一种塔机智能吊具及其电动解锁绳控制方法与流程

1.本发明涉及塔机技术领域，特别涉及一种塔机智能吊具及其电动解锁绳控制方法。


背景技术：

2.塔式起重机简称塔机，亦称塔吊，因其作业空间大，是建筑工地上一种必不可少的设备。由于塔机的塔身高，且操作室都是位于塔身顶端，在塔机工作过程中，由于视距较远、建筑遮挡物、光线等原因，驾驶员很难直接观察吊具处的作业状况，影响作业效率，并存在安全隐患。
3.且现有技术中的塔机吊具是普通的钩头设计，由钩体和保险锁组成，基本是通过绳子吊装带完成吊挂，落料现场人工推拉辅助调整定位和方向完成落料，且一般都是人工解绳，全过程需要人员操控和专业资格操作人员完成。不仅自动化程度低，且浪费人力资源。即使有电动解绳，也没有与图像识别等参数结合，无法完整精准控制。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种塔机智能吊具及其电动解锁绳控制方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
5.在一个可选地实施例中，一种塔机智能吊具，包括：壳体和设于壳体内的图像采集模块、测距模块、定位模块、称重模块、避障模块和电动回转模块；壳体顶部设有无线通信模块，无线通信模块的一侧设有人机交互模块；所述电动回转模块的输出端穿过壳体底部并连接吊具，吊具的一侧设有电动解锁绳机构，用于解锁吊具上的物料绳；所述无线通信模块与塔机中的控制模块相连，用于将所述图像采集模块、测距模块、避障模块、人机交互模块、定位模块和称重模块采集的数据发送到控制模块，并接收控制模块返回的控制参数调控电动回转模块的旋转角度和电动解锁绳机构的启停。
6.在一个可选地实施例中，所述壳体可拆卸地连接于吊具高度制动机构。
7.在一个可选地实施例中，所述测距模块包括：超声波测距传感器、雷达测距传感器、激光多点测距传感器和激光雷达测距传感器、气压高度传感器，用于感知预设距离内目标的位置，并获取目标的三维模型，建立三维点云图。
8.在一个可选地实施例中，所述人机交互模块包括：手势识别单元，用于采集和识别用户的手势信息；语音识别单元，用于采集和识别用户的语音信息；
语音播报单元，用于与用户进行语音交流；危险预警单元，用于在识别到危险情况时，发出提示信息，并自动开启保险设备；体感交互单元，用于通过vr眼镜进行体感操作控制。
9.在一个可选地实施例中，还包括：电源模块，用于给所述智能吊具供电；其中，所述电源模块具有工作唤醒模式和设备启动自检功能，为带有充电电路的锂电池，该充电电路与吊具上的发电机连接；照明控制模块，用于根据工地现场的光线明暗，自动调控照明补光设备；电磁兼容性防干扰防护外壳，设置于所述吊具架上。
10.在一个可选地实施例中，所述无信通信为5g、4g、wifi或lora物联网组成的自主专用多频段数据通信网络。
11.第二方面，本技术实施例提供了一种塔机智能吊具电动解锁绳控制方法，包括：判断物料与地面的距离是否小于预设距离阈值；当物料与地面的距离小于预设距离阈值时，根据定位盒摆放的方向信息和位置信息以及吊具的方向信息，控制吊具自动旋转，以对应物料的方向定向摆放；判断物料是否到达地面；当物料到达地面时，吊具自动下落到预设高度，并自动进行吊具解锁和解绳。
12.在一个可选地实施例中，判断物料是否到达地面，包括：通过称重传感器采集吊具上的物料重量；通过摄像头采集吊装钢丝绳的松紧状态图像，将所述松紧状态图像输入预训练的图像分类模型，得到钢丝绳的松紧状态；当所述物料重量小于预设阈值且钢丝绳处于松弛状态时，确定物料到达地面。
13.在一个可选地实施例中，自动进行吊具解锁和解绳，包括：通过动力把钢丝绳从钩头中用螺旋线旋转方式顶出，以实现解绳。
