混凝土泵车监控方法、混凝土泵车监控系统及混凝土泵车技术领域
本发明涉及混凝土泵车监控技术领域，具体而言，涉及一种混凝土泵车监控方法、混凝
土泵车监控系统及混凝土泵车。
背景技术
轮式工程机械，如混凝土泵车在施工前需要将支腿展开，以确保臂架安全布料。但是受
施工场地的限制，往往支腿无法完全展开，此时臂架进行布料操作存在极大的安全隐患。在
实际施工时，由于支腿未完全展开而造成的设备倾翻事故频发，是混凝土泵车安全事故的主
要原因之一。
为了克服这种缺陷，发明了一种X形支腿的泵车，可以仅展开一侧的支腿进行支撑，但
是这种泵车的使用对工作区域有着严格的规定：使用单侧支撑的工作区域为从布料臂架安放
位置起计算约为130°。由于泵车使用时，控制系统目前只能识别支腿完全展开或者单侧展开
两种工况，从而对臂架的回转进行安全监控，两种工况下，臂架的回转角度分别为0至360°
和0至130°，而当支腿在两种工况之间的某个展开位置时，控制系统无法计算臂架安全动作
范围，使得泵车安全工作范围受到很大限制。
为了拓展支腿未完全展开时臂架的布料范围，专利文献CN102248933A提出一种通过传
感器检测计算支腿展开范围确定臂架可回转角度的方法，该专利的主要局限在于在当知道臂
架支腿的坐标时，仅能够确定臂架回转的最小安全工作范围，不能实现最大安全布料范围的
计算，使得臂架工作范围覆盖不全面，限制了泵车安全工作范围。当受施工场地限制，支腿
单侧支撑也不能够完全展开时，此时按照该专利文献提供的方法计算，臂架安全工作范围的
回转角度很小几乎为0°，泵车不能在此工况下布料工作。
发明内容
本发明旨在提供一种对泵车进行实时监控以防止其倾翻的混凝土泵车监控方法、混凝土
泵车监控系统及混凝土泵车。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种混凝土泵车监控方法，包括以
下步骤：根据支腿的支撑位置计算混凝土泵车的整车重心安全区域；根据臂架的实时位置计
算混凝土泵车的整车重心位置；判断整车重心位置是否位于整车重心安全区域内；根据判断
结果控制混凝土泵车的动作。
进一步地，根据支腿的支撑位置计算混凝土泵车的整车重心安全区域包括以下步骤：获
取每个支腿油缸的活塞杆的行程；根据每个支腿油缸的活塞杆的行程以及各支腿油缸的结构
参数计算每个支腿的支撑点的坐标；根据每个支腿的支撑点的坐标确定整车重心安全区域，
其中整车重心安全区域为每个支腿的支撑点的连线所形成的多边形所围成的内部区域。
进一步地，根据臂架的实时位置计算混凝土泵车的整车重心位置包括以下步骤：获取臂
架回转角度；获取臂架的每个节臂油缸的活塞杆的行程；根据每个节臂油缸的活塞杆的行程，
确定在回转角度下臂架的姿态参数；根据混凝土泵车的结构参数和臂架的姿态参数计算整车
重心位置，其中混凝土泵车的结构参数包括臂架的三维模型。
进一步地，判断整车重心位置是否位于整车重心安全区域内包括以下步骤：获取在当前
回转角度下，臂架和整车重心安全区域的边界在同一水平投影面上的交点；计算交点与转台
中心的距离，得到安全距离；获取在当前回转角度下，整车重心位置与转台中心的距离，得
到整车重心偏移距离；比较安全距离与整车重心偏移距离的大小；根据比较结果判断整车重
心位置是否位于整车重心安全区域内。
进一步地，根据比较结果判断整车重心位置是否位于整车重心安全区域内包括以下步骤：
当安全距离＞整车重心偏移距离时，判断整车重心位置位于整车重心安全区域内；当安全距
离≤整车重心偏移距离时，判断整车重心位置超出整车重心安全区域。
进一步地，根据判断结果控制混凝土泵车包括以下步骤：当判断整车重心位置超出整车
