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CN102588394B - 液压执行机构的运动控制装置、方法、系统和工程机械 - Google Patents

液压执行机构的运动控制装置、方法、系统和工程机械 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种液压执行机构的运动控制装置、方法、系统和工程机械。运动控制装置包括：控制单元，控制单元获取液压执行机构的当前运动位置和液压执行机构的当前油压；当当前运动位置与液压执行机构的极限运动位置之间的差值小于位置设定值、且当前油压与基准油压的差值大于压力设定值时，控制单元控制液压执行机构停止运动。本发明通过其位置检测单元和压力检测单元的配合，可准确地识别出液压执行机构是否运动到了极限运动位置，从而解决现有技术因无法可靠地及时停止液压执行机构而造成液压部件和机械部件损坏的问题。

Description

液压执行机构的运动控制装置、方法、系统和工程机械
技术领域
本发明涉及液压控制领域，更具体地，涉及一种液压执行机构的运动控制装置、方法、系统和工程机械。
背景技术
许多工程机械(例如起重机、高空车、高空消防车)都具有液压执行机构，液压执行机构可以包括液压驱动单元(例如液压油缸)和由液压驱动单元驱动的工作部件(例如臂架等)。以臂架为例，臂架在上下变幅的最大允许角度处设置有机械限位结构。出于安全等方面的考虑，部分工程机械(如高空车)，会在第一节臂变幅到极限运动位置时，向臂架的根部自动插入锁定插销，以将臂架的变幅位置锁死，之后才允许进行其它的臂架操作。因此，在臂架的变幅动作中，需要可靠地感知臂架的上、下变幅的极限运动位置，以便及时使臂架停止运动，否则一方面可能造成液压部件和机械部件的损坏，另一方面也无法将锁定插销插入臂架的根部，严重时甚至会造成安全事故。
发明内容
本发明旨在提供一种液压执行机构的运动控制装置、方法、系统和工程机械，以解决现有技术的液压执行机构定位不准确以致液压部件和机械部件损坏的问题。
为解决上述技术问题，根据本发明的第一个方面，提供了一种液压执行机构的运动控制装置，包括：控制单元，控制单元获取液压执行机构的当前运动位置和液压执行机构的当前油压；当当前运动位置与液压执行机构的极限运动位置之间的差值小于位置设定值、且当前油压与基准油压的差值大于压力设定值时，控制单元控制液压执行机构停止运动。
根据本发明的第二个方面，提供了一种工程机械，包括液压执行机构和用于对液压执行机构的运动进行控制的运动控制系统，该运动控制系统是上述的运动控制系统。
根据本发明的第三个方面，提供了一种液压执行机构的运动控制方法，包括：获取液压执行机构的当前运动位置和当前油压；当当前运动位置与液压执行机构的极限运动位置之间的差值小于位置设定值、且当前油压与基准油压的差值大于压力设定值时，控制液压执行机构停止运动。
本发明通过其位置检测单元和压力检测单元的配合，可准确地识别出液压执行机构是否运动到了极限运动位置，从而解决现有技术因无法可靠地及时停止液压执行机构而造成液压部件和机械部件损坏的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示意性示出了本发明实施例中的液压执行机构的运动控制装置的结构示意图；以及
图2示意性示出了本发明实施例中的控制单元的控制流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
作为本发明的第一方面，提供了一种液压执行机构的运动控制装置，特别地，液压执行机构可以包括液压驱动单元(例如液压油缸)和由该液压驱动单元驱动的工作部件。如图1所示，该运动控制装置包括：控制单元(例如微处理器、PLC控制器等)，控制单元获取液压执行机构的当前运动位置和液压执行机构的当前油压(优选地，当前运动位置来自于外部的位置检测单元，当前油压来自于外部的压力检测单元)，当当前运动位置与液压执行机构的极限运动位置之间的差值小于位置设定值、且当前油压与基准油压的差值大于压力设定值时，控制单元控制液压执行机构停止运动。需要说明的是，液压执行机构的工作部件(例如臂架等)的运动可以是直线的，也可以是曲线的，位置检测单元的检测值可以是长度、角度等。