14.在一个可选地实施例中，还包括：接收体感交互单元传送的控制信息；根据体感交互单元传送的控制信息控制吊具的方向和位置，以对应物料的方向定向摆放；并在物料到达地面时，控制吊具自动下落到预设高度，且进行吊具解锁和解绳。
15.本技术实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：根据本技术实施例提供的智能吊具，通过在吊具上安装测距模块、图像采集模块、电动回转模块、避障模块、无线通信模块等，实现即时地图构建与定位，实现吊装作业时较为全面的环境信号采集，自动规划最优运输路径及自主判断障碍、躲避障碍物，实现了吊具自动调整，自动解锁绳，可以完成自主吊挂、精准控制落料和定位调整功能。可以实现无人化吊挂和抓取运输。有效提高了塔机作业的效率，并提高了作业安全性。
16.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
17.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
18.图1是根据一示例性实施例示出的一种智能塔机吊具的结构示意图；图2是根据一示例性实施例示出的一种智能塔机吊具的结构示意图；图3是根据一示例性实施例示出的一种智能塔机吊具的结构示意图；图4是根据一示例性实施例示出的一种智能吊具的通信示意图；图5是根据一示例性实施例示出的一种智能吊具的结构示意图；图6是根据一示例性实施例示出的一种智能吊具的解绳结构示意图；图7是根据一示例性实施例示出的一种智能吊具的解锁结构示意图；附图说明：1、图像采集模块，2、超声波测距传感器，3、雷达测距传感器，4、激光测距传感器，5、避障模块，6、手势识别和语音识别单元，7、窄带无线通信单元，8、gps定位单元，9、姿态检测单元，10、高度检测单元，11、电动回转单元，12、称重单元，13、钩头偏移范围检测控制单元，14、激光雷达测距传感器，15、语音播报单元，16、危险预警单元，17、宽带无线路由器，18、供电单元，19、电源管理单元，20、照明控制模块。
具体实施方式
19.以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。
20.应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
21.下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的系统和方法的例子。
22.现有技术中，塔机吊具是普通的钩头设计，由钩体和保险锁组成，基本是通过绳子吊装带完成吊挂，落料现场人工推拉辅助调整定位和方向完成落料，且一般都是人工解绳，全过程需要人员操控和专业资格操作人员完成。不仅自动化程度低，且浪费人力资源。即使有电动解绳，也没有与图像识别等参数结合，无法完整精准控制。
23.基于此，本技术实施例提供了一种智能塔机吊具，通过开发研制智能塔机使用的电动回转吊具，完成自主吊挂、运送和精确落料工作。
24.下面将结合附图123对本技术实施例提供的一种塔机智能吊具进行详细介绍。参见图123，该智能吊具包括：壳体和设于壳体内的图像采集模块，测距模块、避障模块、、定位模块、电动回转模块，壳体顶部设有无线通信模块，无线通信模块的一侧设有人机交互模块。
25.在一个可选地实施例中，壳体可拆卸地连接于吊具高度制动机构。就是吊具上面的钢丝绳制动机构，驱动吊具整体上下左右移动。该吊具可以整体移除，不是只能更换吊
具，方便更换和维修，也方便将吊具换为抓具、吊钩等其他部件，拓宽了使用范围。
26.电动回转模块的输出端穿过壳体底部并连接吊具，吊具的一侧设有电动解锁绳机构，用于解锁吊具上的物料绳，无线通信模块与塔机中的控制模块相连，用于将图像采集模块、测距模块、避障模块、人机交互模块、定位模块和称重模块采集的数据发送到控制模块，并接收控制模块返回的控制参数调控电动回转模块的旋转角度和电动解锁绳机构的启停。
