CN102330498B - 泵车及其控制方法和装置 - Google Patents

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    • E04G21/0445—Devices for both conveying and distributing with distribution hose with booms
    • E04G21/0463—Devices for both conveying and distributing with distribution hose with booms with boom control mechanisms, e.g. to automate concrete distribution

Abstract

本发明公开了一种泵车及其控制方法和装置。该泵车控制方法包括：获取泵车的四个支腿的开度；根据开度确定泵车的四个支腿的末端点，连接四个支腿的末端点确定泵车的安全作业面边界；根据泵车的下车重力、下车重心坐标以及泵车的整车重力计算泵车的整车稳心；根据泵车的下车重力、泵车的臂架重力、泵车的整车重力、泵车的臂架重心坐标以及泵车的下车重心坐标计算泵车的安全系数；以及根据安全系数控制泵车。通过本发明，能够在泵车支腿不能完全展开时保证泵车的安全。

Description

泵车及其控制方法和装置
技术领域
本发明涉及泵车领域，具体而言，涉及一种泵车及其控制方法和装置。
背景技术
混凝土泵车在施工过程的安全性是很关键的技术问题。目前泵车是以完全打开支腿来保障最大的安全作业面，如图1所示，使泵车的输送混凝土半径可以达到最大，保证泵车可以在臂架水平姿态下安全泵送混凝土。但受作业空间的限制，支腿往往不能完全展开，从而限制了泵车的安全输送半径，从而也就不能保证臂架在任意姿态下泵送状态的安全性，就有可能在有的状况下出现整车倾翻的危险。在不完全打开支腿的情况下，如何动态地确定泵车安全工作范围，从而把臂架动作限制在安全面内，是做好泵车防倾翻的首要问题。
针对相关技术中泵车支腿不能完全展开时无法保证泵车安全性的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种泵车及其控制方法和装置，以解决泵车支腿不能完全展开时无法保证泵车安全性问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种泵车控制方法。
根据本发明的泵车控制方法包括：获取泵车的四个支腿的开度；根据开度确定泵车的四个支腿的末端点，连接四个支腿的末端点确定泵车的安全作业面边界；根据泵车的下车重力、下车重心坐标以及泵车的整车重力计算泵车的整车稳心；根据泵车的下车重力、泵车的臂架重力、泵车的整车重力、泵车的臂架重心坐标以及泵车的下车重心坐标计算泵车的整车重心；根据安全作业面边界、整车稳心和整车重心计算泵车的安全系数；以及根据安全系数控制泵车。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种泵车控制装置。
根据本发明的泵车控制装置包括：第一获取模块，用于获取泵车的四个支腿的开度；第一确定模块，用于根据开度确定泵车的四个支腿的末端点，连接四个支腿的末端点确定泵车的安全作业面边界；第一计算模块，用于根据泵车的下车重力、下车重心坐标以及泵车的整车重力计算泵车的整车稳心；第二计算模块，用于根据泵车的下车重力、泵车的臂架重力、泵车的整车重力、泵车的臂架重心坐标以及泵车的下车重心坐标计算泵车的整车重心；第三计算模块，用于根据安全作业面边界、整车稳心和整车重心计算泵车的安全系数；以及控制模块，用于根据安全系数控制泵车。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种泵车。
根据本发明的泵车包括：本发明提供的任意一种泵车的控制装置；以及显示界面，与控制装置相连接，用于泵车的整车状态。
