用于塔机监控系统的供电系统、塔机监控系统及塔机的制作方法

本发明涉及工程安全技术领域，具体地，涉及一种用于塔机监控系统的供电系统、塔机监控系统及塔机。

背景技术：

随着科技与经济的发展，建筑工程规模不断增大，相应地，塔机的高度更高、臂长更长，随之塔机上的司机的视线盲区越来越大，由此吊钩摆动带来的安全性问题越发严重。在此情况下，越来越多的人选择在塔机的小车及吊钩上安装传感器，通过传感器来监测吊钩的运行轨迹以确保现场的人员及财物的安全。目前为止，小车及吊钩上的传感器主要采用锂电池的方式进行供电，这种方式需要相关工作人员不断地更换蓄电池。

为了避免不断更换蓄电池的缺陷，现有技术中有人尝试通过导轨实现小车和起重臂的根部间的充电，但其为接触式的有线充电。随着有线充电装置的不断磨损或在室外长时间的暴露，会导致无法充电或导电体逐渐外露等缺陷，这对本身全是导电体的塔机而言，存在巨大的漏电风险。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于塔机监控系统的供电系统、塔机监控系统及塔机，其解决了吊钩与起重臂的根部无相对固定位置而导致无法实现对吊钩组件的无线充电的问题，实现了塔机与变幅小车组件之间及变幅小车与吊钩组件之间的非接触式的无线供电。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于塔机监控系统的供电系统，所述塔机包括驾驶室、起重臂、变幅小车及吊钩，所述供电系统包括：第一无线充电装置，该第一无线充电装置包括：被安装在所述起重臂的根部且与所述驾驶室内的电源相连接的第一供电模块及被安装在所述变幅小车上的第一充电模块，用于通过所述第一供电模块对所述第一充电模块进行供电；第一储电装置，该第一储电装置被安装在所述变幅小车上，用于存储由所述第一充电模块获取的电量，并对所述变幅小车上的第一传感器进行供电；第二无线充电装置，该第二无线充电装置包括被安装在所述变幅小车上且与所述第一储电装置相连接的第二供电模块及被安装在所述吊钩上的第二充电模块，用于由所述第二供电模块对所述第二充电模块进行供电；以及第二储电装置，该第二储电装置被安装在所述吊钩上且与所述第二充电装置相连接，用于存储由所述第二充电模块获取的电量，并对所述吊钩上的第二传感器进行供电。

优选地，所述第一无线充电装置及所述第二无线充电装置为采用电磁感应方式进行充电的装置。

优选地，所述第一供电模块及所述第二供电模块分别为第一发射线圈及第二发射线圈；以及所述第一充电模块及所述第二充电模块分别为第一接收线圈及第二接收线圈。

优选地，在所述变幅小车被完全收回至所述起重臂的根部的情况下，所述第一发射线圈与所述第一接收线圈之间的间距为第一预设间距范围；以及在所述吊钩被收回至所述变幅小车处的情况下，所述第二发射线圈与所述第二接收线圈之间的间距为第二预设间距范围。

优选地，在所述变幅小车被收回至所述起重臂的根部的情况下，所述第一发射线圈与所述第一接收线圈的中心对准且两者所在的平面相平行；以及在所述吊钩被收回至所述变幅小车处的情况下，所述第二发射线圈与所述第二接收线圈的中心对准且两者所在的平面相平行。

优选地，所述第一发射线圈、所述第一接收线圈、所述第二发射线圈及所述第二接收线圈所在的平面与水平面垂直。

优选地，所述起重臂的根部处的第一限位挡板安装有第一磁性装置或者所述第一限位挡板为具有磁性的限位挡板，用于在所述变幅小车被收回至所述述起重臂的根部的情况下吸附该变幅小车；和/或所述变幅小车的下侧或所述吊钩的滑轮组上侧安装有第二限位挡板，并且位于该第二限位挡板上安装有第二磁性装置或者该第二限位挡板为具有磁性的限位挡板，用于在所述吊钩被收回至所述变幅小车处的情况下将所述吊钩与所述变幅小车吸附在一起。

优选地，所述第一储电装置的容量至少为所述第二储电装置的容量的两倍。

通过上述技术方案，本发明创造性地通过第一无线充电装置实现塔机与变幅小车组件之间的无线供电，通过第二无线充电装置实现变幅小车与吊钩组件之间的无线供电，由此解决了吊钩与起重臂的根部无相对固定位置而导致无法实现对吊钩组件的无线充电的问题，实现了塔机与变幅小车组件之间及变幅小车与吊钩组件之间的非接触式的无线供电。

