在干扰风险下用于悬臂的自主安全定向的自动控制方法与流程

本发明总体上涉及起重机，尤其是塔式起重机的。本发明还涉及执行该控制方法的控制系统，以及配备有所述控制系统的起重机。本发明更具体地涉及一种起重机控制方法，其中起重机的悬臂在自动控制状态下是可控的，目的是避免与相邻障碍物碰撞，尤其是相邻起重机的悬臂。因此，本发明在安装并使用至少两台起重机的现场发现最受欢迎的应用，这些起重机的悬臂在相交的工作圆形区域中操作。

背景技术：

1、众所周知，由于地势起伏，可能需要在现场安装并使用多台起重机以覆盖整个建造区域，和/或以实现应用环境的目标。但是，根据起重机安装的位置和分配给它们的任务，它们的作用场地(描述为圆形区域)可能部分重叠。由这些重叠区域(称为干扰区域)引起的问题是，共享干扰区域的起重机在其定向运动期间存在或高或低的风险可能会干扰所谓的干扰区域，并且在最坏的情况下发生碰撞。

2、在不可避免的存在干扰区域的情况下，现场的管理人员必须强制性地为起重机配备安全装置，以防止这些干扰和碰撞的风险，比如：防碰撞系统持续地监测并检测在起重机定向运动中起重机的悬臂是否会遇到障碍物(如另一台起重机的悬臂)；或者工作空间/行程限制器，例如定向限制器。通常，这些装备与控制其定向运动的起重机的控制/命令系统连接并通信。

3、在这种现场，当所有起重机操作者已离开其控制站时，通常将所有的起重机置于风向标状态或停用状态，在这种该状态下，每个定向制动器都被释放，并且悬臂在风的作用下自由转动，从而自然地在风中自身对齐。

4、另一方面，在其中一个起重机处于起重机操作者正在操作的工作状态并且相邻起重机的起重机操作者不在其控制站的特定情况下，必须并且已知的是，将该相邻起重机置于其悬臂的定向的自动控制的状态，使得该相邻起重机不会干扰处于工作状态的起重机的悬臂。

5、由控制/命令系统执行的许多自动控制方法在文献中是可用的，比如下文引用的那些方法，其目的是自动地定向悬臂，以便限制或甚至消除在至少一个干扰区域中的任何干扰风险，以及因此发生碰撞的可能性。

6、文献fr2537119公开了一种应用于两个起重机的自动控制方法，这两个起重机的悬臂在干扰区域中彼此飞越，两个起重机中的第一个的悬臂配备有微波发射器，并且两个起重机中的第二个的悬臂配备有微波接收器。当第二起重机的接收器接收到来自第一起重机的发射器的信号时，两个起重机的悬臂之间的碰撞风险被检测到。在检测到碰撞风险的情况下，自动控制方法被预测以阻止实施第一起重机和/或第二起重机的一个或多个运动的操纵命令。

7、文献ep3495310、ep3495311和fr3030496公开了自动控制方法，其中如果位于干扰区域中的第一起重机的防碰撞系统检测到与第二起重机的碰撞风险，则所述第一起重机执行定向，以便首先离开干扰区域，然后将其自身定位在一种配置中，使得悬臂与风对齐或在基本上平行于风的方向上，该定向根据定向方向完成，使得第一起重机尽可能少地穿过干扰区域。

8、文献us2020/0399098涉及一种自动控制方法，其被设计成使得在运行中的第一起重机和未运行的第二起重机之间存在干扰的风险的情况下，第一起重机停止，然后与第二起重机通信，使得该第二起重机开始运行，并且在与第一起重机的运动相对的定向方向上执行定向，直到两个起重机之间不再存在任何干扰的风险。一旦第二起重机处于安全配置，则第一起重机重新启动并再次继续其定向，从而执行分配给它的任务。

