本发明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 方法和定位装置， 还涉及到具有该臂架系统的定位装置的混凝土 泵车。 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， 且各臂段 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。 具体地， 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� ��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� ��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公开了一种用 GPS模件作为位置传感器， 以地为基准确定各臂段的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� ��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。 发明内容

针对上述技术难题， 本发明一方面的目的在于， 提供一种臂架系统的 定位方法和定位装置， 该定位方法和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， 本发明另一方面的目的在于， 提供了一种包括上述定位装置的混凝土泵车。

本发明提供的臂架系统的定位方法， 包括以下步骤：

S100,根据移动 GPS接收器对预定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载波相位 信息； 所述检测点位于臂架系统的预定位置， 所述臂架系统与所述基准站 之间的距离小于预定值；

S200, 4艮据所述载波相位信息和初始位置参数获得� �述检测点的位置 参数。

可选的， 所述载波相位信息包括载波相位修正量或载波 相位。

优选的， 在步骤 S100中， 获取多个基准 GPS接收器分别传送的载波 相位信息；

在步骤 S200中， 包括步骤：

S210, 根据多个所述载波相位信息获得修正的载波相 位信息；

S220, 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。

本发明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。

可选的， 所述载波相位信息包括载波相位修正量或载波 相位。

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。

本发明提供的混凝土泵车包括底座、 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。

与现有技术相比， 本发明提供的定位方法中， 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。

另外， 本发明提供的臂架系统的定位装置能够实现上 述定位方法， 也 具有相对应的技术效果。

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混凝土 泵车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， 且预定坐标系以混凝土泵车的底座相对固定， 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。 附图说明

图 1是一种混凝土泵车的总体结构图；

图 2是本发明提供的臂架系统的定位方法的原理� �意图；

图 3是本发明实施例一提供的臂架系统的定位方� �的流程图； 图 4是本发明实施例二提供的臂架系统的定位方� �的流程图； 图 5是本发明提供的臂架系统的定位装置的结构� �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， 但是由于工程机械结构、 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， 本发 明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。

下面结合附图对本发明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， 不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

请参考图 2和图 3 , 图 2是本发明提供的臂架系统的定位方法的原理 示意图， 图 3是本发明实施例一提供的臂架系统的定位方� �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进行观测， 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进行观测。

基准 GPS接收器安装于基准站 220, 基准站 220具有已经精确确定的 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， 并根据载波相位信息可以获得距离 改正数， 进而利用该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。

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, 该图是本发明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 S100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。

该方法能够减小由于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， 本发明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 , 该图是本发 明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接 收器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 提供了一种混凝土泵车， 该混凝土泵车包括混凝土泵和臂架系统 8,参照图 1 ,臂架系统 8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； 所述混凝土泵车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， 混凝土泵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；智能控制系统可以根据 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� �� 差增加， 实现本发明目的。

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，也可以艮容易地 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 本发明的目的。

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、 纬度和海拔高度）。 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� ��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 了筒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， 本发明 提供的另一种混凝土泵车中， 就对检测点 230的以地为基础的位置参数进 行转换。 该混凝土泵车中， 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 便对混凝土泵车的改造。 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， 也能够实现本发明的目的。

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发明的保护范围。