CN113608464B - 一种泵车的防倾覆安全控制方法、装置及系统 - Google Patents

一种泵车的防倾覆安全控制方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种泵车的防倾覆安全控制方法、装置及系统，属于工程机械控制技术领域，方法包括：获取泵车各支腿的开度、各支腿末端点至回转中心的距离和各支腿重心至回转中心的距离，计算各支腿的末端点坐标及支腿重心坐标；确定泵车作业的安全区域；获取各臂节的运动角度和各臂节重心至回转中心的距离，计算臂架重心坐标；获取底盘重心坐标，根据底盘重心坐标、支腿重心坐标和臂架重心坐标计算泵车重心坐标；确定安全系数、绝对安全区域和临界安全区域；判断泵车重心所在的区域，若在临界安全区域，按照限制模式控制规则控制臂架作业；其中装置和系统配套适应前述方法。本发明能根据泵车实时工作状态控制臂节动作，保证泵车始终在安全区域工作。

Description

一种泵车的防倾覆安全控制方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及一种泵车的防倾覆安全控制方法、装置及系统，属于工程机械控制技术领域。
背景技术
混凝土泵车具有多个维持整车稳定的支腿，泵车通过张开支腿以将车身支撑起来完成作业，如图1所示。近年来，随着混凝土泵车吨位的提高，泵车作业支撑面积越来越大，但实际工作过程中，往往存在空间不够、地势不平、有障碍物等问题，致使操作人员不能把泵车的支腿打开到最大位置作业；尤其是遇到极限工况或是相对极限工况时，泵车的作业操作完全依靠操作人员经验，同时，支腿的支撑能力严重受损，极易发生泵车倾翻事故。
由于施工场地有限，导致泵车支腿不能完全打开，或者由于操作人员的误判，导致操作失误等原因，引起的整车稳定性异常而发生泵车倾翻的事故，频频发生。因此，目前混凝土泵车常用的支腿全支撑模式和半边作业模式已经不能满足实际生产需求；急需研究一种在泵车支腿全行程范围内作业的臂架安全控制技术，确保支腿在任意伸出长度时，均能实现自动判断车辆的安全施工边界，实现自动控制臂架的回转及变幅范围，保证使车辆始终在安全范围内工作，最终实现在泵车安全施工的前提下，场地适应性大幅提升。
发明内容
本发明为了解决泵车在狭小空间作业的安全性问题，提供一种泵车的防倾覆安全控制方法、装置及系统，通过获取泵车作业时各支腿的开度信号和各节臂节的运动角度信号，判断整机重心在临界安全区域或绝对安全区域，实时监控泵车的安全状态，并对车辆进行安全控制。
为达到上述目的，一方面，本发明提供一种泵车的防倾覆安全控制方法，包括：
获取泵车各支腿的开度、各支腿末端点至回转中心的距离和各支腿重心至回转中心的距离，根据获取到的各支腿的开度、各支腿末端点至回转中心的距离和各支腿重心至回转中心的距离，计算各支腿的末端点坐标以及支腿重心坐标；
根据各个支腿的末端点坐标，确定泵车作业的安全区域；
获取臂架各臂节的运动角度和各臂节重心至回转中心的距离，根据各臂节的运动角度和各臂节重心至回转中心的距离，计算臂架重心坐标；
获取底盘重心坐标，根据底盘重心坐标、支腿重心坐标和臂架重心坐标计算泵车重心坐标；
确定安全系数，根据安全系数和安全区域，确定绝对安全区域和临界安全区域；
判断泵车重心所在的区域：若泵车重心在绝对安全区域，控制泵车继续作业；若泵车重心在临界安全区域，按照预设的限制模式控制规则控制臂架作业。
进一步地，所述支腿包括第一支腿、第二支腿、第三支腿和第四支腿，其四个末端点的坐标A（Xa，Ya，Za）、B（Xb，Yb，Zb）、C（Xc，Yc，Zc）和D（Xd，Yd，Zd）通过下式计算：
Xa=La*cosθ1，Ya=La*cosλ1，Za=La*cosη1；
Xb=Lb*cosθ2，Yb=Lb*cosλ2，Zb=Lb*cosη2；
Xc=Lc*cosθ3，Yc=Lc*cosλ3，Zc=Lc*cosη3；
Xd=Ld*cosθ4，Yd=Ld*cosλ4，Zd=Ld*cosη4；
其中，La、Lb、Lc和Ld分别为第一支腿、第二支腿、第三支腿和第四支腿的末端点至回转中心的距离；
θ1、θ2、θ3和θ4分别为第一支腿、第二支腿、第三支腿和第四支腿的末端点与X轴的夹角；
λ1、λ2、λ3和λ4分别为第一支腿、第二支腿、第三支腿和第四支腿的末端点与Y轴的夹角；
η1、η2、η3和η4分别为第一支腿、第二支腿、第三支腿和第四支腿的末端点与Z轴的夹角。
进一步地，支腿重心坐标T（Xt，Yt，Zt）通过下式计算：
Gt*Xt=Ga*la*cosθ1+Gb*lb*cosθ2+Gc*lc*cosθ3+Gd*ld*cosθ4；
Gt*Yt=Ga*la*cosλ1+Gb*lb*cosλ2+Gc*lc*cosλ3+Gd*ld*cosλ4；
Gt*Zt=Ga*la*cosη1+Gb*lb*cosη2+Gc*lc*cosη3+Gd*ld*cosη4；
