CN112777497A - 一种塔机智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塔机智能控制系统，属于建筑施工程机械领域。本控制系统包括控制中心、无线通讯模块、云端服务器、移动操控终端、高清视频监控模块、吊钩智能避障模块、数据采集传输模块、动作执行模块和报警模块，云端服务器、移动操控终端、高清视频监控模块、吊钩智能避障模块通过无线通讯模块与控制中心连接，数据采集传输模块、动作执行模块和报警模块与控制中心连接。本发明通过信息技术手段集成塔机核心部件不可拆卸，实现塔机标定范围内的智能运行和智能避障，减少塔机操作的人工成本，并进一步降低施工安全隐患，提高塔机吊装作业效率。

Description

一种塔机智能控制系统

技术领域

本发明涉及建筑施工程机械技术领域，尤其涉及一种塔机智能控制系统。

背景技术

塔机(塔式起重机)在建筑、桥梁施工场景中承担着垂直、水平运输重物的主要工作，是城市现代化建设进程中不可或缺的重要建筑机械。传统塔机操作过程中，通常至少配备1名塔机司机、2名信号工、1名司索工，不仅人工成本高，而且人的不安全行为较多，例如安全意识缺乏与疏忽大意、未持证上岗、违规操作、技能差异等，由此导致的塔机安全事故达到占比60％以上。因此，研究塔机智能控制系统，实现远程操控、无人驾驶对塔机的安全运行具有积极的意义。

从塔机控制系统来看，国内现有塔机控制系统的主要问题在于：(1)部分老旧塔机的控制方式仍采用继电器形式，简单粗暴，对电机及设备冲击大； (2)电控系统和监控系统各自独立，没有信息交互；(3)塔机仅能实现简单的定点定距运行，可靠性不高，离无人驾驶还有一大段差距；(4)塔机主要部件(例如电机、减速机、液压顶升系统等)与主控中心关联度不高，易被拆卸更换成与原参数不匹配的，导致塔机性能不佳、运行不稳定，不利于塔机智能控制系统的集成。因此，如何对现有的塔机控制系统进行改进，是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种塔机智能控制系统。根据本发明的塔机智能控制系统，实现塔机在标定好的作业范围内无人驾驶，并且确保重要的核心控制部件和传感器对应匹配，塔机主要部件不可拆卸，本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种塔机智能控制系统，所述控制系统包括控制中心、无线通讯模块、云端服务器、移动操控终端、高清视频监控模块、吊钩智能避障模块、数据采集传输模块、动作执行模块和报警模块，所述云端服务器、移动操控终端、高清视频监控模块、吊钩智能避障模块通过所述无线通讯模块与所述控制中心连接，所述数据采集传输模块、动作执行模块和报警模块与所述控制中心连接；

所述控制中心用于接收采集到的视频和数据信息，发出控制指令实现塔机动作控制；

所述无线通讯模块用于将控制中心与各模块之间的无线连接；

所述云端服务器用于存储高清视频监控模块的视频和数据采集传输模块的数据信息；

所述移动操控终端用于设置塔机参数；

所述吊钩智能避障模块用于采集吊钩前进路径的深度图像信息和解钩、起钩信号；

所述数据采集传输模块用于采集塔机数据信息；

所述动作执行模块用于控制塔机动作；

所述报警模块用于发出报警信号。

优选的，所述控制中心包括嵌入式AI芯片、变频器、继电器和接触器，所述变频器与所述嵌入式AI芯片连接，所述继电器与所述变频器连接，所述接触器与所述继电器连接，所述的变频器用于接收嵌入式AI芯片的控制指令，所述继电器用于变频器信号的转换，所述接触器用于接通和分断电流信号，驱动动作执行模块。

优选的，所述无线通讯模块包括5G通讯模块和无线接入点，所述5G通讯模块与所述无线接入点连接，所述5G通讯模块用于提供5G通信。

优选的，所述云端服务器包括应用程序服务器、数据存储服务器和塔机远程监控管理网站，所述应用程序服务器、数据存储服务器和塔机远程监控管理网站之间采用数据连接。

优选的，所述移动操控终端包括微处理器、人机交互界面、输入输出接口、语言声光报警单元、存储单元，所述人机交互界面、输入输出接口、语言声光报警单元和存储单元均与所述微处理器连接。

