CN112794212A - 一种塔机群塔作业防碰撞方法 - Google Patents

一种塔机群塔作业防碰撞方法 Download PDF

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CN112794212A
CN112794212A CN202110133081.2A CN202110133081A CN112794212A CN 112794212 A CN112794212 A CN 112794212A CN 202110133081 A CN202110133081 A CN 202110133081A CN 112794212 A CN112794212 A CN 112794212A
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tower
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arm
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范俊红
朱桂林
楼圣伟
方建飞
单洪峰
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Abstract

本发明公开了一种塔机群塔作业防碰撞方法，该方法先进行塔机参数设置，在设置时将塔机群塔分为自身塔机和关联塔机，对自身塔机和关联塔机分别进行参数设置；然后计算防碰撞数据，建立原点坐标系、低位塔机坐标系和高位塔机坐标系，通过齐次坐标变换方法在三个坐标系之间进行坐标变换来求获得防碰撞数据，高位塔机小车与低位塔机坐标系中x轴的垂直距离d1，高位塔机小车与低位塔机坐标系原点的距离d2；最后通过防碰撞MCU对防碰撞数据d1和d2进行判断，并结合两个塔机的工况，通过联动台进行防碰撞调节，使d1大于低位塔机塔臂宽度的一半，实现防碰撞控制。本发明不仅能够避免塔机群塔作业时发生碰撞，还具有施工安全性好和操作方便的优点。

Description

一种塔机群塔作业防碰撞方法
技术领域
本发明涉及一种塔机群塔作业控制方法，特别是一种塔机群塔作业防碰撞方法。
背景技术
在现代建筑领域，施工时经常会使用多个塔机同时作业，形成群塔作业来提高施工效率。在实际施工过程中，一般相邻两个塔机之间的距离会大于塔机塔臂的长度，但为了方便施工，一般相邻两个塔机之间的距离会小于两个塔机塔臂长度之和；因此，在两个塔机的塔臂运行时，塔臂位置相对较高的塔机小车下悬吊的吊钩容易与塔臂位置相对较低的塔机塔臂发生碰撞，导致施工安全性不理想。因此，现有的塔机群塔作业存在着吊钩与塔臂容易发生碰撞和施工安全性不理想的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种塔机群塔作业防碰撞方法。本发明不仅能够避免塔机群塔作业时发生碰撞，还具有施工安全性好的优点。
本发明的技术方案：一种塔机群塔作业防碰撞方法，包括以下步骤：
S1、塔机参数设置，将塔机群塔分为自身塔机和关联塔机；自身塔机的参数设置包括塔机基础参数和防碰撞参数，塔机基础参数包括塔臂高度和塔臂臂长，防碰撞参数包括自身塔机序号、信道、防碰撞预警距离、低速回转频率、回转停机角度和功能开关；关联塔机参数包括手动设置参数和自动获取参数，手动设置参数包括关联塔机序号和关联塔机距离，自动获取参数包括标定角度、塔臂高度和塔臂臂长；
