起重机的作业控制方法、系统及起重机与流程

本发明涉及工程机械技术领域，尤其是一种起重机的作业控制方法、系统及起重机。

背景技术：

起重机在进行吊装作业时周围会有高压线、树木、墙体等障碍物，作业环境比较复杂，而诸如风电扇叶、罐体等被吊物体的形状也比较多变。因此，在吊装作业过程中，起重机和被吊物体均可能会与周围环境内的障碍物发生碰撞，例如，起重机吊臂的臂头与高压线碰撞、被吊物体与墙体碰撞等。一旦起重机或被吊物体与障碍物发生碰撞，轻则会造成起重机或被吊物体的损坏，重则导致安全事故。

现有技术中，在起重机吊装作业过程中，主要依靠起重机操作者人为观察周围环境来避免起重机或被吊物体与障碍物发生碰撞。然而，由于操纵室的观察视野有限、视野受障碍物阻挡等因素，操作者难以实时了解周围环境中障碍物的变化。因此，在复杂的作业环境中，往往需要多人辅助进行吊装作业。一般来说，辅助人员需要在起重机周围的不同位置进行观察，当有碰撞危险时，通过电话、对讲机等提醒操作者。但是，当辅助人员观察不力或提醒不及时，仍将可能导致碰撞危险的发生。

虚拟墙技术是一种为了避免起重机作业过程中与障碍物发生碰撞的技术，其基本思路是通过人为的方式来设定起重机的作业边界，具体方式如下：在起重机吊装作业开始前，确定障碍物相对起重机的位置；然后设置起重机作业的上下、前后及左右边界；在吊装作业过程中，当起重机接近作业边界时进行报警，以提醒操作者，从而保证吊装作业的安全性。

然而，虚拟墙技术有如下缺点：

1、作业边界只能防止起重机主动碰撞障碍物，但是无法避免运动的障碍物去碰撞起重机。例如，一台起重机的边界范围内进入了运动的障碍物，例如另一台起重机，当起重机在设定好的作业边界范围内作业时，两台起重机可能会发生碰撞，但此时起重机并不会报警，因此无法保证起重机作业的安全性；

2、作业边界是静止的边界，只要作业环境发生变化，就需要人工重新设定；

3、作业边界是针对起重机设置的，无法解决被吊物体与障碍物碰撞的问题。

技术实现要素：

本发明的一个目的是：提高起重机作业的安全性。

根据本发明的一方面，提供一种起重机的作业控制方法，包括：利用3D成像装置动态扫描起重机作业范围内的物体以获取所述物体的三维空间信息，所述物体包括起重机和障碍物，所述三维空间信息包括三维空间坐标；基于所述起重机和所述障碍物的三维空间坐标确定所述障碍物到所述起重机的预设位置的距离；判断所述障碍物到所述预设位置的距离是否小于所述预设位置对应的预设距离；若所述障碍物到所述预设位置的距离小于所述预设位置对应的预设距离，则进行警示。

在一个实施例中，所述障碍物包括移动中的障碍物。

在一个实施例中，所述预设位置包括回转中心和/或吊臂的臂头。

在一个实施例中，所述基于所述起重机和所述障碍物的三维空间坐标确定所述障碍物到所述起重机的预设位置的距离包括：以所述起重机的回转中心作为三维空间相对坐标系的原点，确定所述障碍物和所述预设位置的三维空间相对坐标；根据所述障碍物和所述预设位置的三维空间相对坐标确定所述障碍物到所述预设位置的距离。

在一个实施例中，所述预设位置对应的预设距离包括报警距离和预警距离，所述预警距离大于所述报警距离；所述若所述障碍物到所述预设位置的距离小于所述预设位置对应的预设距离，则进行警示包括：若所述障碍物到所述预设位置的距离介于所述报警距离与所述预警距离之间，则进行预警；若所述障碍物到所述预设位置的距离小于所述报警距离，则进行报警。

在一个实施例中，所述物体还包括待吊物体；所述方法还包括：在吊起所述待吊物体后，基于所述待吊物体和所述障碍物的三维空间坐标确定所述障碍物到所述待吊物体的距离；判断所述障碍物到所述待吊物体的距离是否小于所述待吊物体对应的预设距离；若所述障碍物到所述待吊物体的距离小于所述待吊物体对应的预设距离，则进行警示。

在一个实施例中，所述物体还包括待吊物体；所述方法还包括：以所述起重机的回转中心作为三维空间相对坐标系的原点，确定所述起重机和所述待吊物体的三维空间相对坐标；获取起重机在吊起所述待吊物体之前的工作状态信息，所述工作状态信息包括当前回转角度、吊臂的当前伸缩长度、吊臂的当前变幅角度和吊钩的当前起升高度；根据所述起重机和所述待吊物体的三维空间相对坐标以及所述工作状态信息控制起重机执行回转动作、吊臂的伸缩动作、吊臂的变幅动作和吊钩的起落动作，以吊起所述待吊物体。