优选的，所述吊钩智能避障模块包括双目摄像头、旋转装置、解钩开关和起钩开关，所述双目摄像头固定安装在所述旋转装置上。

优选的，所述数据采集传输模块包括重量传感器、高度传感器、幅度传感器、回转角度传感器、风速仪和限位开关，所述重量传感器、高度传感器、幅度传感器、回转角度传感器、风速仪和限位开关均所述控制中心连接。

优选的，所述动作执行模块包括起升机构、回转机构和变幅机构，所述起升机构、回转机构和变幅机构均与所述控制中心连接。

优选的，所述声光报警模块包括蜂鸣器和报警灯，所述蜂鸣器和报警灯均与所述控制中心连接。

优选的，一种塔机智能控制系统的控制方法，包括以下步骤：

(1)标定：

塔机智能控制系统开机初始状态下处于人工模式，在人工模式下进行参数设置，参数设置完成后才能切换至智能模式，也可以直接在人工模式下操控塔机；

a、人工模式下在移动操控终端的人机界面上设置塔机的初始参数，i.MX 6Quad处理器根据设置的参数生成塔机工作半径模拟界面，并将所设置参数通过无线通讯模块实时传送至控制中心；

b、使用移动操控终端操控塔机，将吊钩运行至上料点区域，接着吊钩下降至可以人工挂钩的高度，然后在移动操控终端上点击标定，即可设置完成上料点Ⅰ的位置参数标定；

c、若有多个上料点，按照b步骤继续标定；

d、使用移动操控终端操控塔机，将吊钩运行至下料点区域，接着吊钩下降至可以人工解钩的高度，然后在移动操控终端上点击标定，即可设置完成下料点Ⅱ的位置参数标定；

e、若有多个下料点按照d步骤继续标定；

f、使用移动操控终端操控塔机，将吊钩运行至塔机作业区域内已有的障碍物处，作业区域为以塔机标准节中心为原点，塔机大臂长为直径的圆形区域，吊钩下降至距离障碍物约1米处，然后在移动操控终端上点击标定，即完成障碍物的位置1参数标定，根据障碍物的俯视平面、正视平面标记障碍物最外围的若干位置点；

g、若存在位置大于1的障碍物标记点，按照步骤f继续标定，直至移动操控终端的障碍物标定视图上障碍物最外围的关键位置点行成闭合曲线。

(2)环境建模

塔机智能控制中心环境建模分为两部分：全局环境建模和局部环境建模。全局环境建模是根据标定的上料点、下料点、障碍物等已知环境参数建立的塔机作业全局环境模型；局部环境建模为塔机自动运输过程中根据传感器不断获取的动态环境信息，建立的局部环境模型；

h、塔机智能控制中心根据标定的上料点、下料点、障碍物等已知环境参数建立作业全局环境模型。

智能模式：

(3)上料：

i、在移动操控终端上选定本次运输的上料点和下料点，完成后点击确认，塔机吊钩自动运行至所选定上料点；

j、将物料捆扎好放置于上料点，人工手动按下吊钩智能避障模块的解钩开关，吊钩防脱装置打开，挂好起吊绳后，人工手动按下吊钩智能避障模块的起钩开关，吊钩防脱装置闭合，生成的起钩信号通过无线通讯模块传输至智能控制中心；

(4)路径规划：

塔机智能控制中心路径规划分为两部分：全局路径规划和局部路径规划，全局路径规划是在已知环境中、塔机作业前，按照已标定的数据参数自动规划初始最优路径；局部路径规划是部分未知环境中、塔机运输过程中的自动运输避障，即塔机根据初始最优路径行走的同时，利用传感器不断探测工作环境获取数据建模和重新规划路径；

k、智能控制中心收到起钩信号后，自动起钩，在起吊重物离地时，获取当时的吊钩高度叠加于已有的障碍物高度上，作为起吊重物能否跨过障碍物运行的阈值判断之一，并通过路径规划算法例如A*算法，根据上述步骤标定的上料点、下料点和障碍物点信息，自动规划上料点至下料点的最优路径，同时通过无线通讯模块传输数据到移动操控终端，将路径规划图显示在人机交互界面上；