S2、计算防碰撞数据，建立原点坐标系Oxyz、低位塔机坐标系O1xyz和高位塔机坐标系O2xyz；低位塔机坐标系O1xyz以低位塔机塔身为原点，低位塔机塔臂方向为x轴；高位塔机坐标系O2xyz以高位塔机塔身为原点，高位塔机塔臂方向为x轴；通过齐次坐标变换方法求获得防碰撞数据，高位塔机小车与低位塔机坐标系O1xyz中x轴的垂直距离d1，高位塔机小车与低位塔机坐标系O1xyz原点的距离d2，d1＝|Am*sin(θ2-θ1)+(x1-x2)sinθ1+(y2-y1)cosθ1|，
Figure BDA0002926069070000021
其中(x1,y1)为低位塔机塔身在原点坐标系Oxyz上的坐标值，(x2,y2)为高位塔机塔身在原点坐标系Oxyz上的坐标值，θ1为低位塔机的塔臂回转角度，θ2为高位塔机的塔臂回转角度，Am为高位塔机的小车幅度；
S3、通过防碰撞MCU对防碰撞数据进行判断，当d2小于等于低位塔机塔臂长度l1时，高位塔机小车进入干涉区域；结合自身塔机和关联塔机上的防碰撞MCU对自身塔机和关联塔机进行工况判断，最后通过联动台对自身塔机和关联塔机进行防碰撞调节，使d1大于低位塔机塔臂宽度的一半，使得高位塔机小车下方悬挂的吊钩不会与低位塔机塔臂发生碰撞，实现防碰撞控制。
前述的一种塔机群塔作业防碰撞方法中，所述步骤S1中的标定角度通过以下方法获取，在关联塔机和自身塔机正常上电且停止运行的状态下，控制自身塔机塔臂对准关联塔机塔身，此时自身塔机塔臂与角度零点之间的夹紧为标定角度；角度零点为原点坐标系Oxyz的x轴方向。
前述的一种塔机群塔作业防碰撞方法中，所述步骤S2中齐次坐标变换方法为，列出从原点坐标系Oxyz到低位塔机坐标系O1xyz的齐次变换矩阵T10，代表原点坐标系Oxyz内的任何坐标与矩阵相乘后的结果就是低位塔机坐标系O1xyz内的坐标；
Figure BDA0002926069070000031
其中，θ1为低位塔机的塔臂回转角度，(x1,y1)为低位塔机塔身在原点坐标系Oxyz上的坐标值，h1为低位塔机的塔臂高度；同理，再列出从高位塔机坐标系O2xyz到原点坐标系Oxyz的齐次变换矩阵T02，代表高位塔机坐标系O2xyz内的任何坐标与矩阵相乘后的结果就是原点坐标系Oxyz内的坐标；
Figure BDA0002926069070000032
其中，θ2为高位塔机的塔臂回转角度，(x2,y2)为高位塔机塔身在原点坐标系Oxyz上的坐标值，h2为高位塔机的塔臂高度；根据T10和T02获得齐次变换矩阵T12＝T10*T02，代表高位塔机坐标系O2xyz内的任何坐标与矩阵相乘后的结果就是低位塔机坐标系O1xyz内的坐标；
Figure BDA0002926069070000033
；将高位塔机坐标系O2xyz中的高位塔机小车坐标(Am,0,0)代入齐次变换矩阵T12中即可获得高位塔机小车在低位塔机坐标系O1xyz内的坐标(xm1,ym1,zm1)；其中Am为高位塔机的小车幅度，得
Figure BDA0002926069070000041
d1＝|ym1|＝|Am*sin(θ2-θ1)+(x1-x2)sinθ1+(y2-y1)cosθ1|；将高位塔机坐标系O2xyz中的高位塔机小车坐标(Am,0,0)代入齐次变换矩阵T02中即可获得高位塔机小车在原点坐标系Oxyz内的坐标(xm0,ym0,zm0)；得
Figure BDA0002926069070000042
xm0＝Am*cosθ2+x2，ym0＝Am*sinθ2+y2，再结合低位塔机塔身在原点坐标系Oxyz上的坐标值(x1,y1)，计算得
