本发明专利技术属于塔式起重机的安全控制技术领域，公开了一种用于塔机吊物防摆、防旋转和防倾翻的检测方法及系统，系统实时检测塔式起重机吊物的运动状态参数，通过无线发射模块将运动状态参数传输给无线接收模块，其中吊物的相关运动状态包括横移、旋转和倾翻；PLC控制器对接收到的数据进行处理换算，当吊物的相关运动状态达到预警阈值时，PLC控制器发出吊物危险预警提示，并禁止相对正向操作和负向高速操作；待重物落地或降速相对运动状态低于预警阈值时，吊物危险预警解除。本发明专利技术的塔机吊物防摆、防旋转和防倾翻的实时状态监测方法，能够在线协助塔司无风险操作塔式起重机作业，最大限度确保塔机施工作业安全，从源头杜绝施工风险的发生。险的发生。险的发生。
【技术实现步骤摘要】
用于塔机吊物防摆、防旋转和防倾翻的检测方法及系统
[0001]本专利技术属于塔式起重机的安全控制
，尤其涉及一种用于塔机吊物防摆、防旋转和防倾翻的检测方法及系统。
技术介绍
[0002]目前，塔式起重机是建筑工地上必不可少的一种起重设备，主要应用于建筑工地中对装配式建筑和物料进行垂直和水平方位的输送作业，(后面都装配式建筑和物料简称吊物)，具有使用广泛、起升重量大、起升高度高、变幅半径覆盖面广、360度回转作业和施工效率高的特点。在施工作业现场过程中，因塔司视野受限、吊物违规起吊、不规范挂钩，或在吊装过程中与建筑物碰撞等，引发吊物大幅度摆动、旋转和倾翻，导致塔式起重机施工作业不稳定，甚至造成高空坠物，严重威胁现场人员和设备的安全性。
[0003]小吨位塔式起重机没有相关的吊物检测和预防措施，不安全，保护预防等级较低。而大吨位塔式起重机配备有起升防溢、回转平稳运行和变幅防摇功能，对吊物稳定起吊起到一定保护措施，但相对成本高，缺少直接的检测和预警机制，且特殊功能对塔机的整体钢结构依赖大，当塔式起重机换起重臂长或顶升加装标准节后，需专业技术调整电控系统参数，才能起到良好的作用。塔式起重机现场施工，全靠驾驶员的工作经验和责任心，缺少检测预防机制。当工作操作视野受限，其危险性更高。
[0004]目前行业内尚未有应用于市场销售的塔式起重机上。其中，《塔吊起吊重物时重物坠落伤人危险自动感知方法及系统》专利号：202211071067.5，该专利涉及施工现场安全管理
，用以解决现有施工现场的安全管理由于仅依靠人工而容易导致危险感知疏漏的问题。但是，该专利未对塔式起重机的吊物状态进行参数检测。因此，亟需设计一种新的塔机吊物的实时状态监测方法。
[0005]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0006](1)目前小吨位塔式起重机没有相关吊物检测和预防措施，不安全，保护预防等级较低。
[0007](2)大吨位塔式起重机配备的保护措施相对成本高，缺少直接的检测和预警机制，且特殊功能对塔机的整体钢结构依赖大；当塔式起重机换起重臂长或顶升加装标准节后，需专业技术调整电控系统参数才能起到良好作用。
[0008](3)现有的塔式起重机现场施工，全靠驾驶员的工作经验和责任心，缺少检测预防机制；当工作操作视野受限，塔式起重机的危险性更高。
[0009](4)现有技术未对塔式起重机的吊物状态进行参数检测。
技术实现思路
[0010]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种用于塔机吊物防摆、防旋转和防倾翻的检测方法及系统。
[0011]本专利技术是这样实现的，一种用于塔机吊物防摆、防旋转和防倾翻的检测方法，用于