(5)自动运行：

l、智能控制中心按照规划好的路径，输出执行信号给起升机构、回转机构、变幅机构，自动控制塔机起升、变幅、回转将物料运至下料点；

(6)自动运输避障：

m、在塔机自动运输物料的过程中，吊钩智能避障模块上的双目摄像头不断采集前进道路的深度图像信息，通过无线通讯模块实时传输采集的数据至智能控制中心，用于局部环境建模，若突现未标定过的其他障碍物，智能控制中心迅速作出响应，在建立的局部环境模型上自动生成绕行障碍物的路线，并输出相应的执行信号给起升机构、回转机构、变幅机构，实时更新移动操控终端的路径规划图；

(7)下料：

n、塔机自动运输物料准确到达下料点，吊钩下放至人工挂钩的高度后停止，此时人工手动按下吊钩智能避障模块的解钩开关，生成的解钩信号通过无线通讯模块传输至控制中心，控制中心收到此解钩信号后，打开吊钩防脱装置，此时人工将物料解下；

o、在移动操控终端上选定下次运输的上料点、下料点，完成后点击确认，塔机吊钩自动运行至所选定的上料点，执行j、k、l、m、n步骤；

p、施工结束后，人工操作移动操控终端将塔机智能控制系统停机；

人工模式：

q、在移动操控终端的人机界面上点击人工模式/智能模式切换开关切换成人工模式后，塔机智能控制系统进入人工模式；

r、人工模式下，操控人员通过观察安装于塔机变幅小车上的高清网络摄像头传回的、并显示在移动操控终端的视频画面，手动触滑塔机虚拟操纵杆来控制塔机起升、回转和变幅；

s、施工结束后，人工操作移动操控终端将塔机智能控制系统停机。

本发明采用的上述技术方案，具有如下显著效果：

本发明的控制系统包括控制中心、无线通讯模块、云端服务器、移动操控终端、高清视频监控模块、吊钩智能避障模块、数据采集传输模块、动作执行模块和报警模块，云端服务器、移动操控终端、高清视频监控模块、吊钩智能避障模块通过无线通讯模块与控制中心连接，数据采集传输模块、动作执行模块和报警模块与控制中心连接，本发明通过信息技术手段集成塔机核心部件不可拆卸，实现塔机标定范围内的智能运行和智能避障，减少塔机操作的人工成本，并进一步降低施工安全隐患，提高塔机吊装作业效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的吊钩智能避障模块的结构示意图；

图3是本发明的数字签名的身份认证技术的原理示意图

图4是本发明的塔机智能模式和人工模式的设计流程图。

10-控制中心，20-无线通讯模块，30-高清视频监控模块，40-云端服务器， 50-移动操控终端，60-吊钩智能避障模块，61-电池单元，62-A旋转装置，63-B 旋转装置，64-双目摄像头，65-解钩开关，66-起钩开关，67-闭合衔铁，70- 数据采集传输模块，80-动作执行模块，90-声光报警模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

如图1所示，根据本发明的一种塔机智能控制系统，塔机智能控制系统包括控制中心10、无线通讯模块20、高清视频监控模块30、云端服务器40、移动操控终端50、吊钩智能避障模块60、数据采集传输模块70、动作执行模块80、声光报警模块90，云端服务器40、移动操控终端50、高清视频监控模块30、吊钩智能避障模块60通过无线通讯模块20与控制中心10连接，数据采集传输模块70、动作执行模块80和报警模块与控制中心10连接。

控制中心10设置在塔机回转支承上的控制柜内，控制中心10包括嵌入式AI芯片、变频器、继电器和接触器，嵌入式AI芯片的型号为NVIDIA jetson TX2，嵌入式AI芯片内置有智能模式和人工模式，通过移动操控终端50来切换，嵌入式AI芯片采用双目视觉SLAM技术进行塔吊作业全局环境建模和局部环境建模，在所建立的环境模型上利用A*算法规划塔机吊钩行进路径，作出塔机动作控制指令，同时将指令传输给控制设备；继电器与变频器连接，接触器与继电器连接，变频器用于接收嵌入式AI芯片的信息控制指令，通过继电器将变频器信号进行转换，转换给接触器，用于接通和分断电流信号，进而驱动动作执行模块80的起升机构、回转机构和变幅机构。