Figure BDA0002926069070000043
获得高位塔机小车与低位塔机坐标系O1xyz中x轴的垂直距离d1和高位塔机小车与低位塔机坐标系O1xyz原点的距离d2。
前述的一种塔机群塔作业防碰撞方法中，所述步骤S3中的工况包括塔机同向运行工况、塔机反向运行工况和单台塔机运行工况。
前述的一种塔机群塔作业防碰撞方法中，所述塔机同向运行工况为高位塔机和低位塔机运行的回转方向一致，若高位塔机小车和低位塔机塔臂均位于干涉区外，则控制高位塔机优先进入，控制低位塔机在干涉区外等待；若高位塔机小车位于干涉区内，低位塔机塔臂位于干涉区外，则高位塔机正常运行，控制低位塔机降低回转频率并在干涉区外停机等待；若高位塔机小车在干涉区外，低位塔机塔臂在干涉区内，则控制低位塔机正常运行，控制高位塔机降低回转频率并在干涉区外停机等待；若高位塔机小车和低位塔机塔臂均位于干涉区内，在相互靠近时，控制低位塔机反向退出，高位塔机等待低位塔机退出后运行，在相互远离时正常运行。
前述的一种塔机群塔作业防碰撞方法中，所述塔机反向运行工况为高位塔机和低位塔机运行的回转方向相反，若高位塔机小车在干涉区内，低位塔机塔臂在干涉区外，则高位塔机正常运行，控制低位塔机塔臂回转速度，使低位塔机塔臂在干涉区外停机或在进入干涉区后低位塔机回转速度小于高位塔机回转速度；若高位塔机小车在干涉区外，低位塔机塔臂在干涉区内，则低位塔机正常运行，控制高位塔机回转速度，使高位塔机塔臂在干涉区外停机或在进入干涉区后高位塔机回转速度小于低位塔机回转速度；若高位塔机小车和低位塔机塔臂都在干涉区内，则控制追赶塔机回转速度小于等于被追赶塔机回转速度即可。
前述的一种塔机群塔作业防碰撞方法中，所述单台塔机运行工况为高位塔机和低位塔机中只有一台塔机运行，若高位塔机小车和低位塔机塔臂均在干涉区外，则两台塔机正常运行，若高位塔机小车在干涉区内运行，低位塔机塔臂位于干涉区外停机，则高位塔机正常运行，若高位塔机小车在干涉区内停机，低位塔机塔臂位于干涉区外运行，则预测低位塔机停机时刻塔臂位置，若进入干涉区则减速低位塔机至停机，停机时d1大于低位塔机塔臂宽度的一半；若高位塔机小车位于干涉区外运行，低位塔机塔臂位于干涉区内停机，则预测高位塔机停机时刻塔臂位置，若进入干涉区则减速高位塔机至停机，停机时d1大于低位塔机塔臂宽度的一半；若高位塔机小车位于干涉区外停机，低位塔机塔臂位于干涉区内运行，则低位塔机正常运行；若高位塔机小车和低位塔机塔臂均位于干涉区内，当运行的塔机背向停机的塔机运行时，正常运行，当运行的塔机朝向停机的塔机运行时，则控制运行的塔机减速至停机，停机时d1大于低位塔机塔臂宽度的一半。
前述的一种塔机群塔作业防碰撞方法中，所述原点坐标系Oxyz为以自身塔机塔身为原点建立的坐标系，则自身塔机坐标为(0,0)，计算得关联塔机坐标为(sinθ*L,cosθ*L)，其中L为关联塔机到自身塔机的距离，θ为标定角度；然后根据塔机高低关系代入步骤S3中的公式即可，若自身塔机为高位塔机，关联塔机为低位塔机，则(x2,y2)＝(0,0)，(x1,y1)＝(sinθ*L,cosθ*L)，若自身塔机为低位塔机，关联塔机为高位塔机，则(x1,y1)＝(0,0)，(x2,y2)＝(sinθ*L,cosθ*L)。