塔机吊物防摆、防旋转和防倾翻的检测方法包括：系统通过进行六轴陀螺仪传感器参数初始化，分别获得X轴角速度、Y轴角速度、Z轴角速度及X轴加速度、Y轴加速度、Z轴加速度；将获得的X轴角速度、Y轴角速度和Z轴角速度通过算法转换1得到X轴角度、Y轴角度和Z轴角度；将获得的X轴加速度、Y轴加速度和Z轴加速度通过算法转换2得到X轴速度、Y轴速度和Z轴速度；根据获得的X轴角度、Y轴角度、Z轴角度及X轴速度、Y轴速度、Z轴速度进行吊物姿态与塔机运行参数匹配，实现塔机吊物的运动状态检测。
[0012]进一步，用于塔机吊物防摆、防旋转和防倾翻的检测方法还包括：系统实时检测塔式起重机吊物的运动状态参数，并通过无线发射模块将运动状态参数传输给无线接收模块；PLC控制器对接收到的数据进行处理换算，当吊物的相关运动状态达到预警阈值时，PLC控制器发出吊物危险预警提示，同时禁止相对正向操作和负向高速操作；待重物落地或降速相对运动状态低于预警阈值时，吊物危险预警解除；其中，吊物的相关运动状态包括横移、旋转和倾翻。
[0013]进一步，用于塔机吊物防摆、防旋转和防倾翻的检测方法还包括：系统进行初始化后，将接收到的六轴陀螺仪传感器的参数进行算法转换，获得塔机吊物防摆、防旋转和防倾翻的数据信息，用于反映吊物的运行状态；其中，初始化包括系统初始化、无线通信参数初始化和六轴陀螺仪传感器参数初始化。
[0014]进一步，算法转换1中，六轴陀螺仪的角速率与吊物相对应砥砺坐标系的角速度的欧拉微分方程为：
[0015][0016]根据欧拉微分解耦算法，设姿态传感器自由度转动时方位角不变，对欧拉微分方程进行转化，则：
[0017][0018]对欧拉微分方程转化后的表达式进行积分，获取三轴角度θx、θy和θz。
[0019]进一步，算法转换2中，对已知的X、Y、Z三轴加速度进行积分得到速度信号，采用频域积分法计算，加速度信号为傅里叶变换为则：
[0020][0021]速度信号为傅里叶变换为则：
[0022][0023]加速度由速度求导得到：
[0024][0025]将速度的表达式带入加速度的表达式，得：
[0026][0027][0028]时域加速度信号由六轴姿态传感器获得，通过计算得到频域表示为：
[0029][0030]通过傅里叶逆变换得到速度的值和波形；
[0031]通过计算，得到X、Y、Z三轴的速度V和角度θ。
[0032]进一步，用于塔机吊物防摆、防旋转和防倾翻的检测方法还包括：
[0033]设Vx、Vy和Vz分别为吊重检测模块的实时检测状态下三轴速度；
[0034]其中，Vx对应吊物在变幅方向的速度，Vy对应吊物在回转方向的速度，Vz对应吊物在起升方向的速度。
[0035]Vxx、Vyy和Vzz为塔式起重机电控系统获得的变幅、回转和起升的三大机构运行速度；
[0036]设θx、θy和θz分别为吊重检测模块的实时检测状态下三轴角度；
[0037]其中，θx、θy对应吊重在运动状态下的倾翻角度，θz对应吊重在运动状态下的旋转角度；
[0038]设θx0、θy0和θz0为吊重检测模块在可靠固定后，吊物在静止状态下按“OK”键记录的三轴角度初始值。
[0039]设Vx1、Vy1、Vz1、θx1、θy1和θz1为塔式起重机电控系统的触摸显示屏预设的默认参数；
[0040]当|Vx
‑
Vxx|≥Cx1或|Vy
‑
Vyy|≥Vy1时，吊物的摇摆幅度过大；
[0041]当|Vz
‑
Vzz|≥Vz1时，吊物固定存在虚捆绑或起升机构钢丝故障等原因，电控系统限制正向运行；
[0042]当|θx
‑
θx0|≥θx1或|θy
