[发明专利]一种塔机智能控制系统

权利要求书

1.一种塔机智能控制系统，其特征在于：包括控制中心、无线通讯模块、云端服务器、移动操控终端、高清视频监控模块、吊钩智能避障模块、数据采集传输模块、动作执行模块和报警模块，所述云端服务器、移动操控终端、高清视频监控模块、吊钩智能避障模块通过所述无线通讯模块与所述控制中心连接，所述数据采集传输模块、动作执行模块和报警模块与所述控制中心连接；

所述控制中心用于接收采集到的视频和数据信息，发出控制指令实现塔机动作控制；

所述无线通讯模块用于将控制中心与各模块之间的无线连接；

所述云端服务器用于存储高清视频监控模块的视频和数据采集传输模块的数据信息；

所述移动操控终端用于设置塔机参数；

所述吊钩智能避障模块用于采集吊钩前进路径的深度图像信息和解钩、起钩信号；

所述数据采集传输模块用于采集塔机数据信息；

所述动作执行模块用于控制塔机动作；

所述报警模块用于发出报警信号。

2.根据权利要求1所述的一种塔机智能控制系统，其特征在于：所述控制中心包括嵌入式AI芯片、变频器、继电器和接触器，所述变频器与所述嵌入式AI芯片连接，所述继电器与所述变频器连接，所述接触器与所述继电器连接，所述的变频器用于接收嵌入式AI芯片的控制指令，所述继电器用于变频器信号的转换，所述接触器用于接通和分断电流信号，驱动动作执行模块。

3.根据权利要求1所述的一种塔机智能控制系统，其特征在于：所述无线通讯模块包括5G通讯模块和无线接入点，所述5G通讯模块与所述无线接入点连接，所述5G通讯模块用于提供5G通信。

4.根据权利要求1所述的一种塔机智能控制系统，其特征在于：所述云端服务器包括应用程序服务器、数据存储服务器和塔机远程监控管理网站，所述应用程序服务器、数据存储服务器和塔机远程监控管理网站之间采用数据连接。

5.根据权利要求1所述的一种塔机智能控制系统，其特征在于：所述移动操控终端包括微处理器、人机交互界面、输入输出接口、语言声光报警单元、存储单元，所述人机交互界面、输入输出接口、语言声光报警单元和存储单元均与所述微处理器连接。

6.根据权利要求1所述的一种塔机智能控制系统，其特征在于：所述吊钩智能避障模块包括双目摄像头、旋转装置、解钩开关和起钩开关，所述双目摄像头固定安装在所述旋转装置上。

7.根据权利要求1所述的一种塔机智能控制系统，其特征在于：所述数据采集传输模块包括重量传感器、高度传感器、幅度传感器、回转角度传感器、风速仪和限位开关，所述重量传感器、高度传感器、幅度传感器、回转角度传感器、风速仪和限位开关均所述控制中心连接。

8.根据权利要求1所述的一种塔机智能控制系统，其特征在于：所述动作执行模块包括起升机构、回转机构和变幅机构，所述起升机构、回转机构和变幅机构均与所述控制中心连接。

9.根据权利要求1所述的一种塔机智能控制系统，其特征在于：所述声光报警模块包括蜂鸣器和报警灯，所述蜂鸣器和报警灯均与所述控制中心连接。

10.一种塔机智能控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)标定：

塔机智能控制系统开机初始状态下处于人工模式，在人工模式下进行参数设置，参数设置完成后才能切换至智能模式，也可以直接在人工模式下操控塔机；

a、人工模式下在移动操控终端的人机界面上设置塔机的初始参数，i.MX6Quad处理器根据设置的参数生成塔机工作半径模拟界面，并将所设置参数通过无线通讯模块实时传送至控制中心；

