本发明涉及吊机设备领域，具体而言，涉及塔吊避障装置、手持控制装置及塔吊自动避障系统。
背景技术：
随着建筑领域的不断发展以及城市化进程加快，越来越多的地方在建立高楼大厦或者是桥梁等设施，然而在建立高楼大厦时，都需要各种规格的吊机来吊建材或设备，目前吊机主要采用人为控制的方式，需要有专门操作吊机的师傅爬上吊机进行操作，然而由于操作吊机属于高空作业，因此存在极大安全隐患的概率，其次聘用专门的师傅成本较高。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供塔吊避障装置、手持控制装置及塔吊自动避障系统，可以解决上述的技术问题。
本发明的实施例是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供一种塔吊避障装置，其应用于塔吊自动避障系统，所述塔吊自动避障系统包括手持控制装置，所述塔吊避障装置包括：所述塔吊避障装置与所述手持控制装置无线通信；所述塔吊避障装置包括主控制器、摄像头、拉力传感器、陀螺仪加速度计和无线通信模块；所述摄像头、所述拉力传感器、所述陀螺仪加速度计和所述无线通信模块均与所述主控制器的电连接；所述无线通信模块还与所述手持控制装置无线通信；所述主控制器、所述摄像头、所述拉力传感器、所述陀螺仪加速度计和所述无线通信模块均安装在塔吊上；所述主控制器用于接收所述手持控制装置发送的起始位置信息和终止位置信息。
在本发明较佳的实施例中，上述塔吊包括第一支架、第二支架、吊绳和挂钩，所述第一支架与所述第二支架垂直连接，所述吊绳的第一端与所述第一支架连接，所述吊绳的第二端与所述挂钩连接，所述摄像头安装在所述吊绳的第一端，所述拉力传感器和所述陀螺仪加速度计均安装在所述挂钩上；所述主控制器和所述无线通信模块均安装在所述第一支架上。
在本发明较佳的实施例中，上述摄像头与所述主控制器的串口接收引脚连接，所述无线通信模块与所述主控制器具有串口收发功能的引脚连接；所述拉力传感器通过具有ad检测的端口与所述主控制器的串口连接；所述陀螺仪加速度计与所述主控制器具有iic功能的引脚相连。
在本发明较佳的实施例中，上述摄像头为深度摄像头。
在本发明较佳的实施例中，上述塔吊避障装置还包括第一定位模块，所述第一定位模块与所述主控制器具有串口收发功能的引脚连接；所述第一定位模块安装在所述挂钩上。
在本发明较佳的实施例中，上述塔吊还包括底座，所述底座与所述第二支架垂直连接，所述底座与所述第一支架相对设置。
第二方面，本发明实施例提供一种手持控制装置，其应用于塔吊自动避障系统，所述塔吊自动避障系统包括如权利要求1－6任意一项所述的塔吊避障装置，所述手持控制装置包括：第二定位模块、通信模块、微控制器和按钮，所述第二定位模块、所述通信模块和所述按钮均与所述微控制器电连接，所述通信模块与所述塔吊避障装置无线通信，用于供所述微控制器发送起始位置信息和终止位置信息至所述塔吊避障装置。
在本发明较佳的实施例中，上述第二定位模块和所述通信模块均与所述微控制器具有串口收发功能的引脚连接；所述按钮与所述微控制器的io端口连接。
在本发明较佳的实施例中，上述手持控制装置还包括lcd显示屏，所述lcd显示屏与所述微控制器的fsmc功能的引脚相连。
第三方面，本发明实施例提供一种塔吊自动避障系统，其包括：如第一方面任意一项所述的塔吊避障装置以及如第二方面任意一项所述的手持控制装置，所述塔吊避障装置与所述手持控制装置无线连接。
本发明实施例的有益效果是：本发明实施例提供了塔吊避障装置、手持控制装置及塔吊自动避障系统，通过将所述摄像头、所述拉力传感器、所述陀螺仪加速度计和所述无线通信模块均与所述主控制器进行电连接，并通过无线通信模块还与所述手持控制装置无线通信，接收手持控制装置发送的起始位置信息与终止位置信息生成目标路径，通过拉力传感器来检测货物重量，将测量的货物重量发送到主控制器，主控制器判断货物重量是否小于或等于所述预设值，使得货物重量小于或等于所述预设值时，开始运行塔吊。在运行过程中，通过摄像头实时采集吊绳以及挂钩在运行过程中的视觉图像，并将所采集的视觉图像发送至所述主控制器，主控制器根据所述视觉图像判断在运行过程中是否遇到障碍物，同时采集挂钩所运载的货物的深度与位置，如果遇到障碍物，则通过控制吊绳来进行规避。其中，在运行过程中，采用比例积分微分控制进行移动速度的控制，同时根据陀螺仪加速度计检测到的姿态进行速度的调整。从而使得无需人工专门操作吊机的师傅爬上吊机进行操作，可以有效降低安全事故发生的概率，同时可以降低聘用专门的师傅成本。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是本发明第一实施例提供的塔吊自动避障系统的功能模块示意图；
