一种塔吊自稳定控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种塔吊自稳定控制方法及系统，所述系统包括：安装在塔身的驾驶室，驾驶室内安装有主控箱和航向传感器；安装在吊臂上的吊臂小车，吊臂小车内部安装有惯性测量单元，吊臂小车下部安装有朝向吊钩的摄像头；其中，摄像头实时获取吊钩上的物体图像并发送给主控箱，惯性测量单元实时获取吊臂小车的加速度、速度以及位置信息并发送给主控箱，航向传感器实时获取塔吊的转动的角加速度、角速度和角度并发送给主控箱；主控箱根据物体图像解析物体实时位置，并根据物体实时位置偏离预设范围控制吊臂小车和吊臂的运动，使得物体实时位置位于预设范围内。本发明专利技术在物体偏离预设范围内时快速的稳定被吊物体，从而防止可能引起的施工人员人身安全问题及塔吊倾覆问题。

【技术实现步骤摘要】
一种塔吊自稳定控制方法及系统
本专利技术涉及塔吊配件
，具体涉及一种塔吊自稳定控制方法及系统。
技术介绍
目前大多数塔吊的平衡性均是采用配重块完成，根据吊装的重量相应调节配重块完成整个平衡系统，但其总体为被动式平衡，稳定性较差，在吊装重型器械时都会有一定幅度的摆动，且防强风能力也较弱，整体平衡性能不佳。现有中国专利技术公开专利CN104495643A公开了一种塔吊主动稳定维持系统，它主要由纵向滑车、横向滑车、钢缆和平衡椭球构成，所述纵向滑车两侧的纵向滑轮安装在塔吊臂的滑轮槽上，横向滑车两侧的横向滑轮安装在纵向滑车顶部的滑轮槽中，纵向滑车顶部的滑轮槽与塔吊臂的滑轮槽呈相互垂直排布；横向滑车上安装有控制纵向滑车和横向滑车动作的微机芯片以及检测塔吊倾斜角度的电子水平仪，纵向滑车的顶部经万向节连接钢缆，钢缆的另一端连接平衡椭球。该专利技术通过滑车中的电子系统判断塔身倾斜度，并控制滑车带动平衡椭球移动来主动改变塔身重心实现塔吊的平衡。能有效地提高了塔吊的稳定性能，减少起吊和卸载时的晃动，提高了塔吊的抗风能力，能主动防止塔吊倾覆等事故的发生。然而，上述专利技术也仅从机械结构和电子系统监控塔身倾斜度的角度对塔吊的稳定性进行控制。而被吊物体如果在吊挂运输过程中有较大晃动振幅、甩动过大，可能会导致附近施工人员的人身安全问题，以及导致塔吊的倾覆，从而导致严重的安全生产事故。目前，尚没有对被吊物体如果在吊挂运输过程中有较大晃动振幅、甩动过大时进行主动控制从而稳定被吊物体的办法。
技术实现思路
r>本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。根据本专利技术的第一个方面，提供了一种塔吊自稳定控制系统，包括：安装在塔身的驾驶室，所述驾驶室内安装有主控箱和航向传感器；安装在吊臂上的吊臂小车，所述吊臂小车内部安装有惯性测量单元，所述吊臂小车下部安装有朝向吊钩的摄像头；其中，所述摄像头实时获取吊钩上的物体图像并发送给主控箱，所述惯性测量单元实时获取所述吊臂小车的加速度、速度以及位置信息并发送给主控箱，所述航向传感器实时获取塔吊的转动的角加速度、角速度和角度并发送给主控箱；所述主控箱根据所述物体图像解析物体实时位置，并在所述物体实时位置偏离预设范围时控制所述吊臂小车和吊臂的运动，使得所述物体实时位置位于预设范围内。根据本专利技术的第二个方面，提供了一种塔吊自稳定控制方法，包括：实时获取吊钩上的物体图像；实时获取所述吊臂小车的加速度、速度以及位置信息；实时获取塔吊的转动的角加速度、角速度和角度；根据所述物体图像解析物体实时位置，并在所述物体实时位置偏离预设范围时控制所述吊臂小车和吊臂的运动，使得所述物体实时位置位于预设范围内。进一步地，所述根据物体图像解析物体实时位置时，使用颜色识别解析和物体识别解析。进一步地，所述颜色识别解析的过程如下：在物体正上方放置具有第一颜色的标识，图像处理所述物体图像中的每一个像素点，寻找接近所述第一颜色的像素，从而获得所述物体实时位置。进一步地，所述物体识别解析的过程如下：使用深度学习和卷积神经网络处理所述物体图像，将所述物体图像输入所述深度学习和卷积神经网络进行计算，返回得到所述物体图像中像素块是否为物体的置信度，如果所述置信度大于阈值，则认定为需要识别的物体，记录所述物体的位置作为物体实时位置。进一步地，所述物体实时位置偏离预设范围是指所述物体实时位置偏离物体静止位置的距离超过预设阈值。进一步地，计算所述物体实时位置偏离物体静止位置的距离的过程如下：D＝L×tanθ其中，L为塔吊吊钩下放长度，d为物体实时位置与静止位置的距离，D为在L长度下摄像头的实际水平视野，P1为静止时物体在摄像头画面中x轴的坐标，P2为物体在摆动的某一时刻在摄像头画面中x轴的坐标，P3为摄像头画面中x轴的最大距离，θ为摄像头水平视野角度。进一步地，通过PID算法控制所述吊臂小车和吊臂的运动，使得所述物体实时位置位于预设范围内。进一步地，所述通过PID算法控制所述吊臂小车和吊臂的运动的流程如下：设P1为目标点，P(t)为每一时刻摄像头读取的点；两个点的差距e(t)转化为实际距离后，使用PID算法输出u(t)给吊臂小车以控制所述小车的前后移动，使得物体在摄像头画面中的位置变化，产生P(t+1)，再不断循环直到e(t)小于一个设定值，即物体回到平衡位置。根据本专利技术的第三个方面，提供了一种塔吊，其包括上述第一方面的塔吊自稳定控制系统，和/或使用第二方面所述的塔吊自稳定控制方法。本专利技术的优点在于：使用本专利技术的塔吊自稳定控制方法及系统，能够跟踪监测被吊物体的偏离情况，在物体偏离预设范围内时快速的稳定被吊物体，从而防止可能引起的施工人员人身安全问题及塔吊倾覆问题。本专利技术中，被吊物体如果在吊挂运输过程中有较大晃动振幅、甩动过大时进行主动控制从而稳定被吊物体。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1示出了根据本专利技术实施方式的塔吊自稳定控制系统结构示意图；图2示出了根据本专利技术实施方式的摄像头视角物体实时位置示意图；图3示出了根据本专利技术实施方式的计算物体的实时位置和静止状态下的位置的差原理示意图；图4示出了根据本专利技术实施方式的控制吊臂小车的原理示意图；图5示出了根据本专利技术实施方式的控制吊臂小车的PID算法示意图；图6为测试结果物体图像中X方向像素随时间变化曲线图；图7为测试结果物体图像中Y方向像素随时间变化曲线图；图8为一次稳定中，测试结果物体图像中X和Y方向的像素分布结果示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。技术术语惯性测量单元(InertialMeasurementUnit，IMU)是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。一般的，一个IMU包含了三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺，加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，而陀螺检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。在导航中有着很重要的应用价值。PID算法：在过程控制中，按偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)进行控制的PID控制器(亦称PID调节器)是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种塔吊自稳定控制系统，其特征在于，包括：/n安装在塔身的驾驶室，所述驾驶室内安装有主控箱和航向传感器；/n安装在吊臂上的吊臂小车，所述吊臂小车内部安装有惯性测量单元，所述吊臂小车下部安装有朝向吊钩的摄像头；其中，/n所述摄像头实时获取吊钩上的物体图像并发送给主控箱，所述惯性测量单元实时获取所述吊臂小车的加速度、速度以及位置信息并发送给主控箱，所述航向传感器实时获取塔吊的转动的角加速度、角速度和角度并发送给主控箱；/n所述主控箱根据所述物体图像解析物体实时位置，并在所述物体实时位置偏离预设范围时控制所述吊臂小车和吊臂的运动，使得所述物体实时位置位于预设范围内。/n