在一个实施例中，所述根据所述起重机和所述待吊物体的三维空间相对坐标以及所述工作状态信息控制起重机执行回转动作、吊臂的伸缩动作、吊臂的变幅动作和吊钩的起落动作，以吊起所述待吊物体包括：根据所述起重机和所述待吊物体的三维空间相对坐标以及所述工作状态信息确定目标回转角度；控制起重机执行回转动作，以达到所述目标回转角度；判断单独执行变幅动作是否能使得吊钩的投影与所述待吊物体重合；若是，则控制起重机执行变幅动作以使得吊钩的投影与所述待吊物体重合；若否，则控制起重机单独执行吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与所述待吊物体重合，或者控制起重机执行吊臂的变幅动作和吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与所述待吊物体重合；控制起重机执行吊钩的起落动作，以吊起所述待吊物体。

在一个实施例中，所述控制起重机单独执行吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与所述待吊物体重合，或者控制起重机执行吊臂的变幅动作和吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与所述待吊物体重合包括：确定单独执行吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与所述待吊物体重合所需的时间T₁以及执行吊臂的变幅动作和吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与所述待吊物体重合所需的时间T₂；比较T₁与T₂的大小；若T₁小于T₂，则控制起重机单独执行吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与所述待吊物体重合；若T₁大于T₂，则控制起重机执行吊臂的变幅动作和吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与所述待吊物体重合。

在一个实施例中，所述障碍物位于所述起重机和所述待吊物体之间；所述方法还包括：根据所述障碍物的三维空间坐标确定所述障碍物的长度、宽度和高度；其中，所述障碍物的长度、宽度和高度用以辅助起重机的吊臂跨过所述障碍物进行作业。

在一个实施例中，所述三维空间信息还包括颜色信息和反色率信息；所述方法还包括：基于所述障碍物的三维空间信息建立所述障碍物的三维空间模型；将表示所述障碍物的三维空间模型的图像信息发送到车载显示器，以便辅助起重机作业。

在一个实施例中，通过可移动平台搭载所述3D成像装置在起重机上方旋转，以动态扫描起重机作业范围内的物体。

在一个实施例中，所述可移动平台包括无人机。

根据本发明的另一方面，提供一种起重机的作业控制系统，包括：3D成像装置和控制装置；所述3D成像装置，用于动态扫描起重机作业范围内的物体以获取所述物体的三维空间信息，并将所述物体的三维空间信息发送至所述控制装置，所述物体包括起重机和障碍物，所述三维空间信息包括三维空间坐标；所述控制装置包括：距离确定单元，用于基于所述起重机和所述障碍物的三维空间坐标确定所述障碍物到所述起重机的预设位置的距离；距离判断单元，用于判断所述障碍物到所述预设位置的距离是否小于所述预设位置对应的预设距离；和警示单元，用于若所述障碍物到所述预设位置的距离小于所述预设位置对应的预设距离，则进行警示。

在一个实施例中，所述障碍物包括移动中的障碍物。

在一个实施例中，所述预设位置包括回转中心和/或吊臂的臂头。

在一个实施例中，所述距离确定单元包括：坐标确定模块，用于以所述起重机的回转中心作为三维空间相对坐标系的原点，确定所述障碍物和所述预设位置的三维空间相对坐标；距离确定模块，用于根据所述障碍物和所述预设位置的三维空间相对坐标确定所述障碍物到所述预设位置的距离。

在一个实施例中，所述预设位置对应的预设距离包括报警距离和预警距离，所述预警距离大于所述报警距离；所述警示单元，用于若所述障碍物到所述预设位置的距离介于所述报警距离与所述预警距离之间，则进行预警；若所述障碍物到所述预设位置的距离小于所述报警距离，则进行报警。

在一个实施例中，所述物体还包括待吊物体；所述距离确定单元，还用于在吊起所述待吊物体后，基于所述待吊物体和所述障碍物的三维空间坐标确定所述障碍物到所述待吊物体的距离；所述距离判断单元，还用于判断所述障碍物到所述待吊物体的距离是否小于所述待吊物体对应的预设距离；所述警示单元，还用于若所述障碍物到所述待吊物体的距离小于所述待吊物体对应的预设距离，则进行警示。

在一个实施例中，所述物体还包括待吊物体；所述控制装置还包括：坐标确定单元，用于以所述起重机的回转中心作为三维空间相对坐标系的原点，确定所述起重机和所述待吊物体的三维空间相对坐标；状态获取单元，用于获取起重机在吊起所述待吊物体之前的工作状态信息，所述工作状态信息包括当前回转角度、吊臂的当前伸缩长度、吊臂的当前变幅角度和吊钩的当前起升高度；和控制单元，用于根据所述起重机和所述待吊物体的三维空间相对坐标以及所述工作状态信息控制起重机执行回转动作、吊臂的伸缩动作、吊臂的变幅动作和吊钩的起落动作，以吊起所述待吊物体。

