专利名称：臂架系统的定位装置、臂架系统、混凝土泵车及布料架的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种臂架系统的控制技术，特别涉及一种臂架系统的定位装置，还涉及到具有该臂架系统的定位装置的臂架系统、混凝土泵车及布料架。
背景技术：
混凝土泵车是一种常用的工程机械，用于将混凝土泥浆通过输送管道输送到预定 的地点，以在远离搅拌站的位置进行混凝土浇注作业。如图1所示，该图是一种混凝土泵车的总体结构图。混凝土泵车包括混凝土泵和 臂架系统，臂架系统8包括底座10、转台11、臂架9。为了施工转场的方便，底座10—般安 装在一个移动式底盘上。转台11通过回转机构安装在底座10上，并在一个液压马达的驱动 下绕一个竖轴18旋转。臂架9包括五个顺序通过水平延伸的铰接轴铰接的臂段12至16， 其中臂段12下端与转台11铰接，并依赖于一个液压缸改变与转台11之间的夹角，各臂段 之间分别能够在一个液压缸驱动下绕其之间的铰接轴相对旋转，从而改变各臂段之间的位 置关系，另外，还设置连接在臂架9的末节臂段16最外端的软管17，末节臂段16的最外端 形成臂架末端20。在进行混凝土施工作业时，操作人员采用合适的方式对臂架系统8进行控制。通 过调整各液压缸的伸缩量控制臂架9各臂段之间的相对位置，通过液压马达控制转台11的 旋转角度，使臂架末端20到达预定的浇注位置上方。软管17通过固定在各臂段上的输送 管道连接到混凝土输送泵，混凝土泥浆在混凝土输送泵的作用下，通过臂架9上的输送管 道到达臂架末端20，再从软管17终端喷出，到达预定的浇注位置。目前，为了提高臂架系统的控制效率，人们主要通过智能控制系统对混泥土泵车 的臂架系统8进行自动控制。智能控制系统的控制原理是以预定坐标系为参考坐标系，根 据预定浇注位置确定臂架末端20的目标位置，适合的规划单元根据臂架末端20的位置参 数和目标位置确定液压马达的旋转角度及各液压缸的伸缩量，通过计算机控制的方式控制 液压系统液压油的流量，使液压马达和液压缸按照预定策略进行协调动作，最终使臂架末 端20进行预定的动作，到达目标位置，在预定位置进行混凝土浇注作业(详细内容可参考 中国专利文献CN1975070)。根据现有控制方式可以确定，准确确定臂架末端20的位置参数是控制臂架系统8 的关键。目前，智能控制系统主要采用倾角传感器确定各臂段的倾斜角度，再根据获得的倾 斜角度及预定的策略确定各臂段的姿态参数，最终根据各臂段的姿态参数确定臂架末端20 在预定坐标系中的位置参数。现有技术虽然能够获得臂架末端20的位置参数，但在实际控制过程中，由于倾角 传感器的精度、温漂、安装方式等因素的影响，使获得的倾斜角度具有误差；而且，根据混凝 土泵泵送流量及流速的不同，臂架9各臂段产生的形变也会产生变化；这样，不仅获得的各 臂段的姿态参数存在很好大的误差，而且，各臂段顺序铰接的结构还会使各臂段姿态参数 的误差进行叠加，使最后获得的臂架末端20的位置参数与实现位置相差很大，难以满足对臂架系统控制的需要，进而影响混凝土泵车的工作效率和使用性能。当前，提高各臂段姿态参数及臂架末端20的位置参数精度的方式主要有两种一 是改善倾角传感器的性能，以减小倾角传感器获得的倾斜角度误差；二是根据臂架形变的 特性对臂架的姿态参数进行补偿，以减小由于臂架形变造成的误差。但倾角传感器本身的 特性和个体差异，以及臂架形变的不确定性限制了臂段姿态参数及臂架末端20位置参数 精度的提高。专利文献CN200810136105中，公开了一种用GPS模件作为位置传感器，以地为基准确定属于各臂段姿态参数的技术方案，但该技术方案仅仅公开了一种确定臂架系统预定 检测点坐标参数的方法，并不能减小各臂段姿态参数及臂架末端20的位置参数的误差，从 而仍然难以满足实际作业对臂架系统控制的需要。因此，如何以较高的精度获得臂架系统预定位置的位置参数是当前该技术领域的 一个技术难题。