【技术特征摘要】
1.一种塔吊自稳定控制系统，其特征在于，包括：
安装在塔身的驾驶室，所述驾驶室内安装有主控箱和航向传感器；
安装在吊臂上的吊臂小车，所述吊臂小车内部安装有惯性测量单元，所述吊臂小车下部安装有朝向吊钩的摄像头；其中，
所述摄像头实时获取吊钩上的物体图像并发送给主控箱，所述惯性测量单元实时获取所述吊臂小车的加速度、速度以及位置信息并发送给主控箱，所述航向传感器实时获取塔吊的转动的角加速度、角速度和角度并发送给主控箱；
所述主控箱根据所述物体图像解析物体实时位置，并在所述物体实时位置偏离预设范围时控制所述吊臂小车和吊臂的运动，使得所述物体实时位置位于预设范围内。


2.一种塔吊自稳定控制方法，其特征在于，包括：
实时获取吊钩上的物体图像；
实时获取所述吊臂小车的加速度、速度以及位置信息；
实时获取塔吊的转动的角加速度、角速度和角度；
根据所述物体图像解析物体实时位置，并在所述物体实时位置偏离预设范围时控制所述吊臂小车和吊臂的运动，使得所述物体实时位置位于预设范围内。


3.根据权利要求2所述的一种塔吊自稳定控制方法，其特征在于，
所述根据物体图像解析物体实时位置时，使用颜色识别解析和物体识别解析。


4.根据权利要求3所述的一种塔吊自稳定控制方法，其特征在于，
所述颜色识别解析的过程如下：在物体正上方放置具有第一颜色的标识，图像处理所述物体图像中的每一个像素点，寻找接近所述第一颜色的像素，从而获得所述物体实时位置。


5.根据权利要求3所述的一种塔吊自稳定控制方法，其特征在于，
所述物体识别解析的过程如下：将所述物体图像输入深度学习和卷积神经网络进...

【专利技术属性】
技术研发人员：李子实，隋少龙，
申请(专利权)人：北京拓疆者智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11