CN104609314A - 起重吊钩自发电无线视频监控与防碰撞系统 - Google Patents

Abstract

本发明所述的是一种能够很好地解决吊装施工安全问题的起重吊钩自发电无线视频监控与防碰撞系统，将激光测距机、摄像头组安装在吊钩上，超声波测距部件安装在被吊物体的4角，提供一种利用吊钩升降工作时的机械能来发电，供给吊钩视频监控防碰撞系统工作，并将视频和防碰撞预警信号通过无线信号发送到操作室内的控制器，真正实现操作人员的可视化安全操作，并通过车联网技术的远程工程机械施工状态监控与救助服务系统，传递施工安全信息，GPS/北斗模块获取定位等信息；采用网状网的局域组网技术，让起重吊车的所有者单位，将其在某一区域的起重吊车组成一个内部网，对每辆起重吊车的工况进行监控和管理，进一步保障施工安全。

Description

起重吊钩自发电无线视频监控与防碰撞系统

一、技术领域

本发明涉及大型起重机吊装监控技术领域，尤其是涉及一种可自发电进行无线视频监控与防碰撞的起重吊钩监控系统。

二、背景技术

随着社会的发展，工业化进程是突飞猛进，工程建设更是遍布全国各地，在众多的建设项目中，一种非常重要的设备，就是工业起重吊车和起重机，工业大型起重吊车越来越广泛地应用于石油、冶金等重型工业生产中，起重机作为一种起吊搬运设备，大量应用于建筑业、制造业以及港口运输业。目前，在各种工地上，起重机、吊车、塔吊机的应用范围从十多米高，发展到近百米，而塔吊机的规格与型号也多种多样，用途广泛。然而迄今为止，起重机、吊车、塔吊机仍需人在上面的驾驶室内进行高空操作，这就带来两个主要问题，一个是操作人员要从几十米或上百米的高度观察地面吊装物品的工作情况，很难准确地判断吊钩位置，只能在地面指挥人员的帮助下，根据经验未完成吊钩的起降操作，难免有时会产生偏差和照顾不到的时候，这就极容易发生碰撞事故，至少是事故发生的一种隐患。另一个是在塔吊机提升物品和吊臂与平衡臂转动时，操作人员要左顾右盼，密切注视周围是否具备被吊物品移动的空间，免得发生碰撞，这种碰撞的事故，在实际工作中时稍有不慎就会发生。甚至，还有塔吊机在工作中因为这样或那样的原因，偶尔发生塔吊机倒塌的事故，这时，在半空中驾驶室的操作员人身安全就要受到相当大的威胁。

起重机更是使用的越来越多的起重设备，而汽车起重机由于其施工转移场地快速的优点得到了最广泛的使用。目前，控制吊装作业的方法是由起重指挥人员的肉眼及多年的时间经验来把握。由于吊车司机的操作室视线，往往被起吊物体或是其他物体遮挡，司机很难能准确判断出吊钩的准确位置，只能完全依靠地面人员的指挥，效率低下，而且生产安全完全由地面指挥人员负责，发生事故的概率较高。在小吊车吊装时，一般能控制在20mm偏差之内；而对于大吊车而言，由于其吊臂很长，人站在被吊物体的附近，会产生视觉误差，这就可能造成吊钩在较大偏离中心垂直线的情况下进行大件吊装，带来安全隐患，甚至造成重大安全事故。上述问题不仅存在于大型工业起重吊车的起吊作业过程中，在龙门起重机、汽车起重机或其他起重机的起吊过程中，也存在相同的问题。

无论是大吨位起重机还是汽车起重机，在实际施工过程中，吊起物体的执行部件是吊具，吊具是起重机械中吊取货物的装置，吊取成件物品最常用的吊具是吊钩，现行的吊具品种多样，结构合理，吊运能力强，适用于各个领域。当人们使用吊具吊运货物时，安全性是首要考虑的。在工程机械的起吊作业过程中，吊钩不仅要发生垂直方向的移动，还有横向的移动，由于惯性或者外力作用，通过钢丝绳悬挂在起重机臂上部的吊钩及货物会形成相应的摆动，因此吊钩的运动是三维运动轨迹。