与现有技术相比，本发明设计了一种塔机群塔作业防碰撞方法，通过将塔机群塔分为自身塔机和关联塔机进行参数设置，能够方便对存在发生碰撞可能性的两个塔机进行防碰撞控制；设置自身塔机的塔臂高度、塔臂臂长、自身塔机序号、信道、防碰撞预警距离、低速回转频率和回转停机角度，设置关联塔机序号、关联塔机距离、关联塔机标定角度、关联塔机塔臂高度和关联塔机塔臂臂长；通过建立原点坐标系、低位塔机坐标系和高位塔机坐标系的方式，构建三个坐标系集合，并利用齐次坐标变换方法构建三个坐标系之间的坐标变换模型，通过变换模型获得高位塔机小车与低位塔机坐标系O1xyz中x轴的垂直距离d1和高位塔机小车与低位塔机坐标系O1xyz原点的距离d2这两个防碰撞数据，最后通过防碰撞MCU根据防碰撞数据和工况进行碰撞判断，通过联动台对自身塔机和关联塔机进行防碰撞调节，从而实现塔机群塔作业的防碰撞控制，避免了塔机群塔作业时发生碰撞，提高了施工安全性。此外，本发明还能够通过控制自身塔机塔臂对准关联塔机塔身的方法来获得标定角度，方便操作；通过自身塔机和关联塔机中的塔臂高度对比来区分高位塔机和低位塔机，方便后续防碰撞控制中的坐标变换；同时，结合同向运行、反向运行和单台塔机运行的工况进行区别判断，能够提高防碰撞判断的准确性，方便联动台进行塔机调节；通过将自身塔机塔身作为原点坐标系Oxyz原点的方法，能够通过关联塔机到自身塔机的距离来计算关联塔机在原点坐标系Oxyz中的作为，方便后续防碰撞计算，方便使用。因此，本发明不仅能够避免塔机群塔作业时发生碰撞，还具有施工安全性好和操作方便的优点。
附图说明
图1是坐标系设定方法示意图；
图2是标定角度的测定方法示意图；
图3是高低位塔机回转运行示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。一种塔机群塔作业防碰撞方法，如图1、2和3所示，包括以下步骤：
S1、塔机参数设置，将塔机群塔分为自身塔机和关联塔机；自身塔机的参数设置包括塔机基础参数和防碰撞参数，塔机基础参数包括塔臂高度和塔臂臂长，防碰撞参数包括自身塔机序号、信道、防碰撞预警距离、低速回转频率、回转停机角度和功能开关；关联塔机参数包括手动设置参数和自动获取参数，手动设置参数包括关联塔机序号和关联塔机距离，自动获取参数包括标定角度、塔臂高度和塔臂臂长；所述防碰撞预警距离、低速回转频率和回转停机角度可以选择性设置；所述自身塔机序号、信道、自身塔机塔臂臂长、关联塔机序号、关联塔机距离和关联塔机塔臂臂长均由人为设置，其中自身塔机序号、信道和关联塔机序号不能重复；关联塔机距离为关联塔机塔身到自身塔机塔身之间的距离，当关联塔机距离小于自身塔臂臂长与关联塔机塔臂臂长之和时，才需要启动防碰撞；所述塔臂高度一般可以通过高度传感器检测或者人为输入。
S2、计算防碰撞数据，建立原点坐标系Oxyz、低位塔机坐标系O1xyz和高位塔机坐标系O2xyz；低位塔机坐标系O1xyz以低位塔机塔身为原点，低位塔机塔臂方向为x轴；高位塔机坐标系O2xyz以高位塔机塔身为原点，高位塔机塔臂方向为x轴；通过齐次坐标变换方法求获得防碰撞数据，高位塔机小车与低位塔机坐标系O1xyz中x轴的垂直距离d1，高位塔机小车与低位塔机坐标系O1xyz原点的距离d2，d1＝|Am*sin(θ2-θ1)+(x1-x2)sinθ1+(y2-y1)cosθ1|，
Figure BDA0002926069070000081
其中(x1,y1)为低位塔机塔身在原点坐标系Oxyz上的坐标值，(x2,y2)为高位塔机塔身在原点坐标系Oxyz上的坐标值，θ1为低位塔机的塔臂回转角度，θ2为高位塔机的塔臂回转角度，Am为高位塔机的小车幅度；塔臂回转角度一般采用角度传感器检测，高位塔机和低位塔机在测量塔臂回转角度时，均以原点坐标系Oxyz的x轴为角度零点，即回转起始位置；