本发明第二方面还提供一种塔机监控系统，所述塔机包括：驾驶室、起重臂、变幅小车及吊钩，所述塔机监测系统包括：所述的用于塔机监控系统的供电系统。

优选地，所述塔机监测系统还包括：被安装在所述驾驶室内的控制装置、被安装在所述变幅小车上的第一传感器、被安装在所述吊钩上的第二传感器及无线传输装置，所述无线传输装置包括：被安装在所述起重臂的根部且与所述控制装置通过有线或无线方式相连的第一无线传输模块及被安装在所述变幅小车上且与所述第一传感器相连的第二无线传输模块，用于无线传输所述控制装置与所述第一传感器之间的数据；以及被安装在所述变幅小车上且与所述第二无线传输装置相连接的第三无线传输模块及被安装在所述吊钩上的第四无线传输模块，用于通过所述第一无线传输模块及所述第二无线传输模块间接无线传输所述控制装置与所述第二传感器之间的数据。

优选地，所述第一无线传输模块与所述第二无线传输模块面对面设置；以及所述第三无线传输模块与所述第四无线传输模块面对面设置。

有关本发明提供的所述塔机监测系统的具体细节及益处可参阅上述针对所述用于塔机监控系统的供电系统的描述，于此不再赘述。

本发明第三方面还提供一种塔机，所述塔机包括所述的塔机监控系统。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供的用于塔机监控系统的供电系统的结构图；

图2是本发明实施例提供的用于塔机监控系统的供电系统的结构图；以及

图3是本发明实施例提供的塔机监控系统的结构图；以及

图4是本发明实施例提供的无线传输装置的结构图。

附图标记说明

1第一发射线圈2第一接收线圈

3第二发射线圈4第二接收线圈

5、6、7摄像头8220v交流电源

9交换机10第一无线充电装置

11-14无线网桥16第一供电模块

18第一充电模块20第一储电装置

25、45锂电池30第二无线充电装置

32第二供电模块34第二充电模块

40第二储电装置100第一无线传输模块

110第二无线传输模块120第三无线传输模块

130第四无线传输模块

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在介绍本发明的具体实施例之前，先简单介绍一下本发明的设计思路。由于吊钩与起重臂的根部无相对固定位置而导致无法实现对吊钩组件的无线充电，本发明改变以往固定的思维方式，不再将塔机的电源作为吊钩上的各个用电模块的直接供电来源，转而将变幅小车上的储电装置作为吊钩侧的各个用电模块的直接供电来源，即将所述变幅小车上的储电装置作为二级供电来源，从而实现了塔机与变幅小车组件之间及变幅小车与吊钩组件之间的非接触式的无线供电。

图1是本发明实施例提供的用于塔机监控系统的供电系统的结构图。其中，所述塔机包括驾驶室、起重臂、变幅小车及吊钩。如图1所示，所述供电系统可包括：第一无线充电装置10，该第一无线充电装置10可包括：被安装在所述起重臂的根部且与所述驾驶室内的电源(例如，图3中的220v交流电源8)相连接的第一供电模块16及被安装在所述变幅小车上的第一充电模块18，用于通过所述第一供电模块16对所述第一充电模块18进行供电；第一储电装置20，该第一储电装置20被安装在所述变幅小车上，用于存储由所述第一充电模块18获取的电量，并对所述变幅小车上的第一传感器进行供电；第二无线充电装置30，该第二无线充电装置30可包括被安装在所述变幅小车上且与所述第一储电装置相连接的第二供电模块32及被安装在所述吊钩上的第二充电模块34，用于由所述第二供电模块32对所述第二充电模块34进行供电；以及第二储电装置40，该第二储电装置40被安装在所述吊钩上且与所述第二充电装置34相连接，用于存储由所述第二充电模块34获取的电量，并对所述吊钩上的第二传感器进行供电。其中，所述第一储电装置20及所述第二储电装置40可为锂电池(如图3所示)或其他任意合理的储电装置。

其中，所述第一无线充电装置10及所述第二无线充电装置30可为采用电磁感应方式进行充电的装置。相应地，所述第一供电模块16及所述第二供电模块32分别为第一发射线圈1及第二发射线圈3；以及所述第一充电模块18及所述第二充电模块34分别为第一接收线圈2及第二接收线圈4，如图3所示。