在一个实施例中，所述控制单元包括：计算模块，用于根据所述起重机和所述待吊物体的三维空间相对坐标以及所述工作状态信息确定目标回转角度；判断模块，用于判断单独执行变幅动作是否能使得吊钩的投影与所述待吊物体重合；和控制模块，用于控制起重机执行回转动作，以达到所述目标回转角度；若单独执行变幅动作能使得吊钩的投影与所述待吊物体重合，则控制起重机执行变幅动作以使得吊钩的投影与所述待吊物体重合；若单独执行变幅动作不能使得吊钩的投影与所述待吊物体重合，则控制起重机单独执行吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与所述待吊物体重合，或者控制起重机执行吊臂的变幅动作和吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与所述待吊物体重合；控制起重机执行吊钩的起落动作，以吊起所述待吊物体。

在一个实施例中，所述控制模块还用于确定单独执行吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与所述待吊物体重合所需的时间T₁以及执行吊臂的变幅动作和吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与所述待吊物体重合所需的时间T₂；比较T₁与T₂的大小；若T₁小于T₂，则控制起重机单独执行吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与所述待吊物体重合；若T₁大于T₂，则控制起重机执行吊臂的变幅动作和吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与所述待吊物体重合。

在一个实施例中，所述障碍物位于所述起重机和所述待吊物体之间；所述控制装置还包括：障碍物信息确定单元，用于根据所述障碍物的三维空间坐标确定所述障碍物的长度、宽度和高度；其中，所述障碍物的长度、宽度和高度用以辅助起重机的吊臂跨过所述障碍物进行作业。

在一个实施例中，所述三维空间信息还包括颜色信息和反色率信息；所述装置还包括：模型建立单元，用于基于所述障碍物的三维空间信息建立所述障碍物的三维空间模型；图像信息发送单元，用于将表示所述障碍物的三维空间模型的图像信息发送到车载显示器，以便辅助起重机作业。

在一个实施例中，所述系统还包括：可移动平台，用于搭载所述3D成像装置在起重机上方旋转，以动态扫描起重机作业范围内的物体。

在一个实施例中，所述可移动平台包括无人机。

根据本发明的又一方面，提供一种起重机，包括：上述任意一个实施例所述的起重机的作业控制系统。

本发明实施例利用3D成像装置可以动态识别起重机作业范围内的物体以获取物体的三维空间信息，进而在障碍物到起重机的预设位置的距离小于预设距离时进行警示。与现有技术相比，即便障碍物是移动的，本实施例也可以获取到障碍物的实时位置，从而可以避免移动中的障碍物与起重机的某些部位的碰撞，减少了安全事故的发生，提高了起重机作业的安全性。另外，起重机的作业范围发生变化时，本实施例的方法也无需人工重新设定边界，节约了人力资源。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明一个实施例的起重机的作业控制方法的简化流程示意图；

图2是根据本发明另一个实施例的起重机的作业控制方法的简化流程示意图；

图3是根据本发明又一个实施例的起重机的作业控制方法的简化流程示意图；

图4是图3所示步骤308’的一个实现方式的简化流程示意图；

图5是根据本发明一个实施例的起重机的作业控制系统的结构示意图；

图6是图5所示距离确定单元的一个实现方式的结构示意图；

图7是根据本发明另一个实施例的起重机的作业控制系统的结构示意图；

图8是图7所示控制单元的一个实现方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

首先对本发明中的相关术语进行解释：

起重机：在一定范围内能垂直提升和水平搬运重物的起重机械，又称吊车。

流动式起重机：利用轮胎式或履带式底盘行走的动臂旋转起重机，由上车和下车两部分组成。在吊装作业时，下车用于支撑地面；上车通过变幅、伸缩、起升、回转等动作完成吊装作业。流动式起重机例如可以包括汽车起重机、全地面起重机、轮胎式起重机、履带式起重机等。

3D成像装置/3D成像仪：通过利用光学测量元件和快速扫描技术进行空间辨识以获取物体的三维空间信息，其中三维空间信息可以包括物体的三维空间坐标(也即X，Y，Z距离信息)、颜色信息(也即R，G，B信息)和反色率信息。3D成像装置可以将三维空间信息发送给处理器，处理器可以结合人脑成像原理和色彩学相关知识重构三维图像。

图1是根据本发明一个实施例的起重机的作业控制方法的简化流程示意图。如图1所示，该方法包括：

步骤102，利用3D成像装置动态扫描起重机作业范围内的物体以获取物体的三维空间信息，三维空间信息可以包括但不限于三维空间坐标、颜色信息和反色率信息。3D成像装置在获取到三维空间信息后可以将其发送至控制装置进行后续处理。

