群塔系统及群塔吊运路径优化方法技术方案

本发明专利技术公开了群塔系统及群塔吊运路径优化方法，属于塔机自动控制技术领域，本发明专利技术要解决的技术问题为如何增加塔机安全性的同时，提高群塔的工作效率，降低人力成本，采用的技术方案为：包括塔机主体和智能控制终端，塔机主体包括塔机机械结构、PLC控制器、变频器、电机及传动机构、编码器、五限位装置和各种传感器，塔机主体上设置有塔机端控制器，塔机端控制器采用多功能接口板分别与PLC控制器、变频器、电机及传动机构、编码器、五限位装置及各种传感器电连接并进行信息交互；塔机主体上还设置有枪型或球形摄像机，摄像机用于对吊钩、驾驶室及卷扬机进行监控及远传；智能控制终端包括智能控制手持端和3D全息影像装置。括智能控制手持端和3D全息影像装置。括智能控制手持端和3D全息影像装置。

【技术实现步骤摘要】
群塔系统及群塔吊运路径优化方法


[0001]本专利技术涉及塔机自动控制
，具体地说是一种群塔系统及群塔吊运路径优化方法。

技术介绍

[0002]塔机是建筑工作中关键的机械设备，在楼宇修建的场所塔吊随处可见，可以有效的节省人力、降低建设成本和提高施工进度。但由于塔机驾驶室位置较高，塔机操作员视野受到很大限制，场地又内存在建筑、障碍物的遮挡，经常出现盲吊、隔山吊的情况，驾驶员仅能结合地面人员的指令，凭经验进行工作，盲目性、操作难度高，存在一定安全隐患，与此同时，塔机驾驶员在狭小的高空驾驶室中长时间重复劳动，容易出现疲劳，且群塔作业需要多个驾驶员依次吊运货物，一旦出现货物中途丢失等问题难以实时追踪。另外塔机吊运作业仍然为一塔一驾驶员，在部分塔吊工作时，由于顺序运输，后续驾驶员可能存在等待接货的时间，在等待闲置时可认为是驾驶员的无效工作时间，等待时间增加则可认为工作效率降低，同时相对增加了塔机驾驶员的人力成本。
[0003]故如何增加塔机安全性的同时，提高群塔的工作效率，降低人力成本是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的技术任务是提供一种群塔系统及群塔吊运路径优化方法，来解决如何增加塔机安全性的同时，提高群塔的工作效率，降低人力成本的问题。
[0005]本专利技术的技术任务是按以下方式实现的，一种群塔系统，包括塔机主体和智能控制终端，塔机主体包括塔机机械结构、PLC控制器、变频器、电机及传动机构、编码器、五限位装置和各种传感器，塔机主体上设置有塔机端控制器，塔机端控制器采用多功能接口板分别与PLC控制器、变频器、电机及传动机构、编码器、五限位装置及各种传感器电连接并进行信息交互；塔机主体上还设置有枪型或球形摄像机，摄像机用于对吊钩、驾驶室及卷扬机进行监控及远传；塔机机械结构是由若干单个塔机组成的群塔；
[0006]智能控制终端包括智能控制手持端和3D全息影像装置；智能控制手持端用于采用3G/4G/5G或WIFI模块与塔机主体双向高速通信；3D全息影像装置用于将塔机主体传输来的状态数据和智能控制手持端的状态数据经过计算后，通过有线或者无线通信传输至显示屏并显示。
[0007]其中，塔机主体还包括驾驶室和操纵杆。
[0008]作为优选，所述塔机主体上还设置有360
°
全景摄像头和3d或平面激光雷达，枪型或球形摄像机、360
°
全景摄像头、3d激光雷达和平面激光雷达分别电连接塔机端控制器，枪型或球形摄像机、360
°
全景摄像头、3d激光雷达和平面激光雷达通过3G/4G/5G或WIFI模块与智能控制终端双向高速通信。
[0009]更优地，所述360
°
全景摄像头位于塔机主体上，3d激光雷达位于探测边界的四周，
平面激光雷达和枪型/球型摄像头位于群塔塔体相应位置。
[0010]更优地，所述传感器包括重力传感器(检测吊重)、高度传感器(检测吊钩高度)和风速风向传感器。
[0011]作为优选，智能控制手持端内置高性能微处理器，智能控制手持端连接有加速度传感器或陀螺仪、GPS RTK定位模块、电池及充电电路、摇杆、按钮、LCD触摸屏和相应接口；其中接口包括USB接口、以太网接口和RS
