[发明专利]一种塔吊自动化防撞方法及系统

权利要求书

1.一种塔吊自动化防撞方法，其特征在于，包括：

在建筑主体及塔吊周边布设若干个视频监控摄像头；

按照预设的模型建立策略建立施工场地三维模型；

以固定频率更新所述施工场地三维模型以及当前时刻下既有场地外轮廓网格坐标；

在塔吊开始起重时，获取物体起吊点坐标以及预定到位点坐标；

按照预设的路径规划策略以及所述施工场地三维模型为塔吊规划运行路径，生成对应的运行参数；

根据塔吊的实时运行参数以及预设的摆动范围计算策略计算物体和摆臂的摆动范围；

根据所述摆动范围和当前时刻下所述既有场地外轮廓网格坐标判断是否有可能发生碰撞；若否，控制塔吊按所述运行参数继续进行物体运输；若是，

控制塔吊进行制动；

在塔吊制动期间根据预设的倾覆计算策略预测塔吊是否可能发生倾覆；

所述根据塔吊的实时运行参数以及预设的摆动范围计算策略计算物体和摆臂的摆动范围，包括：

根据实时的运行参数识别塔吊的运行模式，所述运行模式分为升降模式、变幅模式、回转模式、回转变幅模式、升降变幅模式、升降回转模式以及升降回转变幅模式；

根据实时运行参数以及所述运行模式计算制动参数，所述制动参数包括摆臂的制动时间、摆臂的制动距离、摆臂的制动角度、物体的制动距离、物体的摆幅、缆绳的长度、缆绳与竖直方向的夹角、小车的制动时间、小车的制动距离；

根据所述制动参数计算物体和摆臂的摆动范围；

实时运行参数包括当前缆绳的长度l₀、缆绳速度v_c、回转角度θ₀、回转角速度ω、小车幅度r₀、小车变幅速度v_r、物体坐标(r₁,θ₁,h₁)、物体速度v₁、摆臂长度r_m、摆臂高度h₀、起重载荷F_c，以及竖向锁止、回转锁止、横向锁止时的平均加速度a_c、α、a_r，既有场地外轮廓网格坐标(r_t,θ_t,h_t)组成的点集U_t；

在所述升降模式下计算所述制动参数以及所述摆动范围，包括：

计算物体的制动距离，为

所述摆动范围为W＝{(r₁,θ₁,h)|h∈[h₁,h₁+S_m]}；

在所述变幅模式下计算所述制动参数以及所述摆动范围，包括：

计算小车的制动时间，为小车的制动距离为：

制动结束后物体坐标为(r₁+v₁t,θ₁,h₁+l₀(1-cosα₁))，其中，α₁为制动后缆绳与竖直方向的夹角，为：

物体与缆绳垂直的速度分量为v₁cosα₁，计算物体上升的高度为g为重力加速度；

计算缆绳与竖直方向的夹角为

则物体在最大摆幅处的物体坐标为(r₀+S_c±l₀sinα₂,θ₁,h₁+l₀(1-cosα₂))；

所述摆动范围为：

W＝{(r,θ₁,h)|r∈[r₀+S_c-l₀sinα₂，r₀+S_c+l₀sinα₂],h∈[h₁,h₁+l₀(1-cosα₂)]}；

在所述回转模式下计算所述制动参数以及所述摆动范围，包括：

计算摆臂的制动时间和制动距离，为：摆臂的制动角度为θ₀+θ_d；

则摆臂的摆动范围为：W₁＝{(r,θ,h₀)|r∈(0,r_m],θ∈(θ₀,θ₀+θ_d]}；

计算物体坐标为(r₁,θ₁+ωt,h₁)，物体以小车作为固定端做圆锥摆运动，其角速度为：其中，为圆锥摆运动时缆绳与竖直方向的夹角；

根据方程求解的值，其中F为缆绳的拉力；

则为式中λ为则物体的摆动范围W2为h＝h₁的平面，且以(r₀,θ₀+θ_d,h₁)为圆心，半径为的圆，即

则总的摆动范围为W＝W₁∪W₂。