其中Gt为支腿重量；Ga、Gb、Gc和Gd分别为第一支腿、第二支腿、第三支腿和第四支腿的重量;
其中，la、lb、lc和ld分别为第一支腿、第二支腿、第三支腿和第四支腿的重心至回转中心的距离。
进一步地，臂架重心坐标J（Xj，Yj，Zj）通过下式计算：
Gj*Xj=G1*L1*cosβ1+G2*L2*cosβ2+G3*L3*cosβ3+G4*L4*cosβ4+G5*L5*cosβ5+G6*L6*cosβ6
Gj*Yj=G1*L1*cosα1+G2*L2*cosα2+G3*L3*cosα3+G4*L4*cosα4+G5*L5*cosα5+G6*L6*cosα6
Gj*Zj=G1*L1*cosγ1+G2*L2*cosγ2+G3*L3*cosγ3+G4*L4*cosγ4+G5*L5*cosγ5+G6*L6*cosγ6
其中，Gj为臂架的重量；G1、G2、G3、G4、G5和G6分别为第一臂节、第二臂节、第三臂节、第四臂节、第五臂节和第六臂节的重量；
L1、L2、L3、L4、L5和L6分别为第一臂节重心、第二臂节重心、第三臂节重心、第四臂节重心、第五臂节重心和第六臂节重心到泵车回转中心（5）的距离；
β1、β2、β3、β4、β5和β6分别为第一臂节重心、第二臂节重心、第三臂节重心、第四臂节重心、第五臂节重心和第六臂节重心与X轴的夹角；
α1、α2、α3、α4、α5和α6分别为第一臂节重心、第二臂节重心、第三臂节重心、第四臂节重心、第五臂节重心和第六臂节重心与Y轴的夹角；
γ1、γ2、γ3、γ4、γ5和γ6分别为第一臂节重心、第二臂节重心、第三臂节重心、第四臂节重心、第五臂节重心和第六臂节重心与Z轴的夹角。
进一步地，泵车重心坐标W（Xw，Yw，Zw）通过下式计算：
Gw*Xw=Gd*Xd+Gt*Xt+Gj*Xj；
Gw*Yw=Gd*Yd+Gt*Yt+Gj*Yj；
Gw*Zw=Gd*Zd+Gt*Zt+Gj*Zj；
其中，Gw为泵车的重量，Gd为底盘的重量，D（Xd，Yd，Zd）为底盘重心的坐标，Gt为支腿重量，T（Xt，Yt，Zt）为支腿重心坐标。
进一步地，所述确定安全系数包括：
确定下车重心Q离地面的高度Zq，计算公式为：
Zq=（Gt*Zt+Gd*Zd）/Gq，其中，Gt为支腿重量，Zt为支腿重心T的Z轴坐标，Gd为底盘的重量，Zd为底盘重心D的Z轴坐标；
确定稳定力矩M0，计算公式为：M0=Gq*Zq，其中，Gq为下车重量；
确定倾翻力矩M1，计算公式为：M1=Gj*Zj，其中，Gj为臂架的重量，Zj为臂架重心J的Z轴坐标；
根据稳定力矩M0和倾翻力矩M1，计算安全系数K，计算公式为：K=M0/M1。
下车重心坐标可表示为Q（Xq，Yq，Zq），臂架重心坐标可表示为J（Xj，Yj，Zj），臂架重心坐标可根据力矩方程计算得出，从而得到Zj。
进一步地，所述根据各个支腿的末端点坐标，确定泵车作业的安全区域，包括：将四个支腿末端点A、B、C、D正交投影至与地面重叠的二维坐标系中得到投影点A'、B'、C'、D'，将投影点A'、B'、C'、D'依次连接得到二维四边形A'B'C'D'，将二维四边形A'B'C'D'所包围的区域确定为所述泵车作业的安全区域；
所述根据安全系数和安全区域，确定绝对安全区域和临界安全区域，包括：
根据安全系数K，将二维四边形A'B'C'D'的四边分别向安全区域的中心平移K个单位，将平移后获得的四边形abcd所包围的区域确定为所述绝对安全区域；
将安全区域A'B'C'D'与绝对安全区域abcd相减所获得的区域确定为临界安全区域；
所述判断泵车（20）重心所在的区域包括：将泵车重心正交投影至地面，判断泵车重心投影点的坐标是否位于绝对安全区域或临界安全区域。
进一步地，所述预设的限制模式控制规则包括：
比较正在动作的臂节重心的Z轴坐标Zi与该臂节至末端臂节的合重心的Z轴坐标Zhi的大小：若Zhi<Zi，则仅允许控制正动作的臂节收回；若Zhi>Zi，则仅允许控制正动作的臂节伸缩；若Zhi=Zi，则允许任意控制正动作的臂节动作；
其中，i为正整数，i的最大值等于泵车臂节的数量；
第i个臂节的重心Z轴坐标Zi的计算公式为：Zi=Li*cosγi；
将距离泵车回转中心最近的臂节作为第一臂节（11），若正在动作的臂节为第一臂节（11），i=1，合重心的Z轴坐标Zh1通过下式计算：
Gh1*Zh1=G1*L1*cosγ1+G2*L2*cosγ2+G3*L3*cosγ3+G4*L4*cosγ4+G5*L5*cosγ5+G6*L6*cosγ6；
Gh1=G1+G2+G3+G4+G5+G6；
若正在动作的臂节为第二臂节（12），i=2，合重心的Z轴坐标Zh2通过下式计算：
Gh2*Zh2=G2*L2*cosγ2+G3*L3*cosγ3+G4*L4*cosγ4+G5*L5*cosγ5+G6*L6*cosγ6；
Gh2=G2+G3+G4+G5+G6；
若正在动作的臂节为第三臂节（13），i=3，合重心的Z轴坐标Zh3通过下式计算：
