一种基于无线定位的塔吊吊装系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种基于无线定位的塔吊吊装系统，包括：定位卡、基站、终端和吊装设备；所述定位卡设置于吊装设备和需要吊装的位置上，所述定位卡、基站和吊装设备分别与终端实现无线通信；所述定位卡用于记录定位卡向基站发送无线信号的第一发送时间和接收到基站无线信号的第一接收时间；所述基站接收定位卡所传送的第一发送时间和第一接收时间，结合基站本身对定位卡接收和发送无线信号的第二接收时间和第二发送时间，计算出定位卡与基站之间的距离；所述终端根据定位卡和基站之间的距离及其位置信息对吊装设备进行控制。本发明能够精确定位吊装位置与吊装设备的吊钩在三维空间中的关系，节约了成本，同时提高了安全性。
【专利说明】-种基于无线定位的塔吊吊装系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种塔吊吊装系统，尤其涉及一种基于无线定位的塔吊吊装系统。
【背景技术】
[0002] 由于塔吊设备非常庞大，但是要将设备吊装到制定位置却越来越困难，主要体现 在操作人员在高空操作机械，而吊装的物品却离操作人员很远，操作人员一个人全靠眼睛 和经验很难将设备吊装到指定位置；现在传统的解决方案是：一个人操作吊装设备，另一 个通过对讲机告知造作人员吊装物品与指定位置之间的关系，指挥吊装人员将物品吊装到 指定位置。
[0003] 现有技术的这种方案吊装速度慢，效率底下，操作繁琐；而要解决这个问题，也有 人想到用视频技术，将摄像头安装在吊装设备上，但是这样还是会存在以下几个问题：1、摄 像头的安装位置，安装在吊装设备的缆绳，会被吊装物品遮挡；装在吊臂上，离物品远，效果 不佳；2、视频传输，视频数据量大，需要有线才能将视频画面传输到操作室内，安装麻烦，且 易损坏；3、成本高；4、操作人员操作起来依旧繁琐。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是通过无线定位技术，让吊装人员直接在操作室内， 在不用他人协助的条件下，方便且高效地将吊装物品吊装到指定位置。
[0005] 对此，本发明提供一种基于无线定位的塔吊吊装系统，包括：定位卡、基站、终端和 吊装设备；所述定位卡设置于吊装设备和需要吊装的位置上，所述定位卡、基站和吊装设备 分别与终端实现无线通信；所述定位卡用于记录定位卡向基站发送无线信号的第一发送时 间和接收到基站无线信号的第一接收时间，并通过无线信号将第一发送时间和第一接收时 间传送给基站；所述基站接收定位卡所传送的第一发送时间和第一接收时间，结合基站本 身对定位卡接收和发送无线信号的第二接收时间和第二发送时间，计算出定位卡与基站之 间的距离；所述终端根据定位卡和基站之间的距离及其位置信息对吊装设备进行控制。
[0006] 通过定位卡向基站发送无线信号的第一发送时间、定位卡接收到基站无线信号的 第一接收时间、基站对定位卡接收无线信号的第二接收时间和基站对定位卡发送无线信号 的第二发送时间，能够得出定位卡与基站之间无线信号通信所需要的时间，通过该时间能 够计算出定位卡与基站之间的距离；进一步地，所述终端通过定位卡和基站各自的位置信 息，便能够得到定位卡与基站之间的位置关系，进而以基站为基准点，控制吊装设备将吊装 物品吊装到需要吊装的位置上。
[0007] 本发明的进一步在于，所述定位卡包括相互连接的控制器芯片和基于UWB的定位 芯片。所述UWB为超带宽技术，通过基于UWB的定位芯片结合双边对称测距算法，能够精确 定位到吊装设置的吊钩位置以及需要吊装的位置。
[0008] 本发明的进一步在于，通过双边对称测距公式得到定位卡与基站之间的无线信号 所需要的传输时间T0F，进而得到定位卡与基站之间的距离D，距离D = T0F*光速；所述传 输时间T0F=(2Tkk-Tsp-2Tsk+Tkp+T kf-Tsf)/4其中，Tkk为第一接收时间，所述第一接收时间为定 位卡接收到基站发送的回复信号时定位卡的时间戳所记录的时间；Tsp为第一发送时间，所 述第一发送时间为定位卡发送定位信号时，定位卡的时间戳所记录的时间；T sk为第二发送 时间，所述第二发送时间为基站接收到定位信号后发送回复信号给定位卡时基站的时间戳 所记录的时间；T kp为第二接收时间，所述第二接收时间为基站接收到定位信号时基站的时 间戳所记录时间；Tkf为基站接收到定位卡所传送的时间信息时基站的时间戳所记录的时 间，T sf为定位卡发送Tkk和Tsp给基站时定位卡的时间戳所记录的时间。
[0009] 本发明的进一步在于，所述基站安装在吊装设备操控室下的铁架平台上，所述铁 架平台用于升高塔吊。
[0010] 本发明的进一步在于，所述基站的数量为至少三个，其中一个基站安装在吊装设 备的回转支座附近，其余基站分别安装在建筑顶层的两个角上，以实现三维定位。