在现代高层建筑的施工过程中，为了使塔吊机能完成所需要的作业，都是采用在地面对吊车或起重机手势指挥方法，或者配备对讲机进行指挥，一般需要地面指挥人员与塔吊机操作员进行配合，塔吊机操作人员按照指挥人员的指令对起重机进行操纵，如果指挥人员的责任心不强、个人能力不够，就很容易发生安全事故；但由于场地建筑物的特殊性，会给塔吊机的地面指挥人员和操作人员带来视觉障碍，使地面指挥人员和塔吊机操作人员视线受阻，产生操作盲区，另一方面，塔吊机操作人员由于无法看清工作环境，操作比较盲目，工作时精神比较紧张，容易疲劳而造成严重事故。这种指挥方式安全性差，工效低，会给起吊和安放物料带来一定的难度和危险性，存在很大的安全隐患。因此，解决塔吊机操作人员工作时的可视化和防碰撞问题，是提高建筑施工安全的有效方法。

而现行的吊具并不具备实时监测和提示功能，人们只能通过操作或增大吊运空间来确保吊运的安全性，增加了吊运的难度和成本，阵低了生产效率。因此，对起重机、吊车、塔吊机等的使用过程和行为及时进行有效的监管，成为了切实控制危险因素和安全隐患，预防和减少起重机安全生产事故发生的重中之重。

目前，对起重机和吊钩通过监控手段来改善吊装的安全，已经有过一些尝试，也有人为他们的设计申请了专利。如：专利号：CN90106963.9用于具有提升钢绳的起重器械上的、自供电力的使吊物旋转的驱动装置，专利号：CN201020268691.0塔吊无线可视系统，专利号：CN200920229419.9电子吊装卸现场同步数据与图像自动传输系统，专利号：CN201020108279.2带有安全监控设施的起重机，专利号：CN201220019643.7塔吊起重臂等，这些专利都是从一个局部的改进，来达到改善吊装安全的目的；在吊钩的自供电方面，通过重新设计一种专用的吊钩，或是通过对吊索钢丝绳的摩擦来达到，而专用的吊钩无法对众多现有的设备进行改装，对吊索钢丝绳的摩擦，有很大的安全隐患。

也有为解决吊车驾驶员不能看清吊钩下施工现场的不足，而提供的一些塔式起重机的监视系统，让塔吊机的操作人员在驾驶室内，通过显示屏的屏幕来看到吊装施工现场的装置，这种塔式起重机的监视系统，包括有安装在起重机吊臂上的供电装置、摄像装置及安装在驾驶室内的控制器和监视器，供电装置向摄像装置进行供电，控制器可向摄像装置发送控制信号，摄像装置主要包括有一摄像头，该摄像头固定在活动滑车支架上，其镜头与吊钩处于同一垂直线上，可拍摄吊钩下方的图像，该摄像装置包括有一控制信号接收器，可根据控制信号，对摄像头进行控制，还包括有一视频放大器，可将其拍摄到的图像传给监视器，该监视器包括有一接收模块及一显示器，该接收模块可接收视频放大器所传送的视频信号，而显示器可以将所接收的视频信号以图像的形式显示出来。但是，由于摄像头一般都是安装在吊臂的前端，居高临下的观察施工现场，往往距离地面很远，加上摄像头的像素不够、又没有测距和报警功能，只能起到辅助作用，所以，现有的塔吊机视频监控装置，虽然在一定程度上缓解了指挥人员与塔吊机操作人员之间协作的问题，但这些设备自动化程度较低，在工作过程中，需要塔吊机操作人员根据情况随时对摄像头倍率进行于动调整，因此，现有的塔吊机视频监控装置的可操作性不够好，操作过程中容易导致塔吊机操作人员顾此失彼，产生误操作，因此，对施工现场的吊装操作，尚不能完全倚靠它。