Gh3*Zh3=G3*L3*cosγ3+G4*L4*cosγ4+G5*L5*cosγ5+G6*L6*cosγ6；
Gh3=G3+G4+G5+G6；
若正在动作的臂节为第四臂节（14），i=4，合重心的Z轴坐标Zh4通过下式计算：
Gh4*Zh4=G4*L4*cosγ4+G5*L5*cosγ5+G6*L6*cosγ6；
Gh4=G4+G5+G6；
若正在动作的臂节为第五臂节（15），i=5，合重心的Z轴坐标Zh5通过下式计算：
Gh5*Zh5=G5*L5*cosγ5+G6*L6*cosγ6；
Gh5=G5+G6；
若正在动作的臂节为第六臂节（16），i=6，合重心的Z轴坐标Zh6通过下式计算：
Gh6*Zh6=G6*L6*cosγ6；
Gh6=G6。
以上方案中，第一臂节之外，其他臂节按照与泵车回转中心之间的距离又小到大依次为第二至第六臂节。一般的，泵车臂架包括6个臂节，若超出6个臂节，可根据上述方案适应性调整合重心Z轴坐标的计算公式。
第二方面，本发明提供一种泵车的防倾覆安全控制装置，包括：
支腿坐标计算模块，被配置用于获取泵车各支腿的开度、各支腿末端点至回转中心的距离和各支腿重心至回转中心的距离，根据获取到的各支腿的开度、各支腿末端点至回转中心的距离和各支腿重心至回转中心的距离，计算各支腿的末端点坐标以及支腿重心坐标；
安全区域确定模块，被配置用于根据各个支腿的末端点坐标，确定泵车作业的安全区域；
臂架坐标计算模块，被配置用于获取臂架各臂节的运动角度和各臂节重心至回转中心的距离，根据各臂节的运动角度和各臂节重心至回转中心的距离，计算臂架重心坐标；
泵车重心计算模块，被配置用于获取底盘重心坐标，根据底盘重心坐标、支腿重心坐标和臂架重心坐标计算泵车重心坐标；
区域划分模块，被配置用于确定安全系数，根据安全系数和安全区域，确定绝对安全区域和临界安全区域；
控制模块，被配置用于判断泵车重心所在的区域：若泵车重心在绝对安全区域，控制泵车继续作业；若泵车重心在临界安全区域，按照预设的限制模式控制规则控制臂架作业。
第三方面，本发明还提供一种泵车的防倾覆安全控制系统，其包括传感器、中央处理器以及执行机构；传感器采集各支腿的开度信号和各臂节的运动角度信号传输至中央处理器，中央处理器根据接收到的信号，执行第一方面所述泵车的防倾覆安全控制方法，实时计算泵车重心的坐标及其绝对安全区域或临界安全区域，并判断泵车重心实际所在区域，根据判断结果通过执行机构控制泵车臂节的动作。
进一的地，包括人机交互机构，所述人机交互机构将接收的外部输入信号传输至中央处理器，中央处理器根据接收到的信号，控制泵车作业。
与现有技术相比，本发明实施例所提供的一种泵车的防倾覆安全控制方法、装置及系统所达到的有益效果包括：
该方法通过确定安全系数，从而确定临界安全区域和绝对安全区域，并判断泵车重心所在区域，结合设定限制模式控制规则控制臂节的动作，保证泵车作业过程中，整车重心始终在安全区域内；
该系统配套设置的硬件结构和软件结构成本低，通用性好，可靠性高，操作简单，使用方便，可快捷地移植到现有的泵车上使用，最大程度地降低了对操作人员的经验要求以及错误操作致使翻车的风险，极显著地提升了泵车在狭小空间施工作业时的安全性。
附图说明
图1是现有技术中泵车的结构俯视图；
图2是本发明一个实施例的绝对安全区域和临界安全区域示意图；
图3是现有技术中泵车的臂架结构示意图；
图4是本发明一个实施例中泵车的防倾覆安全控制方法流程示意图；
图中：1、第一支腿，2、第二支腿，3、第三支腿，4、第四支腿，5、回转中心，6车尾，10、臂架，11、第一臂节，12、第二臂节，13、第三臂节，14、第四臂节，15、第五臂节，16、第六臂节，20、泵车。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
实施例1
为了解决泵车在狭小空间作业的安全性问题，参考图4，本实施例提供一种泵车的防倾覆安全控制方法，包括以下步骤：
获取泵车20各支腿的开度、各支腿末端点至回转中心5的距离和各支腿重心至回转中心5的距离，根据获取到的各支腿的开度、各支腿末端点至回转中心5的距离和各支腿重心至回转中心5的距离，计算各支腿的末端点坐标以及支腿重心坐标；
根据各个支腿的末端点坐标，确定泵车作业的安全区域；
获取臂架10各臂节的运动角度和各臂节重心至回转中心5的距离，根据各臂节的运动角度和各臂节重心至回转中心5的距离，计算臂架10重心坐标；
获取底盘重心坐标，根据底盘重心坐标、支腿重心坐标和臂架10重心坐标计算泵车20重心坐标；
确定安全系数，根据安全系数和安全区域，确定绝对安全区域和临界安全区域；
判断泵车20重心所在的区域：若泵车20重心在绝对安全区域，控制泵车继续作业；若泵车20重心在临界安全区域，按照预设的限制模式控制规则控制臂架10作业。
本发明根据实时获取的各支腿的开度信号和各臂节的运动角度信号，实时确定绝对安全区域和临界安全区域；显著加强了泵车20安全作业的监督性，并通过预设的限制模式控制规则控制臂架10作业，提高了泵车作业的安全性。