实用新型内容针对上述技术难题，本实用新型一方面的目的在于，提供一种臂架系统的定位装 置，该定位装置能够以较高的精度获得臂架系统预定位置的位置参数。在上述臂架系统的定位装置的基础上，本实用新型另一方面的目的在于，提供了 一种包括上述定位装置的臂架系统及包括该臂架系统的混凝土泵车和布料架。本实用新型提供的臂架系统的定位装置包括处理器和至少一个移动GPS接收器； 所述处理器包括接收单元和处理单元；所述移动GPS接收器安装在检测点上，用于根据对预定卫星组的观测获得所述检 测点的初始位置参数；所述检测点位于臂架系统的预定位置；所述接收单元能够接收基准GPS接收器传送的载波相位信息和所述初始位置参 数；所述基准GPS接收器安装在预定的基准站，并能够根据对所述卫星组的观测获得所述 载波相位信息；所述臂架系统与所述基准站之间的距离小于预定值；所述处理单元能够根据所述初始位置参数和载波相位信息获得所述检测点的位
置参数。优选的，所述接收单元能够接收多个预定的基准GPS接收器传送的所述载波相位 信息；所述处理单元包括修正模块和中心模块，所述修正模块能够根据多个载波相位信息 获得修正的载波相位信息，所述中心模块能够根据所述修正的载波相位信息和所述初始位 置参数获得所述检测点的位置参数。本实用新型提供的臂架系统包括底座、转台和臂架，所述臂架下端与转台相连，并 包括至少三节顺序铰接的臂段，所述转台通过回转机构安装在底座上，所述转台与底座之 间，臂架与转台之间及各臂段之间依赖于液压元件的驱动进行相对运动；还包括智能控制 系统和包括上述任一种臂架系统的定位装置，至少一个所述检测点位于末节臂段上；所述 智能控制系统根据所述检测点的位置参数控制臂架末端的位置，所述臂架末端为所述末节 臂段的外端。优选的，所述臂架系统的定位装置包括多个移动GPS接收器；所述检测点包括静 态检测点和动态检测点；所述静态检测点与所述底座相对固定，且在预定坐标系中具有预定的坐标参数，至少一个所述动态检测点位于末节臂段上；所述预定坐标系为智能控制系 统控制臂架系统的参考坐标系，所述检测点的位置参数为所述处理单元根据所述静态检测 点与动态检测点的位置参数获得的所述动态检测点在所述预定坐标系中的坐标参数。优选的，所述检测点包括多个动态检测点，多个所述动态检测点分别位于各所述 臂段上。优选的，所述动态检测点分别位于各所述臂段的外端。本实用新型提供的混凝土泵车包括混凝土泵和臂架系统，所述臂架系统为上述任 一种臂架系统，所述混凝土泵与所述底座相对固定。本实用新型提供的混凝土布料架包括架体和臂架系统，所述臂架系统为上述任一 种臂架系统，所述架体与所述底座相对固定。与现有技术相比，本实用新型提供的定位装置中，利用移动GPS接收器对预获得 检测点的初始位置参数，再用基准GPS接收器传送的载波相位信息，根据载波相位差分的 原理，对检测点的初始位置参数进行修正，获得检测点的位置参数。该技术方案利用载波相 位差分原理获得检测点的位置参数，可以将获得的位置参数精确到厘米或更高的精度，因 此，可以更加精确地确定检测点的位置参数；在检测臂段的预定部位或臂架末端的位置参 数时，可以精确在确定其位置参数；避免臂架变形，传感器产生的误差，满足对臂架准确控 制的需要，为提高混凝土泵的工作效率奠定基础。在进一步的技术方案中，根据多个基准GPS接收器获得的载波相位信息获得修正 的载波相位信息，并以修正的载波相位信息作为获得检测点位置参数的依据，可以进一步 提高检测点位置参数的准确性。由于具有上述臂架系统的定位装置，提供的具有该定位装置的臂架系统也具有相 对应的技术效果；在优选的技术方案中，所述定位装置还可以将检测点的位置参数进行转 换，将以地为参考的位置参数转换为以预定坐标系的坐标参数，且预定坐标系以臂架系统 的底座相对固定，这样，智能控制系统能够根据目标位置和臂架末端在预定坐标系中的坐 标参数较快确定臂架系统各液压元件的运动量，提高控制效率。