无线通讯模块20作为通讯的中间媒介实现控制中心10与高清视频监控模块30、云端服务器40、移动操控终端50、吊钩智能避障模块60、数据采集传输模块70之间的视频数据、传感器数据、塔机运行状态参数、控制指令等信息交互，无线通讯模块20设立于塔机臂架上，安装位置可根据所需网络的组网特性和信号强度进行灵活调整。无线通讯模块20包括5G通讯模块和无线接入点，5G通讯模块与无线接入点连接，5G通讯模块用于提供5G通信，实现信号实时传输，避免出现延迟误差。

高清视频监控模块30包括至少4个视频采集点，4个视频采集点分别设于塔机端部、塔机根部、变幅小车、塔机控制柜内，从不同角度监控塔机吊钩的工况信息，并通过无线通讯模块20将视频信号通过控制中心10实时传输至移动操控终端50与云端服务器40，给操作人员在人工模式下操作塔机提供实时工况辅助判断。

云端服务器40架设于机房内，云端服务器40包括应用程序服务器、数据存储服务器和塔机远程监控管理网站，应用程序服务器、数据存储服务器和塔机远程监控管理网站之间采用数据连接，云端服务器40用于保存塔机运行所产生的一系列关键数据，关键数据至少包括高清视频监控模块30的监控信息、塔机运行参数和移动操控终端50的操控记录等数据，除此之外，还用于存储应用程序，根据所存储的数据搭建塔机远程监控管理网站以供工作人员使用。

移动操控终端50为移动式手持终端，移动操控终端50包括微处理器、人机交互界面、输入输出接口、语言声光报警单元、存储单元，人机交互界面、输入输出接口、语言声光报警单元和存储单元均与微处理器连接。移动操作终端50支持USB充电方式，微处理器的信号为飞思卡尔i.MX 6Quad，人机交互界面为电容触摸屏，语言声光报警单元包括扬声器和报警灯，存储单元包括RAM存储和ROM存储，微处理器用于解析人的指令输入和接收来自其他设备的信号，并输出相应的执行信号至控制中心10，上传相应的数据至云端服务器40，同时，微处理器内置智能模式和人工模式，支持一键切换，方便不同工况环境下运行塔机；人机交互界面使用电容触摸屏，支持最多6 分屏显示，用于塔机参数的设置、人的指令输入和高清视频监控模块30的监控视频呈现，并配置人工模式下的塔机操纵模拟手柄，用于人工操控塔机运行；输入输出接口至少包括键盘、鼠标、摄像头、打印机、HIMI和RJ45接口，输入输出接口用于导出或显示存储单元的存储数据、指令输入等操作；语音声光报警单元用于预警、报警提醒，通常伴有蜂鸣器响声、人工播报故障和灯光闪烁等。

吊钩智能避障模块60包括双目摄像头、旋转装置、解钩开关、起钩开关，用于采集吊钩前进路径的深度图像信息和解钩、起钩信号，并通过无线通讯模块20与控制中心10连接通信。双目摄像头固定安装在旋转装置上，双目摄像头采用Stereolabs公司的ZED双目摄像头，并使用旋转装置固定ZED双目摄像头，通过旋转装置的旋转，ZED双目摄像头也随之一起旋转，进而获取水平和垂直方向上吊钩前方、后方和下方的深度图像信息，并经无线通讯模块20传输至控制中心10。