实施例2
基于实施例1，本实施例提供了支腿重心、臂架10重心和泵车20重心的计算方法，安全系数和区域范围的确定方法以及限制模式控制规则。
一、计算支腿重心坐标。
如图1所示，泵车20包括4个支腿，分别为第一支腿1、第二支腿2、第三支腿3和第四支腿4，开始作业前，操作员将泵车的支腿打开。以泵车回转中心5为原点，车尾6方向为X轴正方向，垂直于X轴向上为Y轴的正方向，同时垂直于X轴与Y轴向里为Z轴的正方向，建立坐标系。但不限于此，本领域技术人员可以根据实际情况和需求，调整坐标系建立的方法。启动泵车20，实时采集第一支腿1、第二支腿2、第三支腿3和第四支腿4的末端点至回转中心5的距离，并分别记为La、Lb、Lc和Ld；实时采集第一支腿1、第二支腿2、第三支腿3和第四支腿4的重心至回转中心5的距离，并分别记为la、lb、lc和ld。由于各支腿的末端点和重心分别在同一直线上，因此同一支腿的末端点和重心与X轴的夹角、Y轴的夹角以及Z轴的夹角分别相同；则实时采集第一支腿1、第二支腿2、第三支腿3和第四支腿4的末端点和/或重心与X轴的夹角，并分别记为θ1、θ2、θ3和θ4；实时采集第一支腿1、第二支腿2、第三支腿3和第四支腿4的末端点和/或重心与Y轴的夹角，并分别记为λ1、λ2、λ3和λ4；实时采集第一支腿1、第二支腿2、第三支腿3和第四支腿4的末端点和/或重心与Z轴的夹角，并分别记为η1、η2、η3和η4。但不限于此，本领域技术人员可以根据实际情况和需求，调整采集的支腿开度的相关信号。
通过计算获得4个支腿的末端点的坐标，分别为A（Xa，Ya，Za）、B（Xb，Yb，Zb）、C（Xc，Yc，Zc）和D（Xd，Yd，Zd）。
应用时，支腿末端点坐标的计算方法如下：
Xa=La*cosθ1，Ya=La*cosλ1，Za=La*cosη1；
Xb=Lb*cosθ2，Yb=Lb*cosλ2，Zb=Lb*cosη2；
Xc=Lc*cosθ3，Yc=Lc*cosλ3，Zc=Lc*cosη3；
Xd=Ld*cosθ4，Yd=Ld*cosλ4，Zd=Ld*cosη4。
本实施例中，第一支腿1、第二支腿2、第三支腿3和第四支腿4的重量分别记为Ga、Gb、Gc和Gd；支腿重量记为Gt；支腿重心坐标记为T（Xt，Yt，Zt）。
应用时，支腿重心坐标的计算方法如下：
Gt*Xt=Ga*la*cosθ1+Gb*lb*cosθ2+Gc*lc*cosθ3+Gd*ld*cosθ4；
Gt*Yt=Ga*la*cosλ1+Gb*lb*cosλ2+Gc*lc*cosλ3+Gd*ld*cosλ4；
Gt*Zt=Ga*la*cosη1+Gb*lb*cosη2+Gc*lc*cosη3+Gd*ld*cosη4。
二、计算臂架重心坐标。
参考图3，本实施例中臂架10包括6节臂节，泵车20启动后，实时采集第一臂节11、第二臂节12、第三臂节13、第四臂节14、第五臂节15和第六臂节16的重心到泵车回转中心5的距离，并分别记为L1、L2、L3、L4、L5和L6；实时采集第一臂节11、第二臂节12、第三臂节13、第四臂节14、第五臂节15和第六臂节16的重心与X轴的夹角，并分别记为β1、β2、β3、β4、β5和β6；实时采集第一臂节11、第二臂节12、第三臂节13、第四臂节14、第五臂节15和第六臂节16的重心与Y轴的夹角，并分别记为α1、α2、α3、α4、α5和α6；实时采集第一臂节11、第二臂节12、第三臂节13、第四臂节14、第五臂节15和第六臂节16的重心与Z轴的夹角，并分别记为γ1、γ2、γ3、γ4、γ5和γ6；第一臂节11、第二臂节12、第三臂节13、第四臂节14、第五臂节15和第六臂节16的重量，分别记为G1、G2、G3、G4、G5和G6；臂架10重量记为Gj；臂架10重心坐标记为J（Xj，Yj，Zj）。但不限于此，本领域技术人员可以根据实际情况和需求，调整采集的臂节的运动角度的相关信号。
应用时，臂架10重心坐标的计算方法如下：
Gj*Xj=G1*L1*cosβ1+G2*L2*cosβ2+G3*L3*cosβ3+G4*L4*cosβ4+G5*L5*cosβ5+G6*L6*cosβ6
Gj*Yj=G1*L1*cosα1+G2*L2*cosα2+G3*L3*cosα3+G4*L4*cosα4+G5*L5*cosα5+G6*L6*cosα6
Gj*Zj=G1*L1*cosγ1+G2*L2*cosγ2+G3*L3*cosγ3+G4*L4*cosγ4+G5*L5*cosγ5+G6*L6*cosγ6
三、计算泵车重心坐标。
本实施例中，底盘重量记为Gd；底盘重心坐标记为D（Xd，Yd，Zd）；泵车20重量记为Gw；泵车20重心坐标记为W（Xw，Yw，Zw）。
应用时，泵车重心坐标的计算方法如下：
Gw*Xw=Gd*Xd+Gt*Xt+Gj*Xj；
Gw*Yw=Gd*Yd+Gt*Yt+Gj*Yj；