工作时，控制单元根据位置检测单元(例如角度传感器、编码器等)的检测结果，控制液压驱动单元(例如液压油缸)驱动工作部件动作(例如驱动臂架进行变幅)。当位置检测单元的检测结果(例如，距离或角度等)与极限之间的差值小于位置设定值时，表明液压执行机构已经接近极限运动位置。此后，控制单元将其实时检测到的油压值与基准油压进行比较，如果二者之间的差值大于油压设定值，则表明液压执行机构已经运动到极限运动位置(因为极限运动位置时，液压驱动单元(例如液压油缸)的油压，也就是液压执行机构的油压会急剧升高)。这样，首先通过位置检测单元与极限运动位置之间的差值可以初步判断出液压执行机构是否已经运动到了接近极限运动位置的区域。在此基础上，如果再检测到液压执行机构的油压足够大，那么即可判定液压执行机构已经运动到了极限运动位置。此时，控制单元控制液压执行机构(特别是液压驱动单元)停止动作。
这样，相对于现有技术来说，可以更加精确地确定液压执行机构的极限运动位置，避免单独使用位置传感器(例如角度传感器)时，工作部件不能在液压执行机构的驱动下到达预定位置，引起液压部件或机械部件损坏的问题。同时，也避免了单独使用限位开关时，由于限位开关的机械偏移，导致检测不准确，从而使液压部件或机械部件损坏，而引起安全事故的问题。
为此，在一个优选的实施例中，当当前运动位置与液压执行机构的极限运动位置之间的差值大于位置设定值时，控制单元控制液压执行机构以第一速度运行；否则，控制单元控制液压执行机构以低于第一速度的第二速度(例如以怠速模式)运行。因此，本发明可以克服现有技术中，仅使用限位开关时，无法实时感知液压执行机构的运动位置，从而无法控制液压执行机构的运动速度的问题，减轻了极限运动位置时的碰撞，避免了由于运动惯性造成的工作部件(例如臂架等)的剧烈振动问题。其中，第一速度和第二速度可以是恒定的，也可以是变化的，只要使液压执行机构在接近极限运动位置时，以较低的速度进行即可。这样，可以减少运动到极限运动位置时的冲击，从而延长了设备的使用寿命。
请参考图1，当仅采用角度编码器检测时，由于各种原因，当使用一段时间后，角度编码器会都存在0度飘移或精度下降等现象，从而导致结果不可靠；另外，由于角度传感器本身的精度有限，这也会使检测结果不理想。如果只依靠角度传感器到达一定阈值时再限制变幅，则有可能造成臂架实际上已经到达了变幅极限，却没有限制臂架动作的问题，或者是臂架实际上还没有到达极限运动位置却停止变幅的问题。进一步地，由于臂架没有运动到预定的位置，还会导致无法插入锁定插销的问题，从而破坏液压部件或机械部件，甚至造成安全事故。
为此，当当前运动位置与液压执行机构的极限运动位置之间的差值小于位置设定值、且当前油压与基准油压的差值大于压力设定值时(即发生跳变时，例如检测到一个上升沿)，控制单元根据此时的当前运动位置对用于检测当前运动位置的位置检测单元进行标定。在检测油压发生跳变时，控制单元记录位置检测单元(例如角度编码器)的当前值，并用这个当前值更新与权限位置相对应的位置检测单元的输出值，从而实现了对位置检测单元的实时校正，防止了由于0度飘移现象造成检测可靠性降低的问题。采用油压是否发生跳变作为检测的条件，进一步提高了检测结果的可靠性和精确性，也提高了工作部件的运动平衡性。此外，由于本实施例可以实现对位置检测单元的自动标定，因此，在长期的使用过程中，无需人工校正，给使用带来很大便利。
优选地，基准油压是当前运动位置与液压执行机构的极限运动位置之间的差值等于位置设定值时，液压执行机构的当前油压。在这个实施例中，将每次当前运动位置与极限运动位置之间的差值等于位置设定值时的油压作为基准油压，使用本发明中的基准油压的确定方法与现有技术中依据某一压力阈值作为极限运动位置判断依据的方法有着本质的区别，这样，本发明可以克服液压系统在各种不同的工况下，由于达到极限运动位置时的油压不同而造成的检测困难的问题。
