[发明专利]一种适用于塔机吊臂的辅助防碰撞方法和系统

说明书

一种适用于塔机吊臂的辅助防碰撞方法和系统，方法至少包括以下步骤：在塔机操作模式中的手动操作模式下基于传感器模块获取塔机当前吊臂的转动角速度信息、吊钩与吊臂的距离信息以及吊钩载运的物体信息；基于障碍物检测模块确定吊臂转动方向的障碍物信息；控制模块检测到操作人员对于方向模块和制动模块的人工操作，所述控制模块基于操作人员对于所述方向模块和所述制动模块的人工操作生成第一控制命令；中央处理器基于所述障碍物信息、所述塔机当前吊臂转动角速度信息、吊钩与吊臂的距离信息以及吊钩载运的物体信息生成第二控制命令；所述第一控制命令和所述第二控制命令按照逻辑混合的方式形成混合控制命令来控制塔机吊臂躲避障碍物。

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，尤其涉及一种适用于塔机吊臂的辅助防碰撞方法和系统。

背景技术

随着我国建筑行业的发展以及用地的紧缩，为了缩短项目工期，多建筑密集高效施工已成为土木行业的常态。塔吊作为施工领域的重要角色，其作业环境日益复杂，然而传统吊装作业采用操作员与吊装员相互配合的方式指挥塔吊交叉重叠作业。虽然这些专业人员需要考取相关驾驶证和具备一定文化水平方能上岗，但这种方法总体上智能化较低，信息对接不准确或及时，难以应对某些复杂情况。例如，由于塔式起重机的工作空间大，操作室空间小，造成了司机视野容易出现盲区，在操作过程中容易与其他建筑物发生碰撞；并且在盲区作业中无线电信号不稳定导致的信号工与塔机司机沟通交流不准确，与周围建筑物或多台近距离交叉作业发生的碰撞，均会给塔式起重机安全施工带来种种隐患，轻者设备损伤、重者机翻人亡。

近年来塔吊机碰撞事故高发也逐渐印证了这一点。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吊机群的防碰撞预警需求。现代吊装塔机的操作变得越来越自动化，并逐渐趋向于提供能够减少操作员手动操作的驾驶控制系统。

然而，现在很多的碰撞事故是由于操作员在关键时刻做出不正确的驾驶操作而导致的。例如，塔机吊臂在快速转动的情况下，遇到突发障碍物时，缺乏经验的操作人员会下意识地紧急制动或者反方向转动操作手柄，由于吊臂转动速度较快，在紧急制动时，吊钩由于惯性甩动过大极易造成吊钩失去控制以及货物的惯性较大而影响吊臂的转向，又或者由于操作人员缺乏经验导致吊臂转向不及时导致意外发生。而对于一般的自动化防碰撞系统，在吊臂转动区域内遇到突发的障碍物时，其过于考虑安全因素，在安全阈量较大的情况下，直接发出警报或者采用紧急制动措施，对操作人员造成不好的操作体验。

例如，公开号为CN109052201A的中国专利文献公开了一种起重设备防碰撞预警系统及其方法。系统基于分布式模块化构架，包括分布式模块化布置的信息采集系统、信息传输系统、现场控制系统，各设备和固定障碍物置于同一坐标体系中；方法包括：采集各设备运动部件实时位置、运动方向及速度信息，经各起重设备现场初步解算后，进行相关的信息互换，计算出有碰撞可能，并预警，每0.1秒循环重复一次上述步骤。本发明构建分布式防碰撞系统架构，制定防碰撞计算规则，将起重设备间的碰撞问题分解为运动部件间的碰撞问题，采用二叉树遍历递归算法以保证碰撞现象的预测精度，再将碰撞现象进行共性化处理，编制碰撞预警算法；根据防碰撞规则和算法编制实现碰撞预警。但是，该专利提供的系统及其方法是基于塔机之间或固定障碍物进行防碰撞预警进行处理，没有考虑到突然出现的障碍物如何进行防碰撞处理。而且，该专利提供系统及其方法是在碰撞即将发生前采取制动措施，没有考虑到吊臂上的吊钩因为惯性问题继续转动，可能会与障碍物发生碰撞。此外，也无法有效地解决在吊臂快速转动时由于操作人员躲避障碍物而下意识地过度地转动操作手柄而可能导致事故意外的问题。