S3、通过防碰撞MCU对防碰撞数据进行判断，当d2小于等于低位塔机塔臂长度l1时，高位塔机小车进入干涉区域；结合自身塔机和关联塔机上的防碰撞MCU对自身塔机和关联塔机进行工况判断，最后通过联动台对自身塔机和关联塔机进行防碰撞调节，使d1大于低位塔机塔臂宽度的一半，使得高位塔机小车下方悬挂的吊钩不会与低位塔机塔臂发生碰撞，实现防碰撞控制。
所述步骤S1中的标定角度通过以下方法获取，在关联塔机和自身塔机正常上电且停止运行的状态下，控制自身塔机塔臂对准关联塔机塔身，此时自身塔机塔臂与角度零点之间的夹紧为标定角度；角度零点为原点坐标系Oxyz的x轴方向。所述步骤S2中齐次坐标变换方法为，列出从原点坐标系Oxyz到低位塔机坐标系O1xyz的齐次变换矩阵T10，代表原点坐标系Oxyz内的任何坐标与矩阵相乘后的结果就是低位塔机坐标系O1xyz内的坐标；
Figure BDA0002926069070000082
其中，θ1为低位塔机的塔臂回转角度，(x1,y1)为低位塔机塔身在原点坐标系Oxyz上的坐标值，h1为低位塔机的塔臂高度；同理，再列出从高位塔机坐标系O2xyz到原点坐标系Oxyz的齐次变换矩阵T02，代表高位塔机坐标系O2xyz内的任何坐标与矩阵相乘后的结果就是原点坐标系Oxyz内的坐标；
Figure BDA0002926069070000091
其中，θ2为高位塔机的塔臂回转角度，(x2,y2)为高位塔机塔身在原点坐标系Oxyz上的坐标值，h2为高位塔机的塔臂高度；根据T10和T02获得齐次变换矩阵T12＝T10*T02，代表高位塔机坐标系O2xyz内的任何坐标与矩阵相乘后的结果就是低位塔机坐标系O1xyz内的坐标；
Figure BDA0002926069070000092
；将高位塔机坐标系O2xyz中的高位塔机小车坐标(Am,0,0)代入齐次变换矩阵T12中即可获得高位塔机小车在低位塔机坐标系O1xyz内的坐标(xm1,ym1,zm1)；其中Am为高位塔机的小车幅度，得
Figure BDA0002926069070000093
d1＝|ym1|＝|Am*sin(θ2-θ1)+(x1-x2)sinθ1+(y2-y1)cosθ1|；将高位塔机坐标系O2xyz中的高位塔机小车坐标(Am,0,0)代入齐次变换矩阵T02中即可获得高位塔机小车在原点坐标系Oxyz内的坐标(xm0,ym0,zm0)；得
Figure BDA0002926069070000101
xm0＝Am*cosθ2+x2，ym0＝Am*sinθ2+y2，再结合低位塔机塔身在原点坐标系Oxyz上的坐标值(x1,y1)，计算得
Figure BDA0002926069070000102
获得高位塔机小车与低位塔机坐标系O1xyz中x轴的垂直距离d1和高位塔机小车与低位塔机坐标系O1xyz原点的距离d2。
所述步骤S3中的工况包括塔机同向运行工况、塔机反向运行工况和单台塔机运行工况；所述塔机同向运行工况为高位塔机和低位塔机运行的回转方向一致，若高位塔机小车和低位塔机塔臂均位于干涉区外，则控制高位塔机优先进入，控制低位塔机在干涉区外等待；若高位塔机小车位于干涉区内，低位塔机塔臂位于干涉区外，则高位塔机正常运行，控制低位塔机降低回转频率并在干涉区外停机等待；若高位塔机小车在干涉区外，低位塔机塔臂在干涉区内，则控制低位塔机正常运行，控制高位塔机降低回转频率并在干涉区外停机等待；若高位塔机小车和低位塔机塔臂均位于干涉区内，在相互靠近时，控制低位塔机反向退出，高位塔机等待低位塔机退出后运行，在相互远离时正常运行；所述塔机反向运行工况为高位塔机和低位塔机运行的回转方向相反，若高位塔机小车在