‑
485接口。
[0012]一种群塔吊运路径优化方法，该方法具体步骤如下：
[0013]S1、建立三维空间坐标下群塔施工场地的三维网格模型，并生成网格节点集合并生成坐标矩阵(以n*m区域为例，生成m*n的0矩阵)；
[0014]S2、根据步骤S1生成网格节点集合确定群塔的最优化布置方法，获得塔机标准节在地面的安装坐标及其他参数；
[0015]S3、根据施工场地内的障碍物以及网格节点集合，生成障碍物点集U0；
[0016]S4、获取直角坐标下吊运起点S的坐标以及吊运终点G的坐标，分别为(XS,YS,ZS)和(XG,YG,ZG)；
[0017]S5、根据吊运起点S、吊运终点G、网格节点集合、障碍物点集U0以及预设的吊运路径规划策略，规划吊运起点S至吊运终点G的吊运路径。
[0018]作为优选，所述步骤S2中生成网格节点集合确定群塔的最优化布置方法具体如下：
[0019]S201、根据步骤S1生成的网格节点集合确定群塔施工场地的可用空余位置(除去运转道路等必需位置外)，并将不可用位置的坐标生成不可用坐标数组；
[0020]S202、根据步骤S201群塔施工场地的可用空余位置(除去运转道路等必需位置外)设定Q个转运站区域(区域粗略接力点，后续步骤精确)，将坐标矩阵对应位置赋予变量1，其余可用坐标仍赋值为0；
[0021]S203、将步骤S201生成的不可用坐标数组带入到步骤S1生成的坐标矩阵内，将坐标矩阵对应位置赋予变量2，其余坐标保持不变；
[0022]S204、将通过步骤S202和步骤S203赋值完成的坐标矩阵，对坐标矩阵内为0的数实现全覆盖(实现整个区域可全覆盖化)且确认转运站的精确位置，实现使得所有转运站(接力点)距离相邻所有塔机标准节在地面的安装坐标位置相同；
[0023]S205、得到所有塔机标准节在地面的安装坐标，确定塔机臂长，根据塔机所需工作高度确定塔机标准节数量，待标准节数量确认完毕后进行确认相邻塔机是否处于不同高度(防碰撞)：
[0024]如不符合，则重新确定标准节数量；
[0025]S206、待所有数据初步确定后进行校核，判断是否符合要求：
[0026]若不符合要求，则退回S201步骤重新开始，直到校核通过。
[0027]更优地，所述步骤S5中的吊运路径的最优化方法具体如下：
[0028]S501、在步骤S206完成后，进行货物优先级的分级(手动/自动)，将货物的重要程度分为n级，多路径同时在一个塔机点工作时，将按照货物优先级的顺序进行顺序吊运，当出现同等优先级设置时，按照先到先得的顺序进行顺序吊运(手动控制)或近者先得的顺序进行优先调运(自动控制)；
[0029]S502、利用广度优先搜索算法(Breadth First Search)将总路径划分为基于各个塔机的吊运路径的最优化方法；
[0030]S503、确定最优化路径后得到依次控制所需塔机，由单人对整体路径所有塔机进行依次控制，直到到达目标站点(目的地)。
[0031]更优地，所述步骤S503中的单人对整体路径所有塔机进行依次控制具体如下：
[0032]S5031、由各需求站点持智能控制手持端(手持PDA)进行呼叫后台，确认所需货物并进行发单；
[0033]S5032、针对后台货运单获取出库位置及下料位置(坐标)，待货物到达出库位置(发货点)即可进行发货，同时后台针对分配到此单的塔机驾驶员提出转运提醒；
[0034]S5033、若塔机驾驶员3D全息影像装置连接正常，身份核验无误后，等待货物到达预定发货点即可向塔机驾驶员发出提醒，3D全息影像装置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种群塔系统，其特征在于，包括塔机主体和智能控制终端，塔机主体包括塔机机械结构、PLC控制器、变频器、电机及传动机构、编码器、五限位装置和各种传感器，塔机主体上设置有塔机端控制器，塔机端控制器采用多功能接口板分别与PLC控制器、变频器、电机及传动机构、编码器、五限位装置及各种传感器电连接并进行信息交互；塔机主体上还设置有枪型或球形摄像机，摄像机用于对吊钩、驾驶室及卷扬机进行监控及远传；塔机机械结构是由若干单个塔机组成的群塔；智能控制终端包括智能控制手持端和3D全息影像装置；智能控制手持端用于采用3G/4G/5G或WIFI模块与塔机主体双向高速通信；3D全息影像装置用于将塔机主体传输来的状态数据和智能控制手持端的状态数据经过计算后，通过有线或者无线通信传输至显示屏并显示。2.根据权利要求1所述的群塔系统，其特征在于，所述塔机主体上还设置有360
