CN102621993A - 臂架控制系统、控制方法和混凝土泵车 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种臂架控制系统，包括：高度检测单元，用于实时检测臂架的高度信息，并根据高度信息获取最高位置高度；判断单元，用于根据最高位置高度，判断臂架的运动趋势；控制单元，根据臂架的最高位置高度、运动趋势及预定的高度阀值控制臂架的运动。本发明还提供一种混凝土泵车和一种臂架控制方法。在该技术方案中，可以针对不同的使用环境，快速切换臂架的工作模式，操作简单，通过智能化的控制，可以有效地防止臂架工作时发生碰撞，提升工作效率。

Description

臂架控制系统、控制方法和混凝土泵车

技术领域

本发明涉及臂架控制技术领域，具体而言，涉及一种臂架控制系统、一种臂架控制方法和一种混凝土泵车。

背景技术

目前，超低展开高度泵车广泛应用于室内、隧道、巷道等场所。由于受空间高度限制，泵车臂架不能像在室外一样完全伸展。为保证臂架在不发生碰撞的情况下顺利展开，要求各节臂架的最低展开高度小于室内总高度。这种展开模式与在室外自由展开的模式有很大区别。

因此，提出新的臂架控制技术，以避免在高度受限的情况下作业时臂架与作业空间上方的物体发生碰撞是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的一方面是提出一种新的臂架控制系统，针对不同的使用环境，可以有效地防止臂架工作时发生碰撞，提升工作效率。

有鉴于此，本发明提出了一种臂架控制系统，包括：高度检测单元，用于实时检测臂架的高度信息，并根据所述高度信息获取最高位置高度；判断单元，用于根据所述最高位置高度，判断所述臂架的运动趋势；控制单元，用于根据所述臂架的最高位置高度、运动趋势及预定的高度阀值控制所述臂架的运动。

优选地，所述判断单元具体包括：高度比较子单元，用于对所述高度检测单元实时检测到的所述最高位置高度进行比较，并输出比较结果；趋势判断子单元，连接至所述高度比较子单元，用于根据所述比较结果判断臂架的运动趋势。

优选地，所述控制单元包括：阀值判断子单元，用于判断所述臂架的最高位置高度与所述预定的高度阀值的关系；处理子单元，用于根据所述运动趋势、及所述最高位置高度与所述高度阀值的关系控制所述臂架的运动。

优选地，还包括：报警单元，用于在所述最高位置高度大于或等于所述预定的高度阀值，且所述臂架有继续向上运动的趋势时，发出警报。

优选地，所述高度检测单元包括：超声波测距仪、激光测距仪、红外测距仪、倾角传感器、加速度传感器和/或旋转编码器。

本发明提出的臂架控制系统，能够根据高度阀值和臂架的运动趋势来控制臂架运动，在臂架与施工场地发生碰撞之前发出控制指令，防止臂架与施工场地发生碰撞，提高施工的安全性。

根据本发明的又一方面，还提出了一种混凝土泵车，包括：如上述技术方案中任一项所述的臂架控制系统。

根据本发明的又一方面，还提出了一种臂架控制方法，包括：实时检测臂架的高度信息，并根据所述高度信息获取最高位置高度；根据所述最高位置高度判断所述臂架的运动趋势；根据所述臂架的运动趋势、所述最高位置高度及预设的高度阀值控制所述臂架的运动。

优选地，所述判断所述臂架的运动趋势的过程包括：对实时检测到的所述最高位置高度进行比较，并根据比较结果判断臂架的运动趋势。

优选地，所述控制所述臂架的运动的过程包括：判断所述臂架的最高位置高度与所述预定的高度阀值的关系，并根据所述运动趋势、及所述最高位置高度与所述高度阀值的关系控制所述臂架的运动。

优选地，还包括：若所述最高位置高度大于或等于所述预定的高度阀值，且所述臂架有继续向上运动的趋势，则进行报警。

综上所述，通过本发明的技术方案，可以针对不同的使用环境，切换臂架的工作模式，操作简单，方便使用；当臂架在室内工作时，可以根据臂架的高度和运动趋势进行判断，在需要时可以拒绝所有使臂架向上的指令或者停止臂架的工作，还可以发出警报，通过智能化的控制，可以有效地防止臂架工作时发生碰撞，提升工作效率。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施例的臂架控制系统的框图；