如果，综合应用微电子技术，信息传感技术，信息通讯技术，动态检测技术，将其应用于各类起重机械，实现对其工作状况的实时安全保护监测和预警，并通过车联网技术的远程工程机械施工状态监控与救助服务系统，就可以很好的解决这些问题。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种能够很好地解决吊装施工安全问题的起重吊钩自发电无线视频监控与防碰撞系统，通过安装这个系统，就可以很好地达到解决吊装施工的安全问题的目的。

本发明的另一个目的是提供一种利用起重吊钩在工作时的动能来自行发电，为安装在吊钩上的工作部件供电的实现方法。

综合应用微电子技术，信息传感技术，信息通讯技术，动态检测技术，将其应用于各类起重机械，实现对其工作状况的实时安全保护监测和预警，并通过车联网技术的远程工程机械施工状态监控与救助服务系统，传递施工安全信息。CAN网络模块获取施工机械识别号等信息；GPS/北斗模块获取定位等信息；TPMS模块获取胎压等信息；3G、4G通讯模块负责通过移动通讯协议与云端的工程机械施工状态监控与救助服务器进行通讯(包括数据和语音通讯)，以及采用网状网的局域组网技术，就可以级大地提高吊装施工的安全。我们将摄像头组安装在吊钩上，由于接近吊装工作区域，就可以清晰的看到吊装施工区域的实际情况，极大地提高吊装施工操作的准确性，提高工作效率，再加上激光测距机和超声波测距雷达和操作室内的控制器、显示器，就可以组成一个吊钩视频监控防碰撞系统，让车内操作人员和工地监控管理人员随时掌握施工的安全状态，并及时统计处理。但是，由于吊钩通过钢丝绳悬挂于起重臂上部，钢丝绳绕过滑轮组与卷扬机构相连；卷扬机构通过钢丝绳驱动吊钩进行上升、停止和下降等动作，所以，吊钩的工况是随着钢丝绳不断升降的，吊钩视频监控防碰撞系统的工作用电和视频、预警信号的传输，如果通过吊臂进行走线，将很不安全，是不可行的。而利用吊钩升降工作时的机械能来发电，供给吊钩视频监控防碰撞系统工作，并将视频和防碰撞预警信号通过无线信号发送到操作室内的控制器，这样，就能真正实现塔吊机操作人员的可视化安全操作，保证吊装施工质量，提高吊装施工速度，确保吊装施工安全。

四、附图说明

本发明的起重吊钩自发电无线视频监控与防碰撞系统的组成见系统框图图1：

本发明的起重吊钩自发电无线视频监控与防碰撞系统的吊钩部分组成见图2：

本发明的起重吊钩自发电无线视频监控与防碰撞系统的动能提取离合器工作原理见图3、图4：

图中：

1、超声测距1-N  2、激光测距1-N  3、摄像头1-N  4.、数据处理模块  5、蓄电池6、无线视频发射模块  7、起重吊钩  8、吊钩自发电动能输出机构  9、直流发电机  10、智能充电器  11、无线视频接收模块  12、工控机  13、GPS模块  14、车联网模块  15、电源  16、视频网状网发射模块  17、显示屏  18、功率放大  19、齿圈  20、滚柱  21、挡爪  22、五轴碗  23、齿轮轴

在图1框图的组合部件中，基于吊钩自发电无线视频监控系统的特点，系统分为两个本部分，测距、视频采集、自发电供电系统做成一个部件，安装在吊钩上，能够自行供电，独立工作，并将采集到的起吊现场工作状态和测距数据，通过无线视频发射模块，发射到吊车的操作室内；操作室内由无线视频接收模块、工控机、GPS模块、车联网模块、显示屏等组成一个监控终端，可以将接收到的吊钩工作现场的各种数据和视频显示出来，并能及时发出警示信号，为操作者提供信息。而采用网状网的局域组网技术，可以让起重吊车的所有者单位，将其在某一区域的起重吊车组成一个内部网，通过车载的视频网状网发射模块，可以将每辆吊车的工况信息、位置信息发送到该网中网的监控中心，为起重吊车的所有者单位对每辆起重吊车的工况进行监控和管理，进一步保障施工安全。