干涉区内，低位塔机塔臂在干涉区外，则高位塔机正常运行，控制低位塔机塔臂回转速度，使低位塔机塔臂在干涉区外停机或在进入干涉区后低位塔机回转速度小于高位塔机回转速度；若高位塔机小车在干涉区外，低位塔机塔臂在干涉区内，则低位塔机正常运行，控制高位塔机回转速度，使高位塔机塔臂在干涉区外停机或在进入干涉区后高位塔机回转速度小于低位塔机回转速度；若高位塔机小车和低位塔机塔臂都在干涉区内，则控制追赶塔机回转速度小于等于被追赶塔机回转速度即可；所述单台塔机运行工况为高位塔机和低位塔机中只有一台塔机运行，若高位塔机小车和低位塔机塔臂均在干涉区外，则两台塔机正常运行，若高位塔机小车在干涉区内运行，低位塔机塔臂位于干涉区外停机，则高位塔机正常运行，若高位塔机小车在干涉区内停机，低位塔机塔臂位于干涉区外运行，则预测低位塔机停机时刻塔臂位置，若进入干涉区则减速低位塔机至停机，停机时d1大于低位塔机塔臂宽度的一半；若高位塔机小车位于干涉区外运行，低位塔机塔臂位于干涉区内停机，则预测高位塔机停机时刻塔臂位置，若进入干涉区则减速高位塔机至停机，停机时d1大于低位塔机塔臂宽度的一半；若高位塔机小车位于干涉区外停机，低位塔机塔臂位于干涉区内运行，则低位塔机正常运行；若高位塔机小车和低位塔机塔臂均位于干涉区内，当运行的塔机背向停机的塔机运行时，正常运行，当运行的塔机朝向停机的塔机运行时，则控制运行的塔机减速至停机，停机时d1大于低位塔机塔臂宽度的一半；所述原点坐标系Oxyz为以自身塔机塔身为原点建立的坐标系，则自身塔机坐标为(0,0)，计算得关联塔机坐标为(sinθ*L,cosθ*L)，其中L为关联塔机到自身塔机的距离，θ为标定角度；然后根据塔机高低关系代入步骤S3中的公式即可，若自身塔机为高位塔机，关联塔机为低位塔机，则(x2,y2)＝(0,0)，(x1,y1)＝(sinθ*L,cosθ*L)，若自身塔机为低位塔机，关联塔机为高位塔机，则(x1,y1)＝(0,0)，(x2,y2)＝(sinθ*L,cosθ*L)。
若上述参数设置时，设置了防碰撞预警距离、低速回转频率和回转停机角度，即可以在d1等于防碰撞预警距离时，控制移动的塔机塔臂进入低速回转频率，并在低速回转频率下回转角度达到回转停机角度时停机，确保防碰撞控制准确无误。

Claims (9)

1.一种塔机群塔作业防碰撞方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、塔机参数设置，将塔机群塔分为自身塔机和关联塔机；自身塔机的参数设置包括塔机基础参数和防碰撞参数，塔机基础参数包括塔臂高度和塔臂臂长，防碰撞参数包括自身塔机序号、信道和功能开关；关联塔机参数包括手动设置参数和自动获取参数，手动设置参数包括关联塔机序号和关联塔机距离，自动获取参数包括标定角度、塔臂高度和塔臂臂长；
S2、计算防碰撞数据，建立原点坐标系Oxyz、低位塔机坐标系O1xyz和高位塔机坐标系O2xyz；低位塔机坐标系O1xyz以低位塔机塔身为原点，低位塔机塔臂方向为x轴；高位塔机坐标系O2xyz以高位塔机塔身为原点，高位塔机塔臂方向为x轴；通过齐次坐标变换方法求获得防碰撞数据，高位塔机小车与低位塔机坐标系O1xyz中x轴的垂直距离d1，高位塔机小车与低位塔机坐标系O1xyz原点的距离d2，d1＝|Am*sin(θ2-θ1)+(x1-x2)sinθ1+(y2-y1)cosθ1|，
Figure FDA0002926069060000011