图2是本发明第二实施例提供的塔吊避障装置安装在塔吊上的安装结构示意图；
图3为图2所示的塔吊的功能模块示意图；
图4为图2所示的塔吊避障装置的功能模块示意图；
图5是本发明第三实施例提供的手持控制装置的功能示意图。
图标：10－塔吊自动避障系统；100－塔吊避障装置；200－手持控制装置；110－主控制器；120－摄像头；130－拉力传感器；140－陀螺仪加速度计；150－无线通信模块；160－第一定位模块；170－塔吊；171－第一支架；172－第二支架；173－吊绳；174－挂钩；175－底座；210－第二定位模块；220－通信模块；230－微控制器；240－按钮；250－lcd显示屏。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
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定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第一实施例
请参照图1，本实施例提供一种塔吊自动避障系统10，其包括塔吊避障装置100和手持控制装置200。
可选地，塔吊避障装置100与手持控制装置200无线通信。
在本实施例中，所述塔吊避障装置100通过与手持控制装置200无线通信，以接收手持控制装置200发送的指令或数据(如起始位置信息和终止位置信息)，实现在从起始位置至终止位置的运输的自动避开障碍物，进而使得无需有专门操作塔吊的师傅爬上塔吊进行操作，可以有效节约成本的同时还能够有效避免安全事故的发生概率。
其中，手持控制装置200的数量为多个。
可选地，手持控制装置200的数量为两个，一个手持控制装置200用于提供起始位置，一个手持控制装置200用于提供终止位置。
其中，塔吊避障装置100与手持控制装置200的具体实施方式，请参照下述的第二实施例和第三实施例，在此，不再赘述。
第二实施例
请参照图2与图4，本实施例提供一种塔吊避障装置100，安装在塔吊170上，塔吊避障装置100包括主控制器110、摄像头120、拉力传感器130、陀螺仪加速度计140、无线通信模块150和第一定位模块160。
在本实施例中，塔吊170包括第一支架171、第二支架172、吊绳173、挂钩174和底座175，所述第一支架171与所述第二支架172的一端垂直连接，所述吊绳173的第一端与所述第一支架171连接，所述吊绳173的第二端与所述挂钩174连接，所述底座175与所述第二支架172的另一端垂直连接，所述底座175与所述第一支架171相对设置。
可选地，所述第一支架171上还安装有用于拉伸所述吊绳173的电动机，所述吊绳173的第一端与所述电动机的输出轴连接，所述吊绳173的第二端与所述挂钩174连接，所述电动机与所述主控制器110电连接，用于接收主控制器110发送的拉伸信号，从而根据所述拉伸信号对吊绳173进行拉伸，以实现规避障碍物。
需要说明的是，本发明实施例提供的塔吊170为现有技术，例如，各个施工工地所使用的塔吊170或吊机等设备。故在此，不再赘述。
其中，所述主控制器110安装在塔吊170上，具体地，所述主控制器110安装在所述第一支架171上。
可选地，所述主控制器110安装在所述第一支架171与所述第二支架172连接处，或者是安装在塔吊170的控制室内，其中，控制室设置在第一支架171上。
所述主控制器110分别与所述摄像头120、拉力传感器130、陀螺仪加速度计140、无线通信模块150和第一定位模块160电连接。
所述主控制器110用于通过无线通信模块150接收与无线通信模块150连接的手持控制装置200(请参照图1或图5)所发送的起始位置信息和终止位置信息，从而根据起始位置信息和终止位置信息形成目标路径，即以起始位置信息为起点，以终止位置信息为终点所建立的目标路径。
所述主控制器110还用于控制拉力传感器130检测货物重量是否小于或等于预设值，若小于或等于预设值，则控制塔吊170将货物按照目标路径进行运输。如果大于预设值，则发送报警信息，如通过短信或者是网络的方式进行报警，或者是通过报警设备如蜂鸣器进行报警，以提示用户当前货物超载。
在本实施例中，通过下判断货物的重量，可以有效避免在操作塔吊170，由于货物超重，而导致危险发生。
其中，所述预设值的大小可以根据实际需求进行设置，一般来说，预设值是根据塔吊170的质量和高度相关，在此，不作具体限定。
