CN110482409A - 一种基于二维码的塔吊自动控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于二维码的塔吊自动控制系统及控制方法，塔吊自动控制系统包括塔吊运行控制模块、塔吊运行监控模块、手持终端及控制中心，所述控制中心与所述塔吊运行控制模块及所述塔吊运行监控模块通信连接，所述手持终端与所述控制中心通信连接；所述控制中心存储有塔吊作业场地的三维地图信息；所述手持终端扫描吊装起始和目标位置处的二维码获取吊装信息，所述控制中心结合获取的塔吊实时运行状态和障碍物信息，进行路径规划以自动完成吊装控制。操作人员使用手持终端扫描物料起止位置的二维码，将物料起止位置信息和控制指令发送给控制中心，控制中心根据预先设置的地图、障碍物信息及塔吊实时参数信息，自动规划轨迹控制物料的运输。

Description

一种基于二维码的塔吊自动控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于塔吊自动控制技术领域，尤其涉及一种基于二维码的塔吊自动控制系统及控制方法。

背景技术

塔吊是建筑工地上最常用的一种起重设备 又名“塔式起重机”，以一节一节的接长（高）（简称“标准节”），用来吊施工用的钢筋、木楞、混凝土、钢管等施工的原材料。

塔吊作为现代化的运输机械在建筑、码头、冶金等领域有着广泛的应用，随着塔吊的广泛使用，其安全问题不容忽视。现有塔吊的操作由坐在塔吊驾驶室的塔吊司机和地面的塔吊信号工一起协同控制，对操作工人熟练程度以及操作精度要求较高，是大量重复性劳动工作，容易造成疲劳，带来安全隐患。

现有技术中，存在一种塔吊遥控器产品，但是塔吊遥控产品必须要在操作人员视线范围内进行操作，一旦进入视野盲区，就会带来较大的安全隐患，这些遥控产品也无法在建筑工地得到广泛应用。

因此，亟需设计一种基于二维码的塔吊自动控制系统及控制方法，解决现有技术中存在的技术问题。

发明内容

本发明的目的是至少一定程度上解决现有技术中存在的部分技术问题，提供的一种基于二维码的塔吊自动控制系统及控制方法，其结构合理，操作人员只需使用手持终端扫描物料起止位置的二维码，通过操作按键，就能将物料起止位置信息和控制指令发送给控制中心，控制中心根据预先设置的地图、障碍物信息及塔吊实时运行参数信息，自动规划轨迹控制完成物料的运输，具有良好的推广价值。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种基于二维码的塔吊自动控制系统，其包括塔吊运行控制模块、塔吊运行监控模块、手持终端及控制中心，所述控制中心与所述塔吊运行控制模块及所述塔吊运行监控模块通信连接，所述手持终端与所述控制中心通信连接；所述控制中心存储有塔吊作业场地的三维地图信息，所述手持终端扫描吊装起始和目标位置处的二维码获取吊装信息，所述控制中心结合获取的塔吊实时运行状态和障碍物信息，进行路径规划以自动完成吊装控制。

在一些实施例中，所述塔吊作业场地的三维地图信息包括塔吊作业场地中全部的塔吊位置信息及技术参数信息。

在一些实施例中，所述控制中心还存储有塔吊起始位置对应的二维码信息。

在一些实施例中，所述塔吊运行控制模块包括大臂回转单元、小车变幅单元及吊钩提升单元，所述大臂回转单元、小车变幅单元及吊钩提升单元均设置有行车限位器。

在一些实施例中，所述塔吊运行监控模块包括塔吊回转角度传感器、小车幅度传感器、吊钩提升高度传感器、障碍物检测单元、视频监视单元和数据采集单元，所述塔吊回转角度传感器、小车幅度传感器及吊钩提升高度传感器与数据采集单元连接并且其均采用磁旋转角度编码器。

在一些实施例中，所述障碍物检测单元安装于吊钩处，通过无线方式与控制中心通信连接。

在一些实施例中，所述视频监视单元安装于变幅小车上，通过无线方式与控制中心通信连接。

在一些实施例中，所述手持终端的数量为多个，所述手持终端之间以及手持终端与控制中心之间通过无线网络连接。

在一些实施例中，所述手持终端具有摄像头、加速度传感器和陀螺仪传感器。

同时，本发明还公开了一种基于二维码的塔吊自动控制方法，其包括以下步骤：

S1，在控制中心存储及设置塔吊作业场地的三维地图信息、塔吊位置信息及技术参数信息、塔吊起始位置对应的二维码信息；

S2，通过手持终端扫描并确认物料起吊位置及卸货位置的二维码并发送起吊及卸货的操作指令；

S3，控制中心根据操作指令进行塔吊路径规划并将对应操控指令发送至塔吊运行控制模块以指导塔吊各个部件的运转；

S4，在运行控制过程中，控制中心通过塔吊运行监测模块实时获取塔机自身参数及周边障碍物信息，当触发预警信息时暂停机械操作，直到触发条件消除；

S5，通过手持终端对吊装物料进行各方向微调并对塔吊进行锁定操作；

S6，装载、卸载物料完毕后，对塔吊进行接触锁定操作并通过手持终端给出下一个指令。

本发明有益效果：

本发明提供的一种基于二维码的塔吊自动控制系统及控制方法，其结构合理，操作人员只需使用手持终端扫描物料起止位置的二维码，通过操作按键，就能将物料起止位置信息和控制指令发送给控制中心，控制中心根据预先设置的地图、障碍物信息及塔吊实时运行参数信息，自动规划轨迹控制完成物料的运输，具有良好的推广价值。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：

