CN219044803U - 一种基于uwb的塔吊吊钩定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种基于UWB的塔吊吊钩定位装置，包括UWB基站以及分别与UWB基站无线通信连接的第一UWB标签、第二UWB标签，所述UWB基站安装在塔吊的驾驶室一侧，所述第一UWB标签安装在塔吊的小车上，所述第二UWB标签安装在塔吊的吊钩上，所述第二UWB标签位于第一UWB标签正下方，所述UWB基站的安装位置与第一UWB标签的安装位置处于同一水平线上；所述UWB基站用于分别获取小车与驾驶室的距离以及吊钩与驾驶室的距离。本实用新型基于UWB测距技术来检测吊钩的位置信息，不需要经过复杂的安装、布线、调试等步骤，可快速准确的对吊钩进行定位，提高了吊钩位置检测的安全性和效率。

Description

一种基于UWB的塔吊吊钩定位装置

技术领域

本实用新型涉及塔吊定位技术领域，尤其涉及一种基于UWB的塔吊吊钩定位装置。

背景技术

塔吊已经成为中大型建筑施工中不可或缺的工具了，目前国家强制性要求部分工地塔吊必须安装塔吊安全检测系统，塔吊安全检测系统包含了塔吊的回转、重量、高度、视频等等监测数据，其中塔吊吊钩的高度计量尤为重要。

目前市面上普遍采用角位移电位器采集吊钩缆绳的长度来计算吊钩的高度，此种测量方法需要将角位移传感器安装在吊钩绞线电机上与绞线电机同步运行，其安装过程具有一定的危险性而且安装步骤比较复杂，需要专业的人员安装调试，同时需要较长的信号电缆。整个过程需要专业人员安装、布线、调试、校准，极大的降低了塔吊吊钩位置检测的效率。

发明内容

本实用新型提出一种基于UWB的塔吊吊钩定位装置，解决了现有技术中塔吊吊钩的位置检测方法需要专业人员安装、布线、调试、校准，检测效率低且安装过程危险等问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种基于UWB的塔吊吊钩定位装置，包括UWB基站以及分别与UWB基站无线通信连接的第一UWB标签、第二UWB标签，所述UWB基站安装在塔吊的驾驶室一侧，所述第一UWB标签安装在塔吊的小车上，所述第二UWB标签安装在塔吊的吊钩上，所述第二UWB标签位于第一UWB标签正下方，所述UWB基站的安装位置与第一UWB标签的安装位置处于同一水平线上；所述UWB基站用于分别获取小车与驾驶室的距离以及吊钩与驾驶室的距离。

本实用新型基于UWB测距技术，将UWB基站安装在驾驶室一侧，将第一UWB标签、第二UWB标签分别安装在塔吊的小车和吊钩上，并使UWB基站与第一UWB标签的安装位置处于同一水平线上，可以使得UWB基站与、第一UWB标签、第二UWB标签的连线构成一个直角三角形，再获取第一UWB标签、第二UWB标签分别与UWB基站的距离，利用勾股定理即可计算得到吊钩的高度数据，从而实现对吊钩的精准定位；整个定位过程无需布线，操作简单且安全系数高，极大地提升了检测效率。

作为本实用新型优选的方案，所述UWB基站、第一UWB标签和第二UWB标签均包括UWB测距模块，所述UWB测距模块包括UWB射频芯片、功率放大器、信号放大器与UWB信号收发天线，所述UWB射频芯片通过功率放大器、信号放大器与UWB信号收发天线连接；通过设置功率放大器可以对UWB射频芯片发出的射频信号进行放大，设置信号放大器可以对天线接收到的射频进行放大，提升信号传输距离和传输质量，保证测量的稳定性和可靠性。

作为本实用新型优选的方案，所述第一UWB标签和第二UWB标签还包括内置电源和电源管理模块，所述内置电源用于为UWB测距模块供电，所述电源管理模块用于监测内置电源的电量数据，所述第一UWB标签和第二UWB标签会将各自的位置信息和电量数据发送给UWB基站，方便及时更换电源。

作为本实用新型优选的方案，所述UWB基站与塔吊的黑匣子通过线缆连接，用于将UWB基站获取到的距离信息和UWB标签的电量数据上传给黑匣子，所述黑匣子用于为UWB基站供电。