27.具体地，本技术实施例提供的电动回转模块，包括：气压高度传感器，用于采集物料的高度信息；称重传感器，用于采集物料的重量；电动回转单元，用于根据定位盒摆放的方向信息和位置信息以及吊具的方向信息，控制吊具自动旋转，以对应物料的方向定向摆放；电动解绳单元，用于自动进行吊具解锁和解绳。
28.在一种可能的实现方式中，通过气压高度传感器采集物料的高度，根据采集的高度判断物料与地面的距离是否小于预设距离阈值，当物料与地面的距离小于预设距离阈值时，例如，物料与地面的距离较近时，根据定位盒摆放的方向信息和位置信息以及吊具的方向信息，控制吊具自动旋转，以对应物料的方向定向摆放。
29.进一步地，判断物料是否到达地面，通过称重传感器采集吊具上的物料重量；通过摄像头采集吊装钢丝绳的松紧状态图像，将松紧状态图像输入预训练的图像分类模型，得到钢丝绳的松紧状态；当物料重量小于预设阈值且钢丝绳处于松弛状态时，确定物料到达地面。
30.当物料到达地面时，称重传感器可以感知到重量的改变，摄像头可以看到吊装钢丝绳不再保持拉紧状态，会产生松弛，当传感器感知的重量为0时，说明物体已经落到地面，这时吊具会继续下落到一定高度，就可以进行吊具解锁和解绳工作。
31.图6是根据一示例性实施例示出的一种智能吊具的解绳结构示意图；图7是根据一示例性实施例示出的一种智能吊具的解锁结构示意图。具体地，在物料到达地面后，自动控制电动解绳机构开启，解绳装置通过动力把钢丝绳从钩头中用螺旋线旋转方式顶出，以实现解绳。
32.通过电动回转功能，吊具根据方向数据电动调节吊具方向，实现物料的定向摆放，完成自动调节物料的落料方向和位置，完成自主吊挂、运送和精确落料工作。
33.在一个可选地实施例中，智能吊具还包括图像采集模块1，通过图像采集模块1采集吊具附近的图像，然后将采集的图像通过无线通信模块发送给塔机的控制模块，塔机的控制模块对接收到的图像进行处理，即可识别出吊具附近的物体或人员，从而进行避障或路径规划。
34.在一个可选地实施例中，图像采集模块1可为网络高清变焦摄像头，在拍摄不同距离的物体时，采用网络高清变焦摄像头，能够自动变焦从而实现高清拍摄。拍摄的图像经传输后可同时展示在塔机的驾驶室内安置的显示屏上，使得驾驶员在掌握了吊具周围环境整体情况基础上还能够获得局部环境情况，以便作出更准确的判断和作业操作。
35.可选地，也可以将采集的图像发送到移动终端的操作手柄。供操作人员查看，以便作出更准确的判断和作业操作。
36.在一个可选地实施例中，，智能吊具还可以通过测距模块感知识别目标。测距传感器可设置在吊具本体的四周，针对不同的物体采用不同的测距方式。
37.例如，本技术实施例中的测距模块包括超声波测距传感器2，针对透明物体（如玻
璃），采用超声波测距的方式。由传感器头发射超声波，并再次通过传感器头接收目标物反射回来的超声波，超声波测距传感器2可通过测量从发射到接收的“时间”来测量到目标物的距离。
38.可选地，本技术实施例中的测距模块还包括雷达测距传感器3、激光测距传感器4，针对形状复杂的物体，采用激光或毫米波雷达，毫米波雷达采用的是波长1cm以下，频率30ghz以上的高频电磁波，直线传播能力强，几乎不受气象条件影响。激光测距采用tof( time of flight )，是以脉冲发射的激光到达物体并返回的这段时间，并根据光速计算出距离。发射机在定时器控制下，产生高频大功率的脉冲串，通过收发开关到达定向天线，以电磁波形式向外辐射。在天线控制设备的控制下，天线波束按照指定方向在空间扫描，当电磁波照射到目标上，二次散射电磁波的一部分到达雷达天线，经收发开关至接收机，进行放大、混频和检波处理后，送到雷达终端设备，能判断目标的存在、方位、距离、速度等。