其中(x1,y1)为低位塔机塔身在原点坐标系Oxyz上的坐标值，(x2,y2)为高位塔机塔身在原点坐标系Oxyz上的坐标值，θ1为低位塔机的塔臂回转角度，θ2为高位塔机的塔臂回转角度，Am为高位塔机的小车幅度；
S3、通过防碰撞MCU对防碰撞数据进行判断，当d2小于等于低位塔机塔臂长度l1时，高位塔机小车进入干涉区域；结合自身塔机和关联塔机上的防碰撞MCU对自身塔机和关联塔机进行工况判断，最后通过联动台对自身塔机和关联塔机进行防碰撞调节，使d1大于低位塔机塔臂宽度的一半，使得高位塔机小车下方悬挂的吊钩不会与低位塔机塔臂发生碰撞，实现防碰撞控制。
2.根据权利要求1所述的一种塔机群塔作业防碰撞方法，其特征在于：所述步骤S1中的标定角度通过以下方法获取，在关联塔机和自身塔机正常上电且停止运行的状态下，控制自身塔机塔臂对准关联塔机塔身，此时自身塔机塔臂与角度零点之间的夹紧为标定角度；角度零点为原点坐标系Oxyz的x轴方向。
3.根据权利要求1所述的一种塔机群塔作业防碰撞方法，其特征在于：所述低位塔机和高位塔机按照以下方法区分，判断关联塔机相对于自身塔机的高低位，自身塔机和关联塔机中塔臂高度较低的为低位塔机，自身塔机和关联塔机中塔臂高度较高的为高位塔机。
4.根据权利要求1所述的一种塔机群塔作业防碰撞方法，其特征在于：所述步骤S2中齐次坐标变换方法为，列出从原点坐标系Oxyz到低位塔机坐标系O1xyz的齐次变换矩阵T10，代表原点坐标系Oxyz内的任何坐标与矩阵相乘后的结果就是低位塔机坐标系O1xyz内的坐标；
Figure FDA0002926069060000021
其中，θ1为低位塔机的塔臂回转角度，(x1,y1)为低位塔机塔身在原点坐标系Oxyz上的坐标值，h1为低位塔机的塔臂高度；同理，再列出从高位塔机坐标系O2xyz到原点坐标系Oxyz的齐次变换矩阵T02，代表高位塔机坐标系O2xyz内的任何坐标与矩阵相乘后的结果就是原点坐标系Oxyz内的坐标；
Figure FDA0002926069060000022
其中，θ2为高位塔机的塔臂回转角度，(x2,y2)为高位塔机塔身在原点坐标系Oxyz上的坐标值，h2为高位塔机的塔臂高度；根据T10和T02获得齐次变换矩阵T12＝T10*T02，代表高位塔机坐标系O2xyz内的任何坐标与矩阵相乘后的结果就是低位塔机坐标系O1xyz内的坐标；
Figure FDA0002926069060000031
Figure FDA0002926069060000032
将高位塔机坐标系O2xyz中的高位塔机小车坐标(Am,0,0)代入齐次变换矩阵T12中即可获得高位塔机小车在低位塔机坐标系O1xyz内的坐标(xm1,ym1,zm1)；其中Am为高位塔机的小车幅度，得
Figure FDA0002926069060000033
d1＝|ym1|＝|Am*sin(θ2-θ1)+(x1-x2)sinθ1+(y2-y1)cosθ1|；将高位塔机坐标系O2xyz中的高位塔机小车坐标(Am,0,0)代入齐次变换矩阵T02中即可获得高位塔机小车在原点坐标系Oxyz内的坐标(xm0,ym0,zm0)；得
Figure FDA0002926069060000034
xm0＝Am*cosθ2+x2，ym0＝Am*sinθ2+y2，再结合低位塔机塔身在原点坐标系Oxyz上的坐标值(x1,y1)，计算得
Figure FDA0002926069060000035
获得高位塔机小车与低位塔机坐标系O1xyz中x轴的垂直距离d1和高位塔机小车与低位塔机坐标系O1xyz原点的距离d2。
5.根据权利要求1所述的一种塔机群塔作业防碰撞方法，其特征在于：所述步骤S3中的工况包括塔机同向运行工况、塔机反向运行工况和单台塔机运行工况。
