CN108821120A

CN108821120A - 建筑施工塔式起重机及吊钩定位***

Info

Publication number: CN108821120A
Application number: CN201810360792.1A
Authority: CN
Inventors: 周命端; 杜明义; 周乐皆; 王坚; 丁克良
Original assignee: Beijing University of Civil Engineering and Architecture
Current assignee: Beijing University of Civil Engineering and Architecture
Priority date: 2018-04-20
Filing date: 2018-04-20
Publication date: 2018-11-16
Anticipated expiration: 2038-04-20
Also published as: CN108821120B

Abstract

本发明提供了一种吊钩定位***，包括：GNSS流动站、激光信号发射器、偏摆测量装置以及数据处理装置，GNSS流动站包括导航定位装置和坐标计算装置，用于计算GNSS流动站的天线相位中心三维空间坐标；激光信号发射器用于感应第二吊绳段的摆动，并在第二吊绳段的摆动时垂直向上发送激光信号；偏摆测量装置用于接收激光信号，并根据激光信号测量并计算激光信号发射器的偏摆参数；数据处理装置用于根据GNSS流动站的天线相位中心三维空间坐标计算得到的动滑轮中心的三维空间坐标，以及激光信号发射器的偏摆参数，计算得到吊钩的三维空间坐标。准确定位吊钩的位置。本发明还提供一种建筑施工塔式起重机。

Description

建筑施工塔式起重机及吊钩定位***

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种吊钩定位***，还涉及一种建筑施工塔式起重机。

背景技术

在塔式起重机进行作业的过程中，准确确定吊钩位置对于完成塔式起重机吊装定点放样任务具有重要意义。通过在吊钩以上的位置处安装定位装置来实现，无法直接安装在吊钩上，若将定位装置直接安装在吊钩上，则不仅影响塔式起重机作业，而且在作业的过程中容易将定位装置损坏。若吊钩受到碰撞或者风吹的影响发生摆动，而且在有些地点无法进行测量时，现有的定位装置无法准确测量吊钩位置。

因此，对于如何准确测量吊钩位置是本领域技术人员急需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种吊钩定位***，以及建筑施工塔式起重机，以克服或缓解背景技术中存在的一个或者更多个问题，提供至少一种有益的选择。

作为本发明的一个方面，提供了一种吊钩定位***，应用于建筑施工塔式起重机，所述建筑施工塔式起重机包括：塔臂、安装于所述塔臂上的移动小车、与所述移动小车连接的第一吊绳段、第二吊绳段、位于所述第一吊绳段和所述第二吊绳段之间的动滑轮、设置在所述第二吊绳段末端的吊钩，所述动滑轮的外部罩设有支撑架，所述支撑架连接于所述动滑轮的中心固定轴上，所述吊钩定位***包括：

GNSS流动站，设置于所述支撑架的顶部，所述GNSS流动站包括导航定位装置和坐标计算装置，

所述导航定位装置用于采集所述GNSS流动站自身的导航卫星观测值；

所述坐标计算装置用于根据所述导航卫星观测值计算所述GNSS流动站的天线相位中心三维空间坐标；

激光信号发射器，所述激光信号发射器设置于所述第二吊绳段上，用于感应所述第二吊绳段的摆动，并在所述第二吊绳段的摆动时垂直向上发送激光信号；

偏摆测量装置，所述偏摆测量装置与所述支撑架的底部连接，所述偏摆测量装置用于接收所述激光信号，并根据所述激光信号测量并计算所述激光信号发射器的偏摆参数；

数据处理装置，用于根据所述GNSS流动站的天线相位中心三维空间坐标计算得到所述动滑轮中心的三维空间坐标，并根据所述动滑轮中心的三维空间坐标以及所述激光信号发射器的偏摆参数，计算得到所述吊钩的三维空间坐标。

