CN110271965B - 塔吊机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种塔吊机器人，该塔吊机器人包括：塔吊本体、机载测控装置和卫星定位装置，机载测控装置设置在塔吊本体上；卫星定位装置，用于定位塔吊本体的位姿；其中，位姿包括塔吊本体中塔身的位置和塔臂的姿态；机载测控装置，用于根据所获取的3D数字模型、所采集的塔吊机器人的作业环境信息，确定塔吊机器人的行驶路径，并根据行驶路径和塔吊本体的位姿，控制塔吊机器人的吊装模式；其中，3D数字模型包括塔吊机器人的任务区域以及任务区域内的所有目标任务的信息。本发明通过机载测控装置自主控制塔吊机器人进行作业，提高作业效率，降低人力成本，提高了塔吊机器人的智能化程度。

Description

塔吊机器人

技术领域

本发明涉及建筑工程机械技术领域，特别是涉及一种塔吊机器人。

背景技术

工程建设机械化已成为一个长期发展趋势，其中塔式起重机(简称塔吊)已成为建筑工地的主要施工设备，也是施工企业装备水平的标志性装备之一。近年来，随着微处理器的不断发展，工程建设机械遥控技术成为目前的发展趋势，其主要为了减少工程机械操作人员的劳动强度、以及提高机械作业质量，因此，半自动建筑机器人应运而生。

传统技术中，半自动建筑机器人需要在人的监督和遥控下进行作业。但是由于建筑行业的作业环境多变，在一些危险的或者比较恶劣的环境下，遥控人员无法位于该遥控环境中。

因此，传统技术中的半自动建筑机器人适用范围较窄，作业效率不高。

发明内容

基于此，有必要针对传统技术中的半自动建筑机器人适用范围较窄，作业效率不高的问题，提供一种塔吊机器人。

一种塔吊机器人，包括：塔吊本体、机载测控装置和卫星定位装置，所述机载测控装置设置在所述塔吊本体上；

所述卫星定位装置，用于定位所述塔吊本体的位姿；其中，所述位姿包括所述塔吊本体中塔身的位置和塔臂的姿态；

所述机载测控装置，用于根据所获取的3D数字模型、所采集的所述塔吊机器人的作业环境信息，确定所述塔吊机器人的行驶路径，并根据所述行驶路径和所述塔吊本体的位姿，控制所述塔吊机器人的吊装模式；其中，所述3D数字模型包括所述塔吊机器人的任务区域以及所述任务区域内的所有目标任务的信息。

在其中一个实施例中，所述机载测控装置包括集成控制设备和与所述集成控制设备电连接的摄像机，所述集成控制设备包括机载计算机和与所述机载计算机通过控制器局域网络(Controller Area Network，简称CAN)总线连接的机器视觉控制器；

所述机器视觉控制器，用于根据所述摄像机采集的作业环境信息以及所述塔吊本体的位姿，并基于机器学习算法，确定吊装作业范围和所述塔吊机器人的行驶方向；

所述机载计算机，用于根据所述3D数字模型、所述吊装作业范围以及所述行驶方向，确定所述行驶路径。

在其中一个实施例中，所述机载测控装置还包括：行走变频驱动器和行走装置，所述行走装置设置在所述塔吊本体中的塔身的底部；所述集成控制设备还包括：通过CAN总线与所述机载计算机连接的行走控制器；

所述机载计算机，用于根据所述行驶路径和所述塔吊本体的位姿，生成控制指令集合，并将所述控制指令集合中的第一控制指令输出至所述行走控制器；其中，所述第一控制指令用于指示所述塔吊机器人的行驶方向以及行驶速度；

所述行走控制器，用于根据所述第一控制指令，控制所述行走变频驱动器向所述行走装置输出行走驱动力。

在其中一个实施例中，所述机载测控装置还包括：沿所述塔吊本体的塔臂移动的升起变频驱动器以及固定在所述塔臂上的变幅变频驱动器，所述升起变频驱动器和所述塔吊本体的吊钩分设在所述塔臂的两端；所述变幅变频驱动器与所述塔吊机器人的吊钩的轮滑装置连接；所述集成控制设备还包括：通过所述CAN总线与所述机载计算机连接的升起控制器和变幅控制器；

所述升起控制器，用于接收所述机载计算机生成的控制指令集合中的第二控制指令，并根据所述第二控制指令指示所述升起变频驱动器沿所述塔臂移动的距离和方向，以控制所述塔臂的倾斜状态；

所述变幅控制器，用于接收所述机载计算机生成的控制指令集合中的第三控制指令，并根据所述第三控制指令控制所述变幅变频驱动器向所述轮滑装置输出驱动力以控制所述吊钩的伸缩。

在其中一个实施例中，所述集成控制设备还包括通过所述CAN总线与所述机载计算机连接的回转控制器；所述机载测控装置还包括：设置在所述塔身上的回转变频驱动器；

所述回转控制器，用于接收所述机载计算机生成的指令集合中的第四控制指令，并根据所述第四控制指令控制所述回转变频驱动器输出驱动力以控制所述塔吊本体在所述吊装作业范围内旋转。

在其中一个实施例中，所述集成控制设备还包括故障诊断控制器，所述故障诊断控制器通过所述CAN总线与所述行走控制器连接；所述机载测控装置还包括：与所述机载计算机和所述行走变频驱动器连接的传感器采集仪；

