高空作業(yè)車工作平臺速度處理對策研究 Study on Speed Treatment Countermeasures of Working Platform of Aerial Work Vehicle

秦基磊 QIN Ji-lei 史蔚 SHI Wei

摘要：高空作業(yè)車是一種廣泛應(yīng)用于先進的船舶、建筑、市政工程建設(shè)、消防以及港口等領(lǐng)域內(nèi)的機電設(shè)備，近十幾年來市場對于這種設(shè)備的需求量也逐漸增加。本文采取了模塊化設(shè)計的主題思想，將速度進行分解，主要分為行程末段、圓周率、勻速過程和減速過程四個模塊，在每個模塊中采取相對應(yīng)的速度計算方法，通過模擬計算實現(xiàn)了較為精確的結(jié)果。希望本文的研究，能夠給高空作業(yè)工作平臺的速度處理帶來一些指導(dǎo)。

Abstract： Aerial work vehicle is a kind of electromechanical equipment widely used in advanced ships， buildings， municipal engineering construction， fire protection and ports. In recent ten years， the market demand for this kind of equipment has gradually increased. This paper adopts the theme of modular design and decomposes the speed， which is mainly divided into four modules： end of stroke， circumferential rate， constant speed process and deceleration process， The corresponding speed calculation method is adopted in each module， and more accurate results are achieved through simulation calculation. It is hoped that the research of this paper can bring some guidance to the speed processing of aerial work platform.

關(guān)鍵詞：高空作業(yè)車;速度處理;對策研究

Key words： aerial vehicle;speed processing;countermeasure research

中圖分類號：TU6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）22-0077-02

0? 引言

高空作業(yè)車的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，是現(xiàn)在社會發(fā)展以及工業(yè)生產(chǎn)中比較常見的設(shè)備。針對目前國內(nèi)的高空作業(yè)車控制系統(tǒng)而言，最主要的是以機械液壓作為動力部件，其運動速度以及精確度完全取決于操作員的經(jīng)驗以及技能熟練程度，這種情況主要是由于高空作業(yè)車的智能控制系統(tǒng)仍然被國外的少數(shù)企業(yè)所壟斷。高空作業(yè)車智能控制系統(tǒng)可以在作業(yè)平臺運行的過程中盡可能的減少人員操作的介入，實現(xiàn)較為平緩運行在可靠的作業(yè)范圍，并且高空作業(yè)人員的安全性以及工作過程中的舒適性能夠獲得較大程度的提升。這便是研究高空作業(yè)車控制系統(tǒng)的主要目的。

1? 速度處理方法研究

高空作業(yè)車與高空作業(yè)平臺從字面來進行理解，高空作業(yè)車是由汽車加裝或者改裝，擁有汽車底盤，在移動的時候擁有方便快捷。而高空作業(yè)平臺就是獨立的高空作業(yè)設(shè)備，是一個平臺而非是汽車。二者之間需要共同進行血條工作來完成施工作業(yè)。如果想要提升在高空作業(yè)中平臺運行的平穩(wěn)性和安全性，就需要對于速度進行精確控制，這樣能夠避免速度產(chǎn)生突變導(dǎo)致工作人員由于慣性產(chǎn)生的危險以及不舒適。為了研究速度處理方法，本文采取將速度進行分解的方式，將速度分解成：形成末端速度處理、圓周率速度處理、勻速運行過程速度處理、加減速速度處理的四個模塊，將工作平臺的不同狀態(tài)進行逐個研究，模塊化處理流程如下：

1.1 行程末端的速度處理

對于高空作業(yè)車工作臂在運行過程中的要求，應(yīng)該在工作臂進行起伏、伸縮和回轉(zhuǎn)過程中設(shè)定一定的約束工作區(qū)間，約束位置便成為形成末端。為了讓工作平臺盡可能的平穩(wěn)運行，在接近形成末端的時候，智能控制系統(tǒng)應(yīng)該提前進行減速處理，增加整個平臺和機械臂系統(tǒng)在運行過程中因為觸及約束邊界發(fā)生較為激烈的減速，對工作人員的安全性和工作舒適度產(chǎn)生影響。

形成末端速度控制的機制，在于首先劃定一個機械臂最大移動區(qū)間，即約束的工作區(qū)間，其次，在工作區(qū)間之內(nèi)劃定正常工作范圍，超出正常工作范圍的就應(yīng)該進行減速，保證機械臂和工作平臺接近約束區(qū)間邊界時能處在較低速度，這樣更容易對其進行控制，減小慣性造成的影響。