在本实施例中，所述主控制器110可以是集成电路芯片，具有信号处理功能。上述的集成电路芯片可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、网络处理器(networkprocessor，np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该集成电路芯片也可以是任何常规的处理器等。
可选地，所述主控制器110的型号为stm32f429。
在本实施例中，所述摄像头120安装在塔吊170上，具体地，所述摄像头120安装在所述吊绳173的第一端d1。
在本实施例中，所述摄像头120用于采集塔吊170的运行图像。例如，用于检测运行过程中可能遇到的障碍物，探测其深度并且进行障碍物形状的采集。同时采集挂钩174上所挂的货物的深度与位置。
作为一种实施方式，所述摄像头120采集挂钩174上所挂的货物的深度与位置以及障碍物的深度与位置，从而使得主控制器110根据障碍物的深度与位置以及挂钩174上所挂的货物的深度与位置来进行规避障碍物，具体地，主控制器110根据货物的位置和货物的运行轨迹来判断货物是否会运行到障碍物的位置，如果运行到障碍物的位置处时，根据障碍物的深度与货物的深度判断是否会与障碍物发生碰撞，如果是，则控制电动机拉伸所述吊绳173，以进行规避所述障碍物。例如，根据障碍物的深度与货物的深度差来进行判断，当深度差等于或大于预设值时，则不会与障碍物发生碰撞。当深度差小于预设值时，发出报警信息(例如，通过报警器实现报警，以提示用户当前可能与障碍物发生碰撞，请尽快调节)，进而能够有效避免与障碍物发生碰撞，有效提高运输安全性。
其中，报警器与主控制器110电连接。
可选地，报警器可以是蜂鸣器或者是高音喇叭。
其中，预设值的设置可以根据实际需求进行设置，在此，不再赘述。
可选地，所述摄像头120的数量为两个，其中一个安装在塔吊170上，具体地，所述摄像头120安装在所述吊绳173的第一端d1。另外一个安装在挂钩174上。通过在挂钩174上还安装有所述摄像头120，能够更好的测量货物的深度。
可选地，所述摄像头120为深度摄像头(基于双目视觉或者tof(timeofflight))。
可选地，所述摄像头120与所述主控制器110的串口接收引脚连接，例如，与所述主控制器110的txd和rxd引脚连接。
在本实施例中，所述拉力传感器130安装在塔吊170上，具体地，所述拉力传感器130安装在所述挂钩174上。
在本实施例中，所述拉力传感器130用于通过测量货物的拉力，从而测量货物的重量，并集采集到的货物的重量发送至主控制器110，以使主控制器110根据货物的重量来判断是否小于或等于所述预设值。
可选地，所述拉力传感器130通过具有ad检测的端口与所述主控制器110的串口连接。
可选地，所述拉力传感器130的型号为at8312。
在本实施例中，所述陀螺仪加速度计140安装在塔吊170上，具体地，所述陀螺仪加速度计140安装在所述挂钩174上。
在本实施例中，所述陀螺仪加速度计140用于检测挂钩174的姿态。
可选地，所述陀螺仪加速度计140与所述主控制器110具有iic功能的引脚相连。具体地，述陀螺仪加速度计140与所述主控制器110的sda与scl引脚连接。
可选地，所述陀螺仪加速度计140的型号为mpu9250或mpu6050，在此，不作具体限定。
在本实施例中，所述无线通信模块150安装在塔吊170上，具体地，所述无线通信模块150安装在第一支架171上。
可选地，所述无线通信模块150安装在所述第一支架171与所述第二支架172连接处，或者是安装在塔吊170的控制室内，其中，控制室设置在第一支架171上。
在本实施例中，所述无线通信模块150用于与手持控制装置200进行无线通信，以接收手持控制装置200发送的控制指令或数据。
在本实施例中，所述无线通信模块150与所述主控制器110电连接。
可选地，所述无线通信模块150与所述主控制器110具有串口收发功能的引脚连接。例如，所述无线通信模块150与所述主控制器110的txd和rxd引脚连接。
可选地，所述无线通信模块150的型号为sx1278。
在本实施例中，所述第一定位模块160安装在所述挂钩174上。所述第一定位模块160与所述主控制器110具有串口收发功能的引脚连接。例如，第一定位模块160与所述主控制器110的txd和rxd引脚连接。
在本实施例中，所述第一定位模块160用于实时对挂钩174进行定位，以确定挂钩174是否到达终点。
可选地，所述第一定位模块160的型号为atk1218＿bd。