Gw*Zw=Gd*Zd+Gt*Zt+Gj*Zj。
四、确定安全系数。
本实施例中，下车重量记为Gi；下车重心记为Q（Xq，Yq，Zq）；稳定力矩记为M0；倾翻力矩记为M1；安全系数记为K。
本实施例应用中，下车重心离地面的高度Zq的计算方法如下：
Gq*Zq=Gt*Zt+Gd*Zd；
安全系数的计算方法如下：
M0=Gq*Zq；
M1=Gj*Zj；
K=M0/M1。
五、确定区域范围。
如图2所示，应用时将4个支腿的末端点正交投影至与地面重叠的XY轴的二维坐标中，分别得到A'（Xa，Ya）、B'（Xb，Yb）、C'（Xc，Yc）和D'（Xd，Yd），连接A'、B'、C'和D'四个点，将形成的A'B'C'D'四边形定义为安全区域；将安全区域A'B'C'D'的四条边分别朝四边形中心平移K个单位，获得4个新交点，分别记为a、b、c和d，连接前述4个交点，获得新的四边形abcd，定义为绝对安全区域；将安全区域A'B'C'D'与绝对安全区域abcd相减，获得的剩余区域定义为临界安全区域。
六、限制模式控制规则。
本实施例中，泵车20重心坐标记为W（Xw，Yw，Zw），将泵车20重心正交投影至XY轴的二维平面中得到W'（Xw，Yw），并判断W'在临界安全区或绝对安全区域，当重心在绝对安全区域时，泵车正常作业；当在重心在临界安全区域时，按照预设的限制模式控制规则控制臂架作业，即比较正在动作的臂节重心的Z轴坐标Zi与该臂节至末端臂节的合重心的Z轴坐标Zhi的大小：若Zhi<Zi，则仅允许控制正动作的臂节收回；若Zhi>Zi，则仅允许控制正动作的臂节伸缩；若Zhi=Zi，则允许任意控制正动作的臂节动作；
其中，i为正整数；
正在动作的臂节为第一臂节11时，i=1，第一臂节11重心的Z轴坐标Z1为L1*cosγ1，合重心的Z轴坐标通过以下公式计算：
Gh1*Zh1=G1*L1*cosγ1+G2*L2*cosγ2+G3*L3*cosγ3+G4*L4*cosγ4+G5*L5*cosγ5+G6*L6*cosγ6
Gh1=G1+G2+G3+G4+G5+G6
正在动作的臂节为第二臂节12时，i=2，第二臂节12重心的Z轴坐标Z2为L2*cosγ2，合重心的Z轴坐标通过以下公式计算：
Gh2*Zh2=G2*L2*cosγ2+G3*L3*cosγ3+G4*L4*cosγ4+G5*L5*cosγ5+G6*L6*cosγ6
Gh2=G2+G3+G4+G5+G6
正在动作的臂节为第三臂节13时，i=3，第三臂节13重心的Z轴坐标Z3为L3*cosγ3，合重心的Z轴坐标通过以下公式计算：
Gh3*Zh3=G3*L3*cosγ3+G4*L4*cosγ4+G5*L5*cosγ5+G6*L6*cosγ6
Gh3=G3+G4+G5+G6
正在动作的臂节为第四臂节14时，i=4，第四臂节14重心的Z轴坐标Z4为L4*cosγ4，合重心的Z轴坐标通过以下公式计算：
Gh4*Zh4=G4*L4*cosγ4+G5*L5*cosγ5+G6*L6*cosγ6
Gh4=G4+G5+G6
正在动作的臂节为第五臂节15时，i=5，第五臂节15重心的Z轴坐标Z5为L5*cosγ5，合重心的Z轴坐标通过以下公式计算：
Gh5*Zh5=G5*L5*cosγ5+G6*L6*cosγ6
Gh5=G5+G6
正在动作的臂节为第六臂节16时，i=6，第六臂节16重心的Z轴坐标Z6为L6*cosγ6，合重心的Z轴坐标通过以下公式计算：
Gh6*Zh6=G6*L6*cosγ6；Gh6=G6。
本实施例通过安全系数计算合理地确定了临界安全区域的范围，合理地扩大了限制模式控制规则的应用范围，提高了泵车的防倾覆安全控制方法的可靠性。
通过比较正动作的臂节重心的Z轴坐标与该臂节至末端臂节的合重心的Z轴坐标的大小，从而控制臂节的动作，有效提高了限制模式控制规则的准确性，进一步提高了泵车的防倾覆安全控制方法的可靠性。
实施例3
与实施例1和2基于相同的发明构思，本实施例介绍泵车的防倾覆安全控制装置，包括：
支腿坐标计算模块，被配置用于获取泵车20各支腿的开度、各支腿末端点至回转中心5的距离和各支腿重心至回转中心5的距离，根据获取到的各支腿的开度、各支腿末端点至回转中心5的距离和各支腿重心至回转中心5的距离，计算各支腿的末端点坐标以及支腿重心坐标；
安全区域确定模块，被配置用于根据各个支腿的末端点坐标，确定泵车作业的安全区域；
臂架坐标计算模块，被配置用于获取臂架10各臂节的运动角度和各臂节重心至回转中心5的距离，根据各臂节的运动角度和各臂节重心至回转中心5的距离，计算臂架10重心坐标；
泵车重心计算模块，被配置用于获取底盘重心坐标，根据底盘重心坐标、支腿重心坐标和臂架10重心坐标计算泵车20重心坐标；
区域划分模块，被配置用于确定安全系数，根据安全系数和安全区域，确定绝对安全区域和临界安全区域；
