发明内容
有鉴于此,本发明提出一种泵车布料的预测控制方法及系统,以通过对泵车在待施工面上布料状况的预先估计提升泵车布料作业效率。
一方面,本发明提供了一种泵车布料的预测控制方法,包括:步骤A:根据待施工面的高度、预设的布料距离和泵车的臂架的固有参数,计算泵车的有效作业区域;步骤B:根据有效作业区域控制泵车的作业参数。
进一步地,所述步骤B包括:根据所述有效作业区域,确定泵车在待施工面作业时,有效作业区域在所述待施工面上的最少排列数量,所述最少排列数量为所述泵车在所述待施工面上作业时的移车次数。
进一步地,在所述步骤B之后还包括:步骤C:根据所述移车次数与所述最少排列数量对应的所述有效作业区域在所述待施工面上的排列状况,选择所述泵车的施工位置,和/或,控制所述臂架工作。
进一步地,在所述步骤A中,所述泵车的臂架的固有参数包括:泵车转台的回转角度范围、以及所述臂架各节臂节的旋转角度范围及长度;所述计算泵车的有效作业区域的步骤包括:预测所述臂架的臂架末端的行走轨迹范围;由第一包络线、第二包络线及待施工面的边界确定的区域为所述有效作业区域,其中,所述第一包络线为所述行走轨迹范围对应的所述臂架末端在泵送最小距离时的包络线;所述第二包络线为所述行走轨迹范围对应的所述臂架末端在泵送最大距离时的包络线。
进一步地,所述的泵车布料的预测控制方法还包括:步骤D:在确定泵车为泵送状态时,根据臂架末端的行走轨迹曲线,计算出所述泵车的实际布料面积。
进一步地,在所述步骤B之前还包括:根据待施工面的高度、布料距离和泵车的臂架的固有参数,计算泵车施工的死角区域,所述死角区域用于控制泵车的作业参数。
进一步地,在所述步骤B之后还包括:步骤E:显示所述最少排列数量对应的所述有效作业区域及死角区域在所述待施工面上的排列状况、所述移车次数、所述有效作业区域、或/和所述死角区域。
另一方面,本发明提供了一种泵车布料的预测控制系统,包括:布料面积预测单元,用于根据待施工面的高度、预设的布料距离和泵车的臂架的固有参数,计算泵车的有效作业区域;布料参数控制单元,用于根据有效作业区域控制泵车的作业参数。
进一步地,布料参数控制单元包括:移车次数控制子单元,用于根据所述有效作业区域,确定泵车在待施工面作业时,所述有效作业区域在所述待施工面上的最少排列数量,所述最少排列数量为所述泵车在所述待施工面上作业时的移车次数。
进一步地,所述的泵车布料的预测控制系统,还包括:布料作业控制单元,用于根据所述移车次数与所述最少排列数量对应的所述有效作业区域在所述待施工面的的排列状况,选择所述泵车的施工位置,和/或,控制所述臂架工作。
进一步地,所述布料面积预测单元包括:轨迹预测子单元,用于根据泵车转台的回转角度范围、所述臂架各节臂节的旋转角度范围及长度、以及待施工面的高度,预测所述臂架末端的行走轨迹范围;区域确定子单元,用于根据第一包络线、第二包络线及所述待施工面的边界确定所述有效作业区域,其中,所述第一包络线为所述行走轨迹范围对应的所述臂架末端在泵送最小距离时的包络线;所述第二包络线为所述行走轨迹范围对应的所述臂架末端在泵送最大距离时的包络线。
进一步地,所述的泵车布料的预测控制系统还包括:实际布料面积计算单元,与所述布料作业控制单元连接,用于在确定泵车为泵送状态时,根据所述臂架的臂架末端的行走轨迹曲线,计算出所述泵车的实际布料面积。
进一步地,所述实际布料面积计算单元包括:行走轨迹确定子单元,用于根据检测的泵车转台的回转角度及所述臂架各节臂节的旋转角度及长度,确定所述臂架末端的行走轨迹曲线,所述行走轨迹曲线包括所述臂架末端在泵送最小距离时的第一包络线及在泵送最大距离时的第二包络线;面积计算子单元,用于计算所述第一包络线与所述第二包络线之间在待施工面上覆盖的面积,得到所述泵车的实际布料面积。