所述传感器采集仪，用于采集所述行走变频驱动器的输出动力，并将所述输出动力输出给所述故障诊断控制器；

所述故障诊断控制器，用于根据所述输出动力确定所述塔吊机器人的行驶状态是否异常。

在其中一个实施例中，还包括：远程调度服务器和通讯天线；

所述远程调度服务器，用于将所述3D数字模型通过所述通讯天线发送至所述集成控制设备，以及，用于接收所述集成控制设备发送的所述塔吊机器人的工作状态。

在其中一个实施例中，所述卫星定位装置包括卫星定位接收机组和基准站；

所述卫星定位接收机组，用于接收卫星的信号以及接收所述基准站发送的相位信号，并根据所述卫星的信号和所述相位的信号，确定所述塔吊本体的位姿。

在其中一个实施例中，所述摄像机和所述传感器采集仪设置在所述塔吊本体的塔臂上。

在其中一个实施例中，所述吊装模式包括所述塔吊机器人在所述吊装作业范围内的吊装物料的顺序和吊装物料的次数。

本发明实施例提供的塔吊机器人，其包括：塔吊本体、机载测控装置和卫星定位装置，通过该卫星定位装置可以定位塔吊本体的位姿，由于3D数字模型中包括了塔吊机器人的任务区域以及任务区域内的所有目标任务的信息，因此机载测控装置可以基于该3D数字模型以及所采集的塔吊机器人的作业环境信息确定出塔吊机器人准确的行驶路径，并根据该行驶路径和塔吊本体的位姿，控制所述塔吊机器人的吊装模式。因此，本实施例提供的塔吊机器人，机载测控装置可以自主确定塔吊机器人的吊装次数或者吊装顺序，无需人工参与，故而，在面对一些恶劣的人工无法进入的环境时该机载测控装置依然可以自主控制塔吊机器人的作业，其大大扩大了塔吊机器人的适用范围，且提高了塔吊机器人的作业效率。

附图说明

图1为一个实施例提供的塔吊机器人的结构示意图；

图2为另一个实施例提供的塔吊机器人的结构示意图；

图3为另一个实施例提供的集成控制设备的剖视图；

图4为又一个实施例提供的塔吊机器人的结构示意图；

图5为又一个实施例提供的集成控制设备的剖视图；

图6为又一个实施例提供的塔吊机器人的结构示意图；

图7为又一个实施例提供的集成控制设备的剖视图；

图8为又一个实施例提供的塔吊机器人的结构示意图；

图9为又一个实施例提供的集成控制设备的剖视图；

图10为又一个实施例提供的塔吊机器人的结构示意图；

图11为又一个实施例提供的集成控制设备的剖视图；

图12为一个实施例提供的塔吊机器人的整体结构示意图。

附图标记说明：

100：塔吊本体； 101：行走变频驱动器； 102：行走装置；

103：回转变频驱动器； 104：升起变频驱动器； 105：变幅变频驱动器；

106：传感器采集仪； 107：摄像机； 108：机载测控装置；

109：卫星定位装置； 110：卫星； 111：基准站；

112：远程调度服务器； 113：通讯天线； 114：吊钩；

115：轮滑装置； 116：卫星定位接收机组；

208：集成控制设备； 209：机载计算机； 210：CAN总线；

211：行走控制器； 212：回转控制器； 213：升起控制器；

214：变幅控制器； 215：故障诊断控制器； 216：机器视觉控制器。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本发明实施例提供的塔吊机器人，可以适用于工程建设领域，该塔吊机器人可以作业于高山、山路崎岖等各种恶劣的人为不能进入的环境。可选的，该塔吊机器人可以与***的其他设备，例如：卫星、计算机等进行无线通信。另外，本发明实施例中的塔吊机器人可以通过软件和硬件结合的方式实现。

传统技术中的半自动建筑机器人需要在人的监督和遥控下进行作业。但是在一些危险的或者比较恶劣的环境下，遥控人员无法位于该遥控环境中，使得半自动建筑机器人适用范围较窄，作业效率不高。本发明实施例旨在解决传统技术中的如上技术问题。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，通过下述实施例并结合附图，对本发明实施例中的技术方案做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为一个实施例提供的塔吊机器人的结构示意图。如图1所示，该塔吊机器人包括：塔吊本体100、机载测控装置108以及卫星定位装置109，所述机载测控装置108设置在所述塔吊本体100上；所述卫星定位装置109，用于定位所述塔吊本体100的位姿；其中，所述位姿包括所述塔吊本体100中塔身的位置和塔臂的姿态；所述机载测控装置108，用于根据所获取的3D数字模型、所采集的所述塔吊机器人的作业环境信息，确定所述塔吊机器人的行驶路径，并根据所述行驶路径和所述塔吊本体100的位姿，控制所述塔吊机器人的吊装模式；其中，所述3D数字模型包括所述塔吊机器人的任务区域以及所述任务区域内的所有目标任务的信息。

具体的，本实施例中，塔吊本体100可以包括塔身和塔臂，塔身的方向可以垂直于地面，塔臂可以横向设置在塔身的顶部，具体可以参见图1所示。上述机载测控装置108可以设置在塔吊本体100的任意位置，例如可以设置在塔身的中部，或者可以设置在塔臂的一端，本实施例对此并不做限定，另外，该机载测控装置108中可以设置有相应的具有控制、处理功能的设备或者处理器，该处理器可以是CPU、可以是MCU，还可以是其他的处理器，进一步地，该机载测控装置108中还设置有收发天线以及具有收发功能的模块。可选的，该收发天线可以用于接收卫星信号、还可以用于接收2G、3G、4G、5G等信号，上述具有收发功能的模块可以是射频模块、基带模块、或者还可以是能够接收并处理卫星信号的模块，本实施例对收发模块的类型并不做限定。

另外，上述卫星定位装置109可以包括一个或者多个卫星定位接收机组116，还可以包括一个或者多个基准站111，该卫星定位接收机组116可以是用于接收GPS卫星信号，还可以接收北斗卫星信号，或者还可以用于接收基准站111发送的信号，并基于这些信号确定塔吊的位姿，即确定塔吊的位置和塔臂的姿态。例如，通过卫星定位接收机组116获取该塔吊所处的水平位置以及垂直位置，并根据所获取到的塔吊的水平位置和垂直位置确定上述塔吊的位姿。可选的，本实施例中还可以通过在塔臂上设置高度表，用于修正塔吊的垂直位置以获取更为准确的塔吊位姿。

