塔式起重机全景可视、可控、智能监测与防护集成系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工程机械技术领域，具体地说是一种塔式起重机全景可视、可控、智能 监测与防护集成系统。
【背景技术】
[0002] 塔式起重机是一种动臂装在高耸塔身上部的旋转起重机，作业空间大，主要用于 房屋建筑施工中物料的垂直和水平输送及建筑构件的运输和安装。
[0003] 随着建筑业的快速发展，用于高层建筑施工运输的塔式起重机需求越来越大。然 而，塔式起重机由于工作重心高、起重载荷大、运行速度快的特点，在作业过程中存在极大 安全隐患，尤其是在塔式起重机吊装过程中因斜拉斜拽、拔粧或重物突然卸载导致的塔身 倾翻。
[0004] 由于塔式起重机的工作空间大，操作室空间小，造成了司机视野容易出现盲区，在 操作过程中容易与其他建筑物发生碰撞；并且在盲区作业中无线电信号不稳定导致的信号 工与塔机司机沟通交流不准确，与周围建筑物或多台近距离交叉作业发生的碰撞，均会给 塔式起重机安全施工带来种种隐患，轻者设备损伤、重者机翻人亡。
[0005] 申请号为2014104115574的对比文件公开了一种塔式起重机远程监控系统，其解 决的问题是能够远程监控操作者是否有违规操作的情况，如有异常情况发生可以远程作出 补救措施。该发明是针对于监督人员来说的，操作者本人并不能看到视野盲区的情况，解决 不了本申请要解决的问题。
[0006] 申请号为2013105938610的对比文件公开了一种塔式起重机防碰撞系统、方法、 装置及塔式起重机，其解决的问题是通过检测塔机的运行状态参数，并与额定参数相比较， 来提醒操作者正确操作，起到预警，减少碰撞发生的作用，但是一种塔式起重机防碰撞系统 判断塔式起重机与障碍物之间的距离是通过将坐标点投影到水平面上，从而计算出距离， 该系统所计算出的距离要小于或等于实际距离，并不能准确的判断间距；而且一种塔式起 重机防碰撞系统仅仅给出了一般情况下的障碍物，而现实中的障碍物情况复杂多样，因此 该系统提供的一种塔式起重机防碰撞方法并不能完全适用于所有障碍物。
【发明内容】
[0007] 本发明提供的一种塔式起重机全景可视、可控、智能监测与防护集成系统，基于施 工现场的视频监控系统，以图形数值和声音实时显示当前的工作状态和参数，与额定工作 参数作对比，作出预警、报警，并防止碰撞功能的系统，用于解决在高层建筑物施工时，塔吊 司机吊装容易出现盲区、不能实时显示吊装情况的问题。
[0008] 本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种塔式起重机全景可视、可控、智 能监测与防护集成系统，其特征是，包括数据采集模块、数据处理模块、控制模块和显示模 块；所述的数据采集模块用于采集施工现场的视频、与障碍物的距离和塔式起重机的实时 运行状态参数，并将采集到的数据发送给数据处理模块；所述的数据处理模块用于对检测 到的与障碍物的距离和塔式起重机的实时运行状态参数进行处理，计算塔式起重机与障碍 物的三维坐标，并将处理结果发送给显示模块和控制模块；所述的控制模块用于进行预警 报警和限制塔式起重机的运行；所述的显示模块用于视频显示、参数显示和报警显示。
[0009] 进一步地，所述的数据采集模块包括起升重量传感器、幅度传感器、起升高度传感 器、回转角度传感器、力矩传感器、风速传感器、倾角传感器和超声波传感器；所述球机摄像 头设置在操作室旁，并通过视频采集卡与数据处理模块连接，用于采集施工现场的视频信 息；所述的起升重量传感器设置在测力环的中心轴上；所述的幅度传感器用于检测变幅小 车在塔机起重臂上的位置，设置在变幅机构的电机轴上；所述的起升高度传感器用于检测 吊重的起升高度，设置在起升机构的钢丝绳卷筒轴上；所述的回转角度传感器用于检测塔 臂的回转角度，设置在回转齿圈上；所述的力矩传感器用于检测起重力矩，设置在塔机塔头 侧腹板上；所述的风速传感器用于检测风速，设置在塔机顶部；所述的倾角传感器用于检 测塔身倾斜角度，设置在回转塔身的主肢上；所述的超声波传感器用于检测塔式起重机与 障碍物的距离，设置在塔身与塔臂的交点位置。
