一种基于吊钩定位的塔吊吊钩行进路线控制方法和系统与流程

1.本发明涉及建筑施工技术领域，特别涉及一种基于吊钩定位的塔吊吊钩行进路线控制方法和系统。


背景技术：

2.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，用来吊施工用的钢筋、木楞、混凝土、钢管等施工的原材料。
3.传统的塔吊是通过工人乘坐在控制箱内进行人工操作运行，吊装也主要依靠操作人员的技术和经验判断，在遇到突然状况后通常无法做出正确的应对手段，因此经常造成工程事故的出现，后来引进了更为先进的遥控吊装装置，但是仍然存在同样的问题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种在自动吊装技术基础上的基于吊钩起吊点定位的塔吊吊钩行进路线控制方法，以正确应对吊装时突发状况，保证施工安全。
5.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
6.一种基于吊钩起吊点定位的塔吊吊钩行进路线控制方法，包括步骤如下：
7.步骤s1：云数据计算平台向数据交互中心发出获取数据指令；步骤s2：数据交互中心向传感器阵列和定位芯片调取坐标系数据和初始坐标数据；步骤s3：数据交互中心向轴向控制器调取初始状态信息；步骤s4：数据交互中心将获取到的数据发送给云数据计算平台；步骤 s5：云计算平台计算出塔吊吊钩所运行的最优路线；步骤s6：云计算平台向数据交互中心发出控制指令清单；步骤s7：数据交互中心根据控制指令清单向控制器发出控制指令同时进行相应指令的校准；步骤s8：控制器根据相应控制指令控制吊钩的运动。
8.其中，在执行步骤s2：数据交互中心向传感器阵列和定位芯片调取坐标系数据和初始坐标数据时，执行如下步骤：
9.步骤s21：在塔吊所处的施工现场建立阵列坐标系和虚坐标；步骤s22：设置塔吊运动的初始坐标和终点坐标；
10.其中，在执行步骤s5：云计算平台计算出塔吊所运行的最优路线时，还执行如下步骤：
11.步骤s51：计算各个影响因子的权重；步骤s52：结合坐标信息和影响因子计算最优运行路线。
12.本技术还提出一种基于吊钩起吊点定位的塔吊吊钩行进路线控制系统，包括多个传感器阵列、多个轴向控制器、视觉定位器、数据交互中心和云数据计算平台，所述多个传感器阵列设置在塔吊周围，并且形成矩形阵列坐标系，在吊钩上设置有定位芯片，通过所述定位芯片在所述矩形阵列坐标系中形成虚坐标，所述传感器阵列与所述数据交互中心连接，并通过所述数据交互中心与所述云数据计算平台虚连接，所述云数据计算平台与所述轴向控制器连接，多个所述轴向控制器设置在塔吊上，云数据计算平台计算出所述吊钩的
运行路线，并向所述轴向控制器发出指令以控制所述吊钩的实际运行路线。
13.其中，还包括气象传感器，气象传感器用于获取塔吊所处位置的风向和风量情况，根据风向和风量情况发送至数据交互中心，并经由数据交互中心与云数据计算平台之间的数据交互，云数据计算平台将风向和风量情况计算出权重数据，将所述权重数据加入计算吊钩运行路线的计算过程。
14.进一步的，所述气象传感器还检测环境的温湿度数据，并向所述数据交互中心发送温度湿度数据，经由数据交互中心与云数据计算平台之间的数据交互，云数据计算平台还在吊钩运行路线计算中考虑钢缆在当前温湿度环境下的结构伸长比例。
15.其中，所述传感器阵列之间的传感器采用zigbee数据传输或nb-lot数据传输。
16.其中，在所述数据交互中心中还包括运动验证模块，通过所述运动验证模块验证吊钩运行运行路径验证。
17.进一步的，所述传感器阵列包括红外传感器阵列和磁传感器阵列中的一种。
18.其中，所述视觉定位器包括设置在所述吊钩上的多个视频采集摄像头，所述视频采集摄像头通过视频数据定位所述吊钩所处位置。
19.采用上述技术方案，通过监控塔吊的初始状态和最终装置，制定初步路线，配置识别到的相关环境变量并转化为相关权重数据，并根据权重数据优化行进路线，可以实时应对突发状况，根据突发状况进行实时修正，使得塔吊在运输货物的时候高效、安全的进行运输，可以有效避免事故的发生。
具体实施方式
20.下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