9、类似地，文献fr2876992提出了一种用于将一组干扰起重机带入风向标位置的自动化方法，其中，每个起重机包括自动机，在该自动机中分析与相关起重机的当前状态有关的数据，并将这些数据传送至其他起重机的自动机，并且其特征在于，风向标信号由每个起重机发出，并且其中起重机的自动机仅在由每个其他起重机的自动机发送的信号向其指示工作悬臂未扫过停用的起重机的悬臂所扫过的区域时，才授权将该起重机有效地带入风向标位置。

10、不管它们的性能和效率，这些自动化方法的缺点在于，它们的实施都需要通过硬件和/或软件和/或协议解决方案的设计使干扰的起重机彼此通信，从而允许起重机之间实时地交换干扰计算所需的信息(如在ep3495310、ep3495311和fr3030496的情况下)、运动和停止指令(us2020/0399098)；或者甚至建立优先级规则，该优先级规则(除其他事项外)确定当检测到两台起重机之间的干扰风险时，一台起重机优先于第二起重机的条件，例如取决于它们的状态(工作、空闲、自动等状态)或分配给它们的任务。因此，根据现场的应用和环境背景来建立优先级规则，从而了解/控制所有可能发生的情况。

11、因此，根据应用背景的复杂程度：现场的地形起伏是否不平坦、安装在现场的干扰起重机的数量和干扰区域的范围、分配给干扰起重机的任务等，这些方法的应用在资源方面可能是昂贵的并且是困难的。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种用于保护干扰起重机的自动控制方法，该方法有效且易于实施和使用，其提供处于自动控制状态的起重机的悬臂的自动定向并将其定位在完全自主的安全配置中，也就是说无需与起重机外部的任何系统通信。

2、因此，本发明提出了一种用于在自动控制状态下自动控制起重机的方法，所述起重机包括悬臂和至少一个防碰撞系统，该防碰撞系统适用于检测悬臂的右侧和左侧的碰撞风险，所述悬臂在围绕定向轴线的定向上是可控的并且在工作圆形区域中操作，所述自动控制方法的显著之处在于，当至少一个防碰撞系统检测到在悬臂处于起始角位置时与位于悬臂的右侧或左侧的障碍物的碰撞风险时，实施自动和自主定向步骤，在该自动和自主定向步骤期间，悬臂从起始角位置在定向方向上定向至少直到至少一个防碰撞系统不再检测到碰撞风险，所述定向方向与检测到碰撞风险的右侧或左侧相对。

3、因此，自动控制方法被定义为以起重机和碰撞风险的检测为中心，碰撞风险可能从起重机的悬臂的右侧和/或左侧出现在起重机的工作圆形区域中。进入起重机的工作圆形区域并且检测到有与悬臂碰撞的危险的任何元件只会被视为障碍物。有利地，这意味着无需知道干扰元件的数量和其性质，该干扰元件可能是负载以及另一个起重机的悬臂。这也意味着，如果障碍物是第二起重机，其状态(工作、风向标等)无需知道。

4、当防碰撞系统检测到起重机的悬臂和障碍物之间的碰撞风险时，在被称为自动和自主定向步骤期间，自动控制方法将自动地并且完全自主地(因此不接收外部指令)在与悬臂的检测到碰撞风险的一侧相对的定向方向上，从检测到碰撞风险时悬臂所处的起始角位置执行起重机的悬臂定向，直到至少到达不再检测到碰撞危险的角位置。

5、有利地，对于碰撞风险的检测和自动和自主定向步骤的实施，自动控制方法仅需要最少地至少一个防碰撞系统，该防碰撞系统配备有起重机并且能够检测来自起重机悬臂的左侧和右侧的碰撞风险(当然，并且如下文具体所述，该方法的实施可能需要由起重机的控制/命令系统实施并执行，该控制/命令系统也与至少一个防碰撞系统通信)。没有必要或计划与起重机及其装备外部的系统通信，因此自动控制方法具有自主性。

6、根据本发明的一个特征，在自动和自主定向步骤期间，悬臂在定向方向上从起始角位置开始定向，直到到达或超过第一角位置，该第一角位置与角位置相对应，从该第一角位置至少一个防碰撞系统不再检测到碰撞的风险。