图1是根据本发明所述一种基于二维码的塔吊自动控制系统的模块示意图；

图2是根据本发明基于二维码的塔吊自动控制方法的流程图。

具体实施方式

图1及图2是本申请所述一种基于二维码的塔吊自动控制系统及控制方法的相关示意图，下面结合具体实施例和附图，对本发明进行详细说明。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。

本申请所述一种基于二维码的塔吊自动控制系统的结构示意图，如图1所示，其包括塔吊运行控制模块、塔吊运行监控模块、手持终端及控制中心，所述控制中心与所述塔吊运行控制模块及所述塔吊运行监控模块通信连接，所述手持终端与所述控制中心通信连接；所述控制中心存储有塔吊作业场地的三维地图信息，所述手持终端扫描吊装起始和目标位置处的二维码获取吊装信息，所述控制中心结合获取的塔吊实时运行状态和障碍物信息，进行路径规划以自动完成吊装控制。

具体地，首先通过手持终端扫描吊装起始和目标位置处的二维码来获取吊装起始和目标位置信息，然后控制中心结合事先存储的作业场地内三维地图信息，包括障碍物区域和自由运行区域，根据快速搜索随机树算法，产生运行路径；最后控制中心依据生成的规划路径和实时检测到的障碍物监测信息，控制运行控制模块完成吊装。

本发明中，快速搜索随机树（RRT）算法是一种增量式采样的搜索方法，该方法在应用中不需要任何参数整定，具备良好的使用性能。快速搜索随机树（RRT）算法利用增量式方法构建搜索树，以逐渐提高分辨能力，而无须设置任何分辨率参数。在极限情况，该搜索树将稠密的布满整个空间，此时搜索树由很多较短曲线或路经构成，以实现充满整个空间的目的。增量式方法构建的搜索树其导向取决于稠密采样序列，当该序列为随机序列时，该搜索树称为快速搜索随机树（Rapidly Exploring Random Tree，RRT），而不论该序列为随机还是确定性序列，都被称为快速搜索稠密树（Rapidly Exploring Dense Trees，RDTs），这种规划方法可处理微分等多种约束。

本发明中，操作人员只需使用手持终端扫描物料起吊位置及卸货位置的二维码，通过操作按键，就能将物料起吊位置及卸货位置信息和控制指令发送给控制中心，控制中心根据预先设置的地图、障碍物信息及塔吊实时运行参数信息，自动规划轨迹控制完成物料的运输。

作为本发明的一个实施例，所述塔吊作业场地的三维地图信息包括塔吊作业场地中全部的塔吊位置信息及技术参数信息。具体的，所述技术参数信息至少包括塔吊作业半径及预警阈值等信息，以便控制中心根据塔吊及相邻塔吊的信息统筹安排，自动规划获取吊装运输路线。

在一些实施例中，所述控制中心还存储有塔吊起始位置对应的二维码信息，这样，通过手持终端扫描位置信息二维码并属于控制中心，控制中心根据存储的位置信息获知物料的起始位置及终止位置。

作为本发明的另一方面，所述塔吊运行控制模块包括大臂回转单元、小车变幅单元及吊钩提升单元，所述大臂回转单元、小车变幅单元及吊钩提升单元均设置有行车限位器。

作为本发明的一个实施例，所述塔吊运行监控模块包括塔吊回转角度传感器、小车幅度传感器、吊钩提升高度传感器、障碍物检测单元、视频监视单元和数据采集单元，所述塔吊回转角度传感器、小车幅度传感器及吊钩提升高度传感器与数据采集单元连接并且其均采用磁旋转角度编码器。

作为本发明的一个实施例，所述障碍物检测单元安装于吊钩处，通过无线方式与控制中心通信连接。在一些实施例中，障碍物检测单元通过无线电台与控制中心通信连接。

作为本发明的一个实施例，所述视频监视单元安装于变幅小车上，通过无线方式与控制中心通信连接。在一些实施例中，所述视频监视单元通过无线网桥与控制中心通信连接。

在一些实施例中，所述手持终端的数量为多个，所述手持终端之间以及手持终端与控制中心之间通过无线网络连接。在一些实施例中，所述手持终端具有摄像头、加速度传感器和陀螺仪传感器。

