一种起重机作业实时导航系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种起重机作业实时导航系统及方法，该系统包括路径规划单元、人机交互单元、臂架姿态检测单元和障碍物碰撞检测单元；当有吊装任务时，系统自动规划出起重机动作路径，并在人机界面上显示当前应执行的动作、目标点及下一阶段需要执行的动作、目标点，实现对操作人员图形化的引导。当执行某一子动作时系统检测到障碍物，或某一子动作超过目标点时，系统会重新规划动作路径并在人机界面上及时更新，保障吊装物安全转运。

【技术实现步骤摘要】
一种起重机作业实时导航系统及方法
本专利技术涉及起重机作业导航
，具体涉及一种起重机作业实时导航系统及方法。
技术介绍
起重机大量应用于城市建筑建设、桥梁施工、高空设备安装等场合，吊装作业环境复杂，常出现多障碍物影响、狭小空间吊装的场合。操作人员在吊装作业过程中，由于和指挥人员沟通不畅、视野较差，导致吊运过程中出现碰撞的事故常有发生。随着起重机向智能化作业方向的发展，控制系统可以提前搭建作业现场的环境模型，根据起重机、吊装物、障碍物的位置进行作业路径规划，指导操作人员安全作业。但由于作业现场环境实时在变化，搭建的作业现场模型较难反映真实情况，因此规划的动作路径需要根据实际现场环境而不断调整。另外，控制系统规划好动作路径后操作人员较难清晰获取动作顺序，缺少直观的动作导航系统。公开号为CN106325100的“一种基于起重机车载控制系统的吊装模拟方法”公开了一种起重机车载控制系统吊装模拟方法，包括建模、工况优选、路径规划、吊装仿真，可以在吊装作业前通过车载系统进行吊装模拟仿真。此专利作业现场环境模型不能跟随实际环境变化，无法对实际操作过程进行引导，且缺少对子动作目标点的预警提醒。公开号为CN106348173B的“一种起重机跨障碍吊装工况推荐系统及其方法”公开了一种起重机跨障碍吊装工况推荐系统及方法，包括工况推荐人机交互模块、数学模型计算模块、性能表查询模块、推荐工况展示模块，可以根据障碍物的位置对吊装任务进行工况规划，提供可选的工况配置。此专利无法进行动作路径的规划与操作导航。公开号为CN103241654B的“一种桥式起重机智能运行控制系统”公开了一种桥式起重机智能运行控制系统，使桥式起重机在半未知的环境下实现XY轴的无碰撞自动运行。此专利缺少人机界面对动作路径的图形化展示，且该技术只针对二维平面运动，未提供三维环境下多机构运动的导航方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种起重机作业实时导航系统及方法，能够自动规划起重机的动作路径并能将待执行的动作及目标点位置进行展示引导操作人操作，并能对动作路径进行实时更新，保证了吊装物的安全转运。为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：一种起重机作业实时导航方法，包括如下步骤：根据作业现场环境模型、当前臂架姿态信息和接收的目标吊装物坐标位置进行臂架动作路径规划，获取臂架动作顺序及目标点位置；其中，臂架动作包括变幅起落、臂架伸缩、左右回转和卷扬起升；将所述动作路径及目标点位置以图文形式进行展示；根据所述动作路径控制臂架运动至目标点位置；检测动作过程中的臂架是否有碰撞危险；若无碰撞危险，臂架则继续动作，若有碰撞危险，则重新进行动作路径规划；检测动作中的臂架是否超过目标点位置；若没有超过目标点位置，臂架则继续动作，若超过吊装物坐标位置，则重新进行动作路径规划。进一步地，所述动作路径规划具体包括：将动作路径信息转为动作路径矩阵、数组或数字序列；其中，动作路径为一个或多个动作的有序组合；根据动作路径矩阵、数组数字序列进行动作路径规划。进一步地，还包括：若臂架有碰撞危险，进行声光报警提示。进一步地，还包括：若臂架超过目标点位置，进行声光报警提示。本专利技术还公开了一种起重机作业实时导航系统，包括：路径规划单元：用于根据作业现场环境模型、当前臂架姿态信息和接收的目标吊装物坐标位置进行臂架动作路径规划，获取臂架动作顺序及目标点位置；其中，臂架动作包括变幅起落、臂架伸缩、左右回转和卷扬起升；人机交互单元：用于设定目标吊装物坐标信息，并将所述动作路径及目标点位置以图文形式进行展示；臂架姿态检测单元：用于检测动作过程中的臂架是否有碰撞危险；障碍物碰撞检测单元：用于检测动作中的臂架是否超过目标点位置。进一步地，所述人机交互单元还用于根据臂架是否有碰撞危险信息或臂架是否超过目标点位置信息选择是否报警提示。进一步地，所述人机交互单元还用于展示当前应执行的动作及目标点位置、下一步应执行的动作及目标点位置和起重机运行信息；其中，当前应执行的动作为静态图片或动态图片。进一步地，所述路径规划单元还用于根据臂架是否有碰撞危险信息或臂架是否超过目标点位置信息选择是否重新进行路径规划。进一步地，所述路径规划单元与臂架姿态检测单元、障碍物碰撞检测单元通过电连接或CAN总线连接，所述路径规划单元与人机交互单元通过CAN总线连接。进一步地，所述路径规划单元为车载控制器，所述人机交互单元为车载显示器，臂架姿态检测单元为车载传感器。根据上述技术方案，本专利技术的实施例至少具有以下效果：1、本专利技术提供的起重机实时导航系统，可以实现对三维作业空间内实际吊装作业过程中的动作路径导航，相比较于吊装模拟仿真系统更贴合真实作业现场环境，可以在操作人员作业过程中进行导航，引导操作人员安全作业；该系统可实现动作路径规划、障碍物检测、臂架姿态检测和人机界面显示功能；2、本专利技术提供的导航系统中路径规划单元利用车载控制器进行逻辑处理、算法实现，人机交互单元利用车载显示器进行信息输入及导航显示，臂架姿态检测单元主要基于车载传感器，除碰撞检测单元外无需增加额外硬件，成本较低；3、本专利技术提供的起重机实时导航方法，可根据吊装任务进行动作路径规划并展示在人机界面中，当检测到障碍物时可以重新规划路径并进行人机界面更新，提高作业安全性；在子动作即将到达目标点时进行预警提醒，具有超过目标点重新规划路径功能，使操作人员不必向相反方向操作返回最初规划的目标点，提高作业效率；4、本专利技术提供的起重机实时导航方法，具有碰撞检测及重新规划路径功能，防止操作人员只按照导航提示而不关注现场环境操作出现安全风险，提高作业过程安全性；5、本专利技术提供的起重机实时导航方法，将当前应执行的动作、目标点及下一步需执行的动作、目标点以文本、图像的形式显示出来，有助于操作人员直观了解操作内容并作好下一步操作准备。附图说明图1为本专利技术具体实施方式导航系统的框图；图2为本专利技术具体实施方式导航方法的流程框图；图3为本专利技术具体实施方式动作路径的预览页面图；图4为本专利技术具体实施方式动作导航页面图。具体实施方式为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。本专利技术提供了一种起重机作业实时导航系统及方法，当有吊装任务时，系统自动规划出起重机动作路径，并在人机界面上显示当前应执行的动作、目标点及下一阶段需要执行的动作、目标点，实现对操作人员图形化的引导。当执行某一子动作时系统检测到障碍物，或某一子动作超过目标点时，系统会重新规划动作路径并在人机界面上及时更新，保障吊装物安全转运。本专利技术提供一种起重机实时导航系统，可以实现对三维作业空间内实际吊装作业过程中的动作路径导航，引导操作人员安全作业。该系统可实现动作路径规划、障碍物检测、臂架姿态检测和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种起重机作业实时导航方法，其特征在于，包括如下步骤：/n根据作业现场环境模型、当前臂架姿态信息和接收的目标吊装物坐标位置进行臂架动作路径规划，获取臂架动作顺序及目标点位置；其中，臂架动作包括变幅起落、臂架伸缩、左右回转和卷扬起升；/n将所述动作路径及目标点位置以图文形式进行展示；根据所述动作路径控制臂架运动至目标点位置；/n检测动作过程中的臂架是否有碰撞危险；若无碰撞危险，臂架则继续动作，若有碰撞危险，则重新进行动作路径规划；/n检测动作中的臂架是否超过目标点位置；若没有超过目标点位置，臂架则继续动作，若超过吊装物坐标位置，则重新进行动作路径规划。/n