塔机并不是24小时都工作的，当塔机工作时，所述供电系统处于工作状态(此时供电系统本身不进行充电)，通过所述第一储电装置20给所述变幅小车上的各种传感器(例如，用于采集吊钩图像的摄像头5及采集吊钩或起重臂运行姿态的相关参数的其他传感器(未示出)等)及其他用电模块(例如，无线网桥12、13)供电，同时通过所述第二储电装置40给所述吊钩上的各种传感器(例如，用于采集吊钩图像的摄像头6、摄像头7及采集吊钩运行姿态的相关参数的其他传感器(未示出)等)及其他用电模块(例如，无线网桥14)供电，如图3所示；而当塔机不工作时(如晚上或中午休息时)，按塔机的标准操作，会将吊钩收回到靠近变幅小车部分，变幅小车收回到靠近起重臂的根部，如图3所示。在此情况下，本发明实施例可通过设置第一发射线圈与第一接收线圈的间距和/或相对有效面积，以及第二发射线圈与第二接收线圈的间距和/或相对有效面积来控制无线供电系统的充电效率。

经研究发现，由发射线圈及接收线圈各自的电磁属性决定，两者在特定的间距范围下彼此之间的充电效率才最佳。由此，在本发明一实施例中，在所述变幅小车被完全收回至所述起重臂的根部的情况下，所述第一发射线圈1与所述第一接收线圈2之间的间距为第一预设间距范围；以及在所述吊钩被收回至所述变幅小车处的情况下，所述第二发射线圈3与所述第二接收线圈4之间的间距为第二预设间距范围。其中，在线圈相对有效面积不低于90％的情况下，所述第一预设间距范围(或所述第二预设间距范围)可为15-30mm。

如图2所示，在所述吊钩收回靠近所述变幅小车部分且所述第二发射线圈3与所述第二接收线圈4之间的间距达到第二预设间距范围(例如，15-30mm)内时，所述第二发射线圈3与所述第二接收线圈4自动导通，即所述变幅小车可通过所述第二发射线圈3与所述第二接收线圈4对所述吊钩进行充电；在所述变幅小车收回靠近所述起重臂的根部且所述第一发射线圈1与所述第一接收线圈2之间的间距达到第一预设间距范围(例如，15-30mm)内时，所述第一发射线圈1与所述第一接收线圈2自动导通，即所述塔机可通过所述第一发射线圈1与所述第一接收线圈2对所述变幅小车进行充电。

并且，由发射线圈及接收线圈的有效相对面积决定，两者的有效相对面积越大，相应的充电效率才更佳。由此，在本发明另一实施例中，在所述变幅小车被收回至所述起重臂的根部的情况下，所述第一发射线圈1与所述第一接收线圈2的中心对准且两者所在的平面相平行；以及在所述吊钩被收回至所述变幅小车处的情况下，所述第二发射线圈3与所述第二接收线圈4的中心对准且两者所在的平面相平行，如图2所示。

在本发明又一实施例中，结合塔机的实际运行工况及本身机构设计，发明人还设计了线圈的具体安装细节。如图2所示，首先，结合塔机的本身机构设计，将所述第一发射线圈1安装在所述起重臂的根部，以及将所述第一接收线圈2安装在靠近所述起重臂额根部的所述变幅小车侧面，且两者所在的平面与所述变幅小车的侧面平行(即与水平面相垂直)。在此，请注意所述第一发射线圈1与所述第一接收线圈2的中心在垂直于图2所示平面的方向上偏离所述变幅小车的导轨，故下文提到的第一限位挡板(未示出)的设计不影响所述第一发射线圈1与所述第一接收线圈2之间的电磁发射情况。然后，结合塔机的实际运行工况(吊钩总是处于摆动状态)及本身机构设计，将所述第二发射线圈3安装在靠近吊钩的所述变幅小车侧面，以及将所述第二接收线圈4安装在靠近所述第二发射线圈3侧的所述吊钩的滑轮的侧面，且两者所在的平面与水平面相垂直。如果将所述第二发射线圈3及所述第二接收线圈4所在的平面设置为与水平面相平行，则在吊钩摆动的过程中，所述第二发射线圈3及所述第二接收线圈4非常容易碰撞到障碍物而受到损坏。由此，在本实施例中的所述第二发射线圈3及所述第二接收线圈4所在的平面与水平面垂直的设计可避免吊钩摆动的过程中因碰撞到障碍物而受到损坏，从而可实现变幅小车与吊钩组件之间的安全充电。

另外，为了避免塔机与变幅小车之间和/或变幅小车与吊钩之间出现晃动或较小浮动，在本实施例中可设置相应的第一磁性装置来实现塔机与变幅小车(小车一般为铁质材料制成)之间的相互吸附，和/或设置第二磁性装置来实现变幅小车与吊钩(吊钩一般也为铁质材料制成)之间的相互吸附，从而实现塔机的二级无线充电的稳定性。