‑
θy0|≥θy1时，吊物有倾翻的可能趋势，电控系统限制正向运行；
[0043]当|θz
‑
θz0|≥θz1时，吊物在空中旋转，可能碰撞周围建筑物的安全隐患。
[0044]本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述的用于塔机吊物防摆、防旋转和防倾翻的检测方法的用于塔机吊物防摆、防旋转和防倾翻的检测系统，用于塔机吊物防摆、防旋转和防本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于塔机吊物防摆、防旋转和防倾翻的检测方法，其特征在于，用于塔机吊物防摆、防旋转和防倾翻的检测方法包括：系统通过进行六轴陀螺仪传感器参数初始化，分别获得X轴角速度、Y轴角速度、Z轴角速度及X轴加速度、Y轴加速度、Z轴加速度；将获得的X轴角速度、Y轴角速度和Z轴角速度通过算法转换1得到X轴角度、Y轴角度和Z轴角度；将获得的X轴加速度、Y轴加速度和Z轴加速度通过算法转换2得到X轴速度、Y轴速度和Z轴速度；根据获得的X轴角度、Y轴角度、Z轴角度及X轴速度、Y轴速度、Z轴速度进行吊物姿态与塔机运行参数匹配，实现塔机吊物的运动状态检测。2.如权利要求1所述的用于塔机吊物防摆、防旋转和防倾翻的检测方法，其特征在于，用于塔机吊物防摆、防旋转和防倾翻的检测方法还包括：系统实时检测塔式起重机吊物的运动状态参数，并通过无线发射模块将运动状态参数传输给无线接收模块；PLC控制器对接收到的数据进行处理换算，当吊物的相关运动状态达到预警阈值时，PLC控制器发出吊物危险预警提示，同时禁止相对正向操作和负向高速操作；待重物落地或降速相对运动状态低于预警阈值时，吊物危险预警解除；其中，吊物的相关运动状态包括横移、旋转和倾翻。3.如权利要求1所述的用于塔机吊物防摆、防旋转和防倾翻的检测方法，其特征在于，用于塔机吊物防摆、防旋转和防倾翻的检测方法还包括：系统进行初始化后，将接收到的六轴陀螺仪传感器的参数进行算法转换，获得塔机吊物防摆、防旋转和防倾翻的数据信息，用于反映吊物的运行状态；其中，初始化包括系统初始化、无线通信参数初始化和六轴陀螺仪传感器参数初始化。4.如权利要求1所述的用于塔机吊物防摆、防旋转和防倾翻的检测方法，其特征在于，算法转换1中，六轴陀螺仪的角速率与吊物相对应砥砺坐标系的角速度的欧拉微分方程为：根据欧拉微分解耦算法，设姿态传感器自由度转动时方位角不变，对欧拉微分方程进行转化，则：对欧拉微分方程转化后的表达式进行积分，获取三轴角度θx、θy和θz。5.如权利要求1所述的用于塔机吊物防摆、防旋转和防倾翻的检测方法，其特征在于，算法转换2中，对已知的X、Y、Z三轴加速度进行积分得到速度信号，采用频域积分法计算，加速度信号为傅里叶变换为则：
速度信号为傅里叶变换为则：加速度由速度求导得到：将速度的表达式带入加速度的表达式，得：将速度的表达式带入加速度的表达式，得：时域加速度信号由六轴姿态传感器获得，通过计算得到频域表示为：通过傅里叶逆变换得到速度的值和波形；通过计算，得到X、Y、Z三轴的速度V和角度θ。6.如权利要求1所述的用于塔机吊物防摆、防旋转和防倾翻...
【专利技术属性】
技术研发人员：门新延，王阳阳，王冬，吴秦煜，胡康，
申请(专利权)人：陕西建设机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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