7、根据本发明的一个特征，在自动和自主定向步骤期间，悬臂在定向方向上定向，直到到达或超过预防角位置，该预防角位置位于距离第一角位置预防角距离处。

8、在自动和自主定向步骤期间，自动控制方法首先将起重机的悬臂在与发生碰撞风险检测的一侧相对的定向方向上定向，直到到达被称为第一角位置的角位置，在该角位置不再检测到碰撞风险。但是，为了留出额外的安全裕度以进一步最小化起重机和检测到的障碍物之间的碰撞风险，或者甚至考虑例如至少一个防碰撞系统的精确度/误差，在相同的定向方向上从第一角位置继续定向一定(被称为预防)角距离，直到至少到达被称为预防角位置的角位置。

9、根据本发明的一个实施例，预防角距离是非零的并且可配置的，并且例如在3度至10度之间。

10、换句话说，这种可配置的预防角距离可以在控制方法的定义中考虑。该预防角距离可以例如在3度至10度之间，并且例如大约为5度。根据替代实施例，该值可以是：或者由自动控制方法的设计者固定；或者从将要执行该自动控制方法的操作者指示的值范围中选择，例如在初始设定步骤中。

11、根据本发明的一个特征，自动控制方法包括包含在自动和自主定向步骤中的选择子步骤，选择最终角位置，对于该最终角位置，代表在悬臂和障碍物之间的干扰的风险水平的干扰参数低，并且悬臂在定向方向上定向，直到到达并停止在所述最终角位置。

12、因此，自动和自主定向步骤的目的是将起重机的悬臂从已经检测到与障碍物的碰撞风险的起始角位置定向，直到其停止并定位在被称为最终角位置的安全角位置，在该最终角位置不再有与障碍物碰撞的风险，并且在该最终角位置与一个或多个其他障碍物干扰/碰撞的风险不高。在自动和自主定向步骤期间发生的选择子步骤期间，基于代表干扰的风险水平的干扰参数选择该最终角位置。

13、根据本发明的一个特征，自动控制方法使用代表工作圆形区域的干扰映射，并且其中每个角位置与干扰参数的值相关联，并且在选择子步骤期间，根据干扰参数的值从干扰映射的角位置中选择最终角位置。

14、如上所述，在选择子步骤期间，自动控制方法基于代表起重机的悬臂和障碍物之间的干扰/碰撞的风险水平的干扰参数来选择最终角位置。因此，该自动控制方法依赖于干扰映射，对于该干扰映射，工作圆形区域的每个角位置与该干扰参数的值相关联，使得该值越小，则悬臂和障碍物之间干扰的风险水平越低；该值越大，则干扰的风险水平越高。

15、根据本发明的一个实施例，在干扰映射中，与干扰映射的每个角位置相关联的干扰参数的值或者是固定的或者可以随时间演变。

16、如上所述，可以提出两种类型的映射。在第一种情况下，每个角位置的干扰参数的值是固定的。可以假设起重机的环境在操作者的控制之下，操作者对存在的(多个)干扰区域以及可能与之相关联的干扰的风险水平具有准确的了解。

17、在第二种情况下，每个角位置的干扰参数的值可以随着时间以及在起重机可能执行的各种动作期间演变。因此，在检测到悬臂和一个或多个障碍物之间的碰撞风险时，当所述悬臂定位在角位置或当其定向在角位置时，自动控制方法可以实时地发现并储存新的干扰区域，重新评估已知的干扰区域的干扰的风险水平(实际干扰风险高于操作者估计的干扰风险)，以便随后适应并优化起重机的未来定向运动，这将减少或甚至消除干扰风险。

18、根据本发明的一个特征，通过实施以下步骤构建干扰映射：

19、-初始分割步骤，在该初始分割步骤期间，工作圆形区域被分割成多个角扇区，每个角扇区能够包括一个或多个角位置；

20、-初始设定步骤，在该初始设定步骤期间，多个角扇区中的每一个都与干扰计数器相关联，该干扰计数器表示在相关联的角扇区中悬臂和可能的障碍物之间干扰的风险水平，所述干扰计数器因此构建干扰参数，并且包括在角扇区中的一个或多个角位置的干扰参数的值采用与所述角扇区相关联的干扰计数器的值；