°
全景摄像头和3d或平面激光雷达，枪型或球形摄像机、360
°
全景摄像头、3d激光雷达和平面激光雷达分别电连接塔机端控制器，枪型或球形摄像机、360
°
全景摄像头、3d激光雷达和平面激光雷达通过3G/4G/5G或WIFI模块与智能控制终端双向高速通信。3.根据权利要求2所述的群塔系统，其特征在于，所述360
°
全景摄像头位于塔机主体上，3d激光雷达位于探测边界的四周，平面激光雷达和枪型/球型摄像头位于群塔塔体相应位置。4.根据权利要求1或2所述的群塔系统，其特征在于，所述传感器包括重力传感器、高度传感器和风速风向传感器。5.根据权利要求1所述的群塔系统，其特征在于，智能控制手持端内置高性能微处理器，智能控制手持端连接有加速度传感器或陀螺仪、GPS RTK定位模块、电池及充电电路、摇杆、按钮、LCD触摸屏和相应接口；其中接口包括USB接口、以太网接口和RS
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485接口。6.一种群塔吊运路径优化方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：S1、建立三维空间坐标下群塔施工场地的三维网格模型，并生成网格节点集合并生成坐标矩阵；S2、根据步骤S1生成网格节点集合确定群塔的最优化布置方法，获得塔机标准节在地面的安装坐标及其他参数；S3、根据施工场地内的障碍物以及网格节点集合，生成障碍物点集U0；S4、获取直角坐标下吊运起点S的坐标以及吊运终点G的坐标，分别为(XS,YS,ZS)和(XG,YG,ZG)；S5、根据吊运起点S、吊运终点G、网格节点集合、障碍物点集U0以及预设的吊运路径规划策略，规划吊运起点S至吊运终点G的吊运路径。7.根据权利要求6所述的群塔吊运路径优化方法，其特征在于，所述步骤S2中生成网格节点集合确定群塔的最优化布置方法具体如下：S201、根据步骤S1生成的网格节点集合确定群塔施工场地的可用空余位置，并将不可用位置的坐标生成不可用坐标数组；S202、根据步骤S201群塔施工场地的可用空余位置设定Q个转运站区域，将坐标矩阵对应位置赋予变量1，其余可用坐标仍赋值为0；S203、将步骤S201生成的不可用坐标数组带入到步骤S1生成的坐标矩阵内，将坐标矩
阵对应位置赋予变量2，其余坐标保持不变；S204、将通过步骤S202和步骤S203赋值完成的坐标矩阵，对坐标矩阵内为0的数实现全覆盖且确认转运站的精确位置，实现使得所有转运站距离相邻所有塔机标准节在地面的安装坐标位置相同；S205、得到所有塔机标准节在地面的安装坐标，确定塔机臂长，根据塔机所需工作高度确定塔机标准节数量，待标准节数量确认完毕后进行确认相邻塔机是否处于不同高度：如不符合，则重新确定标准节数量；S206、待所有数据初步确定后进行校核，判断是否符合要求：若不符合要求，则退回S201步骤重新开始，直到校核通过。8.根据权利要求6或7所述的群塔吊运路径优化方法，其特征在于，所述步骤S5中的吊运路径的最优化方法具体如下：S501、在步骤S206完成后，进行货物优先级的分级，将货物的重要程度分为n级，多路径同时在一个塔机点工作时，将按照货物优先级的顺序进行顺序吊运，当出现同等优...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏飞，刘世涛，陈公正，史云飞，曹书博，
申请(专利权)人：中建八局第二建设有限公司，
类型：发明
国别省市：