[0011] 本发明的进一步在于，所述定位卡包括第一定位卡和第二定位卡，所述第一定位 卡安装在吊装设备的挂钩上，用于实时传送定位数据；所述第二定位卡安装在需要吊装的 位置上，进而使得基站定位到这两个定位卡在三维定位中的位置。
[0012] 本发明的进一步在于，所述三个基站的坐标为Jl (0, 0, Zl)、J2 (x2, y2, Z2)和 J3(x3, y3, z3)，所述第二定位卡的坐标为card(x4, y4, z4);首先在施工图纸中测出x2、y2、 x3和y3,并通过三个基站之间的双边对称测距得到相互之间的距离为dl、d2和d3,根据公 式
【权利要求】
1. 一种基于无线定位的塔吊吊装系统，其特征在于，包括：定位卡、基站、终端和吊装 设备；所述定位卡设置于吊装设备和需要吊装的位置上，所述定位卡、基站和吊装设备分别 与终端实现无线通信；所述定位卡用于记录定位卡向基站发送无线信号的第一发送时间和 接收到基站无线信号的第一接收时间，并通过无线信号将第一发送时间和第一接收时间传 送给基站；所述基站接收定位卡所传送的第一发送时间和第一接收时间，结合基站本身对 定位卡接收和发送无线信号的第二接收时间和第二发送时间，计算出定位卡与基站之间的 距离；所述终端根据定位卡和基站之间的距离及其位置信息对吊装设备进行控制。
2. 根据权利要求1所述的基于无线定位的塔吊吊装系统，其特征在于，所述定位卡包 括相互连接的控制器芯片和基于UWB的定位芯片。
3. 根据权利要求1所述的基于无线定位的塔吊吊装系统，其特征在于，通过双边对称 测距公式得到定位卡与基站之间的无线信号所需要的传输时间TOF，进而得到定位卡与基 站之间的距离D，距离D = TOF*光速；所述传输时间T0P=(2Tkk-Tsp-2Tsk+T kp+Tkf-Tsf)/4,其 中，Tkk为第一接收时间，所述第一接收时间为定位卡接收到基站发送的回复信号时定位卡 的时间戳所记录的时间；Tsp为第一发送时间，所述第一发送时间为定位卡发送定位信号 时，定位卡的时间戳所记录的时间；Tsk为第二发送时间，所述第二发送时间为基站接收到 定位信号后发送回复信号给定位卡时基站的时间戳所记录的时间；Tkp为第二接收时间，所 述第二接收时间为基站接收到定位信号时基站的时间戳所记录时间；Tkf为基站接收到定 位卡所传送的时间信息时基站的时间戳所记录的时间，Tsf为定位卡发送Tkk和Tsp给基站时 定位卡的时间戳所记录的时间。
4. 根据权利要求1至3任意一项所述的基于无线定位的塔吊吊装系统，其特征在于，所 述基站安装在吊装设备操控室下的铁架平台上，所述铁架平台用于升高塔吊。
5. 根据权利要求4所述的基于无线定位的塔吊吊装系统，其特征在于，所述基站的数 量为至少三个，其中一个基站安装在吊装设备的回转支座附近，其余基站分别安装在建筑 顶层的两个角上，以实现三维定位。
6. 根据权利要求5所述的基于无线定位的塔吊吊装系统，其特征在于，所述定位卡包 括第一定位卡和第二定位卡，所述第一定位卡安装在吊装设备的挂钩上，用于实时传送定 位数据；所述第二定位卡安装在需要吊装的位置上，进而使得基站定位到这两个定位卡在 三维定位中的位置。
7. 根据权利要求6所述的基于无线定位的塔吊吊装系统，其特征在于，所述三个 基站的坐标为Jl(〇,〇，zl)、J2(x2，y2，z2)和J3(x3，y3，z3)，所述第二定位卡的坐标为 card(x4, y4, z4);首先在施工图纸中测出x2、y2、x3和y3,并通过三个基站之间的双边对称 测距得到相互之间的距离为dl、d2和d3,根据公式
计算出zl、z2和z3 ;然后通过第二定位卡与基站之间的双边对称测距得到第二定位卡到各 个基站之间的距离kl、k2和k3,进而通过公式
出第二定位卡的坐标。
8. 根据权利要求6所述的基于无线定位的塔吊吊装系统，其特征在于，当定位到需要 吊装的位置信息后，所述终端记录下第二定位卡的位置信息后将第二定位卡拿走；所述终 端建立三维立体图或二维图，以实时显示吊装设备需要向左或向右的旋转角度、向前或向 后的吊装距离以及高度差。
9. 根据权利要求8所述的基于无线定位的塔吊吊装系统，其特征在于，所述吊装设备 通过终端显示数据，将物品吊装到两个定位卡在坚直方向上重合后，再通过高度差的数据 将物品下降，直到达到两个定位点完全重合。
10. 根据权利要求8所述的基于无线定位的塔吊吊装系统，其特征在于，通过第二定位 卡的坐标信息与第一定位卡的实时坐标计算第一定位卡与第二定位卡之间的角度a，进而 控制吊装设备向左或向右旋转角度a ;直到度a等于0时，实时计算第一定位卡与第二定位 卡之间的距离d，进而控制吊装设备向前或向后移动距离d ;直到距离d等于0时，实时计算 第一定位卡与第二定位卡之间的距离h，进而控制吊装设备向下释放吊装物品到吊装位置。
【文档编号】B66C23/16GK104355233SQ201410505434
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】杨方明, 常瑞, 徐跃福 申请人:深圳市翌日科技有限公司