CN109292657B - 一种塔吊起重机的避障预警方法 - Google Patents
一种塔吊起重机的避障预警方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明所揭示的一种塔吊起重机的避障预警方法，首先以驾驶室为极点，建立极坐标；录入周围障碍物相对塔吊的位置信息，根据塔吊的位置坐标，计算出障碍物的坐标值以及半径，并在显示屏中进行虚拟显示；设定避障的各个预警值，根据塔吊运行中的实时参数值进行预警值比对，从而判断是否需要进行预警操作。本发明所揭示的一种塔吊起重机的避障预警方法，通过将塔吊周边障碍物和以及塔吊的运行方向在显示屏上动态显示，让操作人员观察更加直观，并根据虚拟显示的障碍物信息进行塔吊操作过程中的避障操作，实现障碍物快速判断，提高避障的精准度。
Description
技术领域
本发明涉及一种塔吊领域，具体涉及一种塔吊起重机的避障预警方法。
背景技术
塔式起重机是我国建筑安装工程中广泛使用的一种主要的施工机械， 对于高层建筑施工来说， 更是一个不可缺少的重要施工机械， 随着塔吊的广泛使用， 其安全问题也不容忽视， 当前城市建筑物越来越密集， 其建筑工地塔吊的密度也越来越大，在建筑施工现场经常是楼群建设， 使得施工环境复杂， 经常出现多塔吊交叉作业的情况，甚至是近距离交叉作业，在此情形下，容易出现人为操作失误引起塔机之间的碰撞，或者塔吊与周围建筑物间的碰撞事故，严重的甚至出现致命的事故。
随着信息技术在工程领域的新应用，为了便于塔吊监控单位、施工方等部门和相关人员对塔机设备工况安全的实时在线感知，对塔吊使用过程和行为的
及时监管、测控、并能及时预警和报警，尤其对于避障这一块的设计，最常见的方式就是在塔吊的吊臂，吊钩上设置超声波传感器或红外探测器，利用超声波或者红外进行周围障碍物距离的监测，这种方式虽然可以起到一定的预警作用，但其在实际检测时存在诸多死角，而且主要应用在多塔吊交叉作业时的相互避障上，而对于塔吊与其他障碍物（如建筑物，地面堆积的材料等），则其应用比较有限。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种塔吊起重机的避障预警方法，通过将塔吊周边障碍物在显示屏上虚拟显示，并根据虚拟显示的障碍物信息进行塔吊操作过程中的避障操作，实现障碍物快速判断，提高避障的精准度。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：一种塔吊起重机的避障预警方法，包括如下步骤：
a、以驾驶室为极点o，塔吊大臂为极轴ox，建立极坐标系，同时设定大臂的回转半径R为大臂的长度；
b、人工录入塔吊周边障碍物相对塔吊的位置信息，包括起始高度
，终止高度
，起始幅度
，终止幅度
、起始角度
、终止角度
；
c、设定显示屏上模拟的回转区域圆心坐标
(x,y)和半径
，将录入的障碍物虚拟为一个圆形，根据录入的障碍物位置信息计算出屏幕上模拟障碍物中心坐标
(x,y)及障碍物半径
；
d、调用屏幕画函数，将各个障碍物的中心坐标
(x,y)以及半径
填入显示屏中，以在显示屏上显示各个模拟障碍物信息；
e、根据塔吊惯性设定回转角接近保护值PROTECT_ANGLE，同时根据录入的障碍物信息计算各个障碍物的起始角度预警值Anear=
- PROTECT_ANGLE，终止角度预警值Afar=
+PROTECT_ANGLE；
f、通过塔吊上的传感器实时获取塔吊的当前高度h，当前幅度f及当前回转角度值a；
g、根据步骤f获取的实时塔吊信息，判断出塔吊的运行方向，并进行该运行方向上的障碍物避障预警；
h、根据步骤f获取的塔吊回转角度，结合塔吊运行方向，以及该方向上障碍物的预警值，进行回转角度预警判断；
i、根据步骤f获取的塔吊高度h和幅度f，结合塔吊运行方向、塔吊最大高度H，以及障碍物高度及幅度进行预警判断；
j、根据步骤h和i的预警判断结果，在预警标志alarm被设为1时，启动报警灯和报警铃进行报警，同时在显示屏上显示需要避障的障碍物位置，使得操作员直观获取障碍物信息，实现有效避障。
作为优选，所述步骤c中，根据录入的位置信息计算障碍物相对回转区域圆心的距离
，障碍物中心与起始角的夹角为
，并根据
,
, 
计算出障碍物中心坐标c1(x,y)及障碍物半径r1，其中
作为优选，所述步骤g中塔吊的运行方向判断步骤包括：