图2是包含图1所示的臂架控制系统的混凝土泵车的框图；

图3是图1或图2所示的实施例的一种臂架控制系统的施工应用场景图；

图4是图1或图2所示的实施例的另一种臂架控制系统的施工应用场景图；

图5示出了图1或图2所示的实施例的臂架控制系统的模式切换时的信号流的示意图；

图6示出了根据本发明的一个实施例的臂架控制方法的流程图；

图7是图6所示的实施例的臂架控制系统在室内模式下的工作流程图。

其中，图3至图4中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

302转台 304第一臂架 306第二臂架 308第三臂架

310第一测距仪 312第二测距仪 314第三测距仪 316隧道顶

318地面 319标准距离 320第一距离 322第二距离

324第三距离 325第一倾角传感器 326第二倾角传感器

330第一倾角 331第二倾角 332第三倾角 333第四倾角

334第五倾角 336第一长度 338第二长度 342转台高度

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面以混凝土泵车为例，结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

图1示出了根据本发明的一个实施例的臂架控制系统的框图。

如图1所示，本实施例中，提出了一种臂架控制系统100，包括：包括：高度检测单元102，用于实时检测臂架的高度信息，并根据该高度信息获取最高位置高度；判断单元104，用于根据最高位置高度，判断臂架的运动趋势；控制单元106，用于根据臂架的最高位置高度、运动趋势及预定的高度阀值控制臂架的运动。

在该技术方案中，针对一些特殊情况，比如室内、隧道等高度空间有限的场所，需要对混凝土泵车的臂架高度进行限制，以避免臂架与屋顶、隧道顶等发生碰撞。具体地，比如可以设定高度阀值，若最高位置高度大于或等于该高度阀值，且臂架在竖直方向具有向上的运动趋势，则应阻止该臂架继续上升，比如可以忽略使该臂架继续上升的操作指令。

这里检测的臂架的高度信息，可以存在多种情况，比如臂架与地面之间的距离，或是臂架与屋顶、隧道顶等之间的距离，或者其他情况，均可以用于表示臂架的高度状态，以进一步用于判断该臂架是否将会与屋顶、隧道顶等发生碰撞。

另外，预定的高度阀值，可以是用户指定的高度，比如根据臂架进行工作的场所的高度进行选择，具体地，当工作场所为5m高的隧道时，设定高度阀值为4.8m；也可以设定为与混凝土泵车自身参数相关的一个高度值，比如可以将1号臂架竖立时的整车高度作为高度阀值。当然，对于高度阀值的具体设定，可以由厂商在出厂时完成设定，比如预设一个阀值或是根据多个使用环境设定多个阀值，方便用户直接使用，也可以由用户根据每次的使用环境，在施工时设定，以满足不同情况和条件下的需求。

高度检测单元102可以包括以下任一或其组合：超声波测距仪、激光测距仪、红外测距仪、倾角传感器、加速度传感器、旋转编码器。

具体地，使用超声波测距仪、激光测距仪和/或红外测距仪，可以直接获得臂架的高度信息，而且只需在臂架上安装测距仪器即可，不用修改臂架的内部结构，易于实现。而使用倾角传感器、加速度传感器和/或旋转编码器时，可以通过倾角计算臂架的高度，比如通过对两节臂架之间的倾角的测量，以及臂架的长度的获取，通过简单计算，实时获取臂架高度，计算参数获取方便而且臂架高度的计算结果更加准确，并且避免了直接测量高度时可能存在的如地面不平坦等困难。当然，显然也可以将任意多种检测装置进行混合使用。

优选地，该臂架控制系统中的判断单元104可以包括：高度比较子单元104A，用于对高度检测单元102实时检测到的最高位置高度进行比较，并输出比较结果；趋势判断子单元104B，连接至高度比较子单元104A，用于根据比较结果判断臂架的运动趋势。