这里的物体可以包括起重机和障碍物，其中，障碍物可以包括移动中的障碍物。需要说明的是，由于起重机和障碍物均为三维立体物体，因此，获取到的起重机的三维空间坐标理论上可以包括起重机的每一点的三维空间坐标，获取到的障碍物的三维空间坐标可以包括障碍物的每一点的三维空间坐标。

例如，可以通过可移动平台(例如无人机等)搭载3D成像装置在起重机上方旋转，从而可以动态扫描到起重机作业范围内的物体以获取扫描到的物体的三维空间信息。如果作业范围内的障碍物发生变化，例如障碍物移出作业范围，或者有新的障碍物进入作业范围，3D成像装置仍可以实时获取到作业范围内变化后的障碍物的三维空间信息。

步骤104，基于起重机和障碍物的三维空间坐标确定障碍物到起重机的预设位置的距离。

起重机的预设位置可以根据实际情况来设定，例如，预设位置可以是起重机容易与障碍物发生碰撞的部位，例如吊臂的臂头等；又例如，预设位置还可以是起重机的中心部位，例如回转中心等。

在一个实现方式中，可以通过如下方式来确定障碍物到起重机的预设位置的距离：

首先，以起重机的回转中心作为三维空间相对坐标系的原点，确定障碍物和预设位置的三维空间相对坐标。

根据起重机的回转中心的三维空间坐标和三维空间相对坐标(也即原点)的对应关系，可以得到障碍物的三维空间坐标对应的三维空间相对坐标。对于预设位置来说，例如，如果预设位置是回转中心，则预设位置的三维空间相对坐标即为原点；如果预设位置是吊臂的臂头，则一种情况下，可以根据起重机的回转中心的三维空间坐标和三维空间相对坐标的对应关系确定吊臂的臂头的三维空间坐标对应的三维空间相对坐标，另一种情况下，可以根据起重机的回转中心的三维空间相对坐标以及臂长、变幅角度等信息确定吊臂的臂头的三维空间相对坐标。

然后，根据障碍物和预设位置的三维空间相对坐标确定障碍物到预设位置的距离。

这里，障碍物到预设位置的距离可以是障碍物的各点到预设位置的距离中的最小值。

步骤106，判断障碍物到预设位置的距离是否小于预设位置对应的预设距离。若是，则执行步骤108。

在实际应用中，预设位置可以是一个，也可以是多个。每个预设位置对应一个预设距离。预设距离可以是用户通过车载显示器来按需设定的，或者也可以是预先存储在控制装置中的。若障碍物到预设位置的距离小于预设位置对应的预设距离，则表示障碍物有可能与起重机的某个部位(例如臂头或车身边缘)碰撞。

通过设定预设位置对应的预设距离可以防止起重机的某个部位与障碍物碰撞，例如，通过设定吊臂的臂头对应的预设距离可以防止臂头与障碍物碰撞，通过设定回转中心对应的预设距离可以防止起重机的车身边缘与障碍物碰撞。另外，预设距离的具体值可以根据实际情况进行调整，作为一个非限制性示例，可以将回转中心对应的预设距离设定为略大于车身边缘的各点到回转中心最大的距离。

步骤108，进行警示。

在一个实现方式中，预设位置对应的预设距离可以包括报警距离和预警距离，其中，预警距离大于报警距离。

根据障碍物到预设位置的距离的大小可以采用不同的警示方式。具体来说，若障碍物到预设位置的距离介于报警距离与预警距离之间，也即，障碍物距离预设位置比较近了，此时，可以进行预警，例如开启警示灯，以提醒操作人员注意并采用相应的处理措施，例如可以减速。若障碍物到预设位置的距离小于报警距离，也即，障碍物距离预设位置已经很近，碰撞很有可能发生，此时可以进行报警，例如通过蜂鸣器或喇叭等报警元件进行报警，以提醒操作人员注意并采用相应的处理措施，例如可以停止作业。另外，在进行预警或报警时，还可以输出相应的文字或图标至车载显示器，以辅助提醒操作人员。

本实施例中，利用3D成像装置可以动态识别起重机作业范围内的物体以获取物体的三维空间信息，进而在障碍物到起重机的预设位置的距离小于预设距离时进行警示。与现有技术相比，即便障碍物是移动的，本实施例也可以获取到障碍物的实时位置，从而可以避免移动中的障碍物与起重机的某些部位的碰撞，减少了安全事故的发生，提高了起重机作业的安全性。另外，起重机的作业范围发生变化时，本实施例的方法也无需人工重新设定边界，节约了人力资源。

需要说明的是，起重机在吊起待吊物体之前或之后均可以通过图1所示实施例的方法确定障碍物到起重机的预设位置的距离，并在障碍物到起重机的预设位置的距离小于预设距离时进行警示，从而避免起重机的某些部位与障碍物发生碰撞。