进一步地,所述的泵车布料的预测控制系统还包括:死角预测单元,用于根据待施工面的高度、布料距离和泵车臂架的固有参数,计算泵车施工的死角区域,所述死角区域用于控制泵车的作业参数。
进一步地,所述的泵车布料的预测控制系统还包括:死角预测单元,用于根据待施工面的高度、布料距离和泵车臂架的固有参数,计算泵车施工的死角区域,所述死角区域用于控制泵车的作业参数。
本发明泵车布料的预测控制方法及系统通过计算臂架的有效作业面积进而进行布料控制,方便客户施工前选择泵车型号、了解工程量,挑选最佳工程方案,达到节省成本及时间的目的,进而提升泵车布料作业效率。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明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1为本发明实施例提供的泵车布料的预测控制方法的流程图;如图1所示,本实施例提供的泵车布料的预测控制方法可以包括:
步骤11:泵送面积预测,即根据泵车施工前的泵车与待施工面的空间位置(如待施工面高度、预设的布料距离)以及泵车的臂架的固有参数信息(如泵车转台的回转角度范围、臂架各臂节的长度、旋转角度范围),计算所述泵车在预定位置施工时的有效作业区域(还可包括死角区域,该死角区域在确定有效作业区域后可以通过计算有效作业区域在一定范围内的补集确定)。待施工面高度根据施工要求确定,该预定位置可以根据经验选取,也可以在考虑施工环境要求后选取,以移动泵车次数最少并实现最大化覆盖待施工面为准。
具体地,泵车的臂架的固有参数可以包括泵车转台的回转角度范围、以及所述臂架各节臂节的旋转角度范围及长度,泵车转台的回转角度范围、臂架各节臂节的旋转角度范围可以考虑泵车支腿的伸出情况、臂架的自身参数(如重量、连接关系)以及施工环境的限制等,通过控制器计算获得,臂架各节臂节的长度可以直接获取(因为泵车设计完成后,各节臂节的长度确定),另外,从设备施工过程安全性考虑,一般要求臂架不允许与建筑外围设施碰撞,所以图3的参数中还示出了安全距离,安全距离可以考虑泵车与建筑的距离、建筑高度及方位、楼层与泵车停靠方向及角度参数等,当然,还可以适当考虑建筑防护网安装位置,安全距离等参数可人为测量输入,也可通过GPS等定位传感设备自动处理。根据以上参数信息,可以计算布料作业理论最大覆盖的有效作业区域以及臂架难以到达的死角区域,如图2所示。
参照图6所示,计算泵车的有效作业区域可以根据如下步骤:
首先,预测臂架的臂架末端的行走轨迹范围,即臂架末端在待施工面上布料时可能布料的区域,行走轨迹范围可以根据泵车与待施工面的空间位置以及泵车的臂架的固有参数经过理论计算获得;
然后,由第一包络线、第二包络线及待施工面的边界确定的区域为所述有效作业区域,其中,所述第一包络线为所述行走轨迹范围对应的所述臂架末端在泵送最小距离时的包络线,即图6所示的末端最近包络;所述第二包络线为所述行走轨迹范围对应的所述臂架末端在泵送最大距离时的包络线,即图6所示的末端最远包络,为表示方便,待施工面的边界用一条水平线表示,是一条假想的边界,边界信息可以根据施工需求手动输入,也可以直接用一条水平线作简化处理。在第一包络线、第二包络线及待施工面的边界围成的有效区域内,臂架末端可以在这个范围内自由移动。有效区域面积的大小可以参照如下方式计算:
参数L11、L12均为泵车回转中心与建筑的间距;用参数DH(图中未示出)表示泵送最远距离,即泵车回转中心与泵送最远时臂架末端的水平投影距离;用参数DD(图中未示出)表示泵送最近距离,即泵车回转中心与泵送最近时臂架末端的水平投影距离;参数D1、D2为待施工面的边界与泵送最近时臂架末端的间距,相应地,参数L21、L22分别对应为泵送最远与泵送最近时臂架末端的间距;面积参数S1为泵送最远状态下,当臂架转动角度θ,以DH=L11+L21+D1为半径的扇形面积;面积参数S2为泵送最近状态,当臂架转动θ角,以DD=L11+D1为半径的扇形面积;
上述泵送最远距离DH和最近距离DD由迭代算法求解而得,具体如下:当臂架与楼间垂直时,如图6所示,DH=L11+L21+D1,DD=L11+D1;当臂架向右转动θ角时,如图6所示,DH=L12+L22+D2,DD=L12+D2。
根据上述参数,有效作业区域的面积计算如下:
Step1:臂架转动θ角,根据泵送最远距离DH,求扇形面积S1:
S1=(L11+L21+D1)2*θ/2
Step2:根据泵送最近距离DD,求出小扇形面积S2:
S2=(L11+D1)2*θ/2
Step3:S1-S2为θ角内的布料面积;
Step4:臂架在上述基础上继续转动θ角,求出下一个角度内的布料面积,不断叠加,可以得出臂架的最终有效作业区域面积。
通过与上述类似的方法,可以计算出死角区域。
步骤12:有效面积(即有效作业区域)、死角区域显示,通过显示有效作业区域和/或死角区域,可以方便了解施工能力,同时便于调整和优化施工参数。
步骤13:移车次数计算,根据有效作业区域,可以确定所述泵车施工时,有效作业区域(或还包括死角区域)在所述待施工面上的最少排列数量,最少排列数量即为泵车在待施工面上作业时的移车次数。当然,还可以显示最少排列数量的有效作业区域(或还包括死角区域)在待施工面上的排列状况,以及移车次数等信息;有效作业区域在待施工面上的排列可以是重叠的,也可以不重叠,根据施工面的尺寸、泵车的参数及泵车与待施工面的空间位置综合确定,只要满足最少排列数量的有效作业区域能够全部或基本覆盖待施工面即可。为了提高施工效率,优选采用不重叠的排列,具体如图4所示,该待施工面(某建筑某楼层的待施工面)对应需要两个所述有效作业区域(为简化图示,图4中没有示出死角区域)在所述待施工面上不重叠的排列,相应的移车次数为两次。
具体地,因泵车布料的有效面积与楼层高度有关,楼层越高,有效面积越小;这样可以预测设备在不同高度的建筑时施工用料、移车次数,并以此预算施工费用,图9是以60米臂架为例,其泵送高度在11-16层时,设备停靠在4米楼距时,泵送面积计算及需要移车次数的显示方式示例图。
步骤14:控制臂架作业,即根据所述移车次数对应的所述有效作业区域(或还包括死角区域)在所述待施工面上的排列状况控制所述臂架工作,和/或,选择所述泵车的施工位置;也就是说,根据对待施工对象的待施工面的施工状况的前期预测及规划,进行实际施工的指导;当然在对每次待施工面施工后,可以将对其施工的泵车的泵送面积预测进行存储,以便于以后在面对相似待施工对象的待施工面时,直接选择相应的泵车进行作业,提高泵车作业效率;另外,对于施工位置的选择,在有效作业区域不重叠的情况下,可以是移车顺序的选择,在有重叠的情况下,一次移车可能有多个位置可以选择,满足距离的要求即可;
需要说明的是,“根据移车次数与最少排列数量对应的有效作业区域在所述待施工面上的排列状况,选择泵车的施工位置,和/或,控制臂架工作”的操作与“显示所最少排列数量对应的有效作业区域及死角区域在待施工面上的排列状况、移车次数、施工有效作业区域、或/和死角区域”的执行顺序没有要求,该显示步骤优选地位于该控制步骤的前面。
步骤15:臂架轨迹追踪,即臂架布料后的实际布料轨迹跟踪,可以采用如下步骤:
首先,根据检测的泵车转台的回转角度及所述臂架各节臂节的旋转角度及长度,确定所述臂架末端的行走轨迹曲线,如图7所示;可以在泵车转台上安装回转编码器测量转台的回转角度,在臂架上安装角度测量仪检测臂架空间位置(如臂架各臂节的角度参数),并获取各臂节的长度(各臂节的长度可以直接从臂架的设计参数中获取),通过油缸、连杆机构运动关系计算臂架的臂架末端点坐标;具体地,臂架为油缸驱动的四连杆变幅机构,以5节臂泵车为例,5个关节都是转动关节,5个关节唯一确定了臂架末端点的位置及方位,如图5所示,记臂架的水平夹角(即臂架各节臂节的角度)为[β1,β2,β3,β4,β5],通过下面公式计算出臂末端位置坐标(x,y),从图5可得以下关系式:
x5=l1·cosβ1+l2·cosβ2+l3·cosβ3+l4·cosβ4+l5cosβ5
y5=l1·sinβ1+l2·sinβ2+l3·sinβ3-l4·sinβ4-l5sinβ5
其中l1、l2、l3、l4、l5分别代表每节臂架的长度,β1、β2、β3、β4、β5为每节臂架与水平面的角度;
继续参考图6,其示出了行走轨迹范围对应的泵送面积计算方式,该泵送面积通过所述臂架末端在泵送最小距离时的第一包络线(即臂架末端最近包络)及在泵送最大距离时的第二包络线(即臂架末端最远包络)来计算,通过计算所述第一包络线与所述第二包络线之间在待施工面上覆盖的面积,得到所述泵车的实际布料面积,图6中,待施工面用一条假想的水平线表示,参数L11、L12均为泵车回转中心与建筑的间距;用参数DH(图中未示出)表示泵送最远距离,即泵车回转中心与泵送最远时臂架末端的水平投影距离;用参数DD(图中未示出)表示泵送最近距离,即泵车回转中心与泵送最近时臂架末端的水平投影距离;参数D1、D2为待施工面的边界与泵送最近时臂架末端的间距,相应地,参数L21、L22分别对应为泵送最远与泵送最近时臂架末端的间距;面积参数S1为泵送最远状态下,当臂架转动角度θ,以DH=L11+L21+D1为半径的扇形面积;面积参数S2为泵送最近状态,当臂架转动θ角,以DD=L11+D1为半径的扇形面积;
上述泵送最远距离DH和最近距离DD由迭代算法求解而得,具体如下:当臂架与楼间垂直时,如图6所示,DH=L11+L21+D1,DD=L11+D1;当臂架向右转动θ角时,如图6所示,DH=L12+L22+D2,DD=L12+D2。
步骤16:实际面积计算,即计算所述第一包络线与所述第二包络线之间在待施工面上覆盖的面积,得到所述泵车的实际布料面积;具体计算过程如下:
首先,臂架转动θ角,根据泵送最远距离,求扇形面积:
S1,S1=(L11+L21+D1)2*θ/2
其次,根据泵送最近距离,求出小扇形面积:
S2,S2=(L11+D1)2*θ/2
再次,计算S1-S2的结果,即为θ角内的布料面积;
最后,臂架继续转动θ角,依据上述3个步骤求出下一个角度内的布料面积,由此叠加,当臂架末端与楼间距小于某一值时,停止算法,此时所得叠加布料面积为臂架的最终布料范围。
需要说明的是,臂架为回转、变幅运动的空间运动过程;实际布料面积受泵送排量、臂架移动位移影响,应排除臂架空走非泵送状态,所以需要检测设备的泵送状态,如果排量为零,泵送面积不能累加;也就是说,步骤16要在泵送状态下执行;是否是在泵送状态下可根据泵送的状态、臂架的状态作来判断。
本实施例通过计算不同层高有效及实际作业面积,有利用直观评价作业效率;臂架作业面积及死区面积算法简单快捷,并考虑了施工限制条件,如车距、臂架范围、楼高等因素,并进行移车次数及施工方案规划,方便客户施工前了解工程量,挑选最佳工程方案,达到节省成本及时间的目的;定义臂架倾角、长度设计、测试数据的采集方式,以及如何应用楼高、楼离、安全距离施工参数计算布料轨迹,从而计算实际行走轨迹曲线的位移,进而计算出实际布料面积。