21、-构建步骤，当干扰参数的值已经被计划以随时间演变时，在该构建步骤期间，起重机处于工作状态或自动控制状态，无论悬臂是否运动，并且每次悬臂出现在多个角扇区中的角扇区的角位置中时，并且至少一个防碰撞系统检测到在所述角扇区中的碰撞风险，则所述角扇区中的干扰计数器的值以及因此包括在角扇区中的一个或多个角位置的干扰参数的值递增。

22、映射的构建首先基于初始分割步骤，在该初始分割步骤期间，工作圆形区域被分割成多个角扇区，根据不同的定义模式和映射的实施例，每个角扇区可以包含一个和/或更多个角位置。然后，在初始设定步骤期间，每个角扇区由表示在该角扇区中悬臂和障碍物之间的干扰的风险水平的干扰计数器限定。因此，该角计数器对应于上文所述的干扰参数。因此，包含在角扇区中的一个或多个角位置的干扰参数的值采用所述角扇区的干扰计数器的值。

23、所描述的两个初始步骤足以构成映射，对于该映射，干扰参数的值是固定的。

24、在每个角位置的干扰参数的值实时演变的情况下，并且在起重机可能执行的各种动作期间，实施被称为构建步骤的第三步骤：无论起重机的状态如何，当悬臂定位在角扇区的角位置中并且至少一个防碰撞系统检测到该角扇区中的碰撞风险时，然后干扰计数器的值以及因此包含在该角扇区中的一个或多个角位置的干扰参数的值改变。更准确地说，这意味着当悬臂在检测到碰撞后定向时，其越过的角扇区的干扰计数器的值，从其被定位的起始角扇区递增直到包含第一角位置(排除)的角扇区。

25、根据本发明的一个特征，在选择子步骤期间，包含最终角位置的被称为最终角扇区的角扇区从被称为相邻角扇区的角扇区中选择，其包括：包含预防角位置的被称为预防角扇区的角扇区，以及分布在距离所述预防角扇区给定的极限角距离上的角扇区。

26、根据本发明的一个特征，极限角距离小于或等于360度，并且例如小于或等于180度。

27、换句话说，最终角位置被认为包含在被称为最终角扇区的角扇区中。在选择子步骤期间，自动控制方法将在多个角扇区中选择最终角扇区，在该最终角扇区中完成起重机的定向运动，所述多个角扇区(被称为相邻角扇区)被包括在距离预防角扇区给定的极限角距离中并且包括预防角扇区。

28、极限角距离的值小于或等于360度，因此最多允许一个完整或几乎完整的转动。替代地，极限角距离的值小于或等于180度，因此允许最大为半个转动。

29、在自动控制方法的替代实施例中，可以预定义的极限角距离的该值是固定的。在另一个替代实施例中，该值可以由操作者在例如自动方法的初始设定步骤(其可以对应于映射的初始设定步骤)期间指定的值范围内给出。

30、根据本发明的一个特征，在选择子步骤期间，将相邻角扇区的干扰计数器的值与最小值进行比较，并且将干扰计数器的值低于或等于所述最小值的(多个)相邻角扇区称为安全相邻角扇区，并且最终角扇区从所述(多个)安全相邻角扇区中选择。

31、换句话说，结合前一点，极限角距离包括多个角扇区(被称为相邻角扇区)，该相邻角扇区都是潜在的最终角扇区，在该最终角扇区，自动控制方法可以停止定向运动并定位悬臂。在选择子步骤期间，自动控制方法通过将潜在候选区的干扰计数器的值与干扰计数器的最小值进行比较以执行对潜在候选区的第一次排序，这建立了低阈值，使用该低阈值估计干扰风险是不显著的。干扰计数器的值小于或等于该最小值的相邻角扇区被选择为有希望的候选区，这些相邻角扇区则被称为安全相邻角扇区。