另外，本实施例中的3D数字模型可以包括塔吊机器人的任务区域以及任务区域内的所有目标任务的信息。该任务区域指的是塔吊机器人将要执行任务的所有区域，该任务可以是吊装任务、行走任务、拖放物料的任务，本实施例对任务的类型并不做限定。任务区域内的所有目标任务的信息，可以包括：目标任务的大小、目标任务的位置、目标任务的高度、目标任务的角度、目标任务的形状等信息。该3D数字模型为塔吊机器人的任务区域的3D数字模型，该模型可以通过任意的算法进行建模。可选的，该3D数字模型可以是外部设备通过有线的方式传输给机载测控装置108的，还可以是通过无线的方式传输给机载测控装置108的，还可以是预设在机载测控装置108内部的，本实施例对机载测控装置108获取该3D数字模型的方式并不做限定。

在具体的工程作业时，卫星定位装置109在确定了当前的塔吊本体的位姿后，将该位姿信息传输给机载测控装置108，机载测控装置108根据上述所获取的3D数字模型和塔吊机器人的作业环境信息，自主规划塔吊机器人的行驶路线，保证塔吊机器人可在复杂的作业环境实现精细化的操作。需要说明的是，该行驶路径为能够避障的行驶路径，塔吊机器人在根据该行驶路径行驶时可以完全避开障碍物，到达目标任务的位置。并且，该行驶路径还规定了塔吊机器人遍历作业区域的方式以及塔吊机器人的遍历作业区域的次数。然后机载测控装置108根据卫星定位装置109所定位的塔吊本体的位姿，以及该行驶路径，控制塔吊机器人对目标任务的吊装模式。可选的，该目标任务为待吊装的目标物料，该物料可以是钢筋、混凝土等，该吊装模式可以是塔吊机器人吊装目标任务的次数、或者吊装目标任务的顺序，这是因为任务区域包含多个目标任务，吊装模式固定了塔吊机器人优先吊装哪一个目标任务，并且针对该目标任务要吊装多少次。

由上述描述可知，本实施例提供的塔吊机器人可以通过卫星定位装置109所定位的塔吊本体100的位姿以及机载测控装置108确定的行驶路径，控制自身的吊装模式，其实现了自主作业，无需人工参与，且具有智能化的规划路径以及控制如何吊装的功能。

本发明实施例提供的塔吊机器人，其包括：塔吊本体、机载测控装置和卫星定位装置，通过该卫星定位装置可以定位塔吊本体的位姿，由于3D数字模型中包括了塔吊机器人的任务区域以及任务区域内的所有目标任务的信息，因此机载测控装置可以基于该3D数字模型以及所采集的塔吊机器人的作业环境信息确定出塔吊机器人准确的行驶路径，并根据该行驶路径和塔吊本体的位姿，控制所述塔吊机器人的吊装模式。因此，本实施例提供的塔吊机器人，机载测控装置可以自主确定塔吊机器人的吊装次数或者吊装顺序，无需人工参与，故而，在面对一些恶劣的人工无法进入的环境时该机载测控装置依然可以自主控制塔吊机器人的作业，其大大扩大了塔吊机器人的适用范围，且提高了塔吊机器人的作业效率。

图2为另一个实施例提供的塔吊机器人的结构示意图，图3为另一个实施例提供的集成控制设备的剖视图，在上述图1的基础上，所述机载测控装置108包括集成控制设备208与所述集成控制设备208电连接的摄像机107，所述集成控制设备208包括机载计算机209和与所述机载计算机209通过控制器局域网络(Controller Area Network，简称CAN)总线210连接的机器视觉控制器216；所述机器视觉控制器216，用于根据所述摄像机107采集的作业环境信息以及所述塔吊本体100的位姿，并基于机器学习算法，确定吊装作业范围和所述塔吊机器人的行驶方向；所述机载计算机209，用于根据所述3D数字模型、所述吊装作业范围以及所述行驶方向，确定所述行驶路径。

具体的，本实施例中，机载测控装置108包括集成控制设备208与集成控制设备208电连接的摄像机107，该集成控制设备208可以设置在塔吊本体100的任意位置，例如可以设置在塔身的中部，另外，该集成控制设备208中可以设置有相应的具有控制、处理功能的设备或者处理器，该处理器可以是CPU、可以是MCU，还可以是其他的处理器或控制器。该摄像机可以设置在塔吊本体的塔臂上。该集成控制设备208可以是由机载计算机209与机器视觉控制器216组成，该机载计算机209与机器视觉控制器216连接方式可以是通过有线连接，可以是无线连接，可以是蓝牙连接，本实施例中是通过CAN总线210连接的，本实施例对此不做限定。可选的，该机载计算机209可以是台式，笔记本，智能手机，芯片，以及一些由硬件与软件组成的智能设备，该机载计算机209也可以进行任何类型的运算，本实施例对该机载计算机209的类型以及该机载计算机209运算的方式并不做限定。可选的，上述机器视觉控制器216可以是任意类型视觉控制器，该机器视觉控制器具有图像处理功能以及具有深度学习的功能。可选的，上述CAN总线210可以为控制总线。

另外，上述摄像机107可以包括一个或者多个，该摄像机107可以设置在塔吊本体100上部，也可以设置在塔臂上，该摄像机107与集成控制设备208中的机器视觉控制器216可以是电连接，例如可以是有线连接、无线连接、或者蓝牙连接，本实施例对此不做限定。可选的，该摄像机107可以是数码摄像机，模拟摄像机等，该摄像机107可以用于采集塔吊机器人的作业环境信息，该作业环境信息可以是物料存放的具***置信息、目标建筑的地理位置信息，以及周围障碍物的坐标等。