g1、实时采集塔吊上各个传感器信号，在采集新的高度、幅度、回转角度值之前先拷贝上一次采集到的值，分别存为信号值h_old, f_old, a_old；
g2、根据塔吊校准信息计算出当前塔吊的高度h、幅度f及回转角度值a；
g3、 如果信号值h_old+100< h，则判断钓钩在向上运动，如果h_old > h+100, 则判断钓钩在向下运动，否则判断钓钩处于静止状态；
g4、 根据步骤g3的高度判断的结果，控制显示屏上的高度指示图标向上或向下闪烁显示，以指示当前钓钩的运行方向；
g5、 如果信号值f_old+100<f,则判断变幅小车在向前运动，如果f_old > f+100,则判断变幅小车在向后运动，否则判断变幅小车处于静止状态；
g6、 根据步骤g5的幅度判断的结果，控制显示屏上的幅度指示图标向前或向后闪烁显示，以指示当前变幅小车运行方向；
g7、 如果信号值a_old+100 < a,则判断大臂在向右运动，如果a_old > a+100,则判断大臂在向左运动，否则判断大臂转动处于静止状态；
g8、 根据步骤g7的角度判断的结果，控制显示屏上的回转角度指示图标向左或向右闪烁显示，以指示当前大臂运行方向，同时大臂的回转角度值及大臂转动的模拟图会显示相应的角度。
作为优选，所述步骤h中回转角预警判断的具体步骤包括：
h1、判断是否a> Anear且a<360，或者a≥0且a< Afar，如是则将预警标志alarm设为1，若否则alarm设为0；
h2、判断是否Anear>0且Afar<360，若否则执行步骤h3，若是则判断a > Anear且a<Afar是否成立，若是则设置预警标志alarm设为1，若否则alarm设为0；
h3、判断是否Anear<0且Afar<360，若否则执行步骤h4，若是则判断a > Anear+360且a < 360或者a≥0且a < Afar是否成立，如果成立则设置预警标志alarm设为1，若否则alarm设为0；
h4、判断是否Anear>0且Afar>360，若否则alarm设为0，若是则判断a > Anear且a< 360或者a ≥0且a < Afar-360 是否成立，如果成立则设置预警标志alarm设为1，若否则alarm设为0。
作为优选，所述步骤i中的具体判断步骤为：判断障碍物高度h1 < H是否成立，如果成立则计算判断h1 < h或者f0 > f是否成立，如果成立则说明吊钩比障碍物高或吊钩还未进入障碍物区域，将预警标志alarm设为0，否则将预警标志alarm设为1。
有益效果：本发明所揭示的一种塔吊起重机的避障预警方法，具有如下有益效果：利用提前录入的形式将塔吊周边的障碍物虚拟显示在驾驶室的显示屏上，同时在塔吊运行时对其运行状态也在显示屏上实时显示，使得操作者更加直观的获取周边障碍物信息，在吊机运行时提前避障操作；
吊机运行时对吊机的参数与障碍物的预警值进行实时对比监测，在吊机出现在预警范围时进行报警，以使得操作者及时避障，这种方式对障碍物的判断精准，有效提升避障的可靠性。
具体实施方式
下面将结合本发明的内容，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
本发明所揭示的一种塔吊起重机的避障预警方法，主要是针对塔吊与障碍物之间的避障操作，其步骤包括：
a、以驾驶室为极点o，塔吊大臂为极轴ox，建立极坐标系，同时设定大臂的回转半径R为大臂的长度；
b、人工录入塔吊周边障碍物相对塔吊的位置信息，包括起始高度
，终止高度
，起始幅度
，终止幅度
、起始角度
、终止角度
；
c、设定回转区域圆心坐标
(x,y)和半径
，将录入的障碍物虚拟为一个圆形，根据录入的障碍物位置信息计算障碍物相对回转区域圆心的距离
，障碍物中心与起始角的夹角为
，并根据
,
, 
计算出模拟障碍物中心坐标c1(x,y)及障碍物半径r1，其中
d、调用屏幕画函数，将各个障碍物的中心坐标
(x,y)以及半径
送入显示屏中，以在显示屏中虚拟显示各个模拟障碍物信息；
e、根据塔吊惯性设定回转角接近保护值PROTECT_ANGLE=20°（具体的可以根据塔吊情况进行设定），同时根据录入的障碍物信息计算各个障碍物的起始角度预警值Anear=
- PROTECT_ANGLE，终止角度预警值Afar=
+PROTECT_ANGLE；
f、通过塔吊上的传感器实时获取塔吊的当前高度h，当前幅度f及当前回转角度值a；