优选的，在上述吊钩定位***中，所述偏摆测量装置包括连接于所述支撑架底部的铟瓦圆条码数字水平度盘，所述铟瓦圆条码数字水平度盘由所述激光信号触发，并根据所述激光信号发射在所述铟瓦圆条码数字水平度盘的标定点S，自动测量出所述激光信号发射器的水平面偏摆角α和水平面偏摆距离R。

优选的，在上述吊钩定位***中，所述数据处理装置包括：

动滑轮中心坐标计算单元，用于根据所述GNSS流动站的天线相位中心的三维空间坐标，计算得到所述动滑轮中心的三维空间坐标，计算公式如下表示：

其中，(X,Y,H)为所述动滑轮中心的三维空间坐标，(X_G,Y_G,H_G)为所述GNSS流动站的天线相位中心的三维空间坐标，(X_N,Y_E,H_U)为所述GNSS流动站的天线相位中心与天线几何中心的偏差，f(α,A)为由GNSS接收机天线校准机构提供的依据每隔5°卫星方位角和每隔5°卫星高度角校出的网格天线模型，然后随导航卫星的实际方位角α及实际高度角A进行双线性内插运算获得的插值，H1为所述GNSS流动站的天线几何中心到所述动滑轮中心对应的顶部的垂高，r为所述动滑轮的半径。

吊钩空间坐标计算单元，用于根据所述动滑轮中心的三维空间坐标和所述激光信号发射器的摆动参数，计算得到所述吊钩的三维空间坐标，计算公式如下表示：

其中，(X_g,Y_g,H_g)为所述吊钩的三维空间坐标，(X,Y,H)为所述动滑轮中心的三维空间坐标，L为所述第二吊绳段的长度，l为所述激光信号发射器的位置到所述第二吊绳段首端的长度，r为所述动滑轮的半径，H2为所述动滑轮中心底部到所述偏摆测量装置的垂高，α、R分别为所述激光信号发射器的水平面偏摆角和水平面偏摆距离。

优选的，在上述吊钩定位***中，所述GNSS流动站还包括：

综合误差信号接收装置，用于接收来自设置于地面的GNSS基准站通过数据通信链发送的经导航卫星间差分处理后的综合误差改正信号；

第一GNSS定位坐标修正单元，用于根据所述导航卫星观测值以及所述GNSS基准站发送的所述综合误差改正信号计算得到所述GNSS流动站的厘米级天线相位中心三维空间坐标。

优选的，在上述基于GNSS的吊钩定位***中，所述GNSS流动站还包括：

坐标差改正信号接收单元，用于接收来自设置于地面的GNSS基准站通过数据通信链发送的所述GNSS基准站的坐标差改正信号；

第二GNSS定位坐标修正单元，用于根据所述GNSS流动站通过数据通信链发送的所述GNSS流动站的天线相位中心三维空间坐标以及所述GNSS流动站的天线相位中心三维空间坐标计算得到所述GNSS流动站的厘米级天线相位中心三维空间坐标。

优选的，在上述基于GNSS的吊钩定位***中，所述***还包括：

报警装置，安装于所述支撑架的侧面，用于判断所述第二吊绳段偏摆角度β是否超出预警角度χ，若是，则发出用于提示暂停作业的报警信号，计算公式如下表示：

其中，R为所述激光信号发射器的水平面偏摆距离，l为所述激光信号发射器的位置到所述第二吊绳段首端的长度，c为所述铟瓦圆条码数字水平度盘的半径。

本发明还提供了一种建筑施工塔式起重机，包括如上述任一项所述的吊钩定位***。

本发明采用上述技术方案，具有如下优点：本方案提供的吊钩定位***包括：GNSS流动站、激光信号发射器、偏摆测量装置，以及数据处理装置，能够准确定位塔机吊钩的实时位置，解决由于吊钩受到外力作用的影响发生摆动而导致无法测量吊钩的实时位置的问题。

上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本发明公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本发明范围的限制。