21.作为本发明的第一实施例，提出一种基于吊钩起吊点定位的塔吊吊钩行进路线控制方法，包括步骤如下：
22.步骤s1：云数据计算平台向数据交互中心发出获取数据指令；云数据计算平台通过设置在塔吊附近的机房中的数据交互中心发送获取数据指令，主要获取的是初始状态数据，包括初始坐标数据。
23.步骤s2：数据交互中心向传感器阵列和定位芯片调取坐标系数据和初始坐标数据；在执行步骤s2时，执行如下步骤：首先，在塔吊所处的施工现场建立阵列坐标系和虚坐标(步骤 s21)，通过设置在施工现场周围的定位传感器阵列建立基础阵列坐标系，基础阵列坐标系可以以塔吊底座为坐标原点或者可以以施工现场一角为坐标原点，同时传感器可以根据实际需要的精确度进行不同密度的设置，同时传感器是可回收再利用，并不会对实际施工成本造成更大的提升，本实施例中以1米为标准坐标系精度，将传感器间隔一米设置，分别设置在地面基础上和施工周围的围挡或支架防护网上，施工工地周围的围挡和支架防护网根据实际施工环境进行增高，以保证坐标系建立为基准；接着执行步骤s22：设置塔吊运动的初始坐标和终点坐标，在塔吊的吊钩上设置定位芯片，通过定位芯片在坐标系中三个轴向上的位置x、y、z的值确定坐标点，其中，x为以坐标原点为中心水平横向上的距离，y为以坐标原点为中心水平纵向上的距离；z为以坐标原点为中心垂直高度上的距离，以
定位芯片所处的(x,y， z)值为塔吊初始坐标，同样塔吊的最终目标点为终点，例如材料堆放地点，终点在坐标系中三个轴向上的位置x、y、z的值确定坐标点，其中，x为以坐标原点为中心水平横向上的距离，y为以坐标原点为中心水平纵向上的距离；z为以坐标原点为中心垂直高度上的距离，以定位芯片所处的(x1,y1，z1)值为塔吊初始坐标。
24.步骤s3：数据交互中心向轴向控制器调取初始状态信息；塔吊附近的机房中的数据交互中心向塔吊的轴向控制器发出获取状态信息的指令，各个轴向控制器将所处状态信息发送给数据交互中心，即水平方向上的轴向控制器将齿轮箱运动齿数数据发送给数据交互中心，垂直方向上和水平距离方向上的控制器将卷闸数据发送给数据交互中心，使得数据交互中心可以获得到吊机状态以及对吊钩坐标进行验证。
25.步骤s4：数据交互中心将获取到的数据发送给云数据计算平台；数据交互中心在收到控制器的初始状态信息和吊钩坐标以及终点坐标信息后，将上述信息发送给云数据计算平台，在本实施例中，云数据计算平台与数据交互中心之间通过5g通信网络连接，在实际运行过程中本领域技术人员可以根据实际情况选择不同的通信数据传输方式，例如nb-lot等窄带物联网。
26.步骤s5：云计算平台计算出塔吊吊钩所运行的最优路线；在执行步骤s5时，还执行如下步骤：首先，执行步骤s51：计算各个影响因子的权重，其中权重数据包括但不限于塔吊所处位置的风向和风量情况数据、环境的温湿度数据，风量数据和风向数据的监控主要为了能够给出在不同风力风向情况下所对应的行进路线的离地高度和运行速度的改变；而环境温湿度主要考虑钢缆在不同温湿度环境下的结构伸长比例。因为考虑到钢丝绳在收到拉力时要产生伸长，通常分为三个阶段，第一阶段：结构伸长。结构伸长值与钢丝绳的类型和结构、负载的大小、系统运动频率和次数有密切关系。结构伸长可使用预张拉力进行消除。当安全系数为3时，6股和8股纤维芯钢丝绳的结构伸长大约为6-9
‰
，6股和8股金属芯钢丝绳的结构伸长大约为3-5
‰
，单股钢丝绳的结构伸长为3
‰
，第二阶段：紧随第一阶段的伸长，钢丝绳基本遵循虎克定律，产生弹性的伸长，直到达到弹性极限，产生第三阶段伸长。弹性伸长通常用弹性模量来表示。弹性模量越大，钢丝绳弹性伸长越小，第三阶段：当负载超过极限时，钢丝绳开始产生不能回复的永久伸长。伸长值随负载的增加而增加，直到钢丝或钢丝绳发生断裂。对于钢丝绳随着温度的变化，由于钢丝绳使用温度区间一般-15至60度，钢丝绳伸长率变化不大，因此钢丝绳的伸长量套用钢丝绳弹性模量来计算。其次，执行步骤s52：结合坐标信息和影响因子计算最优运行路线。
27.步骤s6：云计算平台向数据交互中心发出控制指令清单；在确定好路线后，分别将路线转化为指令集，分别以水平方向上的轴向控制器、垂直方向上和水平距离方向上控制器为三组指令分别或同步进行指令的发布，形成指令清单，并发送至数据交互中心存储和备份，以备后期检查。