当摄像机107采集到作业环境信息之后，将该信息输出给机器视觉控制器216，从而使得机器视觉控制器216可以根据该作业环境信息以及卫星定位装置109获得的塔吊本体100的位姿信息，并基于机器学习算法，确定吊装作业范围和塔吊机器人的行驶方向。例如，机器视觉控制器216为通过深度学习的视觉控制器，该机器视觉控制器216将摄像机107所获取到的作业环境的图像信息依次进行分析处理，再控制以及伺服动作以精确定位，从而识别出精确的作业环境，并将卫星定位装置109获得的塔吊本体100的实际的位姿信息体验识别出的精准的作业环境相对应，从而确定在机器视觉控制器216所识别的作业环境中的吊装作业范围和塔吊机器人的行驶方向。可选的，该吊装作业范围指的是塔吊机器人要执行吊装任务的作业区域大小或者坐标。

当机器视觉控制器216确定了塔吊机器人的吊装作业范围和行驶方向之后，机载计算机209可以根据上述3D数字模型、吊装作业范围和行驶方向，确定塔吊机器人的行驶路径，保证塔吊机器人在吊装作业范围内进行安全作业，避免撞击上障碍物，并根据该行驶路径和所述塔吊本体的位姿，控制塔吊机器人的吊装模式。例如，由于上述3D数字模型中包括了所有目标任务的信息，假设该目标任务的信息包括了该目标任务的坐标和方位，机载计算机209结合塔吊机器人当前的位置，确定目标任务和塔吊机器人当前的位置之间的最短距离，然后基于结合当下的行驶方向以及吊装作业范围，确定当下的行驶路径，避免塔吊机器人行驶超过吊装作业范围，也避免塔吊机器人撞击上障碍物。可选的，吊装模式包括塔吊机器人在吊装作业范围内的吊装物料的顺序和吊装物料的次数。

本实施例提供的塔吊机器人，机载测控装置包括：集成控制设备与该集成控制设备电连接的摄像机，其中集成控制设备包括机载计算机和与该机载计算机通过CAN总线连接的机器视觉控制器，机器视觉控制器通过摄像机采集的作业环境信息以及塔吊本体的位姿确定吊装作业范围和所述塔吊机器人的行驶方向，机载计算机用于获取3D数字模型，由于3D数字模型中包括了塔吊机器人的任务区域以及任务区域内的所有目标任务的信息。本实施例的塔吊机器人，由于机器视觉控制器可以基于摄像机采集塔吊机器人的作业环境信息，因此，基于该作业环境信息以及塔吊本体的位姿以及机器学习算法，其计算得到的吊装作业范围比较准确，基于该吊装作业范围以及3D数字模型和塔吊机器人的额行驶方向，机载计算机可以自主的规划并确定出能够避障的行驶路径。因此，本实施例提供的塔吊机器人，面对一些无法人工进入的环境，也可以通过机载测控装置采集环境信息确认行驶路径，从而进行有效作业，使得塔吊机器人适用的场景也更加广泛。

图4为另一个实施例提供的塔吊机器人的结构示意图，图5为另一个实施例提供的集成控制设备的剖视图。在上述图2所示实施例的基础上，所述机载测控装置108还包括：行走变频驱动器101和行走装置102，所述行走装置102设置在所述塔吊本体100中的塔身的底部；所述集成控制设备208还包括：通过CAN总线210与所述机载计算机209连接的行走控制器211；所述机载计算机209，用于根据所述行驶路径和所述塔吊本体100的位姿，生成控制指令集合，并将所述控制指令集合中的第一控制指令输出至所述行走控制器211；其中，所述第一控制指令用于指示所述塔吊机器人的行驶方向以及行驶速度；所述行走控制器211，用于根据所述第一控制指令，控制所述行走变频驱动器101向所述行走装置102输出行走驱动力。

具体的，本实施例中，机载测控装置108包括行走变频驱动器101和行走装置102，行走装置102设置在塔吊本体100中的塔身的底部，具体可以参见图4所示，可选的，行走装置102可以是滚动轮胎，也可以是链动轮胎，行走变频驱动器101可以设置在塔吊本体的任意位置，可选的，该行走变频驱动器101与行走装置102设置在塔身底部，本实施例对此并不做限定。可选的，行走变频驱动器101可以是任意驱动设备，用于驱动行走装置行驶，本实施例对此并不做限定。

另外，本实施例中，集成控制设备208中的行走控制器211可以通过CAN总线与上述机载计算机209电连接。可选的，该行走控制器211可以是组合逻辑控制器，也可以是微程序控制器等，本实施例对此不做限定。

在具体的工程作业时，机载计算机209可以根据获取到行驶路径和塔吊本体100的位姿，生成控制指令集合。该控制指令集合可以包括多个功能不同的指令，可选的，该指令可以是移动指令，还可以是伸缩指令，还可以是其他控制塔吊本体100的指令。本实施例中，当机载计算机209生成控制指令集合后可以将该控制指令集合中的第一控制指令输出至行走控制器211，行走控制器211基于第一控制指令可以获知当前塔吊机器人的行驶方向和行驶速度。基于该塔吊机器人的行驶方向和行驶速度，行走控制器211可以控制行走变频驱动器101向行走装置102输出行走驱动力，以保证塔吊机器人沿着上述确定的行驶路径行驶。例如，行走控制器211可以根据行走速度确定应该指示行走变频驱动器101向行走装置102输出的驱动力的大小，来使得塔吊机器人能够按照第一控制指令所指示的行驶速度和行驶方向行驶。

由上述描述可知，本实施例提供的塔吊机器人可以通过机载计算机209获取到的行驶路径，下发第一控制指令到行走控制器211，行走控制器211通过控制行走变频驱动器101驱动行走装置102在已确定的吊装作业范围内行驶作业，其实现自主行驶作业的功能。

