群塔自测位置坐标系的建立方法及其防撞算法和系统技术方案

本发明专利技术属于塔式起重机施工领域中的群塔吊装作业防撞技术，具体来说是群塔自测位置坐标系的建立方法及其防撞算法和系统。通过安装于塔式起重机上的高度、幅度和回转传感器分别采集塔式起重机的吊钩高度参数、小车的幅度参数和塔式起重机的回转角度参数，运用群塔两两之间的几何关系，确定群塔的相对坐标系，采用射线法原则实现群塔的防撞算法，防撞算法简单明了，逻辑清晰，易于软件实现，通过安装于群塔现场的智能边缘计算主机能够实时处理算法，得出算法运行结果，快速的防止群塔碰撞事故的发生。生。

The establishment method of tower self-test position coordinate system and its anti-collision algorithm and system

【技术实现步骤摘要】
群塔自测位置坐标系的建立方法及其防撞算法和系统


[0001]本专利技术属于塔式起重机施工领域中的群塔吊装作业防撞技术，具体来说是群塔自测位置坐标系的建立方法及其防撞算法和系统。

技术介绍

[0002]塔式起重机是建筑工地上必不可少的一种起重设备，主要用于建筑施工中物料的垂直和水平输送，具有使用范围广、回转半径大、起升高度高和施工效率高的特点。塔式起重机工作于多样复杂的施工场合中，由于其工作高度高，塔臂跨度大等特点，覆盖面很广。在实际使用过程中，建筑工地上往往布置有多台塔式起重机同时进行工作，容易导致各塔式起重机之间的相互碰撞摩擦，从而引发一系列安全事故。预防群塔碰撞是塔式起重机安全监控的重中之重。传统的依靠人工值守的监测技术逐渐无法满足现代化施工工地上塔式起重机机群的防撞需求，迫切需要实时监控群塔吊装运行状态且能发出预警信号的群塔防撞系统。
[0003]为此，我国专利CN 111170184 A公开了一种塔式起重机的实时监测预警系统及方法，通过通讯组件将传感器组件所实时采集的各项参数传输至云端处理器；通过云端处理器依据各项参数进行处理，以获得处理结果；提出了一种基于三维空间的碰撞算法，基于三维空间的笛卡尔坐标系，运用直线与直线的空间关系在三维空间实现防碰撞算法。但群塔的坐标系统却需要通过检测或者专门设置的位置采集装置GPS或北斗定位设备以实时获取其坐标位置。将本地数据传输至云端，防撞的实时性和可靠性在4G网络堵塞情况下难以实现。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有技术的不足，提供了群塔自测位置坐标系的建立方法及其防撞算法和系统，能自测群塔坐标系的位置，通过高度、幅度和回转传感器分别采集塔式起重机的吊钩高度参数、小车的幅度参数和塔臂的回转角度参数，不需要专门设置的位置采集装置GPS或北斗定位设备以获取坐标位置，运用射线法防撞原理，建立群塔防撞算法，通过智能边缘计算主机实现防撞。
[0005]为了达到上述专利技术目的，设计一种群塔自测位置坐标系的建立方法：通过安装于塔式起重机上的回转传感器采集塔式起重机的起重臂或者平衡臂的回转角度；通过安装于塔式起重机上的幅度传感器测量小车距离塔基中心的距离；通过安装于塔式起重机上的高度传感器测量吊钩高度；通过通信通过智能边缘计算主机将回转传感器、幅度传感器、高度传感器所实时采集的各项参数进行处理；通过4G远程传输模块将处理信息传输给外部的远程设备；
[0006]所述的群塔自测位置坐标系的建立方法，包括如下具体步骤：
[0007]步骤a：选取第一塔式起重机的塔基作为他式起重机的中心位置；选取第二塔式起重机的塔基作为中心位置；