在该技术方案中，对于臂架的运动趋势的判断，可以有以下两种方式：1)直接对最高位置高度进行实时检测，并比较连续得到的实时数据，若高度值呈增大趋势，则说明在竖直方向具有向上的运动趋势；若高度值不变或呈减小趋势，则没有向上运动的趋势。2)将高度阀值作为参照，将实时检测的最高位置高度与高度阀值进行对比，算出两者的差值，根据差值的变化趋势来判断臂架运动趋势。

优选地，控制单元106可以包括：阀值判断子单元106A，用于判断臂架的最高位置高度与预定的高度阀值的关系；处理子单元106B，用于根据运动趋势、及最高位置高度与高度阀值的关系控制臂架的运动。

在该技术方案中，将最高位置高度与预定的高度阀值进行比较，可以得知臂架的当前位置状态，而对臂架的运动趋势进行判断，则可以得知臂架可能将会出现的状态，因而可以结合这两个方面，对臂架的状态进行判断，并进行相应地控制和处理。

在另一种具体实施例中，该臂架控制系统100还可以包括：报警单元108，用于在最高位置高度大于或等于预定的高度阀值，且臂架有继续向上运动的趋势时，发出警报。

图2是包含图1所示的臂架控制系统的混凝土泵车的框图。

如图2所示，根据本发明实施例的混凝土泵车200，包括如图1所述的臂架控制系统100，从而在一些特殊情况下，比如室内、隧道等空间有限的场所，可以对臂架的高度进行限制，以避免臂架与屋顶、隧道顶等发生碰撞。

在对臂架的高度信息进行获取时，可以使用超声波测距仪、激光测距仪、红外测距仪、倾角传感器、加速度传感器和/或旋转编码器。

具体地，使用超声波测距仪、激光测距仪和/或红外测距仪，可以直接获得臂架的高度信息，而且只需在臂架上安装测距仪器即可，不用修改臂架的内部结构，易于实现。而使用倾角传感器、加速度传感器和/或旋转编码器时，可以通过倾角计算臂架的高度，比如通过对两节臂架之间的倾角的测量，以及臂架的长度的获取，通过简单计算，实时获取臂架高度，计算参数获取方便而且臂架高度的计算结果更加准确，并且避免了直接测量高度时可能存在的如地面不平坦等困难。当然，显然也可以将任意多种检测装置进行混合使用。

下面将结合图3和图4，针对高度信息的直接获取和间接获取方式进行详细说明。

如图3所示，是图1或图2所示的实施例的一种臂架控制系统的施工应用场景图。

假定泵车上包括转台302、第一臂架304、第二臂架306和第三臂架308，各臂架之间相互铰接。由于臂架完全展开时，可能触碰到隧道顶316，造成对机械设备的损伤，因此，需要利用本发明的技术方案的室内模式，对臂架的高度进行控制。

具体而言，可以通过安装在第一臂架304和第二臂架306的铰接处的第一测距仪310，测量得到与地面318之间的第一距离320，通过第二测距仪312，测量得到与地面318之间的第二距离322，通过第三测距仪314，测量得到与地面318之间的第三距离324。然后将第一距离320、第二距离324和第三距离326等分别和标准距离319进行比较，其中，标准距离319是隧道顶316与地面318之间的距离，可以事先获取且变化较小。

当与标准距离319之间的数值差达到一定的数值阀值时，则判断对应的臂架高度过高。

当然，这个判断方式并不是唯一的，比如可以事先获取标准距离319后，对第一距离320、第二距离322、第三距离324等分别设定对应的高度阀值，当达到对应的高度阀值时，则认为对应的臂架高度过高。

由于在实际使用过程中，往往第一臂架304的高度固定，且是所有臂架中最高的，因此，也就是说，第一测距仪310测量得到的第一距离320是一定会大于其他测距仪的测量距离，那么，可以仅通过确定第一距离320是否超过预设的高度阀值来进行判断。

另外，上述几种方式，都是测量的测距仪与地面318之间的距离，而显然也可以测量测距仪与隧道顶316之间的距离，此时，距离越小则说明臂架距离隧道顶316越近，越可能发生碰撞。