作为本实用新型优选的方案，所述UWB基站还包括九轴姿态传感器，用于获取吊臂的角度数据，根据吊臂的角度(水平旋转)数据，结合吊钩与小车的距离数据，即可最终得到吊钩在塔吊坐标系下的三维坐标信息，实现对吊钩的精准定位。

作为本实用新型优选的方案，所述第一UWB标签和第二UWB标签还包括低功耗的低频唤醒模块，用于捕获UWB基站广播的测距请求指令，将第一UWB标签和第二UWB标签从休眠状态唤醒，极大地降低了第一UWB标签和第二UWB标签的功耗，提升了续航能力。

有益效果

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型基于UWB测距技术，将UWB基站安装在驾驶室一侧，将第一UWB标签、第二UWB标签分别安装在塔吊的小车和吊钩上，并使UWB基站与第一UWB标签的安装位置处于同一水平线上，可以使得UWB基站与、第一UWB标签、第二UWB标签的连线构成一个直角三角形，再获取第一UWB标签、第二UWB标签分别与UWB基站的距离，利用勾股定理即可计算得到吊钩的高度数据，从而实现对吊钩的精准定位；整个安装、检测过程无需布线和校准调试，操作简单且安全系数高，极大地提升了检测效率；

(2)本实用新型通过设置功率放大器可以对UWB射频芯片发出的射频信号进行放大，设置信号放大器可以对天线接收到的射频进行放大，提升信号传输距离和传输质量，保证测量的稳定性和可靠性；

(3)本实用新型通过在UWB标签内设置低功耗的低频唤醒模块，用于捕获UWB基站广播的测距请求指令，将第一UWB标签和第二UWB标签从休眠状态唤醒，极大地降低了第一UWB标签和第二UWB标签的功耗，提升了续航能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种基于UWB的塔吊吊钩定位装置的安装示意图；

图2为本实用新型一种基于UWB的塔吊吊钩定位装置的通信架构示意图；

图3为本实用新型实施例中UWB基站的内部模块示意图；

图4为本实用新型实施例中UWB标签的内部模块示意图；

图中：1、塔身；2、吊臂；3、驾驶室；4、小车；5、吊钩。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1、2所示，本实施例提供了一种基于UWB的塔吊吊钩定位装置，包括UWB基站以及分别与UWB基站无线通信连接的第一UWB标签、第二UWB标签，所述UWB基站安装在塔吊的驾驶室3一侧(驾驶室3位于塔吊的塔身1与吊臂2连接的位置)，所述第一UWB标签安装在塔吊的小车4(小车4滑动安装在塔吊的吊臂2上)上，所述第二UWB标签安装在塔吊的吊钩5上，所述第二UWB标签位于第一UWB标签正下方，所述UWB基站的安装位置与第一UWB标签的安装位置处于同一水平线上；所述UWB基站用于分别获取小车4与驾驶室3的距离以及吊钩5与驾驶室3的距离。

本实施例基于UWB测距技术，将UWB基站安装在驾驶室3一侧，将第一UWB标签、第二UWB标签分别安装在塔吊的小车4和吊钩5上，并使UWB基站与第一UWB标签的安装位置处于同一水平线上，可以使得UWB基站与、第一UWB标签、第二UWB标签的连线构成一个直角三角形，再获取第一UWB标签、第二UWB标签分别与UWB基站的距离，利用勾股定理即可计算得到吊钩5的高度数据，从而实现对吊钩5的精准定位；整个定位过程无需布线，操作简单且安全系数高，极大地提升了检测效率。

如图3、4所示，作为本实施例优选的方案，所述UWB基站、第一UWB标签和第二UWB标签均包括UWB测距模块，所述UWB测距模块包括UWB射频芯片、功率放大器、信号放大器与UWB信号收发天线，所述UWB射频芯片通过功率放大器、信号放大器与UWB信号收发天线连接；通过设置功率放大器可以对UWB射频芯片发出的射频信号进行放大，设置信号放大器可以对天线接收到的射频进行放大，提升信号传输距离(本实施例中，UWB基站与UWB标签的实测传输距离达到750m)和传输质量(实测定位精度达到厘米级)，保证测量的稳定性和可靠性。

