CN115448184A - 一种嵌入式集成的多台塔机碰撞智能监测方法和系统 - Google Patents

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沈松
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Abstract

本发明公开了一种嵌入式集成的多台塔机碰撞智能监测方法和系统，该方法通过获取设置在塔机吊钩，前臂最外点，小车上传感器采集到的数据，分析所述传感器的数据以及前臂范围内的障碍物、周围塔机、目标地点信息；判断所述塔机吊钩是否进入障碍物、周围塔机的影响区域；计算所述塔机吊钩受到第一作用力，平衡臂受到第二作用力，计算所述塔机吊钩受到第三作用力；计算所述塔机受到的合力；调节塔机角速度，变幅小车速度，吊钩运行速度，使得塔机受到的合力为零，吊钩距离目标地点距离等于制动距离。能够综合考虑各种碰撞情况，且运算简单，实时性好的防碰撞算法有着重要的意义。

Description

一种嵌入式集成的多台塔机碰撞智能监测方法和系统
技术领域：
本发明属于塔机控制领域，尤其涉及一种嵌入式集成的多台塔机碰撞智能监测方法和系统。
背景技术：
塔式起重机是一种通过回转、起升和变幅运动来装卸搬运货物和建筑材料的非连续性搬运机械。随着塔机在工程建设中的应用越来越普遍，为了加快施工进度塔机的布设密度越来越大。这就使得塔机与塔机之间、塔机与周围建筑物发生碰撞事故的可能性大大增加。为了保证塔机之间不发生碰撞，在交涉区域内往往需要一台塔机倒退来避让另一台塔机，这就大大降低了塔机群的作业效率，增加了能耗。目前，针对塔机碰撞问题多是运用各种传感器采集本塔机实时状态数据根据获得的周围塔机以及障碍物的信息，通过复杂的几何计算来判断塔机是否即将发生碰撞。成熟的塔机防碰撞系统产品还处在比较初级的阶段，只针对塔机的实时防碰撞，并没有考虑到塔机碰撞的超前预测并进行主动防碰以及塔机群在防碰撞过程中的效率优化问题。
如何在塔机群作业过程中，防止碰撞等事故发生，提高塔机群作业安全效率成为了亟待解决的技术问题。
发明内容
针对塔机的实时防碰撞，并没有考虑到塔机碰撞的超前预测并进行主动防碰以及塔机群在防碰撞过程中的效率优化问题，本发明通过获取设置在塔机吊钩，前臂最外点，小车上设置传感器采集到的数据，分析所述传感器的数据以及前臂范围内的障碍物、周围塔机、目标地点信息；判断所述塔机吊钩是否进入障碍物、周围塔机的影响区域；计算所述塔机吊钩受到障碍物、周围塔机的第一作用力，平衡臂受到障碍物、周围塔机的第二作用力，计算所述塔机吊钩受到目标地点的第三作用力；计算所述塔机受到的合力；调节塔机角速度，变幅小车速度，吊钩运行速度，使得塔机受到的合力为零，吊钩距离目标地点距离等于制动距离。能够综合考虑各种碰撞情况，且运算简单，实时性好的防碰撞算法有着重要的意义，保证施工生产的安全，加快施工进度，提高塔机群的作业效率。
本发明为解决以上技术问题所采取的技术方案是：
一种嵌入式集成的多台塔机碰撞智能监测方法，包括以下步骤：
S1、获取设置在塔机吊钩，前臂最外点，小车上传感器采集到的数据，分析所述传感器的数据以及前臂范围内的障碍物、周围塔机、目标地点信息；
S2、判断所述塔机吊钩是否进入障碍物、周围塔机的影响区域；若是，则计算所述塔机吊钩受到障碍物、周围塔机的第一作用力，平衡臂受到障碍物、周围塔机的第二作用力，执行步骤S3；若否，则直接执行步骤S3；
S3、计算所述塔机吊钩受到目标地点的第三作用力；
S4、计算所述塔机受到的合力，所述合力为第一作用力，第二作用力，第三作用力的和；
S5、调节塔机角速度，变幅小车速度，吊钩运行速度，使得塔机受到的合力为零，吊钩距离目标地点距离等于制动距离
进一步地，制动距离模型计算包括：
Figure BDA0003797729780000021
Figure BDA0003797729780000022
Figure BDA0003797729780000023