作为本发明的第二方面，提供了一种液压执行机构的运动控制系统。运动控制系统包括：位置检测单元，用于检测液压执行机构的当前运动位置；压力检测单元，用于检测液压执行机构的当前油压；运动控制装置，该运动控制装置是上述各实施例中的运动控制装置。
作为本发明的第三方面，提供了一种工程机械，包括液压执行机构和用于对液压执行机构的运动进行控制的运动控制系统，该运动控制系统是上述各实施例中的运动控制系统。优选地，液压执行机构包括臂架和用于驱动臂架的液压油缸。优选地，工程机械是起重机、高空车、或高空消防车等。由于采用了本发明中的运动控制系统，因此，可以使被液压执行机构的工作部件可靠而精确地运动到预定位置，防止造成液压部件和机械部件损坏的问题。
作为本发明的第四方面，提供了一种液压执行机构的运动控制方法。请参考图2，该运动控制方法包括：获取液压执行机构的当前运动位置和当前油压；当当前运动位置与液压执行机构的极限运动位置之间的差值小于位置设定值、且当前油压与基准油压的差值大于压力设定值时，控制液压执行机构停止运动。
这样，可根据对液压执行机构的当前运动位置的检测结果，控制液压执行机构的工作部件运动(例如驱动臂架进行变幅)。当当前运动位置(例如，距离或角度等)与极限运动位置之间的差值小于位置设定值时，表明液压执行机构已经接近极限运动位置。此后，将实时检测到的油压值与基准油压进行比较，如果二者之间的差值大于油压设定值，则表明液压执行机构已经运动到极限运动位置(因为极限运动位置时，液压执行机构的油压急剧升高)。这样，首先通过位置检测单元与极限运动位置之间的差值可以初步判断出液压执行机构是否已经运动到了接近极限运动位置的区域。在此基础上，如果再检测到液压执行机构的油压足够大，那么即可判定液压执行机构已经运动到了极限运动位置。此时，可控制液压执行机构停止动作。这样，相对于现有技术来说，可以更加精确地确定液压执行机构的极限运动位置，避免单独使用位置传感器(例如角度传感器)时，工作部件不能在液压执行机构的驱动下到达预定位置，引起液压部件或机械部件损坏的问题。同时，也避免了单独使用限位开关时，由于限位开关的机械偏移，导致检测不准确，从而使液压部件或机械部件损坏，而引起安全事故的问题。
优选地，当当前运动位置与液压执行机构的极限运动位置之间的差值大于位置设定值时，控制液压执行机构以第一速度运行；否则，控制液压执行机构以低于第一速度的第二速度运行，直到当前油压与基准油压的差值大于压力设定值。因此，可以克服现有技术中无法实时感知液压执行机构的运动位置，从而无法控制液压执行机构的运动速度的问题，减轻了极限运动位置时的碰撞，避免了由于运动惯性造成的工作部件(例如臂架等)的剧烈振动问题。其中，第一速度和第二速度可以是恒定的，也可以是变化的，只要使液压执行机构在接近极限运动位置时，以较低的速度进行即可。这样，可以减少运动到极限运动位置时的冲击，从而延长了设备的使用寿命。
优选地，根据当当前运动位置与液压执行机构的极限运动位置之间的差值小于位置设定值、且当前油压与基准油压的差值大于压力设定值时的当前运动位置，对用于检测当前运动位置的传感器进行标定。在检测到油压发生跳变时，记录当前运动位置的值，并用这个当前值更新与权限位置相对应的位置检测单元的输出值，从而实现了实时标定，防止了由于位置检测单元的0度飘移现象造成检测可靠性降低的问题。采用油压是否发生跳变作为检测的条件，进一步提高了检测结果的可靠性和精确性，也提高了工作部件的运动平衡性。此外，由于本实施例可以实现对位置设定值的自动标定，因此，在长期的使用过程中，无需人工对位置检测单元进行校正，给使用带来很大便利。
优选地，基准油压是当前运动位置与液压执行机构的极限运动位置之间的差值等于位置设定值时液压执行机构的当前油压。在这个实施例中，将每次当前运动位置与极限运动位置之间的差值等于位置设定值时的油压作为基准油压，使用本发明中的基准油压的确定方法与现有技术中依据某一压力阈值作为极限运动位置判断依据的方法有着本质的区别，这样，本发明可以克服液压系统在各种不同的工况下，由于达到极限运动位置时的油压不同而造成的检测困难的问题。