图1绘示本发明实施例提供的建筑施工塔式起重机结构示意图；

图2绘示本发明实施例提供的GNSS的吊钩定位***结构示意图；

图3绘示本发明实施例提供的支撑架中筒型结构的示意图；

图4绘示本发明实施例提供的GNSS的吊钩定位***示意框图；

图5绘示本发明实施例提供的铟瓦圆条码数字水平度盘接收激光信号的示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

实施例一

在一种具体的实施方式中，提供了一种吊钩定位***，应用于建筑施工塔式起重机，如图1和图2所示，建筑施工塔式起重机包括：固定装置21、立柱22、塔臂23、安装于塔臂23上的移动小车24、与移动小车24连接的第一吊绳段26、第二吊绳段27、位于第一吊绳段26和第二吊绳段27之间的动滑轮20、设置在第二吊绳段27末端的吊钩28，动滑轮20的外部罩设有支撑架25，其中，支撑架25包括筒型结构17，筒型结构17的顶部连接有上支撑部14，筒型结构17的底部连接有下支撑部15，如图3所示，筒型结构17的侧面分别开设有多个通孔10，通孔10在筒型结构17的横截面的同一径向上形成对称分布，使得动滑轮的中心固定轴16能够穿过对称分布的两个通孔10，支撑架25通过两侧的通孔10连接于动滑轮20的中心固定轴16上，即中心固定轴16的两端分别穿过筒型结构17侧壁上对称的通孔10，将两个螺母分别旋转于中心固定轴16的两端，进而与筒型结构17的外侧壁紧密贴合，保证支撑架25和动滑轮20固定。当然，筒型结构17可以包括横截面为圆形、椭圆、矩形或正方形等，支撑架25与动滑轮20的固定方式包括但不限于上述的可拆卸的连接方式，还可以包括固定连接方式，即动滑轮20的中心固定轴16的两端分别与筒型结构17的相对的两内侧壁固定连接，均在本实施方式的保护范围内。

如图4所示，基于GNSS的吊钩定位***包括：GNSS流动站11、激光信号发射器13、偏摆测量装置12、数据处理装置19。

GNSS(全球卫星导航***，Global Navigation Satellite System)流动站11是一种测量型GNSS接收机，GNSS流动站11设置于支撑架25的顶部，具体与支撑架25中上支撑部14表面连接。GNSS流动站11包括导航定位装置和坐标计算装置，其中，导航定位装置用于采集所述GNSS流动站自身的导航卫星观测值，坐标计算装置用于根据GNSS导航卫星定位信号计算GNSS流动站11的天线相位中心三维空间坐标。需要指出的是，GNSS流动站11的个数不做具体限定，一个或者多个均在本发明实施例的保护范围内。

激光信号发射器13设置于第二吊绳段27上，用于感应第二吊绳段27的摆动，并在第二吊绳段的摆动时垂直向上发送激光信号。

偏摆测量装置12用于接收激光信号，并根据激光信号测量并计算激光信号发射器13的偏摆参数，偏摆测量装置12与支撑架25的底部连接，具体与支撑架25中的下支撑部15连接。

数据处理装置19用于根据GNSS流动站11的天线相位中心三维空间坐标计算得到动滑轮20中心B的三维空间坐标，并根据动滑轮20中心B的三维空间坐标以及激光信号发射器13的偏摆参数，计算得到吊钩28的三维空间坐标。数据处理装置19可设置于远程的控制中心，通过无线通信的方式接收数据。

本方案提供的基于GNSS的吊钩定位***能够准确定位塔机吊钩28的实时位置，解决由于吊钩28受到外力作用的影响发生摆动而导致无法测量吊钩28的实时位置的问题。

在上述基于GNSS的吊钩定位***的基础上，偏摆测量装置12包括连接于支撑架25底部的铟瓦圆条码数字水平度盘19，铟瓦圆条码数字水平度盘19由激光信号触发，并根据激光信号发射在铟瓦圆条码数字水平度盘19的标定点S，自动测量出激光信号发射器13的水平面偏摆角α和水平面偏摆距离R。