在一个实施例中，3D成像装置获取到的三维空间信息可以包括物体的三维空间坐标、颜色信息和反色率信息。在这种情况下，可以基于障碍物的三维空间信息建立障碍物的三维空间模型；然后，可以将表示障碍物的三维空间模型的图像信息发送到车载显示器，以便辅助起重机作业。如此，操作人员可以在车载显示器上直观地观察到障碍物的图像，从而可以进一步提升作业的安全性。

考虑到在吊起待吊物体之后，待吊物体也可能与障碍物发生碰撞，本发明还提供了一种避免障碍物与待吊物体发生碰撞的方法，下面结合图2所示实施例进行详细说明。

图2是根据本发明另一个实施例的起重机的作业控制方法的简化流程示意图。接下来将重点介绍图2所示实施例与图1所示实施例的不同之处，其他与图1类似的步骤可以参见图1的描述。如图2所示，该方法包括：

步骤202，利用3D成像装置动态扫描起重机作业范围内的物体以获取物体的三维空间信息，例如可以将获取到的三维空间信息发送到控制装置。这里的物体包括起重机、障碍物和待吊物体，三维空间信息包括但不限于三维空间坐标。

步骤204，基于起重机和障碍物的三维空间坐标确定障碍物到起重机的预设位置的距离。

步骤206，判断障碍物到预设位置的距离是否小于预设位置对应的预设距离。若是，则执行步骤208。

步骤204’，在吊起待吊物体后，基于待吊物体和障碍物的三维空间坐标确定障碍物到待吊物体的距离。

这里，障碍物到待吊物体的距离可以是障碍物的各点到待吊物体的各点的距离中的最小值。

步骤206’，判断障碍物到待吊物体的距离是否小于待吊物体对应的预设距离；若是，则执行步骤208。

若障碍物到待吊物体的距离小于待吊物体对应的预设距离，则表明障碍物可能要与待吊物体碰撞。因此，通过设定待吊物体对应的预设距离可以防止待吊物体与障碍物碰撞。

步骤208，进行警示。

在障碍物到预设位置的距离小于预设位置对应的预设距离的情况下，具体的警示方式可以参照上述步骤108的描述，在此不再赘述。

在障碍物到待吊物体的距离小于待吊物体对应的预设距离的情况下，类似地，待吊物体对应的预设距离也可以包括报警距离和预警距离，其中，预警距离大于报警距离。根据障碍物到待吊物体的距离的大小也可以采用不同的警示方式。若障碍物到待吊物体的距离介于对应的报警距离与预警距离之间，则可以进行预警，例如开启警示灯，以提醒操作人员注意并采用相应的处理措施，例如可以减速。若障碍物到待吊物体的距离小于对应的报警距离，则可以进行报警，例如通过蜂鸣器或喇叭等报警元件进行报警，以提醒操作人员注意并采用相应的处理措施，例如可以停止作业。

上述步骤202-步骤206的具体实现可以参见图1所示的步骤102-步骤106的描述，在此不再赘述。

本实施例不仅可以避免起重机的某些部位与障碍物碰撞，而且可以避免被吊起的待吊物体与障碍物碰撞，从而进一步减少了安全事故的发生，进一步提高了起重机作业的安全性。

另外，考虑到起重机在吊起待吊物体之前需要进行多步操作，在保证安全作业的前提下，为了提高起重机的作业效率，本发明还提供了一种在吊起待吊物体之前优化起重机的作业路径的方法，下面结合图3所示实施例进行详细说明。

图3是根据本发明又一个实施例的起重机的作业控制方法的简化流程示意图。接下来将重点介绍图3所示实施例与图1所示实施例的不同之处，其他与图1类似的步骤可以参见图1的描述。如图3所示，该方法包括：

步骤302，利用3D成像装置动态扫描起重机作业范围内的物体以获取物体的三维空间信息，例如可以将获取到的三维空间信息发送到控制装置。这里的物体包括起重机、障碍物和待吊物体，三维空间信息包括但不限于三维空间坐标。

步骤304，基于起重机和障碍物的三维空间坐标确定障碍物到起重机的预设位置的距离。

步骤306，判断障碍物到预设位置的距离是否小于预设位置对应的预设距离。若是，则执行步骤308。

步骤308，进行警示。

步骤304’，以起重机的回转中心作为三维空间相对坐标系的原点，确定起重机和待吊物体的三维空间相对坐标。

根据起重机的回转中心的三维空间坐标和三维空间相对坐标(也即原点)的对应关系，可以得到起重机的各点以及待吊物体的各点的三维空间坐标对应的三维空间相对坐标。

步骤306’，获取起重机在吊起待吊物体之前的工作状态信息，这里，工作状态信息可以包括当前回转角度、吊臂的当前伸缩长度、吊臂的当前变幅角度和吊钩的当前起升高度。

步骤308’，根据起重机和待吊物体的三维空间相对坐标以及工作状态信息控制起重机执行回转动作、吊臂的伸缩动作、吊臂的变幅动作和吊钩的起落动作，以吊起待吊物体。

上述步骤302-步骤308的具体实现可以参见图1所示的步骤102-步骤108的描述，在此不再赘述。

本实施例中，可以根据起重机和待吊物体的三维空间相对坐标以及工作状态信息控制起重机执行各动作以吊起待吊物体，并且，在执行各动作的过程中可以在障碍物到起重机的预设位置的距离小于预设距离时进行警示，从而保证作业的安全性。