如图2所示，说明本发明吊钩智能避障模块60的一个实施例，吊钩智能避障模块60包括电池单元61、A旋转装置62、B旋转装置63、双目摄像头64、解钩开关65、起钩开关66、闭合衔铁67，其中，电池单元61为可拆卸电池组，用于提供电能给A旋转装置62、B旋转装置63、ZED双目摄像头64、解钩开关65和起钩开关66使用，且支持插入时充电和拆卸后充电； A旋转装置62用于水平方向旋转双目摄像头64，支持向左转360°和向右转 360°；B旋转装置63用于垂直方向旋转双目摄像头，支持向上转360°和向下转360°；双目摄像头64用于获取测量范围内的深度图像信息，广角为110°；解钩开关65和起钩开关66分别用于操作吊钩闭合衔铁67的打开和关闭。

数据采集传输模块70包括重量传感器、高度传感器、幅度传感器、回转角度传感器、风速仪和限位开关，重量传感器、高度传感器、幅度传感器、回转角度传感器、风速仪和限位开关与控制中心10有线连接，其中重量传感器、高度传感器、幅度传感器和回转角度传感器采用数字签名的身份认证技术与控制中心10进行终端身份认证。

动作执行模块80包括起升机构、回转机构和变幅机构，起升机构、回转机构和变幅机构与控制中心10有线连接，并在各机构的电机中内置有温度传感器、电流传感器和加速度传感器，采用数字签名的身份认证技术与控制中心10进行终端身份认证。

如图3所示，对本发明的数字签名的身份认证技术作进一步的说明：控制中心10自动生成自己的公钥和私钥，将公钥预先嵌入塔机外部各传感器及各机构电机内的传感器中，由此为每个传感器终端分配一个唯一身份ID；每次塔机智能控制系统上电时，各传感器终端根据唯一身份ID生成一个伪随机身份ID，经Hash函数计算后先由塔机控制中心10的公钥加密得到数字签名1，然后将数字签名1附上伪随机身份ID数据一并发送至智能控制中心10；智能控制中心10接收到信号后，使用私钥解密计算数字签名1，验证其是否与伪随机身份ID数据相等，若相等，正常通讯，智能控制中心10可以正常启动，等待该传感器终端传递采集的数据信号；若不相等，智能控制中心10 报通讯故障，无法启动。

声光报警模块90安装于塔机控制柜内，声光报警模块90包括蜂鸣器和报警灯，蜂鸣器和报警灯与控制中心10通过有线连接，并接收控制中心10 的控制信号，作出蜂鸣器鸣响、报警灯闪烁的相应动作。

如图4所示，一种塔机控制系统的控制方法，系统设置两种控制模式，分别是智能模式和人工模式，下面对智能模式和人工模式作进一步说明。

(1)标定：

塔机智能控制系统开机初始状态下处于人工模式，在人工模式下进行参数设置，参数设置完成后才能切换至智能模式，也可以直接在人工模式下操控塔机。

a、人工模式下在移动操控终端50的人机界面上设置塔机的初始参数， i.MX6Quad处理器根据设置的参数生成塔机工作半径模拟界面，并将所设置参数通过无线通讯模块20实时传送至控制中心10；

b、使用移动操控终端50操控塔机，将吊钩运行至上料点区域，接着吊钩下降至可以人工挂钩的高度，然后在移动操控终端50上点击标定，即可设置完成上料点Ⅰ的位置参数标定；

c、若有多个上料点，按照b步骤继续标定；

d、使用移动操控终端50操控塔机，将吊钩运行至下料点区域，接着吊钩下降至可以人工解钩的高度，然后在移动操控终端50上点击标定，即可设置完成下料点Ⅱ的位置参数标定；

e、若有多个下料点按照d步骤继续标定；

f、使用移动操控终端50操控塔机，将吊钩运行至塔机作业区域内(以塔机标准节中心为原点，塔机大臂长为直径的圆形区域)已有的障碍物处，吊钩下降至距离障碍物约1米处，然后在移动操控终端50上点击标定，即完成障碍物的位置1参数标定；

需要说明的是，障碍物多为不规则物体，需要根据障碍物的俯视平面、正视平面标记障碍物最外围的若干位置点；

g、若存在位置大于1的障碍物标记点，按照步骤f继续标定，直至移动操控终端50的障碍物标定视图上障碍物最外围的关键位置点行成闭合曲线。

需要说明的是，在塔机智能控制中心10初始路径规划防碰撞及绕开障碍物的模型中，考虑到起吊钢丝绳和重物的长度不一，会影响重物与障碍物的距离判断，因此设计智能控制中心10自动获取每次起吊重物离地时的吊钩高度，将此高度叠加到已标定障碍物位置参数上，作为起吊重物能否跨过障碍物运行的判断阈值之一。