[0008]步骤b：驾驶第一塔式起重机，使得第一塔式起重机的起重臂旋转到与第二塔式起重机的塔基对齐的位置，并且保持起重臂不动，将第一塔式起重机的回转传感器测量到的角度设定为第一塔式起重机的初始状态角度；
[0009]步骤c：驾驶第二塔式起重机，使得第二塔式起重机的起重臂旋转到与第一塔式起重机塔基对齐的位置，并且保持起重臂不动，此时第二塔式起重机的回转传感器测量到的角度设定为第二塔式起重机的初始状态角度；
[0010]步骤d：第一塔式起重机的起重臂顺时针或者逆时针旋转一个角度后，此时保持第一塔式起重机的起重臂静止不动，将第二塔式起重机的起重臂旋转到与第一塔式起重机的起重臂外端点对齐，记录下第二塔式起重机的回转传感器的角度；
[0011]步骤e：采用三角形正弦定理，计算出两塔塔基的中心距离；
[0012]步骤f：按照步骤b到步骤e的过程，再次计算出第二组两塔的塔基中心距离作为校验数据；
[0013]步骤g：如果第一组计算出的两塔塔基中心距离和第二组计算出的两塔中心距离在误差范围内，两次计算出来的塔基中心距离的平均值作为两塔的塔基中心距离，如果第一组计算出的两塔塔基中心距离和第二组计算出的两塔塔基中心距离误差很大，表明两塔存在故障，给出报警信息；
[0014]步骤h：建立以两塔塔基的中心位置为极点，起重臂为极轴的相对极坐标系；
[0015]步骤i：建筑工地里其他塔式起重机也采用上述方法，按照上述步骤a到步骤h，一一确立起整个工地上所有塔式起重机的相对极坐标系。
[0016]优选的，通过群塔自测位置坐标系的建立方法建立起整个施工现场塔式起重机的相对极坐标位置，群塔的防撞算法以下述具体步骤实现：当第一塔式起重机的高度与第二塔式起重机的高度差小于防撞高度设定值，第一塔式起重机或者第二塔式起重机的吊钩不可以跨越作业；当第一塔式起重机的高度与第二塔式起重机的高度差大于防撞高度设定值，第一塔式起重机或者第二塔式起重机的吊钩可以跨越作业。
[0017]优选的，第一塔式起重机或者第二塔式起重机的吊钩不可以跨越作业时，判断第一塔式起重机是不是在第二塔式起重机的同一侧，在第二塔式起重机的同一侧，不会发生碰撞；判断第二塔式起重机是不是在第一塔式起重机的同一侧，在第一塔式起重机的同一侧也不会发生碰撞；选取塔式起重机上的平衡臂外端点、塔式起重机的塔基中心位置、塔式起重机的起重臂外端点、小车所处塔式起重机的起重臂位置，这4个位置作为碰撞敏感位置；选取第一塔式起重机的上述4个位置，分别计算出4个位置与第二塔式起重机的中心角度是否全部在第二塔式起重机的同一侧；再选取第二塔式起重机的上述4个位置，分别计算出4个位置与第一塔式起重机的中心的角度是否全部在第一塔式起重机的同一侧；上述只要存在其中的一种可能，就可以判断两塔不会相碰。
[0018]优选的，第一塔式起重机或者第二塔式起重机的吊钩可以跨越作业时，如果第一塔式起重机在第二塔式起重机的同一侧，不会发生碰撞；如果第二塔式起重机在第一塔式起重机的同一侧，也不会发生碰撞；如果第一塔式起重机不在第二塔式起重机的同一侧，第二塔式起重机也不在第一塔式起重机的同一侧，两塔分别选取塔式起重机上的平衡臂外端点、塔式起重机的塔基中心位置、塔式起重机的起重臂外端点、小车所处塔式起重机的起重臂位置，这4个位置作为碰撞敏感位置；选取第一塔式起重机的上述4个位置，分别计算出4
个位置与第二塔式起重机的中心角度和距离；再选取第二塔式起重机的上述4个位置，分别计算出4个位置与第一塔式起重机的中心的角度和距离，按照射线法原则判断是否碰撞。
[0019]优选的，群塔的防撞算法，以射线法原则判断两塔是否碰撞，所述的射线法原则具体的方法如下：