6.根据权利要求5所述的一种塔机群塔作业防碰撞方法，其特征在于：所述塔机同向运行工况为高位塔机和低位塔机运行的回转方向一致，若高位塔机小车和低位塔机塔臂均位于干涉区外，则控制高位塔机优先进入，控制低位塔机在干涉区外等待；若高位塔机小车位于干涉区内，低位塔机塔臂位于干涉区外，则高位塔机正常运行，控制低位塔机降低回转频率并在干涉区外停机等待；若高位塔机小车在干涉区外，低位塔机塔臂在干涉区内，则控制低位塔机正常运行，控制高位塔机降低回转频率并在干涉区外停机等待；若高位塔机小车和低位塔机塔臂均位于干涉区内，在相互靠近时，控制低位塔机反向退出，高位塔机等待低位塔机退出后运行，在相互远离时正常运行。
7.根据权利要求5所述的一种塔机群塔作业防碰撞方法，其特征在于：所述塔机反向运行工况为高位塔机和低位塔机运行的回转方向相反，若高位塔机小车在干涉区内，低位塔机塔臂在干涉区外，则高位塔机正常运行，控制低位塔机塔臂回转速度，使低位塔机塔臂在干涉区外停机或在进入干涉区后低位塔机回转速度小于高位塔机回转速度；若高位塔机小车在干涉区外，低位塔机塔臂在干涉区内，则低位塔机正常运行，控制高位塔机回转速度，使高位塔机塔臂在干涉区外停机或在进入干涉区后高位塔机回转速度小于低位塔机回转速度；若高位塔机小车和低位塔机塔臂都在干涉区内，则控制追赶塔机回转速度小于等于被追赶塔机回转速度即可。
8.根据权利要求5所述的一种塔机群塔作业防碰撞方法，其特征在于：所述单台塔机运行工况为高位塔机和低位塔机中只有一台塔机运行，若高位塔机小车和低位塔机塔臂均在干涉区外，则两台塔机正常运行，若高位塔机小车在干涉区内运行，低位塔机塔臂位于干涉区外停机，则高位塔机正常运行，若高位塔机小车在干涉区内停机，低位塔机塔臂位于干涉区外运行，则预测低位塔机停机时刻塔臂位置，若进入干涉区则减速低位塔机至停机，停机时d1大于低位塔机塔臂宽度的一半；若高位塔机小车位于干涉区外运行，低位塔机塔臂位于干涉区内停机，则预测高位塔机停机时刻塔臂位置，若进入干涉区则减速高位塔机至停机，停机时d1大于低位塔机塔臂宽度的一半；若高位塔机小车位于干涉区外停机，低位塔机塔臂位于干涉区内运行，则低位塔机正常运行；若高位塔机小车和低位塔机塔臂均位于干涉区内，当运行的塔机背向停机的塔机运行时，正常运行，当运行的塔机朝向停机的塔机运行时，则控制运行的塔机减速至停机，停机时d1大于低位塔机塔臂宽度的一半。
9.根据权利要求1至8中任一权利要求所述的一种塔机群塔作业防碰撞方法，其特征在于：所述原点坐标系Oxyz为以自身塔机塔身为原点建立的坐标系，则自身塔机坐标为(0,0)，计算得关联塔机坐标为(sinθ*L,cosθ*L)，其中L为关联塔机到自身塔机的距离，θ为标定角度；然后根据塔机高低关系代入步骤S3中的公式即可，若自身塔机为高位塔机，关联塔机为低位塔机，则(x2,y2)＝(0,0)，(x1,y1)＝(sinθ*L,cosθ*L)，若自身塔机为低位塔机，关联塔机为高位塔机，则(x1,y1)＝(0,0)，(x2,y2)＝(sinθ*L,cosθ*L)。
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CN115108486A (zh) * 2022-07-18 2022-09-27 四川省建筑科学研究院有限公司 一种基于运动趋势的塔机群塔防碰撞方法

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