重心安全区域时，调整臂架的任一节臂动作或调整臂架的回转角度，使整车重心位置向整车
重心安全区域内移动。
根据本发明的另一方面，提供了一种混凝土泵车监控系统，包括：第一计算单元，用于
根据支腿的支撑位置计算混凝土泵车的整车重心安全区域；第二计算单元，用于根据臂架的
实时位置计算混凝土泵车的整车重心位置；判断单元，分别与第一计算单元和第二计算单元
连接，用于判断整车重心位置是否位于整车重心安全区域内；控制单元，与判断单元连接，
用于根据判断单元的判断结果控制混凝土泵车的动作。
进一步地，第一计算单元包括：第一采集模块，包括安装在每个支腿油缸上用于检测活
塞杆行程的第一检测装置；第一计算模块，用于根据每个支腿油缸的活塞杆行程以及各支腿
油缸的结构参数计算每个支腿的支撑点的坐标；确定模块，用于根据每个支腿的支撑点的坐
标确定整车重心安全区域。
进一步地，第二计算单元包括：第二采集模块，包括安装在转台上用于检测臂架的回转
角度的编码器；第三采集模块，包括安装在臂架的每个节臂油缸上用于检测每个节臂活塞杆
行程的第二检测装置；第二计算模块，用于根据每个节臂油缸的活塞杆行程确定在回转角度
下臂架的不同姿态参数；第三计算模块，用于根据混凝土泵车的结构参数和臂架的姿态参数
计算整车重心位置，其中混凝土泵车的结构参数包括臂架的三维模型。
进一步地，判断单元包括：第四计算模块，用于计算安全距离，其中，安全距离是指，
在臂架的任一回转角度，臂架和整车重心安全区域的边界在同一水平投影面上的交点与转台
中心的距离；第五计算模块，用于计算整车重心偏移距离，整车重心偏移距离是指，臂架位
于回转角度时，整车重心位置与转台中心的距离；比较模块，用于比较安全距离与整车重心
偏移距离的大小；判断模块，用于根据比较结果判断整车重心位置是否位于整车重心安全区
域内。
根据本发明的另一方面，提供了一种混凝土泵车，包括用于进行布料作业的臂架、用于
支撑混凝土泵车的可伸缩的支腿以及用于对臂架作业的安全性进行监控的混凝土泵车监控系
统，混凝土泵车监控系统为前述任一种的混凝土泵车监控系统。
应用本发明的技术方案，根据支腿的支撑位置计算混凝土泵车的整车重心安全区域，根
据臂架的实时位置计算混凝土泵车的整车重心位置，可以对整车重心安全区域以及整车重心
位置进行实时监控。通过判断整车重心位置是否位于整车重心安全区域内，可以根据判断结
果控制混凝土泵车的动作，防止整车重心位置超出整车重心安全区域，进而避免混凝土泵车
发生倾翻事故。本发明在支腿的任一展开位置都可以对整车重心安全区域进行监控，克服了
现有技术只能对支腿单侧展开或完全展开状态进行监控的缺陷，避免对泵车的监控出现盲区；
同时根据整车的实时重心是否在实时的整车重心安全区域内判断整车的安全性，实现了臂架
在最大安全范围内布料。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书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示出了根据本发明的实施例的混凝土泵车监控方法的示意图；
图2示出了根据本发明的实施例的混凝土泵车支腿展开的示意图；
图3示出了根据本发明的实施例的臂架姿态示意图；以及
图4示出了根据本发明的实施例的混凝土泵车监控系统的示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。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。