图1是一种混凝土泵车的总体结构图；图2是本实用新型提供的臂架系统的定位方法的原理示意图；图3是本实用新型实施例一提供的臂架系统的定位方法的流程图；图4是本实用新型实施例二提供的臂架系统的定位方法的流程图；图5是本实用新型提供的臂架系统的定位装置的结构框图。
具体实施方式
GPS (Global Positioning System，全球定位系统)是一个无线电空间定位系统， 它利用预定的卫星组和地面上的基准站，以地为参考，确定地球表面上预定地点的位置参 数。目前，GPS系统广泛应用于各领域，其基本的应用原理是，对目标地点进行定位，确定其 位置参数，以为下一步的工作提供参考，如确定飞机、船舶的位置参数，以便于确定其航向， 实现对飞机、船舶的导航；还可以确定预定地点经度、纬度和海拨高度，以实现对预定区域的测绘，等等。随着工程机械技术的发展，对工程机械预定部件进行精确控制已经成为工程机械技术的重要内容之一，对预定部件进行精确控制的前提是精确确定预定部件的位置参数； 当前，确定预定部件的位置参数均是以工程机械本身相应位置为参考进行；由于工程机械 结构、部件误差变形的存在，以这种方式确定的位置参数必然存在较大的误差，且该误差会 由于工程机械部件运动而变化，这样就限制了位置参数精度的提高。为此，本实用新型提供 技术方案的核心在于，突破以工程机械内部相应位置为基础确定预定部件位置参数的传统 方式，将GPS定位技术应用于工程机械控制过程中，充分利用GPS系统精确定位的功能，在 工程机械外部建立适当参照，确定预定部件的位置参数，以避免工程机械内部误差对精度 的不利影响，提高预定部件位置参数的精度和准确性。
以下结合附图对本实用新型提供的技术方案进行详细描述，本部分的描述仅是示 范性和解释性，不应对本实用新型的保护范围有任何的限制作用。请参考图2和图3，图2是本实用新型提供的臂架系统的定位方法的原理示意图， 图3是本实用新型实施例一提供的臂架系统的定位方法的流程图。臂架系统的定位方法包括以下步骤S100，根据移动GPS接收器520对预定的卫星组210的观测，获得检测点230的初 始位置参数，并获取基准GPS接收器传送的载波相位信息。移动GPS接收器520根据载波相位测量原理对卫星组210的观测，以保持较高的 测量精度。移动GPS接收器520安装在臂架系统的检测点230上，检测点230可以根据实 际作业的需要，选择合适的预定位置，以便于移动GPS接收器520对卫星组210的观测。基准GPS接收器安装于基准站220，基准站220具有已经精确确定位置参数，该位 置参数可以是以地为参考的位置参数；基准GPS接收器根据载波相位测量原理对同一卫星 组210进行观测，并根据卫星的载波信号获得载波相位信息，载波相位信息可以是载波相 位修正量，也可以是载波相位。根据载波相位差分测量原理，为了保持载波相位信息对移动GPS接收器520可用 性，减小由于基准GPS接收器与移动GPS接收器520之间传播延迟造成的误差，应当使臂架 系统与基准站220之间的距离小于预定值，即使检测点230与基准站220之间的距离小于 预定值，优选小于500公里，因此，应当根据臂架系统所在位置选择接收适合的基准站220 传送载波相位信息。S200，根据载波相位信息和检测点230的初始位置参数获得检测点230的位置参 数。根据载波相位差分原理，根据载波相位信息可以获得距离改正数，进而利用距离改正数 对初始位置参数进行修正，消除卫星钟误差、星历误差、电离层误差和对流层误差，提高检 测点230位置参数的精度。本例中，可以利用载波相位差分原理获得比较精确的检测点230的位置参数，该 位置参数可以精确到厘米或更高的定位精度；在实际控制作业中，可以根据实现需要将检 测点230设置在适合的位置，比如，可以将检测点230设置在臂架9各臂段上，从而可以根 据检测点230的位置参数精确地确定各臂段的姿态参数，也可以将检测点230设置在臂架 末端20上，这样可以准确地确定臂架末端20的位置参数，满足对臂架系统准确控制的需 要，以提高对混凝土泵车臂架系统的控制效率。