可选的，机载计算机209还可以根据行驶路径上位于塔吊机器人前进方向上的工作量，考虑行驶速度，使机器人处于平稳的工作状态。

本实施例提供的塔吊机器人，其机载测控装置包括：集成控制设备、摄像机、行走变频驱动器和行走装置，该集成控制设备包括：机载计算机、机器视觉控制器和行走控制器，机载计算机根据行驶路径和塔吊本体的位姿输出第一控制指令给行走控制器，该行走控制器根据第一控制指令控制行走变频驱动器向行走装置输出相应大小的行走驱动力，使得塔吊机器人可以根据第一控制指令所指示的行走速度和行驶方向，并沿已确定的行驶路径行驶，即本实施例的中的塔吊机器人，可以自主在已确定的吊装作业范围内行驶作业，并按照相应的行驶速度进行行驶，其精确度较高，作业精准性较强；另外，面对一些无法人工进入的环境，该塔吊机器人也可以通进行有效作业，使得塔吊机器人适用的场景也更加广泛。

图6为另一个实施例提供的塔吊机器人的结构示意图，图7为另一个实施例提供的集成控制设备的剖视图。在上述图4所示实施例的基础上，所述机载测控装置108还包括：沿所述塔吊本体的塔臂移动的升起变频驱动器104以及固定在所述塔臂上的变幅变频驱动器105，所述升起变频驱动器104和所述塔吊本体的吊钩114分设在所述塔臂的两端；所述变幅变频驱动器105与所述塔吊机器人的吊钩114的轮滑装置连接；所述集成控制设备208还包括：通过所述CAN总线210与所述机载计算机连接的升起控制器213和变幅控制器214；所述升起控制器213，用于接收所述机载计算机209生成的控制指令集合中的第二控制指令，并根据所述第二控制指令指示所述升起变频驱动器104沿所述塔臂移动的距离和方向，以控制所述塔臂的倾斜状态；所述变幅控制器214，用于接收所述机载计算机生成的控制指令集合中的第三控制指令，并根据所述第三控制指令控制所述变幅变频驱动器105向所述轮滑装置输出驱动力以控制所述吊钩114的伸缩。

具体的，本实施例中，机载测控装置108包括沿塔吊本体100的塔臂移动的升起变频驱动器104以及固定在塔臂上的变幅变频驱动器105，升起变频驱动器104和塔吊本体100的吊钩114分设在塔臂的两端，变幅变频驱动器105与塔吊机器人的吊钩114的轮滑装置115连接，具体可以参见图6所示。可选的，塔臂升起的倾斜度可以在(0°-70°)之间。

另外，本实施例中，集成控制设备208中的升起控制器213和变幅控制器214可以通过CAN总线与上述机载计算机电连接。可选的，该升起控制器213和变幅控制器214可以是组合逻辑控制器，也可以是微程序控制器等，本实施例对此不做限定。

在具体的工程作业时，按照上述实施例所描述的，机载计算机209可以根据获取到行驶路径和塔吊本体100的位姿，生成控制指令集合。该控制指令集合可以包括多个功能不同的指令，可选的，该指令可以是升起指令，还可以是伸缩指令，还可以是其他控制塔吊本体100的指令。本实施例中，当机载计算机209生成控制指令集合后可以将该控制指令集合中的第二控制指令输出至升起控制器213。当升级控制器接收到第二控制指令之后，升级控制器基于第二控制指令可以获知要将塔吊机器人调整到何种倾斜状态(即目标倾斜状态)。基于该塔吊机器人塔臂的目标倾斜状态，升起控制器213可以指示升起变频驱动器104沿塔臂移动的距离和方向，使得升起变频驱动器根据该方向，并沿着塔臂移动相应的距离，从而使得塔臂在升起变频驱动器的重力作用下达到目标倾斜状态。例如，当机载计算机发送的第二控制指令指示塔臂的目标倾斜状态为“塔臂设置吊钩的那一端向下倾斜20°”，则升级控制器接收到该第二控制指令之后，根据该第二控制指令确定升起变频驱动器应该朝着塔臂设置吊钩的一端移动2米，基于该第二控制指令，升级控制器指示升起变频驱动器沿所述塔臂移动的距离和方向为“朝着塔臂设置吊钩的一端移动2米”，从而使得升级变频驱动器按照该指示进行移动，在升起变频控制器的移动过程中，基于升起变频控制器的重力，塔臂开始逐渐倾斜，直至升起变频控制器停止移动，塔臂也因此达到了目标倾斜状态。

另一方面，上述机载计算机209生成控制指令集合后还可以将该控制指令集合中的第三控制指令输出至变幅控制器214，变幅控制器214基于第三控制指令可以获知要将塔吊机器人的吊钩114调整到何种伸缩状态(即目标伸缩状态)，例如，获知要将吊钩下降多少距离才能勾住目标物料，或者获知要将吊钩升级多少距离才能到达目标位置。基于该第三控制指令，变幅控制器214控制变幅变频驱动器105向轮滑装置115输出与目标伸缩状态对应的驱动力，从而使得吊钩在该驱动力的作用下达到目标伸缩状态，进而使得塔吊机器人能够拉伸目标物体，可选的，该目标物体可以是钢筋、水泥、建筑物料等。

可选的，机载计算机可以根据摄像机采集到的作业环境信息，以及3D数字模型中的目标任务的信息，确定待吊装的目标任务的方位与目标任务的作业量，进而基于该方位和该作业量，向变幅控制器214输出第三控制指令。

由上述描述可知，本实施例提供的塔吊机器人可以通过机载计算机209下发相应的控制指令，控制塔臂的倾斜状态以及控制吊钩的伸缩，其无需人工控制，实现了塔吊机器人的自主吊装，大大提高了塔吊机器人的智能化操作程度。