[0010] 进一步地，所述的实时运行状态参数包括塔式起重机的起重重量、小车变幅、起升 高度、回转角度、起重力矩、风速和倾角。
[0011] 进一步地，所述的塔式起重机与障碍物之间的距离为起重臂臂尖与与柱状障碍物 之间的距离和平衡臂的臂尖与柱状障碍物之间的距离，其具体测量过程是：所述的超声波 传感器检测塔臂与塔身的交点到柱状障碍物的距离，所述的回转角度传感器检测塔臂的回 转角度；所述的数据处理模块以塔身的中心线与地平面的交点为原点，地平面为xy平面， 以塔臂在xy平面的投影为X轴，塔身的中心线为z轴，以与X轴和z轴垂直的线为y轴建 立坐标系，根据塔臂与塔身的交点到柱状障碍物的距离、塔臂的回转角度和塔臂的高度计 算出柱状障碍物的三维坐标；根据起重臂和平衡臂的臂长计算出起重臂臂尖和平衡臂臂尖 的三维坐标；根据起重臂臂尖、平衡臂臂尖和柱状障碍物的三维坐标计算出所述起重臂臂 尖与与柱状障碍物之间的距离和平衡臂的臂尖与柱状障碍物之间的距离。
[0012] 进一步地，所述的塔式起重机与障碍物之间的距离为起重臂臂尖与平面障碍物之 间的距离和平衡臂的臂尖与平面障碍物之间的距离，其具体测量过程是：所述的回转角度 传感器检测塔臂的回转角度，所述的超声波传感器检测塔臂与塔身的交点到以塔身的中心 线与塔臂的中心线的交点为圆心、以所述起重臂的臂长为半径的圆面与平面障碍物的交线 的距离，所述的数据处理模块以塔身的中心线与地平面的交点为原点，地平面为xy平面， 以塔臂在xy平面的投影为X轴，塔身的中心线为z轴，以与X轴和z轴垂直的线为y轴建 立坐标系，根据回转角度和检测到的距离确定任意两点的坐标，确定交线的直线方程，起重 臂与平衡臂的臂尖到该交线的垂直距离即为起重臂臂尖与平面障碍物之间的距离和平衡 臂的臂尖与平面障碍物之间的距离。
[0013] 进一步地，所述的塔式起重机与障碍物之间的距离为塔臂臂中与障碍物之间的距 离，其具体测量过程是：所述的超声波传感器检测塔臂与塔身交点到障碍物之间的距离，所 述的回转角度传感器检测塔臂的回转角度，所述的幅度传感器检测塔吊变幅距离；所述的 数据处理模块以塔身的中心线与地平面的交点为原点，地平面为xy平面，以塔臂在xy平面 的投影为X轴，塔身的中心线为Z轴，以与X轴和z轴垂直的线为y轴建立坐标系，根据塔 臂与塔身交点到障碍物之间的距离、塔臂的回转角度和塔臂的高度计算出障碍物的三维坐 标，根据起重臂和平衡臂的臂长、塔臂的回转角度和塔臂的高度计算起重臂和平衡臂臂尖 的三维坐标；根据塔吊变幅距离、塔臂的回转角度和塔臂高度计算塔臂上两点坐标，确定塔 臂所在直线方程；所述的数据处理模块计算障碍物的三维坐标到塔臂所在直线的直线方程 的最短距离，所述的障碍物到塔臂臂中的距离为障碍物的三维坐标到塔臂所在直线的直线 方程的最短距离。
[0014] 进一步地，所述的塔式起重机与障碍物之间的距离为吊重与相邻塔式起重机的塔 臂之间的距离，所述的球机摄像头采集该塔式起重机与相邻塔式起重机塔臂的相对位置影 像，所述的数据采集模块发送给显示模块进行视频显示。
[0015] 进一步地，所述的控制模块包括预警模块、报警模块和制动模块；所述预警模块的 启动条件为实时运行状态参数达到额定运行状态参数的70% -90%，或/和塔式起重机与 障碍物之间的距离达到预定安全距离的100% -120% ;所述报警模块的启动条件为实时运 行状态参数不小于额定运行状态参数，或/和塔式起重机与障碍物之间的距离达到预定安 全距离的80% -100% ;所述的制动模块包括起升高度行程限位器、回转角度行程限位器和 幅度行程限位器；所述的起升高度行程限位器设置在塔式起重机的起升机构的钢丝绳卷筒 轴上，用于在起升高度过高时切断起升电机电源；所述的回转角度行程限位器设置在回转 齿圈上，用于在回转角度过大时切断回转电机电源；所述的幅度行程限位器设置在变幅机 构的电机轴上，用于在变幅幅度过大时切断变幅电机电源。
[0016] 进一步地，所述的起升高度行程限位器的启动条件为起升重量传感器采集到的数 据不小于额定起重重量或/和力矩传感器采集到的数据不小于额定起重力矩；所述的回转 角度行程限