图4是图3所示步骤308’的一个实现方式的简化流程示意图。如图4所示，步骤308’可以包括：

步骤402，根据起重机和待吊物体的三维空间相对坐标和工作状态信息确定目标回转角度。

根据起重机和待吊物体的三维空间相对坐标可以获知二者的相对位置，进而根据当前回转角度可以确定目标回转角度。

步骤404，控制起重机执行回转动作，以达到目标回转角度，从而使得吊臂与待吊物体基本在同一平面上，也即，待吊物体位于吊臂在水平面的投影所在的直线上。

优选地，在控制起重机执行回转动作之前，可以先控制吊钩起升一定高度，以避免吊钩与支腿的碰撞。

步骤406，判断单独执行变幅动作是否能使得吊钩的投影与待吊物体重合。若是，则执行步骤408，之后执行步骤418；若否，则执行步骤410。

假设起重机和待吊物体之间的距离为d，吊臂的当前伸缩长度为l₀，吊臂的最大变幅角度为α_max，吊臂的最小变幅角度为α_min。判断d是否满足l₀cosα_max<d<l₀cosα_min；若是，则表示单独执行变幅动作能使得吊钩的投影与待吊物体重合；若否，则表示单独执行变幅动作不能使得吊钩的投影与待吊物体重合。

步骤408，控制起重机执行变幅动作以使得吊钩的投影与待吊物体重合。

步骤410，确定单独执行吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与待吊物体重合所需的时间T₁以及执行吊臂的变幅动作和吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与待吊物体重合所需的时间T₂。

首先介绍一种确定T₁的方法：

假设起重机和待吊物体之间的距离为d，吊臂的当前变幅角度为α₀，吊臂的当前伸缩长度为l₀，则可以确定吊臂的目标伸缩长度l₁＝d/cosα₀。因此，根据公式T₁＝K₁(l₁-l₀)即可得到T₁的值，其中K₁为吊臂单位长度的变化所需的时间。

下面介绍一种确定T₂的方法：

执行吊臂的变幅动作和吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与待吊物体重合的时间可以表示为T＝K₁(l-l₀)+K₂(α-α₀)+ε。

其中，l为吊臂的伸缩长度，α为吊臂的变幅角度，lcosα＝d，l_min≤l≤l_max，α_min≤α≤α_max，K₂为单位变幅角度的变化所需的时间，ε为变幅动作与伸缩动作之间切换所需的时间。

T随着l和α的变化而变化，因此，在满足lcosα＝d、l_min≤l≤l_max、α_min≤α≤α_max的条件下，可以得到T的最小值T_min。可以将T的最小值T_min作为T₂。

步骤412，比较T₁与T₂的大小。若T₁小于T₂，则执行步骤414，之后执行步骤418；若T₁大于T₂，执行步骤416，之后执行步骤418。

步骤414，控制起重机单独执行吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与待吊物体重合。

步骤416，控制起重机执行吊臂的变幅动作和吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与待吊物体重合。

步骤418，控制起重机执行吊钩的起落动作，以吊起待吊物体。

上述实现方式中，各动作的优先级从高至低依次为回转动作、吊臂的变幅动作、吊臂的伸缩动作和吊钩的起落动作。在单独执行变幅动作能使得吊钩的投影与待吊物体重合的情况下，由于吊臂的变幅动作的效率高于吊臂的伸缩动作的效率，因此通过执行变幅动作使得吊钩的投影与待吊物体重合可以提高起重机的作业效率。进一步地，在单独执行变幅动作不能使得吊钩的投影与待吊物体重合的情况下，选择花费时间小的方式使得吊钩的投影与待吊物体重合，从而可以进一步提高起重机的作业效率。

需要说明的是，在另一个实现方式中，也可以不执行图4所示步骤中的步骤410和步骤412，也即，在步骤406的判断结果为否的情况下，可以直接执行步骤414或步骤416，进而执行步骤418。

在又一个实现方式中，图4所示的步骤404与步骤406之间还可以包括如下步骤：判断执行吊臂的变幅动作和/或吊臂的伸缩动作是否能使得吊钩的投影与待吊物体重合；若是，则继续执行步骤406；若否，则可以移动起重机的位置，以使得执行吊臂的变幅动作和/或吊臂的伸缩动作能使得吊钩的投影与待吊物体重合。

