CN103663188A - 动臂塔式起重机及其运行的控制方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动臂塔式起重机及其运行的控制方法、装置和系统。该方法包括：获取在所述动臂塔式起重机的臂架运行方向上的障碍区域的位置坐标；根据所述障碍区域的位置坐标和当前动臂塔式起重机的臂架所连吊钩的位置坐标，判断是否需要改变所述吊钩的幅度；如果是，控制所述动臂塔式起重机进行变幅操作，以使所述吊钩绕过所述障碍区域运行。本发明解决了因人工干预使起重机避开障碍区域的方式引起的可靠性差且效率较低的问题，增强了系统的智能化，提高了起重机的运行效率。

Description

动臂塔式起重机及其运行的控制方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及工程机械领域，更具体地，涉及一种动臂塔式起重机及其运行的控制方法、装置和系统。

背景技术

动臂塔式起重机（或者称为“动臂式塔机”）在实际运行中通常会碰到固定障碍区，例如：搭建楼房时周边的幼儿园或其它固定建筑物，这些建筑物因无法移动且对在起重机的工作区域内，因此将其所在区域视为是固定障碍区。对于这些障碍区域，目前通常通过人工判断起重机是否会与该固定障碍区的障碍发生碰撞，人为地操作起重机避开障碍区域；或者通过在起重机上增加防碰撞系统，起重机通过该防碰撞系统能够在障碍区域自动减速、停车，然后通过人工的方式手动控制臂架避开障碍区域后再运行。

参见图1所示的动臂式塔式起重机绕开障碍区域的示意图，其中，A圆线为塔式起重机臂架向外变幅刚好可以能够绕过固定障碍区1、固定障碍区2和固定障碍区3的幅度；D圆线为塔式起重机平衡臂的运行范围；塔式起重机运行至各个固定障碍区的边界使，需要减速并停车，之后通过人工的方式控制臂架避开障碍区域后再运行。

上述通过人工干预使起重机避开障碍区域的方式容易出现误操作，导致起重机与障碍物发生碰撞；同时，这种方式的操作效率也比较低。

针对人工干预使起重机避开障碍区域的方式存在可靠性差且效率较低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明目的在于提供一种动臂塔式起重机及其运行的控制方法、装置和系统，以提高起重机运行过程中避开障碍区域的可靠性差和工作效率。

本发明提供一种动臂塔式起重机运行的控制方法，包括：

获取在所述动臂塔式起重机的臂架运行方向上的障碍区域的位置坐标；

根据所述障碍区域的位置坐标和当前动臂塔式起重机的臂架所连吊钩的位置坐标，判断是否需要改变所述吊钩的幅度；

如果是，控制所述动臂塔式起重机进行变幅操作，以使所述吊钩绕过所述障碍区域运行。

本发明提供一种动臂塔式起重机运行的控制装置，包括：

障碍位置获取模块，用于获取在所述起重机的臂架运行方向上的障碍区域的位置坐标；

判断模块，用于根据所述障碍位置获取模块获取的所述障碍区域的位置坐标和当前起重机的臂架所连吊钩的位置坐标，判断是否需要改变所述吊钩的幅度；

幅度控制模块，用于如果所述判断模块的判断结果为是，控制所述动臂塔式起重机进行变幅操作，以使所述吊钩绕过所述障碍区域运行。

本发明提供一种动臂塔式起重机运行的控制系统，包括：控制器和位置检测装置；其中，所述控制器包括如上所述的控制装置，所述位置检测装置用于检测所述障碍区域的位置坐标和所述吊钩的位置坐标，并将检测的所述障碍区域的位置坐标和所述吊钩的位置坐标发送给所述控制器。

本发明还提供一种动臂塔式起重机，包括如上所述的控制系统。

本发明根据障碍区域的位置坐标和当前起重机的臂架所连吊钩的位置坐标确定出需要改变吊钩的幅度时，能够自动控制臂架进行变幅操作，进而使吊钩绕过上述障碍区域运行，该过程中不再需要人工参与，解决了因人工干预使起重机避开障碍区域的方式引起的可靠性差且效率较低的问题，增强了系统的智能化，提高了起重机的运行效率。

附图说明

构成本申请的一部分的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是根据相关技术的动臂塔式起重机绕开障碍区域的示意图；