如图1所示，根据本发明的一个实施例，提供了一种混凝土泵车监控方法，该方法包括
步骤S100至步骤S400。
S100.根据支腿的支撑位置计算混凝土泵车的整车重心安全区域。
S200.根据臂架的实时位置计算混凝土泵车的整车重心位置。
S300.判断整车重心位置是否位于整车重心安全区域内。
S400.根据判断结果控制所述混凝土泵车的动作。
在本发明的一个优选的实施例中，还提供一种根据支腿的支撑位置计算混凝土泵车的整
车重心安全区域的计算方法，包括以下步骤：
获取每个支腿油缸的活塞杆的行程，此步骤通过内置或外置在每个支腿油缸上的第一检
测装置进行。
根据每个支腿油缸的活塞杆的行程以及各个支腿油缸的结构参数计算每个支腿的支撑点
的坐标。
将每个支腿的支撑点连接以形成多边形，根据该多边形所围成的内部区域确定整车重心
安全区域。
在本发明的一个优选的实施例中，还提供一种根据臂架的实时位置计算混凝土泵车的整
车重心位置的计算方法，包括以下步骤：
获取臂架回转角度，此步骤通过安装在转台上的编码器进行。
获取臂架的每个节臂油缸的活塞杆的行程，此步骤通过内置或外置在各个节臂油缸上的
第二检测装置实时进行。
根据各个节臂油缸的活塞杆的行程，确定在前述回转角度下，臂架的不同姿态参数。
根据混凝土泵车的结构参数和臂架的姿态参数计算整车重心位置，其中混凝土泵车的结
构参数包括臂架的三维模型，三维模型中的参数包括：混凝土泵车的各结构件质心坐标、各
结构件质量、运动构件中各构件的连接关系、连接铰点坐标。这里整车重心位置的计算以及
受控对象为整个臂架的所有节臂的收展以及回转。
在进行布料作业时，臂架会处于不同的姿态，当臂架的姿态调整时，整车重心位置会相
应改变，所以整车重心位置的判断需要结合臂架的实时姿态进行。而臂架的姿态可以通过姿
态参数予以确定，姿态参数主要包括：臂架回转角度、各节臂油缸活塞杆位移、三维模型中
的参数。
重心计算公式为物理学、数学上的公知计算方法，只要输入的条件满足，就可以按照公
知的计算公式来计算整车重心位置。这里输入的条件包括：混凝土泵车的臂架的各节臂的重
心位置以及各节臂的相对位置。其中各节臂的重心位置包含在臂架的三维模型中，而臂架在
不同姿态时各节臂的的相对位置，即臂架的姿态参数可以通过各个节臂油缸上的第二检测装
置反馈得知。
在本发明的一个优选的实施例中，还提供一种判断整车重心位置是否位于整车重心安全
区域内的计算方法，包括以下步骤：
获取在当前回转角度下，臂架和整车重心安全区域的边界在同一水平投影面上的交点。
计算交点与转台中心之间的距离，得到安全距离。
获取在当前回转角度下，整车重心位置与转台中心之间的距离，得到整车重心偏移距离。
比较安全距离与整车重心偏移距离的大小。
根据比较结果判断整车重心位置是否位于整车重心安全区域内。
在实际操作中，出于安全操作的要求，还可以先确定一个安全系数，然后用整车重心偏
移距离乘以该安全系数，所得的数值与安全距离进行比较，从而判断整车重心位置是否位于
整车重心安全区域内。安全系数是根据混凝土泵车的结构参数以及安全操作规定得出的确定
值。
在本发明的一个优选的实施例中，还提供一种根据比较结果判断整车重心位置是否位于
整车重心安全区域内的判断方法，包括以下步骤：
当安全距离＞整车重心偏移距离时，判断整车重心位置位于整车重心安全区域内。
当安全距离≤整车重心偏移距离时，判断整车重心位置超出整车重心安全区域。
或者包括以下步骤：
当安全距离＞整车重心偏移距离×安全系数时，判断整车重心位置位于整车重心安全区
域内。
当安全距离≤整车重心偏移距离×安全系数时，判断整车重心位置超出整车重心安全区
域。