這種控制方法在于工作區(qū)域以及約束區(qū)間的劃定，這二者均是在三維尺度上進行劃定的，應(yīng)該將形成末端速度控制進一步分解成工作臂進行起伏運動、伸縮運動以及回轉(zhuǎn)運動，在起伏運動過程中，應(yīng)該將起伏運動最大角度和最小角度進行劃定，同時劃定正常工作區(qū)間的角度范圍，標記成θmin，θmax，θa，θb。同時在工作臂進行伸縮運動的過程中，應(yīng)該同樣將伸縮運動的范圍進行劃定，設(shè)定伸縮區(qū)間的最大最小值，和正常伸縮區(qū)間的范圍，lmin，lmax，la，lb。其中工作臂進行回轉(zhuǎn)運動的過程中，計算方法于在進行伸縮運動和起伏運動中的計算方法一致。

1.2 圓周率處理

在機械臂和工作平臺運行的過程中，其線速度不僅與操作桿產(chǎn)生的輸入值有關(guān)，還和工作臂當前的工作狀態(tài)，即伸長量以及工作半徑相關(guān)，為了能讓工作平臺盡可能以平穩(wěn)的速度運行，將操作桿產(chǎn)生的信號進行平滑處理是十分重要的。

1.3 勻速過程速度處理

在系統(tǒng)獲得了有效的速度輸入值之后，可以通過判斷輸入值確定當前系統(tǒng)的運行狀態(tài)，再利用PD算法控制整個系統(tǒng)的速度。PD控制方法是一種比較傳統(tǒng)的控制算法，在進行工程計算的過程中應(yīng)用比較廣泛，這種算法具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性優(yōu)良、工作可靠并且調(diào)整起來比較簡便的特點，在應(yīng)用過程中受到廣泛好評。PD控制系統(tǒng)由比例單元、積分單元和微分單元構(gòu)成[1]。當控制對象的精確姿態(tài)或者數(shù)據(jù)不能夠進行精確的測定時，利用這種算法可以實現(xiàn)在操作現(xiàn)場進行調(diào)試的目的，并且可以在一定程度上利用經(jīng)驗參數(shù)作為算法的數(shù)據(jù)依賴。

1.4 加減速過程速度處理

在高空作業(yè)車進行工作的過程中難免會遇到需要進行加速以及減速的場景，前面也提到影響工作車工作平臺中工作人員安全性以及舒適度的重要因素就是是否能夠妥善的處理加速以及減速過程。加減速的處理過程也相對比較復(fù)雜，其流程圖如圖1所示。

當工作臂和初始速度HO想要變化到目標速度G的過程中，應(yīng)該采取階梯狀變化處理，每次輸出的增加值可以設(shè)定為step變量，達到目標速度G位為止。除此之外，step的數(shù)值應(yīng)該根據(jù)循環(huán)階梯的數(shù)值進行設(shè)定，當循環(huán)階梯時間比較長的情況下，step應(yīng)該選取最大值來節(jié)約變化時間。

2? 計算結(jié)果的分析

本次進行研究的是某型高空作業(yè)車側(cè)方區(qū)域上對設(shè)計速度的處理方法進行了測驗，通過對試驗數(shù)據(jù)的結(jié)果進行分析發(fā)現(xiàn)：當高空作業(yè)車的工作半徑處在3-6m的情況下，平臺在經(jīng)過圓周率處理之后進行勻速的運動，采用的是PD控制算法，從圖中可以得知：PD控制的效果非常好，沒有超調(diào)并且無靜態(tài)誤差，可以在一定程度上說明計算結(jié)果的準確性。當作業(yè)半徑在6-8m的區(qū)間內(nèi)，平臺進行了加速運動，采取的加速方式是一種線性緩沖法，這種方法的加速可以盡可能的減少高空平臺的顛簸，防止操作人員發(fā)生危險，在這個過程中平臺可以緩慢加速到目標的速度區(qū)間[2]。當作業(yè)半徑范圍處在9.5-11.5m時，平臺進行減速運動，同樣采取了線性緩沖的方法，平臺速度緩慢減速到期望速度，同樣這種減速方式也可以盡可能地避免操作人員因為平臺減速引起的顛簸和危險現(xiàn)象。