如图4所示，图1或图2中的实施例的是另一种臂架控制系统的施工应用场景图。

在该实施例中，由于在一些情况下并不能够直接使用测距仪进行测距，而是通过倾角传感器进行测量。

具体而言，可以使用第一倾角传感器325测量得到转台302与第一臂架304之间的第一倾角330，并由此计算得到第一臂架304与水平面之间的第二倾角331。由于第一臂架304的长度即第一长度336是预知的，因此，可以通过计算得到第一臂架304与第二臂架306的铰接处距离转台302的顶部的距离，且转台302的顶部与地面318之间的转台高度342是预知的，从而可以计算得到第一臂架304的高度即第一距离320，比如当第一倾角330为α₁、第一长度336为l₁、第一臂架304距离转台302的顶部的距离为s₁、第一距离320为h₁，则h₁＝l₁×sin(α₁-90°)+s₁。

同样的，通过第二倾角传感器326测量得到第一臂架304与第二臂架306之间的第四倾角333。比如第四倾角333为α₂，第二臂架306与水平面之间的第五倾角334为α₃，则α₃＝α₁-α₂-90°，第三臂架308距离地面318之间的距离即第二距离322为h₂＝h₁-l₂×sinα₃，其中，l₂为第二臂架306的长度即第二长度338。

然后，通过分别比较第一距离320、第二距离322与标准距离319之间的大小，即可查看臂架的高度是否过高。

另外，对于图3、图4及其他基于本发明的技术方案，在判断臂架过高时，需要判断臂架的下一步的运动趋势，比如在接收到用户的臂架操作命令后，连续采样两个时间点的臂架高度，从而判断臂架是否仍将上升，若是，则停止臂架的动作，并且还可以同时向用户发出警报，可以通过声音、灯光等完成。

图5示出了图1或图2所示的实施例的臂架控制系统的模式切换时的信号流的示意图。

如图5所示，在一种实施例中，在进行臂架控制系统的模式切换时，用户输入正常模式控制信号502或室内模式控制信号504。这里的正常模式控制信号502对应于臂架控制时的正常模式，而室内模式控制信号504对应于臂架控制时的室内模式。

这里，正常模式和室内模式在进行模式切换时，这两种控制信号是独立的，互不干涉，操作者可以根据需要选择模式。

控制系统接收用户输入的正常模式控制信号502或室内模式控制信号504后，生成为对应的模式切换控制信号506，对控制方式进行设置，则当用户对臂架进行操作时，将根据臂架的实时状态，由控制系统生成对应的输出信号508，对臂架的运动进行控制。

具体地，在正常模式下，用户可以对臂架进行任意操作，而不会受到限制，而在室内模式下，往往是针对一些特殊的情况，比如室内、隧道等场所，臂架的伸展高度会受到场所高度的限制，因此，为了防止臂架与房顶、隧道顶等发生碰撞，需要进行相应的控制。

具体地，可以通过对臂架的高度进行获取，并获取其中的最高位置高度。再通过最高位置高度得到该臂架的运动趋势，主要是该臂架将会在竖直方向具有向上或向下的运动趋势，可以通过直接对该臂架的高度变化进行获取和分析，也可以选取某个参照物，并通过该臂架与该参照物之间的相对位置变化来判断臂架的运动趋势。

此外，通过预定高度阀值，可以对该最高位置高度与该预定高度阀值之间的相互关系进行比较，判断该臂架是否高于了预定的高度阀值。

此时，可以根据判断得到的臂架的运动趋势，以及最高位置高度与预定高度阀值之间的关系，进而对该臂架进行控制，比如，当臂架在竖直方向具有向上运动的趋势、且最高位置高度大于预定的高度阀值时，则阻止该臂架继续向上运动，比如当该臂架接收到使其向上运动的操作指令时，将不执行该操作指令。

此外，控制系统还将该正常模式控制信号502或室内模式控制信号504生成为显示信号510，并在显示装置，如显示屏、指示灯等上显示出当前的操作模式，便于用户进行查看和控制。