具体地，所述起重臂的根部处设计有第一限位挡板(未示出)，该第一限位挡板的中心在所述变幅小车的导轨上。所述第一限位挡板上安装有第一磁性装置(未示出，例如磁铁)或者所述第一限位挡板为具有磁性的限位挡板(例如，带有磁性的铁质挡板)，用于在所述变幅小车被收回至所述述起重臂的根部的情况下吸附该变幅小车。另外，所述变幅小车的下侧或所述吊钩的滑轮组上侧可安装设置有第二限位挡板(未示出)，并且位于该第二限位挡板上安装有第二磁性装置(未示出，例如磁铁)或者该第二限位挡板为具有磁性的限位挡板，用于在所述吊钩被收回至所述变幅小车处的情况下将所述吊钩与所述变幅小车吸附在一起。在优选的实施例中，为了避免吊钩的摆动性导致其被吸附时不稳定及吊钩上设置较多组件的缺陷，可将所述第二限位挡板(未示出)设置在所述变幅小车的下侧。

为了实现由变幅小车上的第一储电装置20对所述吊钩上的第二储电装置40进行充电，需要恰当的选择所述第一储电装置20(例如，图3中的锂电池25)的容量，以保证塔机在正常工作状态下所述第一储电装置20有足够电量为吊钩上的所述第二储电装置40(例如，图3中的锂电池45)充电。进一步地，结合考虑在所述第一储电装置20的剩余电量较少时，该第一储电装置20的输出电压及输出功率较低，由此会降低对所述第二储电装置40的充电效率，在本实施例中将所述第一储电装置20的容量设置为至少是所述第二储电装置40的容量的两倍。当然，若不考虑充电效率的话，只要将所述第一储电装置20的容量设置为大于所述第二储电装置40的容量即可。

下面结合图2对用于塔机监控系统的供电系统的充电及供电过程进行解释和说明。

当塔机不工作时，所述吊钩收回靠近所述变幅小车部分且受所述吊钩侧磁性的吸附作用所述变幅小车紧贴所述吊钩上侧的限位挡板，此时所述第二发射线圈3与所述第二接收线圈4之间的间距达到第二预设间距范围(例如，15-30mm)内，所述第二发射线圈3与所述第二接收线圈4自动导通，即所述变幅小车可通过所述第二发射线圈3与所述第二接收线圈4对所述吊钩上的第二储电装置40进行充电；类似地，所述变幅小车收回靠近所述起重臂的根部且受所述起重臂侧磁性的吸附作用所述变幅小车紧贴所述起重臂的根部侧的限位挡板，此时所述第一发射线圈1与所述第一接收线圈2之间的间距达到第一预设间距范围(例如，15-30mm)内，所述第一发射线圈1与所述第一接收线圈2自动导通，即所述塔机可通过所述第一发射线圈1与所述第一接收线圈2对所述变幅小车上的第一储电装置20进行充电。此时，所述供电系统处于充电状态。

当塔机工作时，所述吊钩远离所述变幅小车部分，一旦所述第二发射线圈3与所述第二接收线圈4之间的间距大于第二预设间距范围(例如，15-30mm)的最大值，所述第二发射线圈3与所述第二接收线圈4不再导通，此时可通过所述吊钩上的第二储电装置40对其上的各种传感器及其他用电模块进行供电；类似地，所述变幅小车远离所述起重臂的根部，一旦所述第一发射线圈1与所述第一接收线圈2之间的间距大于所述第一预设间距范围(例如，15-30mm)的最大值，所述第一发射线圈1与所述第一接收线圈2不再导通，此时可通过所述变幅小车上的第一储电装置20对其上的各种传感器及用电模块进行供电。此时，所述供电系统处于供电状态(或工作状态)。

综上所述，本发明创造性地通过第一无线充电装置实现塔机与变幅小车组件之间的无线供电，通过第二无线充电装置实现变幅小车与吊钩组件之间的无线供电，由此解决了吊钩与起重臂的根部无相对固定位置而导致无法实现对吊钩组件的无线充电的问题，实现了塔机与变幅小车组件之间及变幅小车与吊钩组件之间的非接触式的无线供电。

本发明实施例还提供一种塔机监控系统，其中，所述塔机包括：驾驶室、起重臂、变幅小车及吊钩。所述塔机监测系统可包括：所述的用于塔机监控系统的供电系统。

所述塔机监测系统还可包括：被安装在所述驾驶室内的控制装置(未示出)、被安装在所述变幅小车上的第一传感器(例如，图3中的摄像头5)、被安装在所述吊钩上的第二传感器(例如，图3中的摄像头6、7)及无线传输装置。