图2是根据本发明实施例的动臂塔式起重机运行的控制方法流程图；

图3是根据本发明实施例的动臂式塔机绕开障碍区域的示意图；

图4是根据本发明实施例的动臂塔式起重机运行的控制装置的结构框图。

具体实施方式

下文中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。

考虑到起重机运行过程中，通常存在一些障碍区域（包括固定障碍区域），如果通过人工干预的方式绕过这些障碍区域可能存在误操作，并且降低了起重机的运行效率，本发明实施例提供了一种动臂塔式起重机及其运行的控制方法、装置和系统。

本发明实施例提供了一种动臂塔式起重机运行的控制方法，该方法可以应用于动臂塔式起重机的控制器中，参见图2所示的动臂塔式起重机运行的控制方法流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S202，获取在动臂塔式起重机的臂架运行方向上的障碍区域的位置坐标；

其中，本实施例的障碍区域的位置坐标可以通过位置检测装置检测得到，考虑到障碍区域的面积可能比较大，在获取该区域的位置坐标时，可以仅获取该区域各个边界点的坐标。

步骤S204，根据障碍区域的位置坐标和当前动臂塔式起重机的臂架所连吊钩的位置坐标，判断是否需要改变吊钩的幅度；

步骤S206，如果是，控制动臂塔式起重机进行变幅操作，以使上述吊钩绕过上述障碍区域运行。

本实施例的方法根据障碍区域的位置坐标和当前起重机的臂架所连吊钩的位置坐标确定出需要改变吊钩的幅度时，能够自动控制臂架进行变幅操作，进而使吊钩绕过上述障碍区域运行，该过程中不再需要人工参与，解决了因人工干预使起重机避开障碍区域的方式引起的可靠性差且效率较低的问题，增强了系统的智能化，提高了起重机的运行效率。

在判断是否需要改变吊钩的幅度时，可以采用多种方式，例如：通过吊钩与障碍区域的距离接近程度判断，或者如果通过观测不调节吊钩幅度，吊钩必定进入障碍区域时，可以通过角度检测的方式确定吊钩幅度的调整时机。基于此，上述步骤S204可以包括：根据障碍区域的位置坐标和当前起重机的臂架所连吊钩的位置坐标，计算吊钩与障碍区域的最短距离；判断该最短距离是否小于预先设定的距离阈值，如果是，确定需要改变吊钩的幅度。

基于此，上述步骤S202之前，上述方法还可以包括：根据用户的指示启动自动避障功能；基于此，上述步骤S204可以包括：将当前起重机的臂架的回转机构中心所在的位置作为坐标原点；将吊钩的位置坐标与坐标原点的连线作为第一直线；将坐标原点至障碍区域的指定边界的切线作为第二直线；其中，该指定边界为障碍区域靠近臂架一侧的边界；计算上述第一直线与第二直线所成的角度；判断该角度是否小于预先设定的角度阈值，如果是，确定需要改变吊钩的幅度。

考虑到起重机的臂架的吊钩上如果挂有重物时，臂架向外变幅太长，会超出臂架的安全力矩，因此本发明实施例在控制起重机进行变幅操作时，优选向内进行变幅。基于此，上述控制起重机进行变幅操作包括：通过调整上述臂架的俯仰角度控制吊钩的幅度小于上述障碍区域与臂架的回转机构之间的最小距离。

当然，如果不考虑上述超力矩的问题，本实施例也可以采用下述方式控制动臂塔式起重机进行变幅操作：判断障碍区域内的障碍物的高度是否大于或等于起重机的高度；如果是，通过调整上述臂架的俯仰角度控制吊钩的幅度小于障碍区域与臂架的回转机构中心之间的最小距离；如果否，通过调整上述臂架的俯仰角度控制吊钩的幅度大于障碍区域与臂架的回转机构中心之间的最大距离。这种实现方式增强了系统的灵活性。

为了进一步增强系统的智能化程度，本实施例在控制起重机进行变幅操作之前，上述方法还包括：记录当前吊钩的幅度；相应地，在控制起重机进行变幅操作之后，上述方法还包括：当确定该吊钩已绕过上述障碍区域时，恢复吊钩的幅度至记录的幅度。其中，确定吊钩是否已绕过障碍区域的方式也可以依据吊钩的位置坐标与障碍区域的位置坐标确定，例如：如果吊钩的横坐标和纵坐标均不在障碍区域的位置坐标范围内，则可以确定吊钩已绕过此障碍区域。用户将无需手动恢复吊钩的幅度，简化了用户的操作。

