一种塔式起重机的安全防护方法技术

本发明专利技术涉及塔式起重机施工技术领域，具体来说是一种塔式起重机的安全防护方法，基于旁压式传感器建立起吊重量与输出至之间的关系曲线，从而实现起吊力矩值的计算，通过位置采集设备实时采集塔式起重机的塔臂外端的位置，并通过处理器对任意两个塔式起重机进行碰撞解析，并返回解析结果至处理终端。本发明专利技术同现有技术相比，其优点在于：通过位置采集设备获取位置信息、通过处理器进行数据处理并通过处理终端进行反馈，整个防碰撞方法条理清晰，通过对数据处理方法的独创性设计，实现了运算简便、处理快捷的防碰撞方法，并且能精确判断塔式起重机之间的具体碰撞情况和位置，有助于及时有效地对塔式起重机的运作进行调整，并防止安全事故的发生。

A safety protection method of tower crane

【技术实现步骤摘要】
一种塔式起重机的安全防护方法
本专利技术涉及塔式起重机施工
，具体来说是一种塔式起重机的安全防护方法。
技术介绍
塔式起重机是建筑工地上最常用的一种起重设备，用于起吊施工用的钢筋、木楞、混凝土、钢管等施工的原材料。其通过塔臂上的滑轮实现起吊，并通过回转塔架实现塔臂及吊装材料的旋转。而在实际使用过程中，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。为此，我国专利CN107285206B公开了一种基于塔式起重机避碰预警系统的防碰撞方法，通过摄像头获取建筑施工现场的参数特征而后一一映射至图像现场，通过图像现场的几何模型进行防碰撞算法计算，这种方式处理流程较为复杂，对处理器性能有一定要求，成本较高。此外，塔式起重机的起吊力矩值＝起吊重量*小车距离，力矩值过大则可能导致倾覆，因此每一台塔式起重机都设定有正常运行情况下的最大安全力矩值即额定力矩值。传统塔式起重机需要根据外部传感器检测塔式起重机的小车位置和起吊重量，可靠性较低，因此本申请基于对旁压式传感器的运用，建立新型的起吊力矩测量方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术的不足，提供一种塔式起重机的安全防护方法，基于旁压式传感器建立起吊重量与输出至之间的关系曲线，从而实现起吊力矩值的计算，可靠性更高，且无需直接通过传感器获取起吊重量。为了实现上述目的，设计一种塔式起重机的安全防护方法，包括基于旁压式传感器的力矩测量方法，所述的力矩测量方法如下：对塔式起重机进行标定测试，记录塔式起重机无载重时的旁压式传感器的输出值和若干不同起吊重量时旁压式传感器的输出值，从而获得若干旁压式传感器的输出值与塔式起重机的起吊力重量之间的对应关系，进而通过曲线拟合获得若干连续区段的塔式起重机的起吊重量与旁压式传感器的输出值之间的关系曲线，从而通过所述的关系曲线对起吊重量进行表征。从而，在通过关系曲线由旁压式传感器的输出值求得起吊重量后，通过以下公式计算出当前塔式起重机的力矩值：F＝j·m·l式中，F为当前塔式起重机的力矩值，j为当前倍率，m为起吊重量，l为变幅值。本专利技术还具有如下优选的技术方案：所述的方法还包括三维防碰撞方法，通过位置采集设备实时采集塔式起重机的塔臂外端的位置，并通过处理器对任意两个塔式起重机进行碰撞解析，并返回解析结果至处理终端，所述的碰撞解析具体包括如下步骤：步骤a.判断当前两个塔式起重机的半径是否相交，若相交，则由处理器返回正处于碰撞状态的解析结果；若不相交，则进行步骤b；步骤b.计算两个塔式起重机所构成的轨迹圆的位置关系，并由处理器根据两个塔式起重机的轨迹圆的位置关系返回解析结果。获取每个塔式起重机的塔臂外端在水平面中所处的位置。所述的步骤a具体包括：步骤a1.快速排斥算法，若快速排斥算法的结果有一个为真，则代表两个塔式起重机的半径必然不相交；所述的快速排斥算法是指，对于两个塔式起重机的半径，通过处理器计算每个塔式起重机的半径当在前所处位置所达到的最大的横坐标和最大的纵坐标，是否分别小于另一个塔式起重机的半径在当前所处位置所达到的最小的横坐标和最小的纵坐标的数值。所述的步骤a还包括步骤a2.