控制模块，被配置用于判断泵车20重心所在的区域：若泵车20重心在绝对安全区域，控制泵车继续作业；若泵车20重心在临界安全区域，按照预设的限制模式控制规则控制臂架10作业。
上述各功能模块的具体功能实现参照实施例1与2方法中的相关内容。
实施例4
本发明泵车的防倾覆安全控制系统包括传感器、中央处理器以及执行机构；传感器采集各支腿的开度信号和各臂节的运动角度信号传输至中央处理器，中央处理器根据接收到的信号，执行实施例1或2中介绍的泵车的防倾覆安全控制方法，实时计算泵车重心的坐标及其绝对安全区域或临界安全区域，并判断重心实际所在区域，根据判断结果通过执行机构控制泵车20臂节的动作，从而保证泵车重心在安全区域内。但不限于此，应用中，此系统还包括人机交互机构，将接收的外部输入信号传输至中央处理器，中央处理器能够根据接收到的信号控制泵车20臂节的动作。
本实施例应用时，传感器包括多个臂节传感器和多个支腿传感器；所述臂节传感器至少6个；所述支腿传感器至少4个，使采集到的支腿的开度信号和各臂节的运动角度信号更加精准。但不限于此，本领域技术人员可以根据实际情况和需求，调整传感器的种类和数量。
本实施例的中央处理器可实现为实施例3中所述的泵车的防倾覆安全控制装置。
综上实施例，本发明通过动态获取的泵车作业时各支腿的开度信号和各节臂节的运动角度信号，判断整机重心在临界安全区域或绝对安全区域，并按照预设的限制模式控制规则，通过执行机构自动控制作业中的臂节的动作，实时监控泵车的安全状态，降低泵车翻车的风险，实现了泵车在安全作业的前提下，泵车工作场地的适应性得到大幅提升。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种泵车的防倾覆安全控制方法，其特征在于，包括：
获取泵车（20）各支腿的开度、各支腿末端点至回转中心（5）的距离和各支腿重心至回转中心（5）的距离，根据获取到的各支腿的开度、各支腿末端点至回转中心（5）的距离和各支腿重心至回转中心（5）的距离，计算各支腿的末端点坐标以及支腿重心坐标；
根据各个支腿的末端点坐标，确定泵车作业的安全区域；
获取臂架（10）各臂节的运动角度和各臂节重心至回转中心（5）的距离，根据各臂节的运动角度和各臂节重心至回转中心（5）的距离，计算臂架（10）重心坐标；
获取底盘重心坐标，根据底盘重心坐标、支腿重心坐标和臂架（10）重心坐标计算泵车（20）重心坐标；
确定安全系数，根据安全系数和安全区域，确定绝对安全区域和临界安全区域；
判断泵车（20）重心所在的区域：若泵车（20）重心在绝对安全区域，控制泵车继续作业；若泵车（20）重心在临界安全区域，按照预设的限制模式控制规则控制臂架（10）作业；
其中，所述预设的限制模式控制规则包括：
比较正在动作的臂节重心的Z轴坐标Zi与该臂节至末端臂节的合重心的Z轴坐标Zhi的大小：若Zhi<Zi，则仅允许控制正在动作的臂节收回；若Zhi>Zi，则仅允许控制正在动作的臂节伸出；若Zhi=Zi，则允许控制正在动作的臂节任意动作；
其中，i为正整数，i的最大值等于泵车臂节的数量；
第i个臂节的重心Z轴坐标Zi的计算公式为：Zi=Li*cosγi；
将距离泵车回转中心最近的臂节作为第一臂节（11），若正在动作的臂节为第一臂节（11），i=1，合重心的Z轴坐标Zh1通过下式计算：
Gh1*Zh1=G1*L1*cosγ1+G2*L2*cosγ2+G3*L3*cosγ3+G4*L4*cosγ4+G5*L5*cosγ5+G6*L6*cosγ6；
Gh1=G1+G2+G3+G4+G5+G6；
若正在动作的臂节为第二臂节（12），i=2，合重心的Z轴坐标Zh2通过下式计算：
Gh2*Zh2=G2*L2*cosγ2+G3*L3*cosγ3+G4*L4*cosγ4+G5*L5*cosγ5+G6*L6*cosγ6；
Gh2=G2+G3+G4+G5+G6；
若正在动作的臂节为第三臂节（13），i=3，合重心的Z轴坐标Zh3通过下式计算：
Gh3*Zh3=G3*L3*cosγ3+G4*L4*cosγ4+G5*L5*cosγ5+G6*L6*cosγ6；
Gh3=G3+G4+G5+G6；
若正在动作的臂节为第四臂节（14），i=4，合重心的Z轴坐标Zh4通过下式计算：
Gh4*Zh4=G4*L4*cosγ4+G5*L5*cosγ5+G6*L6*cosγ6；
Gh4=G4+G5+G6；
若正在动作的臂节为第五臂节（15），i=5，合重心的Z轴坐标Zh5通过下式计算：
Gh5*Zh5=G5*L5*cosγ5+G6*L6*cosγ6；
Gh5=G5+G6；
若正在动作的臂节为第六臂节（16），i=6，合重心的Z轴坐标Zh6通过下式计算：
Gh6*Zh6=G6*L6*cosγ6；
Gh6=G6；
上式中，G1、G2、G3、G4、G5和G6分别为第一臂节（11）、第二臂节（12）、第三臂节（13）、第四臂节（14）、第五臂节（15）和第六臂节（16）的重量；L1、L2、L3、L4、L5和L6分别为第一臂节重心、第二臂节重心、第三臂节重心、第四臂节重心、第五臂节重心和第六臂节重心到泵车回转中心（5）的距离；γ1、γ2、γ3、γ4、γ5和γ6分别为第一臂节重心、第二臂节重心、第三臂节重心、第四臂节重心、第五臂节重心和第六臂节重心与Z轴的夹角。