28.步骤s7：数据交互中心根据控制指令清单向控制器发出控制指令同时进行相应指令的校准；数据交互中心根据指令清单分别或同步向各个控制器发出控制指令，并且同时实时采集吊钩运行数据，根据数据变化情况实时校准指令。
29.步骤s8：控制器根据相应控制指令控制吊钩的运动。
30.采用上述技术方案，通过监控塔吊的初始状态和最终装置，制定初步路线，配置识别到的相关环境变量并转化为相关权重数据，并根据权重数据优化行进路线，可以实时应
对突发状况，根据突发状况进行实时修正，使得塔吊在运输货物的时候高效、安全的进行运输，可以有效避免事故的发生。
31.作为本发明的第二实施例，基于第一实施例中所提及的控制方法，提出一种基于吊钩起吊点定位的塔吊吊钩行进路线控制系统，包括多个传感器阵列、多个轴向控制器、视觉定位器、数据交互中心和云数据计算平台，所述多个传感器阵列设置在塔吊周围，并且形成矩形阵列坐标系，在吊钩上设置有定位芯片，通过所述定位芯片在所述矩形阵列坐标系中形成虚坐标，所述传感器阵列与所述数据交互中心连接，并通过所述数据交互中心与所述云数据计算平台虚连接，所述云数据计算平台与所述轴向控制器连接，多个所述轴向控制器设置在塔吊上，云数据计算平台计算出所述吊钩的运行路线，并向所述轴向控制器发出指令以控制所述吊钩的实际运行路线。
32.其中，还包括气象传感器，气象传感器作为权重数据获取塔吊所处位置的风向和风量情况，根据风向和风量情况的权重数据发送至数据交互中心，并经由数据交互中心与云数据计算平台之间的数据交互，云数据计算平台将风向和风量情况计算出权重数据，将所述权重数据加入计算吊钩运行路线的计算过程。
33.进一步的，所述气象传感器还检测环境的温湿度数据，并向所述数据交互中心发送温度湿度数据，经由数据交互中心与云数据计算平台之间的数据交互，云数据计算平台还在吊钩运行路线计算中考虑钢缆在当前温湿度环境下的结构伸长比例，因为考虑到钢丝绳在收到拉力时要产生伸长，通常分为三个阶段，第一阶段：结构伸长。结构伸长值与钢丝绳的类型和结构、负载的大小、系统运动频率和次数有密切关系。结构伸长可使用预张拉力进行消除。当安全系数为3时，6股和8股纤维芯钢丝绳的结构伸长大约为6-9
‰
，6股和8股金属芯钢丝绳的结构伸长大约为3-5
‰
，单股钢丝绳的结构伸长为3
‰
，第二阶段：紧随第一阶段的伸长，钢丝绳基本遵循虎克定律，产生弹性的伸长，直到达到弹性极限，产生第三阶段伸长。弹性伸长通常用弹性模量来表示。弹性模量越大，钢丝绳弹性伸长越小，第三阶段：当负载超过极限时，钢丝绳开始产生不能回复的永久伸长。伸长值随负载的增加而增加，直到钢丝或钢丝绳发生断裂。对于钢丝绳随着温度的变化，由于钢丝绳使用温度区间一般-15至60度，钢丝绳伸长率变化不大，因此钢丝绳的伸长量套用钢丝绳弹性模量来计算。
34.其中，所述传感器阵列之间的传感器采用zigbee数据传输或nb-lot数据传输。本实施例中每个轴向上的传感器阵列之间通过设置中心节点，各个传感器与中心节点传感器之间采用zigbee数据传输，而中心节点传感器与数据交互中心之间通过nb-lot数据传输。进一步的，所述传感器阵列包括红外传感器阵列和磁传感器阵列中的一种。红外传感器阵列和磁传感器阵列分别对应不同的应用场景，在光强较弱的施工环境下，红外传感器阵列由于磁传感器阵列的定位效果。
35.其中，在所述数据交互中心中还包括运动验证模块，通过所述运动验证模块验证吊钩运行运行路径验证，具体可以通过反复比对指令清单和吊钩坐标才进行运动验证，或采用视觉定位器来进行运动验证。
36.所述视觉定位器包括设置在所述吊钩上的多个视频采集摄像头，所述视频采集摄像头通过视频数据定位所述吊钩所处位置，视觉定位器作为验证指令清单的控制指令的备选措施。
37.采用上述技术方案，通过监控塔吊的初始状态和最终装置，制定初步路线，配置识
别到的相关环境变量并转化为相关权重数据，并根据权重数据优化行进路线，可以实时应对突发状况，根据突发状况进行实时修正，使得塔吊在运输货物的时候高效、安全的进行运输，可以有效避免事故的发生。
38.以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。