具体地说，如图2所示，本发明中的运动控制方法包括以下步骤：
步骤1，液压执行机构以第一速度开始运动；
步骤2，在液压执行机构运动的过程中，随时判断其当前运动位置与极限运动位置之间的差值是否达到位置设置值A；如果未达到，则返回步骤1，否则执行步骤3；
步骤3，记录液压执行机构的当前油压值；
步骤4，控制液压执行机构以第二速度继续运动；其中，第二速度小于第一速度；
步骤5，通过上述实施例中的方法检测油压是否发生跳变，如果未发生跳变，则返回步骤4，否则执行步骤6；
步骤6，控制液压执行机构停止运动；
步骤7，对用于检测当前运动位置的传感器进行标定；
步骤8，结束。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液压执行机构的运动控制装置，其特征在于，包括：
控制单元，所述控制单元获取所述液压执行机构的当前运动位置和所述液压执行机构的当前油压；
当所述当前运动位置与所述液压执行机构的极限运动位置之间的差值小于位置设定值、且所述当前油压与基准油压的差值大于压力设定值时，所述控制单元控制所述液压执行机构停止运动。
2.根据权利要求1所述的运动控制装置，其特征在于，当所述当前运动位置与所述液压执行机构的极限运动位置之间的差值大于所述位置设定值时，所述控制单元控制所述液压执行机构以第一速度运行；否则，所述控制单元控制所述液压执行机构以低于所述第一速度的第二速度运行，直到所述当前油压与所述基准油压的差值大于所述压力设定值。
3.根据权利要求1所述的运动控制装置，其特征在于，当所述当前运动位置与所述液压执行机构的极限运动位置之间的差值小于所述位置设定值、且所述当前油压与所述基准油压的差值大于所述压力设定值时，所述控制单元根据此时的所述当前运动位置对用于检测所述当前运动位置的位置检测单元进行标定。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的运动控制装置，其特征在于，所述基准油压是所述当前运动位置与所述液压执行机构的极限运动位置之间的差值等于所述位置设定值时所述液压执行机构的当前油压。
5.一种液压执行机构的运动控制系统，其特征在于，包括：
位置检测单元，用于检测所述液压执行机构的当前运动位置；
压力检测单元，用于检测所述液压执行机构的当前油压；
运动控制装置，所述运动控制装置是权利要求1-4中任一项所述的运动控制装置。
6.一种工程机械，包括液压执行机构和用于对所述液压执行机构的运动进行控制的运动控制系统，其特征在于，所述运动控制系统是权利要求5中所述的运动控制系统。
7.一种液压执行机构的运动控制方法，其特征在于，包括：
获取所述液压执行机构的当前运动位置和当前油压；
当所述当前运动位置与所述液压执行机构的极限运动位置之间的差值小于位置设定值、且所述当前油压与基准油压的差值大于压力设定值时，控制所述液压执行机构停止运动。
8.根据权利要求7所述的运动控制方法，其特征在于，当所述当前运动位置与所述液压执行机构的极限运动位置之间的差值大于所述位置设定值时，控制所述液压执行机构以第一速度运行；否则，控制所述液压执行机构以低于所述第一速度的第二速度运行，直到所述当前油压与所述基准油压的差值大于所述压力设定值。
9.根据权利要求7所述的运动控制方法，其特征在于，根据当所述当前运动位置与所述液压执行机构的极限运动位置之间的差值小于所述位置设定值、且所述当前油压与所述基准油压的差值大于所述压力设定值时的所述当前运动位置，对用于检测所述当前运动位置的传感器进行标定。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的运动控制方法，其特征在于，所述基准油压是所述当前运动位置与所述液压执行机构的极限运动位置之间的差值等于所述位置设定值时所述液压执行机构的当前油压。
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