2.根据权利要求1所述泵车的防倾覆安全控制方法，其特征在于，所述支腿包括第一支腿（1）、第二支腿（2）、第三支腿（3）和第四支腿（4），其四个末端点的坐标A（Xa，Ya，Za）、B（Xb，Yb，Zb）、C（Xc，Yc，Zc）和D（Xd，Yd，Zd）通过下式计算：
Xa=La*cosθ1，Ya=La*cosλ1，Za=La*cosη1；
Xb=Lb*cosθ2，Yb=Lb*cosλ2，Zb=Lb*cosη2；
Xc=Lc*cosθ3，Yc=Lc*cosλ3，Zc=Lc*cosη3；
Xd=Ld*cosθ4，Yd=Ld*cosλ4，Zd=Ld*cosη4；
其中，La、Lb、Lc和Ld分别为第一支腿（1）、第二支腿（2）、第三支腿（3）和第四支腿（4）的末端点至回转中心（5）的距离；
θ1、θ2、θ3和θ4分别为第一支腿（1）、第二支腿（2）、第三支腿（3）和第四支腿（4）的末端点与X轴的夹角；
λ1、λ2、λ3和λ4分别为第一支腿（1）、第二支腿（2）、第三支腿（3）和第四支腿（4）的末端点与Y轴的夹角；
η1、η2、η3和η4分别为第一支腿（1）、第二支腿（2）、第三支腿（3）和第四支腿（4）的末端点与Z轴的夹角。
3.根据权利要求2所述泵车的防倾覆安全控制方法，其特征在于，支腿重心坐标T（Xt，Yt，Zt）通过下式计算：
Gt*Xt=Ga*la*cosθ1+Gb*lb*cosθ2+Gc*lc*cosθ3+Gd*ld*cosθ4；
Gt*Yt=Ga*la*cosλ1+Gb*lb*cosλ2+Gc*lc*cosλ3+Gd*ld*cosλ4；
Gt*Zt=Ga*la*cosη1+Gb*lb*cosη2+Gc*lc*cosη3+Gd*ld*cosη4；
其中Gt为支腿重量；Ga、Gb、Gc和Gd分别为第一支腿（1）、第二支腿（2）、第三支腿（3）和第四支腿（4）的重量;
其中，la、lb、lc和ld分别为第一支腿（1）、第二支腿（2）、第三支腿（3）和第四支腿（4）的重心至回转中心（5）的距离。
4.根据权利要求1所述泵车的防倾覆安全控制方法，其特征在于，臂架重心坐标J（Xj，Yj，Zj）通过下式计算：
Gj*Xj=G1*L1*cosβ1+G2*L2*cosβ2+G3*L3*cosβ3+G4*L4*cosβ4+G5*L5*cosβ5+G6*L6*cosβ6
Gj*Yj=G1*L1*cosα1+G2*L2*cosα2+G3*L3*cosα3+G4*L4*cosα4+G5*L5*cosα5+G6*L6*cosα6
Gj*Zj=G1*L1*cosγ1+G2*L2*cosγ2+G3*L3*cosγ3+G4*L4*cosγ4+G5*L5*cosγ5+G6*L6*cosγ6
其中，Gj为臂架的重量；
β1、β2、β3、β4、β5和β6分别为第一臂节重心、第二臂节重心、第三臂节重心、第四臂节重心、第五臂节重心和第六臂节重心与X轴的夹角；
α1、α2、α3、α4、α5和α6分别为第一臂节重心、第二臂节重心、第三臂节重心、第四臂节重心、第五臂节重心和第六臂节重心与Y轴的夹角。
5.根据权利要求4所述泵车的防倾覆安全控制方法，其特征在于，泵车重心坐标W（Xw，Yw，Zw）通过下式计算：
Gw*Xw=Gf*Xf+Gt*Xt+Gj*Xj；
Gw*Yw=Gf*Yf+Gt*Yt+Gj*Yj；
Gw*Zw=Gf*Zf+Gt*Zt+Gj*Zj；
其中，Gw为泵车（20）的重量，Gf为底盘的重量，F（Xf，Yf，Zf）为底盘重心的坐标，Gt为支腿重量，T（Xt，Yt，Zt）为支腿重心坐标。
6.根据权利要求1所述泵车的防倾覆安全控制方法，其特征在于，所述确定安全系数包括：
确定下车重心Q离地面的高度Zq，计算公式为：
Zq=（Gt*Zt+Gf*Zf）/Gq，其中，Gt为支腿重量，Zt为支腿重心T的Z轴坐标，Gf为底盘的重量，Zf为底盘重心F的Z轴坐标；
确定稳定力矩M0，计算公式为：M0=Gq*Zq，其中，Gq为下车重量；
确定倾翻力矩M1，计算公式为：M1=Gj*Zj，其中，Gj为臂架的重量，Zj为臂架重心J的Z轴坐标；
根据稳定力矩M0和倾翻力矩M1，计算安全系数K，计算公式为：K=M0/M1。
7.根据权利要求1或6所述泵车的防倾覆安全控制方法，其特征在于，所述根据各个支腿的末端点坐标，确定泵车作业的安全区域，包括：将四个支腿末端点A、B、C、D正交投影至与地面重叠的二维坐标系中得到投影点A'、B'、C'、D'，将投影点A'、B'、C'、D'依次连接得到二维四边形A'B'C'D'，将二维四边形A'B'C'D'所包围的区域确定为所述泵车作业的安全区域；
所述根据安全系数和安全区域，确定绝对安全区域和临界安全区域，包括：