本发明实施例提供的塔吊机器人，其机载测控装置还包括：沿塔吊本体的塔臂移动的升起变频驱动器以及固定在所述塔臂上的变幅变频驱动器，上述集成控制设备还包括：通过CAN总线与机载计算机连接的升起控制器和变幅控制器，其中，升级控制器可以在机载计算机下发的第二控制指令的作用下，控制升起变频驱动器沿塔臂移动，进而控制塔臂的倾斜状态，上述变幅控制器可以在机载计算机下发的第三控制指令的作用下，控制变幅变频驱动器向轮滑装置输出驱动力以控制吊钩的伸缩，由此可见，本实施例提供的塔吊机器人可以通过机载计算机209下发相应的控制指令，控制塔臂的倾斜状态以及控制吊钩的伸缩，其无需人工控制，实现了塔吊机器人的自主吊装，将物料吊装到确定的位置，从而提高工作效率，大大提高了塔吊机器人的智能化操作程度。

图8为另一个实施例提供的塔吊机器人的结构示意图，图9为另一个实施例提供的集成控制设备的剖视图，在上述图6所示实施例的基础上，所述集成控制设备208还包括通过所述CAN总线210与所述机载计算机209连接的回转控制器212；所述机载测控装置108还包括：设置在所述塔身上的回转变频驱动器103；所述回转控制器212，用于接收所述机载计算机209生成的指令集合中的第四控制指令，并根据所述第四控制指令控制所述回转变频驱动器103输出驱动力以控制所述塔吊本体100在所述吊装作业范围内旋转。

具体的，本实施例中，机载测控装置108还包括回转变频驱动器103，回转变频驱动器103可以设置在塔吊本体100中的塔身的任意位置，图8中回转变频驱动器的位置仅是一种示例所示，可选的，回转变频驱动器103可以是任意驱动设备，用于驱动塔吊本体在吊装作业范围内旋转，本实施例对此并不做限定。另外，本实施例中，集成控制设备208中的回转控制器212可以通过CAN总线与上述机载计算机电连接。可选的，该回转控制器212可以是组合逻辑控制器，也可以是微程序控制器等，本实施例对此不做限定。

在具体的工程作业时，上述由机载计算机209生成控制指令集合。该控制指令集合可以包括多个功能不同的指令，可选的，该指令可以是移动指令，还可以是伸缩指令，还可以是其他控制塔吊本体的指令。本实施例中，当机载计算机生成控制指令集合后可以将该控制指令集合中的第四控制指令输出至回转控制器212，回转控制器212基于第四控制指令可以获知应该将塔吊本体100旋转至吊装作业范围内的哪一个方位(例如目标物料所在的目标方位)。基于该目标方位和塔身当前所处的方位，回转控制器212控制回转变频控制器103向塔吊本体输出驱动力(该驱动力为旋转驱动力)，以使得塔吊本体100在该旋转驱动力的作用下，在吊装作业范围内旋转至目标方位，从而基于该目标方位，在吊装作业范围内吊装目标物料。

本发明实施例提供的塔吊机器人，其机载测控装置还包括：设置在塔身上的回转变频驱动器，其集成控制设备还包括通过CAN总线与机载计算机连接的回转控制器，该回转控制器可以接收机载计算机生成的指令集合中的第四控制指令，并根据该第四控制指令控制回转变频驱动器输出驱动力以控制塔吊本体在吊装作业范围内旋转。也就是说，本实施例中的塔吊机器人，基于机载计算机的控制指令可以实现塔吊本体的自主旋转功能，进而实现在吊装作业范围内的自主吊装，其无需人工控制，提高了吊装作业质量，并且面对一些无法人工进入的环境，该塔吊机器人也可以通进行有效作业，使得塔吊机器人适用的场景也更加广泛。

图10为另一个实施例提供的塔吊机器人的结构示意图，图11为另一个实施例提供的集成控制设备的剖视图，在上述图8所示实施例的基础上，可选的，所述集成控制设备208还包括故障诊断控制器215，所述故障诊断控制器215通过所述CAN总线210与所述行走控制器211连接；所述机载测控装置108还包括：与所述机载计算机209和所述行走变频驱动器101连接的传感器采集仪106；所述传感器采集仪106，用于采集所述行走变频驱动器101的输出动力，并将所述输出动力输出给所述故障诊断控制器215；所述故障诊断控制器215，用于根据所述输出动力确定所述塔吊机器人的行驶状态是否异常。

具体的，本实施例中，机载测控装置108还包括传感器采集仪106，该传感器采集仪106与上述机载计算机和行走变频驱动器101连接，该传感器采集仪106可以设置在塔吊本体100的塔臂上，具体可参见图10所示。可选的，该传感器采集仪106可以是通过采集行走变频驱动器的输出电压来确定行走变频驱动器的输出动力，也可以是通过采集行走变频驱动器的输出电流来确定行走变频驱动器的输出动力，还可以通过行走变频驱动器的转速来确定行走变频驱动器的输出动力。可选的，该传感器采集仪可以是电压传感器采集仪，还可以是电流传感器采集仪，还可以是其他形式的传感器采集仪。可选的，该传感器采集仪可以设置在塔吊本体的塔臂上。

当传感器采集仪采集到行走变频驱动器的输出动力之后，将该输出动力输出给故障诊断控制器，该故障诊断控制器215可以通过CAN总线与上述机载计算机209电连接，可选的，该故障诊断控制器215可以是组合逻辑控制器，也可以是微程序控制器等，本实施例对此不做限定，该故障诊断控制器106具有数据处理功能以及数据分析功能。当故障诊断控制器接收到传感器采集仪采集的输出动力之后，故障诊断控制器215可以根据该输出动力与预设的标准动力值进行比较，从而确定行走变频驱动器的输出动力是是否正常，进而确定塔吊机器人的行驶状态是否异常。当故障诊断控制器确定塔吊机器人的行驶状态异常后，可以指示行走控制器增大行走变频驱动器中液压马达的动力，进而使得塔吊机器人的行驶速度能够满足标准动力对应的标准速度，进而实现塔吊机器人在作业过程中行驶速度控制的准确性。

