【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种塔式起重机吊重定位方法与装置，特别是一种基于多信息融合的塔式起重机吊重定位方法与装置。
技术介绍
1、随着经济水平的提升，对地区建设以及城市高楼建设等工程的需求不断增加。然而，这些地区由于树木遮挡或高楼林立等问题普遍面临gnss信号相对较弱的挑战，现有基于gnss的吊钩定位方法存在因信号中断而系统失灵的问题。吊重的准确定位对于吊重的主动防碰撞与吊装定点放样任务均具有重要意义。
2、因此，gnss信号中断情况下塔式起重机吊重精准定位是行业内亟待解决的问题。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于多信息融合的塔式起重机吊重定位方法与装置。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种基于多信息融合的塔式起重机吊重定位方法与装置；
3、其中，所述装置，包括：带有imu模块的激光雷达、gnss模块、倾角传感器、起升编码器、变幅编码器、嵌入式系统和数据处理模块；其中，
4、带有imu模块的激光雷达和gnss模块，设置在所述塔式起重机的起重臂的顶端，二者同轴心方向设置；
5、与所述塔式起重机的起升电机电性连接的起升编码器，用于测量起升电机的行程；
6、与所述塔式起重机的变幅电机电性连接的变幅编码器，用于测量变幅电机的行程；
7、倾角传感器水平设置在所述塔式起重机的吊钩的上表面，且其坐标轴方向与带有imu模块的激光雷达的坐标轴方向保持一致
8、与上述倾角传感器、起升编码器和变幅编码器电性连接的嵌入式系统，用于对接收的数据进行预处理及对上述数据的转发；
9、数据处理模块与带有imu模块的激光雷达和gnss模块电性连接，与嵌入式系统无线连接，接收上述设备发送的数据，根据上述数据进行定位计算，完成基于多传感器信息融合的塔式起重机吊重定位。
10、进一步的，所述倾角传感器采集倾角信号，具体包括：使用倾角传感器测量所述塔式起重机的第二吊绳段的倾角值，即其与带有imu模块的激光雷达的坐标系之间的夹角；
11、所述的第二吊绳段即吊重与吊钩之间的吊绳连接段。
12、进一步的，所述的带有imu模块的激光雷达的坐标系，设置方法包括：
13、设所述的带有imu模块的激光雷达的坐标系的y轴方向为所述的塔式起重机的起重臂的延长线方向，z轴方向为垂直向上的右手笛卡尔坐标系。
14、进一步的，所述的嵌入式系统进行预处理，具体包括：
15、实时接收倾角传感器采集的第二吊绳段的倾角值，并计算吊重相对于吊钩上的动滑轮的中心空间位置的偏置量。
16、进一步的，所述的gnss模块，包括：导航定位装置与坐标计算装置；其中，导航定位装置用于采集导航卫星观测值，坐标计算装置用于根据上述观测值计算gnss三维空间坐标。
17、进一步的，所述的带有imu模块的激光雷达，其中的imu模块用于计算imu三维空间坐标。
18、进一步的，所述的数据处理模块中进行定位计算，具体包括：
19、所述的数据处理模块，接收来自gnss模块计算的三维空间坐标、来自带有imu模块的激光雷达计算的三维空间坐标、嵌入式系统计算的偏置量，及其转发的起升电机的行程和变幅电机的行程，计算吊重的三维空间坐标。
20、进一步的，所述的数据处理模块，还包括数据存储单元，用于存储所述塔式起重臂的臂长l和其他数据。
21、本专利技术还提出了一种基于多信息融合的塔式起重机吊重定位方法，采用上述装置，具体包括：
22、步骤1，保存上一时刻gnss模块获取的gnss三维空间坐标，保存至数据处理模块；
23、步骤2，读取当前时刻gnss三维空间坐标，若当前gnss模块信号正常，则进入步骤3，否则基于上一时刻的gnss三维空间坐标计算当前时刻的imu三维空间坐标，计算完成后进入步骤3；
24、步骤3，读取当前时刻起升编码器采集的起升电机的行程h与当前时刻变幅编码器采集的变幅电机的行程d，并将上述数据存入数据处理模块；
25、步骤4，读取当前时刻倾角传感器的数值α与β，其中，α为第二吊绳段与竖直面的夹角，β为第二吊绳段与水平面的夹角；
26、步骤5，嵌入式系统根据第二吊绳段的长度n，吊钩沿第二吊绳段方向的长度t与动滑轮的半径r，以及倾角传感器读取的数值α与β，计算吊重相对于动滑轮的中心空间位置的偏置量(xz，yz，zz)，并将偏置量发送给数据处理模块；
27、步骤6，数据处理模块根据当前gnss三维空间坐标或imu三维空间坐标、起升电机的行程h、变幅电机的行程d和偏置量(xz，yz，zz)，计算吊重的三维空间坐标(x，y，z)，计算方法如下：
28、
29、其中，(xg，yg，zg)为当前gnss三维空间坐标或imu三维空间坐标，l为塔式起重机起重臂臂长，f(δ，a)为校准信息，δ为导航卫星的实际方位角，a为导航卫星的实际高度角，当(xg，yg，zg)为当前imu三维空间坐标时，f(δ，a)取值为0。
