塔机无人驾驶控制系统及无人驾驶控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种塔机无人驾驶控制系统及无人驾驶控制方法，控制方法包括：实时获取塔机运行过程中的塔机吊钩的起吊高度、塔机小车的运转幅度以及塔机起重臂的回转角度数据并计算得到塔机的初始姿态数据；实时获取塔机周围环境障碍物的三维建模数据并根据三维建模数据生成塔机周围环境障碍物的三维模型数据；获取塔机运行的地面吊装点和目的卸货点的空间位置数据；生成塔机的预设运行路径和目标姿态数据；将预设运行路径和目标姿态数据转换为路径操控指令并根据路径操控指令驱动塔机吊钩运行至地面吊装点或目的卸货点。塔机系统自主收集塔机运行状态和周围环境数据，并生成路径规划控制塔机运行，解决了现有技术中的塔机操作智能化程度低的问题。机操作智能化程度低的问题。机操作智能化程度低的问题。

【技术实现步骤摘要】
塔机无人驾驶控制系统及无人驾驶控制方法


[0001]本专利技术涉及无人驾驶领域，具体而言，涉及一种塔机无人驾驶控制系统及无人驾驶控制方法。

技术介绍

[0002]塔机是建筑工地上常用的起重设备，目前塔机的操控方式是塔司与地面指挥人员配合操作，塔司需要进入位于高空的塔机驾驶室进行操作，极端天气下塔司进出操作室极为不便，且塔机司机需在高空中作业，工作环境恶劣，如遇到塔机倒塌事故，塔司生命安全将受到重大威胁。塔机上使用的安全监控系统，通过多种传感器和摄像头实时监测塔机的工作状态，辅助塔司进行安全作业，并具有防碰撞功能，在临近额定限值时发出声光预警和报警，实现塔吊危险作业自动截断。但是并未解决塔司高空的作业模式，而且现有塔机安全系统还存在以下问题：
[0003]1.安全监控系统中的视频监控易受天气光照等环境因素和塔机作业高度影响，导致识别度降低，易出现误操作；
[0004]2.现有安全系统中防碰撞功能只能实现安装同一型号防碰撞设备的塔机与塔机之间的碰撞问题，不能解决已安装防碰撞设备的塔机与安装不同型号防碰撞设备的塔机之间、已安装防碰撞设备的塔机与未安装防碰撞设备的塔机之间的碰撞问题，更解决不了塔机与周围建筑物的碰撞问题；
[0005]3.塔司需要地面指挥人员配合，才能知道吊挂物的具体位置以及吊装路径是否安全，导致作业效率低，并存在一定的安全隐患。
[0006]因此，塔机智能化操作的发展趋势已成为必然。

