404交涉时主臂5与上折叠臂405的交点。具体地，在γ-α＜θ的情况下，控制器保持主臂5静止，随折叠臂4下降，确保折叠臂4快速下降过程中，工作平台11处于安全区域。在γ-α＞θ的情况下，控制器控制主臂变幅油缸502以调整主臂5与水平面的夹角大小，调整过程中，主臂倾角传感器1202、折叠臂倾角传感器1201分别实时检测主臂5与水平面的实时夹角γ与下折叠臂401与水平面的实时夹角α，当γ-α＜θ后控制器停止控制主臂变幅油缸502以停止主臂5上升，确保工作平台11处于安全位置。

本发明还提供一种高空作业机械臂，且该高空作业机械臂包括高空作业机械臂下降控制装置，以实现该高空作业机械臂实现作业平台的快速下降以及工作平台撞击地面和主臂与折叠臂下立柱交涉后碰撞的问题，提高作业的安全性。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。