通过本发明，采用包括以下步骤的泵车控制方法：获取泵车的四个支腿的开度；根据开度确定泵车的四个支腿的末端点，连接四个支腿的末端点确定泵车的安全作业面边界；根据泵车的下车重力、下车重心坐标以及泵车的整车重力计算泵车的整车稳心；根据泵车的下车重力、泵车的臂架重力、泵车的整车重力、泵车的臂架重心坐标以及泵车的下车重心坐标计算泵车的整车重心；根据安全作业面边界、整车稳心和整车重心计算泵车的安全系数；以及根据安全系数控制泵车，解决了泵车支腿不能完全展开时无法保证泵车安全性的问题，进而达到了在泵车支腿不能完全展开时，能够保证泵车安全的效果。
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是根据现有技术的泵车控制示意图；
图2是根据本发明实施例的泵车控制方法的流程图；
图3是根据本发明实施例的泵车控制的示意图；
图4是根据本发明实施例的泵车的油缸力臂的计算示意图；
图5是根据本发明实施例的泵车控制方法的示意图；以及
图6是根据本发明实施例的泵车控制装置的框图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图2是根据本发明实施例的泵车控制方法的流程图，如图2所示，该方法包括如下的步骤S102至步骤S112：
步骤S102，获取泵车的四个支腿的开度。
本步骤通过支腿传感器包括拉线、角度传感器实时测量支腿的开度，图3是根据本发明实施例的泵车控制示意图，如图3所示，包括测量两个前X支腿1和两个后摆腿2的开度。
步骤S104，根据开度确定泵车的安全作业面边界，然后由支腿端点连线四边形构成泵车的整车安全作业面边界，如图3所示，根据两个前X支腿1和两个后摆腿2的开度根据泵车的安全作业面边界7。
步骤S106，计算泵车的整车稳心。
如图3所示，采用以下公式计算泵车的整车稳心6：
Xstab＝Gtruck×xtruck/Gtotal
Ystab＝Gtruck×ytruck/Gtotal
其中，Xstab为整车稳心的横坐标，Ystab为整车稳心的纵坐标，Gtruck为下车重力，Gtotal为整车重力，(xtruck，ytruck)为下车重心坐标，其中，下车重力、整车重力与下车重心坐标均为泵车的固有参数。
步骤S108，计算泵车的整车重心。
如图3所示，以整车重心5为圆心得到重心回转圆4，以回转台3的中心为坐标原点，以车头车尾方向为横轴，其垂直方向为纵轴构成直角坐标系。根据泵车的下车重力、泵车的臂架重力、泵车的整车重力、泵车的臂架重心坐标以及泵车的下车重心坐标计算泵车的整车重心，采用以下公式计算泵车的整车重心：
xcenter＝(Gboom×xboom+Gtruck×xtruck)/Gtotal
ycenter＝(Gboom×yboom+Gtruck×ytruck)/Gtotal
其中，xcenter为整车重心的横坐标，ycenter为整车重心的纵坐标，Gboom为臂架重力，Gtruck为下车重力，Gtotal为整车重力，(xboom，yboom)为臂架重心坐标，(xtruck，ytruck)为下车重心坐标，其中，臂架重力、下车重力、整车重力以及下车重心坐标为泵车的固有参数，臂架重心坐标通过以下公式计算得到：
xboom＝FLcylinder×cosθ
yboom＝FLcylinder×sinθ
其中，xboom为臂架重心的横坐标，yboom为臂架重心的纵坐标，θ为臂架的回转角度，FLcylinder为油缸的力臂。
臂架的回转角度能够通过角度传感器获得。油缸的力臂与泵车大臂的倾角及结构尺寸有关，图4是根据本发明实施例的泵车的油缸力臂的计算示意图，如图4所示，油缸上铰点A，油缸下铰点B、臂架的回转点O以及臂架回转点在油缸上下铰点连线上的垂足C，OC的距离即为油缸的力臂，在计算油缸力臂时，利用油缸下铰点B与臂架的回转点O之间的水平距离LD、油缸下铰点B与臂架的回转点O之间的垂直距离LC、油缸上铰点A与臂架的回转点O沿泵车大臂方向的距离LE、油缸上铰点A与臂架的回转点O沿垂直泵车大臂方向的距离LF以及泵车大臂的的倾角，通过几何关系计算得到，计算过程为纯粹的数学几何运算，此处不再描述。
步骤S110，根据安全作业面边界、整车稳心和整车重心计算泵车的安全系数。
在计算安全系数时，首先计算整车重心与整车稳心之间的安全距离，其次计算整车重心到与安全作业面边界的相对位置最小距离，利用该最小距离除以安全距离即为安全系数。
步骤S112，根据安全系数控制泵车。