39.可选地，本技术实施例中的测距模块还包括激光雷达测距传感器14，激光雷达测距传感器14通过发射和接收激光束，分析激光遇到目标对象后的折返时间，计算出到目标对象的相对距离，并利用此过程中收集到的目标对象表面大量密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，快速得出被测目标的三维模型以及线、面、体等各种相关数据，建立三维点云图，绘制出环境地图，并且把环境地图传输到塔机的控制模块。
40.控制模块通过分析点云环境地图里物体的形状、位置，把具体参数发送到姿态检测单元9、高度检测单元10，并且控制电机转速和转矩，从而控制塔吊运行在合适的高度和位置。
41.在一个可选地实施例中，本技术实施例中的智能吊具还包括人机交互模块，其中，人机交互模块包括手势识别和语音识别单元6，用于获取用户的手势信息以及语音信息，例如，将降噪麦克风设置在吊具上，获取吊装物料处操作人员的指令，将摄像机设置在吊具上，获取操作人员的手势。将获取的手势和语音信息发送到塔机控制模块，塔机控制模块通过内设的语音识别单元、手势识别单元对接收到的数据进行处理，并返回控制信息。可以近距离控制塔机的吊具调整位置，实现吊挂时的微调动作。
42.可选地，人机交互模块还包括语音播报单元15，通过内置扬声器实现与用户语音交流。可以播放危险提示信息、吊具所载物料重量信息、吊具所载物料超重提醒信息等。
43.可选地，人机交互模块还包括危险预警单元16，危险预警单元16与控制模块连接，当吊具本体进入障碍物预警范围内，控制模块输出预警信号给危险预警单元16，使危险预警单元16的蜂鸣器发出间歇性长度一致的蜂鸣声，声光报警器闪烁红灯，并通过语言播报单元16进行语音提示。
44.可选地，当吊具本体进入障碍物报警范围内，控制模块输出报警信号给危险预警单元16，使危险预警单元16的蜂鸣器发出急促的长度不一的蜂鸣声，声光报警器闪烁红灯并自动开启保险设备，通过急停保险、拉绳等设施自动规避危险。
45.在一个可选地实施例中，智能吊具还包括避障模块5，可采用光流避障传感器，设置于吊具本体空腔内部。
46.可选地，本技术实施例提供的智能吊具，还包括体感控制单元，可以通过vr眼镜实现眼控定位，实现体感操作控制。例如，接收体感交互单元传送的控制信息；根据体感交互单元传送的控制信息控制吊具的方向和位置，以对应物料的方向定向摆放；并在物料到达
地面时，控制吊具自动下落到预设高度，且进行吊具解锁和解绳。
47.本技术实施例的智能吊具，通过设置人机交互模块，可以实现人机交互参与控制，可以实现危险预警，大大提高吊具的智能性以及作业时的安全性。
48.在一个可选地实施例中，智能吊具还包括定位模块，其中，包括gps定位单元8，可选用差分高精度gps定位系统，设置在吊具本体空腔内部，用于检测吊具的位置信息。包括姿态检测单元9，可选用9轴姿态传感器，设置在吊具本体空腔内部，用于检测并调控吊具的方向信息。定位模块与控制模块无线通信连接，将吊具的位置、方向发送给控制模块。当进行物料自主投放时，可以根据放置物料处的定位盒摆放的方向信息和位置信息以及定位检测的吊具方向信息和位置信息，控制吊具自动旋转，以对应物料的方向定向摆放。
49.在一个可选地实施例中，为了保障智能吊具平稳运行，还包括电源模块，用于给智能吊具供电。其中，电源模块为带有充电电路的蓄电池，该充电电路与吊具上的发电机连接。
50.具体地，智能吊具内设置了供电单元18，供电单元18包括蓄电池和发电机，发电机和滑轮一起转动发电，从而给蓄电池供电，且通过电源管理单元19进行电源管理，解决了智能吊具的供电问题。
51.在一个可选地实施例中，智能吊具还包括电磁兼容性防干扰防护外壳，设置于所述吊具上。通过设置电磁兼容性防干扰防护外壳，可以避免吊具架上的电子设备常年暴露在外，避免电子设备被雨水浸湿，导致设备老化、损坏的问题。还可避免电磁干扰，实现自动选择更换吊具。