跨立算法；若经过快速排斥算法，没有任一结果为真，则需要进行步骤a2的处理，即构建两个分别由一个塔式起重机的半径的两个端点至另一个塔式起重机的半径的同一端点的判断向量和由另一个塔式起重机的两个端点所构成的半径向量，而后判断判断向量与另一个塔式起重机的半径向量的叉乘乘积，若两个叉乘乘积的结果同号，则说明目前两个塔式起重机的半径未相交；若异号或任意叉乘乘积的结果为0，则说明两个塔式起重机的半径正在碰撞，则由处理器返回正处于碰撞状态的解析结果。所述的步骤b具体包括：若两个塔式起重机的轨迹圆相离，则处理器返回不会碰撞的解析结果；若两个塔式起重机的轨迹圆相切，则进一步计算当前两个塔式起重机的塔臂的外端点之间的距离是否小于等于安全距离，若是，则由处理器返回会碰撞的解析结果；若否，则由处理器返回不会碰撞的解析结果；若两个塔式起重机的轨迹圆不相切也不相离，则进一步计算每一塔式起重机的半径的两个端点至另一塔式起重机的半径的距离，并根据距离与安全距离的比较结果由处理器返回解析结果。设一个塔式起重机的轨迹圆为第一轨迹圆，另一塔式起重机的轨迹圆为第二轨迹圆，第一轨迹圆的半径为R1，第二轨迹圆的半径为R2，两个轨迹圆的圆心距为d，R1、R2和d的长度通过位置采集设备获取，并由处理器通过下述条件判断两个轨迹圆是否相离或相切：两个轨迹圆相离，则满足下列条件：R1+R2<d；两个轨迹圆相切，则满足下列条件：R1+R2＝d。若两个塔式起重机的轨迹圆不相切也不相离，则首先计算塔式起重机的两个端点与另一塔式起重机的半径之间是否存在垂足点，若存在垂足点，则计算该端点到另一塔式起重机的半径的距离；若不存在垂足点，则将该端点到另一塔式起重机的半径的距离设置为无穷大；取分别求得的四个端点到另一塔式起重机的半径的距离中的最小值，若所述的最小值小于等于安全距离，则由处理器返回某一端点与另一塔式起重机的半径相碰撞的解析结果。计算端点与另一塔式起重机的半径之间是否存在垂足点的方法具体如下：分别计算每个端点与另一塔式起重机的任一端点所构成的相连及另一塔式起重机的两个端点所构成的向量之间的内积，若内积小于零，则存在垂足点；若没有任一内积大于零，则判断存在垂足点。若所述的最小值大于安全距离，则再分别计算两个塔式起重机的外端点之间的距离及外端点至另一塔式起重机的圆心之间的距离，并取其中的最小值为距离最小值，再与安全距离相比较，若存在小于安全距离的距离最小值，则由处理器返回分别代表两个塔式起重机的端点相互碰撞的解析结果。所述的方法还包括运动补偿方法，当当前位置信息无法获知时，根据最后获得的运动信息，进行当前位置的计算，所述的运动信息包括时间戳、与时间戳相对应的角速度以及与时间戳相对应的位置；当当前位置的角速度无法获知时，则取最后获得的角速度为默认值，进行运动补偿；或者使角速度由最后获得的角速度匀速递减至零。本专利技术同现有技术相比，组合结构简单可行，易于安装与拆卸，其优点在于：对塔式起重机进行标定测试，通过曲线拟合获得若干连续区段的塔式起重机的起吊重量与旁压式传感器的输出值之间的关系曲线，从而通过所述的关系曲线对起吊重量进行表征，可靠性高于直接采用传感器获取起吊重量，且互换性好，解决了直接获取起吊重量时传感器易于损坏的问题；并且优选地，通过位置采集设备获取位置信息、通过处理器进行数据处理并通过处理终端进行反馈，整个防碰撞方法条理清晰，通过对数据处理方法的独创性设计，实现了运算简便、处理快捷的防碰撞方法，并且能精确判断塔式起重机之间的具体碰撞情况和位置，有助于及时有效地对塔式起重机的运作进行调整，并防止安全事故的发生。附图说明图1是本专利技术中二维防碰撞方法的流程示意图；图2是本专利技术跨立实验中两个轨迹圆之间的具体位置关系的示意图(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种塔式起重机的安全防护方法，其特征在于包括基于旁压式传感器的力矩测量方法，所述的力矩测量方法如下：对塔式起重机进行标定测试，记录塔式起重机无载重时的旁压式传感器的输出值和若干不同起吊重量时旁压式传感器的输出值，以获得若干旁压式传感器的输出值与塔式起重机的起吊力重量之间的对应关系，从而通过曲线拟合获得若干连续区段的塔式起重机的起吊重量与旁压式传感器的输出值之间的关系曲线，进而通过所述的关系曲线对起吊重量进行表征；/n在通过关系曲线由旁压式传感器的输出值求得起吊重量后，通过以下公式计算出当前塔式起重机的力矩值：/nF＝j·m·l/n式中，F为当前塔式起重机的力矩值，j为当前倍率，m为起吊重量，l为变幅值。/n