(2)环境建模

塔机智能控制中心10环境建模分为两部分：全局环境建模和局部环境建模。全局环境建模是根据标定的上料点、下料点、障碍物等已知环境参数建立的塔机作业全局环境模型；局部环境建模为塔机自动运输过程中根据传感器不断获取的动态环境信息，建立的局部环境模型。

h、塔机智能控制中心10根据标定的上料点、下料点、障碍物等已知环境参数建立作业全局环境模型。

智能模式：

(3)上料：

i、在移动操控终端50上选定本次运输的上料点和下料点，完成后点击确认，塔机吊钩自动运行至所选定上料点；

j、将物料捆扎好放置于上料点，人工手动按下吊钩智能避障模块60的解钩开关，吊钩防脱装置打开，挂好起吊绳后，人工手动按下吊钩智能避障模块60的起钩开关，吊钩防脱装置闭合，生成的起钩信号通过无线通讯模块20 传输至智能控制中心10。

需要说明的是，吊钩智能避障模块60的解钩开关与起钩开关是电动互锁模式，可防止误操作。

(4)路径规划：

塔机智能控制中心10路径规划分为两部分：全局路径规划和局部路径规划。全局路径规划是在已知环境中、塔机作业前，按照已标定的数据参数自动规划初始最优路径；局部路径规划是部分未知环境中、塔机运输过程中的自动运输避障，即塔机根据初始最优路径行走的同时，利用传感器不断探测工作环境获取数据建模和重新规划路径，实现自动避障。

k、智能控制中心10收到起钩信号后，自动起钩，在起吊重物离地时，获取当时的吊钩高度叠加于已有的障碍物高度上，作为起吊重物能否跨过障碍物运行的阈值判断之一，并通过路径规划算法例如A*算法，根据上述步骤标定的上料点、下料点、障碍物点信息，自动规划上料点至下料点的最优路径，同时通过无线通讯模块20传输数据到移动操控终端50，将路径规划图显示在人机交互界面上。

(5)自动运行：

l、智能控制中心10按照规划好的路径，输出执行信号给起升机构、回转机构、变幅机构，自动控制塔机起升、变幅、回转将物料运至下料点。

(6)自动运输避障：

m、在塔机自动运输物料的过程中，吊钩智能避障模块60上的双目摄像头不断采集前进道路的深度图像信息，通过无线通讯模块20实时传输采集的数据至智能控制中心10，用于局部环境建模，若突现未标定过的其他障碍物，智能控制中心10迅速作出响应，在建立的局部环境模型上自动生成绕行障碍物的路线，并输出相应的执行信号给起升机构、回转机构、变幅机构，实时更新移动操控终端50的路径规划图；

(7)下料：

n、塔机自动运输物料准确到达下料点，吊钩下放至人工挂钩的高度后停止，此时人工手动按下吊钩智能避障模块60的解钩开关，生成的解钩信号通过无线通讯模块20传输至智能控制中心10，智能控制中心10收到此解钩信号后，打开吊钩防脱装置，此时人工将物料解下；

o、在移动操控终端50上选定下次运输的上料点、下料点，完成后点击确认，塔机吊钩自动运行至所选定的上料点，执行j、k、l、m、n步骤；

p、施工结束后，人工操作移动操控终端50将塔机智能控制系统停机；

人工模式：

q、在移动操控终端50的人机界面上点击人工模式/智能模式切换开关切换成人工模式后，塔机智能控制系统进入人工模式；

r、人工模式下，操控人员通过观察安装于塔机变幅小车上的高清网络摄像头传回的、并显示在移动操控终端50的视频画面，手动触滑塔机虚拟操纵杆来控制塔机起升、回转和变幅；

s、施工结束后，人工操作移动操控终端50将塔机智能控制系统停机。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种塔机智能控制系统，其特征在于：包括控制中心、无线通讯模块、云端服务器、移动操控终端、高清视频监控模块、吊钩智能避障模块、数据采集传输模块、动作执行模块和报警模块，所述云端服务器、移动操控终端、高清视频监控模块、吊钩智能避障模块通过所述无线通讯模块与所述控制中心连接，所述数据采集传输模块、动作执行模块和报警模块与所述控制中心连接；