32、根据本发明的一个特征，在选择子步骤期间，最小值对应于相邻角扇区的干扰计数器的最低值，或者对应于以可配置的增量值递增的相邻角扇区的干扰计数器的最低值。

33、用作第一选择标准的最小值可以对应于相邻角扇区的干扰计数器的最低值；或者以可配置的增量值递增的相邻角扇区的干扰计数器的最低值，该增量值可能对应于例如一个或两个增量单位。

34、在第一种情况下，只有具有干扰计数器的最低值的相邻角扇区(也就是说干扰风险最低的角扇区)被认为是安全相邻角扇区。

35、但是，并且根据应用的背景，该值可能相对受限。例如，具有干扰计数器的最低值的(多个)相邻角扇区可能潜在地相对远离预防角扇区，而更靠近预防角扇区的相邻角扇区可能具有肯定高于干扰计数器的最低值的干扰计数器的值，但是其干扰风险保持较低。但是，这些扇区对悬臂的定位可以更有利，因为其靠近已进行检测的扇区；可以假设起重机在其起始角扇区工作并且其需要返回到该扇区。

36、第二种情况的目的是通过在检测到碰撞风险后将悬臂定位在安全扇区和控制应用背景之间提供更好的折衷来解决这一缺点(在上文给出的示例中，通过允许起重机能够尽快返回到其工作的角扇区以避免不必要的时间损失)。

37、根据本发明的一个特征，在选择子步骤期间，从安全相邻角扇区中选择最终角扇区作为安全相邻角扇区，并且最终角扇区为：

38、-或者是角度上最接近预防角扇区的一个；

39、-或者是一方面，干扰计数器的值等于相邻角扇区的干扰计数器的最低值，并且另一方面，是角度上最接近预防角扇区的一个。

40、结合前一点，在应用第一选择标准使得有可以识别极限角距离上的安全相邻角扇区之后，为确定最终角扇区而应用的第二和最后标准是选择安全相邻角扇区，该安全相邻角扇区：

41、-在第一种情况下，具有的干扰计数器的最低值并且在角度上最接近预防角扇区；

42、-在第二种情况下，该安全相邻角扇区的干扰计数器的值低于限定的最小值(但是不对应于干扰计数器的最小值)，并且该安全相邻角扇区在角度上接近预防角扇区。

43、在这两种情况下，根据干扰计数器的值，所选择的最终角扇区可以是预防角扇区。此时，这意味着当自动控制方法将悬臂定向在预防角扇区时，悬臂的自动和自主定向的步骤结束。如果不是，则自动控制方法必须在将预防角扇区与确定的最终角扇区分隔开的特定角距离上再次定向悬臂。

44、根据本发明的一个特征，在选择子步骤期间，将相邻角扇区的干扰计数器的值与最大值进行比较，并且将干扰计数器的值大于或等于所述最大值的(多个)相邻角扇区称为危险相邻角扇区，

45、并且其中，一方面通过包括的预防角扇区，并且另一方面通过危险相邻角扇区或者通过从预防角扇区(排除)开始的危险相邻角扇区的第一扇区，从在限定的安全角区间中延伸的相邻角扇区中选择最终角扇区；

46、使得在悬臂的自动定向的步骤期间，悬臂不会到达并且不会超过从预防角扇区开始的危险相邻角扇区的所述第一扇区或者所述危险相邻角扇区。

47、根据本发明的一个特征，在选择子步骤期间，最终角扇区被选择为在安全角区间中具有干扰计数器的最低值的相邻角扇区，而与位于所述安全角区间之外的相邻角扇区的干扰计数器的值无关。

48、当应用第一选择标准时，包括在极限角距离中的相邻角扇区的干扰计数器的值也与对应于阈值的最大值进行比较，对于该阈值，在悬臂和障碍物之间的干扰风险非常高。

49、具有大于该值的干扰计数器值的任何角扇区都被认为是危险相邻角扇区。取决于应用环境，极限角距离可以包括一个或多个危险相邻角扇区(连续的或不连续的)。自动控制方法的目的是在到达一个或多个危险相邻角扇区的第一扇区之前停止悬臂的定向。