上述方法在具体实现时，可以以动臂塔式起重机的控制器为中心控制单元，还可以设置一个触摸屏（或者是各种参数的输入显示设备）作为参数输入单元，触摸屏设置塔机空间坐标、臂长、塔机高度等信息。同时，配置以倾角传感器检测动臂式起重机的臂架的俯仰角度，通过编码器检测动臂式起重机的回转角度。所有上述信息全部发送到控制器中进行运算。当塔式起重机回转运行接近障碍物时，继续运行回转，动臂式塔机控制器会自动对臂架俯仰进行控制绕过障碍区域，保持回转运行。上述方法可以在动臂塔式起重机运行到障碍区域时，控制动臂式塔机吊钩的幅度，使吊钩可以自动绕开障碍物，进行不间断的运行。同时，通过上述幅度恢复机制，还可以在吊钩绕开障碍物后幅度回到开始绕过障碍物的位置，提高了起重机的运行效率，使起重机具有更高的智能性。

如图3所示的动臂式塔机绕开障碍区域的示意图，图中的A环为动臂式塔机最大能够运行的幅度，B环为臂架向外变幅到刚好可以绕过固定障碍区2的幅度，C环为臂架向内变幅到刚好可以绕过固定障碍区1、固定障碍区2、固定障碍区3的幅度。D环为塔式起重机平衡臂运行范围。下面以图3所示的障碍区域分布情况进行说明。

动臂式塔机向右回转运行到接近“固定障碍区3”的“自动运行边界1”时，如果动臂吊的吊钩会进入“固定障碍区3”，且仍然希望畅通无阻的继续向右回转绕过“固定障碍区3”，采用上述方法，动臂式塔机的控制器通过目前得到的运行参数控制塔机变幅运行避开“固定障碍区3”。当“固定障碍区3”高于或等于塔机固定高度时，则采取变幅到“状态2”（即C环）进行避让。当“固定障碍区3”低于塔机固定高度时，可以变幅到“状态1”（即B环）或“状态2”进行避让，以“状态2”为优先。如果塔机负载运行，向外变幅可能会超力矩。超力矩时，控制器会自动停止运行，提示需要手动操作。

当塔机进入“自动运行边界1”系统自动记录当前塔机幅度值，当越过“固定障碍区3”后，会以记录的“自动运行边界1”的幅度作为参考，在“自动运行边界2”位置变幅到记录的幅度。

应用上述方法的过长中，所有动作均只需要控制塔机回转运行，其他动作将自动完成。启动自动避障功能时，变幅动作不起作用，但是臂架的起升操作可以同时运行。关闭自动避障功能时，吊钩的变幅可以通过手动完成。

同理，跨过“固定障碍区1”、“固定障碍区2”时，也采用上述原理。

对应于上述方法，本发明实施例还提供了一种动臂塔式起重机运行的控制装置，该装置可以设置在上述控制器中，参见图4所示的起重机运行的控制装置的结构框图，该装置包括：

障碍位置获取模块42，用于获取在起重机的臂架运行方向上的障碍区域的位置坐标；

判断模块44，用于根据障碍位置获取模块42获取的障碍区域的位置坐标和当前动臂塔式起重机的臂架所连吊钩的位置坐标，判断是否需要改变吊钩的幅度；

幅度控制模块46，用于如果判断模块44的判断结果为是，控制上述起重机进行变幅操作，以使吊钩绕过障碍区域运行。

本实施例的装置根据障碍区域的位置坐标和当前起重机的臂架所连吊钩的位置坐标确定出需要改变吊钩的幅度时，能够自动控制臂架进行变幅操作，进而使吊钩绕过上述障碍区域运行，该过程中不再需要人工参与，解决了因人工干预使起重机避开障碍区域的方式引起的可靠性差且效率较低的问题，增强了系统的智能化，提高了起重机的运行效率。

优选地，上述判断模块44包括：距离计算单元，用于根据障碍区域的位置坐标和当前起重机的臂架所连吊钩的位置坐标，计算吊钩与障碍区域的最短距离；距离判断单元，用于判断距离计算单元计算的最短距离是否小于预先设定的距离阈值；第一确定单元，用于如果距离判断单元的判断结果为是，确定需要改变吊钩的幅度。