[0020]以第一塔式起重机的平衡臂外端点为射线的起点，沿着第一塔式起重机的平衡臂向起重臂的方向发射一条射线，这条射线经过第一塔式起重机的塔基中心位置，如果选取第二塔式起重机的平衡臂和起重臂的某一个位置，这个位置与第一塔式起重机的射线存在一个夹角，如果夹角大于设定的夹角阈值，第二塔式起重机的这个位置不会与第一塔式起重机射线相交，发生碰撞；如果夹角小于设定的夹角阈值，第二塔式起重机的选取的位置距离第一塔式起重机的中心位置大于起重臂的长度，也不会发生第二塔式起重机与第一塔式起重机相碰；如果夹角小于设定的夹角阈值，第二塔式起重本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.群塔自测位置坐标系的建立方法，其特征在于：通过安装于塔式起重机上的回转传感器采集塔式起重机的起重臂或者平衡臂的回转角度；通过安装于塔式起重机上的幅度传感器测量小车距离塔基中心的距离；通过安装于塔式起重机上的高度传感器测量吊钩高度；通过智能边缘计算主机将回转传感器、幅度传感器、高度传感器所实时采集的各项参数进行处理；通过4G远程传输模块将处理信息传输给外部的远程设备；所述群塔自测位置坐标系的建立方法，其包括如下具体步骤：步骤a：选取第一塔式起重机的塔基作为塔式起重机的中心位置，选取第二塔式起重机的塔基作为中心位置；步骤b：驾驶第一塔式起重机，使得第一塔式起重机的起重臂旋转到与第二塔式起重机的塔基对齐的位置，并且保持起重臂不动，将第一塔式起重机的回转传感器测量到的角度设定为第一塔式起重机的初始状态角度；步骤c：驾驶第二塔式起重机，使得第二塔式起重机的起重臂旋转到与第一塔式起重机塔基对齐的位置，并且保持起重臂不动，此时第二塔式起重机的回转传感器测量到的角度设定为第二塔式起重机的初始状态角度；步骤d：第一塔式起重机的起重臂顺时针或者逆时针旋转一个角度后，此时保持第一塔式起重机的起重臂静止不动，将第二塔式起重机的起重臂旋转到与第一塔式起重机的起重臂外端点对齐，记录下第二塔式起重机的回转传感器的角度；步骤e：采用三角形正弦定理，计算出两塔塔基的中心距离；步骤f：按照步骤b到步骤e的过程，再次计算出第二组两塔的塔基中心距离作为校验数据；步骤g：如果第一组计算出的两塔塔基中心距离和第二组计算出的两塔中心距离在误差范围内，两次计算出来的塔基中心距离的平均值作为两塔的塔基中心距离，如果第一组计算出的两塔塔基中心距离和第二组计算出的两塔塔基中心距离误差很大，表明两塔存在故障，给出报警信息；步骤h：建立以两塔塔基的中心位置为极点，起重臂为极轴的相对极坐标系；步骤i：建筑工地里其他塔式起重机也采用上述方法，按照上述步骤a到步骤h，一一确立起整个工地上所有塔式起重机的相对极坐标系。2.根据权利要求1所述的群塔自测位置坐标系的防撞算法，其特征在于：通过群塔自测位置坐标系的建立方法建立起整个施工现场塔式起重机的相对极坐标位置，群塔的防撞算法以下述具体步骤实现：
①
当第一塔式起重机的高度与第二塔式起重机的高度差小于防撞高度设定值，第一塔式起重机或者第二塔式起重机的吊钩不可以跨越作业；
②
当第一塔式起重机的高度与第二塔式起重机的高度差大于防撞高度设定值，第一塔式起重机或者第二塔式起重机的吊钩可以跨越作业。3.根据权利要求2所述的群塔自测位置坐标系的防撞算法，其特征在于：第一塔式起重机或者第二塔式起重机的吊钩不可以跨越作业时，选取塔式起重机上的平衡臂外端点、塔式起重机的塔基中心位置、塔式起重机的起重臂外端点、小车所处塔式起重机的起重臂位置，这4个位置作为碰撞敏感位置：
①
选取第一塔式起重机的上述4个位置，分别计算出4个位置与第二塔式起重机的中心角度是否全部在第二塔式起重机的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕军，
申请(专利权)人：吕军，
类型：发明
国别省市：