下面介绍一种判断执行吊臂的变幅动作和/或吊臂的伸缩动作是否能使得吊钩的投影与待吊物体重合的方式。

假设起重机和待吊物体之间的距离为d，吊臂的最小伸缩长度为l_min，吊臂的最大伸缩长度为l_max，吊臂的最大变幅角度为α_max，吊臂的最小变幅角度为α_min。判断d是否满足l_mincosα_max<d<l_maxcosα_min；若是，则表明执行吊臂的变幅动作和/或吊臂的伸缩动作能使得吊钩的投影与待吊物体重合；若否，则表明执行吊臂的变幅动作和/或吊臂的伸缩动作不能使得吊钩的投影与待吊物体重合。

此外，如果障碍物位于起重机和待吊物体之间，还可以根据障碍物的三维空间坐标确定障碍物的长度、宽度和高度；其中，障碍物的长度、宽度和高度用以辅助起重机的吊臂跨过障碍物进行作业。例如，障碍物为墙体，起重机和待吊物体分别位于墙体的两侧，则起重机需要跨过墙体来吊起待吊物体，并且在吊起待吊物体之后也需要跨过墙体。因此，在实际应用中，可以根据障碍物的长度、宽度和高度信息来辅助起重机的吊臂跨过障碍物进行作业，也即，起重机在作业过程中可以进行主动避障。

图5是根据本发明一个实施例的起重机的作业控制系统的结构示意图。如图5所示，该控制系统包括3D成像装置501和控制装置502。

3D成像装置501用于动态扫描起重机作业范围内的物体以获取物体的三维空间信息，并将物体的三维空间信息发送至控制装置502。这里的物体包括起重机和障碍物，障碍物包括移动中的障碍物；三维空间信息包括但不限于三维空间坐标。

控制装置502包括距离确定单元512、距离判断单元522和警示单元532。

距离确定单元512用于基于起重机和障碍物的三维空间坐标确定障碍物到起重机的预设位置的距离，其中，预设位置可以包括回转中心和/或吊臂的臂头。

距离判断单元522用于判断障碍物到预设位置的距离是否小于预设位置对应的预设距离。

警示单元532用于若障碍物到预设位置的距离小于预设位置对应的预设距离，则进行警示。在一个实现方式中，预设位置对应的预设距离可以包括报警距离和预警距离，其中预警距离大于报警距离，警示单元可以用于若障碍物到预设位置的距离介于报警距离与预警距离之间，则进行预警；若障碍物到预设位置的距离小于报警距离，则进行报警。

本实施例中，利用3D成像装置可以动态识别起重机作业范围内的物体并将物体的三维空间信息发送至控制装置，控制装置在障碍物到起重机的预设位置的距离小于预设距离时进行警示。与现有技术相比，即便障碍物是移动的，本实施例也可以获取到障碍物的实时位置，从而可以避免移动中的障碍物与起重机的某些部位的碰撞，减少了安全事故的发生，提高了起重机作业的安全性。另外，起重机的作业范围发生变化时，本实施例的方法也无需人工重新设定边界，节约了人力资源。

需要指出的是，控制装置502可以包括多个部件，相应地，距离确定单元512、距离判断单元522和警示单元532的功能可以利用不同的部件来实现。例如，在实际应用中，一般的车载控制器的处理能力可能有限，因此，控制装置502可以包括处理器和车载控制器。例如，距离确定单元512的功能可以利用处理器来实现，而距离判断单元522和警示单元532的功能可以利用车载控制器来实现。

在一个实施例中，3D成像装置501获取到的三维空间信息可以包括物体的三维空间坐标、颜色信息和反色率信息。该实施例中，控制装置502可以包括模型建立单元和图像信息发送单元，模型建立单元用于基于障碍物的三维空间信息建立障碍物的三维空间模型，图像信息发送单元用于将表示障碍物的三维空间模型的图像信息发送到车载显示器，以便辅助起重机作业。如此，操作人员可以在车载显示器上直观地观察到障碍物的图像，从而可以进一步提升作业的安全性。应理解，在控制装置包括处理器和车载控制器的情况下，上述模型建立单元和图像信息发送单元的功能可以利用处理器来实现。

图6是图5所示距离确定单元的一个实现方式的结构示意图。如图6所示，距离确定单元512包括坐标确定模块5121和距离确定模块5122。坐标确定模块5121用于以起重机的回转中心作为三维空间相对坐标系的原点，确定障碍物和预设位置的三维空间相对坐标。距离确定模块5122用于根据障碍物和预设位置的三维空间相对坐标确定障碍物到预设位置的距离。

为了避免障碍物与待吊物体发生碰撞，在一个实施例中，参见图5，3D成像装置501可以用于动态扫描起重机作业范围内的物体以获取物体的三维空间信息(其包括但不限于三维空间坐标)，并将物体的三维空间信息发送至控制装置502，这里的物体包括起重机、障碍物和待吊物体。相应地，该实施例中，距离确定单元512还可以用于在吊起待吊物体后，基于待吊物体和障碍物的三维空间坐标确定障碍物到待吊物体的距离；距离判断单元522还可以用于判断障碍物到待吊物体的距离是否小于待吊物体对应的预设距离；警示单元532还可以用于若障碍物到待吊物体的距离小于待吊物体对应的预设距离，则进行警示。