[0043]为了减小基准GPS接收器发送载波相位信息时产生的误差，在实施例二中还提供了另一种臂架系统的定位方法。请参考图4，该图是本实用新型实施例二提供的臂架系统的定位方法的流程图。与 实施例一提供的臂架系统的定位方法相比，其不同之处在于在步骤SlOO中，还可以获取多个基准GPS接收器分别传送的载波相位信息。多个 基准GPS接收器可以是位于不同基准站220的基准GPS接收器，也可以是位于相同基准站 220的基准GPS接收器。步骤S200可以包括以下步骤S210，根据多个载波相位信息获得修正的载波相位信息。获得修正的载波相位信 息方法有多种选择，可以通过获得平均值的方式获得修正的载波相位信息，也可以通过均 方差的方式获得的修正的载波相位信息，等等。S220，根据修正的载波相位信息和移动GPS接收器520获得的初始位置参数获得 检测点230的位置参数。该方法能够减小基准站本身原因造成的误差，提高检测点230位置参数的精度。基于上述臂架系统的定位方法，本实用新型还提供了一种臂架系统的定位装置， 用于确定臂架系统预定位置的位置参数。请参考图5，该图是本实用新型提供的臂架系统的 定位装置的结构框图。该定位装置置包括处理器510和多个移动GPS接收器520 ；处理器 510包括接收单元511和处理单元512。多个移动GPS接收器520接收器分别安装在多个检测点230上，用于根据对卫星 组210的观测分别获得相应检测点230的初始位置参数。与上述定位方法相同，检测点230 可以根据实际作业的需要，选择合适的位置，以方便移动GPS接收器520对卫星组210进行 观测。同时，为了方便确定臂架9各臂段的姿态参数，优选使检测点230位于在各臂段的外 端，这样能够通过各臂段外端的位置参数更容易地确定各臂段的姿态参数。接收单元511用于接收基准GPS接收器传送的载波相位信息和检测点230的初始 位置参数。基准GPS接收器安装在预定的基准站220，并能够根据对卫星组210的观测获得 载波相位信息；同样，为了减小基准GPS传播载波相位信息造成的误差，可以使检测点230 与基准站220之间的距离小于预定值，与上述方法相同，可以使臂架系统与基准站220之间 的距离小于500公里。处理单元512用于根据检测点230的初始位置参数和载波相位信息获得检测点 230的位置参数。载波相位信息可以是载波相位修正量和基准站220的位置参数，或者载波 相位和基准站220的位置参数；处理单元512根据载波相位信息可以确定距离改正数；依 据距离改正数对检测点230的初始位置参数进行修正，获得检测点230的高精度位置参数。同样，为了提高位置参数的精度，与上述方法相同，也可以使接收单元511同时接 收多个基准GPS接收器传送的载波相位信息；同时，处理单元512包括修正模块和中心模 块，修正模块能够根据多个载波相位信息获得修正的载波相位信息，中心模块能够根据修 正的载波相位信息和检测点230的初始位置参数获得检测点230的位置参数。在提供上述臂架系统的定位装置的基础上，还提供了包括上述臂架系统的定位装 置的臂架系统。参照图1，提供的臂架系统包括底座10、转台11和臂架9，臂架9下端与转 台11相连，并包括多节顺序铰接的臂段，各臂段为12、13、14、15、16，其中臂段16为末节臂段，其外端形成臂架末端20 ；转台11通过回转机构安装在底座10上，转台11与底座10之 间，臂架5与转台11之间及各臂段之间依赖于液压元件的驱动进行相对运动；还包括现有 技术中的智能控制系统，该智能控制系统能够根据臂架末端20的位置参数与目标位置之 间的关系，控制臂架9各臂段的姿态，使臂架末端20到达目标位置，以进行混凝土浇注作 业。其具体的控制原理与背景技术相同，在此不再赘述。与现有技术的不同之处在于，臂架系统还包括上述的臂架系统的定位装置，其中， 至少一个检测点230位于末节臂段16上，这样，定位装置就能够向智能控制系统提供臂架 末端20的位置参数；智能控制装置可以根据该位置参数和目标位置参数，调整臂架9各臂 段的姿态，使臂架末端20到达目标位置，完成对臂架系统8的控制。