图2中的吊钩只画出部分，自发电、监控部分成为一个独立的部件，安装在吊钩的侧面，盘式直流发电机、摄像头、激光测距模块、吊钩的动能提取部件、控制模块等安装在自发电、监控部件内，大电流智能充电器和蓄电池安装在起重吊钩内吊钩和滑轮之间的空间位置，根据吊钩的不同，自发电、监控部件为两个左右对称部件，分别安装在吊钩的两侧，以保证对起吊物体四周的障碍物进行监测和成像观察，还可以增强自发电能力，无线视频发射器安装在吊钩的上方。

超声波测距部件1-N，在其结构上，设计成能够具有磁力、夹持、捆扎等紧固方式，以便在吊装施工的时候，固定在被吊物体的4角，当被吊物体与障碍物接近时，可发出报警信号，将测距的数据发送到吊钩的自发电、监控部件中的控制模块，然后，通过自发电、监控部件中的无线视频发送装置发送到操作室。

激光测距部件1-N，安装在自发电、监控部件内，并分别安装在吊钩的两侧，保证测距，当被吊物体与障碍物接近时，可发出报警信号，发送距离数据，将测距的数据传送到吊钩的自发电、监控部件中的控制模块，然后，通过自发电、监控部件中的无线视频发送装置发送到操作室。

高清摄像头1-N，安装在自发电、监控部件内，并分别安装在吊钩的两侧，以对起吊四周的环境进行摄像，将图像的数据传送到吊钩的自发电、监控部件中的控制模块，然后，通过自发电、监控部件中的无线视频发送装置发送到操作室。

大电流智能充电器，用来将直流发电机所发的电充到蓄电池中，由于吊钩在起吊的升降过程中，带动发电机进行发电，其工况是不稳定的，且工作状态为间歇性的，为了保证充电效果，发电机输出的电流会大一些，所以，在充电器中设计有缓冲的储能器，以保证给蓄电池正常充电。

蓄电池，将根据所选起重吊钩的型号和吊钩上方的空间，以及摄像、测距等用电消耗来确定蓄电池的种类和型号。

控制模块，主要负责整个自发电、监控系统的控制、包括对充电系统的管理，超声波测距、激光测距、摄像头的工作程序设定，系统保护等，并将接收到的超声波测距信号、激光测距数据、摄像头的视频进行处理，然后传送到无线视频发送装置进行发送。

由于自发电、监控系统常年暴露在露天，且工作场所环境比较恶劣，所以，自发电、监控部件的本体，采用不锈钢或铝合金材料制造，以保证有足够的结构强度，并对关键部分进行防雨、防尘的设计。

吊钩自发电动能输出机构，设计在自发电、监控部件内，为能提取到吊钩升降时的动能，在吊钩内最外侧滑轮上安装一个齿环，自发电的动能提取装置内有一伸出的齿轮轴与其啮合，该齿轮轴的另一端上有两个活动的齿轮，齿轮内部有单向离合机构，无论吊钩滑轮上的齿环带动齿轮轴正传还是反转，齿轮轴另一端的两个活动齿轮只有一个随齿轮轴转动，并带动盘式发电机进行发电，当齿轮轴反转时，另一个活动齿轮将随齿轮轴做反向转动，并通过夹在活动齿轮和另一个齿轮之间，与两个齿轮都啮合的惰轮，改变它前后两个齿轮的转动方向，并带动盘式发电机进行发电。为了达到不论吊车滑轮正反转，都能让发电机按同一方向旋转，进行发电的目的，动能提取装置中设计有单向离合器设计，单向离合机构的原理如图3、图4：

