[發明專利]一種四腿支撐作業平臺的自動調平方法

有效

• 申請號: 202110609062.2
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113311877B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 張帆;武際興;楊文韜;王慧恒;吳振華;李麗君;剛憲約
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種四腿支撐作業平臺的自動調平方法，包括以下步驟：確定作業平臺和上裝載荷的質心位置，并進行主承載象限判定，劃分主、從動支腿承載關系；將從動支腿調至虛腿狀態，再控制全部支腿同步作動執行調平；計算從動支腿的極限補償作動量，并進行從動支腿的補償作動，直至完成調平過程。該方法能夠實現四腿支撐作業平臺的自動調平，速度快；調平過程質心始終處于主動支腿的承載區間內，使得無反復振蕩、魯棒性高，徹底消除了作業平臺傾覆風險；通過從動支腿補償作動保證無虛腿問題，調平后作業平臺的姿態和承載穩定性高。

技術領域

本發明屬于姿態控制領域，具體涉及一種四腿支撐作業平臺的自動調平方法。

背景技術

有調平需求的特種作業車輛，例如汽車起重機、混凝土泵車、高空救援車等，為了提高作業穩定性，多采用4條外伸支腿將車輛支撐至輪胎脫離地面，再進行上裝作業。目前，有調平需求的民用特種車輛尚未引入自動調平技術，僅手動控制支腿升降進行粗略調平，調平過程費時費力，作業平臺反復振蕩，支腿載荷無法有效控制，甚至出現支腿虛腿和過載問題。由于調平效果不佳引起的傾覆事故屢見不鮮。

目前，CN201110170018.2的中國專利公開了一種伸展和調平工程車輛支腿的方法和系統，其方法是首先伸展支腿至與地面接觸，根據經驗值判斷支腿是否穩固，之后反復檢測車體底盤的左右方向和前后方向相對于水平面的夾角并反復迭代調平。CN201110095913.2的中國專利公開了一種自動調平控制方法和控制系統，其方法是通過反復檢測兩個預定坐標軸與目標平面的傾斜角度來控制支腿伸縮速度，進而實現調平。WO2019021123A1的國際專利公開了一種作業機械的自動調平系統，其方法是通過電子測量裝置反復測量作業機械與基準元件之間的傾斜度，并產生傾斜度信號，處理單元接受傾斜度信號并發出命令信號，控制推力元件伸縮支腿進行調平。這些方法均存在作業平臺反復振蕩，耗時長，魯棒性差，支腿載荷控制效果差，甚至出現虛腿和過載的問題。

四腿支撐作業平臺調平屬于典型的超靜定承載問題。而超靜定問題的解具有不確定性和多解性，現行的調平控制方法其核心為點追逐法和傾角法，不可避免的需要反復迭代測量和控制，由此造成作業平臺反復振蕩，耗時長，魯棒性差，支腿載荷控制效果差，甚至出現虛腿和過載的問題。現有技術無法很好地解決上述問題。

發明內容

鑒于上述不足，本發明提供四腿支撐作業平臺的自動調平方法，首先將四點支撐調平問題降階至三點支撐調平問題，然后通過虛腿補償實現四點穩定支撐，解決現有調平方法反復振蕩，耗時長，魯棒性差，支腿載荷控制效果差，甚至出現虛腿和過載的問題。

本發明實施例提供了四腿支撐作業平臺的自動調平方法，支腿的上端與作業平臺的下水平表面相連接，支腿的下端支撐在地面上，每條支腿的結構尺寸、最大作動行程以及支腿與作業平臺的連接結構完全相同，每條支腿與作業平臺之間均安裝有測量垂向載荷的力傳感器，具體包括以下步驟：

步驟1，驅動1條支腿收縮至完全脫離地面，將支腿上殘留的垂向載荷視為測量誤差并在計算上清零，然后驅動該條支腿伸長至支撐在地面上，對其他3條支腿依次執行同樣的上述操作；驅動4條支腿將作業平臺完全支撐，并調整至各支腿均承受垂向載荷，記為F_i，i＝1～4；以支腿與作業平臺連接點的對稱中心為坐標原點，沿作業平臺的縱、橫、垂向分別為x、 y、z軸建立坐標系，各支腿與作業平臺連接點坐標記為(x_i，y_i，z_i)，作業平臺和上裝載荷的總重量記為G，力矩和傾角的正方向根據右手螺旋定則判定，不考慮各支腿的重量，根據測量的各支腿上的垂向載荷，以及作業平臺繞x、y軸的力矩平衡和沿z軸的力平衡關系，計算作業平臺和上裝載荷的總重量，及其質心縱、橫向坐標為