CN104709825A - 吊装工具的控制系统和吊装系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种吊装工具的控制系统和吊装系统，所述吊装工具的控制系统包括：三维扫描仪，用于对预制构件、吊装工具和施工现场进行三维扫描；处理模块，与所述三维扫描仪电连接；微控制单元，设置在所述吊装工具上，并与所述处理模块连接；电机，根据所述微控制单元的输出指令控制吊装工具移动；其中，所述三维扫描仪输出的扫描数据经处理模块处理后送至微控制单元，所述微控制单元进而产生输出指令并送至电机处。本发明通过驱动吊装工具的各部件进行旋转、行走的动作，实现了对预制构件的自动吊装，避免了操作工人的高空作业，并保证了高精度。

Description

吊装工具的控制系统和吊装系统

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，尤其是一种吊装工具的控制系统和吊装工具。

背景技术

塔吊是建筑工地上最常用的一种吊装工具，又名“塔式起重机”，以一节一节的接长(简称“标准节”)，用来吊装施工用的钢筋、木楞、混凝土、钢管等施工的原材料，故是工地上一种必不可少的设备。

在建筑施工现场的施工吊装操作都是由操作工人进入施工吊装操作仓内部进行人工手动操作。操作的准确性完全依赖于操作人员的技术熟练度以及与现场指挥人员的配合，加之现场情况复杂，操作盲点多，这种传统吊装工具及其进行重物搬运工作的方法便渐渐不能满足建筑施工工艺的需求了。随着装配式建筑的发展，施工现场提出了需要利用吊装工具进行预制构件运输并且进行精确定位的要求，装配式建筑的定位要求往往在毫米级，而采用传统吊装工具进行吊装的吊装精度却在厘米甚至分米级，因此，必须对传统吊装工具进行改造，使其适应装配式建筑构件高精度定位的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于三维扫描技术的吊装工具的控制系统和吊装系统，以提高对预制构件的吊装精度，并避免操作人员进行高空作业，进而降低操作人员的劳动强度。

为了达到上述目的，本发明提供了一种吊装工具的控制系统，包括：

三维扫描仪，用于对预制构件、吊装工具和施工现场进行三维扫描；

处理模块，与所述三维扫描仪电连接；

微控制单元，设置在所述吊装工具上，并与所述处理模块连接；

电机，根据所述微控制单元的输出指令控制吊装工具移动；

其中，所述三维扫描仪输出的扫描数据经处理模块处理后送至微控制单元，所述微控制单元进而产生输出指令并送至电机处。

进一步地，所述吊装工具为塔吊，所述吊装工具具有旋转臂、桁架小车和吊索，所述桁架小车设置在旋转臂上，所述吊索设置在桁架小车上。

进一步地，所述电机的数量为多个，多个所述电机分别控制所述旋转臂的旋转、桁架小车的行走以及吊索的收放。

进一步地，所述处理模块根据三维扫描仪输出的扫描数据建立预制构件、施工现场及吊装工具的模型，进而获得所述旋转臂的角度变化量、桁架小车的位移以及吊索的长度，并输出所述旋转臂的角度变化量、桁架小车的位移以及吊索的长度至所述微控制单元。

进一步地，所述微控制单元的输出指令包括角度控制指令和位移控制指令，所述微控制单元根据获得的旋转臂的角度变化量形成所述角度控制指令，并根据获得的所述桁架小车的位移以及吊索的长度形成所述位移控制指令。

进一步地，所述吊装工具上设置有关键点和控制点，所述处理模块根据三维扫描仪输出的扫描数据建立预制构件、施工现场、关键点和控制点的模型，进而获得所述关键点的角度变化量和控制点的位移，所述微控制单元的输出指令包括角度控制指令和位移控制指令，所述微控制单元根据所述关键点的角度变化量获得所述角度控制指令，并根据所述控制点的位移获得所述位移控制指令，多个所述电机设置在关键点和控制点上，并根据所述角度控制指令和位移控制指令分别改变所述关键点的旋转角度和位移点的位移。

进一步地，所述三维扫描仪为三维激光扫描仪。

进一步地，所述施工现场为建筑的楼层平面。

进一步地，所述处理模块为计算机。

进一步地，所述微控制单元与处理模块无线连接，所述微控制单元为Arduino控制器。

进一步地，所述电机为伺服电机。

本发明还提供了一种吊装系统，包括预制构件和吊装工具，还包括上述的吊装工具的控制系统。

本发明提供了一种吊装工具的控制系统和吊装系统，通过三维扫描仪对施工现场、吊装工具和预制构件事先进行扫描，并利用毫米级的扫描成果，在计算机中对上述对象进行建模，确定施工现场、吊装工具和预制构件彼此之间的相对关系，还通过驱动吊装工具的各部件进行旋转、行走的动作，实现了对预制构件的自动吊装，避免了操作工人的高空作业，并保证了高精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的吊装工具的控制系统的原理图；