由上述描述可知，本实施例提供的塔吊机器人可以通过传感器采集仪106和故障诊断控制器确定行走变频驱动器输出的动力正常与否，从而实现塔吊机器人的自主检测，并可以通过自主检测的结果，机载计算机还可以调整塔吊机器人的行驶速度，使其满足标准动力下对应的标准速度的要求。

本发明实施例提供的塔吊机器人，其集成控制设备还包括故障诊断控制器，该机载测控装置还包括：与机载计算机和行走变频驱动器连接的传感器采集仪，该传感器采集仪可以采集行走变频驱动器的输出动力，并将输出动力输出给故障诊断控制器，从而使得故障诊断控制器根据该输出动力确定塔吊机器人的行驶状态是否异常。也就是说，本实施例中的塔吊机器人可以实现自主检测，并可以通过自主检测的结果，机载计算机还可以调整塔吊机器人的行驶速度，使其满足标准动力下对应的标准速度的要求，提高了塔吊机器人作业的智能化，进一步提高了吊装作业的质量和效率。

图12为一个实施例提供的塔吊机器人的结构示意图，在上述图10所示实施例的基础上，可选的，该塔吊机器人还包括：远程调度服务器和通讯天线；所述远程调度服务器112，用于将所述3D数字模型通过所述通讯天线113发送至所述集成控制设备208，以及，用于接收所述集成控制设备208发送的所述塔吊机器人的工作状态。可选的，上述卫星定位装置109可以包括卫星定位接收机组116和基准站111；所述卫星定位接收机组116，用于接收卫星110的信号以及接收所述基准站111发送的相位信号，并根据所述卫星信号和所述相位信号，确定所述塔吊本体的位姿。

具体的，在本实施例中，远程调度服务器112用于下发工作任务指令，可选的，该远程调度服务器112可以是智能手机、计算机、智能控制设备等，本实施例对此不做限制。可选的，该工作任务指令可以包括作业区域的相关参数、上述3D数字模型、工艺参数、以及塔吊机器人的上电、启动、停止、休眠与唤醒等指令，其中，上述工艺参数包括塔吊行驶方向的角度精度参数以及塔吊行驶速度的速度精度参数等。远程调度服务器112将3D数字模型携带在工作任务指令中通过通讯天线113发送至集成控制设备208，使得集成设备中的机载计算机利用该3D数字模型以及机器视觉控制器确定的吊装作业范围以及塔吊机器人的行驶方向，确定塔吊机器人的行驶路径。

另外，该远程调度服务器还可以通过通讯天线113接收集成控制设备208发送的塔吊机器人的工作状态，该工作状态包括：塔吊机器人的各种驱动电机的状态、传感器的状态、上述实施例中各类控制器的状态、塔吊机器人吊装作业范围内的作业轨迹、塔吊机器人的吊装作业质量等。

本实施例中，机载计算机、通讯天线、以及远程调度服务器构成了塔吊机器人作业场地的通讯局域网，为全双工模式。机载计算机通过通讯天线接收远程调度服务器发送的作业任务与命令；同时机载计算机将塔吊机器人的工作状态通过通讯天线传送至远程调度服务器。另外，远程调度服务器还可以对发送与接收的信息进行显示与存储、分析与预警。

在具体工作时，升起控制器通过CAN总线接收机载计算机发来的启动、加减速、停止等命令，通过控制升起变频驱动器来控制起升机构驱动电机，使得塔臂呈倾斜状态。可选的，该升起控制器还可以采集升起变频驱动器的状态信息，通过CAN总线传送至机载计算机8.1，并无线传送至远程调度服务器。

另外，行走控制器通过CAN总线接收机载计算机发来的前进、后退，以及相应速度值的命令，从而控制行走变频驱动器驱动行走装置，例如驱动大车行走电机，控制塔吊机器人的行驶。

上述回转控制器通过CAN总线接收机载计算机发来的向左、向右回转，以及相应方位角的命令，从而控制通过回转变频驱动器输出驱动力，以驱动回转机构驱动电机，控制塔吊机器人在吊装作业范围内旋转。

上述变幅控制器通过CAN总线接收机载计算机发来的吊钩的伸缩命令与伸缩量命令，并通过采集变幅位置传感器信息，利用PID方法控制变幅变频驱动器4，向轮滑装置的小车变幅机构电机输出驱动力，以控制吊钩平面位置。

上述故障诊断控制器可以接收塔吊机器人的工作状态，从而判断塔吊机器人的健康状况，发出相应的控制命令，控制塔吊机器人继续工作或者调整塔吊机器人的相关参数，例如调整塔吊机器人的行驶速度等。

上述机器视觉控制器与摄像机可以构成视觉立体测量传感器，感知与认知塔吊机器人的作业环境信息，从而确定塔吊机器人的作业场地状况，进而使得机载计算机可以利用3D数字设计模型、作业环境信息以及卫星定位装置确定的塔吊本体的位姿，确定塔吊机器人的行驶路径。

上述机载计算机作为上位机，具有自主决策、智能化作业的功能，依据行驶路径和所述塔吊本体的位姿，自主生成控制升起控制器、行走控制器、回转控制器与变幅控制器的控制命令，并根据反馈信息实现闭环控制。另外，机载计算机还可以根据故障诊断控制器的信息，生成相应的调整控制命令，控制升起控制器、行走控制器、回转控制器与变幅控制器。

可选的，上述卫星定位装置可以包括卫星定位接收机组116和基准站111；该卫星定位接收机组116可以接收卫星110的信号以及接收基准站111发送的相位信号，并根据卫星信号和该相位信号，确定所述塔吊本体的位姿。具体的，基准站可以接收卫星信号并实时确定发射载波相位差，卫星定位接收机组并根据自己接收的信号以及基准站传送的载波相位差信号高精度确定塔吊机器人的位姿。