通過對于計算模擬結(jié)果分析，能夠看出，在整個測試過程中，工作平臺相對穩(wěn)定，能夠保證工作人員在平臺上處在一個比較平穩(wěn)的狀態(tài)，不會感受到車輛發(fā)生明顯的抖動，舒適性得到了明顯的提升，同時通過對實驗結(jié)果的進一步研究發(fā)現(xiàn)，本次設(shè)計的速度處理方法可以有效地減輕由于速度突變產(chǎn)生的操作車顛簸現(xiàn)象，能夠有效的提升高空作業(yè)車在工作過程中人員的舒適程度。

3? 高空作業(yè)車工作平臺速度處理對策

3.1 加強智能化系統(tǒng)在速度控制中的應(yīng)用

前面提到了一種控制高空作業(yè)車的方法，能夠有效的提升高空作業(yè)車在運行過程中，工作人員的舒適性以及安全性，為了強化我國所使用的這方面設(shè)備性能，將智能的控制系統(tǒng)進行廣泛的推廣具有非常大的現(xiàn)實意義[3]。具體的過程實施，應(yīng)該促進相關(guān)的設(shè)備生產(chǎn)廠商與高校和研究所等研發(fā)單位增強合作，將各種控制系統(tǒng)應(yīng)用于設(shè)備中，同時可以借鑒國外先進產(chǎn)品的優(yōu)點，強化設(shè)備研發(fā)等環(huán)節(jié)，將高空作業(yè)車設(shè)備的速度控制等方面進行進一步的提升。

3.2 搜集相關(guān)設(shè)備運行數(shù)據(jù)

不同的設(shè)備由于工作狀態(tài)以及生產(chǎn)的原因會產(chǎn)生不同的振動以及速度控制特性，這些均會細微的反映在設(shè)備操作上，為了更好的提升智能控制系統(tǒng)的性能，廣泛的搜集設(shè)備工作中的各項性能參數(shù)，分析產(chǎn)生這些差別的原因，并且將這些因素考慮到控制系統(tǒng)中的算法中，通過不斷地實踐和調(diào)整，在理論上可以開發(fā)出自適應(yīng)智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，將這種系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用在高空作業(yè)車的控制上，可以有效的減少設(shè)備調(diào)試以及維護時間和成本，是一個值得深入研究的課題，但是就國內(nèi)外的現(xiàn)狀來看，這種自適應(yīng)的控制系統(tǒng)在高空作業(yè)車當中的應(yīng)用應(yīng)該還有待加強，加入這個系統(tǒng)的方案不在本文討論范圍之內(nèi)，但是可以預(yù)見的這將是一個處理高空作業(yè)車工作平臺速度的有效方法。

3.3 加強高空作業(yè)車的工作規(guī)范

想要實現(xiàn)高空作業(yè)車的工作規(guī)范與速度控制的精準，就必須要設(shè)定一套十分具有可行性的標準化工作規(guī)范，這是標準化作業(yè)的前提。工作規(guī)范的設(shè)定并不是一個普通的參考文件而已，恰恰相反，工作規(guī)范是整個高空作業(yè)車平臺運行和進行速度控制的工作標準和重要指導(dǎo)。因此，要加強對高空作業(yè)車平臺的處理規(guī)范建設(shè)與制定，并采取有效的監(jiān)管措施對其進行執(zhí)行，從而有效的保障高空作業(yè)車的安全以及平臺的速度控制，實現(xiàn)更好的作業(yè)與服務(wù)水平[4]。

4? 結(jié)束語

高空作業(yè)車平臺是進行高空作業(yè)控制的重要平臺，其控制效果的好壞關(guān)乎高空作業(yè)的安全以及作業(yè)的效率。因此，對高空作業(yè)車平臺進行合理的控制以及有效的管理是實現(xiàn)高空作業(yè)質(zhì)量的關(guān)鍵一步。在整個速度控制過程中，不僅要嚴格把控監(jiān)管流程，積極提升有關(guān)監(jiān)管人員的素質(zhì)，還要多方位的運用智能化仿真模擬系統(tǒng)來對其速度控制的效果以及精確度提供保障，進而實現(xiàn)數(shù)字化的控制與智能化的平臺運行。

參考文獻：

[1]吳光榮，江傳尚，全劍敏，等.高空作業(yè)車工作平臺速度處理方法研究[J].機電工程，2010（01）：79-81.

[2]羅天洪，陳巍巍.高空作業(yè)車折疊伸縮混合式工作臂穩(wěn)定性分析[J].機械設(shè)計與制造，2009（009）：118-119.

[3]蔣運臣.一種電力高空作業(yè)車的穩(wěn)固裝置及其安裝方法： CN111362208A[P].2020.