为了方便确定臂架末端20的位置参数，优选的技术方案是，使位于末节臂段16上 的检测点230与臂架末端20重合，这样，检测点230的位置参数就可以作为臂架末端20的 位置参数；可以理解的是，检测点230不限于与臂架末端20重合，只有检测点230位于末节 臂段16的预定位置，且臂架末端20与该预定位置具有预定的位置关系，就可以根据检测点 230的位置参数确定臂架末端20的位置参数，减小由于各臂段变形叠加而使误差增加，实 现本实用新型目的。在定位装置只有一个检测点230，且该检测点230又位于末节臂段16上时，其他臂 段的姿态参数可以根据现有技术提供的技术方案确定，此时，由于可以更加精确地确定臂 架末端20的位置参数，因此，也可以很容易地获得臂架末端20的位置参数；满足臂架系统 8进行精确控制的需要，实现本实用新型的目的。为了更精确地确定各臂段的姿态参数，以使智能控制系统能够实现对各臂段姿态 的精确调整，优选的技术方案是，在臂架9的各臂段上分别设置检测点230，并在各检测点 设置移动GPS接收器520 ；通上述相同的方式，可以精确地确定每一个检测点230的位置参 数，从而更精确地确定各臂段的姿态参数，为智能控制系统调整各臂段的姿态提供前提。优 选的技术方案是，将各检测点230设置在各臂段的外端，这样可以更方便地确定相应臂段 内端与外端的位置参数，根据内端和外端的位置参数可以非常容易地确定该臂段的姿态参 数。根据GPS定位原理，直接获得的检测点230的位置参数可以是以地为基础的参数 (包括经度、纬度和海拨高度)。因此，利用检测点230的位置参数的方式有两种第一种方式是，直接利用检测点230的以地基础的位置参数，此时，智能控制系统 也要建立以地为基础的坐标系，并以地为基础确定各臂段姿态参数，臂架末端20的位置参 数及目标位置。该方式不仅会增加智能控制系统的复杂性，还会延长智能控制系统的响应 时间和控制周期，因此，优选第二种方式。第二种方式是，将检测点230的以地为基础的位置参数进行转换。为了简化智能 控制系统的结构，缩短系统控制响应时间和控制周期，本实用新型提供的另一种臂架系统 中，就对检测点230的以地为基础的位置参数进行转换。该臂架系统中，其检测点230包 括静态检测点和多个动态检测点；静态检测点与底座10相对固定，因此可以设置在底座10 上，且在预定坐标系中具有确定的坐标参数，优选静态检测点与预定坐标系的原点重合；与 现有技术相同，该预定坐标系为智能控制系统控制臂架系统的参考坐标系。多个动态检测 点均位于臂架9上，并分别位于各臂段上。由于静态检测点在预定坐标系中的坐标参数已确定，处理单元512能够根据静态检测点与动态检测点的以地为基础的位置参数之间的关 系获得的动态检测点在所述预定坐标系中的坐标参数，并将该坐标参数作为向智能控制系 统提供的位置参数，这样，智能控制系统就可以直接利用该位置参数对臂架系统8进行控 制。该技术方案可以充公利用现有智能控制系统的控制结构，方便对臂架系统的改造。当 然，根据上述描述，本例中，检测点230也可以包括一个静态检测点和一个动态检测点，也 能够实现本实用新型的目的。在提供了上述臂架系统的基础上，还提供了一种混凝土泵车和混凝土布料架，提 供的混凝土泵车包括混凝土泵和臂架系统，臂架系统为上述任一种臂架系统，混凝土泵与 底座10相对固定。提供的混凝土布料架，包括架体和臂架系统，臂架系统为上述任一种臂 架系统，架体与底座10相对固定。