通过上述技术方案，可以实现在正常模式和室内模式之间的快速切换，使臂架的控制系统同时支持两种模式，方便了臂架在不同环境下的使用。

此外，在另一个实施例中，本发明还提供一种臂架控制方法，包括：实时检测臂架的高度信息，并根据高度信息获取最高位置高度；根据最高位置高度判断臂架的运动趋势；根据臂架的运动趋势、最高位置高度及预设的高度阀值控制臂架的运动。

下面结合图6对该实施例中的各种情况进行详细说明。

如图6所示，包括以下步骤：

步骤602，实时检测臂架的高度信息，并根据高度信息获取最高位置高度。

步骤604A，根据最高位置高度判断臂架的运动趋势。

步骤604B，判断臂架的最高位置高度与预定的高度阀值的关系。

步骤606，对臂架进行相应的控制。

其中，步骤604A和步骤604B可以同时完成，也可以存在任意的先后顺序，然后分别向步骤606中对臂架进行控制的控制系统发送对应的判断结果。

在一种情况下，控制系统首先通过接收步骤604A的判断结果，也就是臂架的运动趋势，包括臂架在竖直方向上是否存在向上或向下运动的趋势。若控制系统接收到的判断结果为臂架存在向上运动的趋势，则进一步接收来自步骤604B的判断结果，就是臂架的最高位置高度与预定的高度阀值之间的关系。

具体地，判断臂架的运动趋势的过程包括：对实时检测到的最高位置高度进行比较，并根据比较结果判断臂架的运动趋势。其中，可以通过直接对最高位置高度的数值进行实时检测，并对连续得到的实时高度数值进行比较后，得到臂架的运动趋势，也可以通过间接的方式，如设定某一固定高度的参照物或参照高度，则该臂架与该参照物或参照高度存在高度差，那么可以通过对该高度差的实时检测和数值比较，来判断该臂架的运动趋势。

在第二种情况下，控制系统首先接收来自步骤604B的判断结果，即最高位置高度与预定的高度阀值的关系，若判断结果为最高位置高度大于该预定的高度阀值，说明该臂架与当前场所的顶部的距离已经很近。然后，由控制系统接收来自步骤604A的判断结果，就是该臂架的运动趋势。

那么，在该臂架已经接近当前场所顶部的同时，仍具有向上运动的趋势，则该臂架可能与当前场所的顶部发生碰撞，需要对阻止该臂架继续上升。

在第三种情况下，控制系统同时对步骤604A中的运动趋势和步骤604B中的高度关系进行分析判断，若该臂架在高度大于高度阀值的同时、具有向上运动的趋势，则该臂架可能与当前场所的顶部发生碰撞，需要对阻止该臂架继续上升。

在上述实施例的任一种情况下，还可以包括：若最高位置高度大于或等于预定的高度阀值，且臂架有继续向上运动的趋势，则进行报警。

图7是根据本发明的一个实施例的臂架控制系统在室内模式下的工作流程图。

如图7所示，根据本发明的一个实施例的臂架控制系统在室内模式下的工作流程如下：

步骤702，选择“室内模式”。设置正常模式和室内模式，其中，在用户切换至室内模式时，需要对臂架的高度进行控制，避免由于臂架过高造成碰撞。

步骤704，臂架根据操作者的操作正常工作。用户通过操纵杆等对臂架进行操纵时，发出相应的操作指令。

步骤706，在臂架工作时，实时监控臂架的高度，假定对于多节臂架而言，设定与转台连接的1号臂架的高度为H1，另一臂架的高度为H2。

步骤708，判断H1-H2＞h是否成立，如果成立，则返回步骤704；如果不成立，进入步骤710。这里是判断1号臂架与其他臂架的高度差，由于在实际应用时，往往是1号臂架的高度最高，且在其他臂架工作时，将1号臂架的位置固定，因此，可以将其他臂架与1号臂架之间的距离差作为判定其他臂架是否超高的依据，即希望其他臂架不会超过1号臂架的高度，则可以使得不会发生臂架与屋顶、隧道顶等的碰撞。此外，这里的h是预设的距离阀值，用于限制其他臂架与1号臂架之间的距离。