所述手持终端操作包括塔吊控制申请、控制解除、断电急停、复位、起吊、停车、操作锁定和解除锁定按键，在一些实施例中，所手持终端为笔记本电脑，上面至少设置有塔吊运动方向大臂回转按键、小车变幅按键、吊钩提升六个方向操作按键。

同时，本发明还公开了一种基于二维码的塔吊自动控制方法，其流程图，如图2所示，基于二维码的塔吊自动控制方法包括以下步骤：

S1，在控制中心存储及设置塔吊作业场地的三维地图信息、塔吊位置信息及技术参数信息、塔吊起始位置对应的二维码信息；

S2，通过手持终端扫描并确认物料起吊位置及卸货位置的二维码并发送起吊及卸货的操作指令；

S3，控制中心根据操作指令进行塔吊路径规划并将对应操控指令发送至塔吊运行控制模块以指导塔吊各个部件的运转；

S4，在运行控制过程中，控制中心通过塔吊运行监测模块实时获取塔机自身参数及周边障碍物信息，当触发预警信息时暂停机械操作，直到触发条件消除；

S5，通过手持终端对吊装物料进行各方向微调并对塔吊进行锁定操作；

S6，装载、卸载物料完毕后，对塔吊进行接触锁定操作并通过手持终端给出下一个指令。

本发明提供的一种基于二维码的塔吊自动控制系统及控制方法，其结构合理，操作人员只需使用手持终端扫描物料起止位置的二维码，通过操作按键，就能将物料起止位置信息和控制指令发送给控制中心，控制中心根据预先设置的地图、障碍物信息及塔吊实时运行参数信息，自动规划轨迹控制完成物料的运输，具有良好的推广价值。

本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于二维码的塔吊自动控制系统，其特征在于，包括塔吊运行控制模块、塔吊运行监控模块、手持终端及控制中心，所述控制中心与所述塔吊运行控制模块及所述塔吊运行监控模块通信连接，所述手持终端与所述控制中心通信连接；所述控制中心存储有塔吊作业场地的三维地图信息，所述手持终端扫描吊装起始和目标位置处的二维码获取吊装信息，所述控制中心结合获取的塔吊实时运行状态和障碍物信息，进行路径规划以自动完成吊装控制。

2.根据权利要求1所述的基于二维码的塔吊自动控制系统，其特征在于，所述塔吊作业场地的三维地图信息包括塔吊作业场地中全部的塔吊位置信息及技术参数信息。

3.根据权利要求1所述的基于二维码的塔吊自动控制系统，其特征在于，所述控制中心还存储有塔吊起始位置对应的二维码信息。

4.根据权利要求1所述的基于二维码的塔吊自动控制系统，其特征在于，所述塔吊运行控制模块包括大臂回转单元、小车变幅单元及吊钩提升单元，所述大臂回转单元、小车变幅单元及吊钩提升单元均设置有行车限位器。

5.根据权利要求1所述的基于二维码的塔吊自动控制系统，其特征在于，所述塔吊运行监控模块包括塔吊回转角度传感器、小车幅度传感器、吊钩提升高度传感器、障碍物检测单元、视频监视单元和数据采集单元，所述塔吊回转角度传感器、小车幅度传感器及吊钩提升高度传感器与数据采集单元连接并且其均采用磁旋转角度编码器。

6.根据权利要求5所述的基于二维码的塔吊自动控制系统，其特征在于，所述障碍物检测单元安装于吊钩处，通过无线方式与控制中心通信连接。

7.根据权利要求5所述的基于二维码的塔吊自动控制系统，其特征在于，所述视频监视单元安装于变幅小车上，通过无线方式与控制中心通信连接。

8.根据权利要求1所述的基于二维码的塔吊自动控制系统，其特征在于，所述手持终端的数量为多个，所述手持终端之间以及手持终端与控制中心之间通过无线网络连接。

9.根据权利要求8所述的基于二维码的塔吊自动控制系统，其特征在于，所述手持终端具有摄像头、加速度传感器和陀螺仪传感器。

10.一种基于二维码的塔吊自动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在控制中心存储及设置塔吊作业场地的三维地图信息、塔吊位置信息及技术参数信息、塔吊起始位置对应的二维码信息；

S2，通过手持终端扫描并确认物料起吊位置及卸货位置的二维码并发送起吊及卸货的操作指令；

S3，控制中心根据操作指令进行塔吊路径规划并将对应操控指令发送至塔吊运行控制模块以指导塔吊各个部件的运转；

S4，在运行控制过程中，控制中心通过塔吊运行监测模块实时获取塔机自身参数及周边障碍物信息，当触发预警信息时暂停机械操作，直到触发条件消除；

S5，通过手持终端对吊装物料进行各方向微调并对塔吊进行锁定操作；

S6，装载、卸载物料完毕后，对塔吊进行接触锁定操作并通过手持终端给出下一个指令。