该离合器由齿圈19、档爪20、滚柱21、五轴碗22、齿轮轴23组成，当吊钩滑轮上的齿环带动齿轮轴23向右正向旋转时，齿轮轴23同时带动轴上的档爪20正转，这时，档爪20上的五个滚柱21从五轴碗22的较深的圆弧面内被赶到较浅的弧面上来，使滚柱21滚到五轴碗22外面来，卡住齿圈19，于是齿圈19就和齿轮轴23同步旋转了，一起转动的还有五轴碗22、档爪20、滚柱21，但是，它们之间不产生相对转动。当齿轮轴23停止转动的时候，档爪20也停止转动，但是，旋转的惯性力仍然带动齿圈19转动，这时首先将五颗滚柱21从五轴碗22较浅的圆弧面内赶到较深的圆弧面内，即滚柱21滚到五轴碗22内。

当吊钩滑轮上的齿环带动齿轮轴23向左反向旋转时，齿轮轴23同时带动轴上的档爪20反转，这时，档爪20上的五个滚柱21从五轴碗23的较浅的圆弧面内被赶到较深的弧面上来，使滚柱21滚到五轴碗22内，不再卡住齿圈19，于是齿圈19就不和齿轮轴23同步旋转了。装有这样2个单向离合器，使之跟随吊钩的滑轮上的齿环转动，就可以达到无论吊钩上升还是下降，都能获得单一方向的动能来带动电机发电，为系统供电。

五、具体实施方式

下面通过实施例并结合附图来进一步说明本发明；下面的实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

基于本发明起重吊钩自发电无线视频监控与防碰撞系统的特点，系统分为吊钩部分和操作室部分：吊钩部分由：超声测距1-N1、  激光测距1-N2、  摄像头1-N3、数据处理模块4、蓄电池5、无线视频发射模快6、起重吊钩7、吊钩自发电动能输出机构8、直流发电机9、智能充电器10组成，其中，超声测距1-N 1，由1-N个超声波测距探头组成，在其结构上，设计成能够具有磁力、夹持、捆扎等紧固方式，以便在吊装施工的时候，固定在被吊物体的4角，当被吊物体与障碍物接近时，可发出报警信号，将测距的数据发送到吊钩部分的数据处理模块4，然后，通过无线视频发射模6发送到操作室部分的无线视频接收模块11。

激光测距1-N 2，由1-N个激光测距机组成，分别安装在起重吊钩7的两侧，保证测距，当被吊物体与障碍物接近时，可发出报警信号，发送距离数据，将测距的数据传送到数据处理模块4，然后，通过无线视频发射模6发送到操作室部分的无线视频接收模块11。

摄像头1-N 3，安装在起重吊钩7的两侧，以对起吊四周的环境进行摄像，将图像的数据传送到吊钩的自发电、监控部件中的数据处理模块4，然后，通过无线视频发射模6发送到操作室部分的无线视频接收模块11。

智能充电器10，用来将直流发电机9所发的电充到蓄电池5中，蓄电池5，将根据所选起重吊钩的型号和吊钩上方的空间，以及摄像、测距等用电消耗来确定蓄电池的种类和型号。

数据处理模块4，主要负责整个自发电、监控系统的控制、包括对充电系统的管理，超声波测距、激光测距、摄像头的工作程序设定，系统保护等，并将接收到的超声波测距信号、激光测距数据、摄像头的视频进行处理，然后传送到无线视频发射模6进行发送。

吊钩自发电动能输出机构8，内有由19、齿圈20、滚柱21、挡爪22、五轴碗23、齿轮轴组成的单向离合机构，当吊钩滑轮上的齿环带动齿轮轴23向右正向旋转时，齿轮轴23同时带动轴上的档爪20正转，这时，档爪20上的五个滚柱21从五轴碗22的较深的圆弧面内被赶到较浅的弧面上来，使滚柱21滚到五轴碗22外面来，卡住齿圈19，于是齿圈19就和齿轮轴23同步旋转了，一起转动的还有五轴碗22、档爪20、滚柱21，但是，它们之间不产生相对转动。当齿轮轴23停止转动的时候，档爪20也停止转动，但是，旋转的惯性力仍然带动齿圈19转动，这时首先将五颗滚柱21从五轴碗22较浅的圆弧面内赶到较深的圆弧面内，即滚柱21滚到五轴碗22内。