本实施方式中，铟瓦圆条码数字水平度盘19与支撑架25中的下支撑部15可拆卸连接，下支撑部15开设有安装孔，安装孔的中轴线通过动滑轮20的中心B，铟瓦圆条码数字水平度盘19的中心位置O设置有螺杆，螺杆通过安装孔，用螺母进行固定。当然，铟瓦圆条码数字水平度盘19与支撑架25的连接方式包括但不限于上述连接方式，还可以包括其它的固定连接方式，均在本实施方式的保护范围内。

如图5所示，以铟瓦圆条码数字水平度盘19所在的平面作为水平面，建立空间坐标系，铟瓦圆条码数字水平度盘19的中心O为坐标原点，水平面上设X轴和Y轴，垂直于铟瓦圆条码数字水平度盘19的方向设为H轴，水平面偏摆角α是指从X轴逆时针旋转至OS连线而得到的角度，水平面偏摆距离R是指OS连线的长度。

在上述基于GNSS的吊钩定位***的基础上，数据处理装置20包括：

动滑轮中心坐标计算单元，用于根据GNSS流动站11的天线相位中心的三维空间坐标，计算得到动滑轮中心B的三维空间坐标，计算公式如下表示：

其中，(X,Y,H)为动滑轮中心B的三维空间坐标，(X_G,Y_G,H_G)为所述GNSS流动站11的天线相位中心的三维空间坐标，(X_N,Y_E,H_U)为GNSS流动站11的天线相位中心与天线几何中心的偏差，f(α,A)为由GNSS接收机天线校准机构提供的依据每隔5°卫星方位角和每隔5°卫星高度角校出的网格天线模型，然后随导航卫星的实际方位角α及实际高度角A进行双线性内插运算获得的插值，H1为GNSS流动站11的天线几何中心到动滑轮中心B对应的顶部的垂高，r为动滑轮20的半径。

吊钩空间坐标计算单元，用于根据动滑轮中心B的三维空间坐标和激光信号发射器13的摆动参数，计算得到吊钩28的三维空间坐标，计算公式如下表示：

其中，(X_g,Y_g,H_g)为吊钩28的三维空间坐标，(X,Y,H)为动滑轮20中心B的三维空间坐标，L为第二吊绳段27的长度，l为激光信号发射器13的位置到第二吊绳段27首端的长度，r为动滑轮20的半径，H2为动滑轮中心B对应的底部到偏摆测量装置12的垂高，α、R分别为激光信号发射器13的水平面偏摆角和水平面偏摆距离。第二吊绳段首端是指第二吊绳段上与偏摆测量装置连接的一端。

在上述基于GNSS的吊钩定位***的基础上，GNSS流动站11还包括：

第一GNSS定位坐标修正单元，用于根据导航卫星观测值以及GNSS基准站发送的综合误差改正信号计算得到GNSS流动站11的厘米级天线相位中心三维空间坐标。

GNSS基准站架设在施工项目附近视野相对广阔的已知坐标点，可以是一个或多个，GNSS基准站发送经导航卫星间差分处理后的综合误差改正信号，用于能够修正GNSS流动站11定位的实时位置，获得厘米级的GNSS流动站11天线相位中心三维空间坐标。

在上述基于GNSS的吊钩定位***的基础上，GNSS流动站11还包括：

第二GNSS定位坐标修正单元，用于根据GNSS流动站11的天线相位中心三维空间坐标以及坐标差改正信号计算得到GNSS流动站11的厘米级天线相位中心三维空间坐标。

在上述基于GNSS的吊钩定位***的基础上，所述***还包括：

报警装置18，安装于支撑架25的侧面，用于判断第二吊绳段27偏摆角度β是否超出预警角度χ，若是，则发出用于提示暂停作业的报警信号，其中，第二吊绳段27偏摆角度β与预警角度χ的计算公式如下表示：