优选地，上述装置还包括：避障功能启动模块，用于根据用户的指示启动自动避障功能；相应地，上述判断模块44包括：设置单元，用于将当前起重机的臂架的回转机构中心所在的位置作为坐标原点；将吊钩的位置坐标与坐标原点的连线作为第一直线；将坐标原点至障碍区域的指定边界的切线作为第二直线；其中，该指定边界为障碍区域靠近臂架一侧的边界；角度计算单元，用于计算设置单元设置的第一直线与第二直线所成的角度；角度判断单元，用于判断角度计算单元计算的角度是否小于预先设定的角度阈值；第二确定单元，用于如果角度判断单元的判断结果为是，确定需要改变吊钩的幅度。

上述幅度控制模块46包括：第一幅度控制单元，用于通过调整臂架的俯仰角度控制吊钩的幅度小于障碍区域与臂架的回转机构之间的最小距离。

或者，上述幅度控制模块46包括：高度判断单元，用于判断障碍区域内的障碍物的高度是否大于或等于起重机的高度；第二幅度控制单元，用于如果高度判断单元的判断结果为是，通过调整臂架的俯仰角度控制吊钩的幅度小于障碍区域与臂架的回转机构中心之间的最小距离；第三幅度控制单元，用于如果高度判断单元的判断结果为否，通过调整臂架的俯仰角度控制吊钩的幅度大于障碍区域与臂架的回转机构中心之间的最大距离。

优选地，上述装置还包括：幅度记录模块，用于记录幅度控制模块进行变幅操作之前吊钩的幅度；相应地，上述装置还包括：幅度恢复模块，用于当确定该吊钩已绕过上述障碍区域时，恢复吊钩的幅度至幅度记录模块记录的幅度。

对应于上述方法和装置，本发明实施例还提供一种动臂塔式起重机运行的控制系统，该系统包括：控制器和位置检测装置；其中，该控制器包括上述控制装置；该位置检测装置用于检测障碍区域的位置坐标和吊钩的位置坐标，并将检测的障碍区域的位置坐标和吊钩的位置坐标发送给控制器。

对应于上述方法、装置和系统，本发明实施例还提供了一种起重机，该起重机可以为上述动臂式起重机，其上包括上述控制系统。

本发明实施例中的上述控制系统可以是独立的系统与动臂式塔机进行信息交互，或者将自动避障功能集成到电控系统的控制器中。

上述控制器可以是各种带运算功能的处理器，例如：单片机、计算机等。

从以上的描述中可以看出，本发明上述的实施例通过自动避障功能可以解决当前人工操作避开障碍区时产生误动作的可能，提高了设备使用的安全性；还可以解决防碰撞系统只能控制塔机回转停止，不能自动避开障碍物的问题，提高动臂式塔机的运行效率。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

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。

Claims (14)

1.一种动臂塔式起重机运行的控制方法，其特征在于，包括：

获取在动臂塔式起重机的臂架运行方向上的障碍区域的位置坐标；

根据所述障碍区域的位置坐标和当前所述动臂塔式起重机的臂架所连吊钩的位置坐标，判断是否需要改变所述吊钩的幅度；

如果是，控制所述动臂塔式起重机进行变幅操作，以使所述吊钩绕过所述障碍区域运行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述障碍区域的位置坐标和当前起重机的臂架所连吊钩的位置坐标，判断是否需要改变所述吊钩的幅度包括：

根据所述障碍区域的位置坐标和当前起重机的臂架所连吊钩的位置坐标，计算所述吊钩与所述障碍区域的最短距离；

判断所述最短距离是否小于预先设定的距离阈值，如果是，确定需要改变所述吊钩的幅度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述障碍区域的位置坐标和当前起重机的臂架所连吊钩的位置坐标，判断是否需要改变所述吊钩的幅度包括：

将当前起重机的臂架的回转机构中心所在的位置作为坐标原点；

将所述吊钩的位置坐标与所述坐标原点的连线作为第一直线；

将所述坐标原点至所述障碍区域的指定边界的切线作为第二直线；其中，所述指定边界为所述障碍区域靠近所述臂架一侧的边界；

计算所述第一直线与所述第二直线所成的角度；

判断所述角度是否小于预先设定的角度阈值，如果是，确定需要改变所述吊钩的幅度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述起重机进行变幅操作包括：