本实施例中所提供塔吊机器人通过采用建设工程3D数字模型规划作业区域、机器视觉立体测量，结合定位装置实现了自主导航，从而避免了作业遗漏、交叉重复的问题，提高了吊装作业施工质量。该塔吊机器人不受距离、时间限制，能够实现24小时昼夜自主连续作业，有效提高了机器使用率。塔吊机器人技术除适应普通塔吊应用范围，还特别适合于恶劣、危险环境下施工作业。塔吊机器人与普通塔吊兼容，还可以人工，遥控相互切换操作，增装控制元件方便，不影响原整机结构和性能。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种塔吊机器人，其特征在于，包括：塔吊本体、机载测控装置和卫星定位装置，所述机载测控装置设置在所述塔吊本体上；

所述卫星定位装置，用于定位所述塔吊本体的位姿；其中，所述位姿包括所述塔吊本体中塔身的位置和塔臂的姿态；

所述机载测控装置，用于根据所获取的3D数字模型、所采集的所述塔吊机器人的作业环境信息，确定所述塔吊机器人的行驶路径，所述行驶路径为能够避障的行驶路径，且所述行驶路径包括塔吊机器人遍历任务区域的方式以及塔吊机器人的遍历任务区域的次数，并根据所述行驶路径和所述塔吊本体的位姿，控制所述塔吊机器人的吊装模式；其中，所述3D数字模型包括所述塔吊机器人的任务区域以及所述任务区域内的所有目标任务的信息，所述目标任务的信息包括目标任务的大小、目标任务的位置、目标任务的高度、目标任务的角度、目标任务的形状。

2.根据权利要求1所述的塔吊机器人，其特征在于，所述机载测控装置包括集成控制设备和与所述集成控制设备电连接的摄像机，所述集成控制设备包括机载计算机和与所述机载计算机通过控制器局域网络CAN总线连接的机器视觉控制器；

所述机器视觉控制器，用于根据所述摄像机采集的作业环境信息以及所述塔吊本体的位姿，并基于机器学习算法，确定吊装作业范围和所述塔吊机器人的行驶方向；

所述机载计算机，用于根据所述3D数字模型、所述吊装作业范围以及所述行驶方向，确定所述行驶路径。

3.根据权利要求2所述的塔吊机器人，其特征在于，所述机载测控装置还包括：行走变频驱动器和行走装置，所述行走装置设置在所述塔吊本体中的塔身的底部；所述集成控制设备还包括：通过CAN总线与所述机载计算机连接的行走控制器；

所述机载计算机，用于根据所述行驶路径和所述塔吊本体的位姿，生成控制指令集合，并将所述控制指令集合中的第一控制指令输出至所述行走控制器；其中，所述第一控制指令用于指示所述塔吊机器人的行驶方向以及行驶速度；

所述行走控制器，用于根据所述第一控制指令，控制所述行走变频驱动器向所述行走装置输出行走驱动力。

4.根据权利要求3所述的塔吊机器人，其特征在于，所述机载测控装置还包括：沿所述塔吊本体的塔臂移动的升起变频驱动器以及固定在所述塔臂上的变幅变频驱动器，所述升起变频驱动器和所述塔吊本体的吊钩分设在所述塔臂的两端；所述变幅变频驱动器与所述塔吊机器人的吊钩的轮滑装置连接；所述集成控制设备还包括：通过所述CAN总线与所述机载计算机连接的升起控制器和变幅控制器；

所述升起控制器，用于接收所述机载计算机生成的控制指令集合中的第二控制指令，并根据所述第二控制指令指示所述升起变频驱动器沿所述塔臂移动的距离和方向，以控制所述塔臂的倾斜状态；

所述变幅控制器，用于接收所述机载计算机生成的控制指令集合中的第三控制指令，并根据所述第三控制指令控制所述变幅变频驱动器向所述轮滑装置输出驱动力以控制所述吊钩的伸缩。

5.根据权利要求3或4所述的塔吊机器人，其特征在于，所述集成控制设备还包括通过所述CAN总线与所述机载计算机连接的回转控制器；所述机载测控装置还包括：设置在所述塔身上的回转变频驱动器；

所述回转控制器，用于接收所述机载计算机生成的控制指令集合中的第四控制指令，并根据所述第四控制指令控制所述回转变频驱动器输出驱动力以控制所述塔吊本体在所述吊装作业范围内旋转。

6.根据权利要求3或4所述的塔吊机器人，其特征在于，所述集成控制设备还包括故障诊断控制器，所述故障诊断控制器通过所述CAN总线与所述行走控制器连接；所述机载测控装置还包括：与所述机载计算机和所述行走变频驱动器连接的传感器采集仪；

所述传感器采集仪，用于采集所述行走变频驱动器的输出动力，并将所述输出动力输出给所述故障诊断控制器；

所述故障诊断控制器，用于根据所述输出动力确定所述塔吊机器人的行驶状态是否异常。

7.根据权利要求6所述的塔吊机器人，其特征在于，还包括：远程调度服务器和通讯天线；

所述远程调度服务器，用于将所述3D数字模型通过所述通讯天线发送至所述集成控制设备，以及，用于接收所述集成控制设备发送的所述塔吊机器人的工作状态。

8.根据权利要求1-4任一项所述的塔吊机器人，其特征在于，所述卫星定位装置包括卫星定位接收机组和基准站；

所述卫星定位接收机组，用于接收卫星的信号以及接收所述基准站发送的相位信号，并根据所述卫星的信号和所述相位信号，确定所述塔吊本体的位姿。

9.根据权利要求6所述的塔吊机器人，其特征在于，所述摄像机和所述传感器采集仪设置在所述塔吊本体的塔臂上。

10.根据权利要求2所述的塔吊机器人，其特征在于，所述吊装模式包括所述塔吊机器人在所述吊装作业范围内的吊装物料的顺序和吊装物料的次数。

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