图2为本发明实施例提供的吊装工具的结构示意图。

图中，1：旋转臂，2：桁架小车，3：吊索，4：塔身，5：操作舱。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，本发明提供了一种吊装工具的控制系统，用于控制吊装工具以实现对预制构件的吊装，包括：

三维扫描仪，用于对预制构件、吊装工具和施工现场进行三维扫描；

处理模块，与所述三维扫描仪电连接；

微控制单元，设置在所述吊装工具上，并与所述处理模块连接；

电机，根据所述微控制单元的输出指令控制吊装工具移动；

其中，所述三维扫描仪输出的扫描数据经处理模块处理后送至微控制单元，所述微控制单元进而产生输出指令并送至电机处。

在本实施例中，所述三维扫描仪为三维激光扫描仪。三维激光扫描仪采用三维激光扫描技术，三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。它不同于传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。采用三维激光扫描技术的三维激光扫描仪能够提供扫描物体表面的三维点云数据，可以用于获取高精度高分辨率的数字模型，通过三维激光扫描仪获得预制构件、施工现场和吊装工具的三维精确尺寸，保证了施工安装的高精度。

在本实施例中，所述施工现场为建筑的楼层平面，如图2所示，所述吊装工具为塔吊，所述吊装工具具有旋转臂1、桁架小车2、吊索3、塔身4和操作舱5，所述桁架小车2设置在旋转臂1上，桁架小车2可在旋转臂1上行走，旋转臂1通过转台(未图示)与塔身4连接，并可绕塔身4旋转，所述吊索3设置在桁架小车2上，吊索3与吊钩连接，通过吊索3的收放使得吊钩挂设在预制构件上。

所述电机的数量为多个，且优选为伺服电机，多个所述电机分别控制所述旋转臂的旋转、桁架小车的行走以及吊索的收放，该吊装工具的旋转臂的角度变化量为θ，桁架小车的位移为S，吊索的长度为L。

在本实施例中，所述处理模块为计算机，所述吊装工具上设置有关键点和控制点，所述处理模块根据三维扫描仪输出的扫描数据建立预制构件、施工现场、关键点和控制点的模型，进而获得所述关键点的角度变化量和控制点的位移。对于某一预制构件，由于目标点(即该预制构件待放置/安装的位置)的位置是已知的，设置多个关键点，并结合该多个关键点及所述目标点以获得吊装该预制构件时旋转臂1的角度变化量θ；设置多个控制点，并结合该多个控制点及所述目标点以获得吊装该预制构件时桁架小车2的位移S和吊索3的长度L。例如，在本实施例中，在塔身4或操作舱5中选取一个点作为一个关键点(优选为塔身4中轴线与旋转臂1中轴线的交点)，在旋转臂1中选取一个点作为另一关键点(优选在旋转臂1的中轴线上的一点)，且要确保这两个关键点在水平方向上有间距，即确保这两个关键点在竖直方向上不在一条竖直的直线上，根据这两个关键点和任一个预制构件的目标点即可计算得出吊装该预制构件时旋转臂1的角度变化量θ。选取桁架小车2上一点作为一个控制点(优选为桁架小车2与旋转臂1中轴线交点)，选取吊索3与吊钩的交点为另一控制点，考虑到本实施例中已经优选塔身4中轴线与旋转臂1中轴线交点为一关键点，那么根据上述两个控制点、一关键点以及待吊装预制构件的目标点即可获得吊装该预制构件时桁架小车2的位移S和吊索3的长度L。本实施例考虑到降低建模的复杂度，仅仅建立了吊装工具上关键点和控制点的模型，避免了对吊装工具的整体进行建模，降低了复杂程度。

在对预制构件和施工现场进行建模时，需要在同一空间坐标系中采用等比例建模的方式，即对预制构件和施工现场采用一致的比例尺建模。此外，在对关键点和位移点进行建模时，也采用与预制构件相同的比例尺，且模型中的关键点和实际的关键点是数量相同，模型中的位移点和实际的位移点的数量相同。

在本实施例中，所述微控制单元的输出指令包括角度控制指令和位移控制指令，所述微控制单元根据所述关键点的角度变化量获得所述角度控制指令，并根据所述控制点的位移获得所述位移控制指令，多个所述电机设置在关键点和控制点上，并根据所述角度控制指令和位移控制指令分别改变所述关键点的旋转角度和位移点的位移，进而实现了对旋转臂的旋转、桁架小车的行走、吊索的收放。