【技术特征摘要】
1.一种起重机作业实时导航方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据作业现场环境模型、当前臂架姿态信息和接收的目标吊装物坐标位置进行臂架动作路径规划，获取臂架动作顺序及目标点位置；其中，臂架动作包括变幅起落、臂架伸缩、左右回转和卷扬起升；
将所述动作路径及目标点位置以图文形式进行展示；根据所述动作路径控制臂架运动至目标点位置；
检测动作过程中的臂架是否有碰撞危险；若无碰撞危险，臂架则继续动作，若有碰撞危险，则重新进行动作路径规划；
检测动作中的臂架是否超过目标点位置；若没有超过目标点位置，臂架则继续动作，若超过吊装物坐标位置，则重新进行动作路径规划。


2.根据权利要求1所述的起重机作业实时导航方法，其特征在于，所述动作路径规划具体包括：
将动作路径信息转为动作路径矩阵、数组或数字序列；其中，动作路径为一个或多个动作的有序组合；
根据动作路径矩阵、数组数字序列进行动作路径规划。


3.根据权利要求1所述的起重机作业实时导航方法，其特征在于，还包括：若臂架有碰撞危险，进行声光报警提示。


4.根据权利要求1所述的起重机作业实时导航方法，其特征在于，还包括：若臂架超过目标点位置，进行声光报警提示。


5.一种起重机作业实时导航系统，其特征在于，包括：
路径规划单元：用于根据作业现场环境模型、当前臂架姿态信息和接收的目标吊装物坐标位置进行臂架动作路径规划，获取臂...

【专利技术属性】
技术研发人员：单增海，张程，李权，杨艳，王翠萍，李立晶，
申请(专利权)人：徐州重型机械有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32