根据安全系数控制泵车包括：根据安全系数控制泵车锁定泵车的动作；控制泵车实施已经锁定动作的相反动作；以及控制泵车将已经锁定动作解锁。首先通过危险级别相应锁定泵车的动作，然后控制泵车通过实施被锁动作的相反动作，以安全回转方向或臂节未锁动作方向动作臂架，使安全系数变大进入安全区域，恢复整车防倾翻功能所限制的动作，能够及时的防止整车倾翻。
当整车安全系数等于1时，整车的倾翻力矩与整车力矩平衡，此时整车为临界翻车，当整车安全系数小于1时，整车会出现翻车事故，为了保障整车不翻车，安全系数均应大于1，根据整车倾翻的危险程度，对应a，b，c三个安全系数，其中a＞b＞c，分为a、b、c三个危险级别，安全系数越小，倾翻危险程度越大，用不同级别的安全系数表示整车的倾翻的不同危险程度。如果安全系数小于a且大于或等于b时，属于a级危险，就会在控制器程序中控制：锁臂架快档，进入慢档模式，锁一臂向下动作，锁危险方向的一边回转；如果安全系数小于b且大于或等于c时，属于b级危险，锁臂架动作持续若干秒，可选地，锁臂架动作5秒，锁臂架快档，进入慢档模式，锁一、二节臂的向下动作，锁危险方向的一边回转；如果安全系数小于c且大于或等于1时，属于c级危险，锁安全回转方向的臂架动作，锁泵送。通过分级控制，确保整车的安全，当泵车有危险倾向时，限制危险方向臂架动作，可以确保在安全方向操作臂架使整车的安全回位，当泵车的危险到最高级别危险时，限制所有可能的危险整车动作，确保整车的安全状态。在整车解除危险后，可以通过功能屏蔽开关屏蔽整车防倾翻功能，则解除了防倾翻功能对整车的所有限制。
需要说明的是，根据整车安全系数可以对泵车做不同级别的控制，控制方式不限于对臂架、回转、泵送的控制，如对遥控器的功能控制等。
图5是根据本发明实施例的泵车控制方法的示意图，如图5所示，在计算过程中，对参数的测量不局限于一种或多种传感器的测量方式，也不限于传感器的类型，如对支腿开度的测量，可以是拉线传感器、角度传感器、激光传感器等一种或多种方式。
采用该实施例的泵车控制方法，能够使泵车的防倾翻智能化，可以动态地计算整车安全系数，用来判断整车倾翻的危险程度并做出相应控制，限制了臂架向倾翻危险方向的动作，并同时直接操作臂架使整车重心回到更安全的工作范围，提高了泵车使用的灵活性，在支腿展开空间受限的情况，仍能自动实现安全范围内的泵送，保证了泵车施工的安全性、稳定性、连续性。
根据本发明的实施例，提供了一种泵车控制装置。
图6是根据本发明实施例的泵车控制装置框图，如图6所示，该控制装置包括：第一获取模块10，用于获取泵车的四个支腿的开度，可以通过支腿传感器包括拉线、角度传感器实时测量；第一确定模块20，用于根据开度确定泵车的安全作业面边界，由支腿端点连线四边形构成泵车的整车安全作业面边界；第一计算模块30，用于根据泵车的下车重力、下车重心坐标以及泵车的整车重力计算泵车的整车稳心；第二计算模块40，用于根据泵车的下车重力、泵车的臂架重力、泵车的整车重力、泵车的臂架重心坐标以及泵车的下车重心坐标计算泵车的整车重心；第三计算模块50，用于根据安全作业面边界、整车稳心和整车重心计算泵车的安全系数；以及控制模块60，用于根据安全系数控制泵车。
采用该实施例的泵车控制装置，可以动态地计算整车安全系数，通过整车的安全系数判断整车倾翻的危险程度，并相应限制臂架向倾翻危险方向的动作，能够使泵车的防倾翻功能更智能化，提高了泵车使用的灵活性，在支腿展开空间受限的情况，仍能自动实现安全范围内的泵送，保证了泵车施工的安全性、稳定性、连续性。
第一计算模块30在计算泵车的稳心时采用以下的计算方法：
Xstab＝Gtruck×xtruck/Gtotal
Ystab＝Gtruck×ytruck/Gtotal
其中，Xstab为整车稳心的横坐标，Ystab为整车稳心的纵坐标，Gtruck为下车重力，Gtotal为整车重力，(xtruck，ytruck)为下车重心坐标，，其中，下车重力、整车重力与下车重心坐标均为泵车的固有参数。
第二计算模块40在计算泵车的整车重心时采用以下的计算方法：
xcenter＝(Gboom×xboom+Gtruck×xtruck)/Gtotal
ycenter＝(Gboom×yboom+Gtruck×ytruck)/Gtotal