所述控制中心用于接收采集到的视频和数据信息，发出控制指令实现塔机动作控制；

所述无线通讯模块用于将控制中心与各模块之间的无线连接；

所述云端服务器用于存储高清视频监控模块的视频和数据采集传输模块的数据信息；

所述移动操控终端用于设置塔机参数；

所述吊钩智能避障模块用于采集吊钩前进路径的深度图像信息和解钩、起钩信号；

所述数据采集传输模块用于采集塔机数据信息；

所述动作执行模块用于控制塔机动作；

所述报警模块用于发出报警信号。

2.根据权利要求1所述的一种塔机智能控制系统，其特征在于：所述控制中心包括嵌入式AI芯片、变频器、继电器和接触器，所述变频器与所述嵌入式AI芯片连接，所述继电器与所述变频器连接，所述接触器与所述继电器连接，所述的变频器用于接收嵌入式AI芯片的控制指令，所述继电器用于变频器信号的转换，所述接触器用于接通和分断电流信号，驱动动作执行模块。

3.根据权利要求1所述的一种塔机智能控制系统，其特征在于：所述无线通讯模块包括5G通讯模块和无线接入点，所述5G通讯模块与所述无线接入点连接，所述5G通讯模块用于提供5G通信。

4.根据权利要求1所述的一种塔机智能控制系统，其特征在于：所述云端服务器包括应用程序服务器、数据存储服务器和塔机远程监控管理网站，所述应用程序服务器、数据存储服务器和塔机远程监控管理网站之间采用数据连接。

5.根据权利要求1所述的一种塔机智能控制系统，其特征在于：所述移动操控终端包括微处理器、人机交互界面、输入输出接口、语言声光报警单元、存储单元，所述人机交互界面、输入输出接口、语言声光报警单元和存储单元均与所述微处理器连接。

6.根据权利要求1所述的一种塔机智能控制系统，其特征在于：所述吊钩智能避障模块包括双目摄像头、旋转装置、解钩开关和起钩开关，所述双目摄像头固定安装在所述旋转装置上。

7.根据权利要求1所述的一种塔机智能控制系统，其特征在于：所述数据采集传输模块包括重量传感器、高度传感器、幅度传感器、回转角度传感器、风速仪和限位开关，所述重量传感器、高度传感器、幅度传感器、回转角度传感器、风速仪和限位开关均所述控制中心连接。

8.根据权利要求1所述的一种塔机智能控制系统，其特征在于：所述动作执行模块包括起升机构、回转机构和变幅机构，所述起升机构、回转机构和变幅机构均与所述控制中心连接。

9.根据权利要求1所述的一种塔机智能控制系统，其特征在于：所述声光报警模块包括蜂鸣器和报警灯，所述蜂鸣器和报警灯均与所述控制中心连接。

10.一种塔机智能控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)标定：

塔机智能控制系统开机初始状态下处于人工模式，在人工模式下进行参数设置，参数设置完成后才能切换至智能模式，也可以直接在人工模式下操控塔机；

a、人工模式下在移动操控终端的人机界面上设置塔机的初始参数，i.MX6Quad处理器根据设置的参数生成塔机工作半径模拟界面，并将所设置参数通过无线通讯模块实时传送至控制中心；

b、使用移动操控终端操控塔机，将吊钩运行至上料点区域，接着吊钩下降至可以人工挂钩的高度，然后在移动操控终端上点击标定，即可设置完成上料点Ⅰ的位置参数标定；

c、若有多个上料点，按照b步骤继续标定；

d、使用移动操控终端操控塔机，将吊钩运行至下料点区域，接着吊钩下降至可以人工解钩的高度，然后在移动操控终端上点击标定，即可设置完成下料点Ⅱ的位置参数标定；

e、若有多个下料点按照d步骤继续标定；

f、使用移动操控终端操控塔机，将吊钩运行至塔机作业区域内已有的障碍物处，作业区域为以塔机标准节中心为原点，塔机大臂长为直径的圆形区域，吊钩下降至距离障碍物约1米处，然后在移动操控终端上点击标定，即完成障碍物的位置1参数标定，根据障碍物的俯视平面、正视平面标记障碍物最外围的若干位置点；