g、根据步骤f获取的实时塔吊信息，判断出塔吊的运行方向，并进行该运行方向上的障碍物避障预警，其塔吊运行方向判断步骤包括：
g1、塔吊上的主控模块实时采集塔吊上各个传感器信号，在采集新的高度、幅度、回转角度值之前先拷贝上一次采集到的值，分别存为信号值h_old, f_old, a_old；
g2、根据塔吊校准信息计算出当前塔吊的高度h、幅度f及回转角度值a；
g3、 如果信号值h_old+100< h，则判断钓钩在向上运动，如果h_old > h+100, 则判断钓钩在向下运动，否则判断钓钩处于静止状态；
g4、 根据步骤g3的高度判断的结果，控制显示屏上的高度指示图标向上或向下闪烁显示，以指示当前钓钩的运行方向；
g5、 如果信号值f_old+100<f,则判断变幅小车在向前运动，如果f_old > f+100,则判断变幅小车在向后运动，否则判断变幅小车处于静止状态；
g6、 根据步骤g5的幅度判断的结果，控制显示屏上的幅度指示图标向前或向后闪烁显示，以指示当前变幅小车运行方向；
g7、 如果信号值a_old+100 < a,则判断大臂在向右运动，如果a_old > a+100,则判断大臂在向左运动，否则判断大臂转动处于静止状态；
g8、 根据步骤g7的角度判断的结果，控制显示屏上的回转角度指示图标向左或向右闪烁显示，以指示当前大臂运行方向，同时大臂的回转角度值及大臂转动的模拟图会显示相应的角度；
h、根据步骤f获取的塔吊回转角度，结合塔吊运行方向，以及该方向上障碍物的预警值，进行回转角度预警判断，具体为：
h1、判断是否a> Anear且a<360，或者a≥0且a< Afar，如是则将预警标志alarm设为1，若否则alarm设为0；
h2、判断是否Anear>0且Afar<360，若否则执行步骤h3，若是则判断a > Anear且a<Afar是否成立，若是则设置预警标志alarm设为1，若否则alarm设为0；
h3、判断是否Anear<0且Afar<360，若否则执行步骤h4，若是则判断a > Anear+360且a < 360或者a≥0且a < Afar是否成立，如果成立则设置预警标志alarm设为1，若否则alarm设为0；
h4、判断是否Anear>0且Afar>360，若否则alarm设为0，若是则判断a > Anear且a< 360或者a ≥0且a < Afar-360 是否成立，如果成立则设置预警标志alarm设为1，若否则alarm设为0；
i、根据步骤f获取的塔吊高度h和幅度f，结合塔吊运行方向、塔吊最大高度H，以及障碍物高度及幅度进行预警判断，首先判断障碍物高度h1 < H是否成立，如果成立则计算判断h1 < h或者f0 > f是否成立，如果成立则说明吊钩比障碍物高或吊钩还未进入障碍物区域，将预警标志alarm设为0，否则将预警标志alarm设为1；
j、根据步骤h和i的预警判断结果，在预警标志alarm被设为1时，启动报警灯和报警铃进行报警，同时在显示屏上显示需要避障的障碍物位置，使得操作员直观获取障碍物信息，实现有效避障。
上述步骤h~j为一个障碍物的判断避障过程，由于整个塔吊周边存在诸多障碍物，故而每一个障碍物都需要重复一次上述过程进行监测。
在本避障预警方法中涉及到的传感器包括起升高度传感器，变幅幅度传感器，回转角传感器等，具体的内容可以参考现有的智能塔吊上。
以上对本发明创造的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均归属于本发明创造的专利涵盖范围之内。
Claims (4)
1.一种塔吊起重机的避障预警方法，其特征在于包括如下步骤：
a、以驾驶室为极点o，塔吊大臂为极轴ox，建立极坐标系，同时设定大臂的回转半径R为大臂的长度；
b、人工录入塔吊周边障碍物相对塔吊的位置信息，包括起始高度h0，终止高度h1，起始幅度f0，终止幅度f1、起始角度a0、终止角度a1；
c、设定显示屏上模拟的回转区域圆心坐标c0(x，y)和半径r0，将录入的障碍物虚拟为一个圆形，根据录入的位置信息计算障碍物相对回转区域圆心的距离
障碍物中心与起始角的夹角为
并根据c0，L1，a2计算出障碍物中心坐标c1(x，y)及障碍物半径r1，其中
d、调用屏幕画圆函数，将各个障碍物的中心坐标c1(x，y)以及半径r1送入显示屏中，以在显示屏上显示各个模拟障碍物示意图；