在本发明的一个优选的实施例中，还提供一种根据判断结果控制混凝土泵车的动作的控
制方法，包括以下步骤：
当判断整车重心位置位于整车重心安全区域内时，对臂架不进行调整，臂架继续布料操
作。
当判断整车重心位置超出整车重心安全区域时，对臂架操作进行干预，通过调整臂架的
任一节臂动作或调整臂架的回转角度，使整车重心位置向整车重心安全区域内移动，防止混
凝土泵车发生倾翻事故。
结合参见图2和图3，给出了判断整车重心位置是否位于整车重心安全区域80内的一个
示例。混凝土泵车包括第一支腿71、第二支腿72、第三支腿73和第四支腿74。当四个支腿
展开后，与混凝土泵车的整车重心相关性较大的运动结构部件主要包括转台50和臂架，其中
臂架包括顺次连接的第一节臂61、第二节臂62、第三节臂63、第四节臂64以及第五节臂65，
第一节臂61与转台50连接。臂架一般包括五种典型姿态，其中第一姿态A为所有节臂水平
延伸；第二姿态B为所有节臂竖直向上延伸；第三姿态C为第一节臂61和第二节臂62竖直
向上延伸，第三节臂63水平延伸，第四节臂64和第五节臂65斜向下延伸，使臂架形成地面
一般拱形姿态；第四姿态D为第一节臂61水平延伸，其余所有节臂均竖直向下延伸，形成地
下最深位置姿态；第五姿态E为第一节臂61水平延伸，第二节臂62和第三节臂63竖直向下
延伸，第四节臂64和第五节臂65斜向下延伸，形成地下反伸最远姿态。
设当前臂架的回转角度为θ，安全距离为X，臂架和整车重心安全区域80的边界在同一
水平投影面上的交点G，经计算得出臂架在第一姿态A时的第一重心G1和第一整车重心偏移
距离X1，臂架在第二姿态B时的第二重心G2和第二整车重心偏移距离X2，臂架在第三姿态
C时的第三重心G3和第三整车重心偏移距离X3，臂架在第四姿态D时的第四重心G4和第
四整车重心偏移距离X4，臂架在第五姿态E时的第五重心G5和第五整车重心偏移距离X5。
那么X1＞X4＞X5＞X3＞X2，若此时X4≥X≥X5，则可以判断出第一姿态A和第四姿态D
下整车重心位置超出整车重心安全区域80，混凝土泵车存在倾翻危险，需要对臂架的操作进
行干预，第五姿态E、第三姿态C和第二姿态B下整车重心位置位于整车重心安全区域80内，
混凝土泵车不存在倾翻危险，不需要对臂架的操作进行干预。
根据以上五种典型姿态可知，只需要判断某一姿态下的整车重心偏移距离小于或等于此
时的安全距离X，则臂架在安全范围内操作。
结合参见图4，根据本发明的另一个实施例，提供了一种混凝土泵车监控系统，包括第一
计算单元10、第二计算单元20、判断单元30以及控制单元40。其中第一计算单元10和第二
计算单元20分别与判断单元30相连接，判断单元30与控制单元40连接。
第一计算单元10用于根据支腿的支撑位置计算混凝土泵车的整车重心安全区域80，其中
第一计算单元10包括第一采集模块、第一计算模块和确定模块。
第一采集模块包括安装在每个支腿油缸上的第一检测装置，第一检测装置用于检测支腿
油缸的活塞杆行程。其中支腿油缸有多个，分别与四个支腿驱动连接。第一检测装置有多个，
分别内置或外置在每个支腿油缸上。第一计算模块用于根据第一检测装置检测到的每个支腿
油缸的活塞杆行程以及各支腿油缸的结构参数计算每个支腿的支撑点的坐标。确定模块用于
根据第一计算模块计算出的每个支腿的支撑点的坐标确定混凝土泵车的整车重心安全区域
80。整车重心安全区域80具体为将每个支腿的支撑点连接形成的多边形所围成的区域。
第二计算单元20用于根据臂架的实时位置计算混凝土泵车的整车重心位置。第二计算单
元20包括第二采集模块、第三采集模块、第二计算模块和第三计算模块。