g、若存在位置大于1的障碍物标记点，按照步骤f继续标定，直至移动操控终端的障碍物标定视图上障碍物最外围的关键位置点行成闭合曲线。

(2)环境建模

塔机智能控制中心环境建模分为两部分：全局环境建模和局部环境建模。全局环境建模是根据标定的上料点、下料点、障碍物等已知环境参数建立的塔机作业全局环境模型；局部环境建模为塔机自动运输过程中根据传感器不断获取的动态环境信息，建立的局部环境模型；

h、塔机智能控制中心根据标定的上料点、下料点、障碍物等已知环境参数建立作业全局环境模型。

智能模式：

(3)上料：

i、在移动操控终端上选定本次运输的上料点和下料点，完成后点击确认，塔机吊钩自动运行至所选定上料点；

j、将物料捆扎好放置于上料点，人工手动按下吊钩智能避障模块的解钩开关，吊钩防脱装置打开，挂好起吊绳后，人工手动按下吊钩智能避障模块的起钩开关，吊钩防脱装置闭合，生成的起钩信号通过无线通讯模块传输至智能控制中心；

(4)路径规划：

塔机智能控制中心路径规划分为两部分：全局路径规划和局部路径规划，全局路径规划是在已知环境中、塔机作业前，按照已标定的数据参数自动规划初始最优路径；局部路径规划是部分未知环境中、塔机运输过程中的自动运输避障，即塔机根据初始最优路径行走的同时，利用传感器不断探测工作环境获取数据建模和重新规划路径；

k、智能控制中心收到起钩信号后，自动起钩，在起吊重物离地时，获取当时的吊钩高度叠加于已有的障碍物高度上，作为起吊重物能否跨过障碍物运行的阈值判断之一，并通过路径规划算法例如A*算法，根据上述步骤标定的上料点、下料点和障碍物点信息，自动规划上料点至下料点的最优路径，同时通过无线通讯模块传输数据到移动操控终端，将路径规划图显示在人机交互界面上；

(5)自动运行：

l、智能控制中心按照规划好的路径，输出执行信号给起升机构、回转机构、变幅机构，自动控制塔机起升、变幅、回转将物料运至下料点；

(6)自动运输避障：

m、在塔机自动运输物料的过程中，吊钩智能避障模块上的双目摄像头不断采集前进道路的深度图像信息，通过无线通讯模块实时传输采集的数据至智能控制中心，用于局部环境建模，若突现未标定过的其他障碍物，智能控制中心迅速作出响应，在建立的局部环境模型上自动生成绕行障碍物的路线，并输出相应的执行信号给起升机构、回转机构、变幅机构，实时更新移动操控终端的路径规划图；

(7)下料：

n、塔机自动运输物料准确到达下料点，吊钩下放至人工挂钩的高度后停止，此时人工手动按下吊钩智能避障模块的解钩开关，生成的解钩信号通过无线通讯模块传输至控制中心，控制中心收到此解钩信号后，打开吊钩防脱装置，此时人工将物料解下；

o、在移动操控终端上选定下次运输的上料点、下料点，完成后点击确认，塔机吊钩自动运行至所选定的上料点，执行j、k、l、m、n步骤；

p、施工结束后，人工操作移动操控终端将塔机智能控制系统停机；

人工模式：

q、在移动操控终端的人机界面上点击人工模式/智能模式切换开关切换成人工模式后，塔机智能控制系统进入人工模式；

r、人工模式下，操控人员通过观察安装于塔机变幅小车上的高清网络摄像头传回的、并显示在移动操控终端的视频画面，手动触滑塔机虚拟操纵杆来控制塔机起升、回转和变幅；

s、施工结束后，人工操作移动操控终端将塔机智能控制系统停机。

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