50、如果识别出至少一个危险相邻角扇区，则自动控制方法将修改其选择标准，即，通过选择包括在安全角区间中的(多个)相邻角扇区中具有干扰计数器的最小值的相邻角扇区作为最终角扇区，该安全角区间由预防角扇区以及在定向运动的方向上可能遇到的危险相邻角扇区的第一扇区限定(该危险相邻角扇区被排除在安全角区间之外)。如上文所述，根据包括在安全角区间中的角扇区的干扰计数器的值，最终角扇区可以对应于预防角扇区。

51、根据本发明的一个特征，在选择子步骤期间，最终角位置在最终角扇区中对应于空间上最接近所包含的预防角位置的角位置。

52、换句话说，一旦选择/识别了最终角扇区，则自动控制方法将选择包含在空间上最接近预防角位置的最终角扇区中的角位置作为放置起重机的最终角位置，也就是说，使得预防角位置和该最终角位置之间的角距离最短。

53、根据本发明的一个特征，在初始分割步骤期间，工作圆形区域被分割成至少36个角扇区。

54、根据本发明的一个实施例，在初始分割步骤期间，工作圆形区域被分割成至少120个等角扇区。

55、根据本发明的一个实施例，在初始设定步骤期间，多个角扇区中的每一个的干扰计数器的值是在所述控制方法中限定的最小值。

56、至少提供干扰映射的构建，在初始分割步骤期间，工作圆形区域被分割成至少36个角扇区，这些角扇区可以是等距的或不等距的，也就是说包含或不包含相同数量的角位置。

57、根据本发明的不同实施例，默认干扰映射被提供给操作者，因此工作圆形区域被分割成120个等角扇区，也就是说每个角扇区具有3度的角距离，或3个角位置。所述实施例可以提出这种分割是固定的，或者可由操作者修改。

58、此外，根据给定实施例，默认干扰映射提出干扰计数器的值的分配，使得在起重机的初始操作状态(t＝0)，所有角扇区的干扰计数器的值是可能可定义的最小值，这意味着所有角扇区最初被认为是无风险的。

59、本发明还涉及一种用于在自动控制状态下自动控制起重机的自动控制系统，所述起重机包括悬臂以及至少一个防碰撞系统，该防碰撞系统适用于检测悬臂的右侧和左侧的碰撞风险，所述悬臂在围绕定向轴线的定向上是可控的并且在工作圆形区域中操作，所述自动控制系统与至少一个防碰撞系统通信/交换信息并且控制悬臂，并且其中所述自动控制系统被设计成当该悬臂处于角位置时，在至少一个防碰撞系统检测到与位于悬臂的右侧或左侧的障碍物的碰撞风险时，包含并执行包括与根据本发明所述的自动控制方法的实施相关的指令列表的程序。

60、换句话说，在本发明的范围内提出的自动控制方法由自动控制系统实施然后执行，所述自动控制系统控制起重机的定向运动，并连接到与其通信的至少一个防碰撞系统。因此，当至少一个防碰撞系统检测到处于起重机的右侧或左侧的碰撞风险时，它将该信息传送到自动控制系统，该自动控制系统随后将通过实施构建步骤，接着是自动定向和选择步骤以应用自动控制方法。自动控制系统并不完全是电子卡、或处理器、或控制器、或计算机或这些元件的所有或部分的组合。

61、本发明还涉及一种可自动控制的起重机，其包括悬臂和适用于检测悬臂的右侧和左侧的碰撞风险的至少一个防碰撞系统，所述悬臂在围绕定向轴线的定向上是可控制的并且在工作圆形区域中操作，所述可自动控制的起重机还包括根据本发明所述的自动控制系统，并且与至少一个防碰撞系统以及悬臂通信/交换信息，从而控制该悬臂在自动控制状态下的旋转。