第二采集模块包括安装在转台50上的编码器，编码器用于检测臂架的回转角度。这里的
回转角度是指混凝土泵车的后轴线与臂架之间的夹角。第三采集模块包括内置或外置在臂架
的每个节臂油缸上的多个第二检测装置，第二检测装置用于实时检测节臂油缸的活塞杆行程。
第二计算模块用于根据第二检测装置检测到的每个节臂油缸的活塞杆行程确定在当前回转角
度下臂架的不同姿态参数。第三计算模块，用于根据混凝土泵车的结构参数以及臂架的姿态
参数计算整车重心位置，其中混凝土泵车的结构参数包括臂架的三维模型。
判断单元30用于判断整车重心位置是否位于整车重心安全区域内。判断单元30包括第
四计算模块、第五计算模块、比较模块以及判断模块。
第四计算模块用于计算安全距离，这里的安全距离是指在臂架的某一回转角度，臂架和
整车重心安全区域的边界在同一水平投影面上的交点G与转台50中心之间的距离，第五计算
模块用于计算整车重心偏移距离，这里的整车重心偏移距离是指臂架位于前述的回转角度时，
整车重心位置与转台50中心之间的距离。比较模块用于比较安全距离与整车重心偏移距离的
大小。判断模块用于根据比较结果判断整车重心位置是否位于整车重心安全区域内。
控制单元40用于根据判断单元30的判断结果控制混凝土泵车的动作。若整车重心位置
位于整车重心安全区域内，则臂架继续执行布料操作；当判断单元30根据实时监测结果得出
整车重心位置超出整车重心安全区域时，控制单元40发出报警信号对臂架的操作进行干预，
通过调整臂架姿态或调整臂架的回转角度使整车重心位置向整车重心安全区域内运动，避免
整车重心位置超出整车重心安全区域，进而防止臂架超出安全操作范围。
前述的第一检测装置、第二检测装置有多种形式，包括但不限于定位GPS、倾角传感器、
拉线位移传感器、磁滞伸缩位移传感器。此类位置监控装置及方法为公知的一般方法，在此
不予赘述。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种混凝土泵，包括用于进行布料作业的臂架、用
于支撑混凝土泵车的可伸缩的支腿以及用于对臂架作业的安全性进行监控的混凝土泵车监控
系统，该混凝土泵车监控系统为前述的混凝土泵车监控系统，通过对所有支腿展开位置的实
时监控，实现任意支腿展开状态下的整车重心安全区域的计算；通过对臂架运动位置的实时
监控，实现任意臂架位置的整车重心位置的计算；根据实时的整车重心位置判断混凝土泵车
的安全性，实现了臂架在最大安全范围内布料。同时对臂架运动进行实时监控，避免由于场
地限制混凝土泵车支腿无法完全展开而导致的对混凝土泵车安全监控出现盲区，增加了混凝
土泵车布料的安全性。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：根据支腿的支
撑位置计算混凝土泵车的整车重心安全区域，根据臂架的实时位置计算混凝土泵车的整车重
心位置，可以对整车重心安全区域以及整车重心位置进行实时监控。通过判断整车重心位置
是否位于整车重心安全区域内，可以根据判断结果控制混凝土泵车的动作，防止整车重心位
置超出整车重心安全区域，进而避免混凝土泵车发生倾翻事故。本发明在支腿的任一展开位
置都可以对整车重心安全区域进行监控，克服了现有技术只能对支腿单侧展开或完全展开状
态进行监控的缺陷，避免对泵车的监控出现盲区；同时根据整车的实时重心是否在实时的整
车重心安全区域内判断整车的安全性，实现了臂架在最大安全范围内布料。
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。