52.在一个可选地实施例中，智能吊具还包括照明控制模块20，与无线通信模块和电源模块连接，可为一种灯光设备，设置于吊具本体外侧，用于根据工地现场的光线明暗，自动开启或关闭。
53.具体地，控制模块根据传输的三维点云地图信息，能够分析出工地现场的光线明暗情况，当工地现场光线较暗时，控制照明设备自动开启，可自动与防震增稳云台摄像头同步角度，给摄像头补光。当工地现场摄像头较暗时，控制照明设备自动关闭，实现节约用电。
54.可选地，本技术实施例中的无线通信模块包括窄带无线通信单元7和宽带无线路由器17，有自组网能力，实现通信和无线网络传输、图传和数传功能。
55.根据本技术实施例提供的智能吊具，通过在吊具上安装测距模块、图像采集模块、电动回转模块、避障模块、无线通信模块等，能实现实现自主吊挂和运送，实现落料方向和位置自动调整和摆放，实现精准控制落料和定位调整，实现电动解绳。有效提高了塔机作业的效率，并提高了作业安全性。
56.图4是根据一示例性实施例示出的一种智能吊具的通信示意图，如图4所示，智能吊具与物料放置位置处的定位盒无线通信连接，定位盒感知的方向、位置信号可以无线传输给智能吊具，根据定位盒的方向、位置数据电动调节吊具方向，实现物料的定向摆放，完成自动调节物料的落料方向和位置。智能吊具还与塔机上的控制模块无线通信连接，用于将智能吊具上的各个传感器采集的数据发送给控制模块，并接收控制模块返回的控制指令。
57.图5是根据一示例性实施例示出的一种智能吊具的结构示意图，如图5所示，智能吊具包括网络高清变焦摄像头、超声波测距传感器、微波、毫米波雷达测距传感器、激光测
距传感器、2-3d旋转和固态激光雷达测距传感器、光流避障单元、手势识别和语音识别合成模块、扬声器和功放信号传输模块、自动危险提示声光模块、差分高精度北斗gps定位模块、9轴姿态检测模块、高度传感器模块、电源管理模块以及照明和自动补光控制模块。
58.本技术实施例还提供了一种塔机智能吊具电动解锁绳控制方法，包括：判断物料与地面的距离是否小于预设距离阈值，例如，通过气压高度传感器采集物料的高度，根据采集的高度判断物料与地面的距离是否小于预设距离阈值，当物料与地面的距离小于预设距离阈值时，例如，物料与地面的距离接近时，根据定位盒摆放的方向信息和位置信息以及吊具的方向信息，控制吊具自动旋转，以对应物料的方向定向摆放。其中，预设阈值的具体取值可根据实际情况自行设定。
59.进一步地，判断物料是否到达地面，通过称重传感器采集吊具上的物料重量；通过摄像头采集吊装钢丝绳的松紧状态图像，将松紧状态图像输入预训练的图像分类模型，得到钢丝绳的松紧状态；当物料重量小于预设阈值且钢丝绳处于松弛状态时，确定物料到达地面。
60.在一个示例性场景中，当物料到达地面时，称重传感器可以感知到重量的改变，摄像头可以看到吊装钢丝绳不再保持拉紧状态，会产生松弛，当传感器感知的重量为0，钢丝绳处于松弛状态时，说明物体已经落到地面，这时吊具会继续下落到一定高度，就可以进行吊具解锁和解绳工作。解绳装置通过动力把钢丝绳从钩头中用螺旋线旋转方式顶出，以实现解绳。
61.根据本技术实施例提供的智能吊具，可以在无人时自主进行物料的抓取和投放，提高作业效率。
62.在一个可选地实施例中，还包括：接收体感交互单元传送的控制信息，例如，用户通过ar眼镜、可采集用户手势的ar手套等设备对智能吊具进行控制，根据体感交互单元传送的控制信息控制吊具的方向和位置，以对应物料的方向定向摆放；并在物料到达地面时，控制吊具自动下落到预设高度，且进行吊具解锁和解绳。
63.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
64.以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。