本实施例不仅可以避免起重机的某些部位与障碍物碰撞，而且可以避免被吊起的待吊物体与障碍物碰撞，从而进一步减少了安全事故的发生，进一步提高了起重机作业的安全性。

图7是根据本发明另一个实施例的起重机的作业控制系统的结构示意图。该实施例中，3D成像装置501用于动态扫描起重机作业范围内的物体以获取物体的三维空间信息并将物体的三维空间信息发送至控制装置502，这里的物体包括起重机、障碍物和待吊物体，三维空间信息包括三维空间坐标。控制装置502除了包括图5所示的距离确定单元512、距离判断单元522和警示单元532外，还包括坐标确定单元542、状态获取单元552和控制单元562。

坐标确定单元542用于以起重机的回转中心作为三维空间相对坐标系的原点，确定起重机和待吊物体的三维空间相对坐标。

状态获取单元552用于获取起重机在吊起待吊物体之前的工作状态信息，工作状态信息包括当前回转角度、吊臂的当前伸缩长度、吊臂的当前变幅角度和吊钩的当前起升高度。

控制单元562用于根据起重机和待吊物体的三维空间相对坐标以及工作状态信息控制起重机执行回转动作、吊臂的伸缩动作、吊臂的变幅动作和吊钩的起落动作，以吊起待吊物体。

本实施例中，控制装置可以根据起重机和待吊物体的三维空间相对坐标以及工作状态信息控制起重机执行各动作以吊起待吊物体，并且，在执行各动作的过程中可以在障碍物到起重机的预设位置的距离小于预设距离时进行警示，从而保证作业的安全性。

图8是图7所示控制单元的一个实现方式的结构示意图。如图8所示，控制单元562包括计算模块5621、判断模块5622和控制模块5623。计算模块5621用于根据起重机和待吊物体的三维空间相对坐标以及工作状态信息确定目标回转角度。判断模块5622用于判断单独执行变幅动作是否能使得吊钩的投影与待吊物体重合。控制模块5623用于控制起重机执行回转动作，以达到目标回转角度；若单独执行变幅动作能使得吊钩的投影与待吊物体重合，则控制起重机执行变幅动作以使得吊钩的投影与待吊物体重合；若单独执行变幅动作不能使得吊钩的投影与待吊物体重合，则控制起重机单独执行吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与待吊物体重合，或者控制起重机执行吊臂的变幅动作和吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与待吊物体重合；控制起重机执行吊钩的起落动作，以吊起待吊物体。

上述实现方式中，各动作的优先级从高至低依次为回转动作、吊臂的变幅动作、吊臂的伸缩动作和吊钩的起落动作。在单独执行变幅动作能使得吊钩的投影与待吊物体重合的情况下，由于吊臂的变幅动作的效率高于吊臂的伸缩动作的效率，因此通过执行变幅动作使得吊钩的投影与待吊物体重合可以提高起重机的作业效率

在一个实现方式中，控制模块5623还可以用于确定单独执行吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与待吊物体重合所需的时间T₁以及执行吊臂的变幅动作和吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与待吊物体重合所需的时间T₂；比较T₁与T₂的大小；若T₁小于T₂，则控制起重机单独执行吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与待吊物体重合；若T₁大于T₂，则控制起重机执行吊臂的变幅动作和吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与待吊物体重合。

上述实现方式中，在单独执行变幅动作不能使得吊钩的投影与待吊物体重合的情况下，控制模块可以确定单独执行吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与待吊物体重合所需的时间以及执行吊臂的变幅动作和吊臂的伸缩动作以使得吊钩的投影与待吊物体重合所需的时间，并选择花费时间小的方式使得吊钩的投影与待吊物体重合，从而可以进一步提高起重机的作业效率。

考虑到障碍物位于起重机和待吊物体之间的情况，在一个实施例中，控制装置还可以包括障碍物信息确定单元，用于根据障碍物的三维空间坐标确定障碍物的长度、宽度和高度。这里，障碍物的长度、宽度和高度可以用以辅助起重机的吊臂跨过障碍物进行作业。如此，起重机在作业时可以进行主动避障。

此外，上述各实施例的控制系统还可以包括可移动平台，用于搭载3D成像装置在起重机上方旋转，以动态扫描起重机作业范围内的物体。示例性地，可移动平台可以包括无人机等。

本发明还提供了一种起重机，其包括上述任意一个实施例提供的起重机的作业控制系统。在一个实施例中，起重机可以包括但不限于流式起重机，例如汽车起重机、全地面起重机、轮胎式起重机、履带式起重机等。

本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好地说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。