塔吊避障装置100的工作原理是：主控制器110根据所收到的手持控制装置200发送的起始位置信息与终止位置信息生成目标路径；通过拉力传感器130来检测货物重量，将测量的货物重量发送到主控制器110，主控制器110判断货物重量是否小于或等于所述预设值，使得货物重量小于或等于所述预设值时，开始运行塔吊170。在运行过程中，通过摄像头120实时采集吊绳173以及挂钩174在运行过程中的视觉图像，并将所采集的视觉图像发送至所述主控制器110，主控制器110根据所述视觉图像判断在运行过程中是否遇到障碍物，同时采集挂钩174所运载的货物的深度与位置，如果遇到障碍物，则通过控制吊绳173来进行规避。其中，在运行过程中，采用比例积分微分控制进行移动速度的控制，同时根据陀螺仪加速度计140检测到的姿态进行速度的调整。
本发明实施例提供的塔吊避障装置100，通过将摄像头120、拉力传感器130、陀螺仪加速度计140、无线通信模块150均与所述主控制器110进行电连接，并通过无线通信模块150还与所述手持控制装置200无线通信，接收手持控制装置200发送的起始位置信息与终止位置信息生成目标路径，通过拉力传感器130来检测货物重量，将测量的货物重量发送到主控制器110，主控制器110判断货物重量是否小于或等于所述预设值，使得货物重量小于或等于所述预设值时，开始运行塔吊170。在运行过程中，通过摄像头120实时采集吊绳173以及挂钩174在运行过程中的视觉图像，并将所采集的视觉图像发送至所述主控制器110，主控制器110根据所述视觉图像判断在运行过程中是否遇到障碍物，同时采集挂钩174所运载的货物的深度与位置，如果遇到障碍物，则通过控制吊绳173来进行规避。其中，在运行过程中，采用比例积分微分控制进行移动速度的控制，同时根据陀螺仪加速度计140检测到的姿态进行速度的调整。从而使得无需人工专门操作吊机的师傅爬上吊机进行操作，可以有效降低安全事故发生的概率，同时可以降低聘用专门的师傅成本。
第三实施例
请参照图5，本实施例提供一种手持控制装置200，其包括第二定位模块210、通信模块220、微控制器230、按钮240和lcd显示屏250。
其中，第二定位模块210与微控制器230电连接，用于采集手持控制装置200的位置信息，并集所述手持控制装置200的位置信息发送至塔吊避障装置100。
具体地，所述第二定位模块210与所述微控制器230具有串口收发功能的引脚连接。例如，所述第二定位模块210与所述微控制器230的txd和rxd引脚连接。
可选地，所述第二定位模块210的型号为atk1218＿bd。
在本实施例中，所述通信模块220与微控制器230连接，所述通信模块220还与塔吊避障装置100进行无线通信，具体地，所述通信模块220与塔吊避障装置100中的无线通信模块150无线通信。
其中，所述通信模块220与所述微控制器230具有串口收发功能的引脚连接。例如，所述通信模块220与所述微控制器230的txd和rxd引脚连接。
可选地，所述通信模块220的型号为sx1278。
在本实施例中，所述微控制器230可以是集成电路芯片，具有信号处理功能。上述的集成电路芯片可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、网络处理器(networkprocessor，np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该集成电路芯片也可以是任何常规的处理器等。
可选地，所述微控制器230的型号为stm32f429。
在本实施例中，所述按钮240的数量为多个，每个按钮240均与所述微控制器230电连接，具体地，每个按钮240均与所述微控制器230的io端口连接，用于输入指令或数据至所述微控制器230。其中，具体的指令和数据可以根据实际情况进行设置，例如，输入位置信息或者是输入用于控制塔吊170停止的停止指令或用于控制塔吊170运行的运行指令等。
在本实施例中，lcd显示屏250为触摸显示屏，用于供用户在显示屏中确定起始位置和/或终止位置。
其中，所述lcd显示屏250与所述微控制器230的fsmc功能的引脚相连。
可选地，所述lcd显示屏250为tft＿lcd。
在本实施例中，通过所述手持控制装置200进行输入起始位置信息、终止位置信息以及其他操作指令(例如，运行指令或停止指令)，从而实现对塔吊避障装置100进行远程控制，以实现对挂钩174上所挂的货物的移动进行控制，进而使得无需人工专门操作吊机的师傅爬上吊机进行操作，可以有效降低安全事故发生的概率，同时可以降低聘用专门的师傅成本。以及在塔吊170根据起始位置信息与终止位置信息运行到目标点后，用户可以通过手持控制装置200对挂钩174的位置进行微调。同时在遇到紧急状况时，用户可以通过手持控制装置200进行急停。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。