30、进一步的，步骤5中所述的计算吊重相对于动滑轮的中心空间位置的偏置量(xz，yz，zz)，具体方法如下：
31、
32、其中，(xd，yd，zd)是动滑轮的中心的三维空间坐标。
33、有益效果：
34、本专利技术针对现有塔机吊重定位可靠性较低，鲁棒性较差的缺点，提出多传感器信息融合的方法保证了在gnss信号丢失的极端环境下仍能实现吊钩的准确定位，提高塔式起重机吊重定位的可靠性与鲁棒性。
35、本专利技术能够提高塔式起重机吊钩定位的可靠性与鲁棒性。相比于现有吊钩定位系统具有智能化程度高，鲁棒性强的优点。本文运用了多传感器信息融合，相较于现有吊重定位系统具有更好的可靠性、更强的鲁棒性和稳定性。相比于现有的吊重定位系统，本专利技术与现有的塔式起重机监控系统传感器复用度大，硬件成本低，有助于提高系统的经济效益。本专利技术能够克服现有技术的缺陷，从而更稳定，更可靠地解决塔式起重机吊重定位问题，为吊重的主动防碰撞奠定基础。
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1.一种基于多信息融合的塔式起重机吊重定位装置，其特征在于，包括：带有IMU模块的激光雷达(1)、GNSS模块(2)、倾角传感器(12)、起升编码器(13)、变幅编码器(14)、嵌入式系统(16)和数据处理模块(17)；其中，
2.根据权利要求1所述的一种基于多信息融合的塔式起重机吊重定位装置，其特征在于，所述倾角传感器(12)采集倾角信号，具体包括：使用倾角传感器(12)测量所述塔式起重机的第二吊绳段(15)的倾角值，即其与带有IMU模块的激光雷达(1)的坐标系之间的夹角；
3.根据权利要求2所述的一种基于多信息融合的塔式起重机吊重定位装置，其特征在于，所述的带有IMU模块的激光雷达(1)的坐标系，设置方法包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于多信息融合的塔式起重机吊重定位装置，其特征在于，所述的嵌入式系统(16)进行预处理，具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于多信息融合的塔式起重机吊重定位装置，其特征在于，所述的GNSS模块(2)，包括：导航定位装置与坐标计算装置；其中，导航定位装置用于采集导航卫星观测值，坐标计算装置
6.根据权利要求5所述的一种基于多信息融合的塔式起重机吊重定位装置，其特征在于，所述的带有IMU模块的激光雷达(1)，其中的IMU模块用于计算IMU三维空间坐标。
7.根据权利要求6所述的一种基于多信息融合的塔式起重机吊重定位装置，其特征在于，所述的数据处理模块(17)中进行定位计算，具体包括：
8.根据权利要求7所述的一种基于多信息融合的塔式起重机吊重定位装置，其特征在于，所述的数据处理模块(17)，还包括数据存储单元，用于存储所述塔式起重臂(3)的臂长L和其他数据。
9.一种基于多信息融合的塔式起重机吊重定位方法，采用权利要求8所述的装置，其特征在于，具体包括：
10.根据权利要求9所述的一种基于多信息融合的塔式起重机吊重定位方法，其特征在于，步骤5中所述的计算吊重(8)相对于动滑轮(10)的中心空间位置的偏置量(XZ,YZ,ZZ)，具体方法如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于多信息融合的塔式起重机吊重定位装置，其特征在于，包括：带有imu模块的激光雷达(1)、gnss模块(2)、倾角传感器(12)、起升编码器(13)、变幅编码器(14)、嵌入式系统(16)和数据处理模块(17)；其中，
2.根据权利要求1所述的一种基于多信息融合的塔式起重机吊重定位装置，其特征在于，所述倾角传感器(12)采集倾角信号，具体包括：使用倾角传感器(12)测量所述塔式起重机的第二吊绳段(15)的倾角值，即其与带有imu模块的激光雷达(1)的坐标系之间的夹角；
3.根据权利要求2所述的一种基于多信息融合的塔式起重机吊重定位装置，其特征在于，所述的带有imu模块的激光雷达(1)的坐标系，设置方法包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于多信息融合的塔式起重机吊重定位装置，其特征在于，所述的嵌入式系统(16)进行预处理，具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于多信息融合的塔式起重机吊重定位装置，其特征在于，所述的gnss模块(2)，包括：导航定位装置与坐标计...
【专利技术属性】
技术研发人员：殷晨波，裴学峰，乔文华，徐缪晗，曹心如，金鹏达，韩东廷，张标，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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