为了使所述塔机(例如，控制装置)与所述变幅小车(例如，第一传感器)之间及所述变幅小车(例如，第一传感器)与所述吊钩(例如，第二传感器)之间能够实现数据传输链路的较好通信效果，在本实施例中，可在所述塔机与所述变幅小车之间设置无线网桥组，以及在所述变幅小车与所述吊钩之间设置无线网桥组。

具体地，所述无线传输装置可包括：被安装在所述起重臂的根部且与所述控制装置(未示出)通过有线或无线方式相连的第一无线传输模块100及被安装在所述变幅小车上且与所述第一传感器(例如，图3中的摄像头5)相连的第二无线传输模块110，用于无线传输所述控制装置(未示出)与所述第一传感器之间的数据；以及被安装在所述变幅小车上且与所述第二无线传输装置110相连接的第三无线传输模块120及被安装在所述吊钩上的第四无线传输模块130，用于通过所述第三无线传输模块120间接无线传输所述控制装置(未示出)与所述第二传感器(例如，图3中的摄像头6、7)之间的数据，如图4所示。

其中，所述第一无线传输模块100、所述第二无线传输模块110、所述第三无线传输模块120、及所述第四无线传输模块130可分别为无线网桥11、无线网桥12、无线网桥13、无线网桥14，如图3所示。对于图3中的摄像头6、7可通过交换机9连接至无线网桥14，也就是说，通过交换机9将采集的图像数据汇聚到一起并通过无线网桥14传送。

经研究发现，两个无线传输模块(例如，无线网桥)之间的有效相对面积越大，相应的数据传输效率才更佳。由此，在优选实施例中，所述第一无线传输模块100与所述第二无线传输模块110面对面设置；以及所述第三无线传输模块120与所述第四无线传输模块130面对面设置。例如，所述无线网桥11与所述无线网桥12(或所述无线网桥13与所述无线网桥14)的发射面相对布置。在更优选实施例中，所述第一无线传输模块100与所述第二无线传输模块110面对面设置且两者的中心对准；以及所述第三无线传输模块120与所述第四无线传输模块130面对面设置且两者的中心对准。例如，所述无线网桥11与所述无线网桥12(或所述无线网桥13与所述无线网桥14)的发射面相对布置且两者的发射中心相对准，如图3所示。

在上述各个实施例中，所述变幅小车上的两个无线网桥12、13通过网线直连，从而实现吊钩、变幅小车及塔机三者之间的整个数据传输链路的最佳通信效果。并且，上述无线信号传输方案可以保证吊钩在任何位置时，传感器的信号都能有效的传输回来。

下面以监控吊钩的运行姿态为例对监测数据的无线传输过程进行解释和说明。

首先，通过无线网桥12及无线网桥11将所述变幅小车上的摄像头5采集的吊钩图像数据(可包括吊钩所在的现场环境的图像数据)无线传输至控制装置；与此同时，还可通过无线网桥14及无线网桥13将所述吊钩上的摄像头6、7采集的吊钩图像数据无线传输至所述变幅小车侧，再通过与无线网桥13直连的无线网桥12及无线网桥11可将所述吊钩图像数据无线传输至所述控制装置；然后，在所述控制装置对所采集的吊钩图像数据进行分析处理后，可向相应的执行机构(例如变幅机构、回转机构、起升机构等)发送相应的变幅指令从而控制所述变幅小车及吊钩动作。由此，实现了吊钩在任何位置(尤其是在两个建筑物形成的间隙之间)时传感器的信号均可通过无线传输的方式回传至控制装置，并进一步实现对吊装过程的精确控制。

在通过分析图像数据获知所述吊钩的高度及摆角发生变化之后，为了采集清晰的吊钩姿态的图像，所述控制装置可通过无线网桥11与无线网线12向变幅小车侧发送调整摄像头5的焦距的第一指令与调整摄像头6、7的拍摄角度的第二指令，以根据所述第一指令调整摄像头5的焦距；再通过与无线网桥12直连的无线网桥13及无线网桥14可将所述第二指令无线传输至吊钩侧的所述摄像头6、7，以根据所述第二指令调整各自的拍摄角度。

综上所述，本发明创造性地在变幅小车上设置两个通过网线直连的无线网桥，从而实现吊钩、变幅小车及塔机三者之间的整个数据传输链路的最佳通信效果。并且，上述无线信号传输方案可以保证吊钩在任何位置时，传感器的信号都能有效的传输回来。

本发明实施例还提供一种塔机，所述塔机包括所述的塔机监控系统。

有关本发明实施例提供的塔机的具体细节及益处可参阅上述针对所述用于塔机监控系统的供电系统及所述塔机监测系统的描述，于此不再赘述。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。