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和 润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求一种臂架系统的定位装置，其特征在于，包括处理器(510)和至少一个移动GPS接收器(520)；所述处理器(510)包括接收单元(511)和处理单元(512)；所述移动GPS接收器(520)安装在检测点(230)上，用于根据对预定卫星组(210)的观测获得所述检测点(230)的初始位置参数；所述检测点(230)位于臂架系统的预定位置；所述接收单元(511)能够接收基准GPS接收器传送的载波相位信息和所述初始位置参数；所述基准GPS接收器安装在预定的基准站(220)，并能够根据对所述卫星组(210)的观测获得所述载波相位信息；所述臂架系统与所述基准站(220)之间的距离小于预定值；所述处理单元(512)能够根据所述初始位置参数和载波相位信息获得所述检测点(230)的位置参数。
2.根据权利要求1所述的臂架系统的定位装置，其特征在于，所述接收单元(511)能够接收多个预定的基准GPS接收器传送的所述载波相位信息；所述处理单元(512)包括修正模块和中心模块，所述修正模块能够根据多个载波相位 信息获得修正的载波相位信息，所述中心模块能够根据所述修正的载波相位信息和所述初 始位置参数获得所述检测点(230)的位置参数。
3.一种臂架系统，包括底座(10)、转台(11)和臂架(9)，所述臂架(9)下端与转台(11) 相连，并包括至少三节顺序铰接的臂段，所述转台(11)通过回转机构安装在底座(10)上， 所述转台(11)与底座(10)之间，臂架(9)与转台(11)之间及各臂段之间依赖于液压元件 的驱动进行相对运动；还包括智能控制系统，其特征在于，还包括权利要求1或2所述的臂 架系统的定位装置，至少一个所述检测点(230)位于末节臂段(16)上；所述智能控制系统 根据所述检测点(230)的位置参数控制臂架末端(20)的位置，所述臂架末端(20)为所述 末节臂段(16)的外端。
4.根据权利要求3所述的臂架系统，其特征在于，所述臂架系统的定位装置包括多个 移动GPS接收器(520)；所述检测点(230)包括静态检测点和动态检测点；所述静态检测点 与所述底座(10)相对固定，且在预定坐标系中具有预定的坐标参数，至少一个所述动态检 测点位于末节臂段(16)上；所述预定坐标系为智能控制系统控制臂架系统的参考坐标系， 所述检测点(230)的位置参数为所述处理单元(512)根据所述静态检测点与动态检测点的 位置参数获得的所述动态检测点在所述预定坐标系中的坐标参数。
5.根据权利要求4所述的臂架系统，其特征在于，所述检测点(230)包括多个动态检测 点，多个所述动态检测点分别位于各所述臂段上。
6.根据权利要求5所述的臂架系统，其特征在于，所述动态检测点分别位于各所述臂 段的外端。
7.—种混凝土泵车，包括混凝土泵和臂架系统，其特征在于，所述臂架系统为权利要求 3-6任一项所述的臂架系统，所述混凝土泵与所述底座(10)相对固定。
8.—种混凝土布料架，包括架体和臂架系统，其特征在于，所述臂架系统为权利要求 3-6任一项所述的臂架系统，所述架体与所述底座(10)相对固定。
专利摘要本实用新型公开一种臂架系统的定位装置、臂架系统、混凝土泵车及布料架。公开的臂架系统的定位装置，根据移动GPS接收器对卫星组的观测获得检测点的初始位置参数，并获取基准GPS接收器传送的载波相位信息，所述臂架系统与基准站之间的距离小于预定值；再根据所述载波相位信息和初始位置参数获得所述检测点的位置参数。该技术方案利用载波相位差分的原理获得检测点的位置参数，可以将获得的位置参数精确到厘米或更高的精度，因此，可以更加精确地确定检测点的位置参数；在检测臂段的预定部位或臂架末端的位置参数时，可以精确在确定其位置参数，满足对臂架系统准确控制的需要，为提高混凝土泵车的工作效率奠定基础。
文档编号E04G21/04GK201567797SQ20092035012
公开日2010年9月1日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者吴罕奇, 周继辉, 周翔, 陈安涛 申请人:三一重工股份有限公司