其中，R为激光信号发射器13的偏摆距离，l为激光信号发射器13的位置到第二吊绳段27首端的长度，c为铟瓦圆条码数字水平度盘19的半径。第二吊绳段首端是指第二吊绳段上与偏摆测量装置连接的一端。

当然，报警装置18还用于通过判断水平方向偏摆角α是否超出预设预警角度，若是，则发出用于提示暂停作业的报警信号，通过判断偏摆距离R是否超出预设预警距离，若是，则发出用于提示暂停作业的报警信号，均在本实施方式的保护范围内。

如图2所示，警报装置18优选设置于支撑架25的侧面，保证操作人员能够及时观察到报警信号，当然，警报装置18的安装位置包括但不限于上述地点，根据实际需求进行调整，均在本实施例的保护范围内。

在上述基于GNSS的吊钩定位***的基础上，报警装置18包括：

用于根据所述报警信号发出鸣叫声的声音报警器；以及

用于根据所述报警信号发出闪烁灯光的灯光报警器。

当然，报警装置18包括但不限于上述两种报警器，还可以包括将声音与灯光结合的报警器等，均在本实施方式的保护范围内。

实施例二

在另一种具体实施方式中，提供了一种建筑施工塔式起重机，包括如实施例一提供的基于GNSS的吊钩定位***。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种吊钩定位***，应用于建筑施工塔式起重机，所述建筑施工塔式起重机包括：塔臂、安装于所述塔臂上的移动小车、与所述移动小车连接的第一吊绳段、第二吊绳段、位于所述第一吊绳段和所述第二吊绳段之间的动滑轮、设置在所述第二吊绳段末端的吊钩，其特征在于，所述动滑轮的外部罩设有支撑架，所述支撑架连接于所述动滑轮的中心固定轴上，所述吊钩定位***包括：

2.如权利要求1所述的吊钩定位***，其特征在于，所述偏摆测量装置包括连接于所述支撑架底部的铟瓦圆条码数字水平度盘，所述铟瓦圆条码数字水平度盘由所述激光信号触发，并根据所述激光信号发射在所述铟瓦圆条码数字水平度盘的标定点S，自动测量出所述激光信号发射器的水平面偏摆角α和水平面偏摆距离R。

3.如权利要求2所述的吊钩定位***，其特征在于，所述数据处理装置包括：

其中，(X_g,Y_g,H_g)为所述吊钩的三维空间坐标，(X,Y,H)为所述动滑轮中心的三维空间坐标，L为所述第二吊绳段的长度，l为所述激光信号发射器的位置到所述第二吊绳段首端的长度，r为所述动滑轮的半径，H2为所述动滑轮中心对应的底部到所述偏摆测量装置的垂高，α、R分别为所述激光信号发射器的水平面偏摆角和水平面偏摆距离。

4.如权利要求1所述的吊钩定位***，其特征在于，所述GNSS流动站还包括：

5.如权利要求1所述的吊钩定位***，其特征在于，所述GNSS流动站还包括：

坐标差改正信号接收单元，用于接收来自设置于地面的GNSS基准站通过数据通信链发送的坐标差改正信号；

第二GNSS定位坐标修正单元，用于根据所述GNSS流动站的天线相位中心三维空间坐标以及所述坐标差改正信号计算得到所述GNSS流动站的厘米级天线相位中心三维空间坐标。

6.如权利要求2所述的吊钩定位***，其特征在于，所述***还包括：

7.如权利要求2所述的吊钩定位***，其特征在于，所述报警装置包括：

用于根据所述报警信号发出鸣叫声的声音报警器；以及

用于根据所述报警信号发出闪烁灯光的灯光报警器。

8.一种建筑施工塔式起重机，包括如权利要求1至7任一项所述的吊钩定位***。