在另一实施例中，所述处理模块为计算机，该计算机根据三维扫描仪输出的扫描数据建立预制构件、施工现场及吊装工具的模型，进而获得所述旋转臂的角度变化量θ、桁架小车的位移S以及吊索的长度L，并输出所述旋转臂的角度变化量θ、桁架小车的位移S以及吊索的长度L至所述微控制单元。此外，所述微控制单元的输出指令包括角度控制指令和位移控制指令，所述微控制单元根据获得的旋转臂的角度变化量θ形成所述角度控制指令，并根据获得的所述桁架小车的位移S以及吊索的长度L形成所述位移控制指令。

在本实施例中，所述微控制单元与处理模块无线连接，所述微控制单元为Arduino控制器。

此外，在本实施例中，所述处理模块中运行有Rhino软件，Rhino根据获得的所述三维扫描仪输出的扫描数据建立预制构件、施工现场、关键点和控制点的模型，操作人员在Rhino中进行虚拟的吊装操作，Rhino根据操作人员的虚拟吊装操作产生控制命令，该控制命令无线传输至所述微控制单元中，微控制单元进而产生角度控制指令和位移控制指令，电机在接收到角度控制指令和位移控制指令后操作旋转臂、桁架小车和吊索进行相应的移动。

本发明还提供了一种吊装系统，包括所述预制构件和吊装工具，还包括上述的吊装工具的控制系统。

综上，本发明提供了一种吊装工具的控制系统和吊装系统，通过三维扫描仪对施工现场、吊装工具和预制构件事先进行扫描，并利用毫米级的扫描成果，在计算机中对上述对象进行建模，确定施工现场、吊装工具和预制构件彼此之间的相对关系，还通过数控技术驱动吊装工具的各部件进行回转、行走的动作，实现了对预制构件的自动吊装，避免了操作工人的高空作业，并保证了高精度。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种吊装工具的控制系统，用于控制吊装工具以实现对预制构件的吊装，其特征在于，包括：

三维扫描仪，用于对预制构件、吊装工具和施工现场进行三维扫描；

处理模块，与所述三维扫描仪电连接；

微控制单元，设置在所述吊装工具上，并与所述处理模块连接；

电机，根据所述微控制单元的输出指令控制吊装工具移动；

其中，所述三维扫描仪输出的扫描数据经处理模块处理后送至微控制单元，所述微控制单元进而产生输出指令并送至电机处。

2.如权利要求1所述的吊装工具的控制系统，其特征在于，所述吊装工具为塔吊，所述吊装工具具有旋转臂、桁架小车和吊索，所述桁架小车设置在旋转臂上，所述吊索设置在桁架小车上。

3.如权利要求2所述的吊装工具的控制系统，其特征在于，所述电机的数量为多个，多个所述电机分别控制所述旋转臂的旋转、桁架小车的行走以及吊索的收放。

4.如权利要求3所述的吊装工具的控制系统，其特征在于，所述处理模块根据三维扫描仪输出的扫描数据建立预制构件、施工现场及吊装工具的模型，进而获得所述旋转臂的角度变化量、桁架小车的位移以及吊索的长度，并输出所述旋转臂的角度变化量、桁架小车的位移以及吊索的长度至所述微控制单元。

5.如权利要求4所述的吊装工具的控制系统，其特征在于，所述微控制单元的输出指令包括角度控制指令和位移控制指令，所述微控制单元根据获得的旋转臂的角度变化量形成所述角度控制指令，并根据获得的所述桁架小车的位移以及吊索的长度形成所述位移控制指令。

6.如权利要求3所述的吊装工具的控制系统，其特征在于，所述吊装工具上设置有关键点和控制点，所述处理模块根据三维扫描仪输出的扫描数据建立预制构件、施工现场、关键点和控制点的模型，进而获得所述关键点的角度变化量和控制点的位移，所述微控制单元的输出指令包括角度控制指令和位移控制指令，所述微控制单元根据所述关键点的角度变化量获得所述角度控制指令，并根据所述控制点的位移获得所述位移控制指令，多个所述电机设置在关键点和控制点上，并根据所述角度控制指令和位移控制指令分别改变所述关键点的旋转角度和位移点的位移。

7.如权利要求1所述的吊装工具的控制系统，其特征在于，所述三维扫描仪为三维激光扫描仪。

8.如权利要求1所述的吊装工具的控制系统，其特征在于，所述施工现场为建筑的楼层平面。

9.如权利要求1所述的吊装工具的控制系统，其特征在于，所述处理模块为计算机。

10.如权利要求1所述的吊装工具的控制系统，其特征在于，所述微控制单元与处理模块无线连接，所述微控制单元为Arduino控制器。

11.如权利要求1所述的吊装工具的控制系统，其特征在于，所述电机为伺服电机。

12.一种吊装系统，包括预制构件和吊装工具，其特征在于，还包括如权利要求1-11任一项所述的吊装工具的控制系统。