其中，φbr为塔机回转安全距离即回转制动角度，lbr为塔机变幅安全距离，Zbr为塔机起升安全距离，ω为塔机当前角速度，Ja为塔机前臂转动惯量，m为塔机吊装货物重量，l为塔机吊钩变幅长度，vl为塔机变幅小车速度，Fl为变幅小车制动力，vz为吊钩运行速度，Fz为吊钩制动力。
优选地，所述制动距离模型计算还包括修正因子：
Figure BDA0003797729780000024
Figure BDA0003797729780000031
其中vwl,vwz表示风速在l，z方向分量，Δt表示移动时间。
进一步地，所述传感器包括惯性传感器，三轴加速器，陀螺仪，GPS定位器。
进一步地，所述合力模型为F(θi,ri,zi)，其中F表示合力，θi,ri,zi分别表示角度，变幅量，起升量。
进一步地，在S5、调节塔机角速度，变幅小车速度，吊钩运行速度，使得塔机受到的合力为零，吊钩距离目标地点距离等于制动距离后还包括：S6、若风速超过第一安全值则发出预警信号，指示操作员暂定作业，将已起吊重物降至地面。
进一步地，所述预警信号还被传输至地面控制室，向地面作业人员发送远离塔机作业范围的警告。
一种嵌入式集成的多台塔机碰撞智能监测系统，该系统包括，与人机交互模块相连的无线电台，塔机变幅控制器模块，塔机回转控制器模块，塔机起升控制器模块；传感器组，限位控制器，指令输入模块分别与塔机变幅控制器模块，塔机回转控制器模块，塔机起升控制器模块相连，所述传感器组设置在塔机吊钩，前臂最外点，小车上，
第一分析模块，用于分析所述传感器的数据以及前臂范围内的障碍物、周围塔机、目标地点信息；
第二分析模块，用于判断所述塔机吊钩是否进入障碍物、周围塔机的影响区域；若是，则计算所述塔机吊钩受到障碍物、周围塔机的第一作用力，平衡臂受到障碍物、周围塔机的第一作用力；
合力计算模块，用于计算所述塔机吊钩受到目标地点的第一作用力；计算所述塔机受到的合力，所述合力为第一作用力，第一作用力，第一作用力的和；
调节模块，调节塔机角速度，变幅小车速度，吊钩运行速度，使得塔机受到的合力为零，吊钩距离目标地点距离等于制动距离。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序实时嵌入式集成的多台塔机碰撞智能监测方法。
一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述所述存储器中并可在所述处理上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序实时嵌入式集成的多台塔机碰撞智能监测方法。
本发明的有益效果如下：调节塔机角速度，变幅小车速度，吊钩运行速度，使得塔机受到的合力为零，使得吊钩距离目标地点距离等于制动距离。能够综合考虑各种碰撞情况，且运算简单，实时性好的防碰撞算法有着重要的意义，保证施工生产的安全，加快施工进度，提高塔机群的作业效率。
上述说明，仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述说明和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，特举较佳实施例，详细说明如下。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为嵌入式集成的多台塔机碰撞智能监测方法的流程图
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
一种嵌入式集成的多台塔机碰撞智能监测方法，包括以下步骤：
S1、获取设置在塔机吊钩，前臂最外点，小车上传感器采集到的数据，分析所述传感器的数据以及前臂范围内的障碍物、周围塔机、目标地点信息；
S2、判断所述塔机吊钩是否进入障碍物、周围塔机的影响区域；若是，则计算所述塔机吊钩受到障碍物、周围塔机的第一作用力，平衡臂受到障碍物、周围塔机的第二作用力，执行步骤S3；若否，则直接执行步骤S3；