其中，xcenter为整车重心的横坐标，ycenter为整车重心的纵坐标，Gboom为臂架重力，Gtruck为下车重力，Gtotal为整车重力，(xboom，yboom)为臂架重心坐标，(xtruck，ytruck)为下车重心坐标，其中，臂架重力、下车重力、整车重力以及下车重心坐标为泵车的固有参数，臂架重心坐标通过以下公式计算得到：
xboom＝FLcylinder×cosθ
yboom＝FLcylinder×sinθ
其中，xboom为臂架重心的横坐标，yboom为臂架重心的纵坐标，θ为臂架的回转角度，FLcylinder为油缸的力臂。
臂架的回转角度能够通过角度传感器获得。油缸的力臂与泵车大臂的倾角及结构尺寸有关，图4是根据本发明实施例的泵车的油缸力臂的计算示意图，此处不再重复描述。
优选地，第三计算模块50包括：第一计算子模块，用于计算第一距离，第一距离为整车重心与整车稳心之间的距离；第二计算子模块，用于计算第二距离，第二距离为整车重心到安全作业面边界的最小距离；以及第三计算子模块，用于根据第一距离和第二距离计算安全系数。
在该实施例中，整车重心与整车稳心之间的距离为安全距离，即第一距离；整车重心到与安全作业面边界的相对位置最小距离为第二距离，该最小距离除以安全距离即为安全系数。
控制模块60包括：第一控制子模块，用于根据安全系数控制泵车锁定泵车的动作；第二控制子模块，用于控制泵车实施已经锁定动作的相反动作；以及第三控制子模块，用于控制泵车将已经锁定动作解锁。
在该实施例中，首先通过危险级别相应锁定泵车的动作，然后控制泵车通过实施被锁动作的相反动作，以安全回转方向或臂节未锁动作方向动作臂架，使安全系数变大进入安全区域，恢复整车防倾翻功能所限制的动作。
第一控制子模块在控制泵车锁定泵车的动作时，参照安全系数的大小：当安全系数小于第一安全系数且大于或等于第二安全系数时，锁臂架快档，进入慢档模式，锁一臂向下动作，锁危险方向的一边回转；当小于第二安全系数且大于或等于第三安全系数时，锁臂架动作持续预设时间，锁臂架快档，进入慢档模式，锁一、二节臂的向下动作，锁危险方向的一边回转；以及当所述安全系数小于第三安全系数且大于或等于1时，锁安全方向回转的臂架动作，锁泵送。
在该实施例中，根据泵车的情况将危险定义为三个级别并对其进行相应的控制，使得泵车在不同情况下能够采取最少的措施达到防止倾翻的目的。
根据本发明的实施例，提供了一种泵车。该泵车包括：本发明提供的任意一种泵车的控制装置；以及显示界面，与控制装置相连接，用于泵车的整车状态。将支腿坐标、重心坐标、稳心坐标等坐标发送到显示界面形成泵车安全俯视图，如图3所示，结合传感器参数构成安全人机界面，使机手能及时知道整车状态并作相应调整，保障了机手安全，节约设备，并提高了泵车的使用寿命。
从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：能够动态地计算整车安全系数，通过整车的安全系数判断整车倾翻的危险程度，并相应限制臂架向倾翻危险方向的动作，提高了泵车控制的灵活性，尤其在支腿展开空间受限的情况下，仍能自动实现安全范围内的泵送，保证了泵车施工的安全性、稳定性、连续性。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
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 (11)

1.一种泵车控制方法，其特征在于，包括：
获取所述泵车的四个支腿的开度；
根据所述开度确定所述泵车的四个支腿的末端点，连接所述四个支腿的末端点确定所述泵车的安全作业面边界；
根据所述泵车的下车重力、下车重心坐标以及所述泵车的整车重力计算所述泵车的整车稳心；
根据所述泵车的下车重力、所述泵车的臂架重力、所述泵车的整车重力、所述泵车的臂架重心坐标以及所述泵车的下车重心坐标计算所述泵车的整车重心；
根据所述安全作业面边界、所述整车稳心和所述整车重心计算所述泵车的安全系数；以及
根据所述安全系数控制所述泵车。
2.根据权利要求1所述的泵车控制方法，其特征在于，采用以下公式计算所述泵车的整车稳心：
Xstab=Gtruck×xtruck/Gtotal
Ystab=Gtruck×ytruck/Gtotal