通过调整所述臂架的俯仰角度控制所述吊钩的幅度小于所述障碍区域与所述臂架的回转机构中心之间的最小距离。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述起重机进行变幅操作包括：

判断所述障碍区域内的障碍物的高度是否大于或等于所述起重机的高度；

如果是，通过调整所述臂架的俯仰角度控制所述吊钩的幅度小于所述障碍区域与所述臂架的回转机构中心之间的最小距离；

如果否，通过调整所述臂架的俯仰角度控制所述吊钩的幅度大于所述障碍区域与所述臂架的回转机构中心之间的最大距离。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制所述起重机进行变幅操作之前，所述方法还包括：记录当前所述吊钩的幅度；

所述控制所述起重机进行变幅操作之后，所述方法还包括：当确定所述吊钩已绕过所述障碍区域时，恢复所述吊钩的幅度至记录的所述幅度。

7.一种动臂塔式起重机运行的控制装置，其特征在于，包括：

障碍位置获取模块，用于获取在动臂塔式起重机的臂架运行方向上的障碍区域的位置坐标；

判断模块，用于根据所述障碍位置获取模块获取的所述障碍区域的位置坐标和当前所述动臂塔式起重机的臂架所连吊钩的位置坐标，判断是否需要改变所述吊钩的幅度；

幅度控制模块，用于如果所述判断模块的判断结果为是，控制所述动臂塔式起重机进行变幅操作，以使所述吊钩绕过所述障碍区域运行。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述判断模块包括：

距离计算单元，用于根据所述障碍区域的位置坐标和当前起重机的臂架所连吊钩的位置坐标，计算所述吊钩与所述障碍区域的最短距离；

距离判断单元，用于判断所述距离计算单元计算的所述最短距离是否小于预先设定的距离阈值；

第一确定单元，用于如果所述距离判断单元的判断结果为是，确定需要改变所述吊钩的幅度。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述判断模块包括：

设置单元，用于将当前起重机的臂架的回转机构中心所在的位置作为坐标原点；将所述吊钩的位置坐标与所述坐标原点的连线作为第一直线；将所述坐标原点至所述障碍区域的指定边界的切线作为第二直线；其中，所述指定边界为所述障碍区域靠近所述臂架一侧的边界；

角度计算单元，用于计算所述设置单元设置的所述第一直线与所述第二直线所成的角度；

角度判断单元，用于判断所述角度计算单元计算的所述角度是否小于预先设定的角度阈值；

第二确定单元，用于如果所述角度判断单元的判断结果为是，确定需要改变所述吊钩的幅度。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述幅度控制模块包括：

第一幅度控制单元，用于通过调整所述臂架的俯仰角度控制所述吊钩的幅度小于所述障碍区域与所述臂架的回转机构中心之间的最小距离。

11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述幅度控制模块包括：

高度判断单元，用于判断所述障碍区域内的障碍物的高度是否大于或等于所述起重机的高度；

第二幅度控制单元，用于如果所述高度判断单元的判断结果为是，通过调整所述臂架的俯仰角度控制所述吊钩的幅度小于所述障碍区域与所述臂架的回转机构中心之间的最小距离；

第三幅度控制单元，用于如果所述高度判断单元的判断结果为否，通过调整所述臂架的俯仰角度控制所述吊钩的幅度大于所述障碍区域与所述臂架的回转机构中心之间的最大距离。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：幅度记录模块，用于记录所述幅度控制模块进行所述变幅操作之前所述吊钩的幅度；

所述装置还包括：幅度恢复模块，用于当确定所述吊钩已绕过所述障碍区域时，恢复所述吊钩的幅度至所述幅度记录模块记录的所述幅度。

13.一种动臂塔式起重机运行的控制系统，其特征在于，包括：控制器和位置检测装置；其中，所述控制器包括权利要求7至12中任一项所述的控制装置，所述位置检测装置用于检测所述障碍区域的位置坐标和所述吊钩的位置坐标，并将检测的所述障碍区域的位置坐标和所述吊钩的位置坐标发送给所述控制器。

14.一种动臂塔式起重机，其特征在于，包括权利要求13所述的控制系统。

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