S3、计算所述塔机吊钩受到目标地点的第三作用力；
S4、计算所述塔机受到的合力，所述合力为第一作用力，第二作用力，第三作用力的和；
S5、调节塔机角速度，变幅小车速度，吊钩运行速度，使得塔机受到的合力为零，吊钩距离目标地点距离等于制动距离。
进一步地，制动距离模型计算包括：
Figure BDA0003797729780000051
Figure BDA0003797729780000052
Figure BDA0003797729780000053
其中，φbr为塔机回转安全距离即回转制动角度，lbr为塔机变幅安全距离，Zbr为塔机起升安全距离，ω为塔机当前角速度，Ja为塔机前臂转动惯量，m为塔机吊装货物重量，l为塔机吊钩变幅长度，vl为塔机变幅小车速度，Fl为变幅小车制动力，vz为吊钩运行速度，Fz为吊钩制动力。
优选地，所述制动距离模型计算还包括修正因子：
Figure BDA0003797729780000054
Figure BDA0003797729780000061
其中vwl,vwz表示风速在l，z方向分量，Δt表示移动时间。
进一步地，所述传感器包括惯性传感器，三轴加速器，陀螺仪，GPS定位器。
进一步地，所述合力模型为F(θi,ri,zi)，其中F表示合力，θi,ri,zi分别表示角度，变幅量，起升量。
进一步地，在S5、调节塔机角速度，变幅小车速度，吊钩运行速度，使得塔机受到的合力为零，吊钩距离目标地点距离等于制动距离后还包括：S6、若风速超过第一安全值则发出预警信号，指示操作员暂定作业，将已起吊重物降至地面。
进一步地，所述预警信号还被传输至地面控制室，向地面作业人员发送远离塔机作业范围的警告。
实施例2
一种嵌入式集成的多台塔机碰撞智能监测系统，该系统包括，与人机交互模块相连的无线电台，塔机变幅控制器模块，塔机回转控制器模块，塔机起升控制器模块；传感器组，限位控制器，指令输入模块分别与塔机变幅控制器模块，塔机回转控制器模块，塔机起升控制器模块相连，所述传感器组设置在塔机吊钩，前臂最外点，小车上，
第一分析模块，用于分析所述传感器的数据以及前臂范围内的障碍物、周围塔机、目标地点信息；
第二分析模块，用于判断所述塔机吊钩是否进入障碍物、周围塔机的影响区域；若是，则计算所述塔机吊钩受到障碍物、周围塔机的第一作用力，平衡臂受到障碍物、周围塔机的第二作用力；
合力计算模块，用于计算所述塔机吊钩受到目标地点的第三作用力；计算所述塔机受到的合力，所述合力为第一作用力，第二作用力，第三作用力的和；
调节模块，调节塔机角速度，变幅小车速度，吊钩运行速度，使得塔机受到的合力为零，吊钩距离目标地点距离等于制动距离。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序实时嵌入式集成的多台塔机碰撞智能监测方法。
一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述所述存储器中并可在所述处理上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序实时嵌入式集成的多台塔机碰撞智能监测方法。
本发明的优点在于：
调节塔机角速度，变幅小车速度，吊钩运行速度，使得塔机受到的合力为零，使得吊钩距离目标地点距离等于制动距离。能够综合考虑各种碰撞情况，且运算简单，实时性好的防碰撞算法有着重要的意义，保证施工生产的安全，加快施工进度，提高塔机群的作业效率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种嵌入式集成的多台塔机碰撞智能监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取设置在塔机吊钩，前臂最外点，小车上传感器采集到的数据，分析所述传感器的数据以及前臂范围内的障碍物、周围塔机、目标地点信息；