步骤710，对其他臂架的当前高度进行实时获取，也就是以一定的时间间隔，比如0.5s，连续进行的高度检测，从而得到沿时间轴排列的多个高度数值，比如对于其中的任意两个实时高度，在先获取了X1，在后获取了X2。

步骤712，判断是否X2＞X1，如果成立，进入步骤714；如果不成立，则返回步骤704。通过一定时间间隔下的连续取值，可以得到其他臂架的运动趋势，即在其他臂架达到预设的高度阀值之后，如果不再升高，则不会发生危险，但如果继续升高，则可能导致碰撞的发生。

步骤714，忽略控制信号并报警。在其他臂架高度过高、且将在用户的操作指令下继续上升时，则忽略本次操作指令下的控制信号，并且可以通过声音、灯光等向用户进行报警。然后重新返回步骤704，对出现的操作指令进行处理。

综上，通过本发明的技术方案，可以针对不同的使用环境，切换臂架的工作模式，操作简单，方便使用；当臂架在室内工作时，可以根据臂架的高度和运动趋势进行判断，在需要时可以拒绝所有使臂架向上的指令或者停止臂架的工作，还可以发出警报，通过智能化的控制，可以有效地防止臂架工作时发生碰撞，提升工作效率。

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)

1.一种臂架控制系统，其特征在于，包括：

高度检测单元(102)，用于实时检测臂架的高度信息，并根据所述高度信息获取最高位置高度；

判断单元(104)，用于根据所述最高位置高度，判断所述臂架的运动趋势；

控制单元(106)，用于根据所述臂架的最高位置高度、运动趋势及预定的高度阀值控制所述臂架的运动。

2.根据权利要求1所述的臂架控制系统，其特征在于，所述判断单元(104)具体包括：

高度比较子单元(104A)，用于对所述高度检测单元(102)实时检测到的所述最高位置高度进行比较，并输出比较结果；

趋势判断子单元(104B)，连接至所述高度比较子单元(104A)，用于根据所述比较结果判断臂架的运动趋势。

3.根据权利要求1或2所述的臂架控制系统，其特征在于，所述控制单元(106)包括：

阀值判断子单元(106A)，用于判断所述臂架的最高位置高度与所述预定的高度阀值的关系；

处理子单元(106B)，用于根据所述运动趋势、及所述最高位置高度与所述高度阀值的关系控制所述臂架的运动。

4.根据权利要求1或2所述的臂架控制系统，其特征在于，还包括：

报警单元(108)，用于在所述最高位置高度大于或等于所述预定的高度阀值，且所述臂架有继续向上运动的趋势时，发出警报。

5.根据权利要求1或2所述的臂架控制系统，其特征在于，所述高度检测单元(102)包括：超声波测距仪和/或倾角传感器。

6.一种混凝土泵车，其特征在于，包括：如权利要求1至5中任一项所述的臂架控制系统(100)。

7.一种臂架控制方法，其特征在于，包括：

实时检测臂架的高度信息，并根据所述高度信息获取最高位置高度；

根据所述最高位置高度判断所述臂架的运动趋势；

根据所述臂架的运动趋势、所述最高位置高度及预设的高度阀值控制所述臂架的运动。

8.根据权利要求7所述的臂架控制方法，其特征在于，所述判断所述臂架的运动趋势的过程包括：

对实时检测到的所述最高位置高度进行比较，并根据比较结果判断臂架的运动趋势。

9.根据权利要求7或8所述的臂架控制方法，其特征在于，所述控制所述臂架的运动的过程包括：

判断所述臂架的最高位置高度与所述预定的高度阀值的关系，并根据所述运动趋势、及所述最高位置高度与所述高度阀值的关系控制所述臂架的运动。

10.根据权利要求7或8所述的臂架控制方法，其特征在于，还包括：

若所述最高位置高度大于或等于所述预定的高度阀值，且所述臂架有继续向上运动的趋势，则进行报警。

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