e、根据塔吊运行时具有惯性的特点，设定回转角接近保护值PROTECT_ANGLE，同时根据录入的障碍物信息计算各个障碍物的起始角度预警值Anear＝a0-PROTECT_ANGLE，终止角度预警值Afar＝a0+PROTECT_ANGLE；
f、通过塔吊上的传感器实时获取塔吊的当前高度h，当前幅度f及当前回转角度值a，并在塔吊运行时，在显示屏上实时显示其运行状态；
g、根据步骤f获取的实时塔吊信息，判断出塔吊的运行方向，并进行该运行方向上的障碍物避障预警；
h、根据步骤f获取的塔吊回转角度，结合塔吊运行方向，以及该方向上障碍物的预警值，进行回转角度预警判断；
i、根据步骤f获取的塔吊高度h和幅度f，结合塔吊运行方向、塔吊最大高度H，以及障碍物高度及幅度进行预警判断；
j、根据步骤h和i的预警判断结果，在预警标志alarm被设为1时，启动报警灯和报警铃进行报警，同时在显示屏上显示需要避障的障碍物及其位置，使得操作员直观获取障碍物信息，实现有效避障。
2.根据权利要求1所述的一种塔吊起重机的避障预警方法，其特征在于：所述步骤g中塔吊的运行方向判断步骤包括：
g1、实时采集塔吊上各个传感器信号，在采集新的高度、幅度、回转角度值之前先拷贝上一次采集到的值，分别存为信号值h_old，f_old，a_old；
g2、根据塔吊校准信息计算出当前塔吊的高度h、幅度f及回转角度值a；
g3、如果信号值h_old+100＜h，则判断吊钩在向上运动，如果h_old＞h+100，则判断吊钩在向下运动，否则判断吊钩处于静止状态；
g4、根据步骤g3的高度判断的结果，控制显示屏上的高度指示图标向上或向下闪烁显示，以指示当前吊钩的运行方向；
g5、如果信号值f_old+100＜f，则判断变幅小车在向前运动，如果f_old＞f+100，则判断变幅小车在向后运动，否则判断变幅小车处于静止状态；
g6、根据步骤g5的幅度判断的结果，控制显示屏上的幅度指示图标向前或向后闪烁显示，以指示当前变幅小车运行方向；
g7、如果信号值a_old+100＜a，则判断大臂在向右运动，如果a_old＞a+100，则判断大臂在向左运动，否则判断大臂转动处于静止状态；
g8、根据步骤g7的角度判断的结果，控制显示屏上的回转角度指示图标向左或向右闪烁显示，以指示当前大臂运行方向，同时大臂的回转角度值及大臂转动的模拟图会显示相应的角度。
3.根据权利要求1所述的一种塔吊起重机的避障预警方法，其特征在于：所述步骤h中回转角预警判断的具体步骤包括：
h1、判断是否a＞Anear且a＜360，或者a≥0且a＜Afar，如是则将预警标志alarm设为1，若否则alarm设为0；
h2、判断是否Anear＞0且Afar＜360，若否则执行步骤h3，若是则判断a＞Anear且a＜Afar是否成立，若是则设置预警标志alarm设为1，若否则alarm设为0；
h3、判断是否Anear＜0且Afar＜360，若否则执行步骤h4，若是则判断a＞Anear+360且a＜360或者a≥0且a＜Afar是否成立，如果成立则设置预警标志alarm设为1，若否则alarm设为0；
h4、判断是否Anear＞0且Afar＞360，若否则alarm设为0，若是则判断a＞Anear且a＜360或者a≥0且a＜Afar-360是否成立，如果成立则设置预警标志alarm设为1，若否则alarm设为0。
4.根据权利要求1所述的一种塔吊起重机的避障预警方法，其特征在于：所述步骤i中的具体判断步骤为：判断障碍物高度h1＜H是否成立，如果成立则计算判断h1＜h或者f0＞f是否成立，如果成立则说明吊钩比障碍物高或吊钩还未进入障碍物区域，将预警标志alarm设为0，否则将预警标志alarm设为1。
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Date of cancellation: 20220421 Granted publication date: 20200605 Pledgee: Jiangsu Credit Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: NANTONG YUNZHIJIAN INTELLIGENT TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020980008203 |
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