当吊钩滑轮上的齿环带动齿轮轴23向左反向旋转时，齿轮轴23同时带动轴上的档爪20反转，这时，档爪20上的五个滚柱21从五轴碗23的较浅的圆弧面内被赶到较深的弧面上来，使滚柱21滚到五轴碗22内，不再卡住齿圈19，于是齿圈19就不和齿轮轴23同步旋转了。装上2个单向离合机构，使之跟随吊钩的滑轮上的齿环转动，就可以达到无论吊钩上升还是下降，都能获得单一方向的动能来带动电机发电，为系统供电。

操作室部分由无线视频接收模块11、工控机12、GPS模块13、车联网模块14、电源15、视频网状网发射模块16、显示屏17、功率放大18组成，由无线视频接收模块11、工控机12、GPS模块13、车联网模块14、显示屏17、功率放大18等组成一个监控终端，GPS模块13兼容北斗，可以将接收到的吊钩工作现场的各种数据和视频显示出来，并能及时发出警示信号，为操作者提供信息。而采用网状网的局域组网技术，可以让起重吊车的所有者单位，将其在某一区域的起重吊车组成一个内部网，通过车载的视频网状网发射模块16，可以将每辆吊车的工况信息、位置信息发送到该网中的监控中心，为起重吊车的所有者单位对每辆起重吊车的工况进行监控和管理，进一步保障施工安全。

实施例2

与实施例1不同的是：可以不安装GPS模块13、车联网模块14、视频网状网发射模块16，成为一个独立的监控系统，实施相对简单。

实施例3

与实施例1不同的是：可以加装CAN网络模块获取施工机械识别号等信息；TPMS模块获取胎压等信息；3G、4G通讯模块负责通过移动通讯协议与云端的工程机械施工状态监控与救助服务器进行通讯(包括数据和语音通讯)；就可以极大地提高吊装施工的安全。

Claims (2)

1.一种起重吊钩自发电无线视频监控与防碰撞系统，系统分为吊钩部分和操作室部分：吊钩部分由：超声测距1-N1、激光测距1-N2、摄像头1-N3、数据处理模块4、蓄电池5、无线视频发射模快6、起重吊钩7、吊钩自发电动能输出机构8、直流发电机9、智能充电器10组成，操作室部分由无线视频接收模块11、工控机12、GPS模块13、车联网模块14、电源15、视频网状网发射模块16、显示屏17、功率放大18组成，超声测距的1-N个超声波测距探头，在吊装施工的时候，固定在被吊物体的4角，激光测距1-N2，由1-N个激光测距机组成，分别安装在起重吊钩7的两侧，摄像头1-N3，安装在起重吊钩7的两侧，吊钩自发电动能输出机构8内有单项离合机构，无论吊钩上升还是下降，都能获得单一方向的动能来带动电机发电，智能充电器10，用来将直流发电机9所发的电充到蓄电池5中，为系统供电。被吊物体与障碍物接近时，可发出报警信号，将测距的数据发送到吊钩部分的数据处理模块4并通过无线视频发射模6发送到操作室部分的无线视频接收模块11，使操作室部分进行可视化操作，通过CAN网络模块获取施工机械识别号等信息；GPS模块13兼容北斗得到位置信息，TPMS模块获取胎压等信息；3G、4G通讯模块负责通过移动通讯协议与云端的工程机械施工状态监控与救助服务器进行包括数据和语音通讯；用视频网状网发射模块16将某一区域的起重吊车组成一个内部网，将每辆吊车的工况信息、位置信息发送到该网中的监控中心，对每辆起重吊车的工况进行监控和管理，进一步保障施工安全。

2.根据权利要求1所述的起重吊钩自发电无线视频监控与防碰撞系统，其特征是：吊钩自发电动能输出机构8，内有由19、齿圈20、滚柱21、挡爪22、五轴碗23、齿轮轴组成的单向离合机构。