其中，所述Xstab为所述整车稳心的横坐标，所述Ystab为所述整车稳心的纵坐标，Gtruck为所述下车重力，所述Gtotal为所述整车重力，所述(xtruck,ytruck)为所述下车重心坐标。
3.根据权利要求1所述的泵车控制方法，其特征在于，采用以下公式计算所述泵车的整车重心：
xcenter=(Gboom×xboom+Gtruck×xtruck)/Gtotal
ycenter=(Gboom×yboom+Gtruck×ytruck)/Gtotal
其中，所述xcenter为所述整车重心的横坐标，所述ycenter为所述整车重心的纵坐标，所述Gboom为所述臂架重力，所述Gtruck为所述下车重力，所述Gtotal为所述整车重力，(xboom,yboom)为所述臂架重心坐标，(xtruck,ytruck)为所述下车重心坐标。
4.根据权利要求3所述的泵车控制方法，其特征在于，所述臂架重心坐标通过以下公式计算得到：
xboom=FLcylinder×cosθ
yboom=FLcylinder×sinθ
其中，所述xboom为所述臂架重心的横坐标，所述yboom为所述臂架重心的纵坐标，θ为所述臂架的回转角度，所述FLcylinder为所述油缸的力臂。
5.根据权利要求1所述的泵车控制方法，其特征在于，计算所述安全系数包括：
计算第一距离，所述第一距离为所述整车重心与所述整车稳心之间的距离；
计算第二距离，所述第二距离为所述整车重心到所述安全作业面边界的最小距离；以及
所述第二距离除以所述第一距离得到所述安全系数。
6.根据权利要求1所述的泵车控制方法，其特征在于，根据所述安全系数控制所述泵车包括：
根据所述安全系数控制所述泵车锁定所述泵车的动作；
控制所述泵车实施已经锁定动作的相反动作；以及
控制所述泵车将所述已经锁定动作解锁。
7.根据权利要求6所述的泵车控制方法，其特征在于，根据所述安全系数控制所述泵车锁定所述泵车的动作包括：
当所述安全系数小于第一安全系数且大于或等于第二安全系数时，锁臂架快档，进入慢档模式，锁一节臂向下动作，锁危险方向的一边回转；
当所述安全系数小于所述第二安全系数且大于或等于第三安全系数时，锁臂架动作持续预设时间，锁臂架快档，进入慢档模式，锁一、二节臂的向下动作，锁危险方向的一边回转；以及
当所述安全系数小于所述第三安全系数且大于或等于1时，锁安全方向回转的臂架动作，锁泵送，
其中，所述第一安全系数大于所述第二安全系数，所述第二安全系数大于所述第三安全系数。
8.一种泵车控制装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取所述泵车的四个支腿的开度；
第一确定模块，用于根据所述开度确定所述泵车的四个支腿的末端点，连接所述四个支腿的末端点确定所述泵车的安全作业面边界；
第一计算模块，用于根据所述泵车的下车重力、下车重心坐标以及所述泵车的整车重力计算所述泵车的整车稳心；
第二计算模块，用于根据所述泵车的下车重力、所述泵车的臂架重力、所述泵车的整车重力、所述泵车的臂架重心坐标以及所述泵车的下车重心坐标计算所述泵车的整车重心；
第三计算模块，用于根据所述安全作业面边界、所述整车稳心和所述整车重心计算所述泵车的安全系数；以及
控制模块，用于根据所述安全系数控制所述泵车。
9.根据权利要求8所述的泵车控制装置，其特征在于，所述第三计算模块包括：
第一计算子模块，用于计算第一距离，所述第一距离为所述整车重心与所述整车稳心之间的距离；
第二计算子模块，用于计算第二距离，所述第二距离为所述整车重心到所述安全作业面边界的最小距离；以及
第三计算子模块，用于根据所述第一距离和所述第二距离计算所述安全系数。
10.根据权利要求8所述的泵车控制装置，其特征在于，所述控制模块包括：
第一控制子模块，用于根据所述安全系数控制所述泵车锁定所述泵车的动作；
第二控制子模块，用于控制所述泵车实施已经锁定动作的相反动作；以及
第三控制子模块，用于控制所述泵车将所述已经锁定动作解锁。
11.一种泵车，其特征在于，包括：
权利要求8至10任意一项所述的泵车控制装置；以及
显示界面，与所述泵车控制装置相连接，用于显示所述泵车的整车状态。
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