技术实现思路

[0007]本专利技术的主要目的在于提供一种塔机无人驾驶控制系统及无人驾驶控制方法，以至少解决现有技术中的塔机操作智能化程度低的问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种塔机无人驾驶控制系统及无人驾驶控制方法。
[0009]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了塔机无人驾驶控制系统，包括两个对讲定位操控终端、信息传感器组、激光雷达传感器、中央控制单元、塔机电控单元、塔机执行机构以及无线通信模块；两个对讲定位操控终端分别位于地面吊装点和目的卸货点，两个对讲定位操控终端用于分别获取塔机运行过程中地面吊装点和目的卸货点的实时空间位置数据；信息传感器组设置在塔机上，信息传感器组用于获取塔机运行过程中的塔机吊钩的起吊高度、塔机小车的运转幅度以及塔机起重臂的回转角度数据；激光雷达传感器设置在塔机上，激光雷达传感器用于发射激光束以扫描塔机周围环境障碍物的三维建模数据；中央控制单元与信息传感器组和激光雷达传感器均连接，中央控制单元用于根据激光雷达传感器扫描的三维建模数据生成塔机周围环境障碍物的三维模型数据，以及根据塔
机吊钩的起吊高度、塔机小车的运转幅度、塔机起重臂的回转角度数据、地面吊装点或目的卸货点的实时空间位置数据以及三维模型数据生成塔机预设运行路径；塔机电控单元与中央控制单元连接，塔机电控单元用于接收中央控制单元根据塔机预设运行路径转化的塔机电控单元可执行的路径操控指令；塔机执行机构与塔机电控单元连接，塔机执行机构根据塔机电控单元执行路径操控指令以驱动塔机按照塔机预设运行路径运转；无线通信模块与中央控制单元连接，无线通信模块用于收发无线通讯信号；其中，两个对讲定位操控终端通过无线通信模块与中央控制单元连接以使两个对讲定位操控终端与中央控制单元进行通信，两个定位操作终端通过无线通信模块相互之间进行通信。
[0010]进一步地，信息传感器组包括高度传感器、幅度传感器以及角度传感器；高度传感器设置在塔机平衡臂的起升机构齿轮上，高度传感器用于实时监测塔机吊钩的起吊高度；幅度传感器设置在塔机起重臂的变幅机构齿轮上，幅度传感器用于实时监测塔机小车的运转幅度；角度传感器设置在塔机回转上部结构齿圈外侧，角度传感器用于实时测量塔机起重臂的回转角度。
[0011]进一步地，信息传感器组还包括风速传感器和重量传感器；风速传感器设置在塔机平衡臂的中段位置，风速传感器用于实时监测塔机的环境风速；重量传感器设置在塔机起重臂的后端，重量传感器用于实时监测塔机起重的货物重量；其中，风速传感器和重量传感器均与中央控制单元连接，中央控制单元还用于根据塔机的环境风速和塔机起重的货物重量生成运转控制指令；塔机电控单元根据运转控制指令控制塔机执行机构启动或停止运转。
[0012]进一步地，中央控制单元包括数据传输模块、数据处理模块、运动规划模块以及适配器；数据传输模块与信息传感器组、激光雷达传感器以及无线通信模块均连接，数据传输模块用于收集并下发塔机吊钩的起吊高度、塔机小车的运转幅度、塔机起重臂的回转角度数据、三维建模数据以及地面吊装点和目的卸货点的实时空间位置数据；数据处理模块与数据传输模块连接，数据处理模块用于根据三维建模数据生成三维模型数据；运动规划模块与数据处理模块连接，运动规划模块用于根据塔机吊钩的起吊高度、塔机小车的运转幅度、塔机起重臂的回转角度数据、地面吊装点或目的卸货点的实时空间位置数据以及三维模型数据生成并下发塔机预设运行路径，并将塔机预设运行路径转化为路径操控指令；适配器与运动规划模块连接，适配器用于接收路径操控指令并转化成塔机各部位参数以及下发。
[0013]进一步地，塔机无人驾驶控制系统还包括云台，云台安装在塔机起重臂的臂根，激光雷达传感器设置在云台上。
[0014]根据本专利技术的另一方面，提供了一种塔机无人驾驶控制方法，塔机无人驾驶控制方法应用于上述任一项的塔机无人驾驶控制系统，塔机无人驾驶控制方法包括：
[0015]实时获取塔机运行过程中的塔机吊钩的起吊高度、塔机小车的运转幅度以及塔机起重臂的回转角度数据并根据塔机吊钩的起吊高度、塔机小车的运转幅度以及塔机起重臂的回转角度数据计算得到塔机的初始姿态数据；
[0016]实时获取塔机周围环境障碍物的三维建模数据并根据三维建模数据生成塔机周围环境障碍物的三维模型数据；
[0017]获取塔机运行的地面吊装点和目的卸货点的空间位置数据；
[0018]根据初始姿态数据、三维模型数据以及地面吊装点或目的卸货点的空间位置数据生成塔机的预设运行路径和目标姿态数据；
[0019]将预设运行路径和目标姿态数据转换为路径操控指令并根据路径操控指令驱动塔机吊钩运行至地面吊装点或目的卸货点。
[0020]进一步地，实时获取塔机周围环境障碍物的三维建模数据并根据三维建模数据生成塔机周围环境障碍物的三维模型数据包括：