根据安全系数K，将二维四边形A'B'C'D'的四边分别向安全区域的中心平移K个单位，将平移后获得的四边形abcd所包围的区域确定为所述绝对安全区域；
将安全区域A'B'C'D'与绝对安全区域abcd相减所获得的区域确定为临界安全区域；
所述判断泵车（20）重心所在的区域包括：将泵车重心正交投影至地面，判断泵车重心投影点的坐标是否位于绝对安全区域或临界安全区域。
8.一种泵车的防倾覆安全控制装置，包括：
支腿坐标计算模块，被配置用于获取泵车（20）各支腿的开度、各支腿末端点至回转中心（5）的距离和各支腿重心至回转中心（5）的距离，根据获取到的各支腿的开度、各支腿末端点至回转中心（5）的距离和各支腿重心至回转中心（5）的距离，计算各支腿的末端点坐标以及支腿重心坐标；
安全区域确定模块，被配置用于根据各个支腿的末端点坐标，确定泵车作业的安全区域；
臂架坐标计算模块，被配置用于获取臂架（10）各臂节的运动角度和各臂节重心至回转中心（5）的距离，根据各臂节的运动角度和各臂节重心至回转中心（5）的距离，计算臂架（10）重心坐标；
泵车重心计算模块，被配置用于获取底盘重心坐标，根据底盘重心坐标、支腿重心坐标和臂架（10）重心坐标计算泵车（20）重心坐标；
区域划分模块，被配置用于确定安全系数，根据安全系数和安全区域，确定绝对安全区域和临界安全区域；
控制模块，被配置用于判断泵车（20）重心所在的区域：若泵车（20）重心在绝对安全区域，控制泵车继续作业；若泵车（20）重心在临界安全区域，按照预设的限制模式控制规则控制臂架（10）作业；
其中，所述预设的限制模式控制规则包括：
比较正在动作的臂节重心的Z轴坐标Zi与该臂节至末端臂节的合重心的Z轴坐标Zhi的大小：若Zhi<Zi，则仅允许控制正在动作的臂节收回；若Zhi>Zi，则仅允许控制正在动作的臂节伸出；若Zhi=Zi，则允许控制正在动作的臂节任意动作；
其中，i为正整数，i的最大值等于泵车臂节的数量；
第i个臂节的重心Z轴坐标Zi的计算公式为：Zi=Li*cosγi；
将距离泵车回转中心最近的臂节作为第一臂节（11），若正在动作的臂节为第一臂节（11），i=1，合重心的Z轴坐标Zh1通过下式计算：
Gh1*Zh1=G1*L1*cosγ1+G2*L2*cosγ2+G3*L3*cosγ3+G4*L4*cosγ4+G5*L5*cosγ5+G6*L6*cosγ6；
Gh1=G1+G2+G3+G4+G5+G6；
若正在动作的臂节为第二臂节（12），i=2，合重心的Z轴坐标Zh2通过下式计算：
Gh2*Zh2=G2*L2*cosγ2+G3*L3*cosγ3+G4*L4*cosγ4+G5*L5*cosγ5+G6*L6*cosγ6；
Gh2=G2+G3+G4+G5+G6；
若正在动作的臂节为第三臂节（13），i=3，合重心的Z轴坐标Zh3通过下式计算：
Gh3*Zh3=G3*L3*cosγ3+G4*L4*cosγ4+G5*L5*cosγ5+G6*L6*cosγ6；
Gh3=G3+G4+G5+G6；
若正在动作的臂节为第四臂节（14），i=4，合重心的Z轴坐标Zh4通过下式计算：
Gh4*Zh4=G4*L4*cosγ4+G5*L5*cosγ5+G6*L6*cosγ6；
Gh4=G4+G5+G6；
若正在动作的臂节为第五臂节（15），i=5，合重心的Z轴坐标Zh5通过下式计算：
Gh5*Zh5=G5*L5*cosγ5+G6*L6*cosγ6；
Gh5=G5+G6；
若正在动作的臂节为第六臂节（16），i=6，合重心的Z轴坐标Zh6通过下式计算：
Gh6*Zh6=G6*L6*cosγ6；
Gh6=G6；
上式中，G1、G2、G3、G4、G5和G6分别为第一臂节（11）、第二臂节（12）、第三臂节（13）、第四臂节（14）、第五臂节（15）和第六臂节（16）的重量；L1、L2、L3、L4、L5和L6分别为第一臂节重心、第二臂节重心、第三臂节重心、第四臂节重心、第五臂节重心和第六臂节重心到泵车回转中心（5）的距离；γ1、γ2、γ3、γ4、γ5和γ6分别为第一臂节重心、第二臂节重心、第三臂节重心、第四臂节重心、第五臂节重心和第六臂节重心与Z轴的夹角。
9.一种泵车的防倾覆安全控制系统，其特征在于，包括传感器、中央处理器以及执行机构；传感器采集各支腿的开度信号和各臂节的运动角度信号传输至中央处理器，中央处理器根据接收到的信号，执行权利要求1-7中任一项所述泵车的防倾覆安全控制方法，实时计算泵车重心的坐标及其绝对安全区域或临界安全区域，并判断泵车重心实际所在区域，根据判断结果通过执行机构控制泵车（20）臂节的动作。
10.根据权利要求9所述泵车的防倾覆安全控制系统，其特征在于，包括人机交互机构，所述人机交互机构将接收的外部输入信号传输至中央处理器，中央处理器根据接收到的信号，控制泵车（20）作业。
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