作为本实施例优选的方案，所述第一UWB标签和第二UWB标签还包括内置电源和电源管理模块，所述内置电源用于为UWB测距模块供电，所述电源管理模块用于监测内置电源的电量数据，所述第一UWB标签和第二UWB标签会将各自的位置信息和电量数据发送给UWB基站，方便及时更换电源。

作为本实施例优选的方案，所述UWB基站与塔吊的黑匣子通过线缆连接，用于将UWB基站获取到的距离信息和UWB标签的电量数据上传给黑匣子，所述黑匣子用于为UWB基站供电。

作为本实施例优选的方案，所述UWB基站还包括九轴姿态传感器，用于获取吊臂2的角度数据，根据吊臂2的角度(水平旋转)数据，结合吊钩5与小车4的距离数据，即可最终得到吊钩5在塔吊坐标系下的三维坐标信息，实现对吊钩5的精准定位。

作为本实施例优选的方案，所述第一UWB标签和第二UWB标签还包括低功耗的低频唤醒模块，用于捕获UWB基站广播的测距请求指令，将第一UWB标签和第二UWB标签从休眠状态唤醒，极大地降低了第一UWB标签和第二UWB标签的功耗，提升了续航能力。

本实施例的定位装置的工作原理如下：

通过UWB基站向第一UWB标签和第二UWB标签广播测距请求指令，第一UWB标签和第二UWB标签接收到测距请求指令后被唤醒，第一UWB标签和第二UWB标签分别向UWB基站发送无线射频信号，并将各自发出信号的时间戳及电池电量信息发送给UWB基站，UWB基站根据接收到的无线射频信号的时间戳计算第一UWB标签与UWB基站的距离X及第二UWB标签与UWB基站的距离Z，再根据勾股定理即可计算得到吊钩5与小车4的距离Y＝√(Z2-X2)；最后结合吊臂2的水平旋转角度，即可得到吊钩5在塔吊坐标系下的精确三维坐标。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于UWB的塔吊吊钩定位装置，其特征在于，包括UWB基站以及分别与UWB基站无线通信连接的第一UWB标签、第二UWB标签，所述UWB基站安装在塔吊的驾驶室(3)一侧，所述第一UWB标签安装在塔吊的小车(4)上，所述第二UWB标签安装在塔吊的吊钩(5)上，所述第二UWB标签位于第一UWB标签正下方，所述UWB基站的安装位置与第一UWB标签的安装位置处于同一水平线上；所述UWB基站用于分别获取小车(4)与驾驶室(3)的距离以及吊钩(5)与驾驶室(3)的距离。

2.如权利要求1所述的一种基于UWB的塔吊吊钩定位装置，其特征在于，所述UWB基站、第一UWB标签和第二UWB标签均包括UWB测距模块，所述UWB测距模块包括UWB射频芯片、功率放大器、信号放大器与UWB信号收发天线，所述UWB射频芯片通过功率放大器、信号放大器与UWB信号收发天线连接。

3.如权利要求2所述的一种基于UWB的塔吊吊钩定位装置，其特征在于，所述第一UWB标签和第二UWB标签还包括内置电源和电源管理模块，所述内置电源用于为UWB测距模块供电，所述电源管理模块用于监测内置电源的电量数据。

4.如权利要求1所述的一种基于UWB的塔吊吊钩定位装置，其特征在于，所述UWB基站与塔吊的黑匣子通过线缆连接，用于将UWB基站获取到的距离信息和UWB标签的电量数据上传给黑匣子，所述黑匣子用于为UWB基站供电。

5.如权利要求1所述的一种基于UWB的塔吊吊钩定位装置，其特征在于，所述UWB基站还包括九轴姿态传感器，用于获取吊臂(2)的角度数据。

6.如权利要求1所述的一种基于UWB的塔吊吊钩定位装置，其特征在于，所述第一UWB标签和第二UWB标签还包括低功耗的低频唤醒模块，用于捕获UWB基站广播的测距请求指令，将第一UWB标签和第二UWB标签从休眠状态唤醒。

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