[0021]向塔机周围环境发射激光束；
[0022]接收塔机周围环境的障碍物反射的激光束信号并转换成电信号；
[0023]对转换的电信号进行处理和计算以得到障碍物的位置信息和几何形状信息；
[0024]通过周期扫描障碍物并将获得的障碍物的位置信息和几何形状信息进行拼接、去噪和特征提取以生成塔机周围环境障碍物的三维模型数据。
[0025]进一步地，根据初始姿态数据、三维模型数据以及地面吊装点或目的卸货点的空间位置数据生成塔机的预设运行路径和目标姿态数据包括：
[0026]根据初始姿态数据和三维模型数据生成全局代价地图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种塔机无人驾驶控制系统，其特征在于，包括：两个对讲定位操控终端(10)，两个所述对讲定位操控终端(10)分别位于地面吊装点和目的卸货点，两个所述对讲定位操控终端(10)用于分别获取所述塔机运行过程中所述地面吊装点和所述目的卸货点的实时空间位置数据；信息传感器组(20)，所述信息传感器组(20)设置在所述塔机上，所述信息传感器组(20)用于获取所述塔机运行过程中的塔机吊钩的起吊高度、塔机小车的运转幅度以及塔机起重臂的回转角度数据；激光雷达传感器(30)，所述激光雷达传感器(30)设置在所述塔机上，所述激光雷达传感器(30)用于发射激光束以扫描所述塔机周围环境障碍物的三维建模数据；中央控制单元(40)，所述中央控制单元(40)与所述信息传感器组(20)和所述激光雷达传感器(30)均连接，所述中央控制单元(40)用于根据所述激光雷达传感器(30)扫描的所述三维建模数据生成所述塔机周围环境障碍物的三维模型数据，以及根据所述塔机吊钩的起吊高度、所述塔机小车的运转幅度、所述塔机起重臂的回转角度数据、所述地面吊装点或所述目的卸货点的实时空间位置数据以及所述三维模型数据生成塔机预设运行路径；塔机电控单元(50)，所述塔机电控单元(50)与所述中央控制单元(40)连接，所述塔机电控单元(50)用于接收所述中央控制单元(40)根据所述塔机预设运行路径转化的所述塔机电控单元(50)可执行的路径操控指令；塔机执行机构(60)，所述塔机执行机构(60)与所述塔机电控单元(50)连接，所述塔机执行机构(60)根据所述塔机电控单元(50)执行所述路径操控指令以驱动所述塔机按照所述塔机预设运行路径运转；无线通信模块(70)，所述无线通信模块(70)与所述中央控制单元(40)连接，所述无线通信模块(70)用于收发无线通讯信号；其中，两个所述对讲定位操控终端(10)通过所述无线通信模块(70)与所述中央控制单元(40)连接以使两个所述对讲定位操控终端与所述中央控制单元(40)进行通信，所述两个定位操作终端通过所述无线通信模块(70)相互之间进行通信。2.根据权利要求1所述的塔机无人驾驶控制系统，其特征在于，所述信息传感器组(20)包括：高度传感器(21)，所述高度传感器(21)设置在塔机平衡臂的起升机构齿轮上，所述高度传感器(21)用于实时监测所述塔机吊钩的起吊高度；幅度传感器(22)，所述幅度传感器(22)设置在所述塔机起重臂的变幅机构齿轮上，所述幅度传感器(22)用于实时监测所述塔机小车的运转幅度；角度传感器(23)，所述角度传感器(23)设置在所述塔机回转上部结构齿圈外侧，所述角度传感器(23)用于实时测量所述塔机起重臂的回转角度。3.根据权利要求1所述的塔机无人驾驶控制系统，其特征在于，所述信息传感器组(20)还包括：风速传感器(24)，所述风速传感器(24)设置在所述塔机平衡臂的中段位置，所述风速传感器(24)用于实时监测所述塔机的环境风速；重量传感器(25)，所述重量传感器(25)设置在所述塔机起重臂的后端，所述重量传感器(25)用于实时监测所述塔机起重的货物重量；
其中，所述风速传感器(24)和所述重量传感器(25)均与所述中央控制单元(40)连接，所述中央控制单元(40)还用于根据所述塔机的环境风速和所述塔机起重的货物重量生成运转控制指令；所述塔机电控单元(50)根据所述运转控制指令控制所述塔机执行机构(60)启动或停止运转。4.根据权利要求3所述的塔机无人驾驶控制系统，其特征在于，所述中央控制单元(40)包括：数据传输模块(41)，所述数据传输模块(41)与所述信息传感器组(20)、所述激光雷达传感器(30)以及所述无线通信模块(70)均连接，所述数据传输模块(41)用于收集并下发所述塔机吊钩的起吊高度、所述塔机小车的运转幅度、所述塔机起重臂的回转角度数据、所述三维建模数据以及所述地面吊装点和所述目的卸货点的...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊治平，杨宏军，门新延，王阳阳，李梦丹，
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：