【技术特征摘要】
1.一种塔式起重机的安全防护方法，其特征在于包括基于旁压式传感器的力矩测量方法，所述的力矩测量方法如下：对塔式起重机进行标定测试，记录塔式起重机无载重时的旁压式传感器的输出值和若干不同起吊重量时旁压式传感器的输出值，以获得若干旁压式传感器的输出值与塔式起重机的起吊力重量之间的对应关系，从而通过曲线拟合获得若干连续区段的塔式起重机的起吊重量与旁压式传感器的输出值之间的关系曲线，进而通过所述的关系曲线对起吊重量进行表征；
在通过关系曲线由旁压式传感器的输出值求得起吊重量后，通过以下公式计算出当前塔式起重机的力矩值：
F＝j·m·l
式中，F为当前塔式起重机的力矩值，j为当前倍率，m为起吊重量，l为变幅值。


2.如权利要求1所述的一种塔式起重机的安全防护方法，其特征在于还包括三维防碰撞方法，通过位置采集设备实时采集塔式起重机的塔臂外端的位置，并通过处理器对任意两个塔式起重机进行碰撞解析，并返回解析结果至处理终端，所述的碰撞解析具体包括如下步骤：
当H1-L1-A>H2或H2-L2-A>H1时，通过距离计算解析第一塔式起重机和第二塔式起重机是否碰撞；
当H1＝H2时，则进行二维平面的防碰撞运算；
当H1-L1-A≤H2并且H1>H2时，则以第一塔式起重机的变幅作为第一塔式起重机的半径，进行二维平面的防碰撞运算；
当H2-L2-A≤H1并且H2>H1时，则以第二塔式起重机的变幅作为第二塔式起重机的半径，进行二维平面的防碰撞运算；
其中，H1为第一塔式起重机的高度，L1为第一塔式起重机的吊绳的长度，H2为第二塔式起重机的高度，L2为第二塔式起重机的吊绳的长度，A为安全高度；
所述的二维平面的防碰撞运算包括如下步骤：
步骤a.判断当前两个塔式起重机的半径是否相交，若相交，则由处理器返回正处于碰撞状态的解析结果；若不相交，则进行步骤b；
步骤b.计算两个塔式起重机所构成的轨迹圆的位置关系，并由处理器根据两个塔式起重机的轨迹圆的位置关系返回解析结果。


3.如权利要求2所述的一种塔式起重机的安全防护方法，其特征在于，获取每个塔式起重机的塔臂外端在水平面中所处的位置。


4.如权利要求3所述的一种塔式起重机的安全防护方法，其特征在于，所述的步骤a具体包括：
步骤a1.快速排斥算法，若快速排斥算法的结果有一个为真，则代表两个塔式起重机的半径必然不相交；
步骤a2.跨立算法；
所述的快速排斥算法是指，对于两个塔式起重机的半径，通过处理器计算每个塔式起重机的半径当在前所处位置所达到的最大的横坐标和最大的纵坐标，是否分别小于另一个塔式起重机的半径在当前所处位置所达到的最小的横坐标和最小的纵坐标的数值；
若经过快速排斥算法，没有任一结果为真，则需要进行步骤a2的处理，即构建两个分别由一个塔式起重机的半径的两个端点至另一个塔式起重机的半径的同一端点的判断向量和由另一个塔式起重机的两个端点所构成的半径向量，而后判断判断向量与另一个塔式起重机的半径向量的叉乘乘积，若两个叉乘乘积的结果同号，则说明...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴永焕，秦天，
申请(专利权)人：大器物联科技广州有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44