S2、判断所述塔机吊钩是否进入障碍物、周围塔机的影响区域；若是，则计算所述塔机吊钩受到障碍物、周围塔机的第一作用力，平衡臂受到障碍物、周围塔机的第二作用力，执行步骤S3；若否，则直接执行步骤S3；
S3、计算所述塔机吊钩受到目标地点的第三作用力；
S4、计算所述塔机受到的合力，所述合力为第一作用力，第二作用力，第三作用力的和；
S5、调节塔机角速度，变幅小车速度，吊钩运行速度，使得塔机受到的合力为零，吊钩距离目标地点距离等于制动距离。
2.根据权利要求1所述嵌入式集成的多台塔机碰撞智能监测方法，其特征在于：所述制动距离模型计算包括：
Figure FDA0003797729770000011
Figure FDA0003797729770000012
Figure FDA0003797729770000013
其中，φbr为塔机回转安全距离即回转制动角度，lbr为塔机变幅安全距离，Zbr为塔机起升安全距离，ω为塔机当前角速度，Ja为塔机前臂转动惯量，m为塔机吊装货物重量，l为塔机吊钩变幅长度，vl为塔机变幅小车速度，Fl为变幅小车制动力，vz为吊钩运行速度，Fz为吊钩制动力。
3.根据权利要求2所述嵌入式集成的多台塔机碰撞智能监测方法，其特征在于：所述制动距离模型计算还包括修正因子：
Figure FDA0003797729770000021
Figure FDA0003797729770000022
其中vwl,vwz表示风速在l，z方向分量，Δt表示移动时间。
4.根据权利要求1所述嵌入式集成的多台塔机碰撞智能监测方法，其特征在于：所述传感器包括惯性传感器，三轴加速器，陀螺仪，GPS定位器。
5.根据权利要求1所述嵌入式集成的多台塔机碰撞智能监测方法，其特征在于：所述合力模型为F(θi,ri,zi)，其中F表示合力，θi,ri,zi分别表示角度，变幅量，起升量。
6.根据权利要求1所述嵌入式集成的多台塔机碰撞智能监测方法，其特征在于：在S5、调节塔机角速度，变幅小车速度，吊钩运行速度，使得塔机受到的合力为零，吊钩距离目标地点距离等于制动距离后还包括：S6、若风速超过第一安全值则发出预警信号，指示操作员暂定作业，将已起吊重物降至地面。
7.根据权利要求1所述嵌入式集成的多台塔机碰撞智能监测方法，其特征在于：所述预警信号还被传输至地面控制室，向地面作业人员发送远离塔机作业范围的警告。
8.一种嵌入式集成的多台塔机碰撞智能监测系统，其特征在于：该系统包括，与人机交互模块相连的无线电台，塔机变幅控制器模块，塔机回转控制器模块，塔机起升控制器模块；传感器组，限位控制器，指令输入模块分别与塔机变幅控制器模块，塔机回转控制器模块，塔机起升控制器模块相连，所述传感器组设置在塔机吊钩，前臂最外点，小车上，
第一分析模块，用于分析所述传感器的数据以及前臂范围内的障碍物、周围塔机、目标地点信息；
第二分析模块，用于判断所述塔机吊钩是否进入障碍物、周围塔机的影响区域；若是，则计算所述塔机吊钩受到障碍物、周围塔机的第一作用力，平衡臂受到障碍物、周围塔机的第二作用力；
合力计算模块，用于计算所述塔机吊钩受到目标地点的第三作用力；计算所述塔机受到的合力，所述合力为第一作用力，第二作用力，第三作用力的和；
调节模块，调节塔机角速度，变幅小车速度，吊钩运行速度，使得塔机受到的合力为零，吊钩距离目标地点距离等于制动距离。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序实时如权利要求1至7任一项所述嵌入式集成的多台塔机碰撞智能监测方法。
10.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述所述存储器中并可在所述处理上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序实时如权利要求1至7任一项所述嵌入式集成的多台塔机碰撞智能监测方法。
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