b、使用移动操控终端操控塔机，将吊钩运行至上料点区域，接着吊钩下降至可以人工挂钩的高度，然后在移动操控终端上点击标定，即可设置完成上料点Ⅰ的位置参数标定；

c、若有多个上料点，按照b步骤继续标定；

d、使用移动操控终端操控塔机，将吊钩运行至下料点区域，接着吊钩下降至可以人工解钩的高度，然后在移动操控终端上点击标定，即可设置完成下料点Ⅱ的位置参数标定；

e、若有多个下料点按照d步骤继续标定；

f、使用移动操控终端操控塔机，将吊钩运行至塔机作业区域内已有的障碍物处，作业区域为以塔机标准节中心为原点，塔机大臂长为直径的圆形区域，吊钩下降至距离障碍物约1米处，然后在移动操控终端上点击标定，即完成障碍物的位置1参数标定，根据障碍物的俯视平面、正视平面标记障碍物最外围的若干位置点；

g、若存在位置大于1的障碍物标记点，按照步骤f继续标定，直至移动操控终端的障碍物标定视图上障碍物最外围的关键位置点行成闭合曲线。

(2)环境建模

塔机智能控制中心环境建模分为两部分：全局环境建模和局部环境建模。全局环境建模是根据标定的上料点、下料点、障碍物等已知环境参数建立的塔机作业全局环境模型；局部环境建模为塔机自动运输过程中根据传感器不断获取的动态环境信息，建立的局部环境模型；

h、塔机智能控制中心根据标定的上料点、下料点、障碍物等已知环境参数建立作业全局环境模型。

智能模式：

(3)上料：

i、在移动操控终端上选定本次运输的上料点和下料点，完成后点击确认，塔机吊钩自动运行至所选定上料点；

j、将物料捆扎好放置于上料点，人工手动按下吊钩智能避障模块的解钩开关，吊钩防脱装置打开，挂好起吊绳后，人工手动按下吊钩智能避障模块的起钩开关，吊钩防脱装置闭合，生成的起钩信号通过无线通讯模块传输至智能控制中心；

(4)路径规划：

塔机智能控制中心路径规划分为两部分：全局路径规划和局部路径规划，全局路径规划是在已知环境中、塔机作业前，按照已标定的数据参数自动规划初始最优路径；局部路径规划是部分未知环境中、塔机运输过程中的自动运输避障，即塔机根据初始最优路径行走的同时，利用传感器不断探测工作环境获取数据建模和重新规划路径；

k、智能控制中心收到起钩信号后，自动起钩，在起吊重物离地时，获取当时的吊钩高度叠加于已有的障碍物高度上，作为起吊重物能否跨过障碍物运行的阈值判断之一，并通过路径规划算法例如A*算法，根据上述步骤标定的上料点、下料点和障碍物点信息，自动规划上料点至下料点的最优路径，同时通过无线通讯模块传输数据到移动操控终端，将路径规划图显示在人机交互界面上；

(5)自动运行：

l、智能控制中心按照规划好的路径，输出执行信号给起升机构、回转机构、变幅机构，自动控制塔机起升、变幅、回转将物料运至下料点；

(6)自动运输避障：

m、在塔机自动运输物料的过程中，吊钩智能避障模块上的双目摄像头不断采集前进道路的深度图像信息，通过无线通讯模块实时传输采集的数据至智能控制中心，用于局部环境建模，若突现未标定过的其他障碍物，智能控制中心迅速作出响应，在建立的局部环境模型上自动生成绕行障碍物的路线，并输出相应的执行信号给起升机构、回转机构、变幅机构，实时更新移动操控终端的路径规划图；

(7)下料：

n、塔机自动运输物料准确到达下料点，吊钩下放至人工挂钩的高度后停止，此时人工手动按下吊钩智能避障模块的解钩开关，生成的解钩信号通过无线通讯模块传输至控制中心，控制中心收到此解钩信号后，打开吊钩防脱装置，此时人工将物料解下；

o、在移动操控终端上选定下次运输的上料点、下料点，完成后点击确认，塔机吊钩自动运行至所选定的上料点，执行j、k、l、m、n步骤；

p、施工结束后，人工操作移动操控终端将塔机智能控制系统停机；

人工模式：

q、在移动操控终端的人机界面上点击人工模式/智能模式切换开关切换成人工模式后，塔机智能控制系统进入人工模式；

r、人工模式下，操控人员通过观察安装于塔机变幅小车上的高清网络摄像头传回的、并显示在移动操控终端的视频画面，手动触滑塔机虚拟操纵杆来控制塔机起升、回转和变幅；

s、施工结束后，人工操作移动操控终端将塔机智能控制系统停机。