图8为本发明实施例提供的泵车布料的预测控制系统的结构框图;本实施例为图1所示方法实施例对应的结构框,图1中的解释说明可以适用于本实施例,如图8所示,一种泵车布料的预测控制系统包括:布料面积预测单元,用于根据待施工面的高度、布料距离和泵车臂架的固有参数,计算泵车的有效作业区域;布料参数控制单元,根据有效作业区域控制泵车的作业参数。具体地,布料参数控制单元可以包括:移车次数控制子单元,用于根据所述有效作业区域,确定泵车在待施工面作业时,所述有效作业区域在所述待施工面上的最少排列数量,所述最少排列数量为所述泵车在所述待施工面上作业时的移车次数。
优选地,所述的泵车布料的预测控制系统还包括:布料作业控制单元,用于根据所述移车次数与所述最少排列数量对应的所述有效作业区域在所述待施工面的的排列状况,控制所述臂架工作。死角预测单元,用于根据待施工面的高度、布料距离和泵车臂架的固有参数,计算泵车施工的死角区域,所述死角区域用于控制泵车的作业参数。或/和,布料状况显示单元,用于显示所述最少排列数量对应的所述有效作业区域(及死角区域)在所述待施工面的待施工面积的排列状况、所述移车次数、所述施工有效作业区域、或/和所述死角区域。
具体地,布料状况显示单元根据计算的泵送方量及面积、泵送时间等信息,并图形显示有效作业区域内臂架轨迹坐标,臂架死角区域,方便设备使用人员进行工程量的结算、施工方案选择,可以参见图9的示例说明,依据显示内容可以很方便地进行工程量的估算。
优选地,布料面积预测单元包括:轨迹预测子单元,用于根据泵车转台的回转角度范围、所述臂架各节臂节的旋转角度范围及长度、以及待施工面的高度,预测所述臂架的臂架末端的行走轨迹范围;
区域确定子单元,用于根据第一包络线、第二包络线及所述待施工面的边界确定所述有效作业区域,其中,所述第一包络线为所述行走轨迹范围对应的所述臂架末端在泵送最小距离时的包络线;所述第二包络线为所述行走轨迹范围对应的所述臂架末端在泵送最大距离时的包络线。
优选地,所述的泵车布料的预测控制系统还包括:实际布料面积计算单元,与所述布料作业控制单元连接,用于在确定泵车的臂架为泵送状态时,根据所述臂架末端的行走轨迹曲线,计算出所述泵车的实际布料面积。
进一步优选地,所述实际布料面积计算单元包括:
行走轨迹确定子单元(图中未示出),用于根据检测的泵车转台的回转角度及所述臂架各节臂节的旋转角度及长度,确定所述臂架末端的行走轨迹曲线,所述行走轨迹曲线包括所述臂架末端在泵送最小距离时的第一包络线及在泵送最大距离时的第二包络线;
面积计算子单元(图中未示出),用于计算所述第一包络线与所述第二包络线之间的面积,得到所述泵车的实际布料面积,具体操作时,需要对泵送排量参数进行状态判断,设置程序扫描周期,采集并反馈臂架角度参数,依据泵送面积计算方法进行累加计算,具体可以参见方法实施例中依据图6的解释说明。
可以理解的是,设备施工方位角、建筑方位角测试可以人为输入、或者采用GPS等传感器设备进行定位并检测、反馈的方式。
本实施例通过实际布料面积计算单元分别计算不同层高有效及实际作业面积,有利用直观评价作业效率;通过布料面积预测单元计算臂架作业面积及死区面积,并考虑了施工限制条件,如车距、臂架范围、楼高等因素,进行移车次数及施工方案规划,方便客户施工前了解工程量,挑选最佳工程方案,达到节省成本及时间的目的;此外,布料状况显示单元对布料情